汽车转向柱护罩热流道复杂抽芯注塑模设计

何镜奎 陈洪土

(1.广东理工职业学院,广东 广州,510091;2.广东创新科技职业学院,广东 东莞, 523960)

汽车转向柱上、下护罩位于汽车方向盘上,结构复杂,其注塑模具设计必须注意分型面、侧向抽芯机构、浇注系统和脱模系统设计的合理性和先进性。下面介绍的模具采用热流道、斜顶和滑块先后抽芯以及氮气弹簧推出、复位的先进结构,其成功经验可供同行借鉴。

1 塑件外观要求与结构分析

图1和图2分别为汽车转向柱上、下护罩零件,材料为聚丙烯与三元乙丙橡胶(PP+EPDM),其结构特点如下:1)尺寸较大,分别为217.10 mm×220.70 mm×139.00 mm和216.70 mm×173.70 mm×108.90 mm,平均壁厚为2.00 mm；2)结构复杂,外表面分别有3处大面积倒扣,内侧面分别有2处大面积倒扣；3)外观面要求高。

2 模具结构分析与设计

2.1 模具结构

转向柱上、下护罩由一套模具注射成型,模具采用热流道转普通流道浇注系统,侧向抽芯机构采用“斜导柱+滑块” 和“斜顶+斜推杆”不同步抽芯的机构,模具最大外形尺寸:800 mm×700 mm×708 mm,总质量约4 t,属于大型注塑模具[1]。模具结构见图3和图4。

图1 汽车转向柱上护罩零件(单位:mm)

图2 汽车转向柱下护罩零件(单位:mm)

图3 汽车转向柱护罩模具结构(单位:mm) 1—定模固定板；2—定模A板；3—L1斜顶；4—定模镶件；5— L2斜顶；6—耐磨块；7—S2滑块；8—斜导柱固定块；9— S2斜导柱；10—挡板；11— L2斜推杆；12—斜推杆导套；13—方铁；14—集水块；15—推件固定板；16—推件底板；17—动模固定板；18—斜顶滑座；19— L3斜推杆；20— S4斜导柱；21— S4滑块；22—先复位弹簧；23—复位杆；24—导柱；25—导套；26—氮气弹簧；27— S6斜导柱；28— 挡销；29— S6滑块；30—滑块定位弹簧；31—定位圈；32—热射嘴；33— S3滑块；34—耐磨块；35— S3斜导柱；36—斜导柱固定块；37—滑块挡销；38—推件板导柱；39—推件板导套；40—限位钉；41—塑件推杆；42—流道凝料推杆；43—撑柱；44—限位柱；45—顶棍连接柱；46—氮气弹簧固定座

图4 汽车转向柱护罩注塑模具3D示意

2.2 成型零件设计

定模成型零件采用整体式,动模成型零件采用镶拼式。定模A板采用718H预硬塑胶模具钢,调质硬度为30～35 HRC;动模镶件采用1.2738模具钢,调质硬度为30～33 HRC。

2.3 导向定位系统设计

模具的导向零件主要是圆形导柱、导套,包括A,B板之间的、4个角上的φ50 mm×428 mm导柱24和与之相配合的导套25,以及对推件固定板15,16进行导向的φ30 mm×300 mm导柱38和与之相配合的导套39各4支,详见图3中的(b)和(d)视图。模具A,B板之间的定位结构则是4个角上的5°锥面止口,见图4。

该模具的导柱设计在定模,这样不但有利于机械手取件,避免塑件粘上导柱上的油污,而且导柱还能起到支撑整个定模的作用,方便动定模配模[2]。导柱的长度要高出定模最高点30 mm,同时要在斜导柱插入滑块前20 mm插入动模导套,否则在制造和生产中易损坏模具[3]。

2.4 浇注系统设计

模具主流道采用热射嘴,分流道采用普通流道,浇口则采用潜伏式浇口,见图5。分流道开设在动模镶件上,截面为“U”形,由于转向柱上、下护罩尺寸大小及结构均不相同,为了保证进料平衡,其分流道截面尺寸也不相同,其等效直径分别为10 mm和8 mm,潜伏式浇口直径为1.5 mm[4]。

图5 浇注系统3D示意

浇注系统为开放式热流道,在设计时须注意如下几点: 1)热射嘴上端面必须低于面板至少2 mm,以防模具搬运时碰坏热射嘴；2)模具外侧必须设计支撑柱,用以保护热流道电线插座,位置必须在非操作侧,并符合客户要求;3)热射嘴电线槽必须光滑顺畅,少拐弯。

2.5 侧向抽芯机构设计

塑件外侧共有6处倒扣S1～S6,内侧共有4处倒扣L1～L4,为了使成型塑件顺利脱模,模具设计了10个侧向抽芯机构,其中倒扣S1～S6采用了“斜导柱+滑块”抽芯结构,见图6。倒扣L1～L4则采用了“斜顶+斜推杆”的侧向抽芯结构,见图7。

图6 滑块外侧向抽芯机构3D示意

图7 斜顶内侧向抽芯机构3D示意

前者在开模时抽芯,后者在脱模时抽芯。这种非同步抽芯结构,可以防止塑件抽芯时变形或拉裂。斜推杆底部设计螺孔,通过螺钉使其与滑座连接,这样就可以从底部装拆,做到不拆模具时就能装拆斜顶。同时在斜推杆上还设计了防转和定位结构,以此防止注塑生产时斜推杆松动以及在装拆过程中出错。斜推杆直径设计为25 mm,材料选择SUJ2,采用高频淬火处理,保证其硬度和强度[5]。

2.6 温度控制系统设计

模具定、动模温度控制系统采用了“垂直式冷却水管+倾斜式冷却水管+隔片式水井”的结构形式,详见图8。水路之间的间隔均匀,保证在50～60 mm设计一组冷却水管,以保证塑件冷却充分。为避免冷却水道与相关模具零件发生干涉,同时又不影响模具的冷却效果,本模具定、动模设计了一进一出的内循环式冷却水道。

图8 模具温度控制系统

另外,每个斜顶和每个滑块上都单独设计了一组冷却水管,热射嘴区域以及热射嘴正对着的动模区域,也设计了冷却水道来加强对热射嘴区域的冷却,避免热射嘴出现流涎、拉丝以及浇口温度过高。

2.7 脱模系统设计

模具脱模系统采用“推杆+直顶+斜顶+氮气弹簧顶出”组合结构,详见图3。模具在定、动模开模后,依靠推件推出塑件,推件固定板由注塑机通过油缸推动,在4支复位杆的作用下复位。模具采用了4支φ20 mm×124 mm的氮气弹簧复位,依靠氮气弹簧内注入的氮气驱动推件,保证模具顶出与复位安全可靠。氮气弹簧弹力中心应和脱模力的中心大致重合,并尽量布置在K.O.孔附近。氮气弹簧需固定在氮气弹簧固定块内,见图3(b)。

3 模具工作过程

熔体充满型腔后,经保压、冷却和固化,至足够刚性后,注塑机拉动模具的动模固定板17,模具从A,B板之间的分型面处开模。在开模过程中,斜导柱9,20,27,35分别拨动滑块7,21,29,33进行侧向抽芯。完成开模距离400 mm后,塑件所有滑块在斜导柱的驱动下与塑件脱离。注塑机油缸通过顶棍推动推件底板16,进而推动推件固定板上所有推件将塑件推离动模,其中4个大斜顶在斜推杆推动下一边推动塑件,一边侧向脱离塑件,进行内侧抽芯。在限位柱44的作用下,顶出距离100 mm。当所有斜顶及推件与塑件分离后,机械手将塑件取出。最后氮气弹簧推动推件及其固定板复位,注塑机推动动模合模,模具接着下一次注射成型。

模具自放产以来,由于各机构设计先进合理,运行稳定可靠,注塑周期成功控制在35 s以下,提高了模具的劳动生产率约10%。

4 结论

1) 模具采用了多个工艺结构,使定模型腔和侧向滑块可以组合加工,有效保证了转向柱的外观质量,所有结合线处都做到了平滑光顺。

2) 模具采用斜导柱和斜推杆先后进行的外、内抽芯机构,既分散了塑件的脱模力,又使模具动作更加协调有序,使整个注塑过程安全平稳。

3) 成型零件定模采用一体式,动模采用镶拼式,提高了模具刚度和强度,减小了模具外形尺寸,方便了模具的制造和维修。

4) 本模具采用氮气弹簧推出及复位机构有效保证了顶出、复位系统的平衡及顶出距离,减少了常规弹簧因疲劳时效需要频繁更换的时间,提高了模具的劳动生产率。

5) 浇注系统采用一点开放式热流道浇注系统进胶方案,提高了熔融塑料在注塑成型过程中的流动性,改善了熔体的填充效果,减少了成型后流道系统凝料,采用潜伏式浇口避免了浇口痕迹对塑件外观质量的影响。

[1] 张维合.注塑模具设计实用教程[M].北京:化学工业出版社,2011:133-161.

[2] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社,1996:115-127.

[3] 匡唐清,李定俊,李树桢.复印机盖板的气辅注塑模具设计[J].工程塑料应用,2006,34(11):64-66.

[4] 张维合.汽车注塑模具设计要点与实例[M].北京:化学工业出版社,2016:104-172.

[5] 熊毅,张成光.基于复杂分型面的面壳注射模设计[J].现代塑料加工应用,2015,27(6):49-53.