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轎車雜物盒外殼模具設計分析(模具行業)增強級PA66+GF30%

編輯:廈門科元塑膠有限公司  時間:2016-08-17

在本文中,要分析的產品是某款轎車的雜物盒外殼,材料是增強級PA66+GF30%,這款產品內部結構極為復雜,外形也比較復雜。其產品外形要用二側整體滑塊脫模,內部是整體內抽芯脫模,而且頂出距離長,(138mm)模具的總厚度很大,要用比較大的注塑機來生產(海天350)。假如按制品的重量計,200 噸的注塑機就可以成型了,怎樣在保證制品正常生產的情況下,大幅度降低模厚,是對這套模具的設計者的挑戰。
       
  圖1
  此產品是某工廠的主打產品,已經生產一段時間了,由于原來的模具結構不是很合理,取產品非常困難。班產量很低,不良品率也很高,主要原因是原來的模具結構中不能夠安排二次頂出,所以取制品很難,要操作工人左右搖晃才可以將制品取下來,很容易將制品下部的露出部分的塑料搞傷。其次是模具厚度很大(700mm),要用很大的注塑機來生產,成本很大。為此,我們對模具進行了重新設計。
  澆口的設計
  因為產品的原料是加了30% 玻纖,流動性非常差,原來的模具是采用4 個熱流道點進膠,進膠點的直徑在Φ3mm 左右,遇到這種情況也無大礙,因為進膠的面是裝配在汽車儀表板內部的,不影響任何的外觀。其實該套模具總模厚太厚的主要原因之一是采用了熱流道系統。模具厚度無法降下來。經過考慮,我們采用了這樣的澆口,和老模具的進膠一模一樣,還是4 點進膠,進膠位置也和原來的模具相同。但是屬于大水口結構(見圖2)。
       
  圖2
  下面圖3是Moldex 3D公司提供的模流分析。
       
  圖3
  最終是利用大滑塊與定模仁的結合面來做橫流道,為了使得進膠點移到制品的中線,我們在大滑塊與定模鑲件的貼合面上布置了二個凸臺,這樣,進膠點就移到了制品的中線(見圖4),取消了熱流道,改成這樣的澆口后,模具總高度降低了120mm,注塑機從原來的350噸改為220噸。模具的制造成本也減少了4萬元(熱流道的費用熱流道板的費用)。巧妙的是在大滑塊上凸起二塊,將進膠點移到產品中間后,大大降低了模具制造的難度。
       
  圖4
  大滑塊的設計及組成
  大滑塊由滑塊本體和滑塊座組成,滑塊本體是用NAK80 制作的,滑塊座是用CrWuMn 制作的,這樣可以降低模具的制作成本。加工也比較方便,我們來看滑塊本體的反面,我在這里有一個好的布置,見圖5。
       
  圖5
  從圖5 可以看到,在滑塊本體反面的長方形凸臺上增加了2個凸臺,為什么呢?
  因為為了延長模具的使用壽命,滑塊本體采用了較昂貴的鋼材,并且進行了熱處理,為了節約模具成本,滑塊本體做的比較薄,最厚的地方為43.6mm,去掉15mm的定位臺階,剩下28.6mm。這樣布置與大滑塊座連接的螺絲就比較困難,螺紋底孔不可以鉆得太深,這樣一來螺紋的實際有效的牙數就不理想。因為整個大滑塊系統的冷卻水路的密封圈是靠這7個M12的內六角螺紋來壓緊的,假如螺絲的有效牙數不夠,螺絲就不能擰太緊,否則會滑牙?,F在增加了這二處小方凸臺,螺紋的實際長度增加了15mm,就沒有后顧之憂了。從模具的制造成本來看,現在大滑塊增加了可靠性,但是沒有增加材料和制造成本。這是模具設計的一個很小的細節,但是就是這些細節的積累,使得我們在設計過程中,逐步提高模具設計師的設計水平。
  大滑塊的冷卻系統設計
  從圖6可以看到,滑塊本體與滑塊座是通過7個M12的內六角螺絲來連接的,在二者接通水的位置安排了密封圈。
       
  圖6
  PA66的熔膠溫度很高,而且產品形狀復雜,要求裝配尺寸較穩定。所以大滑塊系統的冷卻水孔布置的位置是比較重要的,實際生產時是用的模溫機,溫度恒定在110°C?,F在我將水路布置在滑塊本體上的,通過密封圈由滑塊座引出 ,布置在模具的二側。這樣加工比較方便。
  大滑塊撥開的動力是靠注塑機開模的力,通過裝置在定??蛏系男睂е?,向外撥開大滑塊。撥動大滑塊的斜導柱是穿過定模仁的。大滑塊與定模大鑲件的結合處形成了澆口,注塑機的射嘴是直接頂在定模仁上的。這樣可大大縮短主流道,減小成型時的注射壓力。模具本身受到的交變應力下降,這樣,模具的壽命也大大的延長了。
  定模仁的設計
  定模仁是設計成整體的,沒有任何的鑲件,見圖7。
       
  圖7
  定模仁的內面是與大滑塊本體貼合的,在貼合面上形成橫流道,然后分成4 點進膠的流道(見圖8)。定模仁的設計是很常規的,但是為了減少產品成型后的應力,冷卻系統的設計非常關鍵。
       
  圖8
  從圖8可以看到,定模仁上除了安排了橫向的4條水路外,中間的突起部分還安排了一個“水塘”,這樣,使得整個動模仁的水路比較均勻,熱交換比較平衡,將產品中的殘余應力減到最小。
  小滑塊的設計中,產品的另外一面形狀較為復雜,我們采用了一個整體的滑塊(見圖9)。小滑塊由滑塊本體和小滑塊座組成,用螺絲固定,并且壓緊密封圈,形成一個組合水路。小滑塊的撥動也是靠斜導柱,與大滑塊不同的是,斜導柱是固定在一個專用的斜導柱座上的。見圖。
       
  圖9
  這樣的設計加工和裝配都比較簡便。小滑塊的限位是靠2個限位塊來實現的,看小滑塊座的反面(見圖10)。
       
  圖10
  動模內抽芯機構的設計
  動模外觀是本套模具最精彩的部分,有相當的難度,我們先來看整個動模的外觀(見圖11)。
       
  圖11
  內縮抽芯的原理(見圖12),內縮抽芯分為2個部分,中間的部分是固定在動模板2上的,并且隨動模板2 一起運動。二側的部分是布置在動模板1上的。由于下縮塊側面的有斜度的“T”型軌道向下運動時向內滑動。為了保證內縮塊的運動可靠和有較長的壽命,我們設計了一系列相應的摩擦機構和固定機構,下面會有詳細的介紹。
       
  圖12
  1. 模板1(活動模板)的布置。其實,活動的動模板1 是一種特殊的推板機構,各類零件都是依附在推板(動模板1)上,僅僅是下縮芯是固定在動模板2上的。推板(動模板1)被注塑機的頂桿頂開的狀況(見圖13)。由于內縮塊上有斜“T”型塊,所以,當內縮芯縮下時,內縮滑塊就有向里的動作。
       
  圖13
  2. 內縮滑塊的設計。由于內縮滑塊向里只需要滑動3mm,內縮芯只需要縮下35mm 就足夠了,可是由于產品的內部比較深,實際上動模板1要推開138m 才可將產品脫出來。這對內縮滑塊來說是個矛盾,因為內縮滑塊假如前行138mm,二個內縮滑塊就“打架”了。怎樣使得內縮滑塊只向內移3mm,又要向前138mm。這個問題的解決可查看圖14。
       
  圖14
  為了保險起見,我們設定內縮滑塊向內移4mm,內縮滑塊的底部是固定有一個摩擦片,合模時一個起保護作用的“十”字架型摩擦擋塊上有個4mm 寬的小臺階,頂住內縮滑塊底部連接的摩擦片,使得注塑時內縮滑塊不往后退。從圖14 可以看到,內縮滑塊的“腳”的上部有一個稱為“上摩擦片”的零件,它保證內縮滑塊平穩地向內運動,同時,在復位時保證內縮滑塊的精確定位,同時這個“上摩擦片”還有一個作用,我們在圖14 中看到一個零件叫“針型氣缸”,是用來進行二次脫模的,后面會有詳細的介紹,這個“上摩擦片”是“針型氣缸”固定塊和壓縮空氣通道。
  在下縮塊與內縮滑塊相對運動時,由于4mm 寬的小臺階的阻擋,內縮滑塊不能向下,只能夠向內滑動,當下縮塊走完45.72mm 時,內縮滑塊剛好走完4mm。
  當內縮滑塊向里滑動4mm 后,超過小臺階時,由于內縮滑塊的底部的摩擦塊沒有東西擋住內縮滑塊就停止向內滑動,跟著內縮塊一起向下運動。
  合模時,內縮芯向前運動,由于有摩擦力,內縮滑塊在向前運動的同時一定會向外運動,這時起保護作用的“十”字型摩擦塊就會擋住內縮滑塊,讓它只能向上,不能向外。當下縮塊帶著內縮塊繼續向上運動到當初內縮塊的腳離開“十”字型摩擦塊上的4mm 的臺階時,由于上摩擦片的阻擋,下縮塊繼續上行,內縮塊被強制性地向外運動4mm,直到最終位置。
       
  圖15
  這是個非常巧妙的設計,靈感來自教堂里的十字架。當內縮塊隨下縮向前運動時,最終位置的定位是靠這個小板,名稱叫上摩擦片,同時也是針氣缸固定板,這塊小板有二個功能:一是內縮滑塊的最終定位,二是安排了一組針型氣缸,對產品進行二次頂出。由于本套模具沒有頂針板和墊腳,產品的二次頂出非常困難,這個針氣缸是個好東西,它可以在模具的任何部位,任何角度進行頂出。
       
  圖16
  裝在模具內是這樣的(見圖15),這樣產品可以用機械手夾出,進行全自動生產(見圖16)。
  結束語
  這套模具有幾個亮點:第一是原來是一套非常頭痛的模具,現在可以全自動生產,而且使用的注塑機小了一號,節約了電能;第二是取消了熱流道,采用了大水口,節約了模具的制造成本,亮點是在大滑塊與定模鑲件的結合平面上增加了二個凸臺,將進膠點移到產品的中間;第三是采用了十字架型的保護摩擦塊,使得內縮滑塊的動作安全可靠。


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