轎車內飾件杯托內門熱流道注塑模具設計

肖國華，熊運星，張 適，葛知飛

(1.浙江工商職業技術學院，浙江 寧波 315012；2.華中科技大學材料科學與工程學院，湖北 武漢430074；3.寧波知飛模具有限公司，浙江 寧波 315015）

杯托內門是汽車個性化設計煙灰缸組件的一個重要塑料零件，廣泛的應用在家用、商務轎車產品上，杯托內門除作為汽車煙灰缸結構組件性能外，還須具有耐熱、防火及防老化等功能。其產品結構的復雜性使其模具設計有一定的復雜性，可作為高職院校模具專業學生作為提高熱流道模具設計能力的一個較好的實用案例[1~3]。

熱流道技術是應用于塑料注塑模澆注流道系統的一種先進技術，是塑料注塑成型工藝發展的一個熱點方向。典型的熱流道系統由如下四大部分組成：熱流道分流板(MANIFOLD)、熱噴嘴(NOZZLE)、溫度控制器(溢控箱)和輔助附件。與普通流道相比，熱流道的使用基于以下優點：

（1）流道內壓力損耗小，塑料流動性好，溫度均勻，則產品的內應力，變形就會減小，產品表面品質和力學性能就會大大提高；常見的縮水、填充不足、熔接痕、顏色不均、飛邊、翹曲現象也可以減少。

（2）消除全部或大部分流道廢料，物料的有效利用率高，不必回用舊料。

（3）縮短了成型周期，開模行程，提高了生產效率。

（4）熱流道均為自動切斷澆口，可以提高自動化程度。

（5）降低注塑壓力，有利于保護模具，延長使用壽命。

（6）多模腔模具可保證填充均勻，品質一致[4~7]。

每一項技術都會有自身的缺點存在，熱流道技術也不例外，熱流道的缺陷主要有：

（1）模具造價成本高。

（2）模具結構相比較復雜，要求嚴格控制溫度。

（3）需要專業人士進行維護[8~9]。

目前，在汽車工業設計中，新開發產品零部件以塑代鋼的步伐在加快。以塑料代替金屬，不僅能減輕車重，降低燃油消耗和碳氫化合物排放，提高動力，還能還有助于報廢零部件的回收，使汽車在成本方面獲得較好的經濟效益。同時，廣泛的使用塑膠件使不但使汽車外觀設計更加人性化、多樣化及內飾的手感舒適性、美觀性提供了便利條件，而且還有利于降低零部件加工、裝配與維修的費用。

汽車煙灰缸組件零件一般采用改性ABS。ABS的氧指數只有18%，易燃燒。一般為滿足汽車防火安全的要求，需要對一些零部件塑料材料進行阻燃改性。對于車載煙灰盒等特殊制件，最好使用遇火自熄的阻燃材料。目前，ABS 的阻燃改性以添加高效含鹵阻燃劑為主，阻燃ABS／PC 合金以更為環保的磷系阻燃劑為主[10~18]。

1 塑件結構分析

杯托內門殼體的外形，如圖1 和圖2 所示，材料為改性阻燃ABS，收縮率取0.55%，產品重量52.2 g，產品放縮水后開模方向投影面積19 938.29 mm2。在結構上有以下幾個特點：

（1）外形尺寸比較大，為169.4 mm×117.71 mm×38.4 mm，壁厚為1~2.5 mm。

（2）內門殼體內兩端有兩處比較大的插破孔，需要設置側抽芯結構。

（3）產品前端中央有一鉸接勾骨，骨內有深孔，且整個勾骨處在產品上表面。

（4）殼體兩端有鉸鏈孔，且其下端各有一處倒扣。

圖1 產品模具結構設計要點圖

圖2 產品結構圖

針對此產品模具設計的難點有以下幾點：

（1）澆注系統設計。

（2）產品出模、布局與模具結構。

（3）兩端插破孔側向抽芯結構。

（4）鉸接勾骨到成型與脫模。

2 模具結構設計與分析

2.1 分型面設計考慮

由塑料件結構分析可知，分型面位置是否正確選擇，將影響到該產品成型工藝是否能夠實現。為此，本模具分型面的選擇必須考慮：

（1）兩處比較大的插破孔，需要設置側抽芯結構，分型線不能破壞A 面外觀。

（2）鉸鏈孔抽芯機構分型面不能破壞A 面外觀。

（3）澆口不能開設在A 面上。

（4）鉸接勾骨到成型分型設計不能影響A 面外觀。

2.2 模具結構分析

結合模具設計經驗來看，本塑件在制造模具時可采用三板模結構及多點進膠方式，但經過分析，如采用三板模設計，此料把的長度會比較長，需要在一次開模時拉出較長的距離，留出足夠的空間給取料把。所以，采用三板模結構需要較長的導柱，流道板在導柱上滑行距離較長，易導致導柱彎曲變形，長時間的超負荷會使導柱的導向產生偏差，造成動定模部分定位不準，過早產生飛邊的可能性，導致廢品率的居高不下。同時，亦會影響模具結構內斜頂裝置的重復復位精度，影響模具的整體使用壽命。況且，從產品的特點來看，鉸接勾骨部位成型必須在定模斜頂頂出，采用三板模來做，控制機構比較復雜，增加生產成本。經模流預案分析發現，如采用三板模長距離的冷流道，流道產生很大的壓力降，壓力損失達40%，塑件不易注射滿，且廢料率較高。

綜上所述，傳統的三板模結構成型該產品不但無法實現自動化生產，還將產生低下的經濟效益和生產效益。所以，本產品成型采用熱冷流道結合的方式是比較優化的方案。其優勢有：

（1）在生產中產生料把短，塑料利用率高，塑料在整個加熱系統中是處于熔融狀態的。

（2）模具在結構上減少了一次開模，結構較為簡單。

（3）導柱不需要承重，導向定位不準的隱患可消除。

（4）流道大部分處于高溫熔融狀態的塑料，其壓力降損失小，能提高塑件品質，降低廢品率。

（5）可以實現自動化生產，提高了生產銷率。模具結構如圖3 所示。

本套模具針對產品的分型曲線特點，采用了斜滑塊、動模斜頂頂出和定模斜頂頂出相結合的頂出方式。定模斜頂頂出推出板設置在與流道板一同設置在面板與A 板之間，見圖3 所示。

圖3 動模俯視圖

2.3 熱流道系統的設計

根據該產品的單模注射成型工藝的要求，采用側澆口短流道加熱流道注射的流道設計方式，在產品左下端側開設扇形側澆口。主流道采用熱流道系統。對于A 模的熱流道系統熱流道板，采用板式一字結構的外加熱式熱流道板，如圖4 所示。熱流道系統采用貝斯特產品，在本設計中熱流道系統采用了2個加熱區，本設計熱流道系統溫度控制點有2個測溫點，采用鎳鉻一鎳硅熱電偶進行測溫，流道板加熱區采用直線式熱電偶，分噴嘴加熱區采用導線式熱電偶。隔熱設計中熱流道板覆蓋一層反射鋁箔，以減少熱輻射，同時，在流道板和模板之間留有空隙，采用了空氣隔熱。噴嘴采用氣動針閥式熱嘴，以防止流延。

圖4 定模仰視圖

2.4 前模斜頂頂出機構設計

鉸接勾骨到成型采用前模斜頂頂出設計，在上模座板2 與定模板9 之間設計一塊推板，前模斜頂座安裝在其上，如圖5 所示。在前模推板上設計有推板導柱導套8 和拉桿22，拉桿與動模上的樹脂開閉器21 連接。在開模時，借用樹脂開閉器的吸合力，將定模推板沿動模運動方向拉出，帶動鉸接勾骨斜頂頂出，完成脫模，復位時，依靠樹脂開閉器與拉桿套入配合推回。

圖5 前模頂出機構

2.5 模具結構零件

相對于普通二板熱流道模具，該模具主要增加了定模頂出推板，其設計機構比較簡約，創新。如圖4所示。

結構主要零件組成為：1.定位圈；2.上模座板；3.熱流道隔空板；4.前模推板；5.前模推板蓋板；6.前模斜頂底座；7.鉸接勾骨斜頂桿；8.前模推板導柱導套；9.A 板；10.滑塊1；11.B 板；12.頂針；13.頂針板蓋板；14.頂針推板；15.下模座板；16.垃圾釘；17.復位桿；18.復位彈簧；19.滑塊2；20.斜導柱固定塊；21.樹脂開閉器；22.前模推板拉桿；23.隔熱墊塊；24.熱流道嘴；25.導套；26.導柱；27.模腳；28.頂針板導柱導套。

模具機構設計難點有兩處：其一是定模頂出推板機構設計；其二是圖1 所示兩側側抽芯斜滑塊設計及板下斜頂設計。

3 模具工作過程

模具工作過程：

（1）在開模時，主分型面打開，帶動兩側滑塊抽芯，實現兩側側插破孔的脫模。

（2）動模一側之上的樹脂開閉器在主分型面打開的同時，帶動拉桿和定模定模推板的運動，帶動前模斜頂，將鉸接勾骨位頂出。

4 裝配及維護注意事項

模具安裝與維護時須注意以下幾點[7~8]：

（1）型腔型芯內鑲件的配合為基孔制間隙配合，最大間隙不得大于ABS 料的溢邊值0.04 mm。

（2）型腔型芯內鑲件都必須加防轉銷。

（3）動模側產品周邊須開設排氣槽。

5 結束語

通過對熱注射成型基本原理的了解以及對產品結構的分析，合理采用熱流道系統以避免使用三板模，從而簡化模具結構；通過合理選擇分型面位置，結合可行的抽芯機構，解決了該產品注射成型工藝中料多流道過長的問題；在普通熱流道二板模的基礎上，增設了前模頂出結構，結構合理，工作穩定可靠，生產效率高，塑件脫模后無拉傷變形，品質符合設計要求。總的來說，創新點有兩處：其一是前模頂出機構的設計；其二是產品兩側的斜滑塊分型結構設計。

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