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塑料模具 |
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汽车门板注塑工艺分析及其注射模设计 |
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作者：宁波双林模具有限公司 李国平 |
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随着汽车制造技术水平的不断进步，人们对降低汽车能耗提出了越来越高的要求，这为塑料制件在汽车行业的推广应用提供了广阔的发展空间。近些年来，塑料制件在汽车生产中的应用比例越来越大。目前汽车的内外饰件已基本实现塑料化，为汽车减轻重量、节约成本和降低油耗发挥着重要作用。
塑料制件需要普及，并提高技术质量，模具作为工业母体必然要先行。以下以某车型汽车门板为例，阐述其制造工艺及相关注射模具设计要点。
通常汽车拥有前、后两车门，按照门板包皮套分类可分为包皮套和不包皮套，按照门板外形特征，可分为喇叭网和无喇叭网门板。其中包皮套门板的产品表面质量要求较低，而不包皮套门板的外观件质量要求很高，如产品表面不允许有熔接线、不允许顶白、强度要求高而且无毛刺等。
门板工艺性分析
门板作为汽车的内饰件产品，根据车型的不同，尺寸大小有所不同。图1所示为某车型汽车左前门装饰板，产品最大尺寸为835mm×520mm×90mm，形状比较复杂，表面有皮纹，其中产品螺丝柱共21处，围绕产品周边一圈分布有7处倒扣，内部所有加强筋模具尺寸为小端0.8mm、大端1.1mm。为防止产品飞边，喇叭网孔全部做在定模上，角度为8°。
图1 产品动模侧平面
根据以上工艺性要求，本产品实际生产中材料选用PP-T20，缩水率为1.2%，平均壁厚2.5mm，采用1600t注塑机注射成形。
模流分析
根据以上的产品结构及工艺性要求分析，模具设计为一模一穴式结构。接下来我们采用MOLDFLOW对其注塑工艺性进行仿真分析，根据产品形状和注塑工艺，模具采用3点大水口设计，并配备搭接式侧浇口，流道尺寸直径为14mm，用调结阀控制进浇速度。浇口详细位置如图2所示。
图2 热流道浇口位置
在冷却系统方面，冷却水路（图3）采用直通和水塔式设计，水路直径设置为14mm、水塔为30mm，热嘴附近分布水路，以增强模具冷却效果并调节模具温度，因此极大地缩短了冷却时间和生产周期，提高了生产效率。
图3 冷却水路
通过软件模拟分析，我们得到了如下结果：
1．从最终得到的产品熔结线分布图上（图4），可以看出结线结合处温度较高，结线较明显，因此必须加强排气能力，并对温度加以控制。
图4 熔结线分布
2．由于注塑制品冷却凝固过程中的不均匀，导致制品收缩不一致（图5），需要移动、修正水道，控制冷却。
图5 收缩情况
综上所述，得出如下结论：
1．产品波前出现较低温度，但仍在温度允许范围之内，不影响制品品质。
2．制品结合线不明显，但需注意充填末端的排气。
3．制品凝固不均匀，引起收缩不一致，建议冷却均匀。
模具设计特点及模具结构
1．模具设计理念和特点
（1）模架大小合理设置，动定模为整体，材料为P20，以减少材料节约成本。
（2）充分考虑冷却，水路尽可能多地布置，且直径要大。
（3）顶出安全、合理，导向杆辅助斜顶顶出。
（4）分型面设置合理，方便加工和配模，R角分型面加工成顺断差。
2．模具结构设计
（1）模具基本外观构造如图6所示，模具基本外观构造包括：热流道保护导柱、定位圈、锁模块、撬模坑、模脚、吊环螺丝及水路等。
图6 模具基本外观构造
模具基本要求如下：
1）热流道导柱比热嘴高出20mm以上，在安装时起保护作用。
2）每两块板间撬模坑尺寸设置为45mm×45mm，深8mm。
3）模具地侧设置模脚。
4）A、B板各4点起吊，吊环位置尽量设置在模具两侧。
（2）模具定位系统（四配克结构）如图7所示。围绕模架外沿一圈有10°锥度配合，起整体模具定位和防涨模作用。此外，需根据实际需要加上耐磨板。四配克长度尺寸为85～90mm，高度为50mm，且底部在R5mm以上，顶部棱角C6，由模架公司精加工到位。
图7 模具定位系统
（3）模架导柱和流道调节阀设置如图8所示。
1）因为模板太厚，因此导柱G、P用螺丝固定，配合长度为1.5倍直径以上。
2）流道调节阀用来控制进浇流速和封闭流道的机构，达到产品填充均匀、控制熔结线等目的，试模时在机台上用内六角扳手旋动，简单方便使用。
图8 导柱、调节阀
3）动、定模都要设有调节阀。
（4）喇叭网镶件、压力板和顶针设置。
1）动模喇叭网处用镶件对策，起到深筋、定模喇叭网排气作用，用雕刻加工成形网筋条，内部通水循环减少产品变形的系数。
2）A、B板间设置10块均匀分布的压力板，材料使用40Cr并热处理。
3）模具地侧设置模脚。
4）螺丝柱用司筒顶出，司筒和顶针直径常设置成6mm、8mm、10mm等偶数尺寸，便于深孔钻选择对应刀具进行加工。
（5）斜顶顶出。
1）斜顶杆的角度不应超过15°，原则上大于12°，且全部加导向杆，起加强辅助作用。导向杆、斜顶杆直径常设置成16mm以上，否则极易折断。
2）斜顶角度大于斜顶杆角度2°～3°。斜顶复位时，起保护斜顶作用，同时弥补加工角度误差。
3）斜顶材料常用NAK80或者2738，原则上不能和模仁同材料。
4）设置导向杆时需要校对斜顶顶出状态，斜顶座不能与导向杆干涉，保证距离为5mm以上为宜。
（6）支撑柱、行程开关和强制复位孔。
1）支撑柱尽量在模具中心附近，数量尽可能多、直径做大。
2）行程开关共2个，对角设置。
3）强制复位孔设置数量4个，与机台顶出孔吻合。
模具工作过程
模具开启时，动、定模分型，浇注系统凝料由拉料杆拉住，与塑件一起随动模移动，开模一段距离后，动模停止运动，推出机构在注塑机强制复位作用力下向前移动，由斜顶、推杆、司筒推出塑件，合模时推出机构在强制复位作用下复位。
模具设计、制造中的重点和难点
1．门板制作周期比较短，但模架采购时间较长，这给设计定购带来压力，必须具有丰富的经验累积，将采购工作提前。
2．此类模具斜顶多，模具顶出、复位不平衡，且产品容量和斜顶相对移动，因此有必要增加2根回程杆，同时增加顶针板螺丝以防止产品变形，产品侧还应采取增加挡块、加强斜顶磨配等措施进行完善。
3．熔结线的消除。模具试作后，发现熔结线明显，通过改善浇口位置、加强排气等措施予以解决。
4．由于喇叭网动定模合模之后才能放电，放电加工时间长，因此要注意喇叭网装配和加工之间的关系。
5．模板斜顶孔加工偏差较大，必须改善加工工艺，以保证装配同心度。
结语
现在汽车工业发展无论是在技术水平还是产品质量方面都提出了越来越高的要求，这也给模具工业带来了很大的挑战。我们通过在汽车门板模具制造方面不断累积经验，已经形成了设计、加工、装配及模架厂协调之间稳定的作业模式，在模具制造周期上得以保证，处理模具问题更加具有针对性和专业化，这些对于日后类似模具的生产具有一定的参考性和指导性。(end)
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(4/17/2009) |
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