汽车前照灯后壳大型注塑模具设计

刘安林 黄瑶 周甫芝 杨雪

(1.江苏大学材料科学与工程学院,江苏 镇江,212013;2.江苏立德精密模具有限公司,江苏 镇江,212132)

车灯是汽车外饰件的重要组成部分之一,它给汽车的安全行驶提供了重要保障。车灯通常由光源、反射镜、配光镜、支架和后壳等部分组成。汽车前照灯后壳是车灯结构中是最复杂的零件,它起着固定、支撑灯体的作用[1]。下面详细介绍某汽车前照灯后壳注塑模具设计的要领,其中侧向抽芯机构和脱模机构为设计的难点。

1 塑件结构和成型工艺性分析

汽车前照灯后壳左右对称,采用一模两腔的注射成型工艺。其最大尺寸为544.60 mm×450.68 mm×284.76 mm。塑件材料为聚丙烯+质量分数30%玻璃纤维(PP+30%GF),收缩率为0.70%。塑件平均厚度2 mm,为了提高塑件的强度和刚度，设计了很多加强筋。塑件结构复杂,有多处倒扣,需要设计较多的侧向抽芯机构,而侧向抽芯机构之间又会相互干涉,且成型面积较大,这加大了模具设计的难度。

2 模具结构分析

2.1 模具结构

图1是某汽车前照灯后壳零件示意,设计时,沿塑件截面尺寸最大位置处分型。若塑件凹侧[图1(b)]由动模成型,斜导柱将位于动模侧,滑块位于定模侧,会给水路和顶出机构的排布带来不便。经认真分析,塑件凹侧由定模成型。但是由于熔体冷却收缩对定模的包紧力较大,给塑件脱模造成了困难。若采用倒装结构,就会使模具结构更加复杂。因此采用双脱模机构和延时抽芯机构,迫使塑件留在动模侧。考虑到模具动作安全可靠,结构简单等因素,采用两板模结构。模具的具体结构如图2所示。模具外形尺寸:1 550.00 mm×895.00 mm×1 050.00 mm,模具大约重9 t,属于大型精密注塑模具。

图1 前照灯后壳零件(单位：mm)

图2 前照灯后壳注塑模具结构(单位：mm)1—定模固定板;2—定模板;3—热流道;4—热射嘴;5—定位环;6—滑块;7—挡块;8—导柱;9—导套;10—动模板;11—垫块;12—动模做板;13—推杆;14—推管;15—支承柱;16—垃圾钉;17—推件底板;18—推件固定板;19—挡块;20—边锁;21—吊环螺丝孔;22—硬块;23—复位杆;24—弹簧;25—导柱;26—导套;27,29,34,35—定模镶块;28,30,36,37—动模镶块;31—镶块固定螺丝;32—弹簧;33—耐磨板;38—固定螺丝;39—斜导柱固定座;40—斜导柱;41,45—耐磨板;42—滑块1;43—T形槽;44—滑块2;46—定位珠;47—弹簧;48,54—耐磨板;49—斜顶;50—斜顶导向块; 51—定位销;52—斜顶T形块;53—斜顶座;55—定位株;56—弹簧;57—斜导柱;58—滑块限位块;59—滑块;60—限位块;61—斜导柱固定座;62—固定螺丝

2.2 成型零部件的设计

动、定模均采用整体式结构。在定模上塑件支柱部位采用镶针成型,这样不仅便于更换镶件,模具排气也更加顺畅[1]。塑件上孔1,孔2,孔3和孔4[见图1(c)]处均采用镶件成型,两镶件间有对碰面,为了保证模具动作可靠,把镶件结合面加工成锥面[见图2(d)],以达到精确定位的目的。本模具的成型零部件还包括6个滑块(S1～S6)及一个斜顶。成型零部件均采用钢8407,并淬火使硬度达到52～56 HRC。

2.3 侧向分型抽芯机构的设计

汽车前照灯后壳结构复杂,抽芯机构间相互干涉,这是模具设计的难点。

倒扣S4侧面积较大,设计时需要注意抽芯时可能会拉破产品面,将S4侧面积较大部位拆成3部分(S4,S5和S6),均利用“滑块-斜导柱” 抽芯结构,并在每一个滑块中都设计了2个推杆,防止抽芯时塑件变形。

倒扣S2处抽芯方向不一致,一是沿非操作侧抽芯的卡扣[图1(e)中B方向],另一个是与非操作侧方向成50°的通孔[图1(e)中A方向],此处设计了复合抽芯机构[2],如图2(e)。斜导柱40固定在斜导柱固定座39上与定模2连接。滑块42通过导滑槽固定在动模10上,并在滑块上开设T形槽,使其与滑块44连接。开模时,滑块42在斜导柱40的作用下运动,通过T形槽,驱动滑块44,开始抽芯。抽芯完成后,定位珠46在弹簧47的作用下弹出,固定滑块,防止滑块在导滑槽中晃动。

在倒扣S1处设计了塑件外侧侧向抽芯,内侧斜顶顶出的成型机构如图2(f)。斜导柱57驱动滑块59运动,斜顶49随着推件固定板运动。此设计中,斜顶位于滑块下方,合模时滑块可能先于斜顶复位而发生碰撞,需要设置先复位机构[3]。滑块59的头部采用铍铜镶件,可通过冷却水迅速将热量散失。利用其对温度应力的不敏感性,可提高模具使用寿命[4]。

汽车前照灯后壳模具共涉及到6个抽芯机构,均设计为定模斜导柱,动模滑块的抽芯方式,并都利用延时抽芯以保证开模时塑件留在动模侧。其中斜导柱固定座的结构均采用图2(e)中39所示结构,既可以固定斜导柱,又可以锁紧滑块。

2.4 浇注系统的设计

GF的加入会使塑料熔体的流动性变差,模具采用开放式热流道进胶。经过Moldflow软件分析,进胶位置如图3所示,靠近中心,保证填充平衡。热射嘴附近热量集中,需要设计单独的冷却系统,防止浇口背面出现缩痕。

图3 浇口位置

2.5 温度控制系统的设计

为了得到成型质量较好的塑件,需要对温度调节系统严格控制。低的模具温度能降低收缩率,提高尺寸精度。但温度过低会影响塑料熔体流动,造成流动阻力增大,不易充满型腔。塑件加入GF,需要较高的模温。若模温过高会造成周期过长,产品发脆等缺陷。

模具的冷却系统采用“垂直式水管+倾斜式水管+直孔隔板式水井”,如图4所示。垂直式水管和倾斜式水管分布于模具型腔附近,起到优良的冷却效果[5]。同时,在滑块上设计了“垂直式水管+倾斜式水管”,滑块上的冷却回路各自独立。水路直径为8.50 mm。设计冷却水路时回路不宜太长,进、出水口温差不宜太大。

图4 前照灯后壳注塑模具结构

2.6 导向定位机构的设计

汽车前照灯后壳模具属于大型注塑模具,开、合模时需要有严格精确的定位装置。本模具在4个角设置了4根尺寸为φ60.00 mm×465.00 mm的圆导柱,并采用等径不对称分布,防止合模时发生错位而损坏型腔。推件板上设计了尺寸为φ30.00 mm×260.00 mm的6根导柱。此外,还设计了6个分型面管位和4个边锁,如图5所示。因为模具有多处侧向抽芯机构,合模时需要保证斜导柱插入滑块前就插入导柱,达到定位与导向的作用,防止损坏模具。

图5 导向定位系统

2.7 脱模机构的设计

脱模时,塑件可能会留在定模侧。因此在设计时,除了保证产品有较大的脱模斜度外,也利用了滑块延时脱模,还设计了简易双脱模机构[图2(d)],使塑件留在动模侧。开模时,定模镶件27,29,34和35在弹簧的作用下分别与动模镶件28,30,36和37分离,定模镶件顶在塑件上,使塑件随动模运动。这样不用在定模侧设推板,避免热射嘴被摩擦。本模具采用顶杆和顶块顶出塑件,保证塑件受力均匀,变形小;顶杆和顶块均采用T8钢,经淬火使硬度达到53～55 HRC。为了保证推出零件安全复位,在复位杆23上设置了硬块22[图2(c)]。

3 模具工作过程

填充阶段：塑料原料在注塑机料筒中加热成塑料熔体,经注塑机喷嘴,热流道3,热射嘴4进入模具型腔。

保压和冷却阶段:熔体充满型腔后,注塑机螺杆继续保持施加压力,以补充因收缩留下的间隙。通过温度调节系统,使熔体冷却固化。

开模阶段：由注塑机施加作用力,使模具开模,同时定模镶件27,29,34和35在弹簧的作用下弹出,由于滑块延时抽芯,会拖动塑件向动模侧移动。当开模到一定程度,滑块开始抽芯,脱出塑件。最后塑件留在动模侧。

脱模、复位、合模阶段:首先,注塑机顶棍顶出推件底板17和推件固定板18,由顶管、顶块推出塑件。然后,推件及其固定板复位。最后,注塑机推动动模合模,进行下一阶段注塑。

4 结语

针对结构复杂,精度要求较高的汽车前照灯后壳设计了一副可靠的注塑模具,尽可能的使模具结构简单,便于加工生产,缩短生产周期,提高生产效率,同时保证生产的自动化。1)在加强筋较深的位置使用镶件成型,增加模具排气。2)采用了简化的双脱模机构,利用侧型芯的延时抽芯作用,使塑件顺利脱模。3)经Moldflow软件多次模拟分析,找到最佳浇口位置,采用热流道浇注系统,保证成型塑件的质量。4)设计了复合式侧向抽芯成型机构,解决了抽芯方向干涉问题。5)冷却系统采用“垂直式水管+倾斜式水管+直孔隔板式水井”保证塑件冷却均匀。经过以上设计,模具工作稳定可靠,产品质量符合要求。

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