汽車前保險杠大型薄壁注塑模具設(shè)計

汽車前保險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，目前轎車的前保險杠主體都采用了塑料，俗稱塑料保險杠由注塑模具注射成型。

一、塑件結(jié)構(gòu)分析

汽車前保險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，是保險杠的主要材料，EPDM中文名三元乙丙橡膠，它能夠提高保險杠外罩的彈性，而T20是指材料中加上20％的滑石粉，它可以提高保險杠外罩的剛度性。

塑件的特點是：

（1）形狀復(fù)雜，尺寸大，壁厚相對較小，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 汽車前保險杠結(jié)構(gòu)圖

二、模具結(jié)構(gòu)分析

前保險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；5.一級熱射嘴；6.氣閥；7.閥針；8.二級熱射嘴；9.動模固定板；10.方鐵；11.推桿固定板；12.推桿底板；13.支撐柱；14.動模方導(dǎo)柱；15.推桿；16.動模板；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

本模具的3D圖見圖3，模具設(shè)計時采用了先進(jìn)的內(nèi)分型面技術(shù)，詳見圖4。其優(yōu)點是分型夾線隱藏在保險杠的非外觀面上，在汽車上裝配后看不到，不會影響外觀。但這種技術(shù)在難度與結(jié)構(gòu)上都要比外分型保險杠復(fù)雜，技術(shù)風(fēng)險也較高，模具成本與模具價格也會高于外分型保險杠很多，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)計了排氣槽與避空槽，插穿角度為大于8 °，這樣可以增長模具的使用壽命，不易產(chǎn)生飛邊。

前保險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 八點順序閥熱流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)

2、澆注系統(tǒng)設(shè)計

本模具澆注系統(tǒng)采用整體式熱流道系統(tǒng)，它的優(yōu)點包括裝拆方便，加工精度要求不高，沒有了漏膠的風(fēng)險，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。

前保險杠為外觀件，表面不允許有熔接痕，注射成型時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)計的重點和難點之一。本模具采用了8點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先進(jìn)技術(shù)，它通過汽缸的驅(qū)動來控制八個熱射嘴的開啟和關(guān)閉，由此達(dá)到了塑件表面無熔接痕的理想效果。前保險杠注塑模熱流道澆口位置見圖5。

圖5 汽車前保險杠設(shè)計進(jìn)膠模流分析

SVG技術(shù)是近年來為適應(yīng)汽車行業(yè)對大型平板塑料件以及電子工業(yè)對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：

①熔體流動穩(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，提高了模具勞動生產(chǎn)率。

圖6是汽車前保險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 汽車前保險杠設(shè)計進(jìn)膠模流分析

3、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計

由于前保險杠采用內(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，開模時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)計斜頂，斜頂內(nèi)又設(shè)計橫向斜頂（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3°～5°斜度。內(nèi)分型保險杠注塑模兩側(cè)大斜頂和大直頂要設(shè)計冷卻水道。內(nèi)分型保險杠定模側(cè)孔要設(shè)計定模彈針結(jié)構(gòu)抽芯，見圖2中E處放大圖。這里要說明的是：內(nèi)分型保險杠注塑模與與一般的注塑模不一樣，開模時塑件不是留在動模再頂出，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

前保險杠主體注塑模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的好壞對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)計要點如下：

①動模結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，熱量又較為集中，要重點冷卻，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

本模具屬于大型薄壁注塑模，導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計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，其中動模側(cè)采用了4支方導(dǎo)柱80×60×700（mm），動、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

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。因為接觸面積小，難回位，易導(dǎo)致頂針與定模型腔面相碰，所以內(nèi)分型保險杠盡量設(shè)計直頂，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個液壓油缸作為動力來源。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。

由于動模型芯表面不平整，所有頂針和司筒的固定端都設(shè)計了止轉(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，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。

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開模前需對頂出油缸進(jìn)行預(yù)先施加壓力，以保證整個頂出系統(tǒng)和A板能同步打開。開模時，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，動模內(nèi)頂針板繼續(xù)推出至164mm，此時的橫向小斜頂導(dǎo)桿到達(dá)導(dǎo)軌的變換角度的拐點處，塑件倒扣面脫離模具。如果此時塑件有粘小斜頂?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。