概念車外觀件注射成型模的簡化設計

薛翰

摘 要：本文通過對概念車外觀件復雜成型面殼的結構分析，本著設計模具時應在保證產品質量的前提下盡可能地簡化模具結構，降低廢品率，縮短模具生產周期，提高模具壽命的設計理念，設計出一套以解決大面積薄壁、形狀復雜及塑件冷卻問題的簡化注射成型模具。

關鍵詞：模具結構分析；簡化設計；塑件冷卻

中圖分類號：TQ32 文獻標志碼：A

Abstract：Based on the analysis of the structure of the complex molding surface shell of the concept vehicle， according to the premise of ensuring the quality of the product， we should simplify the mould structure as much as possible， reduce the waste rate， shorten the production cycle of the mould， improve the design concept of the mould life， and design a set of simplified injection molding mould to solve the problems of large thin wall， complex shape and cooling of the plastic parts.

Keywords：Mold Structure Analysis；Simplified design；The plastic is cooled

1 產品結構圖樣分析

圖1所示為一款概念車外觀件塑料模型，其體積為91830.68mm3，質量為98.26g，平均厚度為2mm。該產品形狀復雜，骨位多，薄壁，碰穿位多且不對稱，在成型過程中容易出現走膠不均勻而產生填充不足、披風等缺陷。在設計時必須注意產品的進澆方式和塑料的流動性能，考慮后面的成型工藝，選用流動性、柔韌性較好的ABS材料。

2 選擇分型面

該產品要求表面光滑、無拉傷，無披風，根據分型面的選擇原則，分析將分型面選擇為產品的底部曲面，如圖2所示位置。保證了產品在脫模時留在動模，使產品外觀不會受到損壞，這樣即保證了加工工藝性又保證了質量。

3 澆注系統的設計

3.1 主流道設計

主流道是指澆注系統中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經模具的部分，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 根據手冊查得XS-ZY-250型注射機噴嘴的有關尺寸：噴嘴球半徑：R=18mm；噴嘴孔直徑：d=4mm。如圖3所示。

3.2 分流道的設計

分流道的形狀及尺寸與塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、注射速率等因素有關。該產品的各個表面的形狀復雜且不對稱，若采用對稱進膠，則會出現壓力偏離，導致塑件一邊填充不足，一邊披風，經綜合考慮，選擇Y型3點不均勻布局，以主流道的中心到各分流道的末端的距離和塑件本身的結構為參考。在整個產品中，體積大的面流道短些，體積小的面則把流道適當延長，達到熔融塑料進入型腔各部位的時間基本一致，從便于加工的方面考慮，采用截面形狀為半圓形的分流道。查有關的手冊，選擇R=4mm，d=8mm的分流道截面，如圖4所示。

3.3 澆口設計

澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。在此將采用限制性澆口。由于產品需要表面美觀，方便摘去流道料，選擇點澆口形式進膠，進膠時澆口的壓力較大，能保證熔融塑料快速填滿型腔。點澆口是一種斷面尺寸很小的澆口，當物料通過時產生很高的剪切速率，這對于表觀黏度隨剪切速率變化而明顯變化的塑料熔體和黏度較低的塑料熔體是適合用的，點澆口在開模時容易自行切斷，并且在塑件上留下的殘痕極小，不容易覺察，故無須修剪澆口的工序。

4 成型面零件的設計

成型零件設計要充分考慮排氣順暢，骨位、碰穿位、高柱位的定位。因此，需設司筒、側抽芯、虎口。

4.1 凹模設計

塑料模具型腔在成型過程中承受著塑料熔體的高壓，如果側壁或底板的強度不足，則可能產生開裂，如果強度不足，則可能產生過大的變形，造成溢料，使脫模困難，型腔側壁和底板厚度的計算方法有強度計算和剛度計算兩種，一般情況下，大尺寸型腔剛度不足是主要問題，應按剛度條件計算，小尺寸型腔強度不足是主要問題，應按強度條件計算。

根據產品的結構，為了模具的加工方便，便于更換成型零件，故設計成全行為組合式模具機構，即在產品的外表面采用側抽芯成型機構，利用注射機的合模力來推動前模移動，帶動后模滑塊型芯移動來完成凹模型腔的組合。將產品的凹模成型一分為五，產品的頂部的成型面圖7以型芯形式置于前模板的底部，在型芯的邊上布置對稱的6個40mm×15mm×8mm的虎口用于定位凸模模芯，剩下的4個外表面則以行位形式置于前模板，行位用彈簧彈出，就可以實現行位的位移，完成塑件脫模工作。每一塊凹模型芯上都要設置兩個虎口，用來定位、鎖緊凹模各型芯。如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9所示。

4.2 凸模設計

如圖2所示，在凸模上有比較多的骨位，司筒、方頂位以及頂部的分流道凸模部分，鑲嵌在后模板上，在注射機的作用下與凹模結合，形成一個完整的型腔。

5 模具特點

5.1 模具工作原理

5.1.1 注射機合模：如圖10所示，注射機合模，后模板前移，推動前模板突出1、12、14型芯，型芯沿著T塊的T型槽滑動，側型芯在合模力的作用下向前模板的固定型芯7運動，凸凹虎口相互咬緊，鎖模扣扣緊，完成合模。

5.1.2 注射機脫模：如圖10所示，熔融塑料從6進入，經分流道流入型腔、保壓、冷卻、注射機后退、后模板后移和1、12、14側型芯8彈簧回復，側型芯沿著T型槽移動至10卡位螺釘，后模板連同9塑件退出，注射機推桿作用于頂板推動11方頂頂出9塑件，注射機推桿回復，頂板上彈簧回復帶動方頂回復，脫模結束。

5.2 行位機構簡化

如圖11、圖12所示，在設計過程中巧妙運用了前模斜彈機構，在前模板的凹模上直接做成滑塊形式，取消了斜導柱的結構，取而代之的是T型槽滑動機構，將T塊固定在前模板上，型芯與T塊配合，用扁彈簧來實現滑塊的位移，達到行位的目的，為了在鎖緊模具時對型芯產生的作用力平衡，而在凹模型芯上布設虎口，幫助型芯定位。為了防止在模具裝配期間凹模型芯在彈簧的作用下將型芯彈出，損壞模具，造成意外事故，在4個凹模活動側型芯布設鎖模扣位，在凸模型芯上布設鎖模扣，當合模時，鎖模扣會與型芯上的鎖模扣位產生自鎖，從而使配模工作順利進行。型芯在合模和脫模時，突出的型芯的活動會與后模板產生摩擦，損壞后模板，造成模具的壽命縮短，所以布設一塊厚度為1mm經熱處理的磨片在型芯與后模板摩擦的地方，代替后模板與側型芯相對滑動。與常規行位機構（斜導柱）相比，前模彈射機構雖然結構緊湊，但由于型芯、冷卻水道、行位機構、都集中在同一地方，所以使用更小尺寸的模架就可以實現模具生產，一定程度上節約了模具成本。另外在前模實現凹模的鎖模功能，可以有效地解決斜導柱行位機構帶來的鎖模力不足而導致的毛邊情況。簡化后的模具型芯，方便單獨的更換和制造。

5.3 冷卻系統簡化

根據該產品的特點，大面積、薄壁、骨位多和碰穿位面值大，設計冷卻系統要充分考慮到塑件的整體冷卻時間需要基本一致，不能出現模溫不均勻，模溫控制在50℃～60℃，因此需在前模板型芯、側型芯、后模板型芯開冷卻通道，直徑為8mm。如圖10所示，在前模固定型芯上面設冷卻通道間隔40mm，由于在側型芯開冷卻通道，需要在前模板開槽以方便接水嘴。在后模板型芯上鉆取兩個直徑32mm×100mm的孔，在孔的中間塞入一塊擋片將孔一分為二，將兩個孔連通，形成回路，可有效解決因模溫不均勻出現的產品收縮、變形、應力開裂及表面質量等問題。

5.4 模胚簡化

因前模板的高度較高，可去掉底板，在前模板上開25mm×25mm通槽，用于裝夾在注射機上，故選擇非標準簡化型細水口模胚GSH型，模架的成本是按照模架的質量來計算，所以可以減少模具成本，提高經濟效益。

結語

在設計薄壁、復雜成型面過程中，要充分考慮經濟型、模具壽命以及產品質量的控制，選擇合適的澆注系統、行位機構、冷卻系統等至關重要。

參考文獻

[1]劉祖其.機械工程材料[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]孫錫紅.模具制造工（高級）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2015.

[3]陳位宮.工程力學[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4]湯忠義.模具制造工藝[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2016.