SUV储物盒注塑模具设计

刘庆东

(广州工程技术职业学院机电工程系，广州 510075)

0 前言

近年来，为了满足汽车轻量化、舒适性和安全性的要求，越来越多的汽车金属件被塑料件替代。塑料具有重量轻，手感好、成型工艺简单的特点，金属件改为塑料件，可以减轻汽车质量，降低油耗。

随着塑料件在汽车上的应用越来越广泛及其结构越来越复杂，注塑模具的结构也日渐复杂。本文以某SUV储物盒注塑模具为例，详细介绍了二次抽芯机构在注塑模具上的应用以及应用斜顶解决高柱位深筋结构的脱模方法。

1 产品工艺性分析

汽车塑料件包括外饰件、内饰件和功能件。图1所示为某SUV储物盒的外观图，该产品属于汽车功能件，形状为结构复杂的盒体，外形尺寸为377 mm×259 mm×230 mm。产品内表面为外观面，要求较高，外表面为非外观面，要求较低。产品材料为聚碳酸酯/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(PC/ABS)，该材料结合了2种材料的优点，即ABS材料的成型性能和PC材料的力学、耐温、抗紫外线等性能，越来越广泛地被应用于汽车零件上，收缩率为0.5 %。

(a)产品外观 (b)产品外表面图1 储物盒外观图Fig.1 Appearance of the storage box

产品3个侧面共5处有侧孔、侧凸和侧凹结构在脱模时需要抽芯，产品底面有4处侧孔结构在脱模时需要抽芯。如图1所示，模具设计的难点在于产品正面右侧有互相垂直的侧孔，给抽芯机构的设计带来较大困难；产品右侧有多处高柱位深筋结构，包紧力大，滑块上的成型部位脱模困难，不解决这个问题，抽芯时轻则产品会被拉伤或拉变形，重则产品整个侧壁会被拉断；产品底面有密集的加强筋，特别是有5个凸出的高柱位深筋结构脱模困难，直接顶出会损坏产品。

2 模具结构设计

2.1 总体设计

(a)后模 (b)前模图2 储物盒注塑模具外观Fig.2 Injection mould of the storage box

产品内表面为外观面，要求较高，分型面选在最大轮廓处，符合外观面的要求。由于产品内表面为外观面，故凸模放在前模一边，采用整体式结构，产品外表面为非外观面，故凹模放在后模一边，为便于排气，凹模采用镶拼式结构。这样做的优点是抽芯机构位于后模，结构相对位于前模要简单。凸模放在动模一边的缺点是流道过长，解决这个问题的方法是采用热流道浇注系统。

产品3个侧面的侧孔、侧凸和侧凹结构设计相应的滑块机构抽芯；产品底部的4个侧孔采用斜顶机构抽芯。产品底面为非外观面且有许多深筋，表面要求不高且所需脱模力较大，可采用大量的顶针、扁顶作为推出元件。由于是热流道模具，故选用两板模模架。模具外观如图2所示。

2.2 浇注系统

因为产品尺寸较大，故模具设计为一模一腔。由于凸模在前模，凹模在后模，使浇注系统流道过长，为了缩短流道长度和减少浇道凝料，采用热流道浇注系统。由于产品内表面为外观面，为了减小浇口对外观的影响，选用针点式热流道系统。产品为盒状零件，表面有大的孔洞且有许多深筋，根据经验和应用模流分析软件分析，采用四点进胶。熔融塑料由浇口套进入分流板再通过四个针点式热嘴注入模具型腔。浇注系统如图3所示。

图3 浇注系统Fig.3 Gating system

2.3 抽芯机构

产品3个侧面共5处有侧孔、侧凸和侧凹结构需要抽芯，产品底面有4处侧孔结构需要抽芯(见图1)。产品侧面的抽芯采用滑块机构，分别由斜导柱、油缸和T形块驱动。产品底面的抽芯采用斜顶机构。抽芯机构如图4所示。

图4 抽芯机构Fig.4 Slide and lifter

1—型芯 2—斜顶 3—拉杆 4—顶杆 5—锁紧块(a)抽芯机构 (b)局部放大图图5 滑块中设计斜顶的二次抽芯机构Fig.5 Lifter designed in slide

2.3.1 滑块中设计斜顶的二次抽芯机构

二次抽芯机构主要应用于以下场合：一、包紧力大的抽芯机构，一次抽芯会使产品被拉坏或变形，通过二次抽芯分散抽芯力；二、沿抽芯方向有倒扣，无法一次抽芯，必须先脱开倒扣再抽芯。

产品正面右侧有相互垂直的侧孔[见图1(a)]，直接向外抽芯会损坏产品，必须先完成横向孔的抽芯然后才能向外抽芯。处理这种情况的一般做法是设计二次抽芯机构，开模后，在斜导柱的作用下大滑块向外运动，小滑块在拨块(固定在大滑块上)的燕尾槽作用下，沿着拨块斜面向下运动做横向孔的抽芯，小滑块完成横向孔的抽芯后才随大滑块一起向外运动[1]。由于储物盒的两个侧孔相距很近，无法设计相互垂直的两个滑块抽芯。此副模具采用了在滑块中设计斜顶的方法较好地实现了相互垂直两个孔的抽芯。滑块中设计斜顶的抽芯机构如图5所示。其运动原理为：开模时在斜导柱的作用下滑块向外侧运动型芯抽出正面方向的孔，安装于滑块中的斜顶同时在滑块中做横向运动抽出横向孔，由于拉动斜顶向外运动的拉杆与滑块间有一段空位，所以滑块向外运动了一段距离后斜顶才随滑块一起向外运动，此时斜顶已完成了横向孔的抽芯，从而避免了斜顶还没完成横向孔抽芯就随滑块一起向外运动而拉坏产品的现象，合模时锁紧块推动顶杆使斜顶复位同时承受注塑时的侧向力。

2.3.2 滑块中设计滑块的二次抽芯机构

产品右侧有多处高柱位深筋结构[见图1(a)]，直接抽芯易损坏产品。处理这种情况的一般做法是设计在滑块中设计滑块的二次抽芯机构，以斜导柱为驱动零件，在大滑块中设计小滑块，将高柱位深筋成型部分固定在小滑块上，将大滑块的斜导柱孔设计成长圆孔；开模时，斜导柱拨动小滑块运动一段距离消除高柱位深筋部位对滑块的包紧力才接触到大滑块，然后驱动大滑块和小滑块一起运动完成抽芯[1]。本模具也采用了在滑块中设计滑块的方案，其结构如图6所示。其运动原理是：产品右侧结构分两次抽芯，大长方孔两侧高柱位深筋部位的深孔先抽芯，其余部位后抽芯，因此滑块分为两部分，一部分(两侧小滑块)为两侧高柱位深筋部位的深孔抽芯，另一部分(大滑块)为其余部位的抽芯。深孔的型芯安装在小滑块上，小滑块可以在大滑块中滑动，小滑块的运动由拉杆控制，在拉杆的后部设计了T形结构，同时在锁紧块的压紧面设计了T形槽，两者配合，开模时首先由锁紧块上的T形槽通过拉杆拉动小滑块向外侧运动消除高柱位深筋部位对型芯的包紧力，由于型芯抽出时大滑块压住其周围的部位，因此不会因为包紧力大而损坏产品，型芯完成抽芯后通过油缸驱动大滑块实现其余部位的抽芯。大滑块的驱动之所以采用油缸而不采用斜导柱是因为滑块较大且抽芯距也较大，油缸可以省略二次抽芯的延迟机构。另外，大滑块的运动方向是倾斜的(与分型面的夹角为19.5 °)，使用斜导柱也不安全。

1—型芯 2—小滑块 3—拉杆 4—T形槽 5—锁紧块 6—大滑块 7—油缸(a)抽芯机构 (b)局部放大图图6 滑块中设计滑块的二次抽芯机构Fig.6 Slide designed in slide

2.4 推出机构

产品底面为非外观面且有许多高柱位深筋结构，表面要求不高且所需脱模力较大，无法采用推板推出，可采用大量的顶针、扁顶和斜顶作为推出元件。推出机构如图7所示。

图7 推出机构Fig.7 Ejection mechanism

产品底面外围有5处高柱位深筋结构，见图1(b)，包紧力很大，无法脱模，用顶针直接顶出会损坏零件。设计推出机构时在此位置采用斜顶顶出可以较好地解决这个问题，斜顶在注塑模中一般用于产品内侧的抽芯，在此则只是作为顶出元件使用，图8(a)为斜顶顶出前的状态，图8(b)和(c)为斜顶顶出后的状态，斜顶在顶出过程中与凸起的高柱位和深筋逐渐分离，使此处的包紧力大大减小，从而大大减小了产品所需的脱模力。

(a)顶出前 (b)顶出后 (c)斜顶顶出后剖面图图8 斜顶顶出Fig.8 Lifter

2.5 冷却系统

产品为形状复杂的盒状结构，深浅差异较大，型芯的冷却采用了多组串联的隔水片式冷却水道；型腔采用环绕型腔周围的串联直通式冷却水道；位于产品右侧的大滑块也设计了直通式冷却水道。冷却系统的结构如图9所示。

图9 冷却系统Fig.9 Cooling water channel

2.6 模架的选择

热流道模具的模架可选用大水口的模架。由于产品较大，所以模具也较大。根据设计选取6080-CI-A板240-B板280，模具闭合高度为872 mm，属于大型模具。

2.7 成型零件的设计

由于凸模成型产品的外观面，采用整体式结构，凹模成型产品的非外观面，为便于排气，采用镶拼式结构，成型零件的结构见图2所示。

3 试模结果

根据前文设计制造出的注塑模具经过试模，现已投入批量生产，制造的产品经检验符合设计要求，塑件品质稳定。表明本文所设计的注塑模具结构合理，动作可靠，可满足生产要求。

4 结论

(1)对于产品有互相垂直的侧孔，其抽芯可以采用在滑块中设计斜顶的方法解决；对于产品侧面有高柱位深筋结构，滑块的成型部位难以脱模，可采用在滑块中设计滑块的方法解决；对于产品底面有高柱位深筋结构难以脱模，可采用斜顶机构用瓣合模的原理解决；

(2)经生产实践证明，模具结构设计合理，动作可靠，塑件质量稳定，满足生产要求。

参考文献：

[1] 李 勇.塑料注塑模具经典结构180例[M]北京：机械工业出版社，2009：147-226.