基于SVG与CAE技术的汽车副仪表板倒装模具设计_傅莹龙.pdf

第 卷第 期 年 月塑料工业 成型加工与 设 备基于 与 技术的汽车副仪表板倒装模具设计傅莹龙，张留伟，叶星辉，林连明，任建平（台州科技职业学院，浙江 台州；浙江凯华模具有限公司，浙江 台州）摘要：根据汽车副仪表板塑件的形状结构与技术要求，设计了基于顺序阀技术的六点针阀式热流道（即 技术）进胶的倒装模具，结合计算机辅助工程（）分析软件 对塑件进行有限元分析。在动模处设计了一处弹块脱模机构，在定模侧设计了一处滑块叠滑块的二次侧向抽芯及分型机构，在塑件侧面的成型大滑块中设计了弹针脱模机构，保证了大滑块运动时不会黏住产品。在产品 区域的整体倒扣处分别设计了两个成型拉块机构，在大滑块向外运动时成型拉块带动产品侧面向外变形后，通过四个液压缸组成的脱模系统顶出，解决了产品倒扣与模仁干涉的问题。采用了由“直通式与隔水片式”水路组成的温度调节系统。关键词：汽车副仪表板；分析；倒装模具；弹针脱模机构中图分类号：.文献标识码：文章编号：（）：.开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；.，.，）：，（），（），“”：；在汽车内饰件系统中，副仪表板是其重要的组成部分，其生产制造与注塑模具的研发技术水平息息相关，副仪表板模具品质的好坏直接影响产品的质量。汽车副仪表板是用来放置换档机构以及杂物的一个汽车配件，俗称中央通道盖板，位于汽车前部中间位置。副仪表板作为内饰的外观塑件，其表面一般做皮纹或高光喷漆处理。副仪表板塑件结构都比较复杂，其模具结构设计难度高，如王得胜等对汽车副仪表板注塑正装模具进行相关设计与研究，张维合对大型副仪表板模具进行相关研究，边慧光等通过 对汽车副仪表板面板进行了注塑成型的 分析，隋世剑等对汽车副仪表板的注浙江省教育厅 年度高校国内访问工程师项目（），年浙江省教育厅一般科研项目（），年台州市科学技术局项目（），年浙江省公益性项目（）通信作者：傅莹龙，硕士研究生，主要研究方向为模具 。.塑 料 工 业 年 塑工艺进行了相关的研究，但很少见到对汽车副仪表的倒装模具技术与顺序阀技术相结合的进行相关研究。本文针对某款新能源汽车副仪表板的结构特征，模具采用整体倒装式，运用了热流道顺序阀技术，并通过 成型分析，验证顺序阀的合理性及产品潜在的成型缺陷问题；由于该副仪表板产品结构复杂，创新的设计了多种脱模机构，如在模具动模侧设计了小距离抽芯的弹块机构，在定模侧设计了滑块叠滑块的二次抽芯机构，在产品两侧的大滑块内部设计了延时弹针机构预防产品被滑块拉变形，并巧妙的设计了两组拉块解决因产品局部内凹特征引起脱模困难的问题，为其他类似的产品的模具结构设计提供了有价值的参考。零件材料及结构分析产品主视图产品轴测图产品 向视图产品 向视图图 产品结构图 图 为某汽车公司的汽车副仪表板的塑件结构图，其材料使用万华化学生产的牌号为，该材料的成分为聚丙烯中添加了质量分数为 的滑石粉（），部分物料参数如表 所示，具有良好的流动性，便于成型加工，滑石粉又可增强产品的刚性与耐磨性，是一种良好的汽车内饰件材料。表 的物料参数 性能熔态密度（）.固体密度（）.推荐的模具温度 推荐熔体温度 绝对最大熔体温度 顶出温度 最大剪切应力.最大剪切速率 玻璃化转变温度 汽车副仪表板的外形尺寸为 ，体积为 ，平均厚度为 ，属于大型薄壁塑件。塑件成型难点和结构特点如下：）产品尺寸大，空间形状复杂，处有 深的倒扣孔，与 区域有多处侧孔；）区域加强筋多，处产品两侧面有内凹 的到拔模形状，区域有 处深度为 的 柱孔，处为两个异性侧向通孔，侧向抽芯时零件容易变形或者开裂；）产品的两侧面及部分上表面要求做皮纹处理，不能出现熔接痕，缩印及飞边等缺陷，在外观面上更不能出现浇口，顶杆的痕迹。产品的热流道设计及 分析图 顺序阀热流道结构 第 卷第 期傅莹龙，等：基于 与 技术的汽车副仪表板倒装模具设计由于产品的上表面不能出现浇口的痕迹，塑件尺寸大需采用多浇口的 技术，所以将顶出系统跟浇注系统设计在模具的定模侧，整套模具采用倒装的结构。模具热流道采用顺序阀结构，如图 所示，其针阀式浇口的打开顺序为，顺序针阀依次打开的时间为 最先打开，其次 在.时打开，在.时打开，在.时打开，与 在.时同时打开，顺序阀热流道技术是当前注塑成型工艺的一种发展趋势，可以缩短产品的成型周期，提高塑件的外观质量。可以通过 中的“填充保压翘曲”分析类型来判断顺序阀热流道结构的合理性，其分析部分结果如图 所示，从图 中可以看出产品成型时的锁模力需要 ；气穴分布如图 所示，主要在产品侧面的加强筋及内部的卡扣特征中，在出现气穴的相应位置需要设计排气装置；从图 中可以看出产品侧面无熔接痕，熔接痕主要存在产品的非外观面，满足技术要求；从图 中可以看出产品的大部分变形主要集中在产品的头部，整体变形不大，最大变形量为.。锁模力分析气穴分析熔接线分析翘曲分析图 的分析结果 模具结构设计.成型零件的设计与分析图 动模成型零件 由于产品形状复杂尺寸大，产品的分型面高低落差大，为防止塑料注射时产生的巨大压力使模具发生侧滑的风险，在型腔侧设计了四个虎口定位的同时，在动模 板上增加了两个止口定位，保证受力平衡。如图 所示，动模整体采用镶拼式的结构，由于模具使用寿命要求在 万次左右，因此模仁材料采用性价比较高的 预硬的塑胶模具钢，硬度为塑 料 工 业 年 ，模仁的分型面上每隔 左右设有排气槽，有助于产品成型时气体的排出，在动模 板上均匀设置厚度为 承压板，承压板材料选用 淬火处理。图 定模成型零件 定模的整体结构如图 所示，主要用于成型产品的非外观面，模仁大镶块也采用 预硬塑胶模具钢，为防止动定模仁的插穿面插伤，该材料的硬度为 ，比动模仁小 左右；同时在 分析中出现大量气穴的位置中设计有排气镶块，减少困气 的 风 险，排 气 镶 块 采 用 高 端 塑 胶 模 具钢。.模具抽芯机构的设计由图 可以知道产品形状复杂，成型时需抽芯的部位较多，由于模具采用倒装模结构，开模后产品留在定模，处在动模设计了弹块侧抽机构，如图 所示，弹块 的工作角度为，弹块 通过等高螺钉 与弹簧 固定在动模仁，开模时定模拉钩 拉住跟弹块 固定的拉钩，此时弹块 在弹簧 的作用下脱离动模仁做侧向抽芯运动，当侧向运动 后，拉钩 与拉钩 分离，侧向抽芯完成，之后弹块 随着动模继续开模。产品 与 区域采用了滑块叠滑块实现二次抽芯的创新机构设计。如图 所示，由于 柱成型时对镶针 的包紧力较大，如果单独一个滑块脱模，柱很容易拉伤产品，因此在大滑块 的头部单独设计了 根镶针 与小滑块 固定在一起，另一方面也起到了排气的作用，斜导柱 的直径为，工作角度为，有效工作长度为 。当模具开模时斜导柱 抽动滑块 带动镶针 运动，完成一次抽芯，二次抽芯靠油缸 推动滑块连接块，带动大滑块 完成整体结构的抽芯。定模仁；定模拉钩；动模拉钩；动模仁；弹簧；等高螺钉；弹块。图 弹块侧抽机构 镶针；斜导柱；小滑块；大滑块；抽芯油缸；滑块连接块；行程开关。图 滑块叠滑块的机构 产品外表面两侧整体采用“大滑块双斜导柱双氮气弹簧”的机构。如图 所示，大滑块长度方向尺寸达到 ，质量较重，为保证大滑块运动过程导向平稳，在其底部设计了两个导向槽，使其沿着到滑条的方向平稳运动，导滑条的材料选用黄铜与石墨组合而成，带自润滑的功能。斜导柱的工作角度取，根据强度计算公式其直径设计为 ，有效工作长度为 。在产品 区域由于有较多的加强筋存在，在滑块滑动脱模时，这些筋位容易黏住大滑块向外移动，从而使产品拉白，变形甚至拉伤。为防止这些问题的发生，在大滑块内部创新地设计了弹针脱模机构。如图 所示，延迟挡块 与动模固定，当开模距离在 内时，大滑块一直向外抽芯，但是弹针 及基座 被延迟挡块 挡住。从而顶住产品的筋位，使大滑块与产品顺利分离。当开模第 卷第 期傅莹龙，等：基于 与 技术的汽车副仪表板倒装模具设计距离大于 时，被压缩的弹簧 推动基座，使弹针 脱离产品，直到基座 被小卡块 挡住。这种采用弹簧作为驱动力，结构可靠、简单，可以确保产品完好地脱离大滑块。图 双斜导柱抽芯机构 产品；弹针；弹簧；基座；延迟挡块；小卡块；大滑块。图 弹针脱模机构 由于产品 区域的两侧存在 的内凹陷特征，又由于没有足够的空间设计斜顶块解决该问题，如果直接顶出产品，很容易在该区域产生顶白或者拉伤等问题，因此在此处大滑块内部创新地设计了两组拉块，如图 所示，通过图 中的两个大滑块拉动拉块使产品两侧内凹特征往外移，向侧面做可控的变形并脱离模仁型芯，产品的侧面变形量为，使产品 区域完全脱出，再顶出。图 拉块示意图 .模具脱模系统的设计模具采用倒装的结构，其脱模系统不同于普通的模具，一是动力来源不是注塑机的顶棍，而是来自模具自带的如图 所示的 顶出油缸，四个 （液压缸活塞直径为 ，最大轴向行程 ）的液压缸作为动力来源。二是其真个系统不在动模，而是与热流道系统一起设计在定模。该模具采用“直顶块斜顶块推杆推管”的组合脱模系统，如图 所示，其中 的 推杆支，的推杆 支，推管 支，型号为推管外径，内径 ，长度 。图 脱模系统的设计 .冷却水路的设计汽车副仪表板形状复杂，为防止产品变形过大，必须充分保证模具型腔冷却均匀，防止塑件脱模后局部发生大变形，模具的冷却水路如图 所示，主要由“直通式与隔水片式”水路组成，模具动模模仁设计了 组循环水路，内部带隔水片的水路设计了，外部连接集水块的水路采用 。定模模仁设计了 组独立循环水路，由于内部空间位置有限，内部水路直径为.，外部采用了 。由于两个滑块与产品接触面积较大，因此都设计了两条直径为 的独立冷却回路，各个水路纵横交错布置，与其它零件无干涉现象，形成了与产品相应的“随形水路”。图 冷却水路的设计 塑 料 工 业 年 模具工作过程及总装图汽车副仪表板的模具结构如图 所示，模具为顺序阀式热流道倒装模具，两侧大滑块在定模由动模的斜导柱驱动，采用油缸机械顶出与复位，模具尺寸为 ，属于大型精密塑料模具。模具工作过程：模具安装到注塑机后，将热流道接线口 与电源线相接，并将所有的水路接口与油路接口接好，确保所有油缸的运动方向正确；塑料熔体通过注塑机料筒里螺杆的挤压流入一级热嘴，进入热流道板，一组顺序阀 通过控制油缸，依次按顺序打开阀针，熔体进入模具型腔；充满型腔后，经保压、冷却，待产品固化到足够刚性后，注塑机拉动模具的动模底板，模具从 处的分型面打开，模具运动过程中斜导柱，分别带动滑块，做抽芯运动；当开模距离达到 后，抽芯油缸 推动滑块 进行侧向抽芯。接着定模的四个顶出油缸 同时启动，通过顶针固定板 推动各个顶针，直顶块，斜顶杆，一方面做内侧抽芯，另一方面将产品推离定模；产品由机械手的吸盘取出后，油缸 带动顶出系统复位，抽芯油缸 拉动滑块 复位；最后注塑机推动动模合模，进行下一个周期的注塑。剖视图 剖视图定模排位图动模排位图底板；动模 板；动模模仁；斜导柱；小滑块；大滑块；抽芯油缸；定模 板；定模模仁；模脚；热流道；阀针；垫板；热流道板；阀针控制油缸；一级热嘴；热流道固定板；内导柱；内导套；顶针板；顶针固定板；导柱；顶针；导套；定模拉钩；动模拉钩；弹块；弹簧；等高螺钉；导柱固定块；侧滑块；拉块；斜导柱；顶出油缸；立柱；顺序阀；定位圈；延迟挡块；弹针；基座；弹簧；侧滑块挡块；导滑条；小滑块；复位杆；热流道接线口；斜导柱。图 模具装配图 结论）模具采用了六点针阀式热流道系统结构，采用顺序阀控制，降低了注塑机的注塑压力，解决了大型副仪表板塑件的填充问题，特别是产品外观面熔接痕的问题，质量都达到了设计的要求。）由于副仪表板本体产品结构错综复杂，模具整体采用了倒装的结构，顶出系统设计在了定模，虽然增加了模具的制造难度，但是可以保证产品的外观质量要求；采用了多个液压油缸为顶出系统提供动力第 卷第 期傅莹龙，等：基于 与 技术的汽车副仪表板倒装模具设计源，解决了因顶出零件质量大造成的顶出与复位困难的问题。参 考 文 献 朱超，朱留宪，费国胜 汽车轮罩倒装注塑模具及阀式浇注系统设计 塑料科技，（）：，（）：杨志红，海争平 电动汽车电池盖多面及双层滑块脱模机构注塑模设计 塑料