汽車前大燈燈殼注塑模設計解析

发布时间:2019-12-18 作者:bet36体育在线网 浏览次数: 85

前大燈采用H7作為遠近光光源,通過一個電機和擋片進行遠近光切換;位置燈采用8顆LED,并帶有單獨的位置燈配光鏡;轉向燈采用PY21W作為光源,無單獨配光鏡,透鏡上可以做適當的花紋。裝飾框局部做磨砂效果,磨砂區域如圖6所示,其余部分高亮。

圖7所示為某品牌汽車前大燈燈殼零件圖,材料為PP+TD20,其中PP為燈殼外罩的基體,TD20是材料中加入20%的滑石粉,主要是提高燈殼外罩的剛性。非外觀件,屬內部功能件。塑件尺寸為:475.3*355.6*291.4mm。塑件特點如下:

根據汽車燈殼的結構特點與外觀要求,模具優先采用熱流道注塑模結構。經模流分析結果與技術討論,最終采用2點開放式熱流道直接進膠。本模具S1,S2,S3,S4,S5,S6由于在塑件外側,倒扣面積大,因此優先采用動模“斜導柱+滑塊”的抽芯結構。本模具最大外形尺寸為:1200*950*820(mm),總重量約8噸,屬于大型注塑模具。詳細結構見圖8、圖9、圖10。

1.面板;2.熱流道板;3.導柱;4.A板;5.承壓板;6.導套;7.動模鑲件;8.司筒;9.B板;10.頂針板導柱;11.方鐵;12.頂針板導套;13.底板;14.鎖模塊;15.復位塊;16.復位桿;17.支撐柱;18.復位彈簧19.彈弓膠;20.垃圾釘;21.限位柱;22.推桿面板;23.推桿底板;24.動模鑲件;25.滑塊;26.彈簧;27.斜導柱;28.耐磨塊;29.耐磨塊;30.動模鑲針;31.定模鑲件;32.定模鑲件;33.二級熱嘴;34.動模鑲件;35.承壓板;36.斜導柱固定塊;37.斜導柱;38.耐磨塊;39.限位塊;40.滑塊;41.滑塊固定座;42.耐磨塊;43.頂針;44.司筒;45.司筒針;46.司筒針壓塊;47.斜導柱固定塊;48.耐磨塊;49.斜導柱;50.滑塊;51.限位塊;52.耐磨塊;53.動模鑲件;54.動模鑲件;55.斜導柱固定塊;56.耐磨塊;57.斜導柱;58.滑塊;59.限位塊;60.耐磨塊;

由于模具為大型模具,分型面復雜,故成型零件和模板采用一體式結構,即模具的定模A板就是定模成型零件,模具的動模B板就是動模成型零件。這種結構的優點是結構緊湊,強度剛性好,模具體積小,避免了開框、配框和制造斜楔等繁瑣的工序。

分型面順滑無尖角,無薄鋼,無線或點封膠;構建了面封膠,在分模時使用延伸,掃掠,網格等做面方法,分型根據塑件的形狀構建面,車燈模具分型面要求極高,不允許構建的面起皺。構建的分型面能有效保證CNC加工精度,不需EDM清角,分型面也不容易跑毛邊。車燈模具分型面光刀時需高速機,機床主軸轉速保證每分鐘至少20000轉以上。鑲件與動模的配合部分,止口根部設計了合適的工藝倒R角或避空位,簡化了加工工序和減少加工工時,提高加工效率。所有非成型轉角設計R角,防止應力開裂,工藝R角不小于R5,根據模具大小,盡可能設計比較大的工藝R角;模具上銳利的棱邊容易造成操作人員意外受傷,模具上非參與成型或配合的棱邊都要設計倒C角或R角,根據模具大小盡可能設計比較大的倒角。分型面的避空:模具分型面寬度為40MM,分型面以外的區域定動模都要避空1MM,以有效減少加工工時。分型面的避空不僅指外圍分型面,也包括大面積的分型面。特別說明:模具分型面的寬度包括排氣槽在內。在大面積的避空處要設計承壓塊,以保證模具受力均勻,避免模具長期生產跑披鋒,在砰穿孔區域設計避空的同時,還要在定模或者動模設計排氣孔,方便定動模合模時壓縮的空氣排出。分型面根據塑件形狀構建,必要時對塑件進行優化處理。對于中大型模具,承壓板槽盡量開通,方便CNC加工。設計分型面時盡量以簡化模具加工,平整順滑為原則,做出的分型面無薄鋼,無尖角,插穿角度合理。分型面圓滑平整,UG分模時禁止出現很多碎面小面(CNC加工時易彈刀,加工精度降低),盡量用延伸面,網格面,掃掠面構建分型面,或者先延伸10-20mm封膠面,再做拉伸面與過渡面,封膠面根據注塑機噸位與模具的大小設計。分型面或者插穿孔所有插穿角度設計在7度以上,提高模具使用壽命。對于汽車中大型模具,鑲件設計盡量優先從分型面裝拆的方式,塑件膠位面可采取堵銅處理,鑲件需兩側設計5度斜度,方便配模與裝拆鑲件。

塑件通過模流分析,澆注系統采用2點開放式熱流道直接進膠。在設計模具時,在熱嘴區域以及熱嘴正對著的動模區域,要設計冷卻水來加強對熱嘴區域的冷卻,避免熱嘴出現流延,拉絲,澆口殘留過高的現象發生。本模具為開放式熱流道進膠,在設計熱流道時要注意以下幾點:

熱流道固定板涉及走線區域需要設計工藝R角,避免劃傷電線。走線區域為了便于CNC加工,盡量走直線,少拐彎。設計熱流道時需要仔細檢查熱流道插座的位置是否符合客戶要求。模具的主射嘴必須低于面板至少2MM,以防翻模時碰壞熱嘴。液壓系統與電氣系統連接在非操作側,不可超出碼模板,如果超出碼模板就需要設計保護板,或者將液壓系統與電氣系統沉入模板內側,起到保護熱流道元件,避免液壓系統與電氣元件被撞壞的現象發生。

本模具澆注系統采用熱流道直接進膠,進膠點直接設計在塑件表面,這樣的設計料流速度快,注塑周期短,成型質量好。因為燈殼為非外觀件,表面的進膠痕跡不會影響外觀。本模具的熱流道澆注系統見圖11,它由接線盒、一級熱射嘴、二級熱射嘴和熱流道板組成。

每個塑件均有6個倒扣,模具分別由S1,S2,S3,S4,S5,S6六個側向抽芯機構完成側向抽芯。均采用了“動模滑塊+斜導柱+定位夾”的抽芯機構,由滑塊25、斜導柱27、斜導柱固定塊36、定位夾26、限位塊39和耐磨塊28組成,見圖12。這種結構加工簡單,抽芯動作安全穩定可靠。

優先左右側,次選天地側,天側設計滑塊需要設計彈簧或定位夾定位。地側滑塊不設計彈簧,因為滑塊憑著自身重量開模時會下掉,可以設計定位夾代替彈簧。優先常規滑塊,次選斜滑塊。因為斜滑塊加工難度大,成本高,結構更復雜,常規滑塊更安全可靠。塑件排位時應盡量避免滑塊和斜頂產生復合抽芯角度(即相互發生干涉),減小模具加工的難度,見圖7。圖7所示的滑塊需朝上和朝右兩個方向抽芯,加工困難。更改排位后,滑塊只需朝上抽芯,加工簡單。滑塊的設計需遵循動模優先原則,能動模滑塊不定模滑塊,能常規滑塊不斜滑塊,能斜滑塊不隧道滑塊。滑塊的設計需確保滑塊風險最小,塑件不能粘滑塊。加工力求方便簡單,模具結構簡單化為原則。

汽車前大燈燈殼尺寸精度高,模具溫度控制系統設計要保證冷卻均勻和快速冷卻。要做到這一點,冷卻水道距離型腔面必須大致相等,以達到模具型腔各處溫度大致均衡。因為燈殼外形落差大,所以本模具的溫度控制系統采用了“垂直式水管+隔片式水井”的組合形式,見圖14與圖15所示。本模具冷卻充分,水路設計均勻合理,因此大大提升了塑件的生產效率,成功將注塑周期控制在40S左右。

導柱在翻模時還可作為支撐腳用,方便FIT模,如圖16所示。圓形導柱的長度必須保證合模時,在斜導柱插入滑塊之前20mm就插入導套,否則在模具的制造和生產中會帶來很大的麻煩,嚴重時會損壞模具。模具導向系統的設計必須注意三級定位的設計,特別是要求高的汽車塑件。模具導向定位設計不合理會造成模具運動不順暢,模具易損壞,定動模錯位,塑件出現段差等問題,是注塑模具至關重要的系統。

一級定位是指模具導柱的定位,是模具的初級定位,通過定動模導柱與導套的相互配合來完成定動模的定位。定位精度取決于模胚孔的加工精度與導柱導套的尺寸精度,模胚孔加工不準會造成導柱插燒。導柱同時也是承受模胚重量的主要零件,設計時要考慮其強度與長度,太長太弱的導柱也會造成模具定位不準與導柱插燒等問題。根據經驗,導柱最長做到其直徑的10倍。

一般導柱的直徑大小按LKM標準來選擇,非標模具導柱的直徑大小可以參考LKM標準,位置可以按圖17所示標準設計,模具的導柱直徑最大一般只能做到80mm。導柱的長度要保證能夠高出模具最高面30mm,有滑塊的模具保證在斜導柱插入滑塊之前20mm進入導套,如圖18。

二級定位是指模具止口以及四面圍邊式的定動模互鎖定位,二級定位主要是模胚的定位。定位精度要高于導柱導套的定位。止口上耐磨塊槽盡量要配合加工,保證定動模的配合精度。耐磨塊材料采用熱處理材料CR12,在耐磨塊摩擦面要有油槽潤滑,耐磨塊可以有效保護模具上的薄弱插穿面,對精密模具與汽車模具來說二級定位非常重要。模具插穿面容易造成磨損與塑件易出現飛邊問題。這一點需要特別引起重視。

三級定位是指模仁上設計止口定位,主要保護模具插穿面的精確定位。模仁上止口的定位是定動模仁上的精準定位,是有效保護模仁上插穿面的機構,同時也承受注塑的側向壓力。設計時不能向同一方向設計,需互鎖,避免模具向一側傾斜打滑,如圖19。止口在加工與合配模具時插穿要比模仁上緊,需要設置合理的加工公差,盡量采用機床加工精度保證其配合精準,避免人工配合。這一點對汽車模具與精密模具尤為重要,止口高度設計需比模仁最高面高5-10mm,可有效保護模仁面。

汽車注塑模具的三級定位一級比一級準確,三級定位對于汽車模具與精密模具影響重大。是保證塑件質量與模具導向定位的關鍵,對于其它模具也同樣適用。如果塑件沒有任何插穿面與外觀紋面時可以省掉部分定位設計,其余都要設計三級定位,并且要保證精度。

本模具為“推桿+推管+彈簧+拉復位”結構,模具在定動模開模后,依靠推件推出塑件,推件固定板由注塑機通過油缸推動,在4支復位桿的作用下復位。頂針設計盡量大,盡量少設計不同規格的頂針,避免頻繁更換鉆嘴。本模具脫模系統設計需要注意以下幾點:

所有異形面推桿必須設計止轉,避免發生錯誤裝配,頂針表面嗮網格,避免頂出時推桿打滑。回針孔設計單邊有避空(中小型模具避空0.5,大型模具避空1.0),回針端部設計工藝螺絲孔。為了方便加工、合模,回針直徑大于等于20MM時,回針對面要設計墊塊。注塑機設備頂出孔不能與垃圾釘、支撐柱干涉。本注塑模具脫模機構采用“推桿+推管”結構形式,模具在定、動模開模與側向機構抽芯后,依靠模具推出系統推出塑件,推件固定板由注塑機通過KO孔機械推動和在4支復位桿的作用下復位。

大型模具(長寬方向超過1400mm×700mm)需設計6支復位桿與6支推桿板導柱,定模A板上與復位桿接觸的位置要設計一個直徑比復位桿大5mm的耐壓塊,耐壓塊一般選用45#(或S50C)表面氮化處理。推桿板導柱要布置在推出力大的推出元件附近(如油缸、復位桿等)。所有汽車注塑模具需要設計限位柱,限位柱要優先布置在KO孔上方或附近。本模具部分滑塊底下有推桿,為防止合模時推桿和A板反復撞擊導致A板和推桿相撞,模具設計了一個推件板先復位機構:在4根復位桿固定端的下方各設計一根20×20的彈簧,復位桿固定板的大頭孔比復位桿固定端深3mm,開模后由于彈簧的作用,復位桿會往前比推件多推出3mm,這樣就可以保證合模時復位桿和定模A板提前3mm接觸,將推件固定板和推件提前推回復位,達到推出零件先復位的目的

本模具采用4支D60*445導柱導向與支撐,模具整體強度好。在注塑過程中,由于受注塑壓力的影響,模板的強度將會受一定程度的影響。因此,除了模胚強度足夠外,還需要設計一些輔助結構件,用來加強模具的強度與壽命。設計時注意以下幾點:

為了FIT模與加工方便,本模具在頂針底板與碼模板之間設計6個工藝螺絲,工藝螺絲規格要比頂針板螺絲大一規格,在工藝螺絲旁刻上“工藝螺絲”字樣,因為工藝螺絲在模具生產時是要拆除的,這樣設計的目的是便于鉗工辨認,防止出錯。限位柱盡量布置在KO孔上方或附近,在斜頂與直頂底部或附近多布置垃圾釘,間距150mm左右。模具分型面上承壓塊沉如模內,承壓塊和精定位不能開油槽,承壓快槽模框邊緣至少保證15mm以上距離限位柱的設計:機械頂出的模具設計在頂棍孔上方;油缸頂出的模具設計在油缸附近。回針的底部必須設計垃圾釘(垃圾釘設計在底板上);如果頂出系統由兩張板組成,回針附近必須設計緊固螺絲,避免頂針板變形。

熔體通過注塑機噴嘴,經熱嘴33進入模具型腔,熔體充滿型腔后,經保壓、冷卻和固化,至足夠剛性后,注塑機拉動模具的動模固定板13,模具從分型面PLⅠ處開模。開模500mm后,塑件所有滑塊在斜導柱的驅動下與塑件脫離。注塑機油缸推動推件固定板22,推件固定板推動推桿16,接著油缸繼續作用,頂出75mm后,塑件與動模分離,塑件經過機械手取件后,注塑機油缸拉動推件及其固定板復位,接著注塑機推動動模合模,模具開始下一次注射成型。

本模具分型面管位設計在定動模上,采用四角止口與四面圍邊的設計形式,這樣定位既可靠模具強度亦好,模具布局緊湊合理。在汽車模具設計中,定動模插穿處角度盡量設計到7度以上,實在不行也要設計在5度以上。因為插穿角度大,模具壽命會大大提高,模具插穿處披鋒的現象也會大大降低。對于插穿角度在3度以下的位置,1度精定位與0度精定位很難保證定動模精準地定位,所以插穿角度應盡量取大,對于大中型模具一般建議設計在7度以上,從而保證模具的使用壽命。

圖16所示A.B兩尺寸的計算方法是:首先從塑件最大邊緣加40mm封膠位(在汽車模具設計中,小型模具(5050以內)30mm封膠,中型模具(5050-1010)40mm封膠,大型模具(1010以上)50mm封膠。),再加50-70mm避空位(在汽車模具設計中,只有封膠位配合,其余全部避空,減少FIT模工作量。避空位也是保證模具強度的區域。),然后再加上模胚處分型面承壓板的尺寸就是A.B的尺寸,這樣就設計出既符合客戶模具強度要求又節省成本的模具。C處尺寸不同塑件數值會不一樣,最少D處尺寸定模要保證塑件最高膠位面有80mm以上距離,動模由于承受注塑壓力大,需相應加厚,E處最低設計100mm以上。用來保證模具強度。

汽車注塑模具一般較大,排氣系統的設計相當重要。如果排氣結構設計不合理,會嚴重影響塑件的質量,出現包括填充不滿、困氣、脫模不順等注塑缺陷,嚴重時產品分型面處還會出現燒焦痕跡。汽車前大燈燈殼屬于內部功能件,合理設計排氣至為重要。本模具排氣開設在分型面上,根據塑件特征,排氣槽開設在動模上。這種排氣槽加工方便快捷,可以直接CNC加工出來。在設計模具排氣系統時要注意以下幾點:

模具設計前檢查塑件抱緊力大的區域的脫模斜度是否大于3度以上,盡量設計在5度以上,避免粘定模與塑件拖傷。在塑件容易粘模與包緊力大的內側面設計倒扣紋,倒扣紋深度在0.5~1mm,倒扣紋設計在靠近塑件的圓角處。塑件定模包緊力大處其相對應的塑件內側面設計加強筋,或者在推桿上設計倒扣勾。本模具設計中塑件抱緊力大的區域由于出模斜度在5度以上,且在動模側設計了0.5mm深的倒扣紋,因此模具頂出脫模順利,各機構運動順暢,模具安全穩定可靠,模具沒有粘定模的現象,成功解決了燈殼類塑件粘定模的問題。該車型模具試產后,裝車效果良好,尺寸穩定。改款車燈車展中得到了客戶的認可與好評,為客戶創造了一定的經濟效益。