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汽车灯罩壳体注射模设计

时间:2020-12-21   来源:《模具工业》   作者:闫竹辉,刘斌   浏览次数:208

闫竹辉,刘斌

(华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室)

摘要:介绍了汽车灯罩壳体的结构特点,设计了普通流道与热流道相结合的潜伏浇口注射模,采用多个侧抽芯机构解决了塑件多处细节特征的脱模难题,实现了塑件的自动化生产;并对模具的浇注系统、冷却系统、脱模系统的设计要点进行了分析。经生产验证,模具结构设计合理,成型的塑件质量符合使用要求,为同类塑件的模具设计提供了参考。

关键词:汽车灯罩;注射模;自动化;侧抽芯;模具结构

 

0 引言

塑料因其比强度大、加工性能好的特点可用于成型结构多样化的功能构件,已广泛应用于汽车行业,使汽车上的功能构件能实现众多应用特征的集成设计[1]。汽车灯罩壳体因需安装车灯及透明灯罩,表面多为曲面,结构复杂,设有较多装配特征,且由于其工作环境的需要,对产品耐温性能提出了更高的要求,是典型的以塑代钢的应用。现结合某汽车灯罩的模具设计过程及结果,并给出案例参考,以供同类塑件的模具结构设计借鉴。

1 塑件结构特点

图1所示为某汽车灯罩结构,材料选用改性聚丙烯(PP-T20),牌号为Isofil K 20 T YLO232,收缩率为1.01%,因其良好的耐高温性能,能满足实际工况要求。

汽车灯罩外形尺寸为374mm×224mm×472mm,由UG10.0测得塑件体积为497.6cm3,塑件的平均壁厚1.66mm,最大壁厚6.31mm,塑件要求不能存在气泡、熔接痕和银纹等缺陷。此外,由于其装配功能的需要,汽车灯罩主体外围部分存在多处接插薄壁、定位插孔特征,这些结构特征最终导致模具的侧抽芯数量多,增加了模具整体结构的设计难度。图1中M1、M2表示接插薄壁;M3表示定位插孔;M4~M7表示定位插槽。

2 注射模结构设计

2.1 浇注系统与冷却系统及推出系统设计

汽车灯罩外形尺寸较大,由于主体外围部分存在多处接插薄壁、定位插孔特征,四周需设有多个侧抽芯机构,最终型腔布局采取1模1腔的结构[2],浇注方式采用热流道+普通流道,潜伏浇口进料,塑件和浇口凝料无需人工分离。根据计算及设计经验,确定浇注系统主要尺寸为:主流道长369mm,主流道锥度为2°,小端直径ϕ5mm;分流道设计成圆形,半径5mm,浇口直径ϕ2mm,最终浇注系统设计如图2(a)所示。

将塑件导入MoldFlow软件中,对汽车灯罩进行充填模拟,结果分析如图2(b)所示,塑料熔体充满型腔的时间为2.4s,充填效果良好,未出现充填不足的情况。

合理的温控系统可以实现塑件的快速脱模,进一步提高汽车灯罩壳体的定型质量和生产效率[3-5]。注射模冷却系统的设计过程中,主要以冷却水管、冷却水井及传热棒3种结构为主,冷却水管是在模具中采用钻削加工圆孔,向圆孔内通入冷却水等介质将热量带走。

模具冷却水管排布如图2(c)所示,动模侧设有8条水路,定模侧设有6条水路。模具冷却水孔直径为ϕ11.5mm和ϕ18mm两种规格,模具型芯、型腔板与各模板接触面加装密封圈进行密封,防止漏水。该冷却系统的排布设计保证了塑件的均匀冷却,提高了成型塑件的成型质量和生产效率。

脱模系统的设计需考虑推出平稳、塑件美观、安全可靠等原则。因圆推杆具有易加工、运动阻力小等优点,应用最广,其直径尺寸需根据塑件不同位置进行选用[6]。由于汽车车灯壳体体积大,需要较大的脱模力,在设计上应保证推杆的推力点设在塑件刚度和强度大的部位,并尽可能选用大直径的推杆增大作用面。该注射模推出零件的材质均选用SKD61模具钢,并进行碳氮共渗处理,增加其摩擦面的硬度和耐磨性。最终脱模系统设计如图3所示,1根ϕ12mm的推管、7根ϕ10mm的圆推杆、9根ϕ8mm的圆推杆、11根ϕ12mm的圆推杆。推出时,推管和圆推杆同时推动塑件脱离型腔,保证了塑件推出时的受力均衡。

2.2 侧抽芯机构设计

“滑块+斜导柱”侧向分型与抽芯机构,通常用在动模外侧抽芯机构和动模内侧抽芯机构中。其中,动模外侧抽芯机构最常用,具有动作可靠、结构紧凑、制造方便等特点,适合抽芯距较小、抽拔力不大的场合[7]

该模具选取塑件断面轮廓最大的面作为分型面[8-10],基于以上分型设计原则,将塑件主分型面设定后,进一步考虑侧滑块抽芯机构设在定模侧会使模具结构更复杂以及灯罩外边需装配有一个灯罩,粗糙度要求高的面设在动模侧可以满足质量要求,最终将侧滑块设置在动模侧,斜导柱设置在定模侧。针对其主体外围存在的特征,共设有5处斜导柱侧滑块侧抽芯机构,如图4所示。当型腔打开时,固定在定模侧的斜导柱驱动滑座沿7字形压条方向运动完成局部特征的脱模。其中,N1成型M4定位插槽,N2成型M3定位插孔,N3成型M7定位插槽,N4成型M1接插薄壁和M6定位插槽,N5成型M2接插薄壁和M5定位插槽。

3 模具结构及工作过程

3.1 模具三维结构

通过上述设计与分析,利用UG10.0设计软件完成模具的三维结构如图5所示。

3.2 模具工作过程

模架选用二板模架,模架尺寸为1060mm×800mm×960mm。模具二维结构如图6所示。模具的基本工作过程:注射时,高温熔体经由热流道系统进入普通流道系统,随后经由3个潜伏浇口同时进入型腔,成型的汽车灯罩壳体经保压冷却后开模。依靠注塑机的开模力,设置在定模侧的斜导柱分别驱动滑座27、28、31、33、34沿各配合的7字形压条方向运动,完成局部特征的脱模,各滑座限位装置由限位挡块和弹簧共同保证。

由于动模侧设有多个抽芯机构及定模型腔壁的抛光保证了塑件因包紧力的作用能停留在动模侧。随后,动模侧继续做开模运动,注塑机顶杆推动推杆固定板驱动推杆、推管同时运动,将塑件和浇口凝料共同推出动模型腔,推出距离为100mm。之后模具闭合,推出机构由复位杆及复位弹簧实现复位,由斜导柱驱动滑座完成侧抽芯机构的复位。合模完成后,准备下一次注射成型。

4 结束语

汽车车灯壳体表面多为曲面,主体外围较多的装配特征不利于脱模,最终模具采用1模1腔布局设置,浇注系统选用热流道转普通流道+潜伏浇口的进料方式成型塑件。为保证塑件顺利脱模,针对汽车车灯壳体的局部特征,模具共设有5处斜导柱侧滑块抽芯机构。采用1根推管与27根圆推杆保证塑件推出时的受力平衡。经实际试模验证,模具运行过程平稳,成型塑件的质量满足了客户要求,可为汽车上结构类塑件的注射模设计提供参考。

参考文献(略)

 
 
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