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保險(xiǎn)杠專題——汽車保險(xiǎn)杠大型薄壁注塑模設(shè)計(jì)

汽車前保險(xiǎn)杠是汽車最重要的外觀件之一,不但要具有足夠的強(qiáng)度和剛性,汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)能起到緩沖作用,保護(hù)車體,還要追求和車體造型和諧與統(tǒng)一,并實(shí)現(xiàn)本身的輕量化。為了達(dá)到這種目的,目前轎車的前保險(xiǎn)杠主體都采用了塑料,俗稱塑料保險(xiǎn)杠由注塑模具注射成型。

一、塑件結(jié)構(gòu)分析

汽車前保險(xiǎn)杠形狀類似于馬鞍形,具體結(jié)構(gòu)見圖1。材料為PP+EPDM-T20,收縮率取0.95%。其中的PP中文名聚丙烯,是保險(xiǎn)杠的主要材料,EPDM中文名三元乙丙橡膠,它能夠提高保險(xiǎn)杠外罩的彈性,而T20是指材料中加上20%的滑石粉,它可以提高保險(xiǎn)杠外罩的剛度性。

塑件的特點(diǎn)是:

(1)形狀復(fù)雜,尺寸大,壁厚相對(duì)較小,屬于大型薄壁塑件。

(2)塑件碰穿、插穿孔多,加強(qiáng)筋多,注射成型熔體流動(dòng)阻力大。

(3)塑件內(nèi)側(cè)有三處倒扣,每一處的側(cè)向抽芯都相當(dāng)困難。

圖1 汽車前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)圖

二、模具結(jié)構(gòu)分析

前保險(xiǎn)杠主體注塑模具采用內(nèi)分型面,通過熱流道,并由順序閥控制進(jìn)膠。兩側(cè)倒扣采用大斜頂套橫向斜頂加直頂?shù)慕Y(jié)構(gòu),最大外形尺寸2500×1560×1790mm,模具結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 前保險(xiǎn)杠注塑模具結(jié)構(gòu)圖

1.定模固定板;2.承板;3.熱流道板;4.定位圈;5.一級(jí)熱射嘴;6.氣閥;7.閥針;8.二級(jí)熱射嘴;9.動(dòng)模固定板;10.方鐵;11.推桿固定板;12.推桿底板;13.支撐柱;14.動(dòng)模方導(dǎo)柱;15.推桿;16.動(dòng)模板;17.支撐腳;18.定模方導(dǎo)柱;19.定目板;20.斜推桿;21、29.轉(zhuǎn)銷;22、28.斜頂;23、34.導(dǎo)軌;24、27.動(dòng)模鑲件;25、26.直頂;30.斜推桿;31、39.護(hù)桿;32、33、40、41.導(dǎo)向柱;35、36、37.推桿;38.定位塊;42.耐磨塊;43.側(cè)抽芯;44.彈簧;45.限位塊

1、成型零件設(shè)計(jì)

本模具的3D圖見圖3,模具設(shè)計(jì)時(shí)采用了先進(jìn)的內(nèi)分型面技術(shù),詳見圖4。其優(yōu)點(diǎn)是分型夾線隱藏在保險(xiǎn)杠的非外觀面上,在汽車上裝配后看不到,不會(huì)影響外觀。但這種技術(shù)在難度與結(jié)構(gòu)上都要比外分型保險(xiǎn)杠復(fù)雜,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也較高,模具成本與模具價(jià)格也會(huì)高于外分型保險(xiǎn)杠很多,但因外觀美觀,在中高檔汽車中被廣泛應(yīng)用,見圖3。

圖3  前保險(xiǎn)杠注塑模具立體圖

另外,本塑件有大量通孔,有的面積還較大,碰穿處設(shè)計(jì)了排氣槽與避空槽,插穿角度為大于8 °,這樣可以增長(zhǎng)模具的使用壽命,不易產(chǎn)生飛邊。

前保險(xiǎn)杠注塑模具成型零件和模板做成一體,模板材料采用預(yù)硬注塑模具鋼P(yáng)20或718都可以。

圖4 八點(diǎn)順序閥熱流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)

2、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模具澆注系統(tǒng)采用整體式熱流道系統(tǒng),它的優(yōu)點(diǎn)包括裝拆方便,加工精度要求不高,沒有了漏膠的風(fēng)險(xiǎn),裝配精度可靠,并且后續(xù)不需要重復(fù)拆裝以及維護(hù)和修理成本低。

前保險(xiǎn)杠為外觀件,表面不允許有熔接痕,注射成型時(shí)必須把熔接痕趕到非外觀面或消除熔接痕,這是本模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本模具采用了8點(diǎn)順序閥熱流道澆口控制技術(shù),即SVG技術(shù),這是本模具采用的另一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),它通過汽缸的驅(qū)動(dòng)來控制八個(gè)熱射嘴的開啟和關(guān)閉,由此達(dá)到了塑件表面無熔接痕的理想效果。前保險(xiǎn)杠注塑模熱流道澆口位置見圖5。

圖5 汽車前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)進(jìn)膠模流分析

SVG技術(shù)是近年來為適應(yīng)汽車行業(yè)對(duì)大型平板塑料件以及電子工業(yè)對(duì)微型薄壁件的需求而開發(fā)的一種熱流道成型新技術(shù)。與傳統(tǒng)的熱流道澆口技術(shù)相比,它有以下優(yōu)點(diǎn)。

①熔體流動(dòng)穩(wěn)定,保壓壓力更加均勻一致,補(bǔ)縮效果顯著,塑件各處收縮率一致,提高了尺寸精度;

②可以消除熔接痕,或?qū)⑷劢雍坌纬稍诜峭庥^面;

③降低了鎖模壓力和塑件的殘余應(yīng)力;

④減少了成型周期,提高了模具勞動(dòng)生產(chǎn)率。

圖6是汽車前保險(xiǎn)杠采用熱流道順序閥澆口進(jìn)膠的模擬數(shù)據(jù)圖。通過模流分析可以看出,在正常的注射壓力、鎖模力和模具溫度下,熔體流動(dòng)穩(wěn)定,塑件質(zhì)量好,因此模具的使用壽命和產(chǎn)品合格率都能得到充分的保障。

圖6 汽車前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)進(jìn)膠模流分析

3、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于前保險(xiǎn)杠采用內(nèi)分型的分型面,定模A板的倒扣處的分型線位于動(dòng)模側(cè)斜頂下方,為了避免操作過程中可能出現(xiàn)損壞模具的風(fēng)險(xiǎn),開模時(shí)抽芯步驟必須得到嚴(yán)格控制,詳見模具工作過程。本模具采用直頂下設(shè)計(jì)斜頂,斜頂內(nèi)又設(shè)計(jì)橫向斜頂(即復(fù)合斜頂)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。為抽芯順利,斜頂與直頂要有足夠空間,斜頂與直頂接觸面要設(shè)計(jì)3°~5°斜度。內(nèi)分型保險(xiǎn)杠注塑模兩側(cè)大斜頂和大直頂要設(shè)計(jì)冷卻水道。內(nèi)分型保險(xiǎn)杠定模側(cè)孔要設(shè)計(jì)定模彈針結(jié)構(gòu)抽芯,見圖2中E處放大圖。這里要說明的是:內(nèi)分型保險(xiǎn)杠注塑模與與一般的注塑模不一樣,開模時(shí)塑件不是留在動(dòng)模再頂出,而是在開模過程中依靠拉鉤同步頂出,定模的側(cè)抽芯43在開模過程中彈出,塑件會(huì)跟著定模走一段距離,見“模具工作過程”。

4、溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前保險(xiǎn)杠主體注塑模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)模具的成型周期與產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。本模具溫度控制系統(tǒng)采用的形式為“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式,詳見圖2。

本模具的冷卻水道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

①動(dòng)模結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,熱量又較為集中,要重點(diǎn)冷卻,但冷卻水道必須與推桿、直頂、斜頂孔保持至少8mm的距離。

②水道之間的間距取50~60mm,水道距型腔面取20~25mm。

③冷卻水道能做直孔就不要做斜孔,斜度小于3度的斜孔,直接改為直孔。

④冷卻水道長(zhǎng)短不能相差太大,以保證模溫大致均衡。

5、導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模具屬于大型薄壁注塑模,導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響塑件的精度和模具的壽命。本模具采用了方導(dǎo)柱與1 °精定位導(dǎo)向定位,其中動(dòng)模側(cè)采用了4支方導(dǎo)柱80×60×700(mm),動(dòng)、定模之間采用了4支方導(dǎo)柱180×80×580(mm)。位置詳見圖2和圖3。

在分型面定位方面,本模具在兩端采用了2個(gè)錐面定位結(jié)構(gòu)(又稱內(nèi)模管位),錐面傾斜角度為5°。

6、脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件是大型薄壁零件,脫模必須平穩(wěn)、安全。本模具中間位置采用了直頂與頂針頂出,頂針直徑12mm。因?yàn)榻佑|面積小,難回位,易導(dǎo)致頂針與定模型腔面相碰,所以內(nèi)分型保險(xiǎn)杠盡量設(shè)計(jì)直頂,少采用頂針。

由于推件多,脫模力和推件復(fù)位力都較大,故脫模系統(tǒng)采用2個(gè)液壓油缸作為動(dòng)力來源。油缸位置見圖7。圖中尺寸L是需要延遲的距離,它與定模倒扣尺寸有關(guān),一般取40~70mm。

由于動(dòng)模型芯表面不平整,所有頂針和司筒的固定端都設(shè)計(jì)了止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。


圖7  油缸位置

三、模具工作過程

由于此保險(xiǎn)杠注塑模采用了內(nèi)分型技術(shù),A板的倒扣位分型線位于動(dòng)模側(cè)斜頂下方,為了避免操作過程中可能出現(xiàn)損壞模具的風(fēng)險(xiǎn),模具的工作過程要求很嚴(yán),下面從合模開始談?wù)勂洳襟E和注意事項(xiàng)。

①在合模前,頂針板處于和模具底板相距50mm的狀態(tài),如此才能保證A板倒扣處不碰到突出于大斜頂上的橫向小斜頂,并保證A板能順利通過壓緊復(fù)位桿來完成合模動(dòng)作。見圖8。圖中A1處表示A板分型面壓6支復(fù)位桿復(fù)位,A2是6支復(fù)位桿,A3是8個(gè)紅色彈簧,用于保證推桿板處于推出50mm的狀態(tài)。

圖8

②定模A板將推桿板和斜頂壓回復(fù)位,見圖9。

圖9

③開模前需對(duì)頂出油缸進(jìn)行預(yù)先施加壓力,以保證整個(gè)頂出系統(tǒng)和A板能同步打開。開模時(shí),A板和頂針板首先同步打開60mm,以保證塑件和橫向小斜頂全部脫離A板的倒扣面。見圖10。

圖10

④定模A板繼續(xù)開模,動(dòng)模內(nèi)頂針板保持60mm的頂出狀態(tài)不變,以到達(dá)A板與直頂分離的作用,見圖11。

圖11

⑤定模打開到所需的空間后,動(dòng)模內(nèi)頂針板繼續(xù)推出至164mm,此時(shí)的橫向小斜頂導(dǎo)桿到達(dá)導(dǎo)軌的變換角度的拐點(diǎn)處,塑件倒扣面脫離模具。如果此時(shí)塑件有粘小斜頂?shù)默F(xiàn)象,直接用手將塑件拉出模具,反之,則頂針板繼續(xù)推出至210mm的最終位置,見圖12。

圖12

⑥如果產(chǎn)品略粘小斜頂,推出到164mm即完成頂出,取下產(chǎn)品,直接循環(huán)到第①步驟,以防止產(chǎn)品被橫向小斜頂拉回,導(dǎo)致無法取下產(chǎn)品,見圖13。

圖13

⑦如果塑件不粘橫向小斜頂,則頂針板繼續(xù)推出至210mm,完成脫模后取下塑件,循環(huán)到第①步驟,見圖14。

 

圖14

四、結(jié)果與討論

1、本模具采用了內(nèi)分型技術(shù),保證了塑件的外觀美觀。

2、模具采用了“復(fù)合斜頂”的二次抽芯結(jié)構(gòu),解決了塑件復(fù)雜部位側(cè)向抽芯的問題。

3、模具采用八點(diǎn)針閥式順序閥熱流道澆注系統(tǒng),解決了大型薄壁塑件的熔體填充問題。

4、模具采用了液壓作為脫模系統(tǒng)動(dòng)力,解決了塑件脫模力大、推件復(fù)位難的問題。

實(shí)踐證明,該模具結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理,尺寸準(zhǔn)確,是汽車模具中經(jīng)典之作。模具自放產(chǎn)以來,側(cè)向抽芯動(dòng)作協(xié)調(diào)可靠,塑件質(zhì)量穩(wěn)定,達(dá)到了客戶要求。

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