汽車儀表盤內(nèi)飾功能支架件的熱流道模具設計

■ 惠州城市職業(yè)學院 （廣東惠州 516025） 陳 兵

隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，汽車行業(yè)快速發(fā)展，帶動了汽車模具的發(fā)展，尤其是熱流道模具的發(fā)展。由于大部分汽車塑件的外形和結(jié)構(gòu)都比其他塑件復雜，且整體尺寸相對較大，所以設計汽車塑件模具往往較困難，模具結(jié)構(gòu)也相對復雜，在設計時要綜合考慮模具布局、分型設計以及抽芯機構(gòu)等，同時綜合應用CAE來輔助分析，幫助模具工程師設計出結(jié)構(gòu)精確的模具，提高模具設計效率和模具質(zhì)量，減少可能發(fā)生的錯誤，降低模具設計成本，縮短模具設計與加工制造的周期。

1. 汽車儀表盤內(nèi)飾功能支架件結(jié)構(gòu)分析

該塑件是某品牌汽車儀表盤內(nèi)飾功能支架件，塑件整體尺寸為498.5mm×468.4mm×191.6mm，材料為PA6 GF30，材料收縮率為0.39%，塑件整體質(zhì)量為750g，塑件平均壁厚約為3.0mm，塑件壁厚基本均勻，屬于薄壁類塑件。該塑件屬于汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，對塑件表面質(zhì)量要求不高，但是不允許有收縮變形，要求成型尺寸穩(wěn)定可靠。塑件的整體造型結(jié)構(gòu)非常復雜，塑件形狀以及結(jié)構(gòu)整體呈左右對稱，在塑件上下帶有很多直孔、斜孔以及槽等細節(jié)特征，在塑件左右兩側(cè)以及下方都帶有較多的薄壁加強筋，如圖1所示。

2. 模具設計難點分析

由于塑件的結(jié)構(gòu)、形狀較復雜，加強筋等較多，左右兩側(cè)均有較多的側(cè)凹結(jié)構(gòu)，因此該塑件的分型、脫模和抽芯等機構(gòu)都較復雜，大大增加了模具設計與加工制造的難度。針對該塑件，設計模具的主要難點有以下3點：

1）儀表盤內(nèi)飾功能支架件整體尺寸較大，在模具設計中需考慮型腔數(shù)和擺放分型問題。由于塑件較大，且正反面的結(jié)構(gòu)特征都較復雜，需要抽芯的地方較多，模具成型型腔上難以做到一模多出，所以只能采用一模一腔。同時塑件的擺放應有利于脫模和分型，因為塑件下部分（反面）帶有更多加強筋，所以采用如圖2所示的擺放更有利于脫模與分型。

2）塑件上有不通的斜孔（斜盲孔），孔的方向不是開模方向，而是與開模方向有一個2°的夾角，形成倒扣，如圖3所示。如果斜孔位于型芯部分，分型時可以直接采用鑲件型芯來成型斜孔，且不需要考慮脫模問題。但是該斜盲孔位于塑件分型的型腔（正面）部分，由于是斜孔，不能直接在型腔上成型分出，否則開模時會把塑件刮破。所以需要設置先行的抽芯機構(gòu)，先把斜孔型芯抽出才能開模，這樣就要在定模部分設置抽芯機構(gòu)。這是該塑件模具設計的一大難點。

圖1 儀表盤內(nèi)飾功能支架件（3D與2D）

圖2 儀表盤內(nèi)飾功能支架件擺放及主分型面確定

3）設計該塑件的第三個難點是冷卻系統(tǒng)的設計。由于塑件形狀、結(jié)構(gòu)都較復雜，雖然形狀呈左右對稱，但內(nèi)部形狀不規(guī)則，決定了型芯、型腔的不規(guī)則性，且左右兩側(cè)都需要較大的抽芯面積，會影響冷卻系統(tǒng)的設計與冷卻效果。

3. 塑件模具設計

（1）型腔布局與澆注系統(tǒng)確定 型腔的布局包括兩方面的問題：一是模具型腔的數(shù)目，二是各型腔在模具中的排列。該塑件尺寸為498.5mm×468.4mm×191.6mm，塑件的整體尺寸較大，結(jié)構(gòu)、形狀較復雜，所以塑件在模具上的布局采用一模一腔較合適。采用一模一腔布局可以控制模具整體尺寸，降低開模成本，減少模具設計的難度。

圖3 儀表盤內(nèi)飾功能支架件斜盲孔（3D與2D）

在布置型腔時，一般要求塑料通過分流道能同時到達澆口進入型腔，該塑件的尺寸大、形狀復雜，為了能準確地設計模具的澆注系統(tǒng)，一般要使用Moldflow輔助分析澆注系統(tǒng)的合理性，經(jīng)Moldflow分析并結(jié)合塑件兩端的尺寸大小（一端尺寸較大，一端尺寸小），澆注系統(tǒng)設計如圖4所示。其中熱流道系統(tǒng)采用開放式熱嘴，尺寸較大一端設計分流道，分流道直徑為φ8mm。中間及尺寸較小一端，經(jīng)熱流道噴嘴后轉(zhuǎn)側(cè)澆口進膠，共設計3個熱嘴、4個側(cè)澆口。

圖4 澆注系統(tǒng)設計（3D與2D）

（2）抽芯設計 設計該塑件模具的難點之一就是抽芯設計。該塑件需要抽芯的主要部位有3個：盲斜孔抽芯、左右兩側(cè)大面積抽芯和塑件內(nèi)部左右兩側(cè)斜頂抽芯。

1）在塑件上有兩個盲斜孔，這兩個盲斜孔與開模方向有一定夾角，要讓塑件順利脫模，必須要先行進行抽芯，因此需在模具的定模側(cè)設計抽芯機構(gòu)。抽芯機構(gòu)有很多方式，由于成型該塑件客戶要求采用熱流道模具，如果在定模側(cè)設計斜導柱抽芯機構(gòu)，模具就沒有多余的空間來布置斜導柱滑塊抽芯機構(gòu)，同時抽芯距離為19.07mm，抽芯距較大，所以綜合考慮采用定模液壓缸斜抽芯，圖5所示為塑件三大抽芯機構(gòu)的爆炸圖。

2）塑件左右大面積加強筋側(cè)凹結(jié)構(gòu)分模放在動模側(cè)，所以成型塑件左右大面積側(cè)凹加強筋結(jié)構(gòu)可以采用雙斜導柱抽芯機構(gòu)抽芯成型。斜導柱直徑為φ40mm，斜導柱有效工作長度為160mm，傾斜角度為14°，抽芯距約為38.73mm（抽芯距＝斜導柱有效工作長度×sinα，其中α為斜導柱傾斜角度），如圖6所示。

3）如圖7所示，塑件帶有內(nèi)側(cè)凹結(jié)構(gòu)（紅圈位置），塑件是左右對稱結(jié)構(gòu)，所以左右兩邊各有一處，要順利成型并脫模，該處需設計斜頂抽芯機構(gòu)，斜頂?shù)膬A斜角度為8°，模具開模距離為95mm，抽芯距約為13.35mm，如圖8所示。

圖5 總抽芯機構(gòu)3D爆炸圖

圖6 斜導柱抽芯機構(gòu)

圖7 側(cè)凹結(jié)構(gòu)位置

（3）頂出機構(gòu)設計 一般常用的頂出機構(gòu)有推桿推出、推管推出和推件板推出等。由于該塑件尺寸大，且型芯不規(guī)則，頂出機構(gòu)主要采用推桿推出（頂桿頂出）。采用的推桿規(guī)格主要有四種：φ10mm（8根）、φ8mm（21根）、φ6mm（33根）和φ5mm（12根），在布置推桿時盡量做到均勻布置，并且盡量布置在脫模阻力較大的位置，以便使塑件所受的頂出力均衡，同時可以避免推桿彎曲變形，圖9所示為推桿的布置。

圖9 側(cè)凹結(jié)構(gòu)位置

（4）冷卻系統(tǒng)設計 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對生產(chǎn)效率的影響主要由冷卻時間來體現(xiàn)，而冷卻時間是由模具的冷卻系統(tǒng)來決定的。由于塑件尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜，要快速冷卻定型，冷卻系統(tǒng)管路設計至關(guān)重要。一般冷卻管路的設計有型腔冷卻和型芯冷卻，該塑件的模具除要對型芯、型腔冷卻外，還需在左右兩側(cè)進行冷卻管路設計。圖10所示為型芯和型腔的冷卻管路回路形式，冷卻管道直徑為φ11.5mm，中間部位需要加強冷卻，開設管道直徑為φ20mm和φ15mm。滑塊側(cè)型芯開設φ11.5mm和φ8mm的冷卻管道，如圖11所示。經(jīng)Moldflow分析，該冷卻管路設計能達到很好的冷卻效果。

圖10 型芯型腔冷卻管路布局

4. 模具裝配圖與工作原理

圖11 冷卻管路布局

模具整體設計完成后如圖12所示（俯視圖為拆去定模后的視圖，因裝配圖零件太多，零件序號僅標注一部分）。模具整體結(jié)構(gòu)相對復雜，且零部件多，對于模具的加工制造、裝配等要求較高。

模具的基本工作原理：開模時首先定模液壓缸抽芯組件21先行抽芯退位，然后模具開模，開模時斜導柱9帶動左側(cè)滑塊型芯10（右側(cè)同樣由斜導柱帶動右側(cè)滑塊型芯17）進行左右抽芯，然后產(chǎn)品頂出，頂出時通過注塑機推出機構(gòu)推動推板3和推桿固定板4，通過推桿6把產(chǎn)品頂出，頂出過程中斜頂鑲件19和斜頂桿18對塑件內(nèi)側(cè)抽芯。產(chǎn)品頂出后，取下產(chǎn)品，抽芯復位，合模，進行下一個注塑周期。

后續(xù)試模產(chǎn)品合格，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，符合客戶的要求，且模具動作可靠穩(wěn)定，無卡滯現(xiàn)象，試模產(chǎn)品如圖13所示。

圖12 冷卻管路布局

圖13 試模產(chǎn)品

5. 結(jié)語

汽車塑件一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)復雜，針對該汽車儀表內(nèi)飾功能支架件的結(jié)構(gòu)和形狀特點，設計了一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，抽芯機構(gòu)采用了定模側(cè)液壓缸斜抽芯、動模側(cè)雙斜導柱滑塊整體抽芯機構(gòu)、斜頂抽芯機構(gòu)和多抽芯機構(gòu)對塑件進行抽芯成型。汽車儀表內(nèi)飾功能支架件結(jié)構(gòu)與形狀復雜，所以型芯、型腔相對較復雜，冷卻管路系統(tǒng)的設計在該模具設計中相對復雜與困難，設計時采用了多種直徑不同的管路對模具不同的部位進行冷卻。模具經(jīng)過試模后驗證，所設計的模具結(jié)構(gòu)合理，模具動作穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的要求，順利通過客戶驗收，可為同類汽車塑件的模具設計提供一定的借鑒。