概念车外观件注射成型模的简化设计

薛翰

摘 要：本文通过对概念车外观件复杂成型面壳的结构分析，本着设计模具时应在保证产品质量的前提下尽可能地简化模具结构，降低废品率，缩短模具生产周期，提高模具寿命的设计理念，设计出一套以解决大面积薄壁、形状复杂及塑件冷却问题的简化注射成型模具。

关键词：模具结构分析；简化设计；塑件冷却

中图分类号：TQ32 文献标志码：A

Abstract：Based on the analysis of the structure of the complex molding surface shell of the concept vehicle， according to the premise of ensuring the quality of the product， we should simplify the mould structure as much as possible， reduce the waste rate， shorten the production cycle of the mould， improve the design concept of the mould life， and design a set of simplified injection molding mould to solve the problems of large thin wall， complex shape and cooling of the plastic parts.

Keywords：Mold Structure Analysis；Simplified design；The plastic is cooled

1 产品结构图样分析

图1所示为一款概念车外观件塑料模型，其体积为91830.68mm3，质量为98.26g，平均厚度为2mm。该产品形状复杂，骨位多，薄壁，碰穿位多且不对称，在成型过程中容易出现走胶不均匀而产生填充不足、披风等缺陷。在设计时必须注意产品的进浇方式和塑料的流动性能，考虑后面的成型工艺，选用流动性、柔韧性较好的ABS材料。

2 选择分型面

该产品要求表面光滑、无拉伤，无披风，根据分型面的选择原则，分析将分型面选择为产品的底部曲面，如图2所示位置。保证了产品在脱模时留在动模，使产品外观不会受到损坏，这样即保证了加工工艺性又保证了质量。

3 浇注系统的设计

3.1 主流道设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。 根据手册查得XS-ZY-250型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴球半径：R=18mm；喷嘴孔直径：d=4mm。如图3所示。

3.2 分流道的设计

分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该产品的各个表面的形状复杂且不对称，若采用对称进胶，则会出现压力偏离，导致塑件一边填充不足，一边披风，经综合考虑，选择Y型3点不均匀布局，以主流道的中心到各分流道的末端的距离和塑件本身的结构为参考。在整个产品中，体积大的面流道短些，体积小的面则把流道适当延长，达到熔融塑料进入型腔各部位的时间基本一致，从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道。查有关的手册，选择R=4mm，d=8mm的分流道截面，如图4所示。

3.3 浇口设计

浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。在此将采用限制性浇口。由于产品需要表面美观，方便摘去流道料，选择点浇口形式进胶，进胶时浇口的压力较大，能保证熔融塑料快速填满型腔。点浇口是一种断面尺寸很小的浇口，当物料通过时产生很高的剪切速率，这对于表观黏度随剪切速率变化而明显变化的塑料熔体和黏度较低的塑料熔体是适合用的，点浇口在开模时容易自行切断，并且在塑件上留下的残痕极小，不容易觉察，故无须修剪浇口的工序。

4 成型面零件的设计

成型零件设计要充分考虑排气顺畅，骨位、碰穿位、高柱位的定位。因此，需设司筒、侧抽芯、虎口。

4.1 凹模设计

塑料模具型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压，如果侧壁或底板的强度不足，则可能产生开裂，如果强度不足，则可能产生过大的变形，造成溢料，使脱模困难，型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计算和刚度计算两种，一般情况下，大尺寸型腔刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算，小尺寸型腔强度不足是主要问题，应按强度条件计算。

根据产品的结构，为了模具的加工方便，便于更换成型零件，故设计成全行为组合式模具机构，即在产品的外表面采用侧抽芯成型机构，利用注射机的合模力来推动前模移动，带动后模滑块型芯移动来完成凹模型腔的组合。将产品的凹模成型一分为五，产品的顶部的成型面图7以型芯形式置于前模板的底部，在型芯的边上布置对称的6个40mm×15mm×8mm的虎口用于定位凸模模芯，剩下的4個外表面则以行位形式置于前模板，行位用弹簧弹出，就可以实现行位的位移，完成塑件脱模工作。每一块凹模型芯上都要设置两个虎口，用来定位、锁紧凹模各型芯。如图5、图6、图7、图8、图9所示。

4.2 凸模设计

如图2所示，在凸模上有比较多的骨位，司筒、方顶位以及顶部的分流道凸模部分，镶嵌在后模板上，在注射机的作用下与凹模结合，形成一个完整的型腔。

5 模具特点

5.1 模具工作原理

5.1.1 注射机合模：如图10所示，注射机合模，后模板前移，推动前模板突出1、12、14型芯，型芯沿着T块的T型槽滑动，侧型芯在合模力的作用下向前模板的固定型芯7运动，凸凹虎口相互咬紧，锁模扣扣紧，完成合模。

5.1.2 注射机脱模：如图10所示，熔融塑料从6进入，经分流道流入型腔、保压、冷却、注射机后退、后模板后移和1、12、14侧型芯8弹簧回复，侧型芯沿着T型槽移动至10卡位螺钉，后模板连同9塑件退出，注射机推杆作用于顶板推动11方顶顶出9塑件，注射机推杆回复，顶板上弹簧回复带动方顶回复，脱模结束。

5.2 行位机构简化

如图11、图12所示，在设计过程中巧妙运用了前模斜弹机构，在前模板的凹模上直接做成滑块形式，取消了斜导柱的结构，取而代之的是T型槽滑动机构，将T块固定在前模板上，型芯与T块配合，用扁弹簧来实现滑块的位移，达到行位的目的，为了在锁紧模具时对型芯产生的作用力平衡，而在凹模型芯上布设虎口，帮助型芯定位。为了防止在模具装配期间凹模型芯在弹簧的作用下将型芯弹出，损坏模具，造成意外事故，在4个凹模活动侧型芯布设锁模扣位，在凸模型芯上布设锁模扣，当合模时，锁模扣会与型芯上的锁模扣位产生自锁，从而使配模工作顺利进行。型芯在合模和脱模时，突出的型芯的活动会与后模板产生摩擦，损坏后模板，造成模具的寿命缩短，所以布设一块厚度为1mm经热处理的磨片在型芯与后模板摩擦的地方，代替后模板与侧型芯相对滑动。与常规行位机构（斜导柱）相比，前模弹射机构虽然结构紧凑，但由于型芯、冷却水道、行位机构、都集中在同一地方，所以使用更小尺寸的模架就可以实现模具生产，一定程度上节约了模具成本。另外在前模实现凹模的锁模功能，可以有效地解决斜导柱行位机构带来的锁模力不足而导致的毛边情况。简化后的模具型芯，方便单独的更换和制造。

5.3 冷却系统简化

根据该产品的特点，大面积、薄壁、骨位多和碰穿位面值大，设计冷却系统要充分考虑到塑件的整体冷却时间需要基本一致，不能出现模温不均匀，模温控制在50℃～60℃，因此需在前模板型芯、侧型芯、后模板型芯开冷却通道，直径为8mm。如图10所示，在前模固定型芯上面设冷却通道间隔40mm，由于在侧型芯开冷却通道，需要在前模板开槽以方便接水嘴。在后模板型芯上钻取两个直径32mm×100mm的孔，在孔的中间塞入一块挡片将孔一分为二，将两个孔连通，形成回路，可有效解决因模温不均匀出现的产品收缩、变形、应力开裂及表面质量等問题。

5.4 模胚简化

因前模板的高度较高，可去掉底板，在前模板上开25mm×25mm通槽，用于装夹在注射机上，故选择非标准简化型细水口模胚GSH型，模架的成本是按照模架的质量来计算，所以可以减少模具成本，提高经济效益。

结语

在设计薄壁、复杂成型面过程中，要充分考虑经济型、模具寿命以及产品质量的控制，选择合适的浇注系统、行位机构、冷却系统等至关重要。

参考文献

[1]刘祖其.机械工程材料[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]孙锡红.模具制造工（高级）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2015.

[3]陈位宫.工程力学[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4]汤忠义.模具制造工艺[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2016.