基于顺序推出机构的汽车尾灯后壳注塑模具设计

基于顺序推出机构的汽车尾灯后壳注塑模具设计

陈绪波,施正龙,谢才东,潘利兵

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摘要：随着社会经济不断发展，塑料因其比强度大、加工性能好的特点被用于成型结构多样化的功能构件，已广泛应用于汽车行业，使汽车功能构件能实现众多应用特征的集成设计。汽车尾灯灯壳是车灯照明系统内部功能件，为非外观件，装配尺寸多，灯头孔、后盖孔等装配定位尺寸的精度要求高，对其模具设计和制造要求也高。

关键词：顺序推出机构；汽车尾灯后壳；注塑模具设计

引言

阐述了一款具有顺序推出机构的汽车尾灯后壳注塑模具的设计过程。首先通过分析零件的结构特征，确定了热流道中心直浇口和一模两腔的成型方案。然后利用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ对成型过程进行仿真分析。最后通过ＣＡＤ软件对成型零部件、侧抽芯机构、脱模机构和温度调节系统进行设计。针对数量较多、位置、形状各异的倒扣，在定模和动模部分均设计了侧抽芯机构，共涉及到斜导柱、Ｔ形槽、油缸和弹簧等４种抽芯方式。经实践生产证明，该模具结构较为紧凑、动作可靠。

1尾灯灯壳结构分析

图1所示为某车型尾灯灯壳结构，材料为聚碳酸酯（PC）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS），收缩率为0.5%，外形尺寸为337mm×123mm×156mm，平均壁厚为2.2mm，不能存在气泡、熔接痕等外观缺陷。由于塑件为结构功能件，存在多处装配要求，S1为灯头安装孔，可以正向脱模，但尺寸精度要求高；S2为塑件内侧壁上的安装扣，是模具开模方向上的倒扣；S3、S4、S5为固定车身钣金的安装孔，其脱模方向与模具开模方向不一致，这些特征都增加了模具的设计难度。

图1尾灯灯壳

2尾灯灯壳注射模工作原理

模具完成注射填充后进行开模，型芯托板与型芯先分离，型芯托板抽芯脱模机构进行抽芯运动。当型芯托板与型芯分离30mm后停止运动，型芯托板斜抽脱模机构完成对塑件S3、S4、S5车身钣金安装孔的抽芯脱模，型芯托板斜抽脱模机构运动终止状态如图2所示。

图2型芯托板斜抽脱模机构运动终止状态

型芯托板斜抽脱模机构运动完成后，在拉模扣的作用下，型芯与型腔开始分离，斜顶脱模机构的推杆固定板在弹簧与聚氨酯弹簧的共同作用下向下运动，推杆固定板带动斜顶杆运动，实现S2倒扣的脱模。当型腔板与型芯分离28mm，即推杆固定板向下运动28mm时，斜顶脱模机构运动终止，塑件S2倒扣完全脱模。斜顶脱模机构运动终止后，型芯与型腔板继续分离，直至整个开模动作完成。型芯与型腔板分离完成后，推出机构推出40mm，然后机械手进行取件。取件完成后模具进行合模复位，合模动作顺序与开模顺序相反，型芯与型腔板先复位合模，然后斜顶脱模机构复位，最后型芯托板斜抽脱模机构复位，等待下一个注射成型周期。

3塑件结构分析

3.1塑件结构分析

灯罩最大尺寸706.7×95.6×36.5mm。塑件为上下叠层，上层无色透明，下层为红色，双色注射成型，第一次注射下层的红色透明罩，第二次注射上层的无色透明罩，塑件背面为焊接筋结构。

3.2塑件材料成型特性

塑件采用汽车尾灯罩常用的“亚克力”（PMMA）材料，该材料是目前透光率最高的塑料，质轻坚韧，电气绝缘性能较好。一般用于透明塑件，如窗玻璃、光学镜片、灯罩等。最主要一点是它能与常规的灯壳材料采用热板焊接方式固定。

4模具结构分析与设计

4.1模流分析

在进行模具设计之前，采用ＣＡＥ技术对成型过程进行模拟，可有效提高设计的成功率，缩短模具开发周期。采用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ进行有限元模拟，可以预测充填、保压、收缩、气穴、翘曲和熔接痕等指标。

将经ＣＡＤＤｏｃｔｏｒ优化后的模型导入到Ｍｏｌｄｆｌｏｗ中，进行网格划分并对其进行诊断和修复。浇注系统设计中主流道为开放式加热流道，分流道为普通冷流道，浇口为潜伏式浇口，开模直接拉断浇口，由顶杆将浇注系统凝料顶出。ＡＢＳ材料选择ＣｙｃｏｌａｃＧ121，分析可知：填充时间为1.315ｓ，熔体流动平稳，充模均匀，可使浇口两侧型腔同时充满。熔接线主要出现在料流汇合的孔洞位置处，也是容易产生气穴的区域。在进行模具设计时，该区域可采用镶拼结构，便于排气。成型时可适当提高熔体温度，用于改善熔接痕缺陷。

4.2成型零部件设计

汽车尾灯后壳模具的分型面为复杂的曲面结构。产品较为复杂，由众多曲面和加强筋复合而成，加强筋内部会形成很深的凹坑。加工成型零部件时，很难直接由ＣＮＣ加工成型，一般还需要辅以ＥＤＭ加工。采用镶拼式结构，可减小加工难度，方便后续抛光处理。注塑成型时，型腔内部的气体也可以通过镶拼缝隙顺利排出，降低缺陷产生的机率。特殊结构处强度、刚度较低，容易损坏，成型寿命有限。若设计成整体式结构，难以更换，且增加维修成本。因此对于模具局部强度、刚度较低处，采用镶件成型，易于更换，方面维修。可采用力学性能较好的材料成型局部镶件，以提高其使用寿命。定模采用局部镶拼式结构，塑件大部分由定模板成型，材料为Ｐ20；Ａ-Ａ、Ｂ-Ｂ倒扣处须设计定模滑块。

4.3侧抽芯机构设计

左右镜像的两个产品，共有16处倒扣，均由侧向分型抽芯机构成型。抽芯机构设计时，不仅要保证抽芯机构运动合理，避免相互干涉，而且要尽可能地减小模具外形尺寸，使结构紧凑。Ａ-Ａ和Ｂ-Ｂ两处倒扣位于产品内部，由定模成型。此时侧向成型部件和侧向驱动部件均位于定模侧，为了使两者之间产生相对运动，完成抽芯动作，设计了二次分型模具结构。Ｔ槽座６一端与推件板２通过螺钉连接，另一端通过Ｔ形槽与侧型芯10连接。开模时，由于弹簧弹力的作用，分型面Ｉ先打开，推件板２带动Ｔ槽座６沿开模方向移动，通过Ｔ形槽将动力传递到侧型芯10并完成抽芯动作。Ｃ、Ｄ两处倒扣位于两塑件之间，为减小模具尺寸，将两个塑件上的滑块合并成一个滑块。由于Ｃ处倒扣面积较大，抽芯力较大，此处将两滑块合并后仍使用两个斜导柱驱动滑块，完成抽芯动作。

4.4脱模机构设计

汽车尾灯后壳结构复杂，倒扣形状及位置各异，这增加了模具结构的复杂度。有些倒扣需要先抽芯再脱模，因此设计了顺序推出机构。在注塑机开合模系统的作用下，首先从分型面Ⅰ处开模，滑块10、55及58完成抽芯。动模随注塑机开合模系统继续运动，以完成分型面Ⅱ的开模动作，并带动滑块完成抽芯。为使顶出平衡，减小顶出痕迹，在带孔的地方设计成推管顶出机构，推管材料为ＳＫＤ61。在塑件周边设计成推块推出机构，推块也是成型塑件的一部分，材料为738，经热处理，可达到较高的硬度和耐磨性。推块和其他成型零部件之间需要有一定的配合间隙，保证推块可以灵活运动不卡滞，成型时也不发生溢料。其他部位辅以推杆推出，材料为ＳＫＤ61。推出机构需要布置均匀，且有足够的强度。

4.5温度控制系统设计

温度控制系统是注塑成型不可或缺的部分，汽车尾灯后壳由热塑性塑料成型，采用冷却水调节温度。成型零部件大部分设计成镶拼式结构，冷却水道布置难度较大。各镶件上需要单独布置运水系统，以保证塑件充分冷却，运水过程中需要严格保证水路密封效果，防止渗漏。水路直径φ10.00ｍｍ，间距35ｍｍ。对于难以布置水路的地方设置隔板式水井，直径φ18.00ｍｍ。型芯上成型深孔的部位，需要设置φ6.00ｍｍ×50.00ｍｍ的冷却棒，加强冷却，降低塑件翘曲变形。

结语

根据尾灯灯壳注射模的设计过程，得到如下结论：采用镶件结构实现了尾灯灯头安装孔尺寸的优化调整控制；采用斜顶脱模机构解决了尾灯灯壳型腔侧倒扣的成型及脱模问题；采用型芯托板斜抽脱模机构解决了与模具开模方向不一致的固定安装孔的脱模问题。该尾灯灯壳注射模经批量生产验证，模具结构稳定可靠，脱模顺畅，塑件质量得到了保证，达到了预期的设计效果。

参考文献

[1]王雷刚．塑料成型工艺与模具设计[M]．北京：清华大学出版社，2020．

[2]闫竹辉,刘斌.汽车灯罩壳体注射模设计[J].模具工业,2020,46(12):64-67.

[3]石世铫.注射模具设计[M].北京:化学工业出版社,2017:68-72.