王一棟 高業(yè)漢 劉賽科 李金岳

摘要：當(dāng)前汽車改型領(lǐng)域中，在注塑模具設(shè)計和制造方面存在一些關(guān)鍵問題，如嵌件的偶發(fā)瑕疵、不合格率增加以及磁體吸力降低等。為此，提出了一種新的解決方案，即采用一種簡單緊湊、耐久性好、穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合磁體、定位針和固定針的協(xié)同作用，確保嵌件在模具動作和注塑過程中始終穩(wěn)定固定，即使在磁體吸力降低的情況下也能有效工作。這種方法有助于降低產(chǎn)品瑕疵和不合格率，提高模具的使用壽命和可靠性，同時也簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車中控臺；嵌件固定；磁體磁吸安裝技術(shù)；模具動作；可靠性

中圖分類號：U463.7? 收稿日期：2024-02-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202405021

1 前言

在汽車改型領(lǐng)域，汽車中控臺是內(nèi)飾設(shè)計的核心組成部分［1］。在進行汽車中控臺注塑生產(chǎn)時，一般應(yīng)用磁性安裝技術(shù)以保證部件的穩(wěn)固［2］。但在實際操作中，遭遇了兩個主要挑戰(zhàn)。首先是產(chǎn)品部件間歇性地出現(xiàn)缺陷或不達標(biāo)的情況。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這些問題主要源于嵌件在模具操作或注塑過程中的偶然移位或震動。由于模具操作引起的振動或注塑過程中材料流動對嵌件的影響，可能會導(dǎo)致嵌件松動或晃動，從而影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量［3］。其次是磁體吸力減弱的問題。這主要是因為模具在運行時會產(chǎn)生一定的熱量，這種熱量會影響磁體的性能，導(dǎo)致其磁性下降。這種現(xiàn)象最終會削弱模具的使用壽命和可靠性［4］。

鑒于上述問題，本研究將致力于尋找創(chuàng)新性的解決方案和技術(shù)，以確保新型汽車中控臺的設(shè)計和制造達到高標(biāo)準(zhǔn)，提高注塑生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 汽車儀表板中嵌件的安裝工藝

在制造過程中，嵌件的安裝工藝是確保儀表板正常功能和外觀質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［5-6］，具體包含以下內(nèi)容：

a.嵌件定位。在儀表板注塑成型之前，對嵌件進行準(zhǔn)確定位，確保其能夠精確放置在設(shè)計位置上。

b.注塑工藝。利用注塑技術(shù)對儀表板主體進行成型。通過設(shè)定合適的注塑工藝參數(shù)，包括溫度、壓力和速度，以確保注塑件質(zhì)量達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

c.嵌件安裝。在注塑件未完全冷卻硬化之前，將嵌件精確安裝到設(shè)計位置上。這一步驟需要高度的操作技巧和精密的定位工具。

d.固定嵌件。使用緊固件，如螺栓、螺母等，將嵌件牢固地固定在儀表板上。確保緊固件的扭矩符合設(shè)計要求，以避免松動或過緊。

e.質(zhì)檢。對嵌件安裝后的儀表板進行質(zhì)量檢查，包括檢查嵌件位置、緊固件狀態(tài)以及整體外觀等，確保符合設(shè)計和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

f.表面處理。根據(jù)需要，在儀表板上進行表面處理，如噴涂、電鍍等，以提升外觀質(zhì)量和耐用性。

g.總裝檢驗。將已安裝嵌件的儀表板與其他組件進行總裝，進行整體的裝配檢驗，確保各個部件之間的協(xié)調(diào)和正常工作。

3 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

經(jīng)工藝分析，汽車儀表板嵌件固定結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

A、B為局部剖視圖；C為立體結(jié)構(gòu)示意圖

1.磁體? 2.定位針? 3.固定針? 4.嵌件? 5.鎖緊件? 6.連接桿? 7.環(huán)形部? 8.徑向偏心弧形突出部? 9.滑塊移動結(jié)構(gòu)? 10.傳動桿? 11.油缸? 12.模具? 13.注塑產(chǎn)品

模具安裝過程：該系統(tǒng)的關(guān)鍵特性在于定位針2與磁體1間的相互作用。定位針2的一端與磁體1相結(jié)合，另一端則與嵌件4相連。磁體1主要負責(zé)吸引并固定定位針2上的嵌件4。在模具閉合過程或閉合后，驅(qū)動機構(gòu)啟動，使固定針3緊貼嵌件4。相應(yīng)地，在開模之前或開模過程中，驅(qū)動機構(gòu)將固定針3重置至原始位置。連接系統(tǒng)由鎖緊件5和連接桿6組成，后者嵌入模具的專用孔中。鎖緊件5利用螺紋與安裝孔相結(jié)合，確保連接桿6在孔內(nèi)穩(wěn)定。連接桿6的一端通過螺紋與定位針2的尾端相連。

此外，定位針2尾端設(shè)有環(huán)形結(jié)構(gòu)，與連接桿6的前端共同構(gòu)成環(huán)形安裝區(qū)域。磁體1套設(shè)于定位針2的尾部，并在該環(huán)形區(qū)域內(nèi)固定。環(huán)形部分的前端被融入為模具型腔面的一部分。同時，連接桿6配備了一個徑向偏心的弧形凸起8。這一凸起部分8與模具中的徑向偏心弧形限位槽相配合，用于實現(xiàn)周向和軸向的限位作用。

關(guān)于驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它由滑塊移動機構(gòu)9、傳動桿10和油缸11構(gòu)成。油缸11的伸縮端與傳動桿10及滑塊移動機構(gòu)9相連。滑塊移動機構(gòu)9連接固定針3，并負責(zé)推動固定針2緊靠嵌件4以及執(zhí)行相反方向的運動。固定針3與傳動桿10呈垂直關(guān)系布置。此外，固定針3沿滑塊移動機構(gòu)9的周向均勻分布。

模具工作過程：在開模的狀態(tài)中，嵌件4被置入并套接在定位針2上，此時磁體1起到吸附嵌件4的作用。在合模的過程中，模板將固定針3和驅(qū)動結(jié)構(gòu)作為一個整體進行移動。合模完成后，驅(qū)動結(jié)構(gòu)激活固定針3朝向嵌件4移動，以此將其固定。隨后進行注塑操作。在反向操作中，嵌件4會被松開，并精確且牢固地注塑連接至注塑產(chǎn)品13上。

通過采用這種設(shè)計，可以顯著增強模具12的性能，并在長期使用過程中減少瑕疵或質(zhì)量問題的產(chǎn)生。本結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計，展現(xiàn)了其簡潔緊湊、耐用、穩(wěn)定可信以及成本效益高等特點。無論是在模具12操作過程中還是在注塑材料流動和沖擊期間，借助定位針2和固定針3的協(xié)同作用，嵌件4始終保持穩(wěn)定固定，避免了松動或搖晃的問題。

此外，即便磁體1的吸力減弱，固定針3的輔助作用也確保了嵌件4的穩(wěn)定性，這極大地降低了產(chǎn)品瑕疵和不合格風(fēng)險，同時提升了模具12的使用壽命和可靠性。關(guān)于驅(qū)動結(jié)構(gòu)，它在模具12合模后或合模過程中驅(qū)動固定針3抵住嵌件4，而在開模前或開模過程中則使固定針3回退。這種設(shè)計避免了長固定針3或復(fù)雜驅(qū)動結(jié)構(gòu)的需求，有利于簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之更加簡潔緊湊。

4 模具設(shè)計要點

a.該設(shè)計包含鎖緊件和連接桿。連接桿的主要功能是插入模具的安裝孔。鎖緊件通過與安裝孔的螺紋配合，實現(xiàn)將連接桿穩(wěn)固地固定在安裝孔內(nèi)。連接桿的前端和定位針的后端通過螺紋進行連接。此外，定位針的后端設(shè)計有一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)與連接桿的前端共同構(gòu)成了一個環(huán)形的安裝空間。磁體被安置在這個環(huán)形空間內(nèi)，并與定位針的后端緊密套接。這種設(shè)計極大地方便了磁體的拆裝和維護，提高了整體結(jié)構(gòu)的使用便利性

b.該設(shè)計的環(huán)形部通過封閉安裝孔，有效地簡化了整體結(jié)構(gòu)，并顯著提高了拆裝的便捷性。在這個設(shè)計中，環(huán)形部的前端面充當(dāng)模具型腔面的一個組成元素。由于嵌件的后端覆蓋了環(huán)形部的前端面，因此在放置嵌件之前，環(huán)形部的這一特性使其能夠作為模具型腔面的一部分，從而進一步簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種安排不僅優(yōu)化了模具的功能性，還增強了其整體的效率和實用性。

c.連接桿配備了一個特殊的徑向偏心弧形凸起。這個凸起與模具安裝孔中的相應(yīng)徑向偏心弧形限位槽相結(jié)合，從而實現(xiàn)有效的周向和軸向定位。這種設(shè)計以其結(jié)構(gòu)的簡潔性和緊湊性而突出，同時也因其高限位強度和出色的可靠性而顯得特別有效。

d.該系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)由滑塊移動結(jié)構(gòu)、傳動桿和油缸組成。在這個結(jié)構(gòu)中，油缸的伸縮端部、傳動桿以及滑塊移動結(jié)構(gòu)按順序連接?；瑝K移動結(jié)構(gòu)與固定針相連，并負責(zé)推動固定針緊靠嵌件以及完成其反向運動。此外，固定針和傳動桿在結(jié)構(gòu)上呈垂直分布。這種設(shè)計既簡潔又緊湊，非常適合安裝在模具中，對模具的結(jié)構(gòu)強度的影響較小。

e.設(shè)計中，固定針圍繞滑塊移動結(jié)構(gòu)的周向進行了均勻布局。這種布局有利于保證各固定針承受均勻的力量分布，確保它們的同步運動，從而有效提高注塑產(chǎn)品的質(zhì)量。

5 模流仿真分析

模流仿真結(jié)果如圖2～圖6所示，可以看到該產(chǎn)品的平均體積收縮率為884%，說明在該特殊結(jié)構(gòu)下產(chǎn)品各部分體積收縮均勻合理。比較圖3能夠發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品整體的總變形量為033～2157 mm，結(jié)合在X、Y、Z各個方向上的模流仿真結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)在各個方向上的產(chǎn)品收縮率是比較均勻的，符合現(xiàn)有注塑模具結(jié)構(gòu)要求。

6 結(jié)語

本設(shè)計具有簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的耐久性、穩(wěn)定性以及低成本等優(yōu)點。在模具操作和注塑過程中，即便面臨材料流動的沖擊，定位針和固定針的協(xié)同作用確保了嵌件的穩(wěn)固，避免了松動或搖晃。即使在磁體吸力減弱的情況下，固定針的輔助作用也能保持嵌件的穩(wěn)定，有助于減少產(chǎn)品缺陷和不合格率，從而提升模具的使用壽命和可靠性。此外，驅(qū)動結(jié)構(gòu)在模具合模后或合模過程中驅(qū)動固定針頂住嵌件，而在開模前或開模過程中則帶動固定針返回，這有利于簡化和緊湊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。磁體、定位針和固定針之間的相互協(xié)同作用，使得嵌件的放入變得簡單準(zhǔn)確，無需擔(dān)心放置不當(dāng)。磁體和定位針共同確保固定針可以準(zhǔn)確地頂住嵌件，避免了頂偏或損壞嵌件的問題。

參考文獻：

［1］徐乙元基于視覺意象的家用轎車中控臺造型設(shè)計研究［D］重慶：重慶大學(xué)，2021

［2］胡建平，周春健，侯沖，等磁吸板式排種器充種性能離散元仿真［J］農(nóng)業(yè)機械學(xué)報2014（2）：45

［3］李春曉，范希營，郭永環(huán)，等基于GRNN-NSGA的帶嵌件注塑件多目標(biāo)優(yōu)化［J］塑料工業(yè)，2021（2）：84-88

［4］張修海，熊惟皓，李燕芳，等成型工藝對粘結(jié)NdFeB磁體力學(xué)性能的影響［J］電子元件與材料，2008（5）：15-18

［5］劉迎林GMF-NEV全塑車身儀表板及部分車身結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析［D］北京：北京化工大學(xué)，2015

［6］崔慶斌汽車儀表板中控面板設(shè)計研究［J］中國科技期刊數(shù)據(jù)庫工業(yè)A，2021（4）：55-56

作者簡介：

王一棟，男，1992年生，工程師，研究方向為模具設(shè)計及新技術(shù)。