模具設計培訓：汽車后背門注塑模設計與模流分析

設計培訓：汽車后背門注塑模設計與模流分析

根據轎車后門護板的結構特點和技術要求，設計了一副大型薄壁熱流道注射模。通過模流分析，確定了合理的澆注系統。通過控制開口熱噴嘴的澆口前端的最大直徑，解決了模制塑料部件的收縮凹陷問題。通過在熱噴嘴周圍和熱噴嘴前端的固定模具區域設計單獨的冷卻通道，解決了熱噴嘴拉絲現象。流延和高柵極殘留被成功消除。結果表明，模具結構科學先進，成型周期控制在60 s以內，效率比同類型號的門護板提高8%左右。

　　汽車后門護板位于汽車內部的后部，是汽車內飾的重要組成部分。它集安全、舒適和美觀于一體，并且具有良好的觸感。汽車后門護板由塑料制成，并通過模具注射成型。塑料不僅能滿足其功能要求，而且重量輕，為汽車的輕量化設計提供了強有力的保證。本文針對同類型車輛車門護板成型過程中存在的問題，進行了優化設計，取得了滿意的效果。

　　1塑料零件外觀要求和結構分析
　　出了汽車后門護板的零件圖。材料是聚丙烯(PP)三元乙丙橡膠(EPDM)。聚丙烯重量輕、韌性好、耐化學性好、耐磨性好、流動性好。三元乙丙橡膠用于改善聚丙烯的阻燃性、耐候性和強度。收縮率為1.2 %[1]。塑料件的特點和技術要求如下:
(1)最大外形尺寸為1167.6毫米× 562.9毫米× 322毫米，平均壁厚為2.5毫米，屬于大型薄壁塑料件[2號】；
(2)塑料部件的外側沒有反扣，但內側有許多卡(反扣)。有14個L1 ~ L14，都是安裝結構，要求精度高。
(3)塑料件有許多加強筋，使成型和脫模更加困難；
(4)塑料件的外觀表面要求高質量，需要用皮紋裝飾。不允許有澆口痕跡，不允許有斑點、縮孔、焊接痕跡、飛邊和其他缺陷。
　　
　　2模具結構設計
　　每個模具應采用熱流道澆注系統。因為塑料件的外表不允許有澆口痕跡，所以只能從塑料件的內側進料，即脫模系統和澆注系統都設計在固定模側。這種模具稱為定模脫模或倒裝模具。模具設計壽命為30萬次，注塑機采用海天股份制集團的2000噸注塑機。該模具的最大外部尺寸為1，750毫米× 1，100毫米× 1，015毫米，總質量約為16噸，屬于大型注塑模具[3]。詳細結構如圖2所示。1-移動模具固定板2-移動模具b板3-內抽芯4-推塊5-推桿6-復位桿7-固定模具a板8-傾斜推桿9-@ k 1583887096 10-推板導柱11-推件固定板12-傾斜推桿滑塊13-導向套14-推件底板15-@ k 1583887097框架板16-固定模具固定板17-導向柱18-導向套19-推塊20
　　(A)固定模具布置圖(B)截面圖(b)B-B (c)截面圖(c)A-A (d)模制塑料部件的透視圖(縮小)
　　
　　2.1澆注系統的設計
　　汽車后門護板尺寸大，外觀表面不允許有門痕，形狀復雜，有很多筋骨，尤其是塑料件中間區域的網狀筋骨，容易因滯留空氣造成真空吸附，使熔體填充更加困難。模具使用熱流道從塑料零件內部多點進料。圖3示出了汽車后門護板的進給方案，其中三個點澆口直接從塑料部件的內側進給，兩個點澆口在塑料部件穿過的位置轉向內側澆口。通過模頭流動分析，證明該進料方案填充良好，無成型缺陷，如圖4所示。由于開式熱噴嘴有冷料手柄，為了避免冷料手柄反面(即塑料件的外觀表面)出現收縮凹陷，開式熱噴嘴前澆口的最大直徑(即冷料手柄的最大直徑)應控制在3毫米G3，分流采用10毫米×8毫米[4]的梯形截面。
　　
　　模具熱流道澆注系統由主熱噴嘴、順序電磁閥組成。熱流道板、二次熱噴嘴等。詳見圖5。熱噴嘴采用開放式結構，按G1、G2、G3、G4順序進料，由順序閥控制。熱流道框架板中的槽應設計成工藝r角，以避免劃傷電線。熱流道插座位置應滿足客戶要求。主加熱噴嘴必須比面板低至少2 mm。液壓系統和電氣系統在非操作側連接，不能超過代碼模板。
　　
　　2.2成型零件的設計
　　該模具的定模和動模采用整體結構，即將模板和鑲塊制成一體。定模A板采用模具鋼718H，調質硬度為30-35 HRC，動模采用模具鋼P20，調質硬度為30-34 HRC。固定模和活動模相對于模具插入部分的插入角度保證至少大于7度。為了保證定模和動模的精確定位，模具的板甲和板乙與四邊的管子位置互鎖。塑料零件的外表面(即表面a)嚴禁作為嵌件。如果塑料部件有一個穿孔或插入孔，可以選擇它作為移動模具中的插入件，以便于磨損后的更換。該模具動模的局部凸區可作為鑲塊，便于加工，節省材料。2.3側抽芯機構的設計
　　由于塑料件的反扣L1至l14都在塑料件的內側，所以采用“內側抽芯斜推桿”的側向抽芯結構。
　　
　　所有斜推桿底座為整體式，開模時不受剪切力影響。傾斜推桿應設計成止轉定位結構。傾斜推桿的導向段長度至少應為傾斜推桿長度的2/3。出于安全原因，所有傾斜推桿的傾角應為10()。斜推桿直徑為φ25 mm，材質為SUJ2。傾斜推桿應經過熱處理和高頻淬火。斜推桿導向塊全部材料為鈹銅，具有良好的耐磨性和導熱性[6]。
　　2.4溫度控制系統的設計
　　汽車后門護板是一種大型平板內飾，需要良好的溫度控制系統來保證塑件的外觀質量和成型周期。動模和定模均采用“直通水管升降式水井”的組合形式，其中動模設計12組水路，定模設計10組水路。模具的冷卻水道與物料流動方向相同，水道冷卻均勻。冷卻水道之間的距離為50 ~ 60毫米，冷卻水管的直徑為φ15毫米，水井的直徑為φ25毫米。模腔的冷卻面積達到模腔投影面積的60%，[7]。詳見圖2和圖7。模具的定模和動模采用內循環冷卻通道，可調節和矯正塑件的變形。此外，模具熱噴嘴的附件需要重點冷卻。水道圍繞每個熱噴嘴設計。由于充分的冷卻和均勻合理的水路設計，保證了抽芯塑件的質量，提高了模具的生產效率。注射周期成功控制在60 s左右，與同類型號的車門護板注射模相比，生產效率提高了8%左右。
　　(a)固定模具冷卻系統(b)移動模具冷卻系統

　　2.5導向定位系統的設計
　　導模系統主要由四個圓形導柱組成，布置在動模B板的四個角上，直徑為φ70 mm。定位系統主要是圍繞內模的定位錐面，錐角為5°，如圖8所示。
　　(a)移動模具(b)固定模具
　　圖8是模具的透視圖
　　圖8模具的立體圖
　　動模導柱的長度為340毫米，可以滿足動模與定模接觸前插入定模導套30毫米的要求。由于開模后成型的塑料件留在固定模側，在活動模上安裝導柱不僅有利于機械手取零件，避免塑料件上導柱的油污，而且起到支撐整個固定模的作用，便于安裝人員配合模具[8]。導柱前端的一側有5度傾斜，以確保導柱順利插入導套，并便于鎖匠打開和關閉模具。2.6脫模系統設計
　　模具采用“推桿推塊斜推桿油缸頂出”的組合脫模結構，如圖2和圖9所示。打開定模和動模后，用推桿、推塊和斜推桿將塑料件推出。由于脫模系統和澆注系統都在注塑機的固定模板側，模具的推動部分不能由注塑機的頂桿驅動，只能由規格為φ 63 mm× 180 mm的油缸驅動。如圖8所示，油缸安裝在固定模具的上下兩側。
　　
　　2.7模具排氣系統的設計
　　汽車后門護板屬于大型內飾。空腔里有很多空氣。當熔體高速進入型腔時，空氣必須及時排出。否則會影響成型質量或延長成型周期。排氣系統主要由分型面排氣槽和每個推動件與模板之間的間隙組成。分型面上的排氣是主要的排氣結構。它設置在移動模板的分型面上。空腔的周邊包括主排氣槽(0.04毫米深，10毫米寬，50個)，次排氣槽(0.5毫米深，10毫米寬，50個)和第三排氣槽(1毫米深，10毫米寬)。如圖10所示，主排氣槽之間的距離平均約為70 mm。
　　
　　3模具工作過程
　　熔體通過注射成型機的噴嘴，并通過主熱噴嘴26、熱流道板28和副熱噴嘴29進入模腔。在熔體填充模腔之后，注射成型機拉動模具的可移動模具固定板1，并且在保持壓力、冷卻和固化直到其足夠剛性之后，從分型面1打開模具。開模距離達到400毫米后，脫模油缸21推動推件固定板14，推件固定板推動32根推桿和14根斜推桿，當塑料件與固定模分離時，進行內抽芯。機械手取出塑件后，脫模油缸拉動推動件及其固定板復位，注塑機推動動模關閉模具，模具進行下一次注射成型。
 
　　結論
　　(1)在模具設計前，利用模具流動分析，預測并成功解決塑件的熔接痕、氣體滯留、填充和收縮變形等問題非常重要，避免了后期反復修改帶來的經濟損失；
　　(2)通過控制開式熱噴嘴澆口前端的最大直徑，成功解決了汽車后門護板表面收縮凹陷的問題；通過在熱噴嘴周圍和熱噴嘴前端的固定模具區域設計單獨的冷卻通道，成功地解決了熱噴嘴的拉絲、流延和澆口殘留高的問題。
　　(3)模具結構先進合理，生產后運行穩定，成型周期控制在60 s以內，生產效率比同類型號的車門護板注塑模具提高8%左右；塑料件的質量已經達到客戶的設計要求，這是筆者近年來在汽車模具設計中的又一成功范例。該模型已成功上市，為客戶創造了良好的經濟效益。