汽车驾驶侧下饰板注射模设计研究

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摘要：针对驾驶侧下饰板形状复杂、脱模困难等问题，模具结构设计了2个动模大滑块、2个定模斜滑块、8个动模斜推块的侧向抽芯机构，并采用热流道转普通流道和潜伏式浇口相结合的浇注系统及组合推出机构。模具经实际生产验证：各机构布局紧凑、设计合理，成型的塑件能满足汽车仪表板装配要求。

关键词：驾驶侧下饰板；注射模；浇注系统；侧向抽芯机构；斜滑块

随着汽车行业向轻量化发展，塑件在汽车内外装饰中的占比越来越大，为满足消费者对可直观感知的汽车内外饰件的高品质要求，汽车内饰件也由单一的功能向多用途转变，塑件结构特征变得更复杂，给注射成型带来更大的难度。汽车驾驶侧下饰板属于仪表板总成系列，位于驾驶员的膝部位置，起到保护驾驶员膝部和遮盖转向管柱罩盖搭接间隙等作用，现介绍成型右舵汽车驾驶侧下饰板的注射模设计[1,2]。

1塑件结构分析

某右舵汽车驾驶侧下饰板塑件如图1所示，材料为改性聚丙烯PP-TD20，在PP中加20%滑石粉，能改善聚丙烯的耐冲击和表面性能，降低成型塑件的收缩率，广泛应用于汽车和电气产品中，材料收缩率为0.95％。下饰板外形尺寸约为504.90mm×357.35mm×190.66mm，平均壁厚约为2.5mm，单件质量567g。塑件外形尺寸较大，背面有大量用于安装铝板的片状卡块、多处安装卡扣和螺钉固定柱，塑料熔体在型腔中注射流程较长，型腔充填困难，浇注系统是设计难点之一。塑件尺寸精度要求高，内部结构复杂，四周有多处影响脱模的侧向凸凹结构，其侧向分型抽芯机构设计也是难点[3]。

2下饰板模具结构设计

2.1浇注系统设计。由于塑件造型独特，内部结构复杂且塑件外观面为皮纹面，不能在待成型塑件的外观面设置浇口。根据下饰板的结构特点，通过CAE分析，采用热流道+普通流道+潜伏式浇口的方式进浇，如图2所示。热流道浇注系统由一个主喷嘴、多块热流道板和2个圆锥头针阀式热喷嘴组成。模具分型面为复杂的空间曲面，分型面的曲面斜度大于30°，喷嘴两侧高度偏差≥5mm，为避免喷嘴受热伸长超出分型面而碰撞动模零件的成型面，在喷嘴的下方动模镶件设计1mm的热胀平台。2个针阀式喷嘴位置与主喷嘴的间距分别为154.51、77.65mm，喷嘴G1长为143.59mm，喷嘴G2长为206.59mm，外径为ϕ35mm，阀针直径为ϕ4.5mm。图2浇注系统模具的动模部分加工U形截面流道，宽度W=20.3mm，高度H=5mm，锥度为15°。G1潜伏式浇口与分型面的夹角为50°，G2潜伏式浇口与分型面的夹角为55°，潜伏式浇口采用动模镶件潜入分型面下方，再在镶件上开设流道。2.2侧向抽芯机构设计。结合成型塑件的结构特点，模具设计2个动模滑块+斜导柱侧向抽芯结构和2个定模滑块+T形槽侧向抽芯机构，塑件内部有8处倒扣，设计了8个动模斜推内抽芯机构，如图3所示。2.2.1动模滑块侧向抽芯机构塑件左右两侧有5处倒扣，分别为S1~S5，从模具安全角度考虑，设计2个整体式连接的大滑块+斜导柱抽芯结构，利用弹簧挡板限位。塑件左侧面倒扣偏向于动模侧，倾斜角度4°，设计下斜式斜滑块，如图4（a）所示，塑件最大倒扣距离S=15.78mm，滑块需要沿侧向抽芯方向运动的距离S1取15.78+（2~5）mm，根据三角原理，求出斜导柱倾斜角度α=10°，锁紧块锁紧角度为12°。滑块的宽度为339mm，高度为309mm，通过计算并修正设计2根ϕ30mm斜导柱。塑件右侧有2个卡扣，抽芯距离为1.05mm，采用在滑块上固定2个镶件，滑块侧向抽芯距离取4mm，根据三角原理，求出斜导柱倾斜角度α取4°，锁紧块锁紧角度为6°，同样设计2根ϕ30mm斜导柱，如图4（b）所示。滑块导滑部分设计2个T形槽，T形块装在滑块内部。由于待成型塑件左右两侧为大滑块，在塑件R角处分型，为了使分型处夹线美观，各滑块需要做好定位设计，在每个滑块顶部加工2个“冬菇头”精准定位，定模板设计工艺螺钉锁紧滑块，方便滑块与定模板组装在一起抛光。滑块背面、两侧面、底面、滑块与型芯的配合面，加装突出型面1mm的耐磨块。（a）滑块1结构（b）滑块2结构图4滑块结构1.斜导柱固定块2.滑块13.限位块4.斜导柱5.垫块6.滑块弹簧7.耐磨块8.螺钉9.滑块210.镶件2.2.2定模斜滑块侧向抽芯机构针对塑件外侧与水平方向成13°的深腔斜倒扣S6，倒扣距离为4.5mm，若设计为动模滑块成型，仅滑出倒扣距离，成型塑件不易脱模，且滑块与定模的段差（模具零件之间衔接不平滑造成成型的塑件表面有台阶）难以精确控制，如果设计定模斜滑块结构成型，其与定模板之间的间隙可以非常小，熔料在分型面处容易光滑连接，成型塑件的外观更美观，如图5（a）所示。导向块斜面倾斜角α取13°，为保证定模斜滑块运动顺畅，减少加工、配模工作量，斜滑块锁紧面取15°，脱模行程为4.55mm。根据三角原理，当斜滑块沿两侧导滑槽运动30mm，定模斜滑块抽芯实际行程为6.75mm，大于脱模行程。开模时在拉钩、弹簧的作用下，弹簧推动斜滑块沿“7”字形导滑块弹出，当限位块顶到限位槽端面时，定模斜滑块运动结束，定模斜滑块跟动模在高度方向的相对位置不变。塑件外侧S7倒扣位置远离动模侧，成型面积较小且倒扣脱模行程为0.53mm，与Z轴方向成9°夹角，设计小型定模斜滑块，导向块斜面的角度α取5°，当斜滑块沿导滑槽运动25mm，定模滑块实际抽芯行程为2.18mm，大于脱模行程，如图5（b）所示。开模时在拉钩、弹簧的作用力下，斜滑块沿固定在滑块上的导轨斜向滑动，靠斜滑块上的等高螺钉限位，当斜滑块运动结束时，弹簧顶住不回弹，斜滑块回位时，依靠动模分型面直接压回。2.2.3动模斜推内抽芯机构塑件内部的其他8处倒扣（L1~L8）采用动模斜推内抽芯机构成型。根据塑件倒扣大小，设计5个圆杆分体式斜推内抽芯机构（L1~L5）和3个整体式方形斜推内抽芯机构（L6~L8）。模具推出行程为110mm，如图6所示，为避免斜推杆之间的干涉，斜推杆角度依次为10°、9°、7°、9°、9°、10°、6°、3°，各斜推杆抽芯距离分别为18.11、17.32、13.51、17.42、17.23、19.4、11.56、5.75mm，脱模所需抽芯距离分别为14.88、14.11、10.63、10.24、14.24、14.3、10.58、3.11mm，各斜推杆实际抽芯行程大于倒扣脱模行程。塑件中倒扣L1、L2、L5、L8分别向下倾斜21°、2.5°、6°、3°，斜推结构必须跟随其向下倾斜的角度运动，否则会产生干涉。成型倒扣L1斜推推出角度应超过12°，为了保证斜推机构运行平稳，设计为平行导向杆斜推结构，斜推座延时角度为21°，斜推角度为10°。成型倒扣L2、L5设计为圆杆分体式斜推结构，圆斜推杆直径为ϕ16mm，斜推座延时角度分别为2.5°、6°。成型倒扣L8由于倒扣头部尺寸较小，设计为整体式方形斜推结构，斜推座延时角度为3°，各斜推杆两侧面设计成≥3°，保证斜推杆长期使用时不被拉伤。2.3冷却系统设计。模具冷却系统的设计应避免与其他零件产生干涉，冷却系统如图7所示，动、定模侧均采用垂直式与隔片式冷却水路相结合的形式，动、定模侧分别设置了3组、8组循环水路。冷却水路直径为ϕ12mm，隔片式水井直径为ϕ24mm，隔片式水井数量共26个，冷却水路之间的距离在50~60mm。两侧动模滑块和定模斜滑块由于与熔体接触面积较大，各设置了1组垂直式与倾斜式冷却水路相结合的循环水路，冷却水路直径为ϕ12mm。模具动、定模和滑块水路形成了网格交叉，随型面形状布置，塑件能获得良好的冷却效果[4]。2.4推出系统设计。由于成型塑件背面有较多筋位，需要的推出力较大，模具采用“液压缸+推块+斜推块+推杆+推管”组合推出机构，如图8所示。在塑件四周设计了8个单杆推块和1个双杆推块，其中长度为245mm的大推块，设计为双杆推块，各推块四周设计3°的配合斜度，推块杆直径为ϕ20mm。在成型塑件的矩形深筋位设计5根截面尺寸为6mm×4mm方形推杆，在推出阻力较大的位置设计了13根圆推杆、1根推管。成型塑件内部倒扣处设置了8个动模斜推块，推杆固定板通过固定于动模板上的2个ϕ50mm×130mm液压缸实现推杆、推块、斜推块和推管的推出和复位，液压缸通过设计在模具上的集油块实现油路串联布置，使油路设计平衡，保证了模具零件推出力的平衡。

3模具结构及工作过程

模具结构如图9所示，采用1模1腔布局，最大外形尺寸1080mm×820mm×922mm，动、定模均采用整体式，动模板材料为1.2738，定模板材料为1.2738HH。所有分型面配合面配合斜度为5°，在动、定模板间设计了6副定位机构保证模具零件的精准定位，防止成型塑件错位，出现反段差等外观缺陷。模具工作过程如下。（1）合模过程。推板2由液压缸10活塞杆带动，斜推杆4在推板2带动下复位，两侧动模滑块9、22在斜导柱7、24和定模板锁紧装置的驱动下复位，定模斜滑块51沿导滑槽压合。（2）注射过程。模具合模后，熔体通过热流道系统、动模板上的U形流道、潜伏式浇口注入型腔。（3）开模过程。定模斜滑块51在拉钩52、54和弹簧50的作用下，沿定模滑块导滑槽滑出，动模大滑块在斜导柱24、弹簧25和滑块限位装置的作用下完成侧向抽芯，成型塑件留在动模型芯上，通过液压缸10活塞杆带动推板2、推杆33、推块46、斜推杆4和推管一起推出110mm时，塑件和浇注系统凝料被完全推出，成型塑件由机械手取出后，再通过液压缸10活塞杆带动推板及复位杆复位，模具开始下一个注射成型周期[5，6]。

4结束语

（1）汽车驾驶侧下饰板的外观质量要求高，模具采用热流道转普通流道的形式灵活选择待成型塑件的浇口位置，熔体通过潜伏式浇口从待成型塑件内部进入型腔，避免了浇口痕迹对成型塑件外观质量的影响。（2）采用“液压缸+推块+斜推块+推杆+推管”组合的推出机构，可以使成型塑件推出时受力均衡，减少塑件脱模时变形的风险。（3）针对塑件复杂的内部结构以及影响脱模的多处侧向凹凸结构，设计了2个动模大滑块、2个定模斜滑块、8个动模斜推侧向抽芯机构，以达到成型塑件外壁、内部倒扣特征依次自动脱模的目的。经调试生产，模具结构合理，运行平稳，成型的塑件质量良好，达到了客户的要求，对类似塑件的模具设计具有参考作用。

参考文献：

[1]王平全.电动汽车前梁电容连接器注射模设计[J].模具工业,2018,44(12):45-50.

[2]何镜奎,陈洪土.汽车转向柱护罩热流道复杂抽芯注塑模设计[J].现代塑料加工应用,2018,30(2):52-55.

[3]张维合.打印机基板大型注塑模具设计[J].中国塑料,2016,30(7):107-111.

[4]王博.基于CAE的电池盖注塑模具设计及成型工艺优化[J].中国塑料,2015,29(8):112-116.

[5]戚春晓,南雷英,李万里.基于CAE分析的风筒壳后盖注射模设计[J].模具工业,2009,35(4):9-12.

[6]邓成林.汽车注塑模具设计实用手册[M].北京:化学工业出版社,2019:204-206.

作者:李慕译 朱芬芳 巫海平 单位:江苏联合职业技术学院无锡交通分院