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汽車前保險杠大型薄壁注塑模具設計

汽車前保險杠是汽車最重要的外觀件之一，不但要具有足夠的強度和剛性，汽車發生碰撞事故時能起到緩沖作用，保護車體，還要追求和車體造型和諧與統一，并實現本身的輕量化。為了達到這種目的，目前轎車的前保險杠主體都采用了塑料，俗稱塑料保險杠由注塑模具注射成型。

一、塑件結構分析

汽車前保險杠形狀類似于馬鞍形，具體結構見圖1。材料為PP+EPDM-T20，收縮率取0.95%。其中的PP中文名聚丙烯，是保險杠的主要材料，EPDM中文名三元乙丙橡膠，它能夠提高保險杠外罩的彈性，而T20是指材料中加上20％的滑石粉，它可以提高保險杠外罩的剛度性。

塑件的特點是：

• （1）形狀復雜，尺寸大，壁厚相對較小，屬于大型薄壁塑件。
• （2）塑件碰穿、插穿孔多，加強筋多，注射成型熔體流動阻力大。
• （3）塑件內側有三處倒扣，每一處的側向抽芯都相當困難。

圖1 汽車前保險杠結構圖

二、模具結構分析

前保險杠主體注塑模具采用內分型面，通過熱流道，并由順序閥控制進膠。兩側倒扣采用大斜頂套橫向斜頂加直頂的結構，最大外形尺寸2500×1560×1790mm，模具結構詳見圖2。

圖2 前保險杠注塑模具結構圖

1.定模固定板；2.承板；3.熱流道板；4.定位圈；5.一級熱射嘴；6.氣閥；7.閥針；8.二級熱射嘴；9.動模固定板；10.方鐵；11.推桿固定板；12.推桿底板；13.支撐柱；14.動模方導柱；15.推桿；16.動模板；17.支撐腳；18.定模方導柱；19.定目板；20.斜推桿；21、29.轉銷；22、28.斜頂；23、34.導軌；24、27.動模鑲件；25、26.直頂；30.斜推桿；31、39.護桿；32、33、40、41.導向柱；35、36、37.推桿；38.定位塊；42.耐磨塊；43.側抽芯；44.彈簧；45.限位塊

1、成型零件設計

本模具的3D圖見圖3，模具設計時采用了先進的內分型面技術，詳見圖4。其優點是分型夾線隱藏在保險杠的非外觀面上，在汽車上裝配后看不到，不會影響外觀。但這種技術在難度與結構上都要比外分型保險杠復雜，技術風險也較高，模具成本與模具價格也會高于外分型保險杠很多，但因外觀美觀，在中高檔汽車中被廣泛應用，見圖3。

圖3  前保險杠注塑模具立體圖

另外，本塑件有大量通孔，有的面積還較大，碰穿處設計了排氣槽與避空槽，插穿角度為大于8 °，這樣可以增長模具的使用壽命，不易產生飛邊。

前保險杠注塑模具成型零件和模板做成一體，模板材料采用預硬注塑模具鋼P20或718都可以。

圖4 八點順序閥熱流道系統和冷卻系統

2、澆注系統設計

本模具澆注系統采用整體式熱流道系統，它的優點包括裝拆方便，加工精度要求不高，沒有了漏膠的風險，裝配精度可靠，并且后續不需要重復拆裝以及維護和修理成本低。

前保險杠為外觀件，表面不允許有熔接痕，注射成型時必須把熔接痕趕到非外觀面或消除熔接痕，這是本模具設計的重點和難點之一。本模具采用了8點順序閥熱流道澆口控制技術，即SVG技術，這是本模具采用的另一項先進技術，它通過汽缸的驅動來控制八個熱射嘴的開啟和關閉，由此達到了塑件表面無熔接痕的理想效果。前保險杠注塑模熱流道澆口位置見圖5。

圖5 汽車前保險杠設計進膠模流分析

SVG技術是近年來為適應汽車行業對大型平板塑料件以及電子工業對微型薄壁件的需求而開發的一種熱流道成型新技術。與傳統的熱流道澆口技術相比，它有以下優點：

• ①熔體流動穩定，保壓壓力更加均勻一致，補縮效果顯著，塑件各處收縮率一致，提高了尺寸精度；
• ②可以消除熔接痕，或將熔接痕形成在非外觀面；
• ③降低了鎖模壓力和塑件的殘余應力；
• ④減少了成型周期，提高了模具勞動生產率。

圖6是汽車前保險杠采用熱流道順序閥澆口進膠的模擬數據圖。通過模流分析可以看出，在正常的注射壓力、鎖模力和模具溫度下，熔體流動穩定，塑件質量好，因此模具的使用壽命和產品合格率都能得到充分的保障。

圖6 汽車前保險杠設計進膠模流分析

3、側向抽芯機構設計

由于前保險杠采用內分型的分型面，定模A板的倒扣處的分型線位于動模側斜頂下方，為了避免操作過程中可能出現損壞模具的風險，開模時抽芯步驟必須得到嚴格控制，詳見模具工作過程。本模具采用直頂下設計斜頂，斜頂內又設計橫向斜頂（即復合斜頂）的復雜結構。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計3°～5°斜度。內分型保險杠注塑模兩側大斜頂和大直頂要設計冷卻水道。內分型保險杠定模側孔要設計定模彈針結構抽芯，見圖2中E處放大圖。這里要說明的是：內分型保險杠注塑模與與一般的注塑模不一樣，開模時塑件不是留在動模再頂出，而是在開模過程中依靠拉鉤同步頂出，定模的側抽芯43在開模過程中彈出，塑件會跟著定模走一段距離，見“模具工作過程”。

4、溫度控制系統設計

前保險杠主體注塑模具溫度控制系統設計的好壞對模具的成型周期與產品質量影響很大。本模具溫度控制系統采用的形式為“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式，詳見圖2。

本模具的冷卻水道的設計要點如下：

• ①動模結構較為復雜，熱量又較為集中，要重點冷卻，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冷卻水道長短不能相差太大，以保證模溫大致均衡。

5、導向定位系統設計

本模具屬于大型薄壁注塑模，導向定位系統設計的好壞直接影響塑件的精度和模具的壽命。本模具采用了方導柱與1 °精定位導向定位，其中動模側采用了4支方導柱80×60×700（mm），動、定模之間采用了4支方導柱180×80×580（mm）。位置詳見圖2和圖3。

在分型面定位方面，本模具在兩端采用了2個錐面定位結構（又稱內模管位），錐面傾斜角度為5°。

6、脫模系統設計

塑件是大型薄壁零件，脫模必須平穩、安全。本模具中間位置采用了直頂與頂針頂出，頂針直徑12mm。因為接觸面積小，難回位，易導致頂針與定模型腔面相碰，所以內分型保險杠盡量設計直頂，少采用頂針。

由于推件多，脫模力和推件復位力都較大，故脫模系統采用2個液壓油缸作為動力來源。油缸位置見圖7。圖中尺寸L是需要延遲的距離，它與定模倒扣尺寸有關，一般取40~70mm。

由于動模型芯表面不平整，所有頂針和司筒的固定端都設計了止轉結構。

圖7  油缸位置

三、模具工作過程

由于此保險杠注塑模采用了內分型技術，A板的倒扣位分型線位于動模側斜頂下方，為了避免操作過程中可能出現損壞模具的風險，模具的工作過程要求很嚴，下面從合模開始談談其步驟和注意事項。

①在合模前，頂針板處于和模具底板相距50mm的狀態，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板能順利通過壓緊復位桿來完成合模動作。見圖8。

圖中A1處表示A板分型面壓6支復位桿復位，A2是6支復位桿，A3是8個紅色彈簧，用于保證推桿板處于推出50mm的狀態。

圖8

②定模A板將推桿板和斜頂壓回復位，見圖9。

圖9

③開模前需對頂出油缸進行預先施加壓力，以保證整個頂出系統和A板能同步打開。開模時，A板和頂針板首先同步打開60mm，以保證塑件和橫向小斜頂全部脫離A板的倒扣面。見圖10。

圖10

④定模A板繼續開模，動模內頂針板保持60mm的頂出狀態不變，以到達A板與直頂分離的作用，見圖11。

圖11

⑤定模打開到所需的空間后，動模內頂針板繼續推出至164mm，此時的橫向小斜頂導桿到達導軌的變換角度的拐點處，塑件倒扣面脫離模具。如果此時塑件有粘小斜頂的現象，直接用手將塑件拉出模具，反之，則頂針板繼續推出至210mm的最終位置，見圖12。

圖12

⑥如果產品略粘小斜頂，推出到164mm即完成頂出，取下產品，直接循環到第①步驟，以防止產品被橫向小斜頂拉回，導致無法取下產品，見圖13。

圖13

⑦如果塑件不粘橫向小斜頂，則頂針板繼續推出至210mm，完成脫模后取下塑件，循環到第①步驟，見圖14。

圖14

四、結果與討論

• 1、本模具采用了內分型技術，保證了塑件的外觀美觀。
• 2、模具采用了“復合斜頂”的二次抽芯結構，解決了塑件復雜部位側向抽芯的問題。
• 3、模具采用八點針閥式順序閥熱流道澆注系統，解決了大型薄壁塑件的熔體填充問題。
• 4、模具采用了液壓作為脫模系統動力，解決了塑件脫模力大、推件復位難的問題。

實踐證明，該模具結構先進合理，尺寸準確，是汽車模具中經典之作。模具自放產以來，側向抽芯動作協調可靠，塑件質量穩定，達到了客戶要求。

化學工業出版社 /《汽車注塑模具設計要點與實例》

作者：張維合  鄧成林