車燈殼體模具定模自彈式斜頂研究設計

李孔富，廖銳豪，黃金香

（廣州導新模具注塑有限公司，廣東廣州 511430）

1 引言

隨著新能源汽車的發展，車燈產品的發展升級更加突出，而車燈模具作為模具行業中一個細化的高端模具類別，具有精度要求高、結構復雜、創新性強等特點。不斷提升國內車燈模具的技術水平，推動國內模具產業向高端化升級，深度參與國際競爭，努力提升在國際高端模具的占比，向高質量發展具有重要意義。模具結構的緊湊化、輕量化發展是一個重要的途徑。國內外模具設計師們對這一方面的技術提升也做出大量的貢獻，但總體上由于現實生產對模具穩定性的極高要求及現行技術標準要求，絕大部分設計方案都會采用相對成熟保守的技術。這一定程度上制約了模具緊湊化的發展，不利于降低模具的成本。本文基于具有對車燈塑件模具豐富的設計技術經驗及對模具各類結構的理解基礎上，充分發揮了車燈模具創新性強的特點，提出改變傳統設計結構方案，采用自彈式斜頂結構方案，實現車燈殼體塑件定模側小面積、小行程倒扣抽芯脫模的要求。在專業3D 軟件上進行詳細的3D 造型設計及必要的動作模擬，確認優化完成后制造模具，針對機構的安裝、導向、受力進行分析，驗證其長期生產的可靠性及穩定性。這一設計成果對模具緊湊化、精密化、高端化發展具有積極的推動作用，實現模具輕量化、降耗減排，降本增效、可持續發展具有重大意義。

2 問題點分析及優化方向

車燈被喻為汽車的眼睛，目前已是集安全照明、信息交流、美化外觀、氣氛交融等功能為一體的汽車關鍵零部件之一，對汽車的功能性、實用性、安全性、舒適性及外觀美化等都有重要影響。而其通常細分為：前照大燈（近光、遠光、前轉向、示寬、霧燈等）、后組合燈（后位、倒車、制動、后霧、后轉向燈等）、霧燈（前后霧燈）和小燈（閱讀燈、化妝燈、下車燈、氣氛燈等）。

而在車燈組合里面殼體（基座）塑件一方面需要保證穩定可靠地把車燈安裝固定在車體上；另一方面，與配合安裝固定車燈組合內其它零件（如反射鏡、襯框、PCB板等），殼休結構是車燈塑件中最復雜的零件之一，其正、反面均需設計有很多用于安裝、定位、功能匹配的結構。這些結構通常為卡扣、卡槽、安裝孔等特征，而這些特征在模具成型當中脫模需要設計抽芯機構，這類塑件模具，在動、定模都需要設計抽芯脫模結構，在模具結構選擇上在動模側的倒扣通常都是設計滑塊，斜頂、或彈動模板的內抽芯結構來實現抽芯脫模；而在定模側的倒扣也會設計類似的結構，如滑塊（內抽芯）或者定模斜頂，但是，定模側要實現這類脫模機構的動作，需要增加額外的定模頂出板、撐機輔助或通過油缸、彈簧、拉鉤等驅動聯接機構轉換驅動才可實現抽芯，或者可能還需設計得更加復雜，即需增加彈定模板的設計（需要解決熱嘴不可運動的問題）。在定模側增加設計頂出板、彈整塊定模板等，不僅需要考慮相關機構和熱流道的干涉問題，還會直接影響到模具的厚度、強度，因此，有些模具會出現因模具厚度太厚而導致需要放到更大噸位的注塑機臺上生產，模具厚度的增加，意味著需要使用更多的鋼材，成本自然會增加，同時也給客戶生產、排產造成困難及大幅度增加單品生產成本。這些問題又因塑件的需要不能簡化或者刪除相應的結構來解決。這樣，如能通過模具結構優化去解決將是性價比非常高的解決方案。

在一些定模側抽芯數量少、抽芯面積不大、行程也不大的塑件，將是設計者們思考并優化結構節約成本特別有利及可行的方向。基于此，設計團隊做了大量的分析工作，對這類塑件模具開展了優化結構可行性研究分析，為優化相關模具結構并簡化明確了方向。

3 結構方案分析

圖1所示為汽車組合尾燈中的殼體塑件，其總體外圍尺寸為214×113×128mm，形狀結構復雜，定模側有二處安裝扣位需要抽芯脫模，符合模具抽芯數量比較少、抽芯面積也不大及行程有限等特點，是一個極佳的研究對象。按照以往設計技術經驗，定模側的這兩處小抽芯通常做法有下面兩種方案。

圖1 塑件3D造型示意圖

方案一：在定模側增加設計一塊彈板、采用油壓油缸驅動并且油壓還需要克服注射成型時型腔的注射壓力，確保成型時抽芯不會出現后退，造成塑件不合格。卡扣這里的結構需設計成小內抽滑塊形式，如圖2所示，在這一方案當中塑件這兩處扣位的內抽滑塊開框后，定模型腔與膠位一側形成明顯的薄鋼，薄鋼這一側是需要承受型腔注射壓力的，這樣，模具在這處薄鋼位置出現強度不足、變形、開裂的風險極高，也會導致內抽滑塊出現燒死。內抽滑塊背部用于互鎖及驅動的T塊撐機強度也會受到影響，顯然這一方案在定模側需要增加油壓、彈板等結構的情況下，模具也存在較大的風險，可以判定模具的性價比是很低的。

圖2 內抽方案示意圖

方案二：在定模側設計成類似于圖3 所示的分型面斜頂，此種結構開模時以彈簧彈力作為驅動力，斜頂正面緊貼動模分型面，開模時，斜頂由于彈簧作用，從定模型腔側彈出緊貼動模分型面并向外滑動實現抽芯脫模，合模時則由動模分型面直接壓回復位。結構中斜導柱起到導向作用，限位螺絲起到控制斜頂彈出行程。這類機構需要設計斜導柱并放置彈簧還需要設計限位螺絲，斜頂相對而言設計得比較大，在模具中占用的空間也會比較大，應用到這種抽芯面積少行程有限的塑件，相對于方案一有較大的優勢，但其占用的空間仍然很大，也會有與其它結構相干涉的問題，影響比較大的是模具的冷卻效果變差，增加冷卻時間，影響模具生產周期，導致生產成本增加。

圖3 分型面斜頂方案示意圖

以上兩個方案從原理上均可以滿足抽芯脫模要求，但都存在一定的問題及風險，顯然不是非常好的解決方案。制造出來也可能給模具增加更多的維護成本壓力。

4 定模自彈式斜頂設計

經綜合研究評估，在模具上設計了一種新型的斜頂抽芯脫模機構來解決這兩處小卡扣的抽芯問題，這一機構由于結構相對簡單，尺寸較小，幾乎不占用額外的空間，模具可以設計得非常緊湊，模具整體尺寸也可以減少，節約模具成本。

在專業3D 設計軟件中根據塑件造型，設計出整副模具3D 模型。在定模側先行設計出自彈式斜頂概念3D 初步造型，再通過反復的修改優化、并安排進行動作模擬檢查確認，在理論上符合設計標準及機械動作基本原理，最終定案完成這一機構組合設計。如圖4所示，整個結構涉及定模型腔、動模型芯、斜頂、墊塊、彈簧、鎖緊螺絲、彈簧導向桿、固定螺絲等。其中，定模型腔、動模型芯作用為配合限制斜頂運作方向及定位，斜頂的作用為實現倒扣抽芯脫模，墊塊作用為限制斜頂后退位置、支撐斜頂型腔注塑壓力及固定斜頂塊定模型腔處的位置，彈簧的作用為斜頂的彈出提供驅動力，鎖緊螺絲作用為把墊塊固定到定模型腔中。組合內斜頂4 個側面與定模型腔、正面與動模型芯分型面均設計制造成滑配關系。

工作過程如圖4所示：①開模抽芯脫模動作，合模狀態時各組件均復位在設計原始位置，注射成型冷卻完成后，注塑機后板開始運動同步帶動動模向后運動，從而使動、定模分型面分離，在剛開始運動時，動模、定模分型面開始緩慢分離，那么正常情況下斜頂正面會失去支撐但由于有在彈簧力的作用下，斜頂是有往外彈出的趨勢，這樣就確保在斜頂行程內斜頂正面會緊貼動模分型面，在這個過程中定模型腔開框起到導向滑動作用，由于斜頂是斜向彈出，那么相對分型面會有一個側向滑動的運動（滑動方向與分型接觸面的方向平衡），即斜頂在這個過程中實現彈出和側向抽芯脫模的復合動作，當動、定模分離到斜頂彈出到設計位置時，斜頂兩側耳朵與定模型腔限位槽接觸不再運動，抽芯脫模動作完成；②合模復位動作，當完成一個注塑周期取完件后，模具從新合模，動、定模運動到設計距離時，動模分型面與斜頂正面開始接觸，在模具繼續合模過程中，斜頂在驅動力作用下沿定模型腔斜頂開框內運動，同時斜頂正面與動模分型接觸面產生側向運動，這個過程彈簧不斷被壓縮直到模具完全合模完成、斜頂完全復位到位為止，最終實現整個合模所有動作。

圖4 自彈式斜頂動作原理示意圖

試模驗證：機構設計完成之后，模具進行了加工制造，自彈式斜頂在加工、裝配及運動確認過程都比較順利，完全符合設計要求。確認無誤之后，安排試模生產驗證，驗證過程中重點關注了斜頂的運動順暢度、平穩度及可靠性。經驗證各項指標均符合設計要求，自彈式斜頂設計方案得到確認是可以替代傳統方案實現小面積、小行程抽芯脫模目的。

5 總結與展望

本文在汽車車燈殼體模具的定模側設計了自彈式斜頂抽芯脫模機構，對倒扣面積小、行程有限的抽芯脫模機構進行了最大程度的簡化設計，避免了因這類倒扣設計抽芯脫模機構影響到模具的整體尺寸、生產周期，對模具的緊湊化設計、輕量化設計產生積極影響，充分體現車燈模具設計技術創新性強的特點。該結構先經過專業3D設計軟件完成造型設計及必要的動作模擬驗證，優化確認后制造了整副模具，通過裝配、安裝及模具試模來驗證機構的可行性并得到最終的結果。本文的設計方案具有簡單、實用、動作穩定可靠、生產驗證方便、制造容易、成本低等特點，為車燈模具走向高端化、緊湊化、輕量化、降本增效、節能減排提供了借鑒意義。