張維合，馮婧闷沥，趙利平萎战，胥永林，閆麗靜舆逃，費(fèi)強(qiáng)蚂维，陶永杰，陳卓航
(廣東科技學(xué)院路狮，廣東東莞523000)
摘要：針對汽車左前門板的尺寸大小虫啥、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝要求，設(shè)計(jì)了一副大型薄壁順序閥控制的熱流道注塑模具奄妨。模具喇叭網(wǎng)孔成型零件采用粉末冶金透氣鋼涂籽，有效消除了喇叭網(wǎng)孔中填充不良和熔接痕等成型缺陷。模具采用傾斜式導(dǎo)滑槽砸抛，有效解決了傾斜式內(nèi)側(cè)倒扣脫模難題评雌。模具采用由順序閥智能技術(shù)控制的熱流道澆注系統(tǒng)，有效解決了汽車左前門板尺寸大壁厚小熔體填充難題直焙。模具采用快速且均衡溫度控制系統(tǒng)景东，注射周期縮短了約8%,尺寸精度達(dá)到了MT3(GB/T14486—2008)。
關(guān)鍵詞：汽車左前門板箕般；大型注塑模具耐薯；順序閥熱流道；側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)
前言
汽車門板是汽車內(nèi)飾件的重要組成部分丝里，位于汽車車門的內(nèi)側(cè)曲初。為因應(yīng)輕量化、美觀化和安全性要求杯聚，汽車門板都采用塑料臼婆，由注塑模具注射成型。汽車門板批量大幌绍，尺寸大颁褂，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽車門板注塑模具是典型的大型傀广、薄壁颁独、精密、復(fù)雜且長壽命注塑模具伪冰，設(shè)計(jì)難度大誓酒，設(shè)計(jì)周期長。本文介紹了某款新能源汽車左前門板注塑模具的先進(jìn)結(jié)構(gòu)及其創(chuàng)新技術(shù)贮聂。
1 塑件結(jié)構(gòu)及成型工藝要求
圖1所示為某款新能源汽車左前門板零件圖靠柑，材料為PP/EPDM,收縮率取1.1%[1],其中EPDM乙烯寨辩、丙烯和少量的非共軛二烯烴的共聚物，是乙丙橡膠的一種歼冰，能夠提高門板的抗沖擊彈性[2]靡狞。塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和成型工藝要求如下：(1)塑件尺寸為：804.8mm×721.3mm×102.4mm,平均壁厚2.6mm,流長比約為200,為典型的大型薄壁塑件，成型困難隔嫡。(2)塑件外形復(fù)雜甸怕，塑件內(nèi)、外側(cè)面共有S1～S6共6個(gè)與脫模方向不一致的倒扣畔勤，脫模困難蕾各。(3)塑件外觀面(俗稱A面)蝕皮紋，脫模斜度均大于或等于5°(4)基于車門的位置庆揪，成型塑件外觀面不允許有飛邊、收縮凹陷妨托、熔接痕等缺陷缸榛，也不允許有黑斑和點(diǎn)澆口痕跡。
圖1 汽車左前門板零件圖
2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于汽車左前門板屬于大型平板類零件兰伤，為改善熔體填充内颗，模具采用熱流道澆注系統(tǒng)，但由于塑件表面不允許有澆口痕跡敦腔，塑料熔體最后由扇形澆口從側(cè)面進(jìn)入模具型腔均澳。塑件內(nèi)外側(cè)面共有6個(gè)倒扣，其中S6為內(nèi)側(cè)符衔，倒扣面積大找前，倒扣深度10mm,模具中采用“斜頂+斜推桿”的內(nèi)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)；S1判族、S2躺盛、S3、S4形帮、S5為外側(cè)倒扣槽惫，模具采用“滑塊十斜導(dǎo)柱”抽芯結(jié)構(gòu)。模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2辩撑。
1—定模固定板2—框板3—定模A板4—定模鑲件5—熱流道板6—二級熱射嘴
7一定位圈8—一級熱射嘴9—動模B板10—限位柱11—推件固定板12—推件底板
13—動模固定板14—方鐵15—推桿16—撐柱17—行程開關(guān)18—頂出油缸19—滑塊
20—擋塊21—鎖緊塊22—斜導(dǎo)柱23—動模鑲件24—導(dǎo)柱25—滾珠導(dǎo)套26—復(fù)位桿
27一彈力膠28—耐壓硬塊29—斜導(dǎo)柱30—滑塊31—鎖緊塊32—擋銷33—彈簧
34—耐磨塊35—流道拉桿36—塑件推桿37一斜頂38一斜推桿導(dǎo)套39—斜推桿
40—推件板導(dǎo)柱41—導(dǎo)套42—支撐柱43—斜推桿底座
圖2 汽車左前門板注塑模具結(jié)構(gòu)圖
本模具外形尺寸為：1400mm×13000mm×995mm,總質(zhì)量約10t,屬于超大型注塑模具[3]界斜。
2.1 模具成型零件設(shè)計(jì)
為提高模具剛度，減小模具的外形尺寸合冀，模具定各薇、動模成型零件與模板采用一體式結(jié)構(gòu)，即型腔直接開在定模A板和動模B板上水慨，定模A板選用P20模具鋼得糜，動模B板選用718模具鋼[4]敬扛。模具定模A板和動模B板采用四面圍邊的錐面定位結(jié)構(gòu)，詳見圖3模具立體圖朝抖。
本模具成型零件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是門板喇叭網(wǎng)孔成型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)啥箭。由于喇叭網(wǎng)孔數(shù)量多，模具設(shè)計(jì)圖中若全部畫出會嚴(yán)重影響電腦運(yùn)行速度治宣，因此門板喇叭網(wǎng)孔設(shè)計(jì)時(shí)急侥，不要在3D上面把每一個(gè)喇叭網(wǎng)孔都設(shè)計(jì)出來，只需要設(shè)計(jì)少部分的參考喇叭網(wǎng)孔侮邀，再在零件上面設(shè)計(jì)上不同顏色的喇叭網(wǎng)孔分布線坏怪，以2D線條來表示喇叭網(wǎng)孔的分布，見圖4绊茧。
本例以碰穿網(wǎng)孔的高度為基準(zhǔn)铝宵，長鋼料封膠，在局部切出幾個(gè)喇叭網(wǎng)孔作為網(wǎng)孔尺寸基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)华畏。如果碰穿網(wǎng)孔或者不碰穿網(wǎng)孔都不等高鹏秋，那么我們需對所有不同高度的網(wǎng)孔都進(jìn)行3D真實(shí)建模。這種設(shè)計(jì)方法只針對圓形網(wǎng)孔亡笑，其他形狀網(wǎng)孔需3D真實(shí)建模侣夷。碰穿與不碰穿的網(wǎng)孔在3D設(shè)計(jì)時(shí)要有區(qū)分，用顏色區(qū)分最好仑乌，見圖5百拓。由于碰穿孔對塑料熔體阻力大，喇叭網(wǎng)孔附近要設(shè)計(jì)澆口晰甚，以改善熔體填充衙传，提高保壓效果，消除熔接痕压汪，見圖6粪牲。汽車門板喇叭網(wǎng)孔定模型腔脫模斜度應(yīng)盡量大，定止剖、動模對碰處要設(shè)計(jì)0.1～0.15mm臺階(見圖7),動模對應(yīng)位置應(yīng)設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋骨防止黏定模腺阳。
為避免困氣，喇叭網(wǎng)孔鑲件采用粉末冶金透氣鋼穿香。透氣鋼雖然貴亭引，但排氣效果好。如果采用P20模具鋼皮获，需要在網(wǎng)孔鑲件上設(shè)計(jì)排氣針或者鑲針焙蚓，網(wǎng)孔鑲件底部還要設(shè)計(jì)排氣槽，但這種排氣槽很容易被膠粉和油污堵塞，導(dǎo)致排氣不暢而影響熔體填充购公，由此造成的損失會生產(chǎn)成本更高[5]萌京。
2.2 模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)攸關(guān)大型、精密和長壽命注塑模具設(shè)計(jì)的成敗宏浩。汽車左前門板注塑模具設(shè)計(jì)了4支圓導(dǎo)柱和4支方導(dǎo)柱知残，其中圓導(dǎo)柱布置在模具的4個(gè)角上，尺寸為φ80mm×300mm比庄。方導(dǎo)柱布置在模具4個(gè)邊的中間位置求妹，尺寸為50mm×150mm×300mm。方導(dǎo)柱既起導(dǎo)向作用又起定位作用佳窑，詳見圖2和圖3制恍。4支圓導(dǎo)柱和四支方導(dǎo)柱都裝配在定模A板上，這種結(jié)構(gòu)既方便成型塑件取出神凑，又方便模具制造净神，在配模時(shí)4支導(dǎo)柱還可作為支撐腳用[6]。
在五組“滑塊+斜導(dǎo)柱”的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)中耙厚，每個(gè)滑塊都由鎖緊塊推回復(fù)位强挫，為減小鎖緊面之間的磨損，導(dǎo)柱24必須在各鎖緊面接觸之前20mm就插入滾珠導(dǎo)套25內(nèi)薛躬。
2.3 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對左前門板為大型、復(fù)雜呆细、薄壁平板類塑件型宝，且喇叭網(wǎng)通孔多的特點(diǎn)，模具采用“3點(diǎn)熱射嘴+熱流道板”的澆注系統(tǒng)絮爷。3點(diǎn)進(jìn)料勢必產(chǎn)生多條熔接痕趴酣，熔接痕不但影響美觀，也會減小門板的強(qiáng)度坑夯。為了消除熔接痕或把熔接痕趕到非外觀面岖寞，3個(gè)熱射嘴的射膠時(shí)間和順序采用順序閥控制，順序閥由油缸的驅(qū)動柜蜈，其開閉順序和時(shí)間由模具智能化系統(tǒng)控制仗谆，以得到最優(yōu)的成型質(zhì)量。由于門板表面不能有澆口痕跡淑履，故只能采用“熱流道+冷流道”組合式澆注系統(tǒng)隶垮，熔體經(jīng)熱流道、冷流道秘噪，最后由3個(gè)扇形澆口從側(cè)面進(jìn)入型腔[1-2狸吞，7]。澆口位置見圖8,圖中G1、G2和G3為熱射嘴位置蹋偏。熱射嘴至塑件邊緣的流道長度不宜超過50mm,過長的冷流道會導(dǎo)致熱量及壓力損失過大便斥。
2.4 模具側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是本模具最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之一。成型塑件存在6個(gè)與開模方向不一致的倒扣威始，其中倒扣S1～S5在塑件外側(cè)枢纠，模具采用了“滑塊+斜導(dǎo)柱+彈簧擋銷”的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，S6為內(nèi)側(cè)倒扣字逗，倒扣深度10mm,面積較大京郑，模具采用了“斜頂+斜推桿”的內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)[8]。模具側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)詳見圖2(b)葫掉、(c)些举、(e)。S6倒扣抽芯距離較大俭厚，為避免成型塑件在側(cè)向抽芯時(shí)黏斜頂户魏，導(dǎo)致塑件變形甚至斷裂，側(cè)向加強(qiáng)筋的脫模斜度不得小于2°挪挤。另外叼丑，由于S6倒扣方向不是和脫模方向垂直，屬于傾斜式內(nèi)側(cè)抽芯扛门，故斜推桿的底座中滑動導(dǎo)軌的方向必須與內(nèi)側(cè)抽芯的傾斜角度一致鸠信，即采用傾斜式導(dǎo)滑槽，否則论寨，內(nèi)側(cè)抽芯時(shí)加強(qiáng)筋會斷裂星立，見圖9。
由于成型塑件對斜頂包緊力較大葬凳，在汽車左前門板模具斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)中绰垂，要防止側(cè)向抽芯時(shí)塑件對斜頂?shù)恼尺B，避免斜頂將塑件拉裂火焰。
2.5 模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
成型塑件的冷卻時(shí)間占成型周期的80%左右劲装，成型塑件的填充不良和翹曲變形通常都是模具型腔各處的溫度不合理造成的。對于汽車左前門板這種汽車最重要的大型內(nèi)飾件昌简，溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是使模具能夠均衡冷卻和快速冷卻占业，為此冷卻水道之間的距離必須合理，冷卻水道距離型腔面應(yīng)大致相等江场。
根據(jù)以上原則纺酸，汽車左前門板模具溫度控制系統(tǒng)動模采用8組冷卻水路，定模采用10組冷卻水路址否，每條冷卻水路都由直通式水管和隔片式冷卻水井組成餐蔬，詳見圖10,圖中不同的顏色表示不同的冷卻水路碎紊。模具冷卻水路沿型腔等距離布置，縱橫交錯(cuò)樊诺，呈網(wǎng)格狀仗考。冷卻水流動方向與料流方向大致相同，進(jìn)出水路長度大致相等词爬，水道之間的間距保證在50~60mm之間秃嗜，冷卻水道距型腔面在20～25mm之間，冷卻水道與推桿顿膨、推塊等推件孔保持了至少8mm的距離[9]锅锨。本模具定動模設(shè)計(jì)了網(wǎng)孔鑲件，動恋沃、定模網(wǎng)孔鑲件和斜頂都單獨(dú)設(shè)計(jì)一組冷卻水冷卻必搞。快速且均衡的冷卻系統(tǒng)大大提高了成型質(zhì)量和模具的勞動生產(chǎn)率囊咏。成型塑件尺寸精度提高了一級恕洲，達(dá)到了MT3(GB/T14486—2008),注射周期縮短了約8%。
2.6 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車左前門板模具脫模系統(tǒng)包括了推桿梅割、推管霜第、推塊等所有的常規(guī)推出零件，各推件的位置詳見圖11,圖中粉紅色為推管(即司筒),綠色區(qū)域?yàn)橥茐K户辞，紅色的為圓頂針位置泌类。這些推出零件固定在推件固定板11上，推件固定板11由4個(gè)頂出油缸18驅(qū)動底燎，其作用是將脫模零件推出并拉回復(fù)位末誓，復(fù)位的準(zhǔn)確度由行程開關(guān)17控制。因?yàn)槭翘卮笮湍＞呤轵剑萍潭ò屙氃O(shè)計(jì)了6支導(dǎo)柱和導(dǎo)套，推件底板下方設(shè)計(jì)了6個(gè)限位釘迅栅。定模A板與復(fù)位桿接觸的區(qū)域都設(shè)計(jì)了一塊比復(fù)位桿大10mm的回復(fù)硬塊殊校，回復(fù)硬塊選用油鋼DF2(冷作工具鋼),并經(jīng)淬火熱處理。模具設(shè)計(jì)了平衡布置的6支限位柱读存，頂出距離控制在110mm为流。推桿排布在包緊力大的位置，最大直徑φ20mm让簿。
由于斜頂37須依靠定模A板3推回復(fù)位敬察，為了防止二者反復(fù)撞擊使定模A板3產(chǎn)生凹陷，從而影響斜頂37復(fù)位精度尔当，模具設(shè)計(jì)了復(fù)位桿先復(fù)位機(jī)構(gòu)莲祸，即在復(fù)位桿的大端下方設(shè)計(jì)一塊彈力膠27,見圖2(f)蹂安。開模后，彈力膠27將復(fù)位桿26向前推出4mm,合模時(shí)锐帜，定模A板3提前4mm接觸到復(fù)位桿26,從而提前將斜頂37推回復(fù)位田盈，大大減小了斜頂37和定模A板3的撞擊力度。
3 模具排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車左前門板體積大缴阎，模具在注射成型過程中型腔內(nèi)有大量氣體需要及時(shí)排出允瞧，若排氣不良，會嚴(yán)重影響成型塑件的質(zhì)量蛮拔，出現(xiàn)填充不良述暂、困氣甚至?xí)顾芗瘸尚腿毕荨Ａ硗饨牛尚退芗托颓唤佑|面積大畦韭，開模時(shí)外部氣體必須及時(shí)進(jìn)入型腔，否則就會形成真空踱卵，造成黏定模型腔或脫模困難廊驼。汽車左前門板注塑模具屬于平板類零件，模具主要通過分型面排氣惋砂，分型面上的排氣槽沿型腔布置妒挎，由一級排氣槽、二級排氣槽和三級排氣槽組成西饵，排氣槽開設(shè)在定模側(cè)的分型面上酝掩，詳見圖12。一級排氣槽深度0.04mm,二級排氣槽深度0.5mm,三級排氣槽深度1mm,排氣槽寬度均為10mm眷柔。分型面上的排氣槽加工方便期虾，易清理，排氣效果好驯嘱。
4 模具工作過程
(1)注射充模：熔體依次經(jīng)過一級熱射嘴8镶苞、熱流道板5、二級熱射嘴6進(jìn)入分型面之間的冷流道鞠评，最后由扇形澆口進(jìn)入模具型腔茂蚓。它分3個(gè)階段：流動充模、保壓補(bǔ)料剃幌、防止倒流聋涨。(2)冷卻定型：在溫度控制系統(tǒng)作用下，熔體冷卻和固化负乡。(3)開模及外側(cè)抽芯：成型塑件固化至足夠剛性后牍白，注塑機(jī)驅(qū)動動模開模。在開模過程中抖棘，5支斜導(dǎo)柱撥動5個(gè)滑塊對成型塑件進(jìn)行外側(cè)抽芯茂腥。開模距離500mm,由注塑機(jī)控制狸涌。(4)脫模及內(nèi)側(cè)抽芯：注塑機(jī)頂出油缸18推動推件固定板11,一邊推動推桿、推管和推塊將成型塑件推離動模础芍，一邊推動斜推桿39及斜頂37進(jìn)行內(nèi)側(cè)抽芯杈抢。(5)合模復(fù)位：塑件由機(jī)械手取出后，頂出油缸18拉動推件固定板11復(fù)位仑性，推出零件及斜推桿最后在復(fù)位桿26作用下準(zhǔn)確復(fù)位惶楼，行程開關(guān)17打開，注塑機(jī)推動動模合模诊杆，模具開始下一次注射成型歼捐。
5 結(jié)論
(1)汽車左前門板喇叭網(wǎng)孔成型零件采用粉末冶金透氣鋼，提高了排氣效果晨汹，改善了熔體流動豹储，成功消除了喇叭網(wǎng)孔填充不良和熔接痕等成型缺陷。模具采用傾斜式導(dǎo)滑槽淘这，有效解決了傾斜式內(nèi)側(cè)倒扣脫模難題剥扣。
(2)模具3個(gè)針閥式熱射嘴采用順序閥熱流道智能控制技術(shù)(簡稱SVG),精確控制噴嘴的流量和壓力，成功解決了大型薄壁塑件熔體填充難題铝穷，大大提高了成型質(zhì)量钠怯。
(3)動、定模共18組水路呈網(wǎng)格狀曙聂，縱橫交錯(cuò)晦炊，有效達(dá)到了模具型腔各處的溫度平衡，這種溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用效果明顯宁脊，注射周期縮短了約8%,尺寸精度達(dá)到了MT3(GB/T14486-2008)設(shè)計(jì)要求断国。
模具設(shè)計(jì)思路正確，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理榆苞，對大型稳衬、薄壁、精密坐漏、長壽命注塑模具設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的參考價(jià)值宋彼。模具順利投產(chǎn)，運(yùn)行安全仙畦，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
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