汽車扣手盒注射模設計

李揚， 劉毅

（天津輕工職業技術學院 機械工程學院， 天津 300350）

0 引 言

汽車內飾件處于汽車產業鏈中游的零部件制造領域，是汽車制造的重要環節。塑料制品具有硬度高、質量輕、廉價等特點，在許多應用領域，塑料制品取代了金屬件，尤其是現在車輛生產對輕量化的需求，使其使用范圍越來越廣。注射成型技術的優越性體現在可以一次性實現結構復雜、精密度高且數量多的小零件制造，因此注射模得到了快速發展[1-8]。

1 工藝分析

1.1 塑件結構工藝分析

圖1所示為汽車扣手盒，塑件外形呈凹形，輪廓大多為曲面，其基本厚度為2.5 mm，外形尺寸約為68.5 mm×172 mm×90 mm，為了便于成型塑件的脫模，底面與垂直方向呈4°傾斜。塑件要求表面不能存在裂縫及其它變形缺陷，側面為了與汽車其它零部件配合，設置了多個卡扣。該塑件需要大批量生產，塑件的尺寸公差可以根據模具設計的要求進行變化，最大不能超過0.025 mm。為防止脫模過程中拉傷塑件，設置脫模斜度為3°。

1.2 塑件材料分析

塑件的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，具有良好的耐熱性和抗沖擊性，ABS的性能指標參數如表1所示。由于熱脹冷縮的原理，塑件在高熱環境下與在室溫環境中的尺寸會有所不同，不同的材料收縮率也不同，ABS的收縮率為0.5%。

1.3 注塑機的選擇

塑件精度要求不高，且外形尺寸偏小，需要大批量生產，初步設計模具為1模2腔的布局。由于塑件形狀和內部結構特點，考慮脫模、進料和推出機構的復雜程度，綜合分析確定該塑件采用倒裝注射模成型。

通過UG10.0實體建模分析塑件體積：V塑=64.479 cm3；塑件質量：m塑=V塑ρ=64.479×1.02=65.76 g。

由于塑件形狀較為規整，可選用簡單的流道，根據經驗選取澆注系統的凝料等于塑件體積的0.2倍，得出注入模具型腔內塑料熔體的總體積：

查取相關參考資料選取系數α=0.8[1]，因此實際注射熔體量：

由上述計算，選定的注塑機型號為HT300T。

2 成型零件結構設計

2.1 分型面設計

根據塑件的結構和外形，選用平面分型面的設計，塑件頂部成型面與開模方向垂直，所以直接延伸頂面作為分型面，使其分型面更為平整；底部碰穿孔的分型面，選取孔的最下端平面作為分型面，可將孔全部留在定模成型，使塑件外觀不會有多余的模具零件痕跡。

分型面設計避空面是為了便于模具零件加工，有利于鉗工研配，節省時間，分型面設計如圖2所示。模具動模尺寸為340 mm×400 mm，因此選取距離分型面30 mm作為避空界限。

2.2 型腔板和型芯的結構設計

根據塑件的結構，選擇了整體式的型腔結構，如圖3所示。

（1）型腔尺寸的計算：

式中：LM——型腔長度，mm；S——平均收縮率；HS——塑件長度，mm；?——塑件公差，mm；δz——制造公差，mm。

（2）型腔深度的計算：

式中：HM——型腔深度，mm。

型芯成型塑件的內表面，塑件的內表面有許多筋位和結構，因此在型芯內增加了斜推和滑塊的設計，如圖4所示。在型芯的4個角上設計了虎口，具有鎖緊模具的功能，虎口的尺寸為70 mm×65 mm×25 mm，為防止模具拉傷，設計虎口斜度為5°。

圖4 型芯結構

（3）型芯長度的計算：

式中：lM——型芯長度，mm；lS——塑件長度，mm。

（4）型芯高度的計算：

式中：hm――型芯高度,mm；hS——塑件高度，mm。

2.3 側向抽芯設計

當塑件上出現內外側孔或內外側凹時，塑件因結構的限制不能從主脫模方向順利脫出，需要將成型塑件的內外側孔或內外側凹結構的零件做成活動式。在整個塑件脫出前，側抽芯結構會先從塑件上抽出，然后從模具中推出塑件。

通過UG10.0分析，塑件周圍的卡扣不能直接脫模，需要設計側抽芯結構或斜推機構成型塑件卡扣，設計了以下2個方案進行對比。

方案一：斜推結構實現卡扣成型，如圖5所示。由于2個倒扣處于上下平行的位置，設計的2個斜推桿之間互相干涉，該方案不可行。

圖5 斜推結構

方案二：斜推和側抽芯結構實現卡扣成型，如圖6所示。朝外的卡扣設計側向抽芯結構成型，朝內的卡扣設計斜推結構成型。該結構在空間上不會存在干涉現象，選擇該方案作為最終方案。

圖6 側向抽芯最終結構

在確定脫模方向后，需要考慮脫模距離。將5個卡扣頭部鎖緊在一個滑塊內，考慮同樣的脫模距離是否可以將每一個結構順利脫出，為防止偏差，需要保證開模后的模具零件離塑件至少有3 mm的間距。由于滑塊為中型滑塊，分型面打開距離至少要20 mm，初步設計為20 mm分型面，找到最長的側抽芯頭部，以此面作為側抽芯基座部的基準面。此面用于鉗工找平，一定要與Z向平行。

當滑塊與定模有插穿部分時，需要設計與定模插穿角度3°~5°，在運動方向也要設計3°~5°的插穿角度，因此初步設計插穿角度為3°，不會因摩擦而損壞模具。為保證側抽芯的強度，將滑塊尾部上端的寬度設計為26 mm。側向抽芯各部分的材料：參與成型部分的材料為P20，導軌部分的材料為9CrWMn。

式中：S——滑塊行程，mm；t——側孔、側凹厚度或倒扣的長度，mm；A——滑塊的安全距離，mm；L——斜導柱導向長度，mm；∝——斜導柱傾斜角度，（°）。

參考公式初步設計的滑塊行程為12 mm。在滑塊座背面放置耐磨板，耐磨板距離導柱的長度≥0.5倍導柱直徑。滑塊的掛耳根據滑塊寬度進行選擇，初步設計滑塊的寬度W為150 mm，掛耳的寬度設計為5 mm。

滑塊退出后，需保證壓條有2/3在滑塊上，再根據滑塊的長度，選定壓條長度為75 mm，壓條在滑塊運動方向需要定位，一般有2種方式：原身定位及銷釘定位，因模具尺寸及滑塊位置的原因，無法做到原身定位，所以選擇為銷釘定位。壓條材料有2種：銅加石墨或9CrWMn，在壓條與滑塊接觸面開油槽，保證滑塊能夠順暢運動。

滑塊與限位塊接觸后停止運動，所以限位塊與滑塊之間的距離必須是滑塊的行程，距離小會造成運動干涉，距離大會導致合模時斜導柱無法進入滑塊，最終無法合模。滑塊材料無特殊要求，選用S45C即可。

彈簧的選擇：

式中：L彈——彈簧的自由長度，mm；X——復位完成后彈簧的長度（安裝空間），mm；W——彈簧剛度，N/mm；F——預壓力，N；P——預壓量，mm。

彈簧驗證：為保證彈簧使用壽命，彈簧的實際壓縮量要小于最大壓縮量，即：

式中：S——模具推出行程或滑塊行程，mm；P——預壓量，mm；L——彈簧的自由長度，mm；l——壓縮狀態下彈簧長度，mm。

其它注意事項：①滑塊在空運行（無成型塑件）時，滑塊抽出到位時，彈簧的彈力為滑塊滑動方向受力的1.5~2倍；②模具在生產過程中開模時，向上側或斜上方運動的滑塊，彈簧的彈力取滑塊重力的1.5~2倍；③當滑塊滑開后，彈簧從導向孔中伸出的長度大于彈簧外徑的1.5倍時，彈簧需加中心導向銷。

3 結束語

根據汽車扣手盒的形狀尺寸、精度要求與生產要求，結合汽車扣手盒工藝分析結果，對分型面進行設計。由于塑件整體外形較為平整，選擇最大外形輪廓處為分型平面，為了加工方便和節省時間，在距離塑件輪廓30 mm處做避空處理，結合塑件的形狀和結構的復雜程度，型腔板與型芯設計為整體式。汽車扣手盒底部的2個卡扣通過設計斜推和側抽芯的機構實現脫模。