淺析汽車注塑件通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

姚麗穎

(天津新光凱樂(lè)汽車零部件有限公司，天津 武清 301700)

隨著汽車的輕量化，在汽車線路保護(hù)方面，汽車零部件許多選用塑料制品。注塑工藝有著更強(qiáng)的可塑性，可以應(yīng)對(duì)各種不同的使用需求。根據(jù)不同的裝配環(huán)境和性能要求，工程師會(huì)設(shè)計(jì)出合適的零件結(jié)構(gòu)。在相同平臺(tái)下，為了實(shí)現(xiàn)零件的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，在相似的裝配環(huán)境下會(huì)使用相同的組裝、卡接、固定等的結(jié)構(gòu)，我們一般稱之為通用結(jié)構(gòu)。受眾越廣的汽車主機(jī)廠平臺(tái)通用結(jié)構(gòu)覆蓋的零件也越多，幾乎所有的零件都會(huì)存在一種或幾種通用結(jié)構(gòu)。而通用結(jié)構(gòu)往往是裝配功能的關(guān)鍵部位，發(fā)生不良幾乎都需要報(bào)廢處理。一旦通用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，那么問(wèn)題的追溯和調(diào)查就會(huì)橫向展開，其他零件也會(huì)存在風(fēng)險(xiǎn)，后果十分嚴(yán)重。因此，保證注塑零件通用結(jié)構(gòu)的質(zhì)量將是汽車零件注塑的基礎(chǔ)工作之一。在產(chǎn)品開發(fā)前期識(shí)別出并規(guī)避掉這些問(wèn)題，就可以為日后生產(chǎn)降低許多風(fēng)險(xiǎn)。

1 流道與冷料井

作為幾乎每個(gè)注塑模具上都存在的結(jié)構(gòu)，流道與冷料井的合理選用和設(shè)計(jì)在一定程度上，從根源上解決了產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷。

1.1 流道

熱流道是通過(guò)加熱的方式來(lái)保持流道澆口內(nèi)的原料處于熔融狀態(tài)，相比于冷流道更節(jié)約原材料，縮短成型周期，提高注塑機(jī)生產(chǎn)效率，有效節(jié)約成本。但隨著市場(chǎng)越來(lái)越多樣的需求，原材料的成分也會(huì)隨之發(fā)生改變。

（1）有阻燃要求的原材料中部分會(huì)添加阻燃劑，一般以溴元素為主。此種原料通常會(huì)有腐蝕性，隨著生產(chǎn)久而久之會(huì)腐蝕模仁和熱流道嘴芯，熱流道嘴芯被腐蝕后有可能會(huì)造成澆口殘留或者澆口空洞。因此對(duì)于使用阻燃料的模具，選用熱流道時(shí)嘴芯應(yīng)要求使用鎢鋼或者鉬合金材料。

（2）彩色原料一般需要混合色母使用。有些色母對(duì)溫度比較敏感，受熱容易變黑，導(dǎo)致產(chǎn)品表面發(fā)黑，因此在模具設(shè)計(jì)之前要了解原材料及色母的物性。原材料熱敏感的模具最好選擇三板模。

1.2 冷料井

在生產(chǎn)中，注塑機(jī)開關(guān)模取件的這段時(shí)間，流道會(huì)持續(xù)出料，這部分會(huì)形成冷料。冷料井的存在就是為了儲(chǔ)存這期間產(chǎn)生的冷料，防止冷料流到型腔內(nèi)影響產(chǎn)品質(zhì)量。冷料井通常會(huì)設(shè)置在主流道末端，一般冷料井的深度會(huì)大于主流道的直徑，按照目前生產(chǎn)的產(chǎn)品，一般深度設(shè)計(jì)在15 mm以上，見圖1。分流道如果過(guò)長(zhǎng)，末端也應(yīng)該開設(shè)冷料井。

圖1 冷料示意圖

2 卡鼻卡窗

卡鼻卡窗在線路保護(hù)中是最常見的扣合結(jié)構(gòu)之一，也稱之為鎖部結(jié)構(gòu)。利用塑料的彈性形變，完成不可逆的裝配結(jié)構(gòu)。由于塑料材料本身的塑性較強(qiáng)，即使在工藝環(huán)境完全相同的條件下，其尺寸也很容易發(fā)生微小的變動(dòng)，所以卡鼻卡窗的扣合間隙不能為零，見圖2，在零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意這一點(diǎn)，避免生產(chǎn)出的產(chǎn)品不能扣合。另外由于卡窗處的膠位比較薄弱，所以卡窗結(jié)構(gòu)上盡量不要排布頂針。

圖2 扣合間隙示意圖

卡窗是一個(gè)中空結(jié)構(gòu)，與零件主體鏈接處的面積較小，故最終成型位置在外側(cè)。模腔內(nèi)的空氣會(huì)隨之被驅(qū)趕到此處，極有可能造成排氣不良而缺膠，見圖3。因此，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)在卡窗位置設(shè)置排氣鑲件，見圖4。

圖3 排氣不良示意圖

圖4 排氣鑲件示意圖

3 卡舌

日系零件中，塑料件與鈑金縱向較深的裝配位置多數(shù)采用卡舌結(jié)構(gòu)，其原理與卡鼻卡窗相同。但是其特殊的裝配環(huán)境導(dǎo)致卡舌部位沒(méi)有任何支撐，其截面呈現(xiàn)“U”型，這類結(jié)構(gòu)也叫做“U型槽”。U型槽的存在導(dǎo)致卡舌受鑲件的熱變形影響較大，脫模冷卻后會(huì)發(fā)生后仰，見圖5。由于這類結(jié)構(gòu)鈑金一般是縱向受力，所以當(dāng)卡舌后仰到一定程度時(shí)，匹配的鈑金會(huì)因?yàn)橹亓γ撀?，見圖6。一般注塑模具會(huì)設(shè)置水路對(duì)零件進(jìn)行模內(nèi)冷卻。然而卡舌處的鑲件都比較薄，所以無(wú)法在這里設(shè)置水路。因此只能在模具加工時(shí)，根據(jù)U型槽的深度，利用模流分析變形量在此處設(shè)置預(yù)變形，使卡舌冷卻后仰后能處于豎直狀態(tài)。同樣由于卡舌的縱深結(jié)構(gòu)，使得卡舌的末端成為最終填充位置。該位置一般在零件裝配的中心部位，所以需要單獨(dú)增設(shè)排氣鑲件，見圖7，避免困氣造成缺膠。

圖5 卡舌后仰變形示意圖

圖6 鈑金脫落示意圖

圖7 排氣鑲件示意圖

4 接插件卡槽

汽車內(nèi)的電子電路需要用到接插件，多個(gè)接插件組裝在同一個(gè)接插件支架上，這些卡接位置的裝配要求相比普通線束保護(hù)區(qū)域會(huì)更加嚴(yán)格。普通線槽一般不會(huì)與其他剛性零件裝配在一起，裝配后多數(shù)會(huì)用絕緣膠帶纏繞固定，震動(dòng)時(shí)不會(huì)觸碰到其他零件。而接插件支架上面裝配的接插件數(shù)量比較多，接插件多數(shù)為硬質(zhì)塑料，如果裝配后稍有一點(diǎn)間隙，則在震動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生異響。接插件這類零件普遍比較脆并且體積小，為了避免安裝時(shí)損壞，也為了方便操作工人裝配，這類結(jié)構(gòu)的位置安裝力不能過(guò)大。

4.1 異響問(wèn)題對(duì)策

異響是由于震動(dòng)時(shí)支架內(nèi)的接插件晃動(dòng)撞擊到側(cè)壁而產(chǎn)生。由于存在安裝力不能太大的要求，不能把卡接位置做得過(guò)緊，所以只能考慮從外部來(lái)規(guī)范接插件，使其不能產(chǎn)生晃動(dòng)。接插件支架內(nèi)部的矩形結(jié)構(gòu)都是接插件裝配槽。在裝配槽的側(cè)壁增加截面為三角形的筋位，見圖8。裝配時(shí)，三角筋薄弱的尖端不需要太大的力即可被擠壓變形，從而以更大的接觸面積夾緊中間的接插件，使其在車身震動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生晃動(dòng)。通過(guò)調(diào)整三角筋的高度，也可以調(diào)節(jié)接插件裝配的松緊程度，以免讓安裝力過(guò)大。

圖8 三角筋示意圖

4.2 安裝力問(wèn)題對(duì)策

內(nèi)部安裝的接插件可以通過(guò)三角筋來(lái)調(diào)整安裝力過(guò)大的問(wèn)題，但是有些安裝在支架外側(cè)的接插件是只有一面卡接在支架上的，那么安裝力的問(wèn)題只能從裝配部位解決，見圖9。通過(guò)對(duì)安裝力過(guò)大的不良品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)裝配位置的鑲件分型線與裝配位置是重合的，見圖10，而鑲件分型線造成的段差會(huì)影響到接插件的裝配，導(dǎo)致安裝力過(guò)大。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意分析接插件的裝配區(qū)域，避免鑲件分型線與產(chǎn)品的裝配區(qū)域重合，將分型線設(shè)計(jì)在裝配區(qū)域之外，見圖11虛線所示。

圖9 裝配示意圖

圖10 不良品示意圖

圖11 分型線示意

5 定位頭

在汽車線束排布時(shí)，經(jīng)常會(huì)需要單點(diǎn)或多點(diǎn)固定以節(jié)約空間。由于線束質(zhì)量較輕，可以利用定位頭結(jié)構(gòu)配合定位孔來(lái)替代螺栓固定，既能減重又方便操作。定位頭與孔的裝配同樣是不可逆的，所以重點(diǎn)關(guān)注的還是安裝力和保持力。安裝力過(guò)大會(huì)影響安裝效率，甚至可能無(wú)法安裝，此時(shí)可以對(duì)定位頭爪部壁厚做減膠處理。

定位頭的關(guān)鍵之處在于R角，定位頭在裝配時(shí)爪部會(huì)向內(nèi)產(chǎn)生形變，如果爪部沒(méi)有R角則極易折損并脆斷，從而失去固定效果。因此定位頭爪部一般會(huì)做R角，見圖12，增加爪部韌性的同時(shí)還可以起到增大保持力的作用，避免保持力過(guò)小發(fā)生脫落。而與裝配孔接觸的位置和裝配孔的表面都不允許有R角，見圖13，因?yàn)榇颂幨枪潭ㄊ芰c(diǎn)，R角的存在可能導(dǎo)致定位頭脫落。

圖12 爪部R角示意圖

圖13 無(wú)R角示意圖

6 螺栓裝配孔

車身鈑金上有許多螺栓用作定位，許多導(dǎo)線槽上有螺栓裝配孔結(jié)構(gòu)。一般螺栓頭部會(huì)埋在鈑金內(nèi)部，注塑件卡在螺紋上，形成了一個(gè)相對(duì)較薄弱的尖角結(jié)構(gòu)。螺栓裝配孔的尖角處在注塑的最末端，很容易發(fā)生困氣，見圖14。而由于四周都有膠位，沒(méi)法設(shè)置排氣，故只能在中心模仁穿孔將氣體排出，見圖15。

圖14 困氣不良示意圖

圖15 排氣孔示意圖

7 結(jié)論

（1）在模具設(shè)計(jì)初，要根據(jù)材料、零件結(jié)構(gòu)選擇合適的流道和進(jìn)膠位置，預(yù)留足夠的冷料井避免冷料產(chǎn)生。

（2）注塑件鎖部配合間隙一般不為零，需要預(yù)留0.3 mm～0.5 mm。不易填充或熔接線位置需要單獨(dú)開設(shè)排氣鑲件。

（3）深度較大不可避免產(chǎn)生收縮變形的位置應(yīng)當(dāng)在模具上做預(yù)變性。

（4）利用筋位結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)節(jié)尺寸，杜絕震動(dòng)異響。合理設(shè)置分型線位置避免影響裝配。

（5）薄弱的受力位置需要導(dǎo)R角增加強(qiáng)度?？ń用娌荒軐?dǎo)R角，避免脫落。

由此可見，在初期產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)識(shí)別出產(chǎn)品的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和功能部位，結(jié)合其裝配環(huán)境盡可能地優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以杜絕許多嚴(yán)重問(wèn)題的發(fā)生。也避免了量產(chǎn)后修模造成不必要的麻煩。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生了問(wèn)題許多人都會(huì)從工藝上進(jìn)行調(diào)整。極端的工藝長(zhǎng)期生產(chǎn)會(huì)損傷模具，使得模具壽命大打折扣。其實(shí)很多問(wèn)題都可以通過(guò)模具來(lái)解決，比如增加R角、增加排氣、調(diào)整筋位等等，細(xì)小之處往往也能成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。