MP3089车载导航后盖壳体卡扣薄壁件多向侧抽芯注塑模具设计

MP3089车载导航后盖壳体卡扣薄壁件多向侧抽芯注塑模具
设计
雷小叶;杨幸雨;梅益
【摘要】以MP3089车载导航后盖壳体为例,分析了带有卡扣特征的薄壁件多向侧抽芯注塑模具结构中的关键技术,完成了塑件成型工艺部件的设计与运用.确定了后盖壳体多向侧抽芯模具的浇注系统、冷却机构、侧抽芯机构、顶出系统等相关结构,着重体现在多向侧抽芯与点浇口形式等较复杂的三板模开合模过程,实现了模具结构的整体设计;在UG10.0 MoldWizard应用模块下,实现了MP3089车载导航后盖壳体顺利脱模.结果表明:整体完成后的模具结构紧凑、工作稳定,塑件成型缺陷较小,在生产过程中满足使用要求.
【期刊名称】《合成树脂及塑料》
【年(卷),期】2019(036)002
【总页数】5页(P77-81)
【关键词】车载导航后盖壳体;多向侧抽芯;点浇式三板模;开合模机构;模具设计【作者】雷小叶;杨幸雨;梅益
【作者单位】贵州工业职业技术学院,贵州省贵阳市 550000;贵州大学机械工程学院,贵州省贵阳市 550025;贵州大学机械工程学院,贵州省贵阳市 550025
【正文语种】中文
【中图分类】TQ330.4+1
为满足大批量生产，模具行业通常会简化各成型部件制作的操作过程。

目前，复杂异形的精细非标塑件在车辆保护、内饰与封装成型方面需求量增大的同时，也增进了对其品质与效益的较优控制，因此，必须增加模具成型部件设计的繁杂联动性［1］。

本工作对车载导航后盖壳体薄壁注塑件MP3089的产品结构、工艺参数进行了分析，制定了对于此类具有卡扣特征的多向侧抽芯薄壁件注塑模具的整体设计方案，采用Moldflow软件确定了最佳成型质量因子，之后在UG10.0 MoldWizard应用模块下，设计出具有多侧向抽芯机构、点浇式浇注系统等的整套模具，计算了多向侧抽芯的抽拔力。

1 MP3089车载导航后盖参数特征与工艺分析
1.1 后盖塑件参数及特征
MP3089车载导航后盖壳体注塑件尺寸为90.0 mm×91.7 mm×17.3 mm。

从图1a可以看出：塑件一侧带有侧孔与侧凹部分，以及侧抽芯特征，还携带多处小且浅、壁厚薄的凸台，同时具有3处贯穿零件的阶梯通孔。

采用三维建模软件UG NX10.0检查车载导航后盖成形特征的壁厚云图。

从图1b可以看出：塑件整体壁厚较小，最小壁厚只有1.0 mm，平均壁厚2.5 mm，最厚处为3.2 mm。

塑件有很多不等高的矩形凸台结构、3个贯穿底板的定位圆台孔和约17.3 mm的高板，凸台最小高度仅1.4 mm，最小孔直径仅2.1 mm，加强筋最小厚度仅1.0 mm。

塑件体积为24.8 cm3，质量为24.18 g。

根据塑件设计尺寸精度要求，整体尺寸精度选择MT3级精度，模具尺寸精度较塑件高2级，模具表面粗糙度较塑件高1级［2］。

图1 MP3089车载导航后盖带特征参数形状Fig.1 Feature parameter shape of MP3089 vehicle navigation rear cover belt
1.2 塑件注塑工艺性分析
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）的力学性能和热性能好，硬度高，耐疲劳，抗应力开裂，冲击强度高，但其吸水性强，易吸潮，耐候性差，耐热性不够理想。

成型前，ABS中的水质量分数应控制在0.3%以下。

ABS的加工工艺指标为：熔融温度165～175 ℃，模具温度60～85 ℃，成型温度180～230 ℃，注射压力100～140 MPa，保压压力70～100 MPa，螺杆转速76～170 r/min。

考虑后盖壳体注塑件精度和生产效率要求，整体注射模具结构设计成一模两腔多向侧抽芯类三板式注射模，浇口形式采用三板模配合点浇口式浇口，推杆配合侧抽芯机构联动一次顶出塑件。

根据设计要求，一模两腔时浇注系统凝料一般为塑件体积的60%，故注射机实际注射量为65 cm3，实际注射量应为额定注射量的20%～80%，即额定注射量为81～325 cm3。

由于零件上有较多的抽芯，为避免后期抽芯与模架其他零件发生干涉现象，需选择具有较大拉杆间距的注塑机。

选定注射量在250 cm3的SZ-250/100型卧式注射成型机。

该注射机的主要工艺参数见表1。

2 模具成型部件结构设计
2.1 开合模分型位置的确定
为了保证壳体塑件的质量和表面成型精度要求，使其顺利脱模，选取塑件截面最大轮廓处作为分型面。

车载导航后盖件分型面的样式及位置见图2，分型面为平面，加工简单，分型面与充模时料流末端重合，利于排气，采用常用的模具加工方法即可加工型芯型腔，分型面处于零件断面的最大轮廓位置，方便顺利脱模，脱模时用简单的推杆推出即可；此外，该分型面不会影响塑件的外观，产生的飞边易于清理和修整，同时避免了在型腔上设置较多镶块，降低了模具制造成本。

表1 SZ-250/100型卧式注射成型机的工艺参数Tab.1 Parameters of horizontal injection molding machine SZ-250/100项目数值项目数值螺杆直径/mm 45 顶出力/kN 28理论注射容量/cm3 250 喷嘴球半径/mm 15注射压力/MPa 150 喷嘴伸出量/mm 20锁模力/kN 1 200 喷嘴口孔径/mm 4合板行程/mm 320
顶出行程/mm 90模具最小厚度/mm 220 模具最大厚度/mm 380拉杆行程/mm 400×400 注射速度/（mm·s-1） 135
图2 分型面选取示意Fig.2 Selection of parting surface注：向上箭头方向表示定模方向，向下箭头表示动模运动方向。

2.2 确定浇注系统
车载导航后盖的生产方式为一模两腔。

整体的浇注系统使用Moldflow软件对薄
壁壁厚不均的壳体进行最佳浇口位置与熔体流动阻力分析。

根据浇口匹配性可知，红色区域为浇口位置最差的区域，蓝色区域为浇口位置最佳区域。

从图3可以看出：每个塑件浇口匹配性较好，流动阻力最低的位置位于壳体中部贴近顶边卡扣，经分析对比后确定采用点浇口。

图3 塑件浇口匹配与流动阻力云图Fig.3 Gate matching and flow resistance nephogram of plastic parts
主流道通过分流道及点浇口与塑件相连，模具浇注系统由主流道、分流道、点浇口、冷料穴四部分组成，直接影响塑件成型质量。

在单独的流道板上进行分流道加工，一方面，为防止流道损坏后造成整块定模套板报废，另一方面，作单独的流道板可将定模套板中间做成通孔，方便模具的拆卸以及型腔镶块的固定等。

主流道设计为圆锥形，锥角是2°～4°，材料流动性差的为3°～6°，内壁表面粗糙度是0.4 μm。

由于ABS的流动性较差，故本设计的锥度为3°，内壁表面粗糙度为0.4 μm；主
流道和喷嘴接触的地方做成球面凹坑，大端半径为12 mm，小端直径为3 mm，主流道通常控制在60 mm内［3-5］。

考虑到加工的难易程度及需以提高流动性
为前提，故分流道采用梯形截面；根据塑件自身材料属性，设计分流道截面直径及分流道长度分别为D=6 mm，H=2/3D=4 mm（其中，D为分流道截面直径；H 为分流道长度），半圆直径为5 mm，长度根据型腔排布确定，设置内浇口，远
端锥度为2°，近端锥度为10°，点浇半径为0.6 mm［6-8］。

设计完成的浇注系
统见图4。

图4 浇注系统成型Fig.4 Molding of gating system
2.3 设置侧抽芯机构
卡扣特征定义为1＃小侧型芯（见图5a），侧凹及侧孔定义为2＃大侧型芯（见
图5b）。

图5 塑件侧抽芯结构Fig.5 Structure of side core pulling of injection parts
为保证塑件顺利脱模，一般抽芯距较侧型芯深2～3 mm的安全距离，经计算，1
＃小测抽芯中断面周长为13.87 mm，抽拔力为43 N，抽芯距为10 mm，斜导
柱受弯曲力为46 N，斜导柱直径为8 mm；2＃大侧抽芯断面周长为24.35 mm，抽拔力为204 N，抽芯距为7 mm，斜导柱受弯曲力为217 N，斜导柱直径为8 mm。

滑块与侧型芯均单独加工后用无头螺钉连接配合使用。

选用嵌入式固定压紧块便于合模后压紧滑块，在锁紧块上设计反锁紧装置，整体侧抽芯结构见图6。

图6 斜导柱侧抽芯机构Fig.6 Side core pulling mechanism of inclined guide pillar
2.4 确定冷却系统
根据Moldflow模流分析软件得出车载导航后盖的注射成型工艺的全流程时间周期：填充、保压、重叠注塑充填、重叠注塑保压冷却时间合计为19 s，开模、旋
转模、脱模、涂脱模剂及合模等辅助时间为15 s，故成形周期为34 s。

占全热量5%的成型料熔体自身存在的热量可经过辐射或者对流的形式扩散到空气中，剩下95%的热量是通过动定模传递，设定熔体熔化后带入的热量全部由三板模传导［6］。

经计算，单位质量的熔体凝固时所放出的热量为219.87 kJ/kg；冷却水出口温度为30 ℃，冷却水入口温度为25 ℃，根据冷却水的体积流量查询资料可知［1］，冷却通道直径为8 mm，计算得出，冷却水道总传热面积为0.013 7 m2，冷却管道总孔数为8个，但成型车载导航后盖时有较多的成型部件联合作用，为
了要减少水道和它们的干涉碰撞，避免接缝处漏水，在管道上设置密封圈、水塞和水嘴。

设计完成后的冷却系统见图7。

图7 冷却系统Fig.7 Cooling system
2.5 模具联合侧抽芯机构
壳体塑件是薄壁矩形塑件，塑件由一模两腔进行注塑，在注塑过程中，模具受到很大的注塑成型压力，如果模具结构的强度不够，在成型压力的作用下会发生变形甚至开裂，致使塑件产生飞边甚至次品，须对模具结构的强度进行校核，同时设计的侧向抽芯，总体机构包含了4个不同方向的运动，属于联合侧抽芯机构（见图8）。

运用UG10.0 MoldWizard应用模块，根据模具三维图可直观看出，抽芯过程中
联合侧抽芯机构间互不干涉，且并未与冷却水道、复位杆、顶杆等产生干涉，模具结构紧凑、工作稳定。

图8 联合侧抽芯机构示意Fig.8 Schematic diagram of combined side core pulling mechanism
3 模具工作原理
车载导航后盖因为需要进行多向侧抽芯用以成型侧向特征注塑，在模具设计中添加了流道板，用于配合点浇口式浇注系统成型塑件，因此，必须保证模具开合运动范围及成型方式的准确性，在避免运动干涉产生的前提下，减少成型塑件表面或模具成型面的划痕［9-13］。

从图9可以看出：MP3089车载导航后盖壳体多向侧抽
芯注塑模具的开合过程，首先在注塑机中加热塑化后的熔融塑料经过注塑机注射，通过定位环34和浇口套32注射到型腔中，保压后，冷却水通过水嘴39对塑件
进行冷却。

冷却完毕后，定模座板1不动，脱料板2与流道板35以及整体动模与定模分离，运动到定距拉板8限制距离，此时成型塑件及浇注凝料留存在动模一侧；然后塑件在拉料杆45的作用下带动动模套板7与型芯镶块43再次向后开模，扯断点浇口与塑件的连接后使浇注凝料脱落。

推板14与推杆15将塑件顶出脱落，
通过复位弹簧9与复位杆10进行模具的复位，合模完毕完成一个周期。

图9 MP3089车载导航后盖壳体多向侧抽芯注塑模具总装配图Fig.9 General assembly drawing of injection mold for multi-side core pulling of MP3089 rear cover1 定模座板；2 脱料板；3 拉料弹簧；4 止动螺栓M16；5 螺栓拉杆；
6 拉板止动螺栓M8；
7 动模套板；
8 定距拉板；
9 复位弹簧；10 复位杆；11 动
模座板；12 支撑板；13 推板固定板；14 推板；15 推杆；16 推板螺钉M11；17 动模座板螺栓M14；18 型芯固定螺钉；19 弹簧导销；20 内限位弹簧；21 外限
位螺钉；22 滑块；23，27，29，30，33，46，47 固定螺钉；24 小侧型芯；25 楔紧块；26 斜导柱；28 压紧块；31 型芯小镶块；32 浇口套；34 定位环；35 流道板；36 型腔小镶块；37 导柱；38 直导套；39 水嘴；40 定模套板；41，44 带肩导套；42 型腔镶块；43 型芯镶块；45 拉料杆；48 大侧型芯
4 结论
a）针对MP3089车载导航后盖壳体薄壁塑件，采用UG NX中MoldWizard模
块设计了一模两腔多向侧抽芯注塑模具的浇注系统、冷却系统。

b）对浇注系统、冷却系统及其相关部件进行计算验证，给出了模具设计参数，保证了模具结构的紧凑和抽芯脱模结构的运行顺利，以及模具的工作过程稳定可靠性，同时也满足了塑件的质量要求。

5 参考文献
【相关文献】
[1] 杨幸雨，梅益，张宁，等. MJ1504接线壳体薄壁注塑件镶拼式侧抽芯注塑模具设计［J］. 塑料科技，2018，46（6）：102-106.
[2] 梅益，杨幸雨，曲玥明. 机械接触式薄壁键帽注塑件双色注塑模具设计［J］. 工程塑料应用，
2018，46（2）：73-77.
[3] 李源，郭辰光，李威力. 薄壁电子机壳侧向抽芯注塑模具设计［J］. 塑料工业，2015，43（8）：45-48.
[4] 梅益，朱春兰，宋沛毅，等. 短固定手柄套多侧向抽芯注塑模具设计［J］. 工程塑料应用，2018，46（4）：75-79.
[5] 齐小杰. 塑料成型工艺及模具设计［M］. 北京：机械工业出版社，2012：12-36.
[6] 邹继强. 塑料模具设计参考资料汇编［M］. 北京：清华大学出版社，2005：144.
[7] 沈忠良，郑子军，肖国华，等. 耦合开模闭模顺序控制与先复位机构的三板注塑模模架设计［J］. 工程塑料应用，2016，44（10）：86-89.
[8] 王巍，刘春，张洪瑞，等. 弯式尾部接头注塑模具设计［J］.中国塑料，2015，29（04）：
107-110.
[9] 余海宁，姚丽华，尹健. 模块式小型多功能农业作业机设计研究［J］. 中国农机化学报，2013，34（04）：134-138.
[10] 沈言锦.多棱盒形盖注塑模设计［J］.工程塑料应用，2015，43（1）：85-88.
[11] 曾育贤，赵建亮，王丁强，等. 三板注射模防碰撞机构设计［J］. 模具工业，2014，40（3）：52-54.
[12] 王胜利. 带内侧凸体塑件三板注射模双脱模机构设计［J］.模具制造，2014，14（2）：46-48.
[13] 高奇，李卫民. 车用安全气囊饰盖模流分析及注塑模具设计［J］. 合成树脂及塑料，2018，35（3）：80-83.
[14] 王乾，徐自明. 汽车内饰件收纳盒的模具创新优化设计［J］. 合成树脂及塑料，2017，34（6）：74-77.
[15] 关兴举，张海波. 模具结构对塑料制品翘曲变形影响的研究进展［J］. 合成树脂及塑料，2018，35（2）：94-97.。