张维合

(广东科技学院，广东 东莞,523083)

机械与模具

汽车手套箱斗大型注塑模设计

张维合

(广东科技学院，广东 东莞,523083)

根据汽车手套箱斗的结构特点，采用倒装模、定模侧向抽芯和“直通式水道+倾斜式水道+水井”的温度控制系统技术设计了一副大型注塑模具。分析和研究了模具浇注系统、成型零件、侧向抽芯机构、温度控制系统、导向定位系统和脱模系统，确定了先进合理、安全实用的模具结构，获得了满意的成型效果。

汽车手套箱斗 大型注塑模具 倒装模 油缸推出 定模侧向抽芯

汽车手套箱是用来放置手套或者其他杂物的，又名杂物箱，位于副驾驶位置。手套箱一般由3～4个零件组成，因而需要3～4套模具。手套箱一般由手套箱开关、手套箱盖板、手套箱框和手套箱斗组成。不同的车系有不同的配置。手套箱盖板为外观件，产品表面需做皮纹。下面详细介绍汽车手套箱斗注塑模具的设计经验和要点。

1 塑件结构的分析

图1为某名牌汽车手套箱斗结构，材料聚丙烯(PP)，外形最大尺寸：412.10 mm×220.50 mm×241.70 mm。塑件特点如下：1)外观要求很高，表面需做皮纹。表面不允许有推杆痕迹，也不允许有浇口痕迹，更不允许有收缩凹陷、熔接痕和飞边等缺陷。2)形状复杂，尺寸较大，为了提高刚性和强度，设计了很多加强筋[1]。3)塑件内侧有3处倒扣，倒扣面积很大，侧向抽芯时塑件易变形甚至开裂，每一处的侧向抽芯都相当困难。

2 模具结构的分析

根据手套箱斗的结构特点，模具必须采用倒装模结构，浇注系统和脱模系统都在模具的定模侧。由于注塑机顶棍不在定模侧，故定模推件采用油缸推出及复位。倒装模加长了模具的主流道，故浇注系统必须采用热流道[2]。

模具外形尺寸为：970 mm×850 mm×850 mm,总质量约4 000 kg， 属于大型注塑模具。

详细结构见图2。

2.1 成型零件的设计

汽车手套箱斗注塑模具成型零件设计必须解决以下3个问题。

1)模板和镶件采用一体式还是分体式。一体式俗称原身出，分体式俗称镶钶(core)。一体式模具的优点是结构紧凑，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。分体式的优点是工序分散，便于分科加工，由于模板比内模镶件材料便宜，故可节省成本[1]。本模具考虑到塑件尺寸较大，分型面复杂且外观要求高，故采用一体式结构。

2)塑件外观面由动模成型还是定模成型。一般的注塑模具都是由定模成型外观面，因此遇到汽车手套箱斗这类产品时，正常思维是加强筋多的那一侧(非外观面)放到动模一侧成型。但这样一来浇注系统的设计就麻烦了，首先是主流道会很长，其次，也是最不能接受的是塑件的外观面(即皮纹表面)会留下浇口痕迹。因此最后决定本模具由动模成型外观面，而包紧力大、加强筋多的一侧则由定模成型，这样做的缺点是脱模系统也要设计在定模侧，即必须采用倒装模结构。

3)型腔如何排位，或者说塑件在型腔中如何摆放。由于本模具有3个大滑块，滑块质量大，因此一定要避免将滑块朝上方(即俗称天侧)滑行，原因是当斜导柱完成抽芯、离开滑块时，滑块在重力作用下易下落，导致合模时发生斜导柱和滑块相撞的严重事故。如果只有一方有滑块，最好在非操作侧或地侧，取件方便。其他方面，由于模具3面滑块抽芯，成型零件设计时要注意插穿角度，皮纹型腔面要防止蚀纹过界。另外，滑块上应设计工艺螺孔，以方便滑块与定模抛光。

2.2 浇注系统的设计

本模具浇注系统采用热流道一点开放式进胶，由于进胶与顶出在同一侧(即俗称的倒装模)，热射嘴需要加保护套，以防止热射嘴磨损。

开放式热流道与针阀式热流道相比有以下优点[2]：进胶量大，结构简单，安装方便，在国外的高精密模具中应用较多。

本模具浇注系统采用了整体式热流道系统，它的优点包括装拆方便，加工精度要求不高，没有了漏胶的风险，装配精度可靠，并且后续不需要重复拆装，因此维护和修理成本低。

2.3 侧向抽芯机构的设计

侧向抽芯机构是本模具最重要的核心结构。针对塑件的3处大面积倒扣，模具采用了3个“定模滑块+动模斜导柱”的抽芯机构[2]，抽芯方向见图2。

由于滑块和塑件接触面积大，抽芯时黏附力大，抽芯时易导致塑件变形甚至开裂，因此在滑块中各设计了2支推杆(俗称弹针)，其结构见图2中的剖视图A-A。在开模的前17 mm由弹簧18和21顶住推杆17和22，推杆顶住塑件防止塑件变形。

2.4 温度控制系统的设计

手套箱斗为汽车最重要的内饰件之一，因此温度控制系统设计的好坏对模具的成型周期与成型质量影响很大。冷却水道设计原则之一是距离型腔面要大致相等，以达到模具型腔各处温度大致均衡。因为手套箱斗外形落差大，所以本模具的温度控制系统采用了“直通式水管+倾斜式水管+水井”的组合形式(见图2和图3)。这种组合形式是优先采用直通式水管，其次是倾斜式水管，万不得已才采用水井。其优点是塑件冷却均匀，成型周期短，成型质量高，适用于高要求与外观性能要求高的模具[2]。

在汽车注塑模具温度控制系统设计中，主要有以下2种组合形式。第1种组合形式：直通式水管+倾斜式水管+水井；第2种组合形式：直通式水管+水井+倾斜式水管。

此2种形式的区别在于：在倾斜式水管和水井之间，前者是优先采用倾斜式水管，而后者是优先采用水井。此2种组合侧重点不同，因而效果也不同。

第1种形式的优点是型腔各处冷却均匀，成塑周期短，塑件质量高，适用于高要求与外观性能要求高的模具，如汽车前、后保险杠，汽车上、下仪表板本体和汽车左、右门板等内外饰注塑模具。缺点是加工成本高，主要适用于欧美系客户的模具。

第2种形式的优点是加工成本较低，加工方便快捷。缺点是在模具上过多的设计水井对模具强度造成了一定的影响，型腔冷却效果相对于第1种要差些，在日系与中国本国生产的汽车模具中应用较多。

对于汽车塑件，自然随形设计的冷却水道对塑件的冷却，模具的寿命都有好处，要求严格的欧美模具甚至不允许或尽量少采用冷却水井和密封圈等。因为水井直径较大，数量太多会影响模具强度，进而减短模具寿命。密封圈容易老化失效，因而在设计上必须尽量减少使用。

本模具属于大型注塑模具，温度控制系统采用了“直通式水管+倾斜式水管+水井” 的第1种组合形式。虽然模具制造成本有所提高，但塑件获得了客户满意的成型质量和成型周期。

本模具温度控制系统设计时还做到了以下几点。

1)水道之间的间距保证在50～60 mm，冷却水道距型腔面在20～25 mm。本模具的定模结构较为复杂，热量又较为集中，因此进行了重点冷却。

2)考虑到加工问题，本模具的冷却水道与推杆、推块等推件孔保持了至少8 mm的距离。

3)冷却水道长短做到了大致相等，保证了冷却水出入口温差大致相等，从而保证了模温大致均衡。

4)根据塑件形状，模具采用了大角度的斜孔，虽然钻头有侧滑现象，极易钻偏，但只要钻孔之前铣削一个垂直于斜孔的平台即可解决问题。

2.5 导向定位系统的设计

在汽车注塑模具设计中，由于模具较大，塑件外观要求高，尺寸精度要求也高，因此对模具的导向定位设计非常严格，导向定位系统设计的好坏直接影响成型塑件的精度和模具的寿命[3]。

本模具在4个角上各设计了1支圆导柱和1个1 °斜度的精定位内模管位，详见图2和图4。其中4支圆导柱尺寸为60 mm×400 mm，安装在动模侧，由于塑件开模后留在定模侧，这样就不会影响塑件取出。

圆形导柱的长度必须保证合模时，在斜导柱插入滑块之前20 mm就插入导套，否则在模具的制造和生产中会带来很大的麻烦，严重时会损坏模具[4]。

2.6 脱模系统的设计

模具为倒装模结构，推件与热流道浇注系统在模具同一侧，二者都在模具的定模侧，推件由推杆和推块组成。推件固定板由油缸推动和复位，油缸直径40 mm，活塞行程为40 mm。油缸的位置见图2中A-A剖视图及图4。

3 模具工作过程

熔体通过热流道板7，经开放式热射嘴9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19，模具从分型面Ⅰ处开模。在开模过程中，定模侧的3个大滑块16，20和26在斜导柱的作用下分别作侧向抽芯。其中在开模行程的最初20 mm，滑块16和20内的推杆17和22始终顶住塑件，防止塑件因黏附力被滑块拉出变形。开模20 mm后左右滑块推杆和滑块均已脱离塑件。模具继续打开500 mm后油缸启动，通过液压推动推件固定板6，进而推动所有推件将成型塑件推离定模板12。塑件取出后，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。

4 结语

在一款汽车中，需要上千副五金模具与近500副注塑模具，因此汽车工业迅猛发展离不开汽车模具工业的发展。在国外，汽车注塑模具的研究和技术创新受到了高度重视，有关技术已经相当先进与成熟，但国内对汽车模具的研究还很薄弱，很多大型的、高精度和长寿命的汽车注塑模具都靠进口。本模具是自行设计与制造的汽车模具之一，模具自放产以来，定模侧向抽芯和倒装模脱模系统动作都稳定可靠，成型质量和成型周期都达到了设计要求。

[1] 张维合.注塑模具设计实用教程[M].北京：化学工业出版社，2011：126-143.

[2] 张维合.注塑模具设计实用手册[M].北京：化学工业出版社，2011:112-148.

[3] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2008：150-160.

[4] 李文晋.翼形罩注塑模设计[J].工程塑料应用，2012,40(5)：57-61.

Design of Large Injection Mold for Car Handschuhkasten

Zhang Weihe

(Guangdong University of Science & Technology,Dongguan, Guangdong,523083)

According to the structural characteristics of the car handschuhkasten, a large injection mold is designed by use of the backward mode, side core-pulling in fixed mold, and the temperature control system of "straight-pipes +pitched pipes+ inclined wells". The gating system, molding parts, side pulling mechanism, the temperature control system, oriented positioning system and stripping system are analyzed and studied. The advanced and reasonable, safe and practical mold structure is determined,and satisfactory molding results are obtained.

car handschuhkasten; large injection mold; backward mode；cylinder detrusion； side core-pulling in fixed mold

2014-12-30;修改稿收到日期:2015-03-15。

张维合(1964—)，男，江西余干人，副教授，从事模具教学与研究。E-mail:allenzhang0628@126.com。