大型汽車保險杠內(nèi)藏式分型結(jié)構(gòu)注射模設(shè)計＊

褚建忠

（臺州科技職業(yè)學(xué)院，浙江臺州 318020）

1 引言

目前，國內(nèi)市場上很多保險杠產(chǎn)品都是外分型結(jié)構(gòu)，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(xiàn)毛刺或飛邊，從而影響到外觀質(zhì)量，嚴(yán)重影響產(chǎn)品在市場的競爭力[1～2]。而國外進(jìn)口保險杠模具是利用分型線內(nèi)藏技術(shù)，將原有工藝方法所產(chǎn)生的分型線置于不可視面，既簡化了生產(chǎn)工序，又保證了塑件質(zhì)量的穩(wěn)定性，但其開發(fā)成本較國內(nèi)高出2～3倍以上。本項(xiàng)目開發(fā)的高精度大型內(nèi)藏式分型結(jié)構(gòu)的汽車保險杠模具，是在傳統(tǒng)注射模的基礎(chǔ)上對新概念產(chǎn)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(shù)，將外露的分型線轉(zhuǎn)移到正面不可視區(qū)域，以達(dá)到內(nèi)分型的效果，一方面提高塑件的外觀質(zhì)量；另一方面消除人工二次打磨的加工工序所帶來的質(zhì)量不穩(wěn)定的隱患，節(jié)省二次投入的成本[3～7]。

2 項(xiàng)目開發(fā)關(guān)鍵內(nèi)容

圖1中所示的保險杠是轎車保險杠總成的主要部件，兼?zhèn)溲b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(fā)保險杠模具項(xiàng)目的過程中，對應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)除了具備塑件的所有特征外，還需要整合導(dǎo)鎖結(jié)構(gòu)、澆注等相關(guān)輔助內(nèi)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(fā)此項(xiàng)目需具備以下幾個方面的內(nèi)容。

2.1 模具澆注方案

澆注方案主要包含以下內(nèi)容：在塑件材料性能穩(wěn)定的條件下，從何處進(jìn)行澆注，以及在什么位置澆注，從而使?jié)沧⒌娜劢雍勰芸刂圃诓豢梢娡庥^面上或是實(shí)現(xiàn)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(guān)鍵零件的壓力沖擊。

2.2 模具總體結(jié)構(gòu)

圖1策劃了保險杠模塑化的整體結(jié)構(gòu)方案，主要有以下內(nèi)容：

圖1 保險杠模具總體結(jié)構(gòu)

（1）利用塑料具有彈性形變的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)塑件在脫模過程中的可控變形，以達(dá)到內(nèi)分型的脫模要求。

（2）根據(jù)內(nèi)分型塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求模具在工作過程中，能實(shí)現(xiàn)注塑設(shè)備開模與頂出能同步進(jìn)行；并且，模具復(fù)位與合模也能同步完成。

3 內(nèi)分型結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）內(nèi)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(cè)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(nèi)滑，以給出塑件變形需要的空間。

圖2 保險杠內(nèi)分型結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)塑件脫模的要求，需要有效控制塑件經(jīng)過內(nèi)彎變形→復(fù)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(jié)合塑件的成型取件需求，相應(yīng)的動模結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 內(nèi)分型模具動模結(jié)構(gòu)

（2）內(nèi)分型保險杠模具工作流程設(shè)計（見圖5）。

圖5 頂出抽芯機(jī)構(gòu)

注射成型結(jié)束后頂出抽芯機(jī)構(gòu)受保險開關(guān)的控制，在油缸Q1的驅(qū)動下隨定模同步頂出，此時側(cè)頂塊C控制塑件變形脫出型腔，完成后保險開關(guān)與型腔脫離。至完成第一次動定模開模后，Q1繼續(xù)驅(qū)動，內(nèi)抽斜頂塊B完成型芯的抽芯，同時側(cè)頂塊控制塑件進(jìn)行復(fù)原動作，確保塑件既能順利脫出型芯又能滿足塑件生產(chǎn)的需求。至此所有抽芯動作全部完成，Q1需處于衡壓狀態(tài)，啟動Q2帶動動模所有的頂塊動作，進(jìn)行塑件的取件頂出，完成整個開模過程。

（3）特殊部件生產(chǎn)加工藝要求設(shè)計。

a.為保證各抽芯塊的長時高效工作，對頂塊的結(jié)構(gòu)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(fù)擔(dān)過重，所以在斜頂塊Ⅱ的背部加專用導(dǎo)向?qū)к墸_保斜頂機(jī)構(gòu)的長時高精度運(yùn)動，其滑配間隙不超過0.005mm，如圖6所示。

b.為保證側(cè)頂塊Ⅲ能有效控制塑件變形-復(fù)位的功能，使用“Z”型導(dǎo)軌和雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，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(jié)構(gòu)

4 模具設(shè)計創(chuàng)新點(diǎn)

（1）創(chuàng)新點(diǎn)一：自行分析制定了多點(diǎn)順序閥澆注方案，如圖7所示，并與專業(yè)的熱流道供應(yīng)商共同設(shè)計了熱流道澆注系統(tǒng)，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(xiàn)象。

模具在注塑機(jī)上工作時，其一個循環(huán)周期內(nèi)按如下步驟進(jìn)行：模具處于合模狀態(tài)，啟動注塑機(jī)開始進(jìn)行澆注，打開針閥式噴嘴G1控制澆注階段一（約2.1s）；當(dāng)?shù)谝淮巫⑺艿竭_(dá)G2/G3時，打開G2/G3控制閥進(jìn)行澆注，并關(guān)閉G1控制閥；當(dāng)?shù)诙螡沧⒌竭_(dá)G4/G5時，打開G4/G5控制閥進(jìn)行澆注，并關(guān)閉G2/G3控制閥，直至澆注完成。結(jié)束澆注后，對模具進(jìn)行通水冷卻，啟動開模程序，完成后進(jìn)入下一個工作循環(huán)，如圖7所示。

圖7 順序澆注

（2）創(chuàng)新點(diǎn)二：設(shè)計了“Z”形導(dǎo)軌的二次變軌道結(jié)構(gòu)，如圖8所示，利用“Z”形導(dǎo)軌可加速和延時的特點(diǎn)，控制模具抽芯部件成功實(shí)現(xiàn)了一連串連續(xù)性動作：先固定在型腔、再內(nèi)曲變形、然后側(cè)頂復(fù)位。實(shí)現(xiàn)了塑件成型后側(cè)向脫出型腔而不影響塑件質(zhì)量的內(nèi)分型動作的要求，提高了塑件的綜合質(zhì)量，與生產(chǎn)效率。

圖8 “Z”形導(dǎo)軌工作過程

模具進(jìn)行批量生產(chǎn)過程中，其內(nèi)分型的工作過程（見圖8）：模具澆注成型完成后，側(cè)向拉塊在“Z”形導(dǎo)軌的驅(qū)動下，將塑件側(cè)向固定在型腔，大型斜頂內(nèi)抽，完成塑件內(nèi)曲變形所需的空間；完成后側(cè)向拉塊在“Z”形導(dǎo)軌的作用下開始向內(nèi)側(cè)拉動塑件變形，使塑件從側(cè)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(cè)向拉塊再在“Z”形導(dǎo)軌的作用下，側(cè)向頂出塑件，使塑件回復(fù)到設(shè)計狀態(tài)，啟動塑件頂出系統(tǒng)，取件，完成后進(jìn)入下一個工作循環(huán)。

（3）創(chuàng)新點(diǎn)三：在單一的油缸頂出的結(jié)構(gòu)上，增加氮?dú)鈴椈奢o助頂出和使用機(jī)械保險開關(guān)定位代替電子行程開關(guān)（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(nèi)，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(zhì)量。

由于控制動、定模同步工作的機(jī)械拉鉤存在一定的匹配間隙，會影響動定模同步工作的穩(wěn)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(nèi)彎曲變形過程中始終處于接觸狀態(tài)。因此，在傳統(tǒng)的同步設(shè)計方案上增加了氮?dú)鈴椈桑闷溆行У倪m時同步補(bǔ)償功能，實(shí)現(xiàn)了動定模在設(shè)定的行程內(nèi)完全貼合，不產(chǎn)生相對分離，保證了塑件在內(nèi)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(chuàng)造了自由空間。合模時，由于設(shè)計的機(jī)械保險開關(guān)是依靠型腔的合模壓力來驅(qū)動，只有在型腔與復(fù)位桿接觸后，才能使保險銷脫離。這樣就實(shí)現(xiàn)動定模的同步合模，消除了因定模未到達(dá)指定位置而頂出裝置已復(fù)位所導(dǎo)致的合模干涉的隱患，提高了模具工作的安全性與穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

（1）采用內(nèi)藏式分型結(jié)構(gòu)的模具結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的保險杠塑件不需要對夾線進(jìn)行后處理，減少了后序加工工序，保證了塑件的外觀質(zhì)量，也節(jié)省了塑件的加工成本。

（2）保險杠塑件采用多點(diǎn)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(qiáng)了保險杠塑件的整體強(qiáng)度。

（3）在內(nèi)藏式分型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，又能有效保證了內(nèi)分型抽芯結(jié)構(gòu)動作的有效性。