汽车中控后端盖板气辅注塑模具设计.pdf
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1、第 51 卷,第 7 期2023 年 7 月工程塑料应用Vol.51,No.7Jul.2023ENGINEERING PLASTICS APPLICATION汽车中控后端盖板气辅注塑模具设计周纪委1,翟剑敏2,王明伟1,张文超1,叶星辉3,龙涛1(1.大连工业大学机械工程与自动化学院,辽宁大连 116034;2.山西太钢不锈股份有限公司,太原 030003;3.浙江凯华模具有限公司,浙江台州 318020)摘要:针对中控后端盖板壁厚不均且塑件内部具有较多的加强筋、Boss柱和异形倒扣等特征,设计了一副“一模一腔”的热流道气辅注塑成型模具。采用CAE模流分析技术对塑件进行“充填+保压+翘曲”分析
2、,确定了浇注系统采用“4点阀式热流道+U型冷流道”的组合形式以及进气口位置,并对塑件成型过程中出现的缺陷进行预判。由CAE分析结果可知,塑件表面无明显熔接线和凹痕,气体可以将较厚筋位中间部位进行穿透形成中空,且气体穿透后塑件相邻区域收缩较为均匀,翘曲变形较小。由于塑件内表面结构较为复杂,因此设计了8组斜顶抽芯机构解决了产品侧向抽芯问题;且在顶出机构中设计了“顶针+顶杆+方直顶”的组合机构对产品、冷流道和多余溢料进行顶出。但此模具下模板、顶针板和顶针固定板上安装的顶针、顶杆和斜顶的数量较多,注塑机无法为模具提供顶出力,所以需要设计油缸给模具提供动力。冷却系统则采用直通式水管+隔板式水井相组合的形
3、式,可以使冷却效果大幅度提高。经过实际生产验证表明,模具运行顺畅,各机构设计安全合理,成型塑件的质量和精度能够满足实际生产的需求。关键词:汽车中控后端盖板;CAE技术;气辅注塑成型;顺序阀热流道;模具设计中图分类号:TQ320.66 文献标识码:A 文章编号:1001-3539(2023)07-0103-07Gas-assisted Injection Mold Design for Automotive Central Control Rear CoverZhou Jiwei1,Zhai Jianmin2,Wang Mingwei1,Zhang Wenchao1,Ye Xinghui3,Lo
4、ng Tao1(1.School of Mechanical Engineering and Automation Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China;2.Shanxi Taigang Stainless Stees Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China;3.Zhejiang Kaihua Mould Co.,Ltd.,Taizhou 318020,China)Abstract:Aiming at the uneven wall thickness of the rear cover plate of the
5、 central control and the characteristics of more stiffeners,boss columns and special-shaped inverted buckles inside the plastic parts,a pair of hot runner gas-assisted injection molding molds of one mold and one cavity was designed.CAE mold flow analysis technology was used to analyze the plastic pa
6、rts by filling+pressure holding+warpage,and the combination form of 4-point valve hot runner+U-shaped cold runner and the position of the air inlet of the pouring system were determined,and the defects in the molding process of the plastic parts were predicted.From the CAE analysis results,it can be
7、 seen that there are no obvious weld lines and dents on the surface of the plastic parts,and the gas can penetrate the middle part of the thicker ribs to form a hollow,and the adjacent areas of the plastic parts shrink more evenly after the gas penetrates,and the warpage deformation is small.Due to
8、the complex structure of the inner surface of plastic parts,eight sets of inclined top core pulling mechanisms were designed to solve the problem of lateral core pulling of products;And in the ejection mechanism,a combination mechanism of ejector pin+ejector rod+square straight top is designed to ej
9、ect the product,cold runner and excess overflow.However,the number of ejectors,ejector rods and inclined tops installed on the template,ejector plate and ejector fixing plate under this mold is large,and the injection molding machine cannot provide ejection force for the mold,so it is necessary to d
10、esign an oil cylinder to power the mold.The cooling system adopts the combination of straight-through water pipe+bulkhead well,which can greatly improve the cooling effect.After actual production verification,it shows that the mold runs smoothly,the design of each mechanism is safe and reasonable,an
11、d the quality and precision of molded plastic parts can meet the needs of actual production.Keywords:automotive central control rear cover;CAE technology;gas-assisted injection molding;sequence valve hot runner;mold designdoi:10.3969/j.issn.1001-3539.2023.07.017基金项目:大学生创新创业训练计划项目(202210152233)通信作者:王
12、明伟,博士,教授,主要从事材料成型加工、智能制造等方面研究收稿日期:2023-06-19引用格式:周纪委,翟剑敏,王明伟,等.汽车中控后端盖板气辅注塑模具设计J.工程塑料应用,2023,51(7):103109.Zhou Jiwei,Zhai Jianmin,Wang Mingwei,et al.Gas-assisted injection mold design for automotive central control rear coverJ.Engineering Plastics Application,2023,51(7):103109.103工程塑料应用2023 年,第 51 卷
13、,第 7 期中控后端盖板是汽车内饰件中较为重要的组成部分,主要应用于汽车中控台后部的封闭以及安置后储物盒等功能性结构。中控后端盖板作为汽车内饰件中的外观件,在汽车内部需要具有一定的美观性,因此,塑件在成型后不允许出现熔接痕、气穴、缩痕等缺陷,同时表面还需进行皮纹处理1。但由于中控后端盖板壁厚不均,使用传统注塑成型方式容易在较厚筋位处产生缩痕等问题影响外观,所以笔者采用气辅注塑成型在较厚筋位区域吹入气体,将多余的熔体在凝固前吹进溢料井中使筋位中间区域形成中空,并在气体压力的作用下对塑件进行保压,从而避免表面缩痕,使产品外观质量得到提升。目前关于气辅注塑成型在工艺参数的选择及模具结构设计上的研究较
14、少,因此还需借助CAE技术对中控后端盖板进行产品分析和模具设计。笔者针对汽车中控后端盖板结构特点与实际生产需求,设计了“一模一腔”气辅注塑成型模具。通过CAE模流分析技术,确定了模具采用“4点阀式热流道+U型冷流道+隧道浇口”浇注的成型方式以及进气口的位置,并对成型过程中可能存在的问题进行了预测。在模具结构进行设计时,设计了方斜顶机构对倒扣结构进行侧向抽芯;采用了“顶针+直顶+方直顶”组合机构对产品、冷流道、多余溢料进行顶出,巧妙地解决了脱模困难的问题,同时也为盖板类模具结构设计提供了一定的参考价值。1 中控后端盖板结构分析图1为中控后端盖板零件图,产品外形尺寸为215 mm278 mm253
15、 mm,体积为 203.65 cm3。产品结构较复杂,内部有较多的卡扣、加强筋、Boss柱特征。塑件平均壁厚为2.8 mm,局部筋位最大壁厚为6.9 mm。由于局部筋位壁厚与塑件平均壁厚相差较大,采用传统注塑成型易出现表面缩痕和翘曲变形较大等缺陷,因此采用气辅成型技术将筋位中间部分进行吹空来解决壁厚不均造成的表面缩痕与翘曲变形等问题2。且产品外观要求较高,不能出现熔接线、凹痕、飞边、毛刺等缺陷,更不能有浇口、顶杆的痕迹3-4。汽车中控后端盖板选用SABIC Europe B V 制造商生产的材料牌号为 SABIC PP Compound S3615材料,该材料的主要成分是聚丙烯/15%玻纤填充
16、物(PP/15%GF),收缩率为 0.45%,具有良好的耐热性、抗裂性、质量轻等优点5。材料具体的力学特性及工艺参数特性列于表1。2 中控后端盖板CAE模拟分析2.1网格的划分中控后端盖板网格划分如图2所示。网格划分的质量会直接影响到分析的准确性,所以在网格划分时应严格控制网格纵横比和匹配率,以免出现自由边、多重边和重叠单元。汽车中控后端盖板是气图2中控后端盖板网格的划分AA B 1:1 A-AB2152532786.912.8图1中控后端盖板零件图表1材料力学特性及工艺参数特性特性固体密度/(g cm-3)熔体密度/(g cm-3)熔体温度/模具温度/顶出温度/转换温度/泊松比剪切模量/MP
17、a最大剪切应力/MPa最大剪切速率/s-1数值0.819 960.981 5621024020601081230.355520.25100 000104周纪委,等:汽车中控后端盖板气辅注塑模具设计辅注塑件,而气辅注塑成型需要更加精密的网格,因此采用3D网格对塑件进行划分。网格全局边长设为2 mm,并经过网格质量修复后得到划分结果为:四面体1 978 309;最大纵横比186.15;最小纵横比1.05;最大二面角176.0。各参数满足模流分析计算要求,可正常进行分析计算6。2.2浇注系统与溢料槽的建立由于中控后端盖板是外观件,表面质量要求较高,因此浇口设置在塑件外侧7。同时为了减少原材料、降低注
18、塑压力和锁模力,经过综合考虑采用4点顺序阀式热流道转冷流道成型。热流道直径为16 mm,阀浇口为直径5 mm,U型冷流道为10 mm8 mm,隧道浇口为10 mm1.2 mm。4点阀式热流道开启顺序为 G1-G2-G3-G48。顺序阀打开时间为:G1浇口最先打开,其次G2浇口在1.002 s时开启,G3浇口在1.934 s时开启,G4浇口在2.331 s开启。在Moldflow中浇注系统建立完成后还需进行溢料槽的建立,溢料槽尺寸为 25 mm25 mm25 mm,浇注系统与溢料槽的建立如图3所示。2.3CAE模拟结果分析在Moldflow中创建好浇注系统与溢料槽后,按照设定的工艺参数(充填时间
19、2 s,充填切换99%,熔体温度225,模具温度45,气体延迟时间0.1 s,气体注射时间0.12 s,气体压力15 MPa)进行“充填+保压+翘曲”分析,得到模拟分析结果如图4所示9。由图4a可见,在2.417 s时塑件可以充填完整,不会出现短射、滞留等问题。由图4b可知,气体完全穿透到气道末端,穿透效果较好。由图4c和图4d可知,产品外观区域无气穴与熔接线产生,气穴基本分布在充填末端、圆孔R角及非外观区域,所以在模具上做好排气可解决此缺陷。由图4e可知,塑件相邻区域的平均体积收缩率3%,因此可以说明塑件收缩较为均匀。由图4f可知,产品装配方向(Z方向)上的翘曲变形为3.946 mm。3 中
20、控后端盖板的模具结构设计3.1分型面位置的选择模具分型面设计如图5所示。在保证塑件外观质量不受影响下,分型面的选取需要遵循有利于方便脱模和减少模具复杂程度的原则10。由于开模方向是Z方向,且考虑到中控后端盖板成型特点以及装配要求,分型面应设在最大轮廓面处11。图5分型面位置图3浇注系统与溢料槽BCDEFGK!K&3!/K/4(KUUZ!16.6712.939.1825.4351.68913.22%12.83%12.60%13.68%12.94%13.48%11.87%14.23%13.62%13.12%14.10%13.65%s2.4711.8531.2360.617 80.000 0deg1
21、35.0101.367.5233.780.039 21.0000.875 00.750 00.625 00.500 0mm3.9462.3520.757 50.836 9 2.431a充填时间;b气体时间;c熔接线;d气穴;e平均体积收缩率;fZ方向翘曲图4中控后端盖板CAE模拟结果105工程塑料应用2023 年,第 51 卷,第 7 期3.2浇注系统的设计由前述中控后端盖板CAE模拟分析可知,本模具为一模一腔,采用4点阀式热流道与U型冷流道结合技术,以隧道浇口形式浇注。在冷流道末端设置了冷料井,以防止成型产品外观不良12。浇注系统设计如图6所示。3.3气针与溢料槽的设计为实现中控后端盖板筋位
22、较厚处形成中空结构,需要进行气针与溢料槽的设计。由于产品尺寸不大,则气针直径设为3 mm,溢料槽尺寸设为CAE模拟分析尺寸。同时,气针位置在设计时应尽量靠近在熔体充填的末端,保证气体与熔体充填的方向一致,溢料槽在设计时则设计在熔体充填反方向端。在注塑时,熔体从浇口位置开始充填直至充满型腔,然后经过0.1 s的延迟时间由气针注入气体将筋位中间多余的熔体吹进溢料井中,从而使筋位中间位置形成中空,并且在气体压力的作用下对塑件均匀保压,避免表面产生缩痕13。气针与溢料槽设计如图7所示。3.4成型零件的设计成型零件主要由型腔、型芯及成型滑块组成14。成型部件设计的好坏会直接影响到产品成型的质量,因此成型
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