馮 婧，張維合，鄧成林

(1.廣東科技學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東 東莞 523000；2.東莞市模人科技有限公司，廣東 東莞 523000)

0 前言

在汽車內(nèi)飾件中，儀表板是集安全性、舒適性及裝飾性于一體的部件。儀表板總成主要由上、下儀表板本體、除霜風(fēng)道、出風(fēng)口、組合儀表護罩、儲物盒、手套箱、中控面板和煙灰缸等零件組成。本文設(shè)計了一套汽車儀表板儲物盒注塑模具，在成型零件、側(cè)向抽芯機構(gòu)、脫模系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)設(shè)計方面均有所創(chuàng)新，徹底解決了同類塑件一直存在的黏定模、脫模困難和成型周期長等問題。

1 塑件外觀要求與結(jié)構(gòu)分析

(a)主視圖 (b)E-E剖視圖 (c)F-F剖視圖 (d)立體圖圖1 汽車儀表板儲物盒零件圖Fig.1 The handschuhkasten of automobiles

圖1所示為某款汽車儀表板儲物盒零件圖，材料為聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，收縮率取1.2 %[1]。PPC是以二氧化碳和環(huán)氧丙烷為原料合成的一種完全可降解的環(huán)保型塑料，主要性能為耐低溫。儀表板儲物盒是汽車最重要的內(nèi)飾件之一，最大外形尺寸為：362.9 mm×274.6 mm×457.5 mm。塑件技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)特點如下：(1)外觀面要求極高，不允許有斑點、澆口痕跡、收縮凹陷、熔接痕和飛邊等成型缺陷，外觀夾線處不允許起級。(2)外觀面需蝕皮紋，外側(cè)面(又稱A面)的脫模斜度不得小于5 °。(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加強筋較多，內(nèi)、外側(cè)面共有4個大面積倒扣，分別為S1、S2 、S3和S4，脫模較困難。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

儲物盒的內(nèi)表面為外觀面，不允許有推桿痕跡，因此由定模模成型，外表面由動模成型，成型塑件對定模包緊力較大，模具需要解決塑件黏定模的問題。儲物盒為大型塑件，澆注系統(tǒng)采用熱流道，由2點開放式熱嘴轉(zhuǎn)冷流道側(cè)進(jìn)膠。側(cè)向抽芯分別采用“滑塊+斜導(dǎo)柱”、“ 油缸+滑塊”和“斜頂+斜推桿”等側(cè)向抽芯機構(gòu)。 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2。

1—定模固定板 2—定模A板 3—定模鑲件 4—熱流道板 5—熱射嘴壓板 6—一級熱射嘴 7—側(cè)向抽芯 8—鎖緊塊9—斜導(dǎo)柱 10—彈簧 11—擋塊 12—動模鑲件 13—動模B板 14—動模型芯 15—脫模油缸 16—推件固定板17—推件底板 18—動模固定板 19—推柱 20—撐柱 21—斜導(dǎo)柱 22—擋塊 23—彈簧 24—滑塊 25—鎖緊塊26—二級熱射嘴G1 27、28—楔緊塊 29、32—流道凝料推桿 30—二級熱射嘴G2 33—先復(fù)位彈簧 34—復(fù)位桿 35—硬塊36—方鐵 37—側(cè)向抽芯 38—導(dǎo)柱 39—導(dǎo)套 40—斜抽芯 41—斜推桿 42導(dǎo)向塊 43—斜推桿滑座 44—抽芯油缸(a)動模排位圖 (b)A-A剖視圖 (c)B-B剖視圖 (d)熱射嘴G1 (e)熱射嘴G2 (f)先復(fù)位機構(gòu) (g)M處放大 (h)D向視圖圖2 汽車儀表板儲物盒模具結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The injection mold stracture of the handschuhkasten of automobiles

模具采用非標(biāo)模架，外形尺寸為：1 200 mm×950 mm×1 160 mm,總質(zhì)量約7 t，屬于大型注塑模具[2]。

2.1 成型零件設(shè)計

模具定、動模都采用鑲拼結(jié)構(gòu)。模具分型面高低落差較大，為保證受力平衡，注射時無側(cè)滑趨勢，型腔四周的分型面設(shè)計了互鎖式止口定位，詳見圖3。

圖3 分型面設(shè)計定位止口Fig.3 Design of parting surface

為了動模對成型塑件的拉力，本文在動模側(cè)設(shè)計了多條加強筋增加拉力，在無法設(shè)計加強筋地方則設(shè)計倒扣紋或?qū)⑼茥U頂端磨出“Z”形倒扣，倒扣紋深度0.5～1 mm[3]，這些措施成功解決了儲物盒黏定模的問題。

模具使用壽命為30萬次，出口到日本，因而材料采用SCM440。SCM440屬于SCM類材料，為日本的CrMO系合金鋼。模具定、動模鑲件為同一種材料，為減小定、動模鑲件之間的磨損，防止插燒，動模鑲件的硬度必須比定模鑲件小2 HRC左右。

2.2 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計

儲物盒模具屬于大型精密模具，導(dǎo)向定位必須可靠。為此模具在4個角上各設(shè)計了1支φ60 mm×550 mm的圓導(dǎo)柱，并設(shè)計了4個模架管位，詳見圖4。4支圓導(dǎo)柱安裝在定模側(cè)，這樣方便塑件取出。為保證斜導(dǎo)柱和滑塊安全復(fù)位，導(dǎo)柱的長度必須做到在斜導(dǎo)柱插入滑塊前20 mm插入導(dǎo)套[4]。在汽車模具設(shè)計中，圓導(dǎo)柱前端要做一段單邊5 °的斜度，導(dǎo)套長度等于導(dǎo)柱直徑的1.5倍即可，導(dǎo)套用壓板壓住，導(dǎo)套壓板材料用CR12淬火，既可做壓板用，又可做承壓板用。

(a)定模立體圖 (b)動模立體圖圖4 汽車儀表板儲物盒模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)Fig.4 The stereogram of molds

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)模流分析，模具采用2點開放式熱流道轉(zhuǎn)冷流道側(cè)進(jìn)膠的澆注系統(tǒng)。熱流道澆注系統(tǒng)由一級熱射嘴、熱流道板和二級熱射嘴組成，詳見圖5。熱嘴區(qū)域以及熱嘴正對著的動模區(qū)域，設(shè)計了冷卻水來加強對熱嘴區(qū)域的冷卻，避免了塑件外觀出現(xiàn)缺陷[5]。

(a)熱流道澆注系統(tǒng)平面圖 (b)熱流道澆注系統(tǒng)立體圖圖5 兩點開放式熱流道澆注系統(tǒng)Fig.5 The hot runner gating system

2.4 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計

側(cè)向抽芯機構(gòu)是本模具最重要的核心結(jié)構(gòu)之一。針對塑件外側(cè)的倒扣S1，S2，模具采用了“滑塊+斜導(dǎo)柱+彈簧”的抽芯機構(gòu)，抽芯方向見圖2(c)。倒扣S4采用 “斜頂桿+斜頂”的抽芯結(jié)構(gòu)，詳見圖2(b)。塑件外側(cè)面倒扣S3由于受塑件結(jié)構(gòu)限制，需進(jìn)行隧道抽芯，模具采用了“滑塊+油缸+鎖緊塊”的隧道抽芯結(jié)構(gòu)，合模時利用油壓和鎖緊塊的作用鎖緊滑塊進(jìn)行注塑，注塑成型后、模具開模前，由油壓的作用直接使滑塊沿抽芯方向運動，使之脫離倒扣，詳見圖2(h)。汽車注塑模具這種結(jié)構(gòu)較多，油缸缸徑的選擇與抽芯最大投影面積、鎖緊塊的斜度都有關(guān)系，一般可參照表1。

2.5 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

模具的溫度控制系統(tǒng)采用了“直通式水管+隔片式水井”的組合形式，詳見圖2和圖6。這種組合形式是優(yōu)先采用直通式水管，其次是采用隔片式水井。其優(yōu)點是塑件冷卻均勻，成型周期短，成型質(zhì)量高，適用于塑件精度與外觀要求高的模具[6]。缺點是過多的冷卻水井會影響模具的強度。模具的斜頂長寬方向尺寸小于50 mm×50 mm，沒有單獨設(shè)計冷卻水，但斜頂材料采用了導(dǎo)熱性很好的鈹銅，并在斜頂旁邊設(shè)計了冷卻水道。模具的側(cè)向滑塊由于和膠位接觸面積較大，都設(shè)計了冷卻水道對其進(jìn)行重點冷卻。

表1 油缸缸徑、抽芯最大投影面積和鎖緊面角度的關(guān)系

Tab.1 The relation between cylinder diameter, maximum projection area of core drawing and locking face angle

(a)定模冷卻系統(tǒng) (b)動模冷卻系統(tǒng)圖6 模具溫度控制系統(tǒng)Fig.6 Temperature control system of molds

模具定模側(cè)設(shè)計了2組冷卻水路，動模設(shè)側(cè)計了4組冷卻水路，模具冷卻水路縱橫交錯布置，方向與料流方向大致一致。模具的溫度控制系統(tǒng)均衡且高效，有效保證了成型塑件尺寸精度和外觀質(zhì)量，注射周期為50 s，模具的勞動生產(chǎn)率提高了10 %。

2.6 脫模系統(tǒng)設(shè)計

模具采用“推桿+推塊+斜頂+油缸頂出”組合脫模結(jié)構(gòu)，詳見圖7。模具完成開模行程后，依靠推件推出塑件與流道，由于脫模力較大，推件固定板采用了兩個液壓油缸推動和拉回復(fù)位，油缸規(guī)格CSLA15C63N120W。因液壓剛性較差，故推件固定板最終準(zhǔn)確復(fù)位還必須依靠4支復(fù)位桿。本模具設(shè)計了2個φ63 mm×120 mm的油缸，依靠集油塊油路串聯(lián)布置，這樣設(shè)計使油路設(shè)計做到了平衡，從而保證了模具頂出的平衡。油缸驅(qū)動推件的模具都不能采用復(fù)位彈簧，為保證分型面接觸之前推件提前復(fù)位，模具設(shè)計了推桿先復(fù)位機構(gòu)，在每一根復(fù)位桿的下面設(shè)計了一根彈簧[7]，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2(g)。

圖7 汽車儀表板儲物盒模具脫模系統(tǒng)Fig.7 The mould demoulding system

2.7 模具排氣系統(tǒng)設(shè)計

排氣系統(tǒng)設(shè)計不合理，會嚴(yán)重影響塑件的品質(zhì)，出現(xiàn)諸如填充不滿、困氣、脫模不順等成型缺陷，困氣嚴(yán)重時還會燒焦塑件，故合理設(shè)計排氣至關(guān)重要。汽車儀表板儲物盒注塑模主要通過分型面、鑲件接合面、推件與鑲件之間的間隙排氣，

其中分型面排氣槽是主要的排氣結(jié)構(gòu)，開設(shè)在定模側(cè)，加工方便，清除溢料方便，詳見圖8。分型面排氣槽包括一級排氣槽和二級排氣槽，其中一級排氣槽深0.05 mm，寬15 mm，排氣槽與排氣槽之間的距離應(yīng)均勻合理，控制在60～80 mm之間。二級排氣槽深1 mm，寬20 mm。

圖8 汽車儀表板儲物盒模具排氣系統(tǒng)Fig.8 The exhaust system of molds

3 模具工作過程

熔體通過注塑機噴嘴，經(jīng)一級熱射嘴6進(jìn)入熱流道板4，再由二級熱射嘴26、30進(jìn)入模具型腔。熔體充滿型腔后，經(jīng)保壓、冷卻和固化，至足夠剛性后，注塑機拉動模具的動模固定板18，模具從分型面Ⅰ處開模。在開模過程中，斜導(dǎo)柱9、21分別撥動滑塊7、24進(jìn)行側(cè)向抽芯，抽芯油缸44拉動滑塊37進(jìn)行隧道抽芯。開模距離達(dá)到300 mm后，上下兩個油缸15啟動，推動推件底板17，推件底板推動各推桿、推塊和斜推桿41，一邊進(jìn)行內(nèi)側(cè)向抽芯，一邊將成型塑件推離動模。塑件由機械手取出后，油缸15拉動推件固定板及推件和斜頂復(fù)位，抽芯油缸44推動滑塊37復(fù)位。接著注塑機推動動模合模，在合模過程中斜導(dǎo)柱9、21分別推動滑塊7、24復(fù)位，模具開始下一次注射成型。

4 結(jié)論

(1)模具采用“推桿+斜頂+推塊+油缸頂出”的脫模機構(gòu)，解決了汽車儀表板儲物盒大型塑件脫模困難問題；

(2)模具采用“油缸+滑塊+鎖緊塊”的側(cè)向隧道抽芯機構(gòu)，且油缸是間接作用在鎖緊塊上的隧道抽芯，大大減小了模具的外形尺寸，解決了隧道抽芯難的問題；

(3)模具采用在動模側(cè)設(shè)計加強筋和倒扣紋，成功解決了汽車儀表板儲物盒黏定模的問題；

(4)模具通過采用均衡且高效的“直通式水管+隔片式水井”溫度控制系統(tǒng)，大大提高了塑件的尺寸精度，成型周期50 s，降低了10 %；

(5)模具投產(chǎn)至今，運行平穩(wěn)安全，成型塑件各項指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求。