高磊（東莞大和化成汽車零配件有限公司，廣東東莞523533）

淺談汽車輪罩塑件注射模具設(shè)計(jì)

高磊（東莞大和化成汽車零配件有限公司，廣東東莞523533）

本文著重分析了汽車輪罩塑件注射模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)、要求和設(shè)計(jì)方法。

汽車輪罩；注塑模具；設(shè)計(jì)

汽車輪罩塑件的注塑成型始終是相關(guān)設(shè)計(jì)人員開展模具設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)，尤其是當(dāng)塑件的壁厚變化較大，各部位壁厚不均勻時(shí)，在實(shí)際的注塑過(guò)程中會(huì)有出現(xiàn)壓力過(guò)大、飛邊和熔接痕的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，無(wú)法滿足客戶提出的要求，并最終影響到模具施工壽命以及產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。為此，有必要在設(shè)計(jì)工作中充分利用現(xiàn)階段成熟的輔助設(shè)計(jì)軟件，充分考慮塑件特點(diǎn)，制定合理有效的設(shè)計(jì)方案，妥善處理設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的難題，從而達(dá)到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證產(chǎn)品滿足使用要求的目的?，F(xiàn)針對(duì)汽車輪罩塑件注射模具各項(xiàng)特點(diǎn)，對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析，為確保模具設(shè)計(jì)質(zhì)量及產(chǎn)品加工質(zhì)量提供可靠的參考與依據(jù)。

1 主要零部件工藝

左輪罩與右輪罩均采用PP（71103）塑膠，其收縮率可保持在1%左右，中間部分的壁厚約為1.2mm，兩側(cè)壁厚略大于中間部分，為1.7mnm，整體尺寸：1068mm×434mm×628mm，是典型的薄壁型注塑模具。此零部件為半圓形，外部形狀較不規(guī)則。在外觀方面，應(yīng)滿足無(wú)氣孔、飛邊和縮坑，且整齊光滑等要求。在零部件的表面，設(shè)有若干處通孔與倒鉤，其中通孔的直徑在6.5mm左右，無(wú)法在脫模方向上依靠動(dòng)定?？科埔约安迤仆瓿沙尚?，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成側(cè)向抽芯的型式。根據(jù)零部件各項(xiàng)基本信息可知，此零部件主要有以下設(shè)計(jì)難點(diǎn)：其一，壁厚變化較大，在注塑過(guò)程中有發(fā)生壓力超標(biāo)、飛邊與熔接痕等危險(xiǎn)；其二，零部件的外觀尺寸相對(duì)較大，應(yīng)對(duì)模具的強(qiáng)度、自重、吊升形式、規(guī)格等進(jìn)行重點(diǎn)考慮；其三，在對(duì)模具進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，取件難度較大。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體思路

考慮到此零部件外觀尺寸偏大，形狀與結(jié)構(gòu)不規(guī)則，壁厚變化較大等特征，在對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)分析與結(jié)構(gòu)合理性的探討時(shí)，應(yīng)借助Moldflow等專業(yè)軟件對(duì)其設(shè)計(jì)重點(diǎn)進(jìn)行分析，包括澆口的具體位置與大小、充填開始時(shí)間、注塑流動(dòng)前沿實(shí)時(shí)溫度、鎖模強(qiáng)度、氣泡具體位置、模腔實(shí)際壓力與熔接痕的具體位置等。

Moldflow專業(yè)軟件能提供專用于注塑成型方面的仿真工具，可協(xié)助模具設(shè)計(jì)人員對(duì)具體的成型流程、塑料零部件與模具進(jìn)行可靠的驗(yàn)證與優(yōu)化。在實(shí)際工作中，通過(guò)對(duì)該軟件的合理應(yīng)用，能為設(shè)計(jì)人員、制造人員及工程師提供正確且必要的指導(dǎo)，并在仿真設(shè)置以及結(jié)果反饋的支持下，對(duì)各個(gè)因素為可制造性造成的實(shí)際影響進(jìn)行展示[1]。無(wú)論是薄壁零件，還是厚壁零件或堅(jiān)固零件，利用該軟件形成的各類幾何圖形都能為設(shè)計(jì)人員的方案選定提供進(jìn)行方案試驗(yàn)的條件，這是傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)模流分析的成果對(duì)模具的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定：其一，一模一腔排位；其二，熱流道系統(tǒng)主要采用六點(diǎn)進(jìn)膠形式；其三，模具生產(chǎn)所用注塑機(jī)應(yīng)保持在1250t左右，不得低于1250t；其四，模架需使用非標(biāo)三板形式；其五，對(duì)于行程相對(duì)較大的側(cè)抽芯應(yīng)優(yōu)先使用油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其余則可使用常規(guī)斜導(dǎo)柱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；其六，產(chǎn)品留于動(dòng)模，取件利用機(jī)械手進(jìn)行直接抓取完成。在實(shí)際工作中嚴(yán)格按照以上要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在所用專業(yè)軟件中開展模擬分析，兼顧冷卻水道，同時(shí)將分析結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定，以此確保方案的可行性與合理性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）澆注系統(tǒng)

考慮到汽車輪罩是典型的大型薄壁式零部件，在注塑料澆注成型時(shí)必須保持最佳流動(dòng)性，并且在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)借助熱流道確保穩(wěn)定在要求的流動(dòng)范圍中，以此保證熔料可以在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)完全充填型腔。通過(guò)對(duì)熔體進(jìn)行的流動(dòng)分析與模擬分析，可確定出六點(diǎn)澆口的最佳位置，如圖1所示。為了防止在作業(yè)過(guò)程中零部件的表面產(chǎn)生嚴(yán)重的熔接痕，需將六點(diǎn)澆口實(shí)際尺寸確定如下：四點(diǎn)直徑嚴(yán)格控制在3.5mm左右，采用單邊2度的斜度以大澆口在產(chǎn)品上直接進(jìn)行進(jìn)膠；另外兩點(diǎn)則采用15度斜度、20mm寬和3mm高的側(cè)澆口于滑塊的頂端位置進(jìn)行進(jìn)膠。

圖1 六點(diǎn)澆口位置

（2）分型面

為滿足取件提出的基本要求，并確保次零部件有良好的外觀質(zhì)量，其主分型面應(yīng)確定在裝車狀態(tài)底端對(duì)應(yīng)的最大輪廓面上；與此同時(shí)，在與客戶協(xié)商并征得同意之后，可將側(cè)抽芯分型線（共六處）設(shè)置在零部件的表面，如圖2所示；而其余的圓孔抽芯分型線（共三處）則可設(shè)置在零部件表面預(yù)留的圓孔口上。

圖2 分型線

（3）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

經(jīng)過(guò)深入的設(shè)計(jì)分析可知，無(wú)法在脫模方向上直接進(jìn)行成型倒鉤的部位共有九處，為方便生產(chǎn)加工，避免對(duì)外觀質(zhì)量造成影響，可將其設(shè)計(jì)為側(cè)抽芯的形式，如圖3所示。其中，對(duì)側(cè)抽芯而言（共六處），為了使加工取件更為方便，降低生產(chǎn)難度和提高效率，需適當(dāng)增大滑塊，并將其和動(dòng)模進(jìn)行可靠固定，如果抽芯的行程在10mm以上，則可利用液壓油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；而在10mm以下時(shí)，可使用常規(guī)的斜導(dǎo)柱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。除這六處圓孔外的其他三處圓孔，應(yīng)采用鑲針側(cè)抽芯形式，將其和定模進(jìn)行可靠固定，并利用液壓油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不再使用斜導(dǎo)柱。

圖3 出模斜度

（4）冷卻系統(tǒng)

定模冷卻主要使用直通形式的冷卻水道，冷卻水一進(jìn)一出；動(dòng)模也可以使用一進(jìn)一出中間用潛入式水井不斷靠近零部件表面的水道進(jìn)行有效冷卻。為了保證冷卻效果，每一處抽芯都要設(shè)置專用的冷卻水道。通過(guò)準(zhǔn)確的模流分析可知，如果能將進(jìn)出水口實(shí)際溫差控制在2℃-3℃的范圍內(nèi)，則可避免發(fā)生因溫差超標(biāo)而造成的收縮不均等問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了要重視冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還要采取有效措施嚴(yán)格控制進(jìn)出水口實(shí)際溫差。

3 模具具體工作過(guò)程分析

正式開模之后，在注塑機(jī)施加的作用之下，動(dòng)模會(huì)不斷向后方移動(dòng)，直至到達(dá)設(shè)定的行程。三處側(cè)抽芯在液壓油缸的驅(qū)動(dòng)之下脫離膠體，直至達(dá)到設(shè)定的距離。采用機(jī)械手對(duì)輪罩進(jìn)行抓取，并按由上至下的順序取出部件。在合模的過(guò)程中，滑塊在液壓油缸的驅(qū)動(dòng)作用下先行復(fù)位，然后動(dòng)模開始不斷向前方移動(dòng)，直到分型面完全鎖緊。

4 模具的試生產(chǎn)與結(jié)果

考慮到模具實(shí)際溫度決定了結(jié)晶程度，所以在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)將模具實(shí)際溫度嚴(yán)格控制在45℃，而料筒的實(shí)際溫度應(yīng)根據(jù)其分段情況控制在190℃-220℃范圍內(nèi)，采用70MPa注塑壓力，壓力保持狀態(tài)下的最大壓力不能超出30MPa。開始注塑后，應(yīng)采用高速進(jìn)行注射，通過(guò)對(duì)充模速度的提高能保證塑料具有更好的流動(dòng)性，確保模腔內(nèi)盡快被料填滿，以此有效降低型腔內(nèi)壓，避免飛邊等問(wèn)題的發(fā)生[2]。將模具正式投產(chǎn)之后的實(shí)際生產(chǎn)狀況作為依據(jù)，開展跟蹤驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果可知，模具的成型及填充情況較好，可在十分平穩(wěn)的狀況下進(jìn)行流動(dòng)，且成型壓力始終保持在較低的水平，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由于壓力過(guò)大而造成的毛刺和飛邊等成型缺陷。通過(guò)對(duì)成品進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)，無(wú)明顯困氣現(xiàn)象和燒焦等由于嚴(yán)重困氣導(dǎo)致的缺陷。從整體上看，模具的實(shí)際工作情況較為穩(wěn)定，可順利且方便的進(jìn)行取件，雖然采用多澆口的形式會(huì)產(chǎn)生一些熔接線，但在實(shí)際情況中并不明顯，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能、外觀和質(zhì)量造成影響，部件整體質(zhì)量滿足客戶提出的各項(xiàng)技術(shù)要求，說(shuō)明此次設(shè)計(jì)合理可行，具有良好的參考和借鑒價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)汽車輪罩塑件注射模具進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，選定最佳的塑件澆口位置始終是相關(guān)設(shè)計(jì)人員和客戶關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)也是決定設(shè)計(jì)質(zhì)量的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)所在，尤其是此類塑件的壁厚有較大的變化，對(duì)設(shè)計(jì)提出了十分嚴(yán)格的要求，如果未對(duì)這一因素進(jìn)行分析，必定會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量造成不利影響。對(duì)此，應(yīng)借助Moldflow等專業(yè)軟件為設(shè)計(jì)工作提供必要的輔助，而通過(guò)實(shí)踐也能看出，在全面應(yīng)用設(shè)計(jì)輔助軟件之后，不僅可以處理各項(xiàng)設(shè)計(jì)難題，節(jié)省用于反復(fù)試驗(yàn)投入的資金，而且還能起到縮短實(shí)際開發(fā)周期的作用，并為設(shè)計(jì)人員制定合理的設(shè)計(jì)方案提供可靠的基礎(chǔ)支撐。

[1]王偉，盛丹，蔡嘉盛，周應(yīng)國(guó).熔接線數(shù)值模擬在汽車保險(xiǎn)杠注射模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（01）:22-26.

[2]王偉其.新型汽車輪罩及工藝研究[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（8）:476-480.