汽車座椅側(cè)護(hù)板注塑模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)

趙利平，張維合，彭新華

（1. 廣東科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 東莞 523000；2. 茂新五金（深圳）有限公司，廣東 深圳 518106）

0 前言

汽車座椅側(cè)護(hù)板塑件是汽車座椅零件中必不可缺的一部分，不同品牌和車型所配置的座椅功能都盡不相同，同一車型所配置的座椅大多數(shù)都是在功能上有少許差異，其結(jié)構(gòu)基本一樣以達(dá)到最大化利用模具的目的。本文所述的座椅側(cè)護(hù)板塑件就是一套充分利用同一模具達(dá)到生產(chǎn)不同結(jié)構(gòu)塑件的模具典范，其模具結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)是通過(guò)采用了便捷式的模內(nèi)互換鑲件結(jié)構(gòu)和在常規(guī)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)空間不足的情況下，通過(guò)異型的斜頂抽芯機(jī)構(gòu)配合直頂頂出機(jī)構(gòu)達(dá)到出模方向倒扣脫模的目的［1-2］。

1 塑件結(jié)構(gòu)和工藝性分析

如圖1 所示為汽車座椅側(cè)護(hù)板塑件的零件結(jié)構(gòu)示意圖，塑件外形似一個(gè)“L”狀，中間有一個(gè)凹位，端部有一個(gè)弧形，外形尺寸為595 mm×290 mm×108 mm，質(zhì)量約為450 g，屬于中型塑件。塑件材質(zhì)為聚丙烯（PP），該材料在塑料中質(zhì)量最輕、無(wú)毒、無(wú)異味、流動(dòng)性非常好、力學(xué)性能穩(wěn)定、著色性能佳，收縮大不利于成型尺寸精度較高的塑件，抗紫外線能力弱需要通過(guò)增加添加劑含量等辦法解決。平均壁厚為2.6 mm，最大厚度偏差在0.2 mm 以內(nèi)，產(chǎn)品壁厚設(shè)計(jì)很均勻，非常利于填充。塑件結(jié)構(gòu)上倒扣多有13 處，共做了12 個(gè)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)脫模；骨位多填充困難需要多做鑲件排氣利于成型，同時(shí)頂出時(shí)抱緊力大；另外定模和動(dòng)模需要做互換鑲件實(shí)現(xiàn)有孔和無(wú)孔2款樣式，導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)和制作難度增大［3-5］。

2 模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車座椅側(cè)護(hù)板塑件主體的平均壁厚為2.6 mm，沒(méi)有特別厚或薄的位置，骨位厚度為1.4 mm，控制在主體壁厚的60 %以內(nèi)，壁厚設(shè)計(jì)合理。參考同類塑件進(jìn)膠設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，鑒于PP 料流動(dòng)性好及外觀表面不能有進(jìn)膠痕跡的問(wèn)題，本副模具采用的是單點(diǎn)牛角進(jìn)膠方式，如圖2 所示，進(jìn)膠點(diǎn)選擇在一條骨位上。本案例通過(guò)選擇在骨位上進(jìn)膠可將進(jìn)膠點(diǎn)做成扇形狀，解決表面烘印問(wèn)題同時(shí)弱化成型壓力損失。

圖2 進(jìn)膠的3D示意圖Fig.2 3D diagram of the feeding glue

2.2 便捷式模內(nèi)更換鑲件機(jī)構(gòu)

圖3 為便捷式模內(nèi)更換鑲件機(jī)構(gòu)3D 剖切圖，圖3（a）為無(wú)孔款塑件，圖3（b）為有孔款塑件。該互換鑲件機(jī)構(gòu)可在模具注塑生產(chǎn)過(guò)程中直接在注塑機(jī)臺(tái)上通過(guò)簡(jiǎn)單的操作，在不拆模的前提下直接更換鑲件。機(jī)構(gòu)由定模鑲件19（有孔和無(wú)孔2 種）、動(dòng)模鑲件45（有孔和無(wú)孔2種）、鑲件連接塊47、銷釘50、鑲件定位針42、鑲件取出針44、工藝定位塊49及螺絲51組成。動(dòng)模鑲件45 和定模鑲件19 與鑲件連接塊47 通過(guò)銷釘50 連接，工藝定位塊49 在模具制作過(guò)程中起固定鑲件19 和45 的作用。如將圖3（a）所示的無(wú)孔款換成圖3（b）所示的有孔款，具體操作方法：①先拆掉圖3（a）A 板2 和B 板3 上螺絲51；②拔出鑲件定位針42 使其脫離鑲件連接塊47 上的直角限位槽48；③用工具擠壓鑲件取出針44，鑲件取出針44 與鑲件連接塊47 在取出斜面46處產(chǎn)生的作用力將推動(dòng)鑲件向分型面方向頂出，鑲件與模芯之間在其取出方向設(shè)有1°的斜度，當(dāng)鑲件松動(dòng)后，即可直接取出；④更換4（b）有孔款的鑲件，分別裝入動(dòng)/定模芯內(nèi)；⑤裝入鑲件定位針42固定在直角定位槽48內(nèi)，裝入鑲件取出針44，鎖緊螺絲完成更換。

圖3 便捷式模內(nèi)鑲件更換機(jī)構(gòu)3D剖切圖Fig.3 3D profile of convenient in-mold insert replacement mechanism

2.3 異形斜頂抽芯機(jī)構(gòu)及其配合的直頂頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由圖4 異形斜頂抽芯機(jī)構(gòu)和直頂頂出機(jī)構(gòu)相配合的3D 結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，脫出L2 倒扣的常規(guī)做法是直接做小斜頂即可，本案例由于在常規(guī)做法時(shí)斜頂桿位置會(huì)與司筒干涉，加大斜頂做到塑件膠位邊緣又有骨位干涉，導(dǎo)致常規(guī)的做法無(wú)法實(shí)現(xiàn)倒扣L2 的正常脫模。為解決此難點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)L 形的異形斜頂，將斜頂桿外移避開(kāi)與司筒的干涉，在異形斜頂?shù)纳厦嬖僮鲆粋€(gè)直頂，斜頂和直頂同時(shí)頂出，成功解決了常規(guī)做法下斜頂桿與司筒干涉的問(wèn)題，又解決了異形斜頂上面膠位形成倒扣的問(wèn)題。增加直頂即輔助了產(chǎn)品頂出，又實(shí)現(xiàn)了L2倒扣的順利脫出。

2.4 斜頂抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和直頂頂出機(jī)構(gòu)

汽車座椅側(cè)護(hù)板模具共設(shè)有12處斜頂抽芯機(jī)構(gòu)如圖5（a）所示，還包括1個(gè)直頂機(jī)構(gòu)與其中1個(gè)異形斜頂抽芯機(jī)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)［6-7］。12 個(gè)斜頂根據(jù)倒扣量的需要分成4類如圖5（b）所示。所有斜頂抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部相同，如圖5（c）所示，其基本構(gòu)造是由斜頂塊22、斜頂桿24、連接銷54、斜頂桿24、斜頂桿導(dǎo)向塊23、頂桿套20、斜頂座53、斜頂固定基座52 構(gòu)成。其工作原理是上端的斜頂塊22 通過(guò)連接銷54 固定在斜頂桿24上；下端的斜頂座53 通過(guò)螺絲與直頂桿24 連接，斜頂座圓凸臺(tái)55 連接斜頂固定基座52 再固定在頂針板上；中間設(shè)有2 個(gè)斜頂導(dǎo)向塊23，并在斜頂導(dǎo)向塊23 的內(nèi)部裝有頂桿套20。斜頂固定基座52 和頂桿套20 采用了石墨銅材質(zhì)，它是一種自帶潤(rùn)滑性無(wú)須開(kāi)油槽和添加其他潤(rùn)滑劑，可持續(xù)在高溫300 ℃下正常工作的銅制品，主要作用是防止斜頂在工作過(guò)程中此2處活動(dòng)部件不會(huì)出現(xiàn)燒死現(xiàn)象，從而降低斜頂發(fā)生斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。直頂頂出機(jī)構(gòu)包括直頂塊40、直頂桿8、直頂桿導(dǎo)向塊9、頂桿套20。上端通過(guò)螺絲固定直頂塊40 和直頂桿8；下端通過(guò)螺絲固定直頂桿8 在頂針底板5 上；中間設(shè)有2 個(gè)直頂桿導(dǎo)向塊9 及頂桿套20 保證直頂正常運(yùn)行避免出現(xiàn)燒針現(xiàn)象。

圖5 斜頂抽芯機(jī)構(gòu)和直頂頂出機(jī)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of inclined top core-pulling mechanism and straight top ejector mechanism

2.5 精密導(dǎo)向定位設(shè)計(jì)

由圖6 模具總裝結(jié)構(gòu)圖所示：模架上動(dòng)模和定模之間設(shè)有4 組導(dǎo)柱27、導(dǎo)套43，8 組分型面定位塊12；頂針板上設(shè)有4 組中托司21；模芯分型面上設(shè)計(jì)了虎口對(duì)鎖結(jié)構(gòu)41；斜頂抽芯機(jī)構(gòu)和直頂頂出機(jī)構(gòu)的每根頂桿上分別設(shè)計(jì)了上下2 個(gè)導(dǎo)向塊。使整套模具從模架、模芯到頂出系統(tǒng)都有非常精確的定位導(dǎo)向設(shè)計(jì)，保證了模具精度的同時(shí)讓其在生產(chǎn)過(guò)程中擁有優(yōu)良的穩(wěn)定性，確保塑件品質(zhì)得到有力保障［8-10］。

圖6 模具總裝圖Fig.6 Mold assembly drawing

2.6 模具排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具的排氣是模具設(shè)計(jì)中非常重要的組成部分，直接關(guān)系到塑件的最終成型品質(zhì)。如圖7所示的排氣系統(tǒng)示意圖，定模型腔上設(shè)置了整圈的二級(jí)排氣系統(tǒng)。二級(jí)排氣除了兩級(jí)封膠位各10 mm寬之外，整個(gè)分型面全部避空，深度0.2 mm；一級(jí)排氣槽寬4 mm，深 度0.015 mm；動(dòng)模上利用鑲件、鑲針、司筒針和頂針輔助排氣，鑲件內(nèi)還單獨(dú)設(shè)置了排氣槽；為避免合模時(shí)鎖模力太大導(dǎo)致排氣不暢，在B板上設(shè)置了12個(gè)分型面平衡塊13均衡分型面的鎖模壓力，保證填充時(shí)能將熔料產(chǎn)生的氣體充分地排出模具型腔，提高填充的效率，減少困氣燒焦現(xiàn)象的發(fā)生，讓塑件能夠獲得優(yōu)良的成型品質(zhì)。

2.7 模具冷卻水路設(shè)計(jì)

由圖8 可以看出定模共設(shè)有2 條水路，在每一條水路上還設(shè)有多個(gè)水井，水井分布在塑件周邊或高度方向落差較大的位置，整個(gè)水路呈均勻分布確保定模充分冷卻；動(dòng)模上設(shè)有6 條水路，每一條水路上均配有水井，水井分布在模芯內(nèi)部及周邊，特別是設(shè)計(jì)的水路轉(zhuǎn)接塊結(jié)構(gòu)讓動(dòng)模水路更完善，冷卻更充分，為后期量產(chǎn)成型提供了有力保障。

圖8 定模冷卻水路3D示意圖Fig.8 3D schematic diagram of the fixed mold cooling waterway

2.8 模具整體結(jié)構(gòu)

模具共設(shè)有12個(gè)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)脫出塑件上13個(gè)倒扣，13個(gè)倒扣共分為四種類型如圖1（b）、（c）、（d）塑件扣位結(jié)構(gòu)3D 示意圖所示，其中圖1（b）為異形斜頂抽芯機(jī)構(gòu)，需做一個(gè)直頂配合才能完成倒扣的出模［11-12］。塑件分為有孔和無(wú)孔兩款，模具的動(dòng)模和定模需做便捷式模內(nèi)可互換鑲件結(jié)構(gòu)，在注塑機(jī)臺(tái)上完成，以降低拆模、裝模的時(shí)間及人工成本。模具采用1 模1 穴布局，非標(biāo)模架尺寸最大外形為925 mm×750 mm×641 mm，重約2 350 kg，屬于中大型模具范疇。模具總體結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)模內(nèi)便捷式鑲件互換的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同一套模具生產(chǎn)2 種不同的塑件，提高了模具的生產(chǎn)效率，降低了模具制造成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，可滿足不同需求的用戶；

（2）模具的倒扣多，分布在不同方向通過(guò)多個(gè)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)解決脫模問(wèn)題，特別是對(duì)于空間受限的倒扣采用了異形斜頂抽芯與直頂配合的組合式方案來(lái)解決脫模難題；

（3）優(yōu)良的冷卻水路、排氣系統(tǒng)、精密導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使模具在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)異，塑件的成型周期、變形控制、外觀品質(zhì)都能滿足客戶要求。