汽車接插件二次注射成型模具設(shè)計

閆竹輝，劉斌，黃強

(1.華南理工大學(xué)聚合物成型加工工程教育部重點實驗室，聚合物新型成型裝備國家工程研究中心，廣州 510640；2.歐唐科技(深圳)有限公司，廣東深圳 518110)

汽車接插件主要由金屬端子和塑料覆蓋材料制成的護套組成，其市場需求量大，產(chǎn)品功能越來越多樣化[1–3]。現(xiàn)階段，汽車接插件多采用包塑成型工藝生產(chǎn)，即注射成型塑料護套前，將金屬端子預(yù)先放入注塑模具中，從而使護套與金屬端子永久性結(jié)合，達到減少裝配工序、降低生產(chǎn)成本的目的[4–6]。由于金屬線路端子具有薄、長的特性，在注塑塑料護套過程中，極易受高速高壓熔體沖擊發(fā)生偏移，并且采用一次注射成型無法實現(xiàn)金屬線路端子的有效定位。鑒于此，筆者針對該類型接插件特點，設(shè)計一個包塑成型過渡件，起固定和緩沖的作用，采用二次成型的方法，有效地解決了金屬線路端子的位置偏移和定位問題。

1 產(chǎn)品工藝分析

圖1 為帶金屬線路端子的接插件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖。該接插件用于國外某轎車剎車系統(tǒng)中。其中，外部護套的塑料覆蓋材料為35%玻纖增強尼龍66 (PA66／GF35%)，牌 號Durethan AKV 35 H2.0。內(nèi)含的金屬線路端子材料為磷青銅材質(zhì)，厚度為0.6 mm，為防止基體銅合金氧化或腐蝕導(dǎo)致接觸失效，表面需進行鍍鎳處理[7–8]。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，在模具設(shè)計時應(yīng)重點注意以下問題：

(1)為減少金屬線路端子的安裝時間，預(yù)先放置在模具中的金屬線路端子為一個整體，需在模具中將其切斷成5 條線路；

(2)金屬線路端子極易受高速高壓熔體沖擊發(fā)生變形，需考慮其定位準(zhǔn)確性；

(3)塑件側(cè)面存在多個通孔和盲孔，應(yīng)設(shè)置合理的脫模推出機構(gòu)。

綜合考慮，采用分兩次注塑成型整個產(chǎn)品。第一次注塑，成型在金屬線路端子極易受沖擊發(fā)生位置偏移的地方設(shè)定的包覆成型過渡件，并保證金屬線路端子的準(zhǔn)確定位；第二次注塑，完成側(cè)面多個側(cè)孔盲孔的抽芯，成型整個制品。兩次注塑極大程度地對金屬線路端子起到了固定和緩沖作用，為后期接插件的正常使用提供了保障。

2 包塑成型過渡件模具設(shè)計

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

考慮到過渡件零件尺寸較小，為提高生產(chǎn)效率，采用一模四腔布局。澆注系統(tǒng)如圖2 所示。澆注系統(tǒng)采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道的方式。使用單點開放式熱噴嘴，減少流道凝料，增加塑料的利用率[9–10]。采用圓形分流道配合側(cè)澆口，這不僅有利于塑料熔體在模具型腔中的流動平衡，而且有效地提高了塑件成型的效率[11–12]。

圖2 澆注系統(tǒng)

將產(chǎn)品導(dǎo)入到Moldflow 軟件中，先對其進行三角形網(wǎng)格劃分。通過網(wǎng)格質(zhì)量統(tǒng)計，共產(chǎn)生174 150個三角形網(wǎng)格單元，最大縱橫比7.84，最小縱橫比1.16，平均縱橫比1.59，無自由邊、多重邊、配向不正確單元，之后將三角形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換成四面體網(wǎng)格，共產(chǎn)生2 408 344 個四面體網(wǎng)格單元，能夠滿足填充、保壓、冷卻、翹曲分析要求。從圖2b 的填充模擬結(jié)果分析可知，塑料熔體充滿型腔的時間為1.4 s，該澆注方案的填充效果良好，能夠填充完全，熔體流動比較均勻，并且沒有發(fā)生短射、填充不足的情況。

2.2 定位機構(gòu)的設(shè)計

為保證模具開模后制品留在動模側(cè)，將定位機構(gòu)設(shè)置于動模模腔內(nèi)。定位機構(gòu)圖如圖3 所示。在金屬線路端子多處位置設(shè)有定位針、凸臺結(jié)構(gòu)，一方面能夠保證金屬線路在合模注塑前的準(zhǔn)確安裝，另一方面能夠保證金屬線路在高速高壓的塑料熔體流的沖擊下不發(fā)生位置偏移。

圖3 定位機構(gòu)

2.3 切斷機構(gòu)的設(shè)計

金屬線路用于傳輸?shù)蛪弘娦盘?，為防止線路短路，各金屬線路不能夠發(fā)生接觸。本套模具采用先放置整體的金屬線路端子后切斷的工序，極大地減少了金屬線路端子的放置時間。切刀材料選用高碳高鉻合金工具鋼1.2379，其因在熱處理后具有很高的硬度及耐磨性、淬透性強、尺寸穩(wěn)定性好等特點，已廣泛應(yīng)用在精密沖壓模具、冷擠壓成型模具和剪切薄料的剪刀等場合。

切斷機構(gòu)如圖4 所示。當(dāng)模具閉合后，由液壓油缸為切刀運動提供原動力，驅(qū)動切刀將金屬線路端子切斷，運動距離為2 mm，由復(fù)位行程開關(guān)保證切刀的運動行程。

圖4 切斷機構(gòu)

2.4 模具結(jié)構(gòu)分析

模架選用非標(biāo)模架，尺寸596 mm×386 mm×510 mm，一次注射模具結(jié)構(gòu)如圖5 所示。由于金屬線路端子的不規(guī)則形狀，采用整體式難以加工，動模和定模均采用鑲拼結(jié)構(gòu)用以成型塑件表面，鑲塊材料采用熱作模具鋼1.2343 制造，熱處理后硬度HRC50–52。模具安裝在大禹160T 立式注塑機上進行成型，采用雙動模的形式提高成型效率。

圖5 一次注射模具結(jié)構(gòu)

單側(cè)動模模具工作過程：

注射開始前，先將金屬線路端子通過人工的方式安裝在動模的模腔內(nèi)，由凸臺和定位針保證定位。安裝完成后模具合模，由導(dǎo)柱、導(dǎo)套保證合模的準(zhǔn)確性。合模完成后，液壓油缸推動切刀固定板，從而驅(qū)動切刀運動，將金屬線路端子切斷，復(fù)位行程開關(guān)控制切刀的運動距離及復(fù)位動作。注射時，高溫熔體經(jīng)由熱流道系統(tǒng)進入冷流道系統(tǒng)，隨后經(jīng)5 個側(cè)澆口同時進入模具的模腔，保壓冷卻之后開模。由注塑機頂桿推動推桿固定板，從而驅(qū)動頂針運動，將包覆金屬線路端子的塑件和澆口凝料部分一起推出動模，采用人工方式取出后，頂出機構(gòu)由復(fù)位桿實現(xiàn)復(fù)位，準(zhǔn)備下一次金屬線路端子的安裝及注射成型。

3 二次成型模具設(shè)計

3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

最終產(chǎn)品外圍有多處孔位需進行側(cè)向抽芯，故采用一模兩腔布局。

澆注系統(tǒng)如圖6 所示。澆注系統(tǒng)采用熱流道點澆口的方式。單點針閥式熱噴嘴的使用，可選用較大直徑的澆口，使型腔填充加快，并進一步降低注塑壓力，減小產(chǎn)品變形。同理，將產(chǎn)品導(dǎo)入到Moldflow 軟件中，先對其進行三角形網(wǎng)格劃分，之后將三角形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換成四面體網(wǎng)格，共產(chǎn)生1 466 337 個四面體網(wǎng)格單元，能夠滿足填充、保壓、冷卻和翹曲變形的模擬分析要求。

圖6 澆注系統(tǒng)

由圖6b 的填充模擬結(jié)果分析可知，塑料熔體充滿型腔的時間為2.060 s，該澆注方案的填充效果良好，能夠填充完全、熔體流動比較均勻，并且沒有發(fā)生短射、填充不足的情況。

3.2 抽芯機構(gòu)的設(shè)計

“滑塊+斜導(dǎo)柱”側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)，通常用在動模外側(cè)抽芯機構(gòu)和動模內(nèi)側(cè)抽芯機構(gòu)中。其中，動模外側(cè)抽芯機構(gòu)最常用，其具有動作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便等特點，特別適合抽芯距較小、抽拔力不大的場合[13–15]。

針對其主體外圍存在的多處孔特征，在主體兩側(cè)設(shè)有斜導(dǎo)柱側(cè)滑塊的側(cè)抽芯機構(gòu)，抽芯機構(gòu)如圖7 所示。其中，側(cè)抽滑塊通過螺釘與滑座連接，側(cè)抽滑塊內(nèi)部的鑲塊采用螺釘固定，鑲針采用鑲拼結(jié)構(gòu)，如圖7b 所示?；x用熱作模具鋼1.2344，具有優(yōu)良的機械加工性能及拋光性能，良好的高、低溫耐磨性等特點。當(dāng)模腔打開時，固定在定模側(cè)的斜導(dǎo)柱驅(qū)動滑座連同側(cè)抽滑塊沿7 字形壓條方向運動，完成局部特征的脫模，由限位塊對滑座進行限位。

3.3 模具結(jié)構(gòu)分析

模架選用非標(biāo)模架，尺寸896 mm× 546 mm×605 mm，二次注射模具結(jié)構(gòu)如圖8 所示。模具安裝在大禹160T 立式注塑機上進行成型，采用雙動模的形式提高成型效率。

圖7 抽芯機構(gòu)

圖8 二次注射模具結(jié)構(gòu)

單側(cè)動模模具工作過程：注射開始前，先將第一次注射完成的包覆成型過渡件通過人工的方式安裝在動模的模腔內(nèi)，其定位同樣由凸臺和定位針保證。安裝完成后，模具合模，由導(dǎo)柱、導(dǎo)套保證合模準(zhǔn)確性。注射時，高溫熔體經(jīng)由熱流道系統(tǒng)進入模具的模腔，保壓冷卻之后開模。斜導(dǎo)柱驅(qū)動滑座連同側(cè)抽滑塊沿7 字形壓條方向運動，完成局部特征的脫模。模具動模側(cè)繼續(xù)開模運動，由注塑機頂桿推動推桿固定板，從而驅(qū)動推桿運動，由于金屬線路端子接插端包緊力較大，采用液壓頂出裝置輔助頂出，保證了塑件推出時的受力均衡。最終制品采用人工方式取出后，頂出機構(gòu)由液壓油缸和復(fù)位桿共同實現(xiàn)復(fù)位，準(zhǔn)備下一次包覆成型過渡件的安裝及注射成型。

注塑模具實物圖如圖9 所示，其中，圖9a 為在大禹160T 立式注塑機上成型包覆成型過渡件的模具，圖9b 為在大禹160T 立式注塑機上成型最終產(chǎn)品的二次注射模具。

圖9 注塑模具實物圖

4 結(jié)語

采用二次注射成型的方法，有效地解決了金屬線路端子在注塑生產(chǎn)中由于高速高壓熔體沖擊導(dǎo)致的變形量大的問題。經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，模具結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、成品率高、生產(chǎn)效率高，得到了客戶的好評。