浅析汽车注塑件通用结构设计要点

作者简介：姚丽颖（1994-），女，双学位本科，现任天津新光凯乐汽车零部件有限公司质量主管，主要从事产品开发和质量问题分析。

收稿日期：2022-03-01
随着汽车的轻量化，在汽车线路保护方面，汽车零部件许多选用塑料制品。

注塑工艺有着更强的可塑性，可以应对各种不同的使用需求。

根据不同的装配环境和性能要求，工程师会设计出合适的零件结构。

在相同平台下，为了实现零件的标准化、统一化，节约设计时间，在相似的装配环境下会使用相同的组装、卡接、固定等的结构，我们一般称之为通用结构。

受众越广的汽车主机厂平台通用结构覆盖的零件也越多，几乎所有的零件都会存在一种或几种通用结构。

而通用结构往往是装配功能的关键部位，发生不良几乎都需要报废处理。

一旦通用结构出现问题，那么问题的追溯和调查就会横向展开，其他零件也会存在风险，后果十分严重。

因此，保证注塑零件通用结构的质量将是汽车零件注塑的基础工作之一。

在产品开发前期识别出并规避掉这些问题，就可以为日后生产降低许多风险。

1　流道与冷料井
作为几乎每个注塑模具上都存在的结构，流道与冷料井的合理选用和设计在一定程度上，从根源上解决了产品的质量缺陷。

1.1　流道
热流道是通过加热的方式来保持流道浇口内的原料处于熔融状态，相比于冷流道更节约原材料，缩短成型周期，提高注塑机生产效率，有效节约成本。

但随着市场越来越多样的需求，原材料的成分也会随之
浅析汽车注塑件通用结构设计要点
姚丽颖
(天津新光凯乐汽车零部件有限公司，天津 武清 301700)
摘要：在汽车零部件的应用生产中，许多同平台的零件具有相同或类似的结构，我们称之为通用结构。

本文以日系汽车的零部件为重点研究对象，例举了流道、冷料井、卡鼻卡窗、卡舌头、接插件卡槽、定位头及装配孔等通用结构，对这几种常见的通用结构进行分析。

结合实际生产的情况，简述了一些已经发生的不良情况及相应的改善措施。

通过对模具或者零件的细小改动，对质量问题进行优化并总结经验，优化后续其他项目零件的设计开发，就可以在生产中有效地规避这些问题的发生。

关键词：汽车零部件；通用结构；模具设计；改善对策中图分类号：TQ320.66
文章编号：1009-797X(2023)09-0021-05
文献标识码：B DOI:10.13520/ki.rpte.2023.09.005
发生改变。

（1）有阻燃要求的原材料中部分会添加阻燃剂，一般以溴元素为主。

此种原料通常会有腐蚀性，随着生产久而久之会腐蚀模仁和热流道嘴芯，热流道嘴芯被腐蚀后有可能会造成浇口残留或者浇口空洞。

因此对于使用阻燃料的模具，选用热流道时嘴芯应要求使用钨钢或者钼合金材料。

（2）彩色原料一般需要混合色母使用。

有些色母对温度比较敏感，受热容易变黑，导致产品表面发黑，因此在模具设计之前要了解原材料及色母的物性。

原材料热敏感的模具最好选择三板模。

1.2　冷料井
在生产中，注塑机开关模取件的这段时间，流道会持续出料，这部分会形成冷料。

冷料井的存在就是为了储存这期间产生的冷料，防止冷料流到型腔内影响产品质量。

冷料井通常会设置在主流道末端，一般冷料井的深度会大于主流道的直径，按照目前生产的产品，一般深度设计在15 mm 以上，见图1。

分流道如果过长，末端也应该开设冷料井。

2　卡鼻卡窗
卡鼻卡窗在线路保护中是最常见的扣合结构之
一，也称之为锁部结构。

利用塑料的弹性形变，完成不可逆的装配结构。

由于塑料材料本身的塑性较强，即使在工艺环境完全相同的条件下，其尺寸也很容易发生微小的变动，所以卡鼻卡窗的扣合间隙不能为零，见图2，在零件设计时应该注意这一点，避免生产出的产品不能扣合。

另外由于卡窗处的胶位比较薄弱，
所以卡窗结构上尽量不要排布顶针。

图2　扣合间隙示意图
卡窗是一个中空结构，与零件主体链接处的面积较小，故最终成型位置在外侧。

模腔内的空气会随之被驱赶到此处，极有可能造成排气不良而缺胶，见图3。

因此，在模具设计时，一般会在卡窗位置设置排气镶件，见图4。

图3　排气不良示意图
3　卡舌
日系零件中，塑料件与钣金纵向较深的装配位置
多数采用卡舌结构，其原理与卡鼻卡窗相同。

但是其
特殊的装配环境导致卡舌部位没有任何支撑，其截面呈现“U”型，这类结构也叫做“U 型槽”。

U 型槽的存在导致卡舌受镶件的热变形影响较大，脱模冷却后会发生后仰，见图5。

由于这类结构钣金一般是纵向受力，所以当卡舌后仰到一定程度时，匹配的钣金会因为重力脱落，见图6。

一般注塑模具会设置水路对零件进行模内冷却。

然而卡舌处的镶件都比较薄，所以无法在这里设置水路。

因此只能在模具加工时，根据U 型槽的深度，利用模流分析变形量在此处设置预变形，使卡舌冷却后仰后能处于竖直状态。

同样由于卡舌的纵深结构，使得卡舌的末端成为最终填充位置。

该位置一般在零件装配的中心部位，所以需要单独增设排气镶件，见图7，避免困气造成缺胶。

图5　卡舌后仰变形示意图
4　接插件卡槽
汽车内的电子电路需要用到接插件，多个接插件组装在同一个接插件支架上，这些卡接位置的装配要
求相比普通线束保护区域会更加严格。

普通线槽一般不会与其他刚性零件装配在一起，装配后多数会用绝缘胶带缠绕固定，震动时不会触碰到其他零件。

而接插件支架上面装配的接插件数量比较多，接插件多数
图1
　冷料示意图
图4　排气镶件示意图
为硬质塑料，如果装配后稍有一点间隙，则在震动中会产生异响。

接插件这类零件普遍比较脆并且体积小，为了避免安装时损坏，也为了方便操作工人装配，这类结构的位置安装力不能过大。

4.1　异响问题对策
异响是由于震动时支架内的接插件晃动撞击到侧壁而产生。

由于存在安装力不能太大的要求，不能把卡接位置做得过紧，所以只能考虑从外部来规范接插件，使其不能产生晃动。

接插件支架内部的矩形结构都是接插件装配槽。

在装配槽的侧壁增加截面为三角形的筋位，见图8。

装配时，三角筋薄弱的尖端不需要太大的力即可被挤压变形，从而以更大的接触面积夹紧中间的接插件，使其在车身震动时不会发生晃动。

通过调整三角筋的高度，也可以调节接插件装配的松
紧程度，以免让安装力过大。

图8　三角筋示意图
4.2　安装力问题对策
内部安装的接插件可以通过三角筋来调整安装力过大的问题，但是有些安装在支架外侧的接插件是只有一面卡接在支架上的，那么安装力的问题只能从装
配部位解决，见图9。

通过对安装力过大的不良品进行分析，发现装配位置的镶件分型线与装配位置是重合的，见图10，而镶件分型线造成的段差会影响到接插件的装配，导致安装力过大。

所以在模具设计时应该注意分析接插件的装配区域，避免镶件分型线与产
品的装配区域重合，将分型线设计在装配区域之外，见图11虚线所示。

图9
　装配示意图
图10　不良品示意图
图11　分型线示意
图6　钣金脱落示意图
图7　排气镶件示意图
5　定位头
在汽车线束排布时，经常会需要单点或多点固定以节约空间。

由于线束质量较轻，可以利用定位头结构配合定位孔来替代螺栓固定，既能减重又方便操作。

定位头与孔的装配同样是不可逆的，所以重点关注的还是安装力和保持力。

安装力过大会影响安装效率，甚至可能无法安装，此时可以对定位头爪部壁厚做减胶处理。

定位头的关键之处在于R角，定位头在装配时爪部会向内产生形变，如果爪部没有R角则极易折损并脆断，从而失去固定效果。

因此定位头爪部一般会做R角，见图12，增加爪部韧性的同时还可以起到增大保持力的作用，避免保持力过小发生脱落。

而与装配孔接触的位置和装配孔的表面都不允许有R角，见图13，因为此处是固定受力点，R角的存在可能导致定位头脱落。

图12　爪部R角示意图
图13　无R角示意图
6　螺栓装配孔
车身钣金上有许多螺栓用作定位，许多导线槽上有螺栓装配孔结构。

一般螺栓头部会埋在钣金内部，注塑件卡在螺纹上，形成了一个相对较薄弱的尖角结构。

螺栓装配孔的尖角处在注塑的最末端，很容易发生困气，见图14。

而由于四周都有胶位，没法设置排气，故只能在中心模仁穿孔将气体排出，见图15。

图14　困气不良示意图
图15　排气孔示意图
7　结论
（1）在模具设计初，要根据材料、零件结构选择合适的流道和进胶位置，预留足够的冷料井避免冷料产生。

（2）注塑件锁部配合间隙一般不为零，需要预留0.3 mm~0.5 mm。

不易填充或熔接线位置需要单独开设排气镶件。

（3）深度较大不可避免产生收缩变形的位置应当在模具上做预变性。

（4）利用筋位结构适当调节尺寸，杜绝震动异响。

合理设置分型线位置避免影响装配。

（5）薄弱的受力位置需要导R角增加强度。

卡接面不能导R角，避免脱落。

由此可见，在初期产品及模具设计时，应识别出产品的关键结构和功能部位，结合其装配环境尽可能地优化设计，可以杜绝许多严重问题的发生。

也避免
了量产后修模造成不必要的麻烦。

实际生产中发生了问题许多人都会从工艺上进行调整。

极端的工艺长期生产会损伤模具，使得模具寿命大打折扣。

其实很多问题都可以通过模具来解决，比如增加R角、增加排气、调整筋位等等，细小之处往往也能成为解决问题的关键。

Analysis of the key points of general structure design of
automobile injection molded parts
Yao Liying
(Tianjin Xinguang Kaile Automotive Parts Co. LTD., Tianjin 301700, China) Abstract: In the production and application of automotive components, many parts on the same platform have the same or similar structures, which we call universal structures. This article focuses on the components of Japanese cars and provides examples of common structures such as flow channels, cold wells, nose and window clamps, tongue clamps, connector slots, positioning heads, and assembly holes. These common structures are analyzed. Based on the actual production situation, this article briefly describes some existing defects and corresponding improvement measures. By making minor changes to molds or parts, optimizing quality issues and summarizing experience, then optimizing the design and development of other project parts in the future, helps to avoid the recurrence of these problems.
Key words: automotive components; universal structure; mold design; improvement measures
(R-03)
央视聚焦：轮胎出口火爆！海外经销商纷纷来华抢订单CCTV Focus: Tire exports are on fire! Overseas dealers have come to China to grab orders 据统计，今年上半年，我国轮胎累计出口量同比增长13.7%；出口金额同比增长19.9%，增长势头明显。

央视财经记者在多家轮胎企业采访时，碰到多位海外经销商，他们表示，现在的任务，就是来抢中国的出口订单。

在山东省青岛市一家轮胎出口企业，销售人员正在给海外经销商介绍最新产品。

欧米雅是沙特阿拉伯最大的轮胎经销商之一，她从2013年开始销售中国制造的轮胎，销量每年都在增长，她预计今年将采购23万条中国产轮胎。

沙特阿拉伯某轮胎经销商欧米雅：2022年我卖了10万条中国生产的轮胎，今年仅仅上半年就卖了10万条。

客户每个月都在问新供货到港情况，有没有新尺寸的产品，有没有拓宽新尺寸产品线的计划，总体来说客户反馈趋近于完美。

奥斯曼是土耳其的轮胎经销商，他告诉记者，中国生产的轮胎进货经常会很快售罄，急需追加供货。

记者还走访了山东省烟台市另一家轮胎出口企业，海外营销部负责人正在和意大利经销商进行月度销售计划会议。

这位经销商告诉记者，上半年欧美部分品牌销量整体下滑，他手上的中国轮胎采购量已实现70%以上的同比增长。

意大利某轮胎经销商阿莱西奥：客户购买中国产轮胎的意愿非常强，我们计划延续上个月采购数量稳定增长的势头，8月份预期采购数量还将环比增长20%。

而为了满足出口需求的订单，山东轮胎企业也在加足马力生产。

有轮胎企业负责人告诉记者，今年以来仓库一直维持着库存低位，产品供不应求。

机器上正在生产的就是海外市场需求最旺盛的18"大尺寸。

摘编自“中国轮胎商务网”
(R-03)。