藺福志

(嘉興信元精密模具科技有限公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對塑料產(chǎn)品的功能、外觀等要求也越來越高，也推動(dòng)了注塑行業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來雙色注塑技術(shù)成為注塑行業(yè)的一大亮點(diǎn)。汽車A柱裝飾條承載著功能與外觀的需求，其零件特點(diǎn)是需要采用嵌件包膠注塑成型的工藝。由于此類零件內(nèi)部裹嵌不銹鋼金屬件及多層不同塑膠材料，其工藝復(fù)雜、難度高。本文重點(diǎn)論述了汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及針對注塑成型問題的設(shè)計(jì)預(yù)防。

1 零件結(jié)構(gòu)分析

汽車A柱裝飾條總成結(jié)構(gòu)由4個(gè)層次的零件組成，如圖1所示： 編號①～④為PVC卡接塑件，編號⑤～⑦為不銹鋼金屬嵌件，編號⑧為PP材質(zhì)的注塑件，編號⑨為TPE材質(zhì)的注塑件。其相互關(guān)系為①卡接于⑦， ②， ③卡接于⑥， ④卡接于⑤， ⑤～⑦嵌于注塑模具型腔，由第一射注塑模具注塑成型零件⑧，將⑧嵌于第二射注塑模具型腔，由第二射注塑模具注塑成型零件⑨，最終零件成品如圖2所示。

圖1 汽車A柱裝飾條零件分層示意圖

圖2 零件成品圖

2 模具設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Moldflow軟件模流分析，TPE包膠注塑成型所涉及澆注系統(tǒng)基本信息如表1所示。

表1 TPE包膠注塑參數(shù)

經(jīng)CAE解析，考慮到零件外觀需求及澆口切斷方式，TPE包膠注塑成型采用4個(gè)牛角式潛伏澆口進(jìn)膠，既不影響外觀成型面，又能自動(dòng)切斷澆口，提高工作效率，減少人工作業(yè)。

因零件為細(xì)長條狀，總長度為783 mm,且形狀由小到大，具有不均勻結(jié)構(gòu)特性，根據(jù)Moldflow分析，結(jié)合零件本身特征，澆口排布側(cè)重于膠量較多一側(cè)，澆口數(shù)量為4個(gè)，以大端為基準(zhǔn)，分別間距為92， 166， 190， 201 mm。澆口排布與結(jié)構(gòu)樣式如圖3所示。

圖3 澆口排布與結(jié)構(gòu)樣式

根據(jù)Moldflow分析，澆口采取4點(diǎn)同時(shí)填充，熔料均衡覆蓋嵌件表面，產(chǎn)品的填充時(shí)間均為0.873 7 s，流動(dòng)平衡，對嵌件的沖擊影響最小。注塑填充過程如圖4所示。

(a)

(b)

(c)

(d)

注塑過程中易產(chǎn)生熔接痕和困氣的位置如圖5所示，圖5中，虛線位置是兩股料流匯合處，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)特別注意排氣，其余顯示的困氣位置多位于分型線和充填末端，易于排出，不會(huì)造成表面缺陷。

圖5 注塑填充熔接痕與困氣區(qū)分析

2.2 抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

零件兩側(cè)存在與開模方向呈倒扣狀的側(cè)凹特征，為了順利實(shí)現(xiàn)脫模，本設(shè)計(jì)采用兩側(cè)滑塊抽芯結(jié)構(gòu)，如圖6所示。因金屬鈑金件正好在滑塊碰撞面，此類滑塊設(shè)計(jì)時(shí)需考慮鈑金件與滑塊接觸碰撞面的配合精度，通常留5 mm封膠段配合則可，其余位置避空0.5 mm，以防撞傷鈑金嵌件。因型腔為“1+1”對稱排布，模具中間側(cè)滑塊有相對運(yùn)動(dòng)，考慮到模具空間的合理利用，模具中間的滑塊采取T型槽式的斜向驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，且中間相對運(yùn)動(dòng)的滑塊共用同一鏟基。在保證滑塊正常運(yùn)動(dòng)的前提下，中間間距能合理縮小，減少模具總體寬度，降低模具成本。外圍兩側(cè)因注塑零件整條都有側(cè)凹倒扣，所以都由大型滑塊抽芯實(shí)現(xiàn)，本注塑零件的兩外側(cè)大滑塊長度為830 mm、寬度為155 mm、高度為95 mm。為便于鉗工裝配及提高摩擦面、碰撞面的使用壽命，滑塊上表面間段式分布平衡塊，滑塊外側(cè)斜面間段式分布耐磨塊?？紤]到外側(cè)大滑塊的熱量控制需求，在其內(nèi)部排布冷卻水路，為一進(jìn)一出。因滑塊為運(yùn)動(dòng)件，進(jìn)、出水冷卻管采用不銹鋼加長管接頭，便于引出到外圍軟管轉(zhuǎn)接，且預(yù)留滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的水路管道部件活動(dòng)空間。

圖6 抽芯結(jié)構(gòu)

2.3 嵌件在模具上的定位設(shè)計(jì)

本例嵌件采用人工放置，嵌件的定位是包膠注塑模具的關(guān)鍵之一，定位不合理會(huì)使嵌件在注塑過程中偏移晃動(dòng)，引發(fā)注塑成型件的尺寸變形、飛邊、結(jié)構(gòu)錯(cuò)位等缺陷。本例嵌件由圖1中的編號①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧組合體構(gòu)成，其組件由第一射注塑模具實(shí)現(xiàn)，成品如圖7所示。

圖7 嵌件組件

嵌件組件為長條狀，存在尺寸變形可能，利用兩側(cè)滑塊強(qiáng)行壓制嵌件來減少產(chǎn)品翹曲，如圖6所示。

包膠注塑模具的嵌件定位要點(diǎn)在于從嵌件本身尋找定位特征，或從外界引入定位結(jié)構(gòu)參與固定，該嵌件組件在TPE包膠注塑模具上的定位主要依賴于PP塑件體上的卡扣四周的側(cè)面，以及不銹鋼金屬件的四周側(cè)面，嵌件組件上的卡扣特征、金屬不銹鋼特征與注塑模具對應(yīng)的型槽配合間隙為0.02 mm,且考慮到實(shí)際加工過程中的累積誤差，嵌件組件需與型槽實(shí)物鉗配，確保嵌件組件安放在注塑模具中時(shí)，X，Y，Z向都處于貼合無松動(dòng)狀態(tài)。本例嵌件組件的可利用定位特征如圖8(a)所示,不銹鋼金屬件在模具上的定位結(jié)構(gòu)如圖8(b)所示。

(a) 嵌件組件的可利用定位特征

(b) 不銹鋼金屬件在模具上的定位結(jié)構(gòu)

2.4 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌件包膠模具頂出系統(tǒng)的關(guān)鍵在于頂出平衡，防止出件歪曲，影響取件。本例中注塑零件總成組件結(jié)構(gòu)為細(xì)長狀，可排布圓形頂針的位置非常有限，再考慮到組件中有多段不銹鋼鈑金金屬件存在，且其上存在多處倒扣狀特征，影響頂出膠模，因此在該類倒扣特征區(qū)域設(shè)計(jì)扁頂針，并在扁頂針上設(shè)計(jì)側(cè)凹狀的避讓結(jié)構(gòu)，以利于倒扣頂出脫模(圖9)。

該包膠模鈑金件的卡扣脫模機(jī)構(gòu)，如圖10所示，包括④扁頂針，其頭部設(shè)有一凹槽，的上側(cè)面與水平面之間的斜角A的范圍為45°～60°，以便于取件時(shí)能夠順利脫出。上設(shè)有用于安置鈑金件卡扣的裝配間隙，以防④與鈑金件之間相互干涉，進(jìn)而導(dǎo)致鈑金件變形翹曲。當(dāng)進(jìn)行抽芯時(shí)還必需保證④與產(chǎn)品內(nèi)壁的間距X大于卡扣的寬度Y，以留出取出卡扣的活動(dòng)空間。

圖9 頂出結(jié)構(gòu)

如圖10所示，頂出過程為： 當(dāng)模具動(dòng)、定模分開后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)頂針板進(jìn)行頂出動(dòng)作，扁頂針安裝于模具的頂針板上，隨頂針板完成垂直于產(chǎn)品方向的直向頂出，頂出完成后產(chǎn)品己完全脫離模具型芯，懸于無障礙空間，此時(shí)由于存在間距X，即可手動(dòng)斜向往上將產(chǎn)品取出，實(shí)現(xiàn)頂出抽芯動(dòng)作。

圖10 卡扣脫模機(jī)構(gòu)

2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本例包膠注塑模定模采用沿制品外形橫向冷卻，其優(yōu)點(diǎn)為冷卻均勻、加工簡易，如圖11所示。

本例包膠注塑模動(dòng)模采用橫豎交叉冷卻，兩側(cè)大滑塊另加水路輔助冷卻，其優(yōu)點(diǎn)為冷卻均勻、加工簡易，如圖12所示。

(a)

(b)

(a)

(b)

3 模具總裝結(jié)構(gòu)

汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具的主體結(jié)構(gòu)如圖13所示。其動(dòng)作過程為： 模具動(dòng)定模打開，將嵌件組件裝入模具動(dòng)模的型腔內(nèi)，確認(rèn)安裝無誤后，動(dòng)模在注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)力下進(jìn)行合模，當(dāng)合模過程中⑥鍥緊塊與⑦滑塊斜面接觸后，因斜向鍥緊的作用力驅(qū)動(dòng)滑塊7向型腔運(yùn)動(dòng)，直至滑塊7與型腔側(cè)壁及嵌件組件完全貼合，與此同時(shí)，滑塊受定模板斜面的鍥緊力驅(qū)動(dòng)，促使滑塊向型腔方向運(yùn)動(dòng)，直至與型腔側(cè)壁及嵌件組件完全貼合后，當(dāng)動(dòng)、定模分型面完全貼合后，合模完成。塑膠熔料經(jīng)熱流道系統(tǒng)及熱嘴通過流道鑲件到達(dá)模具型腔，在注塑壓力的作用下完成充填。保壓、冷卻等注塑成型環(huán)節(jié)，此時(shí)嵌件組件與TPE塑料融為一整體，包膠注塑成型完成。在注塑機(jī)驅(qū)動(dòng)力作用下，動(dòng)、定模打開，滑塊在③斜導(dǎo)柱等同類斜向結(jié)構(gòu)作用力驅(qū)動(dòng)下完成抽芯動(dòng)作，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)下頂板驅(qū)動(dòng)上推板及扁頂針，頂出包膠注塑組件成品，頂出完成后產(chǎn)品己完全脫離模具型芯，懸于無障礙空間，手動(dòng)斜向往上將制品包膠注塑組件取出，實(shí)現(xiàn)頂出抽芯動(dòng)作，完成頂出取件。

4 結(jié)束語

通過Moldflow模流分析，對TPE包膠注塑成型的澆口排布與澆口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其包膠模具的帶金屬嵌件組件具有側(cè)凹特征，通過側(cè)向滑塊抽芯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)注塑成型封膠與脫模。嵌件的定位是包膠注塑模具的關(guān)鍵之一，基于制品本身的卡扣特征及金屬嵌件特征，有效利用各方向的可利用面實(shí)現(xiàn)嵌件組件在注塑模具中的定位，確保嵌件在注塑成型過程中不會(huì)因注塑壓力的沖擊產(chǎn)生偏移。采用頭部帶有異形導(dǎo)槽的扁頂針結(jié)構(gòu)的頂出系統(tǒng)，既保證了制品的順利頂出，同時(shí)也解決了金屬嵌件的側(cè)凸特征倒扣脫模的問題。經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，該汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具所生產(chǎn)的產(chǎn)品外觀無缺陷，尺寸符合圖紙要求，滿足穩(wěn)定生產(chǎn)要求。

(a)

(b)

(c)