車燈殼體模具定模自彈式斜頂研究設(shè)計(jì)

李孔富，廖銳豪，黃金香

（廣州導(dǎo)新模具注塑有限公司，廣東廣州 511430）

1 引言

隨著新能源汽車的發(fā)展，車燈產(chǎn)品的發(fā)展升級(jí)更加突出，而車燈模具作為模具行業(yè)中一個(gè)細(xì)化的高端模具類別，具有精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、創(chuàng)新性強(qiáng)等特點(diǎn)。不斷提升國(guó)內(nèi)車燈模具的技術(shù)水平，推動(dòng)國(guó)內(nèi)模具產(chǎn)業(yè)向高端化升級(jí)，深度參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，努力提升在國(guó)際高端模具的占比，向高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。模具結(jié)構(gòu)的緊湊化、輕量化發(fā)展是一個(gè)重要的途徑。國(guó)內(nèi)外模具設(shè)計(jì)師們對(duì)這一方面的技術(shù)提升也做出大量的貢獻(xiàn)，但總體上由于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)對(duì)模具穩(wěn)定性的極高要求及現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，絕大部分設(shè)計(jì)方案都會(huì)采用相對(duì)成熟保守的技術(shù)。這一定程度上制約了模具緊湊化的發(fā)展，不利于降低模具的成本。本文基于具有對(duì)車燈塑件模具豐富的設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)及對(duì)模具各類結(jié)構(gòu)的理解基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了車燈模具創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)，提出改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案，采用自彈式斜頂結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)車燈殼體塑件定模側(cè)小面積、小行程倒扣抽芯脫模的要求。在專業(yè)3D 軟件上進(jìn)行詳細(xì)的3D 造型設(shè)計(jì)及必要的動(dòng)作模擬，確認(rèn)優(yōu)化完成后制造模具，針對(duì)機(jī)構(gòu)的安裝、導(dǎo)向、受力進(jìn)行分析，驗(yàn)證其長(zhǎng)期生產(chǎn)的可靠性及穩(wěn)定性。這一設(shè)計(jì)成果對(duì)模具緊湊化、精密化、高端化發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)模具輕量化、降耗減排，降本增效、可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

2 問(wèn)題點(diǎn)分析及優(yōu)化方向

車燈被喻為汽車的眼睛，目前已是集安全照明、信息交流、美化外觀、氣氛交融等功能為一體的汽車關(guān)鍵零部件之一，對(duì)汽車的功能性、實(shí)用性、安全性、舒適性及外觀美化等都有重要影響。而其通常細(xì)分為：前照大燈（近光、遠(yuǎn)光、前轉(zhuǎn)向、示寬、霧燈等）、后組合燈（后位、倒車、制動(dòng)、后霧、后轉(zhuǎn)向燈等）、霧燈（前后霧燈）和小燈（閱讀燈、化妝燈、下車燈、氣氛燈等）。

而在車燈組合里面殼體（基座）塑件一方面需要保證穩(wěn)定可靠地把車燈安裝固定在車體上；另一方面，與配合安裝固定車燈組合內(nèi)其它零件（如反射鏡、襯框、PCB板等），殼休結(jié)構(gòu)是車燈塑件中最復(fù)雜的零件之一，其正、反面均需設(shè)計(jì)有很多用于安裝、定位、功能匹配的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)通常為卡扣、卡槽、安裝孔等特征，而這些特征在模具成型當(dāng)中脫模需要設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)，這類塑件模具，在動(dòng)、定模都需要設(shè)計(jì)抽芯脫模結(jié)構(gòu)，在模具結(jié)構(gòu)選擇上在動(dòng)模側(cè)的倒扣通常都是設(shè)計(jì)滑塊，斜頂、或彈動(dòng)模板的內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽芯脫模；而在定模側(cè)的倒扣也會(huì)設(shè)計(jì)類似的結(jié)構(gòu)，如滑塊（內(nèi)抽芯）或者定模斜頂，但是，定模側(cè)要實(shí)現(xiàn)這類脫模機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，需要增加額外的定模頂出板、撐機(jī)輔助或通過(guò)油缸、彈簧、拉鉤等驅(qū)動(dòng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)才可實(shí)現(xiàn)抽芯，或者可能還需設(shè)計(jì)得更加復(fù)雜，即需增加彈定模板的設(shè)計(jì)（需要解決熱嘴不可運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題）。在定模側(cè)增加設(shè)計(jì)頂出板、彈整塊定模板等，不僅需要考慮相關(guān)機(jī)構(gòu)和熱流道的干涉問(wèn)題，還會(huì)直接影響到模具的厚度、強(qiáng)度，因此，有些模具會(huì)出現(xiàn)因模具厚度太厚而導(dǎo)致需要放到更大噸位的注塑機(jī)臺(tái)上生產(chǎn)，模具厚度的增加，意味著需要使用更多的鋼材，成本自然會(huì)增加，同時(shí)也給客戶生產(chǎn)、排產(chǎn)造成困難及大幅度增加單品生產(chǎn)成本。這些問(wèn)題又因塑件的需要不能簡(jiǎn)化或者刪除相應(yīng)的結(jié)構(gòu)來(lái)解決。這樣，如能通過(guò)模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化去解決將是性價(jià)比非常高的解決方案。

在一些定模側(cè)抽芯數(shù)量少、抽芯面積不大、行程也不大的塑件，將是設(shè)計(jì)者們思考并優(yōu)化結(jié)構(gòu)節(jié)約成本特別有利及可行的方向?；诖耍O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做了大量的分析工作，對(duì)這類塑件模具開(kāi)展了優(yōu)化結(jié)構(gòu)可行性研究分析，為優(yōu)化相關(guān)模具結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)化明確了方向。

3 結(jié)構(gòu)方案分析

圖1所示為汽車組合尾燈中的殼體塑件，其總體外圍尺寸為214×113×128mm，形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定模側(cè)有二處安裝扣位需要抽芯脫模，符合模具抽芯數(shù)量比較少、抽芯面積也不大及行程有限等特點(diǎn)，是一個(gè)極佳的研究對(duì)象。按照以往設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，定模側(cè)的這兩處小抽芯通常做法有下面兩種方案。

圖1 塑件3D造型示意圖

方案一：在定模側(cè)增加設(shè)計(jì)一塊彈板、采用油壓油缸驅(qū)動(dòng)并且油壓還需要克服注射成型時(shí)型腔的注射壓力，確保成型時(shí)抽芯不會(huì)出現(xiàn)后退，造成塑件不合格?？圻@里的結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)成小內(nèi)抽滑塊形式，如圖2所示，在這一方案當(dāng)中塑件這兩處扣位的內(nèi)抽滑塊開(kāi)框后，定模型腔與膠位一側(cè)形成明顯的薄鋼，薄鋼這一側(cè)是需要承受型腔注射壓力的，這樣，模具在這處薄鋼位置出現(xiàn)強(qiáng)度不足、變形、開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)極高，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)抽滑塊出現(xiàn)燒死。內(nèi)抽滑塊背部用于互鎖及驅(qū)動(dòng)的T塊撐機(jī)強(qiáng)度也會(huì)受到影響，顯然這一方案在定模側(cè)需要增加油壓、彈板等結(jié)構(gòu)的情況下，模具也存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，可以判定模具的性價(jià)比是很低的。

圖2 內(nèi)抽方案示意圖

方案二：在定模側(cè)設(shè)計(jì)成類似于圖3 所示的分型面斜頂，此種結(jié)構(gòu)開(kāi)模時(shí)以彈簧彈力作為驅(qū)動(dòng)力，斜頂正面緊貼動(dòng)模分型面，開(kāi)模時(shí)，斜頂由于彈簧作用，從定模型腔側(cè)彈出緊貼動(dòng)模分型面并向外滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽芯脫模，合模時(shí)則由動(dòng)模分型面直接壓回復(fù)位。結(jié)構(gòu)中斜導(dǎo)柱起到導(dǎo)向作用，限位螺絲起到控制斜頂彈出行程。這類機(jī)構(gòu)需要設(shè)計(jì)斜導(dǎo)柱并放置彈簧還需要設(shè)計(jì)限位螺絲，斜頂相對(duì)而言設(shè)計(jì)得比較大，在模具中占用的空間也會(huì)比較大，應(yīng)用到這種抽芯面積少行程有限的塑件，相對(duì)于方案一有較大的優(yōu)勢(shì)，但其占用的空間仍然很大，也會(huì)有與其它結(jié)構(gòu)相干涉的問(wèn)題，影響比較大的是模具的冷卻效果變差，增加冷卻時(shí)間，影響模具生產(chǎn)周期，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。

圖3 分型面斜頂方案示意圖

以上兩個(gè)方案從原理上均可以滿足抽芯脫模要求，但都存在一定的問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)，顯然不是非常好的解決方案。制造出來(lái)也可能給模具增加更多的維護(hù)成本壓力。

4 定模自彈式斜頂設(shè)計(jì)

經(jīng)綜合研究評(píng)估，在模具上設(shè)計(jì)了一種新型的斜頂抽芯脫模機(jī)構(gòu)來(lái)解決這兩處小卡扣的抽芯問(wèn)題，這一機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，尺寸較小，幾乎不占用額外的空間，模具可以設(shè)計(jì)得非常緊湊，模具整體尺寸也可以減少，節(jié)約模具成本。

在專業(yè)3D 設(shè)計(jì)軟件中根據(jù)塑件造型，設(shè)計(jì)出整副模具3D 模型。在定模側(cè)先行設(shè)計(jì)出自彈式斜頂概念3D 初步造型，再通過(guò)反復(fù)的修改優(yōu)化、并安排進(jìn)行動(dòng)作模擬檢查確認(rèn)，在理論上符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)械動(dòng)作基本原理，最終定案完成這一機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。如圖4所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)涉及定模型腔、動(dòng)模型芯、斜頂、墊塊、彈簧、鎖緊螺絲、彈簧導(dǎo)向桿、固定螺絲等。其中，定模型腔、動(dòng)模型芯作用為配合限制斜頂運(yùn)作方向及定位，斜頂?shù)淖饔脼閷?shí)現(xiàn)倒扣抽芯脫模，墊塊作用為限制斜頂后退位置、支撐斜頂型腔注塑壓力及固定斜頂塊定模型腔處的位置，彈簧的作用為斜頂?shù)膹棾鎏峁?qū)動(dòng)力，鎖緊螺絲作用為把墊塊固定到定模型腔中。組合內(nèi)斜頂4 個(gè)側(cè)面與定模型腔、正面與動(dòng)模型芯分型面均設(shè)計(jì)制造成滑配關(guān)系。

工作過(guò)程如圖4所示：①開(kāi)模抽芯脫模動(dòng)作，合模狀態(tài)時(shí)各組件均復(fù)位在設(shè)計(jì)原始位置，注射成型冷卻完成后，注塑機(jī)后板開(kāi)始運(yùn)動(dòng)同步帶動(dòng)動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)，從而使動(dòng)、定模分型面分離，在剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)模、定模分型面開(kāi)始緩慢分離，那么正常情況下斜頂正面會(huì)失去支撐但由于有在彈簧力的作用下，斜頂是有往外彈出的趨勢(shì)，這樣就確保在斜頂行程內(nèi)斜頂正面會(huì)緊貼動(dòng)模分型面，在這個(gè)過(guò)程中定模型腔開(kāi)框起到導(dǎo)向滑動(dòng)作用，由于斜頂是斜向彈出，那么相對(duì)分型面會(huì)有一個(gè)側(cè)向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)（滑動(dòng)方向與分型接觸面的方向平衡），即斜頂在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)彈出和側(cè)向抽芯脫模的復(fù)合動(dòng)作，當(dāng)動(dòng)、定模分離到斜頂彈出到設(shè)計(jì)位置時(shí)，斜頂兩側(cè)耳朵與定模型腔限位槽接觸不再運(yùn)動(dòng)，抽芯脫模動(dòng)作完成；②合模復(fù)位動(dòng)作，當(dāng)完成一個(gè)注塑周期取完件后，模具從新合模，動(dòng)、定模運(yùn)動(dòng)到設(shè)計(jì)距離時(shí)，動(dòng)模分型面與斜頂正面開(kāi)始接觸，在模具繼續(xù)合模過(guò)程中，斜頂在驅(qū)動(dòng)力作用下沿定模型腔斜頂開(kāi)框內(nèi)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)斜頂正面與動(dòng)模分型接觸面產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)，這個(gè)過(guò)程彈簧不斷被壓縮直到模具完全合模完成、斜頂完全復(fù)位到位為止，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)合模所有動(dòng)作。

圖4 自彈式斜頂動(dòng)作原理示意圖

試模驗(yàn)證：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，模具進(jìn)行了加工制造，自彈式斜頂在加工、裝配及運(yùn)動(dòng)確認(rèn)過(guò)程都比較順利，完全符合設(shè)計(jì)要求。確認(rèn)無(wú)誤之后，安排試模生產(chǎn)驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注了斜頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)順暢度、平穩(wěn)度及可靠性。經(jīng)驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，自彈式斜頂設(shè)計(jì)方案得到確認(rèn)是可以替代傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)小面積、小行程抽芯脫模目的。

5 總結(jié)與展望

本文在汽車車燈殼體模具的定模側(cè)設(shè)計(jì)了自彈式斜頂抽芯脫模機(jī)構(gòu)，對(duì)倒扣面積小、行程有限的抽芯脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了最大程度的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，避免了因這類倒扣設(shè)計(jì)抽芯脫模機(jī)構(gòu)影響到模具的整體尺寸、生產(chǎn)周期，對(duì)模具的緊湊化設(shè)計(jì)、輕量化設(shè)計(jì)產(chǎn)生積極影響，充分體現(xiàn)車燈模具設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)先經(jīng)過(guò)專業(yè)3D設(shè)計(jì)軟件完成造型設(shè)計(jì)及必要的動(dòng)作模擬驗(yàn)證，優(yōu)化確認(rèn)后制造了整副模具，通過(guò)裝配、安裝及模具試模來(lái)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的可行性并得到最終的結(jié)果。本文的設(shè)計(jì)方案具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、動(dòng)作穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)驗(yàn)證方便、制造容易、成本低等特點(diǎn)，為車燈模具走向高端化、緊湊化、輕量化、降本增效、節(jié)能減排提供了借鑒意義。