某新能源汽車前格柵注射模設計

石 波

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心， 廣西 柳州 545007）

0 引 言

在當今追求美學的汽車外觀造型趨勢下，汽車前格珊不僅需要滿足在整車上的功能要求，而且需要具備符合時代潮流的美學元素，達到客戶的主觀滿意度[1.2]。前格柵的設計風格也越來越新穎，特別是新能源汽車。現針對某新能源汽車前格柵，綜合運用CAD∕CAE技術對其進行模具設計，并介紹了設計的關鍵技術要點。

1 制品分析

圖1所示為某新能源前格柵，材料為低線性膨脹系數的PP-T30，外形尺寸為1 367 mm×420 mm×438 mm，質量為18 kg。該前格柵為表面噴漆件，外觀面不能有熔接痕、縮印等表面缺陷，同時要求分型線不能外漏在制品表面。

圖1 前格柵

由于前格柵在模具主脫模方向上有較大的高低落差，在傳統注射模設計時，制品左右兩端的分型線位于最大外輪廓R角，造成分型線外漏，如圖2所示。

圖2 前格柵外分型線

這種外漏分型線的設計主要存在以下缺陷[3]：①制品兩端區域的分型線位于外觀R角，裝車后分型線可見；②前格柵噴漆處理后，制品表面的分型線可見度會被放大，感知質量差；③由于模具制造精度及注射生產過程中存在磨損，分型線處經常會出現錯位和飛邊，影響制品外觀質量，造成制品合格率降低。

為了避免外漏分型線設計所存在的模具及制品質量問題，決定將制品兩端區域的分型線設計到圓角底部，形成內分型線，如圖3所示。這種內分型線在制品裝配后可以被隱藏，不僅規避了分型線外漏的風險，而且提高了制品合格率和噴漆后的表面質量。

圖3 前格柵內分型線

2 模具方案設計

2.1 澆注系統設計

2.1.1 澆口數量及澆口位置確定

根據前格柵的造型特點，經Moldflow優化分析，決定采用10點針閥式進澆方案，進澆點布局如圖4所示。10個澆口均設在制品底部，尺寸為15 mm×1.2 mm；熱流道內徑為φ18 mm，閥針直徑為φ6 mm，熱流道澆口直徑為φ4 mm。熱流道順序閥開啟順序：點4→點1∕5∕6→點2∕3∕7∕8→點9∕10。

圖4 前格柵進澆點布局

Moldflow制品變形分析結果如圖5所示，除制品左、右下角變形較大外，其它區域整體變形較均勻。由于制品左、右下角位置設有安裝結構，可以通過安裝結構來修正這2處區域的變形，綜合評估此進澆方案滿足制品變形分析要求。

圖5 Moldflow變形分析

2.1.2 熱流道順序閥設計

熱流道順序閥設計如圖6所示，根據Moldflow的分析結果，模具采用10點熱流道順序閥設計。

圖6 順序閥熱流道系統

2.2 內分型機構設計

2.2.1 內分型機構工作原理

為了避免C處圓角倒扣在模具開模時被拉傷，需要對倒扣區域拉變形，讓制品產生彈性變形以脫出C處倒扣。內分型機構工作原理如圖7所示，首先大斜頂塊需要為制品變形預留空間，然后拉塊在拉變形導軌與拉桿的作用下，帶動制品沿拉變形支點向內側變形，將C處倒扣向制品內側拉動，以保證C處的倒扣在模具開模方向上正常脫模[4]。

圖7 內分型機構工作原理

2.2.2 拉變形機構

前格柵模具內分型機構主要包括大斜頂塊、大直頂塊、小直頂塊、拉變形導軌、拉桿、拉塊、推桿固定板及推板等，如圖8所示。其中拉變形導軌、拉塊、拉桿構成拉變形組件，拉變形導軌固定在模具型芯上，拉桿一端與拉塊固定，另一端與拉變形導軌間隙配合；拉桿穿過大斜頂塊，并在拉變形導軌的導向下對制品進行拉變形及拉變形復位。大斜頂塊和大直頂塊固定在推板上，小直頂塊固定在推桿固定板上，大斜頂塊、大直頂塊及小直頂塊起到成型制品倒扣及推出制品的作用，其中大斜頂塊在運動過程中還為拉變形組件的運動提供驅動力。

圖8 前格柵模具內分型機構

2.2.3 內分型輔助機構

為了輔助實現內分型成型機構，模具還設計了4個同步拉鉤機構、4個氮氣彈簧、4個推出大液壓缸和4個推出小液壓缸，如圖9所示。其中4個推出大液壓缸安裝在推板上，4個推出小液壓缸安裝在推桿固定板板上。

圖9 前格柵模具內分型輔助機構

2.3 冷卻系統設計

前格柵模具在注射成型過程中，模具溫度直接影響制品的成型質量（變形、尺寸精度、力學性能和表面質量）和生產效率，需要根據材料性能與成型工藝進行溫度調節系統設計[5]。為避免制品冷卻不均勻而導致翹曲變形，前格柵模具型腔板、型芯水路具有以下設計特點[6]。

（1）根據前格柵的造型特點，采用“隨形水路+水井”的冷卻布局，沿制品外形盡量設計隨形水路，針對冷卻不充分的區域，再設計水井或斜水井進行輔助冷卻，模具型腔板和型芯的冷卻水路設計如圖10所示。

圖10 模具冷卻水路排布

（2）水路直徑為φ15 mm，水井直徑為φ24 mm，保證足夠的傳熱面積。

（3）模具采用集中供水方式，設計集水塊與注塑機連接。

3 模具工作原理

前格柵注射模在開模階段共推出120 mm，分二次實現。一次推出距離為100 mm，由氮氣彈簧、同步拉鉤機構及推出大液壓缸活塞桿共同驅動完成，其中一次推出過程又分為同步拉變形階段和拉變形復位階段，同步拉變形階段推出55 mm，拉變形復位階段推出45 mm；二次推出距離為20 mm，由推出小液壓缸驅動完成，具體工作過程如下。

（1）模具注射完成后進行開模動作，推出系統在氮氣彈簧及同步拉鉤的共同作用下，隨型腔板一起同步運動55 mm。在此過程中，大直頂塊推動制品隨型腔板同步運動，大斜頂塊后退為制品變形預留空間，拉變形組件完成對前格柵兩端圓角倒扣的拉變形，整體拉變形量為8 mm。

（2）一次推出過程的同步拉變形階段完成后，動、定模繼續開模，此階段推出系統不運動。

（3）模具開模完成后，推出大液壓缸活塞桿開始運動，帶動推出系統向上推出45 mm后，完成一次推出，在此過程中拉變形組件會對制品進行拉變形復位。

（4）一次推出階段完成后，大液壓缸活塞桿不再運動，此時小液壓缸活塞桿驅動推板及推桿固定板分離，小液壓缸活塞桿驅動推桿固定板及小直頂塊向上運動20 mm，將制品從大直頂塊上推出，完成二次推出。

（5）二次推出完成后，機械手進行取件，模具合模復位進入下一個注射周期。

4 結束語

根據前格柵模具的設計過程，得到如下結論。

（1）在前格柵模具設計中，澆注方案設計對制品的成型變形影響較大，實踐證明通過注射成型仿真分析確定澆注方案是快捷有效的方法。

（2）采用內分型機構的方案設計將制品兩端外漏的分型線設計到非外觀面上，保證了制品的外觀質量，降低了模具的生產成本。

（3）采用熱流道順序閥進澆系統和“隨形水路+水井”的冷卻系統設計，提高了制品的成型質量，縮短了成型周期。

該模具結構經批量生產驗證后，模具結構可靠，動作平穩，脫模順暢，制品成型質量得到了有效保證，達到了預期的設計效果。