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环科头条
汽车大灯壳注塑模具设计剖析

汽车车灯主要是用做照明,可以说是汽车的眼睛,车灯是对所有汽车照明系统的统称。汽车车灯外观要求高,几个重要零件都是透明件,电镀件等,可以说汽车外观要求最高的零件就是车灯,因而对模具设计与制造要求极高。

一般汽车的主要灯饰件就是前后大灯。车灯不同的车系有不同配置,同一车系依据高低配置也不尽相同。组成汽车前后灯的主要零件有:左右透镜.左右装饰框.左右灯壳.左右反射镜等,汽车车灯的外观要求极为严格。

汽车前大灯组装效果如图1所示:

△图1 汽车前大灯组装效果图

△图2 汽车前大灯架构与效果图

△图3 汽车后大灯架构与效果图

△图4 汽车车灯主要零件图

车灯的组成:

图4所示为汽车车灯的主要零件,组成汽车前后灯的主要零件有:左右透镜.左右装饰框.左右灯壳.左右反射镜等。汽车车灯的外观要求极为严格,本文选取某名牌汽车前大灯模具进行介绍。

△图5 汽车前大灯功能定义图

前大灯采用H7作为远近光光源,通过一个电机和挡片进行远近光切换;位置灯采用8颗LED,并带有单独的位置灯配光镜;转向灯采用PY21W作为光源,无单独配光镜,透镜上可以做适当的花纹。装饰框局部做磨砂效果,磨砂区域如图6所示,其余部分高亮。

△图6 汽车前大灯磨砂位置

通过图5与图6所示:外观可观察到本大灯的零件有:透镜.装饰框.装饰眉片.灯壳等,还有部分零件在大灯内部不可见。下面以此款车灯为例,介绍汽车前大灯灯壳塑件的模具设计经验与要点。

本文以汽车前大灯灯壳零件为例,详细介绍汽车灯壳注塑模具的设计要点与技术总结。汽车灯壳零件如图7所示:

△图7 汽车前大灯灯壳零件图

1. 塑件外观要求与结构分析

图7所示为某品牌汽车前大灯灯壳零件图,材料为PP+TD2,其中PP为灯壳外罩的基体,TD2是材料中加入2%的滑石粉,主要是提高灯壳外罩的刚性。非外观件,属内部功能件。塑件尺寸为:475.3*355.6*291.4mm。塑件特点如下:

1)非外观件,塑件外观面不允许有斑点,收缩凹陷.熔接痕.飞边等缺陷(外观缩痕要求不是很高);

2)塑件为内部功能件,灯头孔.后盖孔等装配要求高;

3)塑件外形复杂,塑件外侧面有6处倒扣,灯壳除了灯头孔非左右镜像外,其余特征都是左右镜像;

4)塑件外侧面共有6处倒扣,需采用侧向抽芯结构;

5)根据塑件特征,灯壳塑件有粘定模风险,塑件设计需预防粘定模。

2. 模具结构分析

根据汽车灯壳的结构特点与外观要求,模具优先采用热流道注塑模结构。经模流分析结果与技术讨论,最终采用2点开放式热流道直接进胶。本模具S1,S2,S3,S4,S5,S6由于在塑件外侧,倒扣面积大,因此优先采用动模“斜导柱+滑块”的抽芯结构。本模具最大外形尺寸为:12*95*82(mm),总重量约8吨,属于大型注塑模具。详细结构见图8、图9、图1。

△图8 汽车灯壳注塑模具结构图1

△图9 汽车灯壳注塑模具结构图2

△图1汽车灯壳注塑模具结构图3

1.面板;2.热流道板;3.导柱;4.A板;5.承压板;6.导套;7.动模镶件;8.司筒;9.B板;1.顶针板导柱;11.方铁;12.顶针板导套;13.底板;14.锁模块;15.复位块;16.复位杆;17.支撑柱;18.复位弹簧19.弹弓胶;2.垃圾钉;21.限位柱;22.推杆面板;23.推杆底板;24.动模镶件;25.滑块;26.弹簧;27.斜导柱;28.耐磨块;29.耐磨块;3.动模镶针;31.定模镶件;32.定模镶件;33.二级热嘴;34.动模镶件;35.承压板;36.斜导柱固定块;37.斜导柱;38.耐磨块;39.限位块;4.滑块;41.滑块固定座;42.耐磨块;43.顶针;44.司筒;45.司筒针;46.司筒针压块;47.斜导柱固定块;48.耐磨块;49.斜导柱;5.滑块;51.限位块;52.耐磨块;53.动模镶件;54.动模镶件;55.斜导柱固定块;56.耐磨块;57.斜导柱;58.滑块;59.限位块;6.耐磨块;

2.1成型零件设计

由于模具为大型模具,分型面复杂,故成型零件和模板采用一体式结构,即模具的定模A板就是定模成型零件,模具的动模B板就是动模成型零件。这种结构的优点是结构紧凑,强度刚性好,模具体积小,避免了开框、配框和制造斜楔等繁琐的工序。

本模具设计时还做到了以下几点:

1. 分型面顺滑无尖角,无薄钢,无线或点封胶;构建了面封胶,在分模时使用延伸,扫掠,网格等做面方法,分型根据塑件的形状构建面,车灯模具分型面要求极高,不允许构建的面起皱。构建的分型面能有效保证CNC加工精度,不需EDM清角,分型面也不容易跑毛边。车灯模具分型面光刀时需高速机,机床主轴转速保证每分钟至少2转以上。

2. 镶件与动模的配合部分,止口根部设计了合适的工艺倒R角或避空位,简化了加工工序和减少加工工时,提高加工效率。

3. 所有非成型转角设计R角,防止应力开裂,工艺R角不小于R5,根据模具大小,尽可能设计比较大的工艺R角;模具上锐利的棱边容易造成操作人员意外受伤,模具上非参与成型或配合的棱边都要设计倒C角或R角,根据模具大小尽可能设计比较大的倒角。

4. 分型面的避空:模具分型面宽度为4MM,分型面以外的区域定动模都要避空1MM,以有效减少加工工时。分型面的避空不仅指外围分型面,也包括大面积的分型面。特别说明:模具分型面的宽度包括排气槽在内。在大面积的避空处要设计承压块,以保证模具受力均匀,避免模具长期生产跑披锋,在砰穿孔区域设计避空的同时,还要在定模或者动模设计排气孔,方便定动模合模时压缩的空气排出。

5. 分型面根据塑件形状构建,必要时对塑件进行优化处理。对于中大型模具,承压板槽尽量开通,方便CNC加工。设计分型面时尽量以简化模具加工,平整顺滑为原则,做出的分型面无薄钢,无尖角,插穿角度合理。

6. 分型面圆滑平整,UG分模时禁止出现很多碎面小面(CNC加工时易弹刀,加工精度降低),尽量用延伸面,网格面,扫掠面构建分型面,或者先延伸1-2mm封胶面,再做拉伸面与过渡面,封胶面根据注塑机吨位与模具的大小设计。

7. 分型面或者插穿孔所有插穿角度设计在7度以上,提高模具使用寿命。

8. 对于汽车中大型模具,镶件设计尽量优先从分型面装拆的方式,塑件胶位面可采取堵铜处理,镶件需两侧设计5度斜度,方便配模与装拆镶件。

2.2浇注系统设计

塑件通过模流分析,浇注系统采用2点开放式热流道直接进胶。在设计模具时,在热嘴区域以及热嘴正对着的动模区域,要设计冷却水来加强对热嘴区域的冷却,避免热嘴出现流延,拉丝, 浇口残留过高的现象发生。本模具为开放式热流道进胶,在设计热流道时要注意以下几点:

1. 热流道固定板涉及走线区域需要设计工艺R角,避免划伤电线。走线区域为了便于CNC加工,尽量走直线,少拐弯。

2. 设计热流道时需要仔细检查热流道插座的位置是否符合客户要求。

3. 模具的主射嘴必须低于面板至少2MM,以防翻模时碰坏热嘴。

4.液压系统与电气系统连接在非操作侧,不可超出码模板,如果超出码模板就需要设计保护板,或者将液压系统与电气系统沉入模板内侧,起到保护热流道元件,避免液压系统与电气元件被撞坏的现象发生。

本模具浇注系统采用热流道直接进胶,进胶点直接设计在塑件表面,这样的设计料流速度快,注塑周期短,成型质量好。

图11汽车灯壳注塑模具热流道设计

2.3侧向抽芯机构设计

每个塑件均有6个倒扣,模具分别由S1,S2,S3,S4,S5,S6六个侧向抽芯机构完成侧向抽芯。均采用了“动模滑块+斜导柱+定位夹”的抽芯机构,由滑块25、斜导柱27、斜导柱固定块36、定位夹26、限位块39和耐磨块28组成,见图12。这种结构加工简单,抽芯动作安全稳定可靠。

设计滑块时优先采用机械驱动结构,因为机械驱动最稳定可靠,且节省成本。滑块的设计原则是:

1.优先左右侧,次选天地侧,天侧设计滑块需要设计弹簧或定位夹定位。地侧滑块不设计弹簧,因为滑块凭着自身重量开模时会下掉,可以设计定位夹代替弹簧。

2.优先常规滑块,次选斜滑块。因为斜滑块加工难度大,成本高,结构更复杂,常规滑块更安全可靠。塑件排位时应尽量避免滑块和斜顶产生复合抽芯角度(即相互发生干涉),减小模具加工的难度,见图7。图7所示的滑块需朝上和朝右两个方向抽芯,加工困难。更改排位后,滑块只需朝上抽芯,加工简单。

3.滑块的设计需遵循动模优先原则,能动模滑块不定模滑块,能常规滑块不斜滑块,能斜滑块不隧道滑块。

△图12滑块设计要点

△图13汽车灯壳滑块侧向抽芯机构

2.4温度控制设计

汽车前大灯灯壳尺寸精度高,模具温度控制系统设计要保证冷却均匀和快速冷却。要做到这一点,冷却水道距离型腔面必须大致相等,以达到模具型腔各处温度大致均衡。因为灯壳外形落差大,所以本模具的温度控制系统采用了“垂直式水管+隔片式水井”的组合形式,

见图14与图15所示。本模具冷却充分,水路设计均匀合理,因此大大提升了塑件的生产效率,成功将注塑周期控制在4S左右。

图14(a)定模冷却系统

图15(b)动模冷却系统

2.5导向定位系统设计

本模具在4个角上各设计了1支D6*445圆导柱。(导柱最长做到1倍直径)导柱安装在定模侧,由于塑件开模后留在动模侧,这样就不会影响塑件取出,同时避免塑件粘上导柱上的油污。

导柱在翻模时还可作为支撑脚用,方便FIT模,如图16所示。圆形导柱的长度必须保证合模时,在斜导柱插入滑块之前2mm就插入导套,否则在模具制造和生产中会带来很大的麻烦,严重时会损坏模具。模具导向系统的设计必须注意三级定位的设计,特别是要求高的汽车塑件

模具导向定位设计不合理会造成模具运动不顺畅,模具易损坏,定动模错位,塑件出现段差等问题,是注塑模具至关重要的系统。

△图16汽车灯壳注塑模具导向定位系统

一级定位是指模具导柱的定位,是模具的初级定位,通过定动模导柱与导套的相互配合来完成定动模的定位。定位精度取决于模胚孔的加工精度与导柱导套的尺寸精度,模胚孔加工不准会造成导柱插烧。导柱同时也是承受模胚重量的主要零件,设计时要考虑其强度与长度,太长太弱的导柱也会造成模具定位不准与导柱插烧等问题。根据经验,导柱最长做到其直径的1倍。

导柱导套的作用可归纳为3点:

1.对活动的零件进行准确的导向与定位。

2.支撑模具重量。

3.保护模具成型零件。

一般导柱的直径大小按LKM标准来选择,非标模具导柱的直径大小可以参考LKM标准,位置可以按图17所示标准设计,模具的导柱直径最大一般只能做到8mm。导柱长度要保证能够高出模具最高面3mm,有滑块的模具保证在斜导柱插入滑块之前2mm进入导套,如图18。

在注塑生产过程中经常要对导柱导套做保养润滑,避免导柱导套摩擦。模具码模不紧与机台前后板的不平行也是造成导柱定位不准与插烧的原因。综上所述,模具的一级定位至关重要。

二级定位指模具止口以及四面围边式的定动模互锁定位,二级定位主要是模胚的定位。定位精度要高于导柱导套的定位。止口上耐磨块槽尽量要配合加工,保证定动模的配合精度。耐磨块材料采用热处理材料CR12,在耐磨块摩擦面要有油槽润滑,耐磨块可以有效保护模具上的薄弱插穿面,对精密模具与汽车模具来说二级定位非常重要。模具插穿面容易造成磨损与塑件易出现飞边问题。这一点需要特别引起重视。

三级定位是指模仁上设计止口定位,主要保护模具插穿面精确定位。模仁上止口的定位是定动模仁上的精准定位,是有效保护模仁上插穿面的机构,同时也承受注塑的侧向压力。设计时不能向同一方向设计,需互锁,避免模具向一侧倾斜打滑,如图19。止口在加工与合配模具时插穿要比模仁上紧,需要设置合理的加工公差,尽量采用机床加工精度保证其配合精准,避免人工配合。这一点对汽车模具与精密模具尤为重要,止口高度设计需比模仁最高面高5-1mm,可有效保护模仁面。

汽车注塑模具的三级定位一级比一级准确,三级定位对于汽车模具与精密模具影响重大。是保证塑件质量与模具导向定位的关键,对于其它模具也同样适用。如果塑件没有任何插穿面与外观纹面时可以省掉部分定位设计,其余都要设计三级定位,并且要保证精度。

△图17导柱位置设计标准

△图18圆导柱强度与长度设计参考

受力不平衡,有侧滑趋势

图19止口设计要点

3. 模具工作过程

熔体通过注塑机喷嘴,经热嘴33进入模具型腔,熔体充满型腔后,经保压、冷却和固化,至足够刚性后,注塑机拉动模具的动模固定板13,模具从分型面PLⅠ处开模。开模5mm后,塑件所有滑块在斜导柱的驱动下与塑件脱离。注塑机油缸推动推件固定板22,推件固定板推动推杆16,接着油缸继续作用,顶出75mm后,塑件与动模分离,塑件经过机械手取件后,注塑机油缸拉动推件及其固定板复位,接着注塑机推动动模合模,模具开始下一次注射成型。

5. 模具排气系统设计

汽车注塑模具一般较大,排气系统的设计相当重要。如果排气结构设计不合理,会严重影响塑件的质量,出现包括填充不满、困气、脱模不顺等注塑缺陷,严重时产品分型面处还会出现烧焦痕迹。汽车前大灯灯壳属于内部功能件,合理设计排气是至为重要的。本模具排气开设在分型面上,根据塑件特征,排气槽开设在动模上。这种排气槽加工方便快捷,可以直接CNC加工出来。在设计模具排气系统时要注意以下几点:

1)排气要优先开设在料流末端与塑件转角位置。

2)靠近镶件或壁厚最薄处,因为这里最容易形成熔接痕。

3)最好开设在分型面上,因为分型面上产生溢料最容易清除。

本模具排气设计在动模侧的分型面上,如图22所示。

△图22 汽车灯壳注塑模具排气系统设计

6. 结果与讨论

汽车灯壳塑件很容易出现粘定模的现象,解决车灯灯壳塑件粘定模的前期设计预防一般是:

1. 模具设计前检查塑件抱紧力大的区域的脱模斜度是否大于3度以上,尽量设计在5度以上,避免粘定模与塑件拖伤。

2. 在塑件容易粘模与包紧力大的内侧面设计倒扣纹,倒扣纹深度在.5~1m之间,倒扣纹设计在靠近塑件的圆角处。

3. 塑件定模包紧力大处其相对应的塑件内侧面设计加强筋,或者在推杆上设计倒扣勾。

本模具设计中塑件抱紧力大的区域由于出模斜度在5度以上,且在动模侧设计了.5mm深的倒扣纹,因此模具顶出脱模顺利,各机构运动顺畅,模具安全稳定可靠,模具没有粘定模的现象,成功解决了灯壳类塑件粘定模的问题。该车型模具试产后,装车效果良好,尺寸稳定。改款车灯车展中得到了客户的认可与好评,为客户创造了一定的经济效益。

镶件和滑块座的连接方式那么多,你知道哪个最好用吗?

方式一:利用T位进行限位,镙钉锁死。加工方式也简单,滑块座割一个通槽,攻几个锁镶件的牙,就可以了。更换镶件也方便,甚至都不需要拆模都可以换镶件,缺点就是镶件左右缺少定位。

加工方式简单,滑块座割一个通槽:

方式二:镶行位镶件,用镙丝拉紧,常见于行位稍大些的场合,行位座与介子分开加工,可以采用不同的料并方便改模。

不过要注意的是,如果螺丝和斜导柱孔干涉时,螺丝要深进去,避免和斜导柱产生碰撞。

方式三:在多个小型芯时,采用压板的方式,最好如图所示,压板下端有一平台进行定位。

方式四: 在行位座上线割一趋位,常用于过桥的行针,不过如果并排的针太多,这样的方式可能在装模的时候不好装,因为镶针行位上并没有完全固定住,如下图。

方式五: 常见的镶针固定形式,底部用无头镙丝锁紧,加工方便。不过要注意避开斜导柱孔。

方式六: 原身留,常见于较小的行位,这种做法基本淘汰,最大的缺点是修改更换不方便,重做的工作量太大!

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