汽車(chē)彎管接頭注塑模具設(shè)計(jì)

葉衛(wèi)文，張小娟，趙利平*，侯賢州

（1. 廣東科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 東莞 523000；2. 東莞聯(lián)合高級(jí)技工學(xué)校，廣東 東莞 523121）

0 前言

彎管塑件在汽車(chē)零件中有很多種類(lèi)，如進(jìn)氣管、油箱連接管等，各品牌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也盡不相同［1］。針對(duì)汽車(chē)彎管接頭塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合其外觀及性能要求設(shè)計(jì)了一副包含定模和動(dòng)模抽芯機(jī)構(gòu)，定距優(yōu)先開(kāi)模機(jī)構(gòu)、開(kāi)合模順序保護(hù)裝置和強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)的復(fù)雜注塑模具［2］。前期查閱了相關(guān)文獻(xiàn)了解多位學(xué)者針對(duì)塑件彎管抽芯等注塑模具設(shè)計(jì)做了相關(guān)研究［3?5］。如肖國(guó)華［6］以彎管塑件180°彎管內(nèi)壁的脫模難題為研究對(duì)象，將180°彎管內(nèi)壁的彎管型芯分割成2 組、每組設(shè)置3 個(gè)短圓弧成型塊，解決了180°彎管塑件的脫模問(wèn)題。蒙堅(jiān)［7］以立體型彎管的成型研究為例，設(shè)計(jì)了一種2次單次開(kāi)模2次頂出機(jī)構(gòu)注塑模具，成功解決了彎管內(nèi)壁脫模困難問(wèn)題。王懷奧等［8］以汽車(chē)液壓油管90°彎管接頭為研究對(duì)象，為解決產(chǎn)品脫模問(wèn)題，特設(shè)計(jì)了2 種脫模機(jī)構(gòu)：齒條圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)和油缸驅(qū)動(dòng)側(cè)滑塊強(qiáng)制脫模機(jī)構(gòu)。本文所述的汽車(chē)彎管塑件，針對(duì)其結(jié)構(gòu)及外觀要求設(shè)計(jì)了一套復(fù)雜的注塑模具，文章主要介紹模具其創(chuàng)新點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)：強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)、定距優(yōu)先開(kāi)模機(jī)構(gòu)及開(kāi)合模順序保護(hù)裝置、動(dòng)模側(cè)分型斜抽芯機(jī)構(gòu)和定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)［9?12］。

1 塑件結(jié)構(gòu)和工藝性分析

圖1 所示彎管塑件的零件結(jié)構(gòu)圖，塑件為管狀結(jié)構(gòu)，有一個(gè)折彎30 度的角度讓塑件在出模方向形成倒扣a 和b；底部有3.0 mm 厚的翻邊結(jié)構(gòu)為裝配位，塑件表面需要蝕紋且不允許有紋路脫傷；翻邊結(jié)構(gòu)上有4個(gè)碰穿孔，孔內(nèi)不允許有批鋒。同時(shí)滿足上述條件，模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度增大。塑件外形尺寸中等偏小，為140 mm×123 mm×122 mm，重量約130 g。產(chǎn)品材質(zhì)為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），該材料是一種耐候性極佳的樹(shù)脂，意味著長(zhǎng)期暴露在室外紫外線、潮濕、雨淋、光照及臭氧條件下，不經(jīng)涂裝也可以保持物性穩(wěn)定，能更好地保持制品原有新鮮亮麗的色彩，因而越來(lái)越多地被使用于汽車(chē)零部件及其他電子消費(fèi)領(lǐng)域需要壽命長(zhǎng)、安全可靠的塑料制品上。不需涂裝的優(yōu)點(diǎn)使AES在價(jià)格上更有競(jìng)爭(zhēng)力。塑件外觀面上除了不能有常規(guī)的注塑缺陷，包括縮水、批鋒等之外，該塑件需特別注意外表面紋路脫傷，困氣燒焦及側(cè)分型面的夾線控制。

圖1 零件結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the parts

2 模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

模具共設(shè)有3 個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)。一個(gè)定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)脫出倒扣a，定模斜滑塊需要設(shè)計(jì)定距優(yōu)先開(kāi)模機(jī)構(gòu)，使定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)在開(kāi)模時(shí)享有優(yōu)先抽芯權(quán)；動(dòng)模兩側(cè)大滑塊抽芯為側(cè)分型結(jié)構(gòu)，脫出塑件型腔解決倒扣b 的出模問(wèn)題。為防止合模時(shí)動(dòng)模滑塊與定模斜抽芯出現(xiàn)撞模的情況，模具設(shè)計(jì)了強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)，確保動(dòng)模滑塊抽芯機(jī)構(gòu)優(yōu)先復(fù)位權(quán)（詳見(jiàn)下述強(qiáng)制順序合模保護(hù)裝置的圖解說(shuō)明），然后再合模復(fù)位定模滑塊。模具采用一模一穴布局，標(biāo)模架尺寸最大外形為650 mm×610 mm×631 mm，重約1 300 kg。分2 次順序開(kāi)模動(dòng)作完成塑件倒扣出模，2次順序合模完成抽芯機(jī)構(gòu)復(fù)位后閉模，開(kāi)合模順序保護(hù)裝置為模具開(kāi)模和復(fù)位的安全多提供一道保障。模具總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 模具總裝圖Fig.2 General assembly drawing of the mold

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彎管塑件的壁厚3.0 mm，無(wú)特別的厚薄位置，設(shè)計(jì)均勻合理。模具設(shè)計(jì)選擇了在裝配位置上的單點(diǎn)大水口外觀面直接進(jìn)膠方式，并設(shè)計(jì)了澆口襯套延長(zhǎng)澆口壽命。此種進(jìn)膠方式的優(yōu)點(diǎn)為填充快，進(jìn)膠易控制、填充壓力損失小、不易出現(xiàn)因注塑成型的壓力大而產(chǎn)生批鋒和毛邊現(xiàn)象。缺點(diǎn)就是后期需要單獨(dú)處理進(jìn)膠點(diǎn)。但由于該進(jìn)膠點(diǎn)設(shè)置在外觀面上的裝配位置上，對(duì)進(jìn)膠點(diǎn)的處理要求不高，相對(duì)簡(jiǎn)單。

2.2 動(dòng)模側(cè)分型斜抽芯機(jī)構(gòu)和強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)

由圖2（a）可知，動(dòng)模側(cè)分型斜向抽芯機(jī)構(gòu)共設(shè)有滑塊A 和B 2 個(gè)，為側(cè)向分型結(jié)構(gòu)，塑件的型腔全部包含在其內(nèi)。其結(jié)構(gòu)是通過(guò)動(dòng)模滑塊壓板用螺絲固定在B 板上，開(kāi)模時(shí)由斜銷(xiāo)提供抽芯動(dòng)力，完成塑件型腔及倒扣b 的安全出模。斜銷(xiāo)的制作材質(zhì)為SUJ2 高碳鉻軸承鋼，每個(gè)滑塊各2 條，直徑25 mm，確保強(qiáng)度足夠；在滑塊A 和B 合模配合的鎖緊面和底部滑動(dòng)面設(shè)計(jì)了耐磨塊結(jié)構(gòu)，用中碳鋼熱處理到洛氏硬度（HRC）52～56 度，其作用是減少滑塊的磨損、延長(zhǎng)滑塊壽命、方便后期鉗工維修。塑件翻邊結(jié)構(gòu)上有4 個(gè)通孔，表面在抽芯方向有1 度的脫模斜度，為防止紋路脫傷和通孔處易出批鋒現(xiàn)象，滑塊的底部設(shè)置了3 度的斜度，滑塊抽芯時(shí)等于變相加大脫模斜度，將通孔位置的移動(dòng)插破變成靠破。2 個(gè)滑塊的鏟基都是模內(nèi)原身留結(jié)構(gòu)，配合更加精準(zhǔn)牢靠。滑塊A 和B 限位距離76.5 mm，由限位塊制；彈簧保持滑塊位置，保證合模時(shí)滑塊和鏟基的相對(duì)位置，讓其復(fù)位順暢防止壓模。詳細(xì)請(qǐng)見(jiàn)圖3。

圖3 動(dòng)模滑塊側(cè)分型斜抽芯機(jī)構(gòu)3D結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 3D structure diagram of side parting and oblique core pulling mechanism of the moving mold slider

強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)的作用為防止在合模時(shí)動(dòng)模滑塊與定模斜滑塊撞模。如圖4 所示，如果定模斜滑塊先復(fù)位，動(dòng)模滑塊后復(fù)位，就會(huì)發(fā)生相撞現(xiàn)象。其工作原理是通過(guò)固定在定模面板上的4 個(gè)擺桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)AB 板之間的分型面Ⅱ優(yōu)先閉合。如圖5 所示，模具閉合時(shí)，擺桿置與模具外側(cè)與模具不發(fā)生關(guān)聯(lián)；開(kāi)模時(shí)，當(dāng)分型面Ⅰ完全打開(kāi)后，分型面Ⅱ開(kāi)到一定的距離時(shí)，擺桿在彈簧的作用下完全復(fù)位，擺桿上設(shè)置的凸臺(tái)掛在A 板底部，持續(xù)保持此狀態(tài)；合模時(shí)，擺桿上凸臺(tái)會(huì)優(yōu)先推動(dòng)A 板合模讓動(dòng)模滑志先行復(fù)位，直到擺桿上的導(dǎo)向斜面與B 板上的導(dǎo)向斜面配合發(fā)生作用將擺桿擠出模具外側(cè)，使擺桿上的凸臺(tái)脫離A 板，此時(shí)AB 板之間的分型面Ⅱ已經(jīng)閉合，強(qiáng)制合模目的達(dá)成。此時(shí)分型面Ⅰ才開(kāi)始合模，直到模具完全閉合。

圖4 模擬定模抽芯先復(fù)位時(shí)合模相撞狀態(tài)3D示意圖Fig.4 3D schematic diagram of mold closing collision state during simulated fixed mold core pulling and first reset

圖5 強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)3D結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 3D structure diagram of the forced mold closing mechanism

2.3 定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)、定距優(yōu)先開(kāi)模機(jī)構(gòu)和開(kāi)合模順序保護(hù)裝置

彎管塑件在定模側(cè)有一個(gè)斜倒扣a，需要設(shè)置定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)脫出，通過(guò)定距開(kāi)模優(yōu)先機(jī)構(gòu)完成定模斜滑塊抽芯才可執(zhí)行其他的開(kāi)模動(dòng)作，否則模具會(huì)損傷。如圖6 所示，開(kāi)模時(shí)，分型面Ⅰ在定距開(kāi)模優(yōu)先機(jī)構(gòu)部件彈簧21、限位螺絲22、樹(shù)脂開(kāi)閉器35 和開(kāi)合模順序保護(hù)裝置的作用下優(yōu)先打開(kāi)，開(kāi)模距離60 mm由限位螺絲22 限制，此過(guò)程中定模斜滑塊經(jīng)鏟基上與其配合的梯槽結(jié)構(gòu)26 帶動(dòng)完成抽芯并保持狀態(tài)，塑件上倒扣a安全脫出。模具繼續(xù)打開(kāi)，樹(shù)脂開(kāi)閉器35和B板3 之間配合的摩擦力和磁性鎖模器組件的吸緊力無(wú)法承受注塑機(jī)開(kāi)模的拉力，分型面Ⅱ打開(kāi)，模具完成開(kāi)模動(dòng)作。

圖6 定模斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)和定距優(yōu)先開(kāi)模機(jī)構(gòu)2D結(jié)構(gòu)圖Fig.6 2D structure diagram of fixed mold inclined slider core?pulling mechanism and fixed distance priority mold opening mechanism

磁性鎖模器組件為開(kāi)合模順序保護(hù)裝置。它在定距優(yōu)先開(kāi)模和強(qiáng)制合模時(shí)均起到輔助作用。開(kāi)模時(shí)，吸緊分型面Ⅱ，讓分型面Ⅰ優(yōu)先打開(kāi)完成定模斜滑塊抽芯；合模時(shí)，當(dāng)分型面Ⅱ達(dá)到磁場(chǎng)范圍時(shí)增大AB 板間的合模力，讓分型面Ⅱ加速閉合優(yōu)先復(fù)位動(dòng)模滑塊。

2.4 模具導(dǎo)向定位設(shè)計(jì)

模具的精度除了自身的加工精度外，需要設(shè)計(jì)優(yōu)良的導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)確保模具在工作過(guò)程中的順暢性和穩(wěn)定性，以獲得質(zhì)量高的成型塑件。本副模具除了模架自身的導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)外，在A 板和B 板之間增加了對(duì)鎖結(jié)構(gòu)（分型面定位塊），在定模芯和動(dòng)模芯上設(shè)置了虎口對(duì)鎖結(jié)構(gòu)，保證定模和動(dòng)模在合模時(shí)的準(zhǔn)確定位；在左右側(cè)滑塊同樣設(shè)置了虎口對(duì)鎖定位結(jié)構(gòu)，并且在左右滑塊各自的底部中間增設(shè)了導(dǎo)向塊，確保左右側(cè)滑塊分型面不錯(cuò)位從而影響塑件表面的夾線效果；在動(dòng)模頂出機(jī)構(gòu)上設(shè)置了頂針板導(dǎo)柱，保證頂出的順暢，不容易發(fā)生頂出燒針現(xiàn)象。

2.5 模具排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具的排氣優(yōu)劣關(guān)系到塑件成型的品質(zhì)，是模具設(shè)計(jì)中不可或缺的一環(huán)。如圖7 所示的排氣系統(tǒng)示意圖，本副模具塑件的型腔都在兩側(cè)的滑塊上，所以在滑塊的頂部和底部分型面上均設(shè)置了整圈的二級(jí)排氣系統(tǒng)。二級(jí)排氣槽寬8 mm，深度0.3 mm；一級(jí)排氣槽寬4 mm，深度0.02 mm；讓塑件在填充時(shí)能充分地將熔料產(chǎn)生的氣體排出模具型腔，從而改善填充效率，防止困氣燒焦的現(xiàn)象發(fā)生，讓塑件獲得優(yōu)良的外觀品質(zhì)。

圖7 排氣系統(tǒng)3D示意圖Fig.7 3D schematic diagram of the exhaust system

3 模具生產(chǎn)時(shí)的工作過(guò)程

（1）合模上機(jī)完成第一次注射成型。（2）開(kāi)模，分型面Ⅰ會(huì)在彈簧21、樹(shù)脂開(kāi)閉器35 和磁性鎖模器組件34的作用下優(yōu)先打開(kāi)，開(kāi)模距離60 mm，定模斜滑塊完成抽芯，a 倒扣安全脫出；模具繼續(xù)打開(kāi)，樹(shù)脂開(kāi)閉器35與B 板3 配合的摩擦力和磁性鎖模器組件的磁場(chǎng)吸力無(wú)法承受注塑機(jī)開(kāi)模的拉力，開(kāi)合模順序保護(hù)機(jī)構(gòu)失效，分型面Ⅱ打開(kāi)，模具完成開(kāi)模動(dòng)作。（3）分型面Ⅱ打開(kāi)的過(guò)程中，擺桿復(fù)位；滑塊A 和B 在斜銷(xiāo)的作用力下完成抽芯動(dòng)作，側(cè)分型打開(kāi)，此時(shí)塑件的型腔全部脫出，倒扣b 的出模問(wèn)題解決，塑件停留在動(dòng)模芯上。（4）頂出系統(tǒng)實(shí)施頂出動(dòng)作，全自動(dòng)掉落或機(jī)械手進(jìn)行取件。（5）取件完成后，退回頂出機(jī)構(gòu)注塑機(jī)合模，擺桿機(jī)構(gòu)介入工作，推動(dòng)A 板優(yōu)先合模完成動(dòng)模滑塊A 和B復(fù)位，磁性鎖模組件在模具分型面Ⅱ的距離到達(dá)磁場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生吸力讓分型面Ⅱ加速閉合，分型面Ⅰ同時(shí)開(kāi)始合模讓定模斜滑塊復(fù)位，直至注塑機(jī)完成鎖模形成一套完整的注塑成型周期。循環(huán)上述步驟，即可實(shí)施任務(wù)生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）本副模具的第一技術(shù)要點(diǎn)為通過(guò)設(shè)置強(qiáng)制合模機(jī)構(gòu)、定距開(kāi)模優(yōu)先機(jī)構(gòu)和開(kāi)合模順序保護(hù)裝置解決多個(gè)分型面開(kāi)合模順序的問(wèn)題，保證了模具生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性；

（2）動(dòng)模滑塊側(cè)邊分型斜抽芯機(jī)構(gòu)為本副模具設(shè)計(jì)第二技術(shù)要點(diǎn)，針對(duì)抽芯結(jié)構(gòu)上移動(dòng)插破面易產(chǎn)生批鋒和塑件型腔脫模斜度不足易出現(xiàn)紋路脫傷的問(wèn)題，將側(cè)邊平行抽芯變?yōu)樾倍瘸樾荆扔趯⒉迤泼孀優(yōu)榭科泼妫瑯O大地降低了出現(xiàn)批鋒的可能性，另外斜度抽芯是變相增大脫模斜度解決紋路脫傷問(wèn)題；

（3）優(yōu)秀的排氣系統(tǒng)和導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)為該模具設(shè)計(jì)的第三技術(shù)要點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置良好的排氣解決塑件外觀面氣紋，困氣燒焦現(xiàn)象；嚴(yán)苛的導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)讓側(cè)分型夾線趨近完美，獲得了優(yōu)良的成型外觀品質(zhì)。