汽車座椅頭枕套鎖扣注射模設(shè)計(jì)＊

方迪成，蔣 燕

（汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東汕頭515078）

1 引言

圖1所示的頭枕套鎖扣塑件是汽車座椅上的重要零件。由于設(shè)備內(nèi)部零件裝配和固定的需要，塑件的表面既有側(cè)凹與突耳結(jié)構(gòu)（位置A、B、C處）又有方孔穿過側(cè)凹而形成的內(nèi)凹（位置4處），這些結(jié)構(gòu)增加了成型難度。本例中，通過設(shè)置動(dòng)模滑塊帶定模滑塊的抽芯機(jī)構(gòu)解決了塑件成型和脫模的難題。

2 塑件結(jié)構(gòu)工藝分析

圖1所示汽車座椅后排頭枕套鎖扣塑件材料為PP+TD20（聚丙烯加入20%的滑石粉），其收縮率是1%。塑件的外形尺寸為?45×118.5mm，塑件平均壁厚2.0mm，厚度最大處為4.8mm，最薄處為加強(qiáng)筋處0.6mm。塑件成型后要求表面光滑、無毛刺，突耳無損傷、卡接力達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值，且要有良好的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性等特性。圖1中位置A、C處為同一方向的裝配結(jié)構(gòu)，其通過設(shè)置動(dòng)模滑塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)側(cè)向結(jié)構(gòu)的成型；位置B處為另一方向的裝配結(jié)構(gòu)，也通過設(shè)置動(dòng)模滑塊機(jī)構(gòu)成型；考慮到模具量產(chǎn)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及降低模具成本，位置D處方孔采用定模滑塊先抽芯然后附著在動(dòng)模滑塊上完成最終抽芯的成型機(jī)構(gòu)[1~2]。

圖1 汽車座椅后排頭枕套鎖扣

3 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，綜合考慮塑件的生產(chǎn)批量、外形尺寸和注塑機(jī)臺(tái)注射容量等因素，將模具設(shè)計(jì)為一模兩腔。綜合考慮塑件主要表面質(zhì)量要求高，不允許在外表面出現(xiàn)澆口痕跡，便于做抽芯結(jié)構(gòu)，大批量生產(chǎn)和模具具體結(jié)構(gòu)與布局的需要，設(shè)計(jì)了如圖2所示的單點(diǎn)潛伏式澆口澆注系統(tǒng)。主流道采用冷流道系統(tǒng)，直徑為?6mm；分流道采用普通圓形截面流道，直徑為?5mm，側(cè)澆口端面尺寸為?0.8×2.0mm。開模時(shí)澆注系統(tǒng)凝料隨動(dòng)模一起移動(dòng)，澆口在塑件推出時(shí)強(qiáng)行拉斷，從而完成與塑件的自動(dòng)分離[3]。

圖2 潛伏式澆口

3.2 成型零件設(shè)計(jì)

成型零件主要包括動(dòng)、定模型腔、型芯、定模滑塊、動(dòng)模滑塊、動(dòng)模鑲件、司筒套裝等。動(dòng)、定模型腔、型芯成型塑件的主體部分，整體鑲?cè)氲絼?dòng)、定模板中；定模滑塊成型汽車座椅后排頭枕套鎖扣（見圖1）所示位置D方孔處部分；動(dòng)模滑塊成型圖1中位置A、B、C處的卡扣裝配結(jié)構(gòu)；動(dòng)模鑲件成型塑件末端筋條部分（便于筋條前端部分膠位在動(dòng)模型芯中用線切割加工）；司筒套裝成型塑件內(nèi)孔部分。采用UG的模具設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行分模，最后的分模圖如圖3所示，動(dòng)、定模型腔、型芯圖如圖4所示。

圖3 成型零件分模圖

圖4 定、動(dòng)模型腔、型芯圖

此外，考慮到生產(chǎn)批量及塑件使用、成型要求的前提下，型芯、型腔、動(dòng)模鑲件選用738H模具鋼，定模滑塊、動(dòng)模滑塊選用H13模具鋼，司筒套裝選用SKD61模具鋼。德國738H具鋼材是預(yù)硬塑膠模具鋼，具有良好的拋光、電蝕、焊補(bǔ)性及切削加工性能，用于大型長(zhǎng)壽命、高表面光潔度及復(fù)雜可能變形的注射模，選此材料能保證塑件的外觀質(zhì)量及大批量生產(chǎn)的模具壽命；H13屬于熱作模具鋼，淬透性高（在空氣中即能淬硬），熱處理變形率較低，具有良好的韌性、耐磨性、切削加工性能以及優(yōu)良的抗熱裂能力，選此材料可保證滑塊的耐磨及抗熱裂能力；SKD61是一種具有較高強(qiáng)度、切削加工性能良好、較高韌性及耐磨性極其優(yōu)良的熱作模具鋼，選此材料可使司筒套裝具有高強(qiáng)度、高韌性及高耐磨性[4~5]。

3.3 動(dòng)模滑塊帶定模滑塊的抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)汽車座椅后排頭枕套鎖扣的形狀結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)模具2D結(jié)構(gòu)如圖5所示。在圖5c中設(shè)計(jì)了動(dòng)模滑塊帶定模滑塊的抽芯結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)圖1所示位置A、C、D的方孔出模問題。其原理就是開模時(shí)在彈簧的作用力下，定模滑塊率先完成位置D的方孔抽芯，然后在限位螺釘?shù)南拗葡赂街趧?dòng)模滑塊上，最終和動(dòng)模滑塊一起完成抽芯動(dòng)作，這樣的結(jié)構(gòu)空間占比小、動(dòng)作運(yùn)行順暢與穩(wěn)定，也提高了塑件的設(shè)計(jì)想像空間。

動(dòng)模滑塊帶定模滑塊的抽芯結(jié)構(gòu)主要由斜楔22、斜導(dǎo)柱24、定模滑塊25、限位螺釘27、彈簧28、滑塊鑲件29、滑塊鑲件30、斜楔32、螺釘33及滑塊壓塊60組成，如圖5、圖6所示。

圖5 模具2D結(jié)構(gòu)圖

圖6 抽芯結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部件的3D示意圖

在注塑機(jī)的開模力及彈簧43的作用下，圖5中定模座板1與定模板4分開（注：定模板4與動(dòng)模板34因?yàn)槟猃埬z塞51的作用下連接在一起），定模座板1帶動(dòng)斜楔22脫離定模滑塊25，此時(shí)定模滑塊25在彈簧28的作用力下產(chǎn)生向上抽芯的動(dòng)作，在滑塊鑲件29中滑動(dòng)，然后在限位螺釘27的限制下完成預(yù)定的抽芯距離，并附著在動(dòng)模滑塊26上；繼續(xù)開模，在限位螺釘44的限制下完成定模座板1與定模板4的預(yù)定分開距離；繼續(xù)開模，在注塑機(jī)開模力的強(qiáng)力作用下，尼龍膠塞51暫時(shí)失去粘合力，定模板4與動(dòng)模板34開始分離，斜楔32也隨著定模板4脫離動(dòng)模滑塊26，同時(shí)固定在定模板4上的斜導(dǎo)柱24撥動(dòng)動(dòng)模滑塊26帶著定模滑塊25、滑塊鑲件29、滑塊鑲件30沿著滑塊壓塊60向后運(yùn)動(dòng)，直到在螺釘33的限制下完成預(yù)定的抽芯距離，抽芯完成。

3.4 其它系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4.1 其它系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于圖1所示位置B處結(jié)構(gòu)的側(cè)向分型和抽芯距離不大，本設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱撥動(dòng)滑塊側(cè)向分型與抽芯的方式實(shí)現(xiàn)。如圖5c所示，開模時(shí)利用斜導(dǎo)柱7的撥力迫使滑塊8在沿著滑塊壓塊59向后移動(dòng)，直到在螺釘10的限制下完成預(yù)定的抽芯距離，完成抽芯。

3.4.2 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具中利用分型面、司筒與司筒孔、滑塊與模仁及鑲件與模仁等配合間隙來排氣。

3.4.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為確保模具溫度在使用時(shí)始終處于生產(chǎn)工藝指定的溫度范圍，本模具在定模板4與定模型腔5、動(dòng)模型芯14與動(dòng)模板34上采用循環(huán)冷卻水路布置，如圖5所示。本模冷卻系統(tǒng)能保證型腔各處冷卻均勻，成形周期短，塑件質(zhì)量高。

3.4.4 先復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證合模時(shí)動(dòng)模滑塊8、動(dòng)模滑塊26不與司筒18發(fā)生干涉，設(shè)計(jì)了如圖5e所示機(jī)械式擺桿先復(fù)位機(jī)構(gòu)。其原理是合模過程中先復(fù)位桿53在斜導(dǎo)柱7、24還沒有插入動(dòng)模滑塊8、26之前就撞到擺桿56，然后擺桿56通過旋轉(zhuǎn)銷55往下轉(zhuǎn)動(dòng)，撞到固定塊57，并借用彈簧46的作用力，迫使頂桿固定板38率先回復(fù)到位，從而帶動(dòng)固定在頂桿固定板38上的司筒18回復(fù)到位[6]。

4 模具工作過程

模具為三板式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)如圖5所示，其工作過程如下：開模時(shí)，模具在注塑機(jī)的開模力及彈簧43的作用下，定模座板1與定模板4分開，定模座板1帶動(dòng)斜楔22脫離定模滑塊25，此時(shí)定模滑塊25在彈簧28的作用力下產(chǎn)生向上抽芯的動(dòng)作，在滑塊鑲件29中滑動(dòng)，然后在限位螺釘27的限制下完成預(yù)定的抽芯距離，并附著在動(dòng)模滑塊26上；繼續(xù)開模，在限位螺釘44的限制下完成定模座板1與定模板4的預(yù)定分開距離；繼續(xù)開模，在注塑機(jī)開模力的強(qiáng)力作用下，尼龍膠塞51暫時(shí)失去粘合力，定模板4與動(dòng)模板34開始分離，斜楔32也隨著定模板4脫離動(dòng)模滑塊26，同時(shí)固定在定模板4上的斜導(dǎo)柱24撥動(dòng)動(dòng)模滑塊26帶著定模滑塊25、滑塊鑲件29、滑塊鑲件30沿著滑塊壓塊60向后運(yùn)動(dòng)，直到在螺釘33的限制下完成預(yù)定的抽芯距離，抽芯完成（注：與此同時(shí)，動(dòng)模滑塊8同樣在斜導(dǎo)柱7撥動(dòng)力的作用下以及螺釘10的限制下完成抽芯動(dòng)作）。繼續(xù)開模，直到到達(dá)注塑機(jī)設(shè)置的預(yù)定位置。接著注塑機(jī)的頂棍頂著頂桿墊板39向上運(yùn)動(dòng)，固定在頂桿墊板39上的司筒18跟隨推動(dòng)塑件11向上運(yùn)動(dòng)；套在復(fù)位桿45上的彈簧46在頂出力的作用下向上壓縮；繼續(xù)頂出，直到在限位塊52的限制下完成頂出，然后將塑件11取出。

合模時(shí)：在開模狀態(tài)下，注塑機(jī)上的頂棍回收，壓縮狀態(tài)下的彈簧46釋放回彈，頂桿固定板38跟隨回位，并帶動(dòng)固定在其上的司筒18、復(fù)位桿45、頂桿48等部件回位，在此過程中，在斜導(dǎo)柱7、24還沒有插入動(dòng)模滑塊8、26之前，先復(fù)位機(jī)構(gòu)53、54、55、56、57強(qiáng)制使頂出機(jī)構(gòu)率先完全回復(fù)到位，繼續(xù)合模，直到實(shí)現(xiàn)分型面閉合，完成一次注射成型周期。

5 結(jié)論

汽車座椅后排頭枕套鎖扣塑件由于裝配與使用功能的需要，在其內(nèi)部、兩側(cè)均設(shè)有局部結(jié)構(gòu)，從而加大了成型難度。該塑件成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

（1）采用潛伏式澆口澆注系統(tǒng)，澆口在塑件推出時(shí)強(qiáng)行拉斷，從而完成與塑件的自動(dòng)分離。

（2）針對(duì)方孔穿過側(cè)凹而形成內(nèi)凹的復(fù)雜塑件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了動(dòng)模滑塊帶定模滑塊的抽芯機(jī)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)空間占比小、動(dòng)作運(yùn)行順暢與穩(wěn)定，也提高了塑件的設(shè)計(jì)想像空間。

（3）針對(duì)滑塊底下有司筒頂出機(jī)構(gòu)的復(fù)雜問題，設(shè)計(jì)了機(jī)械式擺桿先復(fù)位機(jī)構(gòu)，使兩者在合模時(shí)不會(huì)產(chǎn)生干涉，從而達(dá)到順利合模的目的。

（4）該模具已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)過檢驗(yàn)，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔合理，生產(chǎn)的塑件滿足設(shè)計(jì)要求。