汽車儀表盤內(nèi)飾功能支架件的熱流道模具設(shè)計(jì)

■ 惠州城市職業(yè)學(xué)院 （廣東惠州 516025） 陳 兵

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車行業(yè)快速發(fā)展，帶動(dòng)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(fù)雜，且整體尺寸相對(duì)較大，所以設(shè)計(jì)汽車塑件模具往往較困難，模具結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮模具布局、分型設(shè)計(jì)以及抽芯機(jī)構(gòu)等，同時(shí)綜合應(yīng)用CAE來(lái)輔助分析，幫助模具工程師設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)精確的模具，提高模具設(shè)計(jì)效率和模具質(zhì)量，減少可能發(fā)生的錯(cuò)誤，降低模具設(shè)計(jì)成本，縮短模具設(shè)計(jì)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(duì)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(fù)雜，塑件形狀以及結(jié)構(gòu)整體呈左右對(duì)稱，在塑件上下帶有很多直孔、斜孔以及槽等細(xì)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(qiáng)筋，如圖1所示。

2. 模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

由于塑件的結(jié)構(gòu)、形狀較復(fù)雜，加強(qiáng)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(jī)構(gòu)都較復(fù)雜，大大增加了模具設(shè)計(jì)與加工制造的難度。針對(duì)該塑件，設(shè)計(jì)模具的主要難點(diǎn)有以下3點(diǎn)：

1）儀表盤內(nèi)飾功能支架件整體尺寸較大，在模具設(shè)計(jì)中需考慮型腔數(shù)和擺放分型問(wèn)題。由于塑件較大，且正反面的結(jié)構(gòu)特征都較復(fù)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(shí)塑件的擺放應(yīng)有利于脫模和分型，因?yàn)樗芗虏糠郑ǚ疵妫в懈嗉訌?qiáng)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(kāi)模方向，而是與開(kāi)模方向有一個(gè)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(shí)可以直接采用鑲件型芯來(lái)成型斜孔，且不需要考慮脫模問(wèn)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(kāi)模時(shí)會(huì)把塑件刮破。所以需要設(shè)置先行的抽芯機(jī)構(gòu)，先把斜孔型芯抽出才能開(kāi)模，這樣就要在定模部分設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)。這是該塑件模具設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。

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(shè)計(jì)該塑件的第三個(gè)難點(diǎn)是冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于塑件形狀、結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，雖然形狀呈左右對(duì)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(huì)影響冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與冷卻效果。

3. 塑件模具設(shè)計(jì)

（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(wèn)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(fù)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(kāi)模成本，減少模具設(shè)計(jì)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(shí)，一般要求塑料通過(guò)分流道能同時(shí)到達(dá)澆口進(jìn)入型腔，該塑件的尺寸大、形狀復(fù)雜，為了能準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)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?。ㄒ欢顺叽巛^大，一端尺寸?。?，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。其中熱流道系統(tǒng)采用開(kāi)放式熱嘴，尺寸較大一端設(shè)計(jì)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(jìn)膠，共設(shè)計(jì)3個(gè)熱嘴、4個(gè)側(cè)澆口。

圖4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3D與2D）

（2）抽芯設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)該塑件模具的難點(diǎn)之一就是抽芯設(shè)計(jì)。該塑件需要抽芯的主要部位有3個(gè)：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(gè)盲斜孔，這兩個(gè)盲斜孔與開(kāi)模方向有一定夾角，要讓塑件順利脫模，必須要先行進(jìn)行抽芯，因此需在模具的定模側(cè)設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)。抽芯機(jī)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(shè)計(jì)斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，模具就沒(méi)有多余的空間來(lái)布置斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，同時(shí)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(jī)構(gòu)的爆炸圖。

2）塑件左右大面積加強(qiáng)筋側(cè)凹結(jié)構(gòu)分模放在動(dòng)模側(cè)，所以成型塑件左右大面積側(cè)凹加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)可以采用雙斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)抽芯成型。斜導(dǎo)柱直徑為φ40mm，斜導(dǎo)柱有效工作長(zhǎng)度為160mm，傾斜角度為14°，抽芯距約為38.73mm（抽芯距＝斜導(dǎo)柱有效工作長(zhǎng)度×sinα，其中α為斜導(dǎo)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(duì)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(shè)計(jì)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)，斜頂?shù)膬A斜角度為8°，模具開(kāi)模距離為95mm，抽芯距約為13.35mm，如圖8所示。

圖5 總抽芯機(jī)構(gòu)3D爆炸圖

圖6 斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)

圖7 側(cè)凹結(jié)構(gòu)位置

（3）頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一般常用的頂出機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)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(shè)計(jì) 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)效率的影響主要由冷卻時(shí)間來(lái)體現(xiàn)，而冷卻時(shí)間是由模具的冷卻系統(tǒng)來(lái)決定的。由于塑件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要快速冷卻定型，冷卻系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。一般冷卻管路的設(shè)計(jì)有型腔冷卻和型芯冷卻，該塑件的模具除要對(duì)型芯、型腔冷卻外，還需在左右兩側(cè)進(jìn)行冷卻管路設(shè)計(jì)。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(qiáng)冷卻，開(kāi)設(shè)管道直徑為φ20mm和φ15mm。滑塊側(cè)型芯開(kāi)設(shè)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(shè)計(jì)能達(dá)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(shè)計(jì)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(hào)僅標(biāo)注一部分）。模具整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且零部件多，對(duì)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(kāi)模時(shí)首先定模液壓缸抽芯組件21先行抽芯退位，然后模具開(kāi)模，開(kāi)模時(shí)斜導(dǎo)柱9帶動(dòng)左側(cè)滑塊型芯10（右側(cè)同樣由斜導(dǎo)柱帶動(dòng)右側(cè)滑塊型芯17）進(jìn)行左右抽芯，然后產(chǎn)品頂出，頂出時(shí)通過(guò)注塑機(jī)推出機(jī)構(gòu)推動(dòng)推板3和推桿固定板4，通過(guò)推桿6把產(chǎn)品頂出，頂出過(guò)程中斜頂鑲件19和斜頂桿18對(duì)塑件內(nèi)側(cè)抽芯。產(chǎn)品頂出后，取下產(chǎn)品，抽芯復(fù)位，合模，進(jìn)行下一個(gè)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(dòng)作可靠穩(wěn)定，無(wú)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(yǔ)

汽車塑件一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針對(duì)該汽車儀表內(nèi)飾功能支架件的結(jié)構(gòu)和形狀特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，抽芯機(jī)構(gòu)采用了定模側(cè)液壓缸斜抽芯、動(dòng)模側(cè)雙斜導(dǎo)柱滑塊整體抽芯機(jī)構(gòu)、斜頂抽芯機(jī)構(gòu)和多抽芯機(jī)構(gòu)對(duì)塑件進(jìn)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(fù)雜，所以型芯、型腔相對(duì)較復(fù)雜，冷卻管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在該模具設(shè)計(jì)中相對(duì)復(fù)雜與困難，設(shè)計(jì)時(shí)采用了多種直徑不同的管路對(duì)模具不同的部位進(jìn)行冷卻。模具經(jīng)過(guò)試模后驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)合理，模具動(dòng)作穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的要求，順利通過(guò)客戶驗(yàn)收，可為同類汽車塑件的模具設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。