基于CAX滑塊底部帶滑塊的汽車拉線接頭注射模設計＊

蔣 燕，方迪成

（汕頭職業技術學院，廣東汕頭515078）

1 引言

汽車拉線接頭塑件是汽車拉索系統的組成零件，大批大量生產。該塑件尺寸小、結構復雜，有多處結構需要側抽芯，而由于空間受限，多處側抽芯部位無法單獨設置抽芯結構，需要在模具抽芯結構上進行巧妙設計。另外該塑件尺寸精度要求高，公差值低于0.05mm，要求模具各零件之間定位精度高，需要采取多重定位結構。下面對模具的澆注系統、機械結構等進行設計，以期其成功方案能為類似模具設計提供借鑒。

2 塑件結構與材料分析

2.1 塑件結構分析

汽車拉線接頭塑件的外形尺寸為φ19.25×63.48mm，塑件壁厚約2.25mm，最大厚度處約為5.8mm，體積為7.9×103mm3。塑件的尺寸較小且結構比較復雜。塑件要求精度為MT2。塑件成型后要求：外表面光潔、沒有毛刺、無浮纖，卡扣無損傷、卡接力達到預定目標值，其他部分不能有明顯注射成型缺陷痕跡。塑件由內、外兩個分型部分組成；塑件四周既有側凹又有貫穿式的倒勾結構特征，因塑件小空間受限，無法按常規做四面滑塊的方式脫模，可以考慮滑塊底部帶滑塊的脫模機構來實現[1～2]。圖1所示為汽車拉線接頭結構圖。

圖1 汽車拉線接頭

2.2 成型材料分析

所選用材料是PA46+GF25（荷蘭DSM TW241F5），該材料的密度為1.35g/cm3，收縮率為0.5%～1.2%。該材料具有耐沖擊強度高、耐候性佳、抗化學環境佳、耐熱溫度高、吸水量小、尺寸穩定性佳等特點[3]。常用于汽車工業、電機、電子、包裝、休閑運動與機械工程等領域。該塑料的流變粘度曲線及PVT曲線如圖2所示。

圖2 PA46+GF25的流變粘度及PVT曲線

3 模流成型工藝分析

3.1 網格劃分

使用NX12軟件對汽車拉線接頭進行實體建模，并對汽車拉線接頭3D數據中不影響分析的結構（如圓角、倒角）進行修整，并將修整后的模型導入Moldflow2019（MFI）中。因塑件壁厚相差較大，固對汽車拉線接頭模型進行3D網格劃分，網格模型如圖3所示。四面體網格實體為493，636，體積為7.96cm3，網格最大縱橫比97.26，平均縱橫比3.72，最小縱橫比1.1。

圖3 汽車拉線接頭網格模型

3.2 塑件壁厚分析

如圖4所示，汽車拉線接頭的壁厚分布比較平均，平均厚度約為2.8mm，因塑件結構及功能的需求，最薄處約為1.3mm，最厚處為5.8mm，為了使模流分析結果更精確，所以在此方案中將使用3D（四面體）網格方式進行分析。

圖4 塑件壁厚分析

3.3 澆口及澆注系統

應用MFI進行澆注位置分析，汽車拉線接頭塑件理論澆注位置如圖5a所示，在塑件頂端中間位及卡扣部位。綜合考慮模具大批大量生產和注射模結構與分布需要，采用如圖5b所示的開放式熱流道轉冷流道大水口單點側澆口的澆注方案[4]。主流道采用熱流道系統，半徑為R4mm；分流道使用梯形與圓形截面相結合的結構，主分流道為梯形，尺寸為4×3.5×3mm，次分流道直徑為φ3mm，側澆口端面直徑為φ1.2mm。

圖5 最佳澆口位置分析

3.4 成型分析

依據確定的澆注系統方案，對于影響汽車拉線接頭注塑質量的各種參數進行成型仿真分析[5]，仿真結果如圖6所示。①圖6a顯示注射的填充時間，圖中所示汽車拉線接頭塑件無半透明區域，說明充填過程流動順暢平衡、無短射和澆不足情況；②圖6b顯示充填前沿溫度，塑件上沒有低于315.4℃的淺色區域，而最高為321.9℃，溫度差僅為2.4℃，塑件溫度分布均勻，不會在塑件表面產生色差；③圖6c顯示速度/壓力切換時的壓力，結果表明在V/P切換位時，填充最大壓力為44.01MPa，且圖中沒有透明區域，意味著填充壓力合適；④圖6d為2個塑件在填充完成時的凍結因子分布圖，從圖6d中可看出2個塑件冷凍層分布均勻，無過速冷凍區域，且水口凍結前塑件已經凍結，充填效果非常好；⑤圖6e顯示在塑件表面部分出現了少量熔接痕，但由于該塑件是結構功能件，且熔接痕位置不影響塑件強度，同時該進膠方式比較適合成型；⑥圖6f為氣穴圖，從圖6f中可以看出在塑件邊緣的地方及末端結合處分布散點式氣穴，說明模具內空氣已基本排出，同時可以在邊緣及末端利用模具零件間的縫隙排氣即可；⑦圖6g顯示需要最大鎖模力為4.854t，常用注塑機即可滿足；⑧圖6h為塑件的平均纖維取向，從圖上來看纖維取向基本一致且均勻，塑件不會出現波浪變形的情況；⑨從圖6i表示縮痕，其最大尺寸為0.2325mm，且縮痕位于塑件頂部，對制品質量影響可以忽略；⑩從圖6j來看，塑件外表面體積收縮均勻，收縮最大的地方為R轉接處，不影響整體；○1圖6k所示的冷卻回路雷諾數為10，000，冷卻效果好，冷卻水路合適；○12從圖6l可見，塑件的變形最大位置在塑件的的末端，引起塑件的變形主因是收縮不均勻，模具通過收縮補償后基本上可以實現對變形的糾正[6～8]。

綜合以上分析，擬采用的汽車拉線接頭注射模澆注方案可行。

4 模具結構設計

4.1 分型面設計

針對汽車拉線接頭的形狀結構，選擇如圖7中塑件中心面為分型面，模具型腔選擇如圖6塑件分布的一模兩腔結構。設置如圖7所示的分型面，既有利于利用滑塊結合面，鑲件與滑塊、司筒套裝與滑塊的裝配間隙排氣，也便于塑件在模具中定位，還能簡化抽芯機構，簡化后續生產中塑件的脫模及處理塑件飛邊。

圖6 汽車拉線接頭模流仿真分析

圖7 分型面的設計

4.2 型腔型芯結構設計

將汽車拉線接頭塑件按照圓中心面分開，主體部分在兩個大滑塊上成型，下端側凹為兩個小滑塊，中間部分為司筒套裝，作動模，定模部分無塑件膠位，模具結構如圖8所示。

圖8 汽車拉線接頭的模具結構2D圖

（1）型腔結構。模具型腔部分由定模板3及熱咀29組成，如圖9所示。流道在定模板3及熱咀29上經過。熱咀29穿過定模板3固定在定模座板2上。在定模板3的選材上，采用高級優質中碳鋼S50C，它具有良好的機械加工性、切削性特佳，適用于塑膠模架、配板及機械配件，出廠硬度為170～220HB。

圖9 定模側模具結構3D圖

（2）型芯結構。模具型芯部分由滑塊6、24、31、33、滑塊鑲針7、23、滑塊鑲件9、25及司筒套裝15、16組成，如圖8、圖10、圖11、圖12、圖13所示。其中滑塊6、24成型塑件主體部分膠位，滑塊31、33、滑塊鑲針7、23、滑塊鑲件9、25成型部分卡扣結構，司筒套裝15、16成型塑件內部孔位部分。

圖10 動模側模具結構3D圖Ⅰ

圖11 動模側模具結構3D圖Ⅱ

圖13 滑塊結構3D圖Ⅱ

因為汽車拉線接頭的塑膠材料為PA46+GF25，具有較強度耐磨性，且滑塊6、24、31、33、滑塊鑲針7、23、滑塊鑲件9、25均為活動件，選用易加工、易拋光、韌性耐磨性俱佳的熱作模具鋼，需熱處理并保證硬度48HRC以上。

司筒套裝15、16因同時承擔成型及頂出的作用，可采用中碳高鉻合金工具鋼SKD61，其熱處理后具有較高的硬度及耐磨性，并具有高淬透性、尺寸穩定的特點。熱處理后應保證中心硬度不低于38HRC，表面氮化處理且硬度不低于900HV。

4.3 導向與定位結構設計

由于汽車拉線接頭為圓形塑件，為了保證塑件的同心度以及保證合模準確和模具長時間使用后的維修方便，本模具設計了由原身虎口及導柱導套結合的導向定位系統，如圖8、圖9、圖10、圖12、圖13及圖14所示。它既能實現模具在運行過程中的快速、精確導向，也能防止長期生產后因為模具磨損而造成錯位。

圖14 模具定位結構示意圖

4.4 抽芯結構設計

因汽車拉線接頭是一個四周既有側凹又有貫穿式的倒勾結構特征的細小塑件（見圖1），無法按常規動抽芯的同時，帶動穿插在其中的小滑塊在其底部滑動一起完成抽芯動作（大滑塊相當于小滑塊的彎銷式鏟機，驅動小滑塊進行滑動抽芯），解決了塑件因空間狹小的限制無法出模的問題。

圖15 臥式注塑結構

滑塊底部帶滑塊的抽芯結構主要由斜導柱5、滑塊6、24、31、33、滑塊鑲針7、23、滑塊鑲件9、25、波子螺絲10、限位塊11、滑塊壓塊12、32、彈簧34、限位柱35及導向塊44等組成，如圖12、圖13、圖16及圖17所示。斜導柱5固定在定模板3上，滑塊6、24固定在動模板13上，滑塊6、24限制在動模板13、滑塊壓塊32及導向塊44之間移動；滑塊31、33固定在動模板13上，滑塊31、33限制在動模板13、滑塊6、24及滑塊壓塊12之間移動。它們是在注塑機開模力的作用下，圖8中定、動模板3、13分開，滑塊6、24在斜導柱5的撥動作用力下沿著滑塊壓塊32及導向塊44向后移動，與此同時滑塊31、33則在滑塊6的撥動力及彈簧34的作用力下沿著滑塊壓塊12向后移動（注：滑塊6相當于滑塊31、33的彎銷式鏟機，驅動滑塊31、33進行滑動抽芯），直到在波子螺絲10與限位塊11的限制下滑塊6、24完成預定的抽芯距離，滑塊31、33也同樣在彈簧34的預壓力及限位柱35的限制下完成預定的抽芯距離，抽芯完成。

圖16 抽芯部件的示意圖

圖17 滑塊結構局部剖面圖

4.5 其它結構設計

頂出與先復位機構采用常規結構，使用頂棍拉桿式先復位結構。冷卻系統設計在定模板3、滑塊6、24上采用循環冷卻水路布置。排氣系統利用模具中的分型面、司筒與司筒孔、滑塊與滑塊及鑲件與滑塊等配合間隙來排氣。

5 模具工作過程

開模時：模具在注塑機作用下，定、動模板3、13分開，滑塊6、24在斜導柱5的撥動作用力下沿著滑塊壓塊32及導向塊44向后移動，與此同時滑塊31、33則在滑塊6的撥動力及彈簧34的作用力下沿著滑塊壓塊12向后移動，注：滑塊6相當于滑塊31、33的彎銷式鏟機，驅動滑塊31、33進行滑動抽芯，直到在波子螺絲10與限位塊11的限制下滑塊6、24完成預定的抽芯距離，滑塊31、33也同樣在彈簧34的預壓力及限位柱35的限制下完成預定的抽芯距離，抽芯完成。繼續開模，一直到預定位置。然后注塑機頂棍推動頂桿板18、19向上運動，固定在頂桿板18、19上的司筒15跟隨推動塑件27向上運動；套在復位桿37上的彈簧36被壓縮；繼續頂出，直到碰到限位塊38結束頂出，然后將塑件27取出。

合模時：開模完成后，頂棍復位，連接在頂棍上的頂棍拉桿39拉著頂桿板18、19回位，開模被壓縮彈簧36恢復，頂桿板18、19跟隨回位，并帶動固定在其上的司筒15、復位桿37等部件回位（注：在此過程中，在斜導柱5還沒有插入滑塊6、24之前，頂棍拉桿39強制使頂出機構率先完全回復到位）；繼續合模，直到滑塊6、24、31、33回位，實現分型面閉合。

6 結論

通過對汽車拉線接頭塑件結構、成型材料性能和塑件壁厚的注塑工藝分析，并借助MFI軟件對汽車拉線接頭進行模流CAE分析，在綜合模具特殊結構、“最佳澆注位置”等特定條件，設計了開放式熱流道轉冷流道大澆口和單點側澆口的澆注方案，和塑件壁厚的注塑工藝分析，并借助MFI軟件對汽車拉線接頭進行模流CAE分析，在綜合模具特殊結構、“最佳澆注位置”等特定條件，設計了開放式熱流道轉冷流道大澆口和單點側澆口的澆注方案，并在對汽車拉線接頭尺寸精度和表面質量的注塑參數進行了模擬分析。應用CAX軟件進行整副注射模設計，完成了包括：分型面，型芯型腔結構，導向定位機構、側向分型、頂出及先復位機構、冷卻系統以及排氣系統等的設計，對類似模具設計有一定參考價值。