新能源汽车用管卡注射模设计＊

2022-03-25孟玉喜陈晓军

模具制造 2022年2期

孟玉喜，陈晓军，陈智

（南通开放大学机电工程学院，江苏南通 226006）

1 引言

在新能源汽车的各个核心技术中，线束的存在是必不可少的，线束保护和固定也是必要的工艺设计环节之一。对于一些重要的电缆线或者比较多而细的、重要的电源线，往往采用波纹管进行保护，使电线和电缆在车内不会受到划断，割裂等机械损害，然后再利用波纹管管卡进行固定。波纹管管卡常见的有直通式、弯曲拐角式、敞开式、配套快插式等几种，线束工艺设计过程中，遇到一些角落布线或需弯曲走线的情况下，既能弯曲又可拐角的波纹管管卡的耐磨保护优点显得尤为突出。

2 成型工艺分析

图1为某新能源汽车线束中使用的一款波纹管管卡，大批量生产需求。管卡由左右两部分组成，左右外形结构大致呈镜像对称关系，每个部分又呈90°L状，左右对合之后可卡住90°弯曲排布的波纹管，再由管卡外侧上对应设置的固定钩与固定槽进行卡紧固定。左右两部的中心距离53mm，中间通过13×1.5mm的细长筋条连接形成为整体塑件，便于后续的波纹管装配操作。塑件外轮廓尺寸66.3×26.85×11.9mm，内部主要功能尺寸为卡波纹管的半圆筋宽8.9×0.8mm、外侧固定钩宽1.9mm和外侧固定槽宽5mm 3个部分。塑件壁厚比较均匀，过渡处均设有工艺R角，材料为黑色PA66，PA66的收缩率在1.2%～1.8%，具有优良的耐磨性、自润滑性,较高的机械强度，成型性能较好。

图1 波纹管管卡

3 模具主要零件结构设计

3.1 分型面选择与型腔排布

为了顺利取出已成型的塑件及浇注系统凝料，必须使分型面将模具分成两个或两个以上可以分离的动模和定模部分，设计分型面时，应尽量选在塑件外形最大轮廓处，还必须使塑件在开模后留在动模一侧，即有顶出机构的一侧。遵循这些原则，设计时将分型面设在图2a中的A-A处，而图中右侧标记B处的阶梯部分分型则通过局部镶块予以实现。

考虑到塑件需求量大，模具必须设计为多型腔结构，因塑件外形类似矩形，故可面对面左右各二进行排布，即1模4腔。对于多型腔模具，由于型腔的排布与浇注系统密切相关，排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够注射压力，以保证塑料熔体能同时均匀充满每一个型腔，从而使各个型腔中的塑件内在质量均一稳定。根据该塑件左右各半的特点，浇注系统设计为平衡式双浇口的形式，使左右达到同步均衡进料的目的。型腔排布如图2b所示。

图2 分型面选择与型腔排布

3.2 大镶块设计

模具采用大镶块结构形式，可简化加工制造工艺，减少热处理变形，节约贵重的模具钢，也有利于后续模具的维修。模具大镶块包含定模大镶块和动模大镶块两种。

（1）定模大镶块设计。

定模大镶块的外形尺寸设计为190×115×35mm，四角中3个以R2.5mm过渡，一个倒为5×5mm的斜角，主要起模具装配时的防错作用，每腔设有10个小型芯固定用孔，小型芯孔的背面设有3×0.5mm的固定挂台让位，中心位置为ϕ12mm的浇口套过孔，塑件的整个成型型腔均设在其上，通过电火花成型加工获得，流道设置在分型面上。根据塑件左右对称特点，采用两个浇口同时进料，浇口为潜伏式，设在塑件左右两部分侧面不影响塑件外观的较隐蔽部位，并与流道成40°的斜角，潜入分型面下面深约2.5mm，斜向进入型腔，形成能切断浇口的刀口，开模时，流道凝料由顶出机构顶出，并与塑件自动切断，省掉了切除浇口的工序，分流道深1.5mm，浇口直径ϕ0.8mm。4个ϕ6.5mm的孔为固定螺钉过孔，中心距离170×95mm，通过其利用螺钉与定模盖板进行连接固定。定模大镶块的设计如图3所示。

图3 定模大镶块

（2）动模大镶块设计。

动模大镶块的外形尺寸设计为190×115×30mm，四角的防错设计及与动模垫板的固定连接方法同定模一致，因其主要成型部位均高出分模面，故在此基础上再次设为镶拼结构，每腔设有一整体“凹字”形型孔，型孔平面尺寸72.8×31.38mm，塑件的内部成型依靠对应的“凹字”形型芯实现，型孔背部的型芯挂台让位槽为8×3×0.5mm，中心位置ϕ8mm的通孔为拉料杆过孔，分流道深2mm，其上另设有6个中心距离为85×35mm对称布置的ϕ3mm小圆顶杆过孔，动模大镶块的设计如图4所示。

图4 动模大镶块

3.3 主要型芯设计

为了便于模具的加工制造，设计时，形状复杂的型芯往往采用型芯镶拼组合式结构，该结构是将型芯单独加工后，装入大镶块，再镶入模板中，用垫板和螺钉紧固。设计时必须注意镶拼结构的合理，保证型芯的强度、防止变形、避免尖角和壁厚突变的防范。

（1）“凹字”形型芯设计。

“凹字”形型芯是动模型芯的核心部分，由图4可知，“凹字”形型孔平面尺寸72.8×31.38mm，凹字左右突出部分的宽为18mm，为便于制造及将来模具生产过程中的维修方便，设计时将其分为两种3部分，即把整个凹字形型芯分为72.8×21.38×39.64mm（动模凹字型芯Ⅰ）和10.0×18.0×39.77mm（动模凹字型芯Ⅱ）两种。“凹字”形型芯由1件型芯Ⅰ和2件型芯Ⅱ3部分组成。动模凹字型芯Ⅰ上设有10个ϕ2.5mm的顶杆孔，8只小芯型孔，背面有两个M6mm螺纹盲孔，起紧固作用；动模凹字型芯Ⅱ上设有2个ϕ1.8mm的顶杆孔，背部固定用挂台设为8.0×3.0×0.5mm，“凹字”形型芯设计如图5所示。

图5 凹字形型芯设计

（2）强脱型芯设计。

由图1和图2a可知，塑件上有一内R5.1mm、分模面下深2.9mm的优弧部分尺寸，注射成型过程中顶出塑件时，塑件与该型芯的分离需强制获得。强脱型芯外轮廓尺寸2.94×10.42×35.18mm，优弧成型尺寸R5.18mm，最大直径处尺寸即为10.36mm，最小尺寸8.59mm，由此可见，强脱尺寸为0.88mm[即（10.36-8.59）/2=0.88mm]。强脱型芯设计如图6所示。

图6 强脱型芯设计

4 模具结构及其工作过程

模具结构如图7所示，模具工作过程：注塑机合模工作后，熔融塑料耐高温PA66通过注塑机喷嘴进入模具的浇口套15，并通过分流道和浇口进入模具型腔，经保温保压冷却后，注塑机进行开模动作。定模板9与动模板7在A-A处分型打开，塑件因收缩牢牢抱紧在动模型芯上，而定模的抱紧力相对要小得多，浇注系统凝料因拉料杆20的作用，最终使得浇道凝料和塑件全部留在动模，开模结束后，定模型芯16已完全与塑件分离，注塑机顶出系统开始工作，固定在小固定板28上的小圆顶杆2、17、26共同作用顶出塑件，拉料杆20顶出浇道料，塑件和浇道废料同时被顶出，此时，动模强脱型芯31在强制脱模的过程中，借用定模型芯16的离去而在塑件上留下的塑孔进行让位，顺利完成顶出动作，4只塑件自然落下，机械手随即取走浇道废料，模具一个工作回合结束。实际生产的塑件如图8所示。