汽車落水槽立體旋轉疊層雙色注射模設計

賈宇霖，袁 林，段志平，王明雷

（深圳市銀寶山新科技股份有限公司，廣東 深圳 518108）

1 塑件工藝分析

落水槽是汽車的排水系統，其網孔結構部分有疏導雨水、隔擋雜物的作用，此款塑件外形尺寸為1 430 mm×429 mm×125 mm，為雙色塑件，如圖1 所示，主體材料使用PP+TD22，網孔材料使用PP+EPDM+TD22，相比主體材料，網孔添加的材料EPDM三元乙丙橡膠是乙烯、丙烯和少量的非共軛二烯烴的共聚物，其主鏈由化學穩定的飽和烴組成，故其耐臭氧、耐熱、耐候、耐老化等性能優異，廣泛用于汽車密封件等領域。

圖1 雙色塑件

此款落水槽如采用傳統平面旋轉雙色模成型，模具體積達到2 150 mm×2 200 mm×1 074 mm，要用3.3×104kN 的旋轉雙色注塑機，但客戶企業最大只有1.3×104kN 的普通注塑機改造成中間有旋轉模板的雙料桶注塑機，為適應客戶機臺生產，選用立體旋轉疊層雙色注射模結構方案，由2副模具組成，單副模具體積為1 230 mm×2 200 mm×1 074 mm。在注塑機上這2 副模具縱向疊層排列，中間碼模板可旋轉180°交換型腔，如圖2 所示。此方案設計的模具難度低，1 副模具注射塑件主體，另1 副模具注射塑件網孔，2 副模具的定模型腔不同，動模完全相同，通過注塑機的中間碼模板旋轉動模來實現型腔轉換，模具結構設計緊湊，以控制模具尺寸在所選注塑機臺的適用范圍。

圖2 立體旋轉疊層雙色注射模結構

2 模具結構設計

2.1 模具整體結構

落水槽雙色模具采用的注塑機相比普通注塑機有可旋轉的中間碼模板、雙料筒、前后兩端都有炮筒噴嘴注射，2 副模具縱向疊層排列安裝即可。模具結構基本原理：先注射熔體成型落水槽主體，立體旋轉動模，再注射熔體成型喇叭網格，旋轉動模，推出塑件，完成一個循環過程。通過模流分析確定進料方案，布置熱流道系統；對復雜的分型面進行了優化，最大程度防止成型塑件飛邊的產生；滑塊機構也進行了相應的改進，減少了液壓缸數量，并充分合理地布置冷卻水道，克服塑件易變形的缺點。模具的最大外形尺寸為1 230 mm×2 200 mm×1 074 mm，模具結構如圖3所示。

圖3 模具結構

落水槽疊層雙色模由主體模具和網孔模具組成，如圖4所示，2副模具的動模完全一樣，其定模的型腔不一樣。2副動模在中間旋轉，分別與2副固定在碼模板上的定模合模，兩邊炮筒噴嘴分別注入不同的熔融塑料，實現雙色注射及循環工作。當塑件主體成型模完成主體的注射成型后，模具在注塑機拉力的作用下打開，中間碼模板旋轉180°，動模帶著第一色注射塑件也旋轉180°；此時第一色動模不推出，然后與塑件網孔成型模合模進行網孔的注射成型，保溫冷卻后，模具打開，中間碼模板再旋轉180°，動模帶著雙色塑件也旋轉180°，雙色塑件被推出，完成一個注射周期。每個成形周期內都會有一模一色塑件及一模雙色塑件成型。

圖4 雙色注射模結構簡圖

2.2 定模結構

落水槽雙色注射模的定模板采用一體式，以滿足模具使用壽命30萬次的需要，內有熱流道澆注系統，定模結構如圖5 所示。為保證成型塑件的尺寸精度，在模具的合模面上采用對插斜面，四角虎口位鎖緊，防止模板在注射成型過程中移動，在分型面外加高硬度的承壓片以平衡鎖模力。定模板的4個側面安裝4 個方導柱，動模裝有與其相配的磷青銅導向塊，方導柱在合模時，保護模具內部斜導柱、滑塊、枕位、插穿位等，可以保證在這些部位接觸前定位。

圖5 定模結構

2.3 動模結構

落水槽雙色注射模的動模板采用整體式，動模結構如圖6所示。動模結構含有動模板、滑塊、導向塊、推出零件等，內部還設有水路在模具保壓階段冷卻塑件。模具多處采用鑲拼方式設計，易于加工、排氣、裝配和后期維護；所有尺寸大于50 mm 的帶型腔的零件都設計了水路，以滿足生產周期和成型塑件尺寸要求。通過對塑件組裝使用的功能性分析，在可能引起翹曲變形的功能區域（喇叭網區域）設計鑲件，以便試模后進行調整。

圖6 動模結構

落水槽四周倒扣需設計滑塊側抽芯，第一色注射完成后滑塊不動，側向鎖模力經過計算需滿足要求。模具的中間滑塊7 采用液壓缸驅動，兩側滑塊6、10 采用機械驅動，其采用伸縮卡扣機構[1]驅動控制側抽芯，如圖7所示，通過活動伸縮式卡扣的機械結構注射第一色熔體成型主體時，滑塊不打開；注射熔體成型喇叭網格時，滑塊打開；成型塑件第一色主體的定模側采用一種只能壓回不能撥動的斜導塊結構，成型塑件第二色網孔的定模采用一種能撥動斜導柱結構，可以在開模時進行塑件第二色網孔的滑塊側抽芯。

圖7 滑塊結構

2.4 澆注系統設計

落水槽雙色注射模是2 副獨立的模具，其澆注系統設計較簡單。通過Moldflow 注射模擬分析，不斷優化工藝參數[2]，使塑件變形控制在最小范圍；通過合理設計分流板形狀和布置澆口位置，確保2 副熱流道澆注系統協調工作。成型塑件主體模具澆注系統設計7個針閥熱噴嘴，選用點澆口進料，每個熱噴嘴帶閥針，通過電磁閥單獨控制，實現分時進料，充分填滿型腔，防止缺料收縮等缺陷。設計成型主體型腔在填充體積達到98%時轉保壓，由速度控制填充轉換為壓力控制，進入保壓補縮階段，型腔最大壓力約49.48 MPa，如圖8所示。

圖8 主體模流分析

通過模流分析預測填充以及熔接線、收縮痕等缺陷，分析驗證其進料效果，確定澆口位置和數量是否合理及塑件成型是否完整，檢測是否有填充缺陷，然后進行設計方案優化。成型塑件網孔型腔部分在填充體積達到98%時轉保壓，由速度控制填充轉換為壓力控制，進入保壓補縮階段，型腔最大壓力約43.06 MPa，如圖9所示。

圖9 網孔模流分析

落水槽的喇叭網孔密集，型腔填充困難。設計熱噴嘴進料直接注射在網孔型腔上，將原來通孔網孔填滿成盲孔，以利于填充。模具澆注系統采用5+5 個點澆口，選用針閥式熱噴嘴，針閥痕在成型塑件上不明顯，如圖10所示。

圖10 塑件網孔區域澆注系統

2.5 推出系統

模具推出系統采用4 個液壓缸作為動力源，設計液路時保證進出液壓油推出平衡，所有液路設計在模板內，保證液路布局平衡[3]。為保證塑件順利脫模不被拉傷變形，在塑件周圍均勻設置推桿，各活動機構運動順暢。塑件網孔區域推桿最小設計為φ1 mm，數量多，排布密集；為防止推桿在推出過程中斷裂，設計了后部加強二次推板，并縮短推桿長度及推出行程；推板兩對角下部安裝了行程限位開關，確保精確復位。

3 模具工作過程

落水槽立體旋轉疊層雙色注射模工作過程中，模具在二次注射裝置上[4]，主、副炮筒噴嘴為一個注射周期內注射成型，如圖11所示，其注射工藝過程：合模→注射第一色熔融塑料→保壓→開模（滑塊不后退）→動模旋轉180°→注射第二色熔融塑料→保壓→冷卻→開模（滑塊抽芯）→動模旋轉180°→推出雙色塑件→取件→推板機構復位和液壓缸滑塊復位→合模，進行下一個注射循環。

圖11 模具開模狀態簡圖

4 結束語

對于汽車大型雙色落水槽，其立體旋轉疊層雙色注射模整體尺寸小、結構簡單，注塑機壓力要求低，模具結構設計和注射工藝科學合理。相對傳統的包膠雙色成型工藝，該設計方案提高了生產效率和成型良品率，落水槽外形尺寸和質量性能滿足客戶要求，測試排水效果理想。