汽車高光格柵注射模設計

石 波，郝加杰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心，廣西 柳州 545007）

0 引 言

在追求美觀的汽車外觀造型趨勢下，汽車前格柵不僅需要滿足在整車上的功能要求，還需要具備符合時代潮流的美學元素，提升客戶的主觀滿意度[1]。為了追求個性、時尚、科技感和高光澤度效果，近年來高光鋼琴黑烤漆效果的格柵外觀已成為汽車外飾的流行趨勢[2]?，F(xiàn)針對某車型高光前格柵塑件，運用CAD/CAE技術對其進行模具設計與模流分析，并介紹了模具設計中的關鍵技術要點。

1 塑件分析

圖1所示為某車型高光格柵，材料為PMMA/ASA合金材料，表面高光免噴涂。PMMA/ASA合金材料具有高光澤、免噴涂等特點[3]，其中聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗稱有機玻璃、亞克力，具有較好的透光性能和力學性能，優(yōu)異的耐老化性和耐候性，化學性能穩(wěn)定，能耐低濃度的酸、堿等一般化學腐蝕，但PMMA抗沖擊性能較差，尤其是低溫沖擊性能更差[4]；丙烯酸丁酯－苯乙烯－丙烯腈三元共聚物（ASA）具有良好的抗沖擊性能、著色性、耐腐蝕性，但表面硬度不夠高，易劃傷、刮擦。由于PMMA與ASA的溶解度相近，兩者具有良好的相容性[5]。免噴涂的PMMA/ASA合金材料廣泛應用于汽車格柵、后視鏡外殼、支架、門把手等汽車外飾件。

圖1 高光格柵

高光格柵塑件外形尺寸為1 063 mm×305 mm×135 mm，質(zhì)量為1 650 g。格柵表面設計有較多的蜂窩狀網(wǎng)孔結(jié)構，如圖2所示，這些網(wǎng)孔結(jié)構尺寸小且排布密集，對注射工藝要求較高。由于格柵是高光免噴涂件，重要外觀面不能出現(xiàn)熔接痕、流痕等缺陷；又因其有裝配尺寸要求，格柵成型后的變形應在裝配的可控制范圍。

圖2 高光格柵蜂窩狀網(wǎng)孔

2 模具方案設計

2.1 澆口數(shù)量及澆口位置確定

由于受塑件網(wǎng)孔造型的影響，按常規(guī)模具設計從待成型塑件外觀側(cè)面進澆，進澆點無法合理布置，網(wǎng)孔區(qū)域充填困難、熔接痕難以控制，且成型的塑件變形也較大。綜合分析后對成型該高光格柵的模具采用倒裝的設計方案，從待成型塑件背面設計進澆點。

PMMA/ASA材料流動性較差，型腔不易充滿，注射壓力大，需要設計多點進澆，經(jīng)MoldFlow優(yōu)化分析，決定采用16點針閥式進澆方案，如圖3所示。其中1、2、3、6、9、10、11、12、13、14進澆點采用點澆口，澆口尺寸為φ4 mm，進澆點直接搭接在待成型塑件的背面；4、5、7、8進澆點采用分流道潛伏式進澆，如圖4所示，每個熱流道噴嘴分為2個澆口進澆，澆口尺寸為8 mm×1.5 mm；15、16進澆點采用側(cè)澆口，澆口尺寸為20 mm×1.2 mm。

圖3 進澆點位置布局

圖4 分流道潛伏式進澆

熱流道內(nèi)徑尺寸為φ22 mm，針閥直徑為φ8 mm，熱流道順序閥開啟順序為：點1→點2、3、4、5、6、7、8同時開啟→點9、10、11、12、13、14同時開啟→點15、16同時開啟；MoldFlow變形分析結(jié)果如圖5所示，從分析結(jié)果可知塑件整體變形均勻且變形較小，滿足設計要求。

圖5 MoldFlow變形分析

2.2 模具零件材料

由于格柵為高光免噴涂件，對模具零件的鋼材有較高的拋光要求。綜合考慮模具制造成本、使用壽命等因素，高光格柵模具型腔板采用XPM V ESR，型芯采用718H。

2.3 直頂注射結(jié)構

傳統(tǒng)成型格柵類注射模一般采用待成型塑件背面點澆口進澆或斜頂結(jié)構進澆，背面點澆口進澆對待成型塑件結(jié)構要求較高，模具結(jié)構復雜，型芯支撐面積小，模具零件強度弱且制造成本高；斜頂結(jié)構進澆對蜂窩狀網(wǎng)孔結(jié)構的格柵難以滿足其設計空間的要求。

針對蜂窩狀網(wǎng)孔結(jié)構的格柵，模具設計了一種直頂結(jié)構進澆，如圖6所示。該直頂進澆結(jié)構包括直頂塊、彈塊、普通流道、直頂桿等，圖6中2個熱流道進澆熱噴嘴設計在一個直頂塊上，同一個熱流道通過普通流道分成2個進澆點；同時普通流道設計在直頂塊內(nèi)，普通流道在脫模方向上是倒扣結(jié)構，為了便于普通流道凝料的脫模，在普通流道澆口區(qū)域設計了導向面，如圖7所示。彈塊由彈塊頭、彈簧及螺釘構成，彈簧穿過螺釘，然后通過螺釘將彈塊頭固定在直頂塊上。

圖6 直頂注射結(jié)構

圖7 直頂注射普通流道

熔體注射完成后，在直頂頂出的過程中，成型塑件及凝料脫離型芯，一起隨直頂塊向上運動；同時固定在直頂塊側(cè)面的彈塊逐漸向外彈出，推動凝料脫離直頂塊；再次配合二次推出機構，將凝料強制推出脫離直頂塊。

2.4 推出系統(tǒng)

直頂注射推出機構如圖8所示，2個直推機構固定在一塊單獨的推桿小固定板上，此推桿小固定板設計在推桿固定板的底部，只負責直頂塊的推出動作，在推桿固定板的4個角設計了4個鎖模器，鎖模器的作用是將推桿小固定板從推桿固定板上分離。

圖8 直頂推出機構

推出系統(tǒng)共推出160 mm，分兩級推出，推出力由4個液壓缸提供，如圖9所示。一級推出系統(tǒng)推出130 mm，在一級推出系統(tǒng)推出的過程中，推桿小固定板連同推桿固定板一起向上運動，同時直頂注射機構上的凝料在彈塊的作用下，部分脫離直推塊。一級推出系統(tǒng)推出完成后，通過鎖模器的作用，推桿小固定板從推桿固定板上脫離，直推機構不再運動。二級推出系統(tǒng)推出30 mm，此二級推出系統(tǒng)推出過程中，其他推出機構推著成型的塑件繼續(xù)運動，將凝料完全從直頂塊上強制推出，完成整個推出過程。

圖9 模具推出機構

2.5 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

高光格柵注射成型中，模具溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量（變形、尺寸精度、力學性能和表面質(zhì)量）和生產(chǎn)效率，因此需要根據(jù)材料性能與成型工藝的要求設計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。成型高光格柵模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括熱流道加熱、冷卻系統(tǒng)和模具型腔板、型芯的冷卻系統(tǒng)。熱流道加熱及冷卻系統(tǒng)由熱流道企業(yè)提供，但由于此模具為倒裝結(jié)構，對于進澆點直接搭接在待成型塑件背面的熱流道噴嘴，為了避免因熱噴嘴溫度過高而導致成型塑件外觀面產(chǎn)生縮印等缺陷，設計了熱流道冷水套管，如圖10所示。

圖10 熱流道冷水套管

為避免成型塑件冷卻不均勻而導致翹曲變形，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。高光格柵模具型腔板、型芯冷卻水路的設計除了遵循模具冷卻系統(tǒng)設計的一般原則[6]，還有以下設計特點[7]：①沿待成型塑件形狀盡量設計隨形水路，盡可能使所有冷卻管道與型腔壁面的距離相等，保證均勻冷卻，減小塑件翹曲變形量，冷卻水路如圖11所示；②水孔直徑為φ15 mm，水井直徑為φ24 mmn，保證了足夠的傳熱面積；③水路之間間距為60 mm，水路距型腔壁面為20～25 mm，距其他非成型面>15 mm；④模具采用集中供水方式，設計集水塊與注塑機連接；⑤單組冷卻回路的長度<3 m，進、出口冷卻水溫差<3℃；⑥型腔板、型芯溫度獨立控制。

圖11 模具冷卻水路排布

3 結(jié)束語

根據(jù)高光格柵模具的設計過程，得到如下結(jié)論。

（1）采用CAD/CAE技術，縮短了高光格柵模具開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。

（2）在高光格柵模具設計中，澆口方案的選擇對成型塑件變形影響較大，實踐證明通過注射成型仿真分析確定澆口方案是快捷有效的方法。

（3）采用倒裝模及直頂注射機構的設計方案解決了對蜂窩狀網(wǎng)孔結(jié)構的格柵無法最優(yōu)布置進澆位置的難題，并且設計了二級推出系統(tǒng)，實現(xiàn)了直頂注射機構中凝料的脫模。

（4）隨形冷卻水路的設計方案提高了高光格柵模具的冷卻效率，縮短了成型周期，保證了塑件的成型質(zhì)量。

該模具結(jié)構方案經(jīng)批量生產(chǎn)驗證后，模具結(jié)構可靠，動作平穩(wěn)，脫模順暢，保證了成型塑件的質(zhì)量，達到了預期的設計效果。