趙利平，張維合，彭新華

（1. 廣東科技學院機電學院，廣東 東莞 523000；2. 茂新五金（深圳）有限公司，廣東 深圳 518106）

0 前言

汽車座椅側護板塑件是汽車座椅零件中必不可缺的一部分，不同品牌和車型所配置的座椅功能都盡不相同，同一車型所配置的座椅大多數(shù)都是在功能上有少許差異，其結構基本一樣以達到最大化利用模具的目的。本文所述的座椅側護板塑件就是一套充分利用同一模具達到生產(chǎn)不同結構塑件的模具典范，其模具結構的主要創(chuàng)新點和設計要點是通過采用了便捷式的模內互換鑲件結構和在常規(guī)斜頂抽芯機構設計空間不足的情況下，通過異型的斜頂抽芯機構配合直頂頂出機構達到出模方向倒扣脫模的目的［1-2］。

1 塑件結構和工藝性分析

如圖1 所示為汽車座椅側護板塑件的零件結構示意圖，塑件外形似一個“L”狀，中間有一個凹位，端部有一個弧形，外形尺寸為595 mm×290 mm×108 mm，質量約為450 g，屬于中型塑件。塑件材質為聚丙烯（PP），該材料在塑料中質量最輕、無毒、無異味、流動性非常好、力學性能穩(wěn)定、著色性能佳，收縮大不利于成型尺寸精度較高的塑件，抗紫外線能力弱需要通過增加添加劑含量等辦法解決。平均壁厚為2.6 mm，最大厚度偏差在0.2 mm 以內，產(chǎn)品壁厚設計很均勻，非常利于填充。塑件結構上倒扣多有13 處，共做了12 個斜頂抽芯機構脫模；骨位多填充困難需要多做鑲件排氣利于成型，同時頂出時抱緊力大；另外定模和動模需要做互換鑲件實現(xiàn)有孔和無孔2款樣式，導致模具設計和制作難度增大［3-5］。

2 模具結構總體設計

2.1 澆注系統(tǒng)設計

汽車座椅側護板塑件主體的平均壁厚為2.6 mm，沒有特別厚或薄的位置，骨位厚度為1.4 mm，控制在主體壁厚的60 %以內，壁厚設計合理。參考同類塑件進膠設計的成功經(jīng)驗，鑒于PP 料流動性好及外觀表面不能有進膠痕跡的問題，本副模具采用的是單點牛角進膠方式，如圖2 所示，進膠點選擇在一條骨位上。本案例通過選擇在骨位上進膠可將進膠點做成扇形狀，解決表面烘印問題同時弱化成型壓力損失。

圖2 進膠的3D示意圖Fig.2 3D diagram of the feeding glue

2.2 便捷式模內更換鑲件機構

圖3 為便捷式模內更換鑲件機構3D 剖切圖，圖3（a）為無孔款塑件，圖3（b）為有孔款塑件。該互換鑲件機構可在模具注塑生產(chǎn)過程中直接在注塑機臺上通過簡單的操作，在不拆模的前提下直接更換鑲件。機構由定模鑲件19（有孔和無孔2 種）、動模鑲件45（有孔和無孔2種）、鑲件連接塊47、銷釘50、鑲件定位針42、鑲件取出針44、工藝定位塊49及螺絲51組成。動模鑲件45 和定模鑲件19 與鑲件連接塊47 通過銷釘50 連接，工藝定位塊49 在模具制作過程中起固定鑲件19 和45 的作用。如將圖3（a）所示的無孔款換成圖3（b）所示的有孔款，具體操作方法：①先拆掉圖3（a）A 板2 和B 板3 上螺絲51；②拔出鑲件定位針42 使其脫離鑲件連接塊47 上的直角限位槽48；③用工具擠壓鑲件取出針44，鑲件取出針44 與鑲件連接塊47 在取出斜面46處產(chǎn)生的作用力將推動鑲件向分型面方向頂出，鑲件與模芯之間在其取出方向設有1°的斜度，當鑲件松動后，即可直接取出；④更換4（b）有孔款的鑲件，分別裝入動/定模芯內；⑤裝入鑲件定位針42固定在直角定位槽48內，裝入鑲件取出針44，鎖緊螺絲完成更換。

圖3 便捷式模內鑲件更換機構3D剖切圖Fig.3 3D profile of convenient in-mold insert replacement mechanism

2.3 異形斜頂抽芯機構及其配合的直頂頂出機構設計

由圖4 異形斜頂抽芯機構和直頂頂出機構相配合的3D 結構示意圖可以看出，脫出L2 倒扣的常規(guī)做法是直接做小斜頂即可，本案例由于在常規(guī)做法時斜頂桿位置會與司筒干涉，加大斜頂做到塑件膠位邊緣又有骨位干涉，導致常規(guī)的做法無法實現(xiàn)倒扣L2 的正常脫模。為解決此難點，通過設計一個L 形的異形斜頂，將斜頂桿外移避開與司筒的干涉，在異形斜頂?shù)纳厦嬖僮鲆粋€直頂，斜頂和直頂同時頂出，成功解決了常規(guī)做法下斜頂桿與司筒干涉的問題，又解決了異形斜頂上面膠位形成倒扣的問題。增加直頂即輔助了產(chǎn)品頂出，又實現(xiàn)了L2倒扣的順利脫出。

2.4 斜頂抽芯機構設計和直頂頂出機構

汽車座椅側護板模具共設有12處斜頂抽芯機構如圖5（a）所示，還包括1個直頂機構與其中1個異形斜頂抽芯機構的組合結構［6-7］。12 個斜頂根據(jù)倒扣量的需要分成4類如圖5（b）所示。所有斜頂抽芯機構的結構設計全部相同，如圖5（c）所示，其基本構造是由斜頂塊22、斜頂桿24、連接銷54、斜頂桿24、斜頂桿導向塊23、頂桿套20、斜頂座53、斜頂固定基座52 構成。其工作原理是上端的斜頂塊22 通過連接銷54 固定在斜頂桿24上；下端的斜頂座53 通過螺絲與直頂桿24 連接，斜頂座圓凸臺55 連接斜頂固定基座52 再固定在頂針板上；中間設有2 個斜頂導向塊23，并在斜頂導向塊23 的內部裝有頂桿套20。斜頂固定基座52 和頂桿套20 采用了石墨銅材質，它是一種自帶潤滑性無須開油槽和添加其他潤滑劑，可持續(xù)在高溫300 ℃下正常工作的銅制品，主要作用是防止斜頂在工作過程中此2處活動部件不會出現(xiàn)燒死現(xiàn)象，從而降低斜頂發(fā)生斷裂的風險。直頂頂出機構包括直頂塊40、直頂桿8、直頂桿導向塊9、頂桿套20。上端通過螺絲固定直頂塊40 和直頂桿8；下端通過螺絲固定直頂桿8 在頂針底板5 上；中間設有2 個直頂桿導向塊9 及頂桿套20 保證直頂正常運行避免出現(xiàn)燒針現(xiàn)象。

圖5 斜頂抽芯機構和直頂頂出機構示意圖Fig.5 Schematic diagram of inclined top core-pulling mechanism and straight top ejector mechanism

2.5 精密導向定位設計

由圖6 模具總裝結構圖所示：模架上動模和定模之間設有4 組導柱27、導套43，8 組分型面定位塊12；頂針板上設有4 組中托司21；模芯分型面上設計了虎口對鎖結構41；斜頂抽芯機構和直頂頂出機構的每根頂桿上分別設計了上下2 個導向塊。使整套模具從模架、模芯到頂出系統(tǒng)都有非常精確的定位導向設計，保證了模具精度的同時讓其在生產(chǎn)過程中擁有優(yōu)良的穩(wěn)定性，確保塑件品質得到有力保障［8-10］。

圖6 模具總裝圖Fig.6 Mold assembly drawing

2.6 模具排氣系統(tǒng)設計

模具的排氣是模具設計中非常重要的組成部分，直接關系到塑件的最終成型品質。如圖7所示的排氣系統(tǒng)示意圖，定模型腔上設置了整圈的二級排氣系統(tǒng)。二級排氣除了兩級封膠位各10 mm寬之外，整個分型面全部避空，深度0.2 mm；一級排氣槽寬4 mm，深 度0.015 mm；動模上利用鑲件、鑲針、司筒針和頂針輔助排氣，鑲件內還單獨設置了排氣槽；為避免合模時鎖模力太大導致排氣不暢，在B板上設置了12個分型面平衡塊13均衡分型面的鎖模壓力，保證填充時能將熔料產(chǎn)生的氣體充分地排出模具型腔，提高填充的效率，減少困氣燒焦現(xiàn)象的發(fā)生，讓塑件能夠獲得優(yōu)良的成型品質。

2.7 模具冷卻水路設計

由圖8 可以看出定模共設有2 條水路，在每一條水路上還設有多個水井，水井分布在塑件周邊或高度方向落差較大的位置，整個水路呈均勻分布確保定模充分冷卻；動模上設有6 條水路，每一條水路上均配有水井，水井分布在模芯內部及周邊，特別是設計的水路轉接塊結構讓動模水路更完善，冷卻更充分，為后期量產(chǎn)成型提供了有力保障。

圖8 定模冷卻水路3D示意圖Fig.8 3D schematic diagram of the fixed mold cooling waterway

2.8 模具整體結構

模具共設有12個斜頂抽芯機構脫出塑件上13個倒扣，13個倒扣共分為四種類型如圖1（b）、（c）、（d）塑件扣位結構3D 示意圖所示，其中圖1（b）為異形斜頂抽芯機構，需做一個直頂配合才能完成倒扣的出模［11-12］。塑件分為有孔和無孔兩款，模具的動模和定模需做便捷式模內可互換鑲件結構，在注塑機臺上完成，以降低拆模、裝模的時間及人工成本。模具采用1 模1 穴布局，非標模架尺寸最大外形為925 mm×750 mm×641 mm，重約2 350 kg，屬于中大型模具范疇。模具總體結構圖如圖6所示。

3 結論

（1）通過模內便捷式鑲件互換的機構設計實現(xiàn)同一套模具生產(chǎn)2 種不同的塑件，提高了模具的生產(chǎn)效率，降低了模具制造成本，提高了產(chǎn)品的競爭力，可滿足不同需求的用戶；

（2）模具的倒扣多，分布在不同方向通過多個斜頂抽芯機構解決脫模問題，特別是對于空間受限的倒扣采用了異形斜頂抽芯與直頂配合的組合式方案來解決脫模難題；

（3）優(yōu)良的冷卻水路、排氣系統(tǒng)、精密導向定位結構設計使模具在實際生產(chǎn)過程中表現(xiàn)優(yōu)異，塑件的成型周期、變形控制、外觀品質都能滿足客戶要求。