董嬪1，董瑞佳2，張曉妍1
(1．河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南 南陽(yáng)473000;
2．唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系，河北 唐山063299)
摘要:汽車大型塑件生產(chǎn)中，塑件的脫模設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素，澆口的自動(dòng)切除是影響塑件生產(chǎn)效率的另一關(guān)鍵因素。在分析成型對(duì)象塑件結(jié)構(gòu)形狀及成型方案的基礎(chǔ)上，提出了一種斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu)及澆口模內(nèi)自動(dòng)熱切除機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的模具為一模兩腔兩板式家族模具結(jié)構(gòu)，模具采用2個(gè)斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu)、2個(gè)斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)、14個(gè)滑動(dòng)座圓桿斜頂機(jī)構(gòu)、36根頂針和4個(gè)推管實(shí)施脫模；采用2個(gè)模內(nèi)熱切機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)冷澆口進(jìn)行模內(nèi)自動(dòng)熱切除。生產(chǎn)實(shí)踐證明，該模具設(shè)計(jì)巧妙，結(jié)構(gòu)新穎，成型的塑件獲得了良好的注塑效果，大幅提升了模具生產(chǎn)效率，極具設(shè)計(jì)參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:內(nèi)飾板；斜頂機(jī)構(gòu)；澆口熱切機(jī)構(gòu)；模具設(shè)計(jì)；熱流道
汽車門板上的支撐性內(nèi)飾件一般為大型塑件，且都是左右成組設(shè)計(jì)，即外形尺寸和形狀基本相同，但局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征不相同，因?yàn)樽笥议T的功能安裝件要求不一樣。該類塑件的注塑成型模具生產(chǎn)一般采用家族模布局方式進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造，當(dāng)流道較長(zhǎng)的時(shí)候，一般采用單點(diǎn)或者多點(diǎn)熱流道嘴對(duì)注塑機(jī)的噴嘴進(jìn)行延伸后，再通過(guò)冷流道及冷澆口進(jìn)行澆注，以保證熔融料流在模腔內(nèi)的充填流動(dòng)充足性。冷澆口的切除一般采用人工剪除的方式，這是一個(gè)嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率和增加制造成本的技術(shù)缺陷。本文擬針對(duì)某內(nèi)飾板的注塑生產(chǎn)提供一種熱流道兩板式家族模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，該模具內(nèi)設(shè)置有一種特殊的斜頂機(jī)構(gòu)及模內(nèi)冷澆口自動(dòng)熱切除機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)效率高，具有極大的設(shè)計(jì)實(shí)踐參考價(jià)值。
1左、右內(nèi)飾板塑件結(jié)構(gòu)
圖1a為某新款汽車左、右前門上的開門拉鉤的支撐內(nèi)飾板的形狀圖。塑件材料采用PP(寧波大川DCPM1017)，該塑料添加20%的玻璃纖維。塑件分為左、右兩件，在車門內(nèi)壁上安裝，分別用于左右車門開門拉鉤座的安裝支撐。兩塑件的正面形狀基本相似，但內(nèi)表面上分布特征稍有不同。左、右塑件內(nèi)表面上所分布的脫模困難特征如圖1b所示。在左飾板內(nèi)壁上，分布有H1～H8共8個(gè)倒扣特征，且倒扣的形式不盡相同，外壁上，前端位置有1個(gè)圓柱型側(cè)孔H0特征，H0特征向內(nèi)壁延伸后，形成倒扣特征H1;Z1、Z2為內(nèi)壁上的兩個(gè)螺絲柱。同樣，右飾板的內(nèi)壁上分布有K1～K8共8個(gè)倒扣特征，其外壁的前端有一個(gè)K0孔，該孔向內(nèi)延伸后形成倒扣特征K1。Z3、Z4為內(nèi)壁上的兩個(gè)螺絲柱。左右兩塑件的澆注分別在G1、G2兩個(gè)位置開設(shè)扇形側(cè)澆口進(jìn)行澆注。
2脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1機(jī)構(gòu)布置
左、右內(nèi)飾板在模具中的布局如圖2所示，針對(duì)塑件內(nèi)、外壁難脫模的結(jié)構(gòu)特征分別設(shè)置脫模機(jī)構(gòu)實(shí)施脫模。針對(duì)左飾板塑件，其外壁的側(cè)孔H0特征采用斜導(dǎo)柱滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)M1實(shí)施側(cè)抽芯脫模，H1～H8特征采用X1～X8共8個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)進(jìn)行頂出式側(cè)抽芯脫模。針對(duì)右飾板，K0孔特征采用滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)M2實(shí)施側(cè)抽芯脫模，K1～K8特征采用Y1～Y8共8個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施頂出式側(cè)抽芯脫模。兩個(gè)塑件的斜頂機(jī)構(gòu)中，斜頂X4、斜頂Y4機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相似，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2b所示，采用一種斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu);斜頂X1～X3、斜頂X5～X8、斜頂Y1～Y3、斜頂Y5～Y8機(jī)構(gòu)相似，都采用動(dòng)座圓桿斜頂機(jī)構(gòu)，只是斜頂桿的頂出方向不同。
2.2斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu)
斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu)X4、Y4的作用是針對(duì)塑件內(nèi)壁倒扣需要大角度、長(zhǎng)距離側(cè)抽芯時(shí)設(shè)計(jì)的，如圖3所示，機(jī)構(gòu)斜頂桿6的底端安裝于支撐塊11上，支撐塊11兩側(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)銷14安裝有兩個(gè)導(dǎo)向塊12、13，導(dǎo)向塊12、13可在斜頂座10所開設(shè)的滑動(dòng)槽內(nèi)沿Kh向滑動(dòng)，同時(shí)，斜頂桿6和支撐塊11組合在一起后可繞轉(zhuǎn)動(dòng)銷14按T1方向轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐塊11內(nèi)開設(shè)有一個(gè)斜向?qū)е?，該斜向?qū)е着c斜導(dǎo)向柱8滑動(dòng)配合。斜導(dǎo)向柱8上端通過(guò)導(dǎo)向耐磨板7固定在模具的動(dòng)模板下端面上，下端通過(guò)固定座16和壓板17用4個(gè)無(wú)頭螺絲緊固固定在模具底板上。機(jī)構(gòu)的工作原理為:當(dāng)注塑機(jī)按Km反向打開時(shí)，注塑機(jī)頂出板推動(dòng)斜頂座10按Km方向頂出，支撐塊11在斜導(dǎo)向柱8的驅(qū)動(dòng)下，沿著Kh方向在斜頂座10的槽內(nèi)滑動(dòng)，導(dǎo)向塊12、13與支撐塊11之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)(T1方向)，斜頂桿6被支撐塊11推動(dòng)按S向頂出，從而實(shí)現(xiàn)其水平分向S1向的側(cè)抽芯脫模。
2.3滑動(dòng)座圓桿斜頂機(jī)構(gòu)
滑動(dòng)座圓桿斜頂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。機(jī)構(gòu)的底座安裝于模具頂出板上，其上通過(guò)23、24、25、22、21安裝第二斜頂桿20，左活動(dòng)滑塊24、右活動(dòng)塊25在斜頂座26的滑動(dòng)槽為斜向槽，用于增大斜頂桿20的斜向頂出角度，同樣，第二斜頂桿20和導(dǎo)滑塊22通過(guò)螺釘21鎖緊組合在一起后，與滑塊23、24之間可以繞轉(zhuǎn)動(dòng)銷23的中心做T2向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)中，斜頂頭1、斜頂頭18采用獨(dú)立滑塊頭形式，便于加工和安裝。
2.4斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)
滑塊機(jī)構(gòu)M1、M2的結(jié)構(gòu)及安裝形式相同，M1的結(jié)構(gòu)組成如圖5所示，機(jī)構(gòu)斜導(dǎo)柱27驅(qū)動(dòng)滑塊體32按S4方向抽芯抽出，實(shí)現(xiàn)側(cè)孔型芯34與塑件的分離。
2. 5 模內(nèi)澆口熱切除機(jī)構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)流道廢料與塑件的自動(dòng)分離，模具中設(shè)置模內(nèi)澆口熱切除機(jī)構(gòu)M3、M4，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式相同，以M3機(jī)構(gòu)為例，該機(jī)構(gòu)在模具內(nèi)的安裝如圖6a所示，其結(jié)構(gòu)件組成如圖6b所示。機(jī)構(gòu)主要功能件切刀機(jī)構(gòu)安裝在模腔型芯鑲件上澆口位置處，機(jī)構(gòu)控制則安裝在動(dòng)模板38內(nèi)。機(jī)構(gòu)的工作原理為:模具閉合注塑完畢，待模腔內(nèi)的塑件冷卻到一定程度，模具打開時(shí)，注塑機(jī)外部的高壓油經(jīng)進(jìn)油管口39、高壓油管40而進(jìn)入油道板41內(nèi)，經(jīng)油道板41的管道分流控制后，進(jìn)入微型油缸42內(nèi)，微型油缸42驅(qū)動(dòng)推桿43頂出，推動(dòng)切刀座47及其上的切刀50克服刀座彈簧48的阻力將澆口51切開，實(shí)現(xiàn)流道52與塑件的分離。切除完畢，高壓油經(jīng)出口油管44排出，切刀座47及推桿43被刀座彈簧48推回復(fù)位，等待下一次切除動(dòng)作。
3模具結(jié)構(gòu)及實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證
3.1模具3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具3D結(jié)構(gòu)如圖7所示，模具采用兩板式熱流道結(jié)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)共用的熱流道嘴對(duì)兩個(gè)模腔進(jìn)行熔融塑料輸送。模腔的成型件采用型腔鑲件78、型芯鑲件76組成，鑒于該兩成型件尺寸較大，難以控制其精度的需要，該兩鑲件安裝時(shí)采用錐度塊58靠單邊進(jìn)行鎖緊安裝，以保證模具閉合時(shí)兩者的閉合位置精度。塑件采用頂出板上安裝斜頂機(jī)構(gòu)、頂針、推管等機(jī)構(gòu)頂出件進(jìn)行頂出，因?yàn)轫敵霭迳习惭b有16個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)，36根頂針，4個(gè)推管，頂出元件較多，頂出板67、板68的頂出復(fù)位位置必須準(zhǔn)確可靠，板67、板68的邊角上安裝有行程開關(guān)73，以準(zhǔn)確控制此兩板的復(fù)位。
3.2模具加工實(shí)物驗(yàn)證
模具零部件經(jīng)加工完成裝配后，組裝后的定模如圖8a所示，動(dòng)模如圖8b所示。成型件加工完成時(shí)，定模模腔內(nèi)壁的表面粗糙度須拋光至Ｒa=0.4μm，動(dòng)模型芯面的經(jīng)數(shù)控銑削加工后表面粗糙度Ｒa=0.8μm。
3.3試模塑件實(shí)物驗(yàn)證
模具經(jīng)裝配、調(diào)試后裝于注塑機(jī)上進(jìn)行試模，試模第三次時(shí)，左產(chǎn)品上角存在充填不足問(wèn)題。經(jīng)模流分析驗(yàn)證后，此處充填壓力不足，改善方式有增強(qiáng)排氣及擴(kuò)大澆口兩種辦法，模腔內(nèi)注塑PP料時(shí)，排氣需要增強(qiáng)，故在型腔鑲件78上，模腔分型面上等距開設(shè)了6條散射狀排氣槽，其深度為0.02mm，寬度為6mm，對(duì)應(yīng)的引氣槽深度0.5mm，并在上端大孔中心位置增設(shè)了排氣孔。經(jīng)后續(xù)多次試模后，充填不足問(wèn)題得到解決，塑料成型質(zhì)量良好，如圖9所示。
4 結(jié)論
1) 針對(duì)脫模困難的問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)了一種斜導(dǎo)柱增強(qiáng)復(fù)合斜頂機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)針對(duì)塑件內(nèi)壁倒扣需要大角度、長(zhǎng)距離側(cè)抽芯而設(shè)計(jì)，解決普通單斜頂桿大角度、長(zhǎng)側(cè)抽芯距離頂出時(shí)強(qiáng)度和剛度不足，容易折彎、卡死的問(wèn)題。2) 針對(duì)澆口自動(dòng)化剪切問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種模內(nèi)澆口熱切除機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)通過(guò)從外部引入高壓，推動(dòng)微型油缸驅(qū)動(dòng)切刀完成澆口在模具上的自
動(dòng)切除，極大地提高了模具的生產(chǎn)效率，節(jié)省了塑件的單件生產(chǎn)成本。
生產(chǎn)實(shí)踐證明: 基于該模具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為塑件的成型降低了潛在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，獲得了良好的注塑效果，能為同類塑件的注塑模設(shè)計(jì)提供良好的參考價(jià)值。
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