汽車高光格柵注射模設計

石 波，郝加杰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心，廣西 柳州 545007）

0 引 言

在追求美觀的汽車外觀造型趨勢下，汽車前格柵不僅需要滿足在整車上的功能要求，還需要具備符合時代潮流的美學元素，提升客戶的主觀滿意度[1]。為了追求個性、時尚、科技感和高光澤度效果，近年來高光鋼琴黑烤漆效果的格柵外觀已成為汽車外飾的流行趨勢[2]。現針對某車型高光前格柵塑件，運用CAD/CAE技術對其進行模具設計與模流分析，并介紹了模具設計中的關鍵技術要點。

1 塑件分析

圖1所示為某車型高光格柵，材料為PMMA/ASA合金材料，表面高光免噴涂。PMMA/ASA合金材料具有高光澤、免噴涂等特點[3]，其中聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗稱有機玻璃、亞克力，具有較好的透光性能和力學性能，優異的耐老化性和耐候性，化學性能穩定，能耐低濃度的酸、堿等一般化學腐蝕，但PMMA抗沖擊性能較差，尤其是低溫沖擊性能更差[4]；丙烯酸丁酯－苯乙烯－丙烯腈三元共聚物（ASA）具有良好的抗沖擊性能、著色性、耐腐蝕性，但表面硬度不夠高，易劃傷、刮擦。由于PMMA與ASA的溶解度相近，兩者具有良好的相容性[5]。免噴涂的PMMA/ASA合金材料廣泛應用于汽車格柵、后視鏡外殼、支架、門把手等汽車外飾件。

圖1 高光格柵

高光格柵塑件外形尺寸為1 063 mm×305 mm×135 mm，質量為1 650 g。格柵表面設計有較多的蜂窩狀網孔結構，如圖2所示，這些網孔結構尺寸小且排布密集，對注射工藝要求較高。由于格柵是高光免噴涂件，重要外觀面不能出現熔接痕、流痕等缺陷；又因其有裝配尺寸要求，格柵成型后的變形應在裝配的可控制范圍。

圖2 高光格柵蜂窩狀網孔

2 模具方案設計

2.1 澆口數量及澆口位置確定

由于受塑件網孔造型的影響，按常規模具設計從待成型塑件外觀側面進澆，進澆點無法合理布置，網孔區域充填困難、熔接痕難以控制，且成型的塑件變形也較大。綜合分析后對成型該高光格柵的模具采用倒裝的設計方案，從待成型塑件背面設計進澆點。

PMMA/ASA材料流動性較差，型腔不易充滿，注射壓力大，需要設計多點進澆，經MoldFlow優化分析，決定采用16點針閥式進澆方案，如圖3所示。其中1、2、3、6、9、10、11、12、13、14進澆點采用點澆口，澆口尺寸為φ4 mm，進澆點直接搭接在待成型塑件的背面；4、5、7、8進澆點采用分流道潛伏式進澆，如圖4所示，每個熱流道噴嘴分為2個澆口進澆，澆口尺寸為8 mm×1.5 mm；15、16進澆點采用側澆口，澆口尺寸為20 mm×1.2 mm。

圖3 進澆點位置布局

圖4 分流道潛伏式進澆

熱流道內徑尺寸為φ22 mm，針閥直徑為φ8 mm，熱流道順序閥開啟順序為：點1→點2、3、4、5、6、7、8同時開啟→點9、10、11、12、13、14同時開啟→點15、16同時開啟；MoldFlow變形分析結果如圖5所示，從分析結果可知塑件整體變形均勻且變形較小，滿足設計要求。

圖5 MoldFlow變形分析

2.2 模具零件材料

由于格柵為高光免噴涂件，對模具零件的鋼材有較高的拋光要求。綜合考慮模具制造成本、使用壽命等因素，高光格柵模具型腔板采用XPM V ESR，型芯采用718H。

2.3 直頂注射結構

傳統成型格柵類注射模一般采用待成型塑件背面點澆口進澆或斜頂結構進澆，背面點澆口進澆對待成型塑件結構要求較高，模具結構復雜，型芯支撐面積小，模具零件強度弱且制造成本高；斜頂結構進澆對蜂窩狀網孔結構的格柵難以滿足其設計空間的要求。

針對蜂窩狀網孔結構的格柵，模具設計了一種直頂結構進澆，如圖6所示。該直頂進澆結構包括直頂塊、彈塊、普通流道、直頂桿等，圖6中2個熱流道進澆熱噴嘴設計在一個直頂塊上，同一個熱流道通過普通流道分成2個進澆點；同時普通流道設計在直頂塊內，普通流道在脫模方向上是倒扣結構，為了便于普通流道凝料的脫模，在普通流道澆口區域設計了導向面，如圖7所示。彈塊由彈塊頭、彈簧及螺釘構成，彈簧穿過螺釘，然后通過螺釘將彈塊頭固定在直頂塊上。

圖6 直頂注射結構

圖7 直頂注射普通流道

熔體注射完成后，在直頂頂出的過程中，成型塑件及凝料脫離型芯，一起隨直頂塊向上運動；同時固定在直頂塊側面的彈塊逐漸向外彈出，推動凝料脫離直頂塊；再次配合二次推出機構，將凝料強制推出脫離直頂塊。

2.4 推出系統

直頂注射推出機構如圖8所示，2個直推機構固定在一塊單獨的推桿小固定板上，此推桿小固定板設計在推桿固定板的底部，只負責直頂塊的推出動作，在推桿固定板的4個角設計了4個鎖模器，鎖模器的作用是將推桿小固定板從推桿固定板上分離。

圖8 直頂推出機構

推出系統共推出160 mm，分兩級推出，推出力由4個液壓缸提供，如圖9所示。一級推出系統推出130 mm，在一級推出系統推出的過程中，推桿小固定板連同推桿固定板一起向上運動，同時直頂注射機構上的凝料在彈塊的作用下，部分脫離直推塊。一級推出系統推出完成后，通過鎖模器的作用，推桿小固定板從推桿固定板上脫離，直推機構不再運動。二級推出系統推出30 mm，此二級推出系統推出過程中，其他推出機構推著成型的塑件繼續運動，將凝料完全從直頂塊上強制推出，完成整個推出過程。

圖9 模具推出機構

2.5 溫度調節系統

高光格柵注射成型中，模具溫度直接影響塑件的成型質量（變形、尺寸精度、力學性能和表面質量）和生產效率，因此需要根據材料性能與成型工藝的要求設計溫度調節系統。成型高光格柵模具的溫度調節系統包括熱流道加熱、冷卻系統和模具型腔板、型芯的冷卻系統。熱流道加熱及冷卻系統由熱流道企業提供，但由于此模具為倒裝結構，對于進澆點直接搭接在待成型塑件背面的熱流道噴嘴，為了避免因熱噴嘴溫度過高而導致成型塑件外觀面產生縮印等缺陷，設計了熱流道冷水套管，如圖10所示。

圖10 熱流道冷水套管

為避免成型塑件冷卻不均勻而導致翹曲變形，產生質量缺陷。高光格柵模具型腔板、型芯冷卻水路的設計除了遵循模具冷卻系統設計的一般原則[6]，還有以下設計特點[7]：①沿待成型塑件形狀盡量設計隨形水路，盡可能使所有冷卻管道與型腔壁面的距離相等，保證均勻冷卻，減小塑件翹曲變形量，冷卻水路如圖11所示；②水孔直徑為φ15 mm，水井直徑為φ24 mmn，保證了足夠的傳熱面積；③水路之間間距為60 mm，水路距型腔壁面為20～25 mm，距其他非成型面>15 mm；④模具采用集中供水方式，設計集水塊與注塑機連接；⑤單組冷卻回路的長度<3 m，進、出口冷卻水溫差<3℃；⑥型腔板、型芯溫度獨立控制。

圖11 模具冷卻水路排布

3 結束語

根據高光格柵模具的設計過程，得到如下結論。

（1）采用CAD/CAE技術，縮短了高光格柵模具開發周期，降低了開發成本。

（2）在高光格柵模具設計中，澆口方案的選擇對成型塑件變形影響較大，實踐證明通過注射成型仿真分析確定澆口方案是快捷有效的方法。

（3）采用倒裝模及直頂注射機構的設計方案解決了對蜂窩狀網孔結構的格柵無法最優布置進澆位置的難題，并且設計了二級推出系統，實現了直頂注射機構中凝料的脫模。

（4）隨形冷卻水路的設計方案提高了高光格柵模具的冷卻效率，縮短了成型周期，保證了塑件的成型質量。

該模具結構方案經批量生產驗證后，模具結構可靠，動作平穩，脫模順暢，保證了成型塑件的質量，達到了預期的設計效果。