大型汽車保險杠內藏式分型結構注射模設計＊

褚建忠

（臺州科技職業學院，浙江臺州 318020）

1 引言

目前，國內市場上很多保險杠產品都是外分型結構，分型線外露，模具加工的誤差容易造成分型線的外觀面出現毛刺或飛邊，從而影響到外觀質量，嚴重影響產品在市場的競爭力[1～2]。而國外進口保險杠模具是利用分型線內藏技術，將原有工藝方法所產生的分型線置于不可視面，既簡化了生產工序，又保證了塑件質量的穩定性，但其開發成本較國內高出2～3倍以上。本項目開發的高精度大型內藏式分型結構的汽車保險杠模具，是在傳統注射模的基礎上對新概念產品模塑化的嘗試，主要是利用塑料彈性形變特性的脫模技術，將外露的分型線轉移到正面不可視區域，以達到內分型的效果，一方面提高塑件的外觀質量；另一方面消除人工二次打磨的加工工序所帶來的質量不穩定的隱患，節省二次投入的成本[3～7]。

2 項目開發關鍵內容

圖1中所示的保險杠是轎車保險杠總成的主要部件，兼備裝配、裝飾、安全等諸多用途，也就造成其碰穿孔位繁多，尺寸、位置要求精度高，外形彎曲多變。因此，在開發保險杠模具項目的過程中，對應的模具結構除了具備塑件的所有特征外，還需要整合導鎖結構、澆注等相關輔助內容，同時，塑件表面要求無熔接痕等外觀缺陷，并且，塑件的翹曲要求不影響整車的裝配效果，因此，成功開發此項目需具備以下幾個方面的內容。

2.1 模具澆注方案

澆注方案主要包含以下內容：在塑件材料性能穩定的條件下，從何處進行澆注，以及在什么位置澆注，從而使澆注的熔接痕能控制在不可見外觀面上或是實現無熔接痕，同時，最大可能減少澆注的時間周期，以及料流對模具關鍵零件的壓力沖擊。

2.2 模具總體結構

圖1策劃了保險杠模塑化的整體結構方案，主要有以下內容：

圖1 保險杠模具總體結構

（1）利用塑料具有彈性形變的特點，實現塑件在脫模過程中的可控變形，以達到內分型的脫模要求。

（2）根據內分型塑件的結構特點，要求模具在工作過程中，能實現注塑設備開模與頂出能同步進行；并且，模具復位與合模也能同步完成。

3 內分型結構設計

（1）內藏式分型線保險杠脫模原理分析。

保險杠塑件如圖2所示，其中A、B兩處的特征在脫模方向上不能直接出模，需要利用抽芯來完成該特征成型，而A處不能有分型線，因此要求塑件向側向變形成為必然。而B處與A處相對，塑件變形后要求B處模芯內滑，以給出塑件變形需要的空間。

圖2 保險杠內分型結構分析

根據塑件脫模的要求，需要有效控制塑件經過內彎變形→復原→頂出取件的成型過程，塑件的變化過程如圖3所示。

圖3 脫模過程中塑件的變化

結合塑件的成型取件需求，相應的動模結構如圖4所示。

圖4 內分型模具動模結構

（2）內分型保險杠模具工作流程設計（見圖5）。

圖5 頂出抽芯機構

注射成型結束后頂出抽芯機構受保險開關的控制，在油缸Q1的驅動下隨定模同步頂出，此時側頂塊C控制塑件變形脫出型腔，完成后保險開關與型腔脫離。至完成第一次動定模開模后，Q1繼續驅動，內抽斜頂塊B完成型芯的抽芯，同時側頂塊控制塑件進行復原動作，確保塑件既能順利脫出型芯又能滿足塑件生產的需求。至此所有抽芯動作全部完成，Q1需處于衡壓狀態，啟動Q2帶動動模所有的頂塊動作，進行塑件的取件頂出，完成整個開模過程。

（3）特殊部件生產加工藝要求設計。

a.為保證各抽芯塊的長時高效工作，對頂塊的結構工藝作了如下的工藝處理：斜頂塊Ⅱ較大，頂出時給斜頂桿的負擔過重，所以在斜頂塊Ⅱ的背部加專用導向導軌，確保斜頂機構的長時高精度運動，其滑配間隙不超過0.005mm，如圖6所示。

b.為保證側頂塊Ⅲ能有效控制塑件變形-復位的功能，使用“Z”型導軌和雙導桿機構，同時要求其滑配間隙不超過0.005mm，如圖6所示。

圖6 頂出塊結構

4 模具設計創新點

（1）創新點一：自行分析制定了多點順序閥澆注方案，如圖7所示，并與專業的熱流道供應商共同設計了熱流道澆注系統，使料流匯合夾角都控制在120°以上，有效消除了塑件外觀面的熔接痕，避免了塑件成型翹曲變形、尺寸精度低、色澤不均勻等不良現象。

模具在注塑機上工作時，其一個循環周期內按如下步驟進行：模具處于合模狀態，啟動注塑機開始進行澆注，打開針閥式噴嘴G1控制澆注階段一（約2.1s）；當第一次注塑到達G2/G3時，打開G2/G3控制閥進行澆注，并關閉G1控制閥；當第二次澆注到達G4/G5時，打開G4/G5控制閥進行澆注，并關閉G2/G3控制閥，直至澆注完成。結束澆注后，對模具進行通水冷卻，啟動開模程序，完成后進入下一個工作循環，如圖7所示。

圖7 順序澆注

（2）創新點二：設計了“Z”形導軌的二次變軌道結構，如圖8所示，利用“Z”形導軌可加速和延時的特點，控制模具抽芯部件成功實現了一連串連續性動作：先固定在型腔、再內曲變形、然后側頂復位。實現了塑件成型后側向脫出型腔而不影響塑件質量的內分型動作的要求，提高了塑件的綜合質量，與生產效率。

圖8 “Z”形導軌工作過程

模具進行批量生產過程中，其內分型的工作過程（見圖8）：模具澆注成型完成后，側向拉塊在“Z”形導軌的驅動下，將塑件側向固定在型腔，大型斜頂內抽，完成塑件內曲變形所需的空間；完成后側向拉塊在“Z”形導軌的作用下開始向內側拉動塑件變形，使塑件從側向脫出型腔，完成型腔與型芯的開模而不拉傷塑件的空間需求；型腔與型芯開模后，側向拉塊再在“Z”形導軌的作用下，側向頂出塑件，使塑件回復到設計狀態，啟動塑件頂出系統，取件，完成后進入下一個工作循環。

（3）創新點三：在單一的油缸頂出的結構上，增加氮氣彈簧輔助頂出和使用機械保險開關定位代替電子行程開關（見圖1），以有效控制模具在開模過程中頂出與開模的同步誤差范圍在±0.05mm之內，保證了塑件在脫模過程中無操作，大副提高了塑件的外觀質量。

由于控制動、定模同步工作的機械拉鉤存在一定的匹配間隙，會影響動定模同步工作的穩定性，容易造成塑件報廢，這就需要確保在模具開模過程中動定模必須在塑件內彎曲變形過程中始終處于接觸狀態。因此，在傳統的同步設計方案上增加了氮氣彈簧，利用其有效的適時同步補償功能，實現了動定模在設定的行程內完全貼合，不產生相對分離，保證了塑件在內曲變形過程中不受型腔的擠壓而變形，為型腔順利與型芯分離創造了自由空間。合模時，由于設計的機械保險開關是依靠型腔的合模壓力來驅動，只有在型腔與復位桿接觸后，才能使保險銷脫離。這樣就實現動定模的同步合模，消除了因定模未到達指定位置而頂出裝置已復位所導致的合模干涉的隱患，提高了模具工作的安全性與穩定性。

5 結論

（1）采用內藏式分型結構的模具結構生產的保險杠塑件不需要對夾線進行后處理，減少了后序加工工序，保證了塑件的外觀質量，也節省了塑件的加工成本。

（2）保險杠塑件采用多點順序注射成型工藝，即能有效地消除了熔接痕問題，也能有效增強了保險杠塑件的整體強度。

（3）在內藏式分型結構的模具中采用“Z”形二次變軌軌道控制，即簡化了模具抽芯結構，又能有效保證了內分型抽芯結構動作的有效性。