大型汽车保险杠内藏式分型结构注射模设计＊

褚建忠

（台州科技职业学院，浙江台州 318020）

1 引言

目前，国内市场上很多保险杠产品都是外分型结构，分型线外露，模具加工的误差容易造成分型线的外观面出现毛刺或飞边，从而影响到外观质量，严重影响产品在市场的竞争力[1～2]。而国外进口保险杠模具是利用分型线内藏技术，将原有工艺方法所产生的分型线置于不可视面，既简化了生产工序，又保证了塑件质量的稳定性，但其开发成本较国内高出2～3倍以上。本项目开发的高精度大型内藏式分型结构的汽车保险杠模具，是在传统注射模的基础上对新概念产品模塑化的尝试，主要是利用塑料弹性形变特性的脱模技术，将外露的分型线转移到正面不可视区域，以达到内分型的效果，一方面提高塑件的外观质量；另一方面消除人工二次打磨的加工工序所带来的质量不稳定的隐患，节省二次投入的成本[3～7]。

2 项目开发关键内容

图1中所示的保险杠是轿车保险杠总成的主要部件，兼备装配、装饰、安全等诸多用途，也就造成其碰穿孔位繁多，尺寸、位置要求精度高，外形弯曲多变。因此，在开发保险杠模具项目的过程中，对应的模具结构除了具备塑件的所有特征外，还需要整合导锁结构、浇注等相关辅助内容，同时，塑件表面要求无熔接痕等外观缺陷，并且，塑件的翘曲要求不影响整车的装配效果，因此，成功开发此项目需具备以下几个方面的内容。

2.1 模具浇注方案

浇注方案主要包含以下内容：在塑件材料性能稳定的条件下，从何处进行浇注，以及在什么位置浇注，从而使浇注的熔接痕能控制在不可见外观面上或是实现无熔接痕，同时，最大可能减少浇注的时间周期，以及料流对模具关键零件的压力冲击。

2.2 模具总体结构

图1策划了保险杠模塑化的整体结构方案，主要有以下内容：

图1 保险杠模具总体结构

（1）利用塑料具有弹性形变的特点，实现塑件在脱模过程中的可控变形，以达到内分型的脱模要求。

（2）根据内分型塑件的结构特点，要求模具在工作过程中，能实现注塑设备开模与顶出能同步进行；并且，模具复位与合模也能同步完成。

3 内分型结构设计

（1）内藏式分型线保险杠脱模原理分析。

保险杠塑件如图2所示，其中A、B两处的特征在脱模方向上不能直接出模，需要利用抽芯来完成该特征成型，而A处不能有分型线，因此要求塑件向侧向变形成为必然。而B处与A处相对，塑件变形后要求B处模芯内滑，以给出塑件变形需要的空间。

图2 保险杠内分型结构分析

根据塑件脱模的要求，需要有效控制塑件经过内弯变形→复原→顶出取件的成型过程，塑件的变化过程如图3所示。

图3 脱模过程中塑件的变化

结合塑件的成型取件需求，相应的动模结构如图4所示。

图4 内分型模具动模结构

（2）内分型保险杠模具工作流程设计（见图5）。

图5 顶出抽芯机构

注射成型结束后顶出抽芯机构受保险开关的控制，在油缸Q1的驱动下随定模同步顶出，此时侧顶块C控制塑件变形脱出型腔，完成后保险开关与型腔脱离。至完成第一次动定模开模后，Q1继续驱动，内抽斜顶块B完成型芯的抽芯，同时侧顶块控制塑件进行复原动作，确保塑件既能顺利脱出型芯又能满足塑件生产的需求。至此所有抽芯动作全部完成，Q1需处于衡压状态，启动Q2带动动模所有的顶块动作，进行塑件的取件顶出，完成整个开模过程。

（3）特殊部件生产加工艺要求设计。

a.为保证各抽芯块的长时高效工作，对顶块的结构工艺作了如下的工艺处理：斜顶块Ⅱ较大，顶出时给斜顶杆的负担过重，所以在斜顶块Ⅱ的背部加专用导向导轨，确保斜顶机构的长时高精度运动，其滑配间隙不超过0.005mm，如图6所示。

b.为保证侧顶块Ⅲ能有效控制塑件变形-复位的功能，使用“Z”型导轨和双导杆机构，同时要求其滑配间隙不超过0.005mm，如图6所示。

图6 顶出块结构

4 模具设计创新点

（1）创新点一：自行分析制定了多点顺序阀浇注方案，如图7所示，并与专业的热流道供应商共同设计了热流道浇注系统，使料流汇合夹角都控制在120°以上，有效消除了塑件外观面的熔接痕，避免了塑件成型翘曲变形、尺寸精度低、色泽不均匀等不良现象。

模具在注塑机上工作时，其一个循环周期内按如下步骤进行：模具处于合模状态，启动注塑机开始进行浇注，打开针阀式喷嘴G1控制浇注阶段一（约2.1s）；当第一次注塑到达G2/G3时，打开G2/G3控制阀进行浇注，并关闭G1控制阀；当第二次浇注到达G4/G5时，打开G4/G5控制阀进行浇注，并关闭G2/G3控制阀，直至浇注完成。结束浇注后，对模具进行通水冷却，启动开模程序，完成后进入下一个工作循环，如图7所示。

图7 顺序浇注

（2）创新点二：设计了“Z”形导轨的二次变轨道结构，如图8所示，利用“Z”形导轨可加速和延时的特点，控制模具抽芯部件成功实现了一连串连续性动作：先固定在型腔、再内曲变形、然后侧顶复位。实现了塑件成型后侧向脱出型腔而不影响塑件质量的内分型动作的要求，提高了塑件的综合质量，与生产效率。

图8 “Z”形导轨工作过程

模具进行批量生产过程中，其内分型的工作过程（见图8）：模具浇注成型完成后，侧向拉块在“Z”形导轨的驱动下，将塑件侧向固定在型腔，大型斜顶内抽，完成塑件内曲变形所需的空间；完成后侧向拉块在“Z”形导轨的作用下开始向内侧拉动塑件变形，使塑件从侧向脱出型腔，完成型腔与型芯的开模而不拉伤塑件的空间需求；型腔与型芯开模后，侧向拉块再在“Z”形导轨的作用下，侧向顶出塑件，使塑件回复到设计状态，启动塑件顶出系统，取件，完成后进入下一个工作循环。

（3）创新点三：在单一的油缸顶出的结构上，增加氮气弹簧辅助顶出和使用机械保险开关定位代替电子行程开关（见图1），以有效控制模具在开模过程中顶出与开模的同步误差范围在±0.05mm之内，保证了塑件在脱模过程中无操作，大副提高了塑件的外观质量。

由于控制动、定模同步工作的机械拉钩存在一定的匹配间隙，会影响动定模同步工作的稳定性，容易造成塑件报废，这就需要确保在模具开模过程中动定模必须在塑件内弯曲变形过程中始终处于接触状态。因此，在传统的同步设计方案上增加了氮气弹簧，利用其有效的适时同步补偿功能，实现了动定模在设定的行程内完全贴合，不产生相对分离，保证了塑件在内曲变形过程中不受型腔的挤压而变形，为型腔顺利与型芯分离创造了自由空间。合模时，由于设计的机械保险开关是依靠型腔的合模压力来驱动，只有在型腔与复位杆接触后，才能使保险销脱离。这样就实现动定模的同步合模，消除了因定模未到达指定位置而顶出装置已复位所导致的合模干涉的隐患，提高了模具工作的安全性与稳定性。

5 结论

（1）采用内藏式分型结构的模具结构生产的保险杠塑件不需要对夹线进行后处理，减少了后序加工工序，保证了塑件的外观质量，也节省了塑件的加工成本。

（2）保险杠塑件采用多点顺序注射成型工艺，即能有效地消除了熔接痕问题，也能有效增强了保险杠塑件的整体强度。

（3）在内藏式分型结构的模具中采用“Z”形二次变轨轨道控制，即简化了模具抽芯结构，又能有效保证了内分型抽芯结构动作的有效性。