差動組合抽芯的汽車后視鏡支架注塑模設(shè)計(jì)

孫肖霞，唐友亮，張 俊

(宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800)

0 前言

汽車后視鏡是汽車駕駛?cè)双@得間接視野和主動安全的重要裝置之一，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，盡量使駕駛?cè)双@得更好的視野并兼顧造型的美觀。外后視鏡支架是將后視鏡安裝固定在汽車車身兩側(cè)并控制鏡片抖動的一種連接機(jī)構(gòu)，通常為注塑件。為了滿足汽車產(chǎn)品的功能及外觀要求，支架結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，特別是制品上包含有較多的斜向側(cè)凹位的特征，這使得人們對模具結(jié)構(gòu)有了更高的要求。針對此類結(jié)構(gòu)所需要的模具設(shè)計(jì)，比較典型的有：吳晉等[1]設(shè)計(jì)了三次變向驅(qū)動斜抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了中央斜孔的脫模；林桂霞[2]設(shè)計(jì)了動模斜向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，需要雙分型面順序分型脫模；劉勇[3]針對小空間內(nèi)滑塊斜向抽芯的問題，設(shè)計(jì)了雙滑塊機(jī)構(gòu)，利用拉鉤使大滑塊帶動小滑塊實(shí)現(xiàn)脫模。上述文獻(xiàn)主要解決了單向斜抽芯的問題，對同一位置需要雙向斜抽芯的問題卻少有研究。

本文以某公司開發(fā)的某型汽車后視鏡支架為研究對象，詳細(xì)分析了塑件結(jié)構(gòu)及其成型工藝，基于UG NX平臺設(shè)計(jì)了一副差動組合抽芯的外后視鏡支架注塑模具，解決了其成型及脫模難的問題。

1 塑件結(jié)構(gòu)及工藝分析

塑件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其外形尺寸為235.5 mm×223.0 mm×132.2 mm，體積為157.06 cm3，平均壁厚為2.36 mm，最大壁厚為5.65 mm，要求外形美觀、強(qiáng)度和剛度好，不允許有飛邊、流痕、縮痕及明顯的熔接痕。制件選用材質(zhì)為丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)，收縮率為0.5 %，密度為1.05 g/cm3，其成型性能及熔體流動性能較好，具有較高的強(qiáng)度、硬度、尺寸穩(wěn)定性和沖擊韌性。

(a)A—A視圖 (b)B—B視圖 (c)俯視圖 (d)軸測圖圖1 塑件結(jié)構(gòu)Fig.1 Plastic part structure

塑件的工藝特點(diǎn)如下：(1)造型不規(guī)則、壁厚不均勻，加強(qiáng)筋和螺絲柱等特征較多，料流易在流動方向上紊亂，需合理選用澆口位置及設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。(2)如圖1(a)所示，分型面選在塑件外形最大輪廓處，有6組特征無法直接脫模，影響了模具的整體結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。上述6組特征命名為T1～T6，各特征基本情況分別為：T1處的斜側(cè)凹結(jié)構(gòu)，需要在定模側(cè)沿S1方向斜抽芯，其與分型面的夾角為18 °；T2處的3個斜側(cè)孔抽芯方向S2與S1相反；T3處的上凸邊需要側(cè)滑塊沿S3方向抽芯，其與分型面的夾角為15 °；由于T2和T3在同一成型方位，故需要設(shè)計(jì)差動組合抽芯實(shí)現(xiàn)2個不同方向的斜抽芯；如圖1(b)所示，由于K處的塑件邊沿上凸，需要T4處的側(cè)滑塊沿方向S4斜抽芯，其與分型面的夾角為15 °；T5和T6處的側(cè)凹深度分別為12.3 mm和11.1 mm，抽芯方向均與分型面平行，擬設(shè)計(jì)2組斜頂抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫模。(3)考慮到支架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，模具型芯宜采用鑲拼結(jié)構(gòu)，以盡可能的降低模具制造難度，保證模具工作的穩(wěn)定性及較好的修配互換性。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該塑件屬于批量生產(chǎn)，且左右后視鏡結(jié)構(gòu)基本對稱，故本模具采用1模2件，一次注射生成左、右后視鏡支架各1件。

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 澆口匹配性Fig.2 Gate matching

圖3 充填分析結(jié)果Fig.3 Filling analysis

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理對塑件品質(zhì)的影響極大，本例設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：(1)應(yīng)盡可能不影響塑件的外觀，即外表面不留澆口痕跡。(2)應(yīng)使塑料熔體迅速填充型腔，減少熱量與壓力的損失[4-6]。將塑件模型導(dǎo)出STL文件，導(dǎo)入到Moldflow中進(jìn)行澆口匹配分析，結(jié)果如圖2所示，宜將澆口開設(shè)在匹配性好的藍(lán)色區(qū)域。綜合考慮上述要點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如圖3所示的澆注系統(tǒng)，主要組成有：(1)采用潛伏式澆口，進(jìn)料口直徑為2 mm，開設(shè)在推桿上端，傾斜角度為45 °；(2)主流道小端直徑為3 mm，錐度為2 °；(3)分流道截面為梯形，其內(nèi)接圓直徑為8 mm。充填分析結(jié)果顯示，熔體在型腔內(nèi)充填均衡。困氣位置主要集中在鏡框附近，可以利用鑲件間隙排氣。熔接線長度較短，后期可提高模具溫度以減輕熔接痕。

2.2 主要成型零件設(shè)計(jì)

成型零件的設(shè)計(jì)綜合考慮了塑件幾何結(jié)構(gòu)和使用要求、澆口和分型面位置及脫模方式等因素[7]。

(1)定模。為節(jié)省材料并便于加工，采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。型腔鑲塊尺寸為560.0 mm×305.0 mm×157.2 mm，與動模板采用H7/m6的過渡配合，并用7個M14的螺釘固定在定模板上；

(2)動模。動模采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，設(shè)置了1個尺寸為560.0 mm×305.0 mm×83.3 mm的型芯鑲塊，并分割出16個型芯鑲件以解決成型件難加工的問題，其中包括13個圓形鑲件和3個異形鑲件，每個圓形鑲件均設(shè)計(jì)了止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

2.3 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件有與注塑機(jī)開合模方向不同的斜孔和側(cè)凹特征，不能直接推出脫模，因此，本文根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的抽芯機(jī)構(gòu)。

(1)T1的定模斜抽芯

T1處有壁厚為1.5～2 mm、縱橫交錯的加強(qiáng)筋，3個含直徑為6 mm孔的圓臺，其脫模方向與分型面夾角為18 (°)。針對該組側(cè)凹特征，設(shè)計(jì)了如圖4所示的定模斜抽芯機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成零件有滑塊1、壓板2和導(dǎo)向塊3。滑塊1與導(dǎo)向塊3采用T形槽連接，導(dǎo)向塊3用4個M8螺釘固定在定模座板上，斜面角度與開模方向的夾角為22 °，導(dǎo)滑長度為140 mm。每條壓板2用3個M8的螺釘固定在定模鑲塊上。工作原理為：分型時(shí)，定模座板帶動導(dǎo)向塊3向上移動，滑塊1向上移動的同時(shí)相對導(dǎo)向塊3斜向下滑動，2個方向的運(yùn)動合成了沿壓板2的斜向上運(yùn)動，因此，滑塊1可順利地從塑件T1處的側(cè)凹中退出。

1—滑塊 2—壓板 3—導(dǎo)向塊圖4 定模斜抽芯機(jī)構(gòu)Fig.4 Cavity angled core-pulling mechanism

(2)T2和T3的差動組合抽芯

1—從動滑塊 2—斜型芯 3—主動滑塊 4—斜導(dǎo)柱 5—楔緊塊 6—小拉桿 7—彈簧 8—壓板 9—限位螺釘(a)主視圖 (b)俯視圖圖5 差動組合抽芯機(jī)構(gòu)Fig.5 Differential combined core-pulling mechanism

如圖1(a)所示，T2處3個斜側(cè)孔的抽芯方向S2與T3處上凸邊的抽芯方向S3不一致，需要差動組合抽芯，本文設(shè)計(jì)的組合抽芯機(jī)構(gòu)如圖5所示。該機(jī)構(gòu)主要構(gòu)成零件有從動滑塊1、斜型芯2、主動滑塊3、斜導(dǎo)柱4、楔緊塊5、小拉桿6、彈簧7、壓板8和限位螺釘9。斜型芯2嵌套在從動滑塊1內(nèi)，并通過T形槽與主動滑塊3連接。從動滑塊1和主動滑塊3的結(jié)合面處設(shè)計(jì)了4個定位虎口，并安放了4個TL 12×6×40 mm的預(yù)壓縮彈簧7。小拉桿6一端固定在從動滑塊1上，另一端在主動滑塊3內(nèi)，其定距長度為20 mm。主動滑塊3的一部分底面加工成斜面，與分型面夾角為15 °，可以在與之相配合的動模板斜面上滑動，由限位螺釘9限位，限位距離為45 mm。斜導(dǎo)柱4的直徑為30 mm，傾斜角度為18 (°)。楔緊塊5用螺釘固定在定模板上，楔緊角度為20 (°)。工作原理為：分型時(shí)，斜導(dǎo)柱4帶動主動滑塊3沿S3方向滑動，在彈簧7的彈力作用下，從動滑塊1與主動滑塊3在接合面處分開，斜型芯2沿S3方向移動的同時(shí)相對主動滑塊3向下滑動，2個方向的運(yùn)動合成了沿S2方向的斜向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了T2處斜側(cè)孔的抽芯。隨后，從動滑塊1在小拉桿6的帶動下沿S3方向脫離塑件。

(3)T4的斜抽芯

考慮到圖1(b)中K處邊沿的凸起結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了如圖6所示的斜抽芯機(jī)構(gòu)。主要由側(cè)滑塊1、斜導(dǎo)柱2、楔緊塊3和壓板4零件組成。側(cè)滑塊1的部分底面設(shè)計(jì)為斜面，與分型面的夾角為15 °，由螺釘限定斜向滑動距離為35 mm。斜導(dǎo)柱2的直徑為25 mm，傾斜角度為18 (°)。楔緊塊3用螺釘固定在定模板上，楔緊角度為20 (°)。分型時(shí)，斜導(dǎo)柱2帶動側(cè)滑塊1沿壓板4形成的導(dǎo)滑槽在動模板的斜面上滑動，實(shí)現(xiàn)T4處的斜抽芯。

1—側(cè)滑塊 2—斜導(dǎo)柱 3—楔緊塊 4—壓板圖6 斜抽芯機(jī)構(gòu)Fig.6 Angled core-pulling mechanism

(4)T5和T6的斜頂抽芯

考慮到T5和T6處的側(cè)凹抽芯方向均與分型面平行，且有內(nèi)抽芯空間，本文設(shè)計(jì)了2組斜頂抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫模。主要組成零件有斜頂、斜頂?shù)鬃蛨A銷，斜頂?shù)鬃寐葆敼潭ㄔ谕瓢迳希表斢脠A銷連接在底座上，圓銷在底座的滑槽內(nèi)滑動，各設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Design parameter

2.4 其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

分型后塑件留在動模并包緊在型芯上，本文對每個塑件均勻布置了11根直徑為8 mm的圓推桿、6根直徑為6 mm的圓推桿和3根直徑為5 mm的圓推桿。對澆注系統(tǒng)流道設(shè)置了3根直徑為8 mm的Z形拉料桿和1根直徑為8 mm的圓推桿。

在定模側(cè)和動模側(cè)分別設(shè)置了1條和2條立體循環(huán)式冷卻水路，直徑均為10 mm。

3 模具的工作過程

1—動模座板 2—推板 3—推桿固定板 4—推桿 5—動模板 6、11—導(dǎo)套 7—型芯鑲塊 8—側(cè)滑塊 9、36—斜導(dǎo)柱 10—型腔鑲塊 12—導(dǎo)柱 13—定模板 14—型芯鑲件 15—定位圈 16—澆口套 17—定模座板 18、22—彈簧 19—小拉桿 20—拉料桿 21—復(fù)位桿 23—推板導(dǎo)柱 24—支撐柱 25—推板導(dǎo)套 26—墊塊 27—斜頂?shù)鬃?28—斜頂 29—拉鉤開閉器 30—斜滑塊 31—導(dǎo)向塊 32—從動滑塊 33—側(cè)型芯 34—主動滑塊 35—楔緊塊 37—滑塊壓板(a)A—A視圖 (b)B—B視圖 (c)俯視圖 (d)軸測圖圖7 模具裝配圖Fig.7 Mold assembly drawing

圖8 后視鏡支架實(shí)例圖Fig.8 Picture of rearview mirror brackets

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，如圖7所示，繪制了汽車后視鏡支架的注塑模裝配圖，模具總體尺寸為800 mm×650 mm×591 mm。模具工作過程為：(1)模具閉合，注射完畢，開模時(shí)，在彈簧18的彈力作用下，定模座板17與定模板13分型，斜滑塊30斜向滑動實(shí)現(xiàn)T1的定模抽芯；(2)繼續(xù)開模，小拉桿19拉住定模板13，主分型面分型，各斜導(dǎo)柱驅(qū)動各側(cè)滑塊向模具外側(cè)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)T2～T4的動模斜抽芯；(3)分型結(jié)束，注塑機(jī)頂桿推動推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動將塑件頂出；(4)在彈簧22的作用下，推出機(jī)構(gòu)復(fù)位；(5)合模，進(jìn)行下一個注塑循環(huán)。該塑件已在某汽車模具有限公司批量生產(chǎn)，如圖8所示。實(shí)踐證明，模具結(jié)構(gòu)緊湊、工作過程穩(wěn)定，制件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了客戶要求。

4 結(jié)論

(1)選擇了合適的澆口位置，實(shí)現(xiàn)了制件的均衡充型；

(2)根據(jù)不同的脫模要求，設(shè)計(jì)了多組動、定模斜抽芯機(jī)構(gòu)，其中，差動組合抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了同一位置的雙向斜抽芯；

(3)根據(jù)易于加工要求，設(shè)計(jì)了多鑲件的鑲拼式型芯組件。

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