汽車(chē)前保險(xiǎn)杠是汽車(chē)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(chē)發(fā)生碰撞事故時(shí)能起到緩沖作用，保護(hù)車(chē)體，還要追求和車(chē)體造型和諧與統(tǒng)一，并實(shí)現(xiàn)本身的輕量化。為了達(dá)到這種目的，目前轎車(chē)的前保險(xiǎn)杠主體都采用了塑料，俗稱(chēng)塑料保險(xiǎn)杠由注塑模具注射成型。

一、塑件結(jié)構(gòu)分析

汽車(chē)前保險(xiǎn)杠形狀類(lèi)似于馬鞍形，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(xiǎn)杠的主要材料，EPDM中文名三元乙丙橡膠，它能夠提高保險(xiǎn)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(xiǎn)杠外罩的剛度性。

塑件的特點(diǎn)是：

• （1）形狀復(fù)雜，尺寸大，壁厚相對(duì)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(dòng)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(chē)前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)圖

二、模具結(jié)構(gòu)分析

前保險(xiǎn)杠主體注塑模具采用內(nèi)分型面，通過(guò)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(jiàn)圖2。

圖2 前保險(xiǎn)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(jí)熱射嘴；6.氣閥；7.閥針；8.二級(jí)熱射嘴；9.動(dòng)模固定板；10.方鐵；11.推桿固定板；12.推桿底板；13.支撐柱；14.動(dòng)模方導(dǎo)柱；15.推桿；16.動(dòng)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(xiāo)；22、28.斜頂；23、34.導(dǎo)軌；24、27.動(dòng)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(jì)

本模具的3D圖見(jiàn)圖3，模具設(shè)計(jì)時(shí)采用了先進(jìn)的內(nèi)分型面技術(shù)，詳見(jiàn)圖4。其優(yōu)點(diǎn)是分型夾線隱藏在保險(xiǎn)杠的非外觀面上，在汽車(chē)上裝配后看不到，不會(huì)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(xiǎn)杠復(fù)雜，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也較高，模具成本與模具價(jià)格也會(huì)高于外分型保險(xiǎn)杠很多，但因外觀美觀，在中高檔汽車(chē)中被廣泛應(yīng)用，見(jiàn)圖3。

圖3  前保險(xiǎn)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(jì)了排氣槽與避空槽，插穿角度為大于8 °，這樣可以增長(zhǎng)模具的使用壽命，不易產(chǎn)生飛邊。

前保險(xiǎn)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(diǎn)順序閥熱流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)

2、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模具澆注系統(tǒng)采用整體式熱流道系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)包括裝拆方便，加工精度要求不高，沒(méi)有了漏膠的風(fēng)險(xiǎn)，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(xiǎn)杠為外觀件，表面不允許有熔接痕，注射成型時(shí)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(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本模具采用了8點(diǎn)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(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它通過(guò)汽缸的驅(qū)動(dòng)來(lái)控制八個(gè)熱射嘴的開(kāi)啟和關(guān)閉，由此達(dá)到了塑件表面無(wú)熔接痕的理想效果。前保險(xiǎn)杠注塑模熱流道澆口位置見(jiàn)圖5。

圖5 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)進(jìn)膠模流分析

SVG技術(shù)是近年來(lái)為適應(yīng)汽車(chē)行業(yè)對(duì)大型平板塑料件以及電子工業(yè)對(duì)微型薄壁件的需求而開(kāi)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(diǎn)：

• ①熔體流動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率。

圖6是汽車(chē)前保險(xiǎn)杠采用熱流道順序閥澆口進(jìn)膠的模擬數(shù)據(jù)圖。通過(guò)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(dòng)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(chē)前保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)進(jìn)膠模流分析

3、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于前保險(xiǎn)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(dòng)模側(cè)斜頂下方，為了避免操作過(guò)程中可能出現(xiàn)損壞模具的風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)模時(shí)抽芯步驟必須得到嚴(yán)格控制，詳見(jiàn)模具工作過(guò)程。本模具采用直頂下設(shè)計(jì)斜頂，斜頂內(nèi)又設(shè)計(jì)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(jì)3°～5°斜度。內(nèi)分型保險(xiǎn)杠注塑模兩側(cè)大斜頂和大直頂要設(shè)計(jì)冷卻水道。內(nèi)分型保險(xiǎn)杠定模側(cè)孔要設(shè)計(jì)定模彈針結(jié)構(gòu)抽芯，見(jiàn)圖2中E處放大圖。這里要說(shuō)明的是：內(nèi)分型保險(xiǎn)杠注塑模與與一般的注塑模不一樣，開(kāi)模時(shí)塑件不是留在動(dòng)模再頂出，而是在開(kāi)模過(guò)程中依靠拉鉤同步頂出，定模的側(cè)抽芯43在開(kāi)模過(guò)程中彈出，塑件會(huì)跟著定模走一段距離，見(jiàn)“模具工作過(guò)程”。

4、溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前保險(xiǎn)杠主體注塑模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)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(jiàn)圖2。

本模具的冷卻水道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

• ①動(dòng)模結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，熱量又較為集中，要重點(diǎn)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(zhǎng)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(jì)

本模具屬于大型薄壁注塑模，導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)模側(cè)采用了4支方導(dǎo)柱80×60×700（mm），動(dòng)、定模之間采用了4支方導(dǎo)柱180×80×580（mm）。位置詳見(jiàn)圖2和圖3。

在分型面定位方面，本模具在兩端采用了2個(gè)錐面定位結(jié)構(gòu)（又稱(chēng)內(nèi)模管位），錐面傾斜角度為5°。

6、脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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?yàn)榻佑|面積小，難回位，易導(dǎo)致頂針與定模型腔面相碰，所以?xún)?nèi)分型保險(xiǎn)杠盡量設(shè)計(jì)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(gè)液壓油缸作為動(dòng)力來(lái)源。油缸位置見(jiàn)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(dòng)模型芯表面不平整，所有頂針和司筒的固定端都設(shè)計(jì)了止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

圖7  油缸位置

三、模具工作過(guò)程

由于此保險(xiǎn)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(dòng)模側(cè)斜頂下方，為了避免操作過(guò)程中可能出現(xiàn)損壞模具的風(fēng)險(xiǎn)，模具的工作過(guò)程要求很?chē)?yán)，下面從合模開(kāi)始談?wù)勂洳襟E和注意事項(xiàng)。

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(guò)壓緊復(fù)位桿來(lái)完成合模動(dòng)作。見(jiàn)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(gè)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(jiàn)圖9。

圖9

③開(kāi)模前需對(duì)頂出油缸進(jìn)行預(yù)先施加壓力，以保證整個(gè)頂出系統(tǒng)和A板能同步打開(kāi)。開(kāi)模時(shí)，A板和頂針板首先同步打開(kāi)60mm，以保證塑件和橫向小斜頂全部脫離A板的倒扣面。見(jiàn)圖10。

圖10

④定模A板繼續(xù)開(kāi)模，動(dòng)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(jiàn)圖11。

圖11

⑤定模打開(kāi)到所需的空間后，動(dòng)模內(nèi)頂針板繼續(xù)推出至164mm，此時(shí)的橫向小斜頂導(dǎo)桿到達(dá)導(dǎo)軌的變換角度的拐點(diǎn)處，塑件倒扣面脫離模具。如果此時(shí)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(jiàn)圖12。

圖12

⑥如果產(chǎn)品略粘小斜頂，推出到164mm即完成頂出，取下產(chǎn)品，直接循環(huán)到第①步驟，以防止產(chǎn)品被橫向小斜頂拉回，導(dǎo)致無(wú)法取下產(chǎn)品，見(jiàn)圖13。

圖13

⑦如果塑件不粘橫向小斜頂，則頂針板繼續(xù)推出至210mm，完成脫模后取下塑件，循環(huán)到第①步驟，見(jiàn)圖14。

圖14

四、結(jié)果與討論

• 1、本模具采用了內(nèi)分型技術(shù)，保證了塑件的外觀美觀。
• 2、模具采用了“復(fù)合斜頂”的二次抽芯結(jié)構(gòu)，解決了塑件復(fù)雜部位側(cè)向抽芯的問(wèn)題。
• 3、模具采用八點(diǎn)針閥式順序閥熱流道澆注系統(tǒng)，解決了大型薄壁塑件的熔體填充問(wèn)題。
• 4、模具采用了液壓作為脫模系統(tǒng)動(dòng)力，解決了塑件脫模力大、推件復(fù)位難的問(wèn)題。

實(shí)踐證明，該模具結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，尺寸準(zhǔn)確，是汽車(chē)模具中經(jīng)典之作。模具自放產(chǎn)以來(lái)，側(cè)向抽芯動(dòng)作協(xié)調(diào)可靠，塑件質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到了客戶(hù)要求。

化學(xué)工業(yè)出版社 /《汽車(chē)注塑模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)與實(shí)例》

作者：張維合  鄧成林