張維合，馮國樹，朱曉敏，吳梓純，葉明山，杜 海，宋東陽，王 靖

（1.廣東科技學(xué)院，廣東 東莞 523000；2.廣東華睿智連電子科技有限公司，廣東 東莞 523777）

0 前言

汽車門板是汽車的重要內(nèi)飾件，也是車門的重要組成部分，見圖1。它集美觀性、安全性、舒適性與裝飾性為一體，還要滿足人機(jī)工程、功能性和方便性等要求。在側(cè)碰時提供適當(dāng)?shù)木彌_保護(hù)，對車外噪音提供屏蔽功能，其復(fù)雜程度僅次于正副儀表板。汽車門板模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型難度大。我院承接?xùn)|風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司某款汽車右后門板注塑模具設(shè)計并取得圓滿成功。本文設(shè)計了一副大型薄壁順序閥控制的熱流道注塑模具。

圖1 汽車右后門護(hù)板總成效果圖Fig.1 Right rear door of car

1 塑件外觀要求與結(jié)構(gòu)工藝分析

圖2為該款汽車右后門板塑件圖，材料為聚丙烯樹脂/三元乙丙橡膠/滑石粉（PP/EPDM/TD20），收縮率為1.2%。這種共混改性材料克服了普通PP性能上的不足，具有較好的流動性、較低的熱扭曲溫度（100℃）、較高的光澤度、剛性以及沖擊強(qiáng)度，綜合性能大幅提高，而且表面抗劃痕性能非常好，耐臭氧、耐熱、耐候等耐老化性能優(yōu)異，大大提高了門板的彈性[1]。

圖2 汽車右后門板零件圖Fig.2 Car right?tuer hinten

該款門板的結(jié)構(gòu)特點為：（1）最大外形尺寸為：968 mm×735 mm×129 mm，平均壁厚為2.5 mm，最大壁厚為3 mm。熔體最大流長比：600÷3=200，大于150，屬于大型薄壁塑件。（2）表面需要做皮紋處理，A面（即外觀面）脫模角至少取5（°）。外觀和尺寸精度要求高，不允許有收縮凹痕、熔接痕和氣紋等外觀缺陷。（3）塑件外側(cè)面有2處側(cè)孔，內(nèi)側(cè)有13個卡扣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脫模困難。（4）為提高門板剛性，設(shè)計了很多加強(qiáng)筋，增加了模具的制造難度和熔體的填充阻力。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計及模流分析

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計

為保證門板外觀質(zhì)量，模具采用“熱流道+普通流道+側(cè)進(jìn)膠”的進(jìn)膠方式[2]。鑒于以前門板注塑模具采用同步進(jìn)膠的普通熱流道會產(chǎn)生熔接痕、填充不足以及變形等成型缺陷，本次右后門板注塑模具澆注系統(tǒng)采用4點順序閥熱流道進(jìn)膠（即采用SVG技術(shù)），進(jìn)膠順序為G1→G2→G3→G4，通過調(diào)整各點膠時間來保證門板的成型質(zhì)量，見圖3。

圖3 汽車右后門板熱流道系統(tǒng)Fig.3 Sequential valve hot runner system

2.2 模流分析

為檢驗該澆注系統(tǒng)的合理性，進(jìn)行模流分析。

（1）填充時熔接痕分析

圖4為汽車右后門板填充時的熔接痕分布圖，可以看出，塑件外觀面無明顯熔接痕，孔引起熔接痕較短但不可避免，熔接痕產(chǎn)生在塑件非外觀面上，符合門板外觀要求。

圖4 汽車門板填充時熔接痕分布圖Fig.4 Analysis of weld marks

（2）收縮凹痕分析

圖5為汽車右后門板收縮凹痕分布圖，可以看出：塑件外觀沒有明顯收縮凹痕，塑件加強(qiáng)筋與司筒柱背面有輕微凹痕。

圖5 汽車門板零件收縮凹痕分布圖Fig.5 Analysis of shrinkage

（3）總體變形分析

圖6為汽車右后門板總體變形分布圖，可以看出：塑件總體最大變形量較小，沒有明顯的翹曲變形現(xiàn)象。

圖6 汽車右后門板零件總體變形分布圖Fig.6 Analysis of deformation

模流分析結(jié)論：塑件外觀填充較順暢，非外觀處較明顯滯留，沒有填充不良。無明顯困氣，外觀無熔接痕。體積收縮均勻，無嚴(yán)重縮痕。塑件總體變形小，符合設(shè)計要求。

3 模具結(jié)構(gòu)分析

1模1腔，采用順序閥控制的熱流道4點進(jìn)膠澆注系統(tǒng)。塑件外側(cè)倒扣S1，S2在定模側(cè)，均采用“油缸+鏟基+滑塊”的間接隧道抽芯結(jié)構(gòu)。塑件內(nèi)側(cè)共有13個倒扣，由于在塑件內(nèi)側(cè)，皆采用“斜頂+斜頂桿”的側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)。模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖7。本模具最大外形尺寸為：1 700 mm×1 200 mm×902 mm，總質(zhì)量約18 t，屬于大型注塑模具[3]。

圖7 汽車右后門板注塑模具結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Injection mold stracture of car right?tuer hinten

3.1 成型零件及排氣系統(tǒng)設(shè)計

模具定、動模均采用整體式，定模A板采用718H預(yù)硬模具鋼，調(diào)質(zhì)至32～36 HRC。動模B板采用P20，調(diào)質(zhì)至30～34 HRC。為了保證塑件的表面質(zhì)量要求，型腔和型芯粗糙度為Ra=0.8 μm。塑件加強(qiáng)筋多，深度大于8 mm需要設(shè)計鑲件，鑲件都能從分型面?zhèn)炔鹧b[4]。

模具定、動模插穿角度取5°，由于插穿處需要精確定位，在配模時，定動模需要緊配，為了方便模具制造與維修，在動模側(cè)設(shè)計了11塊5°耐磨塊。

用UG設(shè)計分型面時盡量使用延伸、掃掠和網(wǎng)格等方法，少用或者不用拉伸的方法，以保證分型面光滑平順無尖角。這樣的分型面方便加工，分型面也不容易出飛邊。

汽車右后門板注塑模具屬于淺型腔大型薄壁注塑模具，排氣槽主要開設(shè)在分型面上，由一級排氣槽、二級排氣槽和三級排氣槽組成，見圖8。分型面上的排氣槽不但排氣效果好，而且加工方便，不容易堵塞?？拷偧虮诤褡畋√幰查_設(shè)了排氣槽，因為這些地方最容易形成熔接痕。分型面上排氣槽都與外部貫通，防止形成內(nèi)循環(huán)。排氣槽都沒有與定位止口、流道和澆口等干涉。排氣槽與排氣槽之間的距離都控制在60～80 mm之間[5]。

圖8 汽車右后門板排氣系統(tǒng)Fig.8 Exhaust system of the injection mould

3.2 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計

塑件外側(cè)面共有2個倒扣S1和S2，都在定模側(cè)，模具采用“油缸+T形塊+滑塊”的油缸間接大角度隧道抽芯結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，是本模具的核心結(jié)構(gòu)，詳見圖7和圖9。該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動零件是油缸39和40，裝配在定模A板3上，它們分別驅(qū)動T形塊24和37，通過傾斜10°的T形槽帶動滑塊進(jìn)行側(cè)向抽芯。鎖緊零件是油缸和T形塊，詳見圖10。為減小磨損，前端導(dǎo)向段設(shè)計了單邊1°～3°的斜度，為了保證抽芯滑塊的定位可靠，前端需要設(shè)計臺階定位[6]。滑塊導(dǎo)向塊需要在A板上做冬菇頭定位，保證滑塊運動平穩(wěn)、安全、可靠。

圖9 汽車右后門板注塑模側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)（立體圖）Fig.9 Core?pulling mechanism of the injection mold

圖10 外側(cè)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)S1和S2Fig.10 Core?pulling mechanism of out side

內(nèi)側(cè)倒扣L13的側(cè)向孔多，極容易粘斜頂，側(cè)向孔脫模斜度均大于5（°）。與塑件外側(cè)倒扣S1和S2相對應(yīng)的內(nèi)側(cè)也是倒扣，模具采用斜頂機(jī)構(gòu)，分別為L1，L2，詳見圖9（b）。設(shè)計這種內(nèi)外側(cè)抽芯時，為保證抽芯準(zhǔn)確，滑塊與斜頂需要設(shè)計定位結(jié)構(gòu)，在此處，模具在滑塊上設(shè)計了四面錐面定位。模具滑塊的四面都設(shè)計了耐磨塊，作用是減少滑塊磨損，同時減少了鉗工工作量，方便加工[7]。由于斜頂數(shù)量多，斜頂座需要錯開安裝，而且必須采用正裝與反裝兩種形式，以避免斜頂座之間的干涉。

3.3 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

汽車門板投影面積較大，為提高生產(chǎn)效率，保證模具溫度均勻，防止塑件脫模后變形，模具定模設(shè)計了12組水路，動模設(shè)計了10組水路，定、動模水路交叉布置，形成了縱橫交錯的“隨形水路”。定、動模隨形水路均由“直通式水管（俗稱線形運水）+隔片式冷卻水井”的組合式溫度控制系統(tǒng)，模具每個熱嘴附近都單獨設(shè)計了一組冷卻水路[8]，見圖7和圖11。為避免冷卻水道與相關(guān)模具元件發(fā)生干涉，同時又不影響塑件冷卻效果，模具定、動模均設(shè)計了一進(jìn)一出的內(nèi)循環(huán)式冷卻水道。內(nèi)循環(huán)式冷卻水道通過中途塞來改變水流方向，從而避免了因外部接駁而導(dǎo)致的漏水和運輸不便。

由于模具水路設(shè)計合理，冷卻充分，加之采用了先進(jìn)的SVG熱流道澆注系統(tǒng)，注塑周期控制在50 s以下，下降了10%，塑件的尺寸精度達(dá)到了MT3（GB/T 14486），提高了1級，門板最大變形量由0.6 mm降為0.3 mm。

圖11 汽車右后門板注塑模的溫度控制系統(tǒng)Fig.11 Cooling system of the injection mold

3.4 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計

大型薄壁注塑模具對導(dǎo)向定位系統(tǒng)的設(shè)計要求非常高。門板注塑模具4個角上各設(shè)計了1支?70 mm×285 mm的圓導(dǎo)柱，以及4個5°錐面止口定位機(jī)構(gòu)。模具所有分型面配合斜度為5（°）。塑件外觀面需做皮紋，模具設(shè)計了4個邊鎖和1 °精定位[9]，詳見圖12。

圖12 汽車右后門板模具立體圖Fig.12 Stereogram of the mould

導(dǎo)柱的長度必須高出定動模型芯最高點30 mm，否則在模具的制造和生產(chǎn)中可能會撞模，損壞模具。導(dǎo)柱安裝在定模側(cè)，這樣不但有利于機(jī)械手取件，避免塑件粘上導(dǎo)柱上的油污，而且導(dǎo)柱還起到支撐整個定模的作用，方便模具制造。

3.5 脫模系統(tǒng)設(shè)計

模具采用“推桿+斜頂+直頂+推管+油缸頂出”組合脫模機(jī)構(gòu)，汽車右后門板面積大，且為PP料，為保證塑件頂出安全可靠及美觀，模具除了斜頂外，還設(shè)計了10個直頂，均勻分布在塑件上，詳見圖13。模具所有直頂桿底部都設(shè)計了調(diào)節(jié)塊，用以調(diào)節(jié)直頂桿長度，目的是避免在制作直頂桿時因加工誤差造成的直頂桿燒焊或作廢。開模后依靠推桿和斜頂推出塑件，推件固定板由注塑機(jī)通過油缸推動，在6支復(fù)位桿的作用下復(fù)位。2個脫模油缸規(guī)格為?80 mm×170 mm，油路并聯(lián)布置，可以保證模具的頂出平衡。圖14和圖15分別是模具和成型件的實物。

圖13 汽車右后門板注塑模具脫模系統(tǒng)Fig.13 Stereogram of ejection system

圖14 汽車右后門板注塑模具Fig.14 Injection mold of car right?tuer hinten

圖15 汽車右后門板成型塑件Fig.15 Car right?tuer hinten

4 模具工作過程

（1）PP/EPDM/TD20熔體通過一級熱射嘴進(jìn)入熱流道板，在順序閥控制下按G1→G2→G3→G4順序進(jìn)入模具型腔。（2）熔體在型腔中冷卻固化至足夠剛性后，油缸39和40分別拉動T形塊24和37，進(jìn)行定模外側(cè)抽芯。（3）注塑機(jī)拉動動模固定板17，模具從分型面I處打開。（4）注塑機(jī)頂棍通過模具底板中心的K.O孔推動推件底板16，進(jìn)而推動推桿和斜頂，一邊進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯，一邊將抽芯塑件推離動模鑲件。（5）油缸39和40分別推動T形塊24和37復(fù)位。（6）注塑機(jī)推動動模合模，斜頂復(fù)位。（7）模具開始再一次注射成型。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)汽車右后門板的結(jié)構(gòu)特征和塑料的成型工藝性能，成功設(shè)計了一副大型薄壁注塑模具；通過采用4點順序閥熱流道澆注系統(tǒng)和“直通式水管+隔片式冷卻水井”組合式溫度控制系統(tǒng)，注塑周期下降了10%，塑件的尺寸精度提高了1級，達(dá)到了MT3（GB/T 14486），門板最大變形量由0.6 mm降為0.3 mm；

（2）模具采用“推桿+推管+斜頂+直頂+油缸頂出”的脫模機(jī)構(gòu)，采用“斜頂+斜頂桿”與“油缸+T形塊+滑塊”的側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)；成功解決了塑件內(nèi)外倒扣多、脫模困難的難題；

（3）模具設(shè)計前期采用模流分析，對熔體填充、溫度、壓力、收縮凹痕、熔接痕和變形等進(jìn)行了預(yù)測，為模具設(shè)計的成功奠定了基礎(chǔ)；模具結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，投產(chǎn)后運行安全平穩(wěn)，脫模順利，塑件尺寸精度和外觀質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計要求。