汽车玻璃窗导轨注射模设计

2023-03-10谢俊杰秦荣明麦宙培

模具工业 2023年2期

谢俊杰，秦荣明，麦宙培

（广西职业技术学院，广西南宁 530226）

0 引言

汽车上的塑件多且结构复杂，对外观质量要求也高，在设计、制造成型汽车塑件的模具时，不但要选择合理的进浇口，还要设计较多复杂的抽芯机构和推出机构。模具进浇口的选择将影响成型塑件的外观质量，针对塑件上的扣位设计的抽芯机构，不但要求结构简单，以便于模具零件加工和维修，还要求抽芯机构的可靠性高，以延长模具的使用寿命[1]，现以汽车玻璃窗导轨为例，阐述其成型模具的结构。

1 塑件结构分析

汽车玻璃窗导轨如图1所示，外形尺寸约为532 mm×108 mm×42 mm，呈弧形，壁厚为3.5 mm，材料为ABS+PC。汽车玻璃窗导轨的主要功能是引导汽车玻璃的升降，成型的塑件不能变形，否则汽车玻璃不能正常升降，同时该塑件也是外观件，对外表面的要求较高。如果模具结构设计不合理，注射成型的塑件容易变形或者其外表面容易产生浇口痕、熔接痕、飞边、气泡等缺陷。注射完成后，还需要对塑件的外表面进行喷油处理，如果塑件存在细微缺陷，尽管在喷油前较难看出，但喷油后这些缺陷会变得明显。另外塑件上还有2个扣位，扣位里面还有筋位，形成双重卡紧位，如何使双重卡紧位顺利脱模是该模具设计的难点[2]。

图1 汽车玻璃窗导轨

在塑件的内表面有2个长条形的扣位，位于塑件的侧边，1个扣位向塑件内部翻边，另一个扣位向塑件外部翻边。在向外翻边的扣位内部又设置了1条筋位，形成双重卡紧位。在向外翻边的扣位上设置了5个方形的碰穿孔和3个圆形的碰穿孔，扣位的外表面还设置了若干筋位；在塑件一端的内表面上有1个扣位，在该扣位的底部有1个圆形的碰穿孔，在其侧面有3个侧孔，如图2所示。

图2 塑件三维结构

向塑件内部翻边的扣位表面平滑，没有孔位，采用斜推结构实现脱模；向塑件外部翻边的扣位采用滑块机构实现脱模，但其内部有1条筋位，可以在滑块上再安装1个小滑块实现脱模，因此该扣位是用嵌套滑块结构实现脱模。对于该扣位上的碰穿孔，可以用滑块与动模型芯碰穿实现；在塑件另一端的扣位，可用滑块机构实现脱模，对于该扣位底部和侧面的碰穿孔，可以用滑块与动模型芯碰穿实现。

2 浇注系统设计

汽车玻璃窗导轨对外表面的要求较高，不允许出现瑕疵，为了防止在塑件的外表面出现浇口痕，将浇口设置在待成型塑件的内表面；为了防止在浇口附近产生收缩痕，尽量在待成型塑件的筋位上进浇，如果浇口附近没有筋位，则采用扇形浇口进浇；为了降低注射压力，减少普通流道对熔体流动性能的影响，选择热流道进料系统，熔体从热喷嘴进入普通流道，在模具的分型面上设计1个镶件，将普通流道引入到待成型塑件的内表面，并在待成型塑件的内表面开设浇口，浇口为扇形。通过Moldflow分析软件对塑件进行模流分析后发现，采用2个浇口进行注射符合成型要求，2个浇口设置的位置如图3所示。

图3 2个浇口位置

针对图3所示的2点进浇方案，根据ABS+PC的性能，将熔体的填充时间设为11 s、注射温度设为250～265 ℃、模具温度设为80 ℃、最大注射压力设为125 MPa，保压时间设为9 s，模流分析的结果如图4所示。

从模流分析结果的成型性看，成型塑件的外表面颜色均匀，成型性良好，如图4（a）所示；在塑件的中间位置存在1条熔接痕，如图4（b）所示，熔接痕影响外观，可以通过提高模具温度，并在熔接痕附近设置推杆的方法使成型塑件上的熔接痕变淡，设置推杆还有助于排出型腔中的气体，减少气体对熔体流动的阻碍；填充结束时的压力分布如图4（c）所示，浇口位置的注射压力最高，为29.25 MPa，中间位置的注射压力最低，为2.9 MPa左右，成型所需压力不高，中型注塑机能满足要求；熔体流动速率如图4（d）所示，在0～2 s为高速填充阶段，熔体流动速率迅速增加；2～10 s为低速填充阶段，熔体流动速率稳定；10～11 s为保压阶段，用于压实熔体，熔体的流动速率逐渐减小。模流分析结果符合实际试模情况，说明采用图3所示的2点浇注系统方案对于该塑件的注射成型是合理的。

图4 模流分析

3 滑块嵌套结构

塑件向外的扣位内表面有1条筋位，不能强制脱模，需要用滑块结构才能脱模。在模具中采用滑块嵌套结构实现，大滑块的上表面为斜面，在大滑块上安装1个小滑块，在小滑块的型芯上设置1条槽，该槽对应的是待成型塑件向外翻边扣位内部的筋位，当大滑块脱模时，弹簧将小滑块推开，小滑块沿大滑块上表面滑动，使成型塑件筋位处实现脱模，滑块嵌套结构如图5所示。

图5 滑块嵌套结构

嵌套滑块的运动过程：注射完成后，定、动模分开时，塑件留在动模，T型斜压板带动大滑块在动模的滑槽内做侧向脱模运动。在大滑块与小滑块之间安装了弹簧，当大滑块沿侧向远离成型塑件时，在弹簧作用下将小滑块与大滑块分开，使小滑块与大滑块之间产生相对位移，由于大滑块的上表面为斜面，使小滑块脱离塑件上的筋位。当小滑块完全脱离筋位后，在限位螺钉的作用下，大滑块带动小滑块一起沿侧向远离塑件，直到完全脱离塑件为止。当定、动模合模时，大滑块与小滑块的运动方向相反[3-5]。

4 斜推结构

塑件内表面有1个向内弯的扣位，不能正常脱模，需要用斜推结构才能脱模，根据成型塑件的尺寸大小，设计的斜推结构尺寸为346 mm×50 mm×60 mm。为了能顺利地将斜推结构从型芯中推出，需要使用2根斜推杆。为了保护斜推杆不发生断裂，在斜推杆的旁边增加T型杆，当模具做推出运动时，由T型杆引导斜推组件在滑槽内水平滑动，并承担扭曲力，斜推结构如图6所示。斜推结构主要分为三部分：斜推块、斜推杆和导滑槽板。斜推块是按塑件的局部形状加工；斜推杆是标准件，按照不同的规格采购，直接安装在斜推块上；导滑槽板是按照模架的实际情况定做，用螺钉固定在推板上，由推杆固定板进行定位。该斜推结构的优点：①斜推块和斜推杆互换性好，两者之间用螺钉固定，组装方便，当斜推块或斜推杆损坏时，只需要更换相应的零件，而不需要替换整个斜推组件；②在斜推杆旁边设置T型杆，可以承担斜推杆的大部分扭曲力，起保护斜推杆的作用，斜推杆不容易断裂；③当拆、装斜推组件时，可以从动模座板底部松开导滑槽板上的螺钉，将导滑槽板从推杆固定板上取出，再将斜推组件从型芯中取出，不需要将整副模具拆开；④这种斜推组件可以连接冷却水，斜推杆是空心管，2个斜推杆各连接1个水管接头，1个连接进水管和出水管，形成1个单独的冷却水回路，能够控制斜推块的温度。

图6 斜推结构

5 模具结构设计

因为在汽车左右两侧各有1个汽车玻璃窗导轨，形状正好相反，模具设计为1模2腔结构，2个待成型塑件相向摆放，2个斜推结构在模具的内侧，2个滑块在模具的外侧，如图7所示，这种型腔排布的优点是模具两侧受力均匀，模具零件不容易发生扭曲。

图7 型腔排布

模具上有2个大滑块和2个大斜推组件，质量较大，为了降低这些组件的质量对模具开、合模运动的影响，注射生产时将模具侧向摆放，由滑槽承担滑块的质量，使组件的质量对开、合模运动的影响最小。模具有2个小滑块，为了防止开模时2个小滑块从滑槽中掉出，注射生产时将有2个小滑块的一端朝上，合理利用2个滑块的质量，开模后在重力作用下，可以防止小滑块从滑槽中掉出。因此注射生产时，将模具竖直摆放，2个小滑块在模具的上方，如图8所示，可以使斜推组件与大滑块的侧面承担斜推块、大滑块的质量，小滑块不会从滑槽掉落。

图8 模具装夹方向

模具采用“工”字型模架，为了保护模具上的各个零件，在模架的定、动模板安装模脚，当模架摆放在地面时，由模脚承担模具的质量；在注射生产时，为了阻止热量从定模座板上流失，在定模座板的上表面安装隔热板（隔热板的材料为树脂材料），模具结构如图9所示。

图9 模具结构

注射完成后，动模与定模在分型面处打开，嵌套滑块和成型塑件端面的滑块（常规脱模动作）同时开始脱模，当动模运动到极限位置后，注塑机滑块推动所有推杆和斜推组件一起做推出运动，将成型塑件推出。然后注塑机滑块带动斜推组件、推杆复位，当推杆、斜推组件等完全复位后，动模向定模方向运动，大滑块T型斜压板带动嵌套滑块复位，斜导柱与楔紧位带动端面滑块复位。当嵌套滑块与端面滑块完全合模后，开始下一次注射周期[6,7]。