褚建忠

（台州科技职业学院，浙江台州 318020）

1 PP+TPE汽车密封件介绍

轿车上大型汽车配件的密封通常都是在硬质配件安装好的基础上再增加密封介质，以达到密封的效果，但往往在实际生产过程中会出现密封不稳定而失效。双料一体注射模是在同一副模具内分两个阶段注射两种不同的材料，通过模具结构与注塑设备的共同作用，使塑件综合了两种材料的特殊作用。通过应用双料一体（如PP+TPE）的密封件，不仅提高了生产效率，而且解决了多次安装所带来的质量隐患，提高了整车的密封效果[1～3]。

如图1所示，PP（聚丙烯）+TPE（热塑性弹性体）双料一体塑件既具有硬胶的装配刚性，又具有软胶的密封性能，能满足实际应用的各种需求，但需对塑件模塑化的设计方案与工艺进行改造。根据塑件结构的特点，要求硬胶在不脱离模腔的情况下实现二次注射成型，这就需要模具采用旋转式二次合模的成型方案，也就要求模具具有高精度的二次合模定位精度、低压力注射软胶的工艺保障以及多型腔单侧顶出平衡的有效控制等[4～6]。

2 PP+PTE双料一体旋转注射模设计

双料一体精密模具的成功研发，关键在于二次合模的重复精确定位、CAE分析、狭长塑件的顶出平衡及选材等几大领域技术的有效运用。

（1）二次合模的精确定位。

本项目采用层级式的开合模导向与复位技术方案与科学的加工工艺路线，辅以独立的定模侧大型滑块抽芯导向机构，再运用MAKINO高精密加工技术，使二次合模的各零部件的加工工艺趋于稳定，零部件间的配合关系达到了生产双料塑件的要求，克服了二次合模多活动件运动累计误差带来的负面影响，如一个零件对应多个零件的适配间隙需满足双料注射成型的工艺要求等，各种关联环节也较成熟，一次性成功率达80%以上。

（2）可控注射成型系统。

本项目通过运用MoldFlow分析注射模拟，制定了良好的双系统顺序控制浇注方案，大大降低了模具因调试产生的各种风险，如：因压力过大造成相关零部件负载过盈而损坏、调试中表面现象误导制定改善方案等。通过该项分析，已将注射工艺的调试带大大扩宽，使工艺更易调节，达到了预期的目的。

（3）狭长塑件的顶出平衡。

为防止塑件在顶出时因受力不均衡而扭曲变形，应用塑件的弹性形变的特点，选择在加强筋的底部为顶出受力作用点，在塑件的另一侧增加平衡顶块，同时设计有效的液压循环回路，系统上增加油路分配器，使生产更易于调试多个油缸的顶出与复位动作同步；并且在塑件的弹性形变的部位增加顶出定位装置，减少因塑件瞬时收缩与弹性变形的所产生的位移，有效保证了塑件的顶出平衡。

2.1 二次合模精确定位

该双料一体模具定模侧设计有大型滑块，必须设计专门机构实现滑块抽芯与模具开模同步动作，由于模具比较重在旋转过程中如果出现离心倾向容易导致整个模具中心出现误偏移；另外大型模具的动模在旋转后需要与第二个型腔产生精确配合，需要比较精确的导向和定位系统，否则就会导致第一次成型的PP塑件产生擦伤。因此大型双料一体模具必须需要设计比较精确的导向定位系统。

（1）定模滑块与模具开模同步动作设计。

如图2所示，该大型滑块位于定模，重达350kg，由于定模侧没有动力，因此给设计带来一些困难。首先应解决动力问题：在每一个滑块底部设计了两个氮气弹簧，氮气弹簧具有弹力大、弹力曲线平缓，长使用寿命等特点，因此利用高压氮气的高弹力可以成功实现同步顶出滑块；其次为了进一步确保滑块同步顶出，在动模板上设计了机械拉钩，在合模时钩住滑块，开模时利用注塑机的开模力全力拉出滑块，利用一推一拉确保了滑块安全地与模具开模动作同时进行。

图2 滑块顶出设计

（2）模具旋转时的离心倾向解决办法。

如图3所示，双料一体模具的动模在第二次合模时都会产生旋转，为防止旋转后的动模与定模的配合产生误差，应尽量不要在动模侧设计不必要的移动零件，否则这些零件在旋转过程中势必会产生不必要的移动，从而影响二次合模的精确度。因此在该模具中将所有容易产生移动的零件（如滑块、导柱等）都设计在定模侧，整个动模不但消除了活动部件，而且降低了重量，从而较好地解决了动模旋转过程中出现的离心倾向问题。

图3 定模与递进式导向系统

（3）递进式导向定位系统。

如图3所示，模具在制造过程中总会出现机床加工误差、装夹误差、研磨误差和装配误差，大型模具的误差更加明显。为了保证模具的精度，该模具使用高精密度机床MAKINO对零件进行精密加工，在不同机床装夹时使用了快速定位夹具EROWA。同时针对该大型旋转模具设计了递进式导向定位系统。该递进式导向定位系统采用了两级导向定位：第一级由方导柱和方导槽进行配合，承担了模具合模的初始导向和定位，保证了动模和定模的合模初始精度；第二级由T型凸块和T型凹块组成的精定位，保证了动模和定模的最终的精确定位。

2.2 可控式双注射成型系统

硬胶注射坯件成型后，模具二次合模，与型腔与型芯共同创造二次注射成型所必须的封闭式模腔；二次注射软胶时，必须要减少注射压力以防止对已成型的硬胶表面质量的损害，确保硬胶成型件在注射压力的作用下无亮斑、溢料等异常情况，因此为了保证塑件质量必须要采用低压注射，因此采用如图4所示的多点热流道浇注方案。

由于采用了热流道系统，因此可以对双浇注系统实现可控式注射成型（见图5）。具体控制方案：当模具处于第一次合模时，热流道系统启动GA注射系统对模腔注射PP，在硬胶（PP）热流道控制下，各浇口按照顺序时间进行浇注，确保了PP主体塑件不出现溢料、熔接痕等缺陷。

第一次硬胶（PP）注射完毕后，模具整体进行旋转180°，硬胶和动模同时旋转与第二个型腔进行配合，组成软胶（TPE）型腔空间。此时，热流道系统启动GB软胶（TPE）注射系统对模腔注射TPE熔料。注射完毕后，模具内冷却水路对塑件进行冷却，然后开模启动顶出系统（各种顶块、斜顶等）顶出塑件，合模进行下一次循环。

图4 多点式热流道系统

图5 双浇注系统

2.3 自适应式顶出平衡设计

由于该塑件长而窄，为了在顶出时不使塑件产生变形，在动模顶出设计中没有采用顶杆，而是采用了多达30多块的顶块，增大了顶出面积和顶出力。另外由于熔料在模腔中的热交换，动模型芯部分的温度明显会高于顶出板，在成型过程中，型芯会产生轻微的热变形，这样直接会影响到型芯内部的顶出孔与顶出板中的顶块的配合，这样就会导致顶块顶出时可能会产生卡滞。为了解决这一问题，将顶块设计成自适应浮动式结构，如图6所示，与传统的刚式结构不同，自适应浮动式结构的顶块可以随着模具温度的变化进行弹性调整，这样就解决了由于热膨胀影响顶出孔与顶块中心的配合问题。

图6 自适应式顶出平衡设计

传统的模具顶出动力一般都来自注塑机本身的刚性顶杆。但由于模具顶出机构由众多顶块组成，各顶块的热膨胀系数都有差别，要实现各顶块平稳顶出，就必须采用液压式顶出（见图6）。因此在模具中设计了4个顶出油缸，每一个塑件的顶出都由两个油缸提供稳定平衡的动力来源。为实现油缸之间动作的协调，在油缸之间设计了油路分配器（见图6），确保了各个油缸动作误差不超过0.02mm。

由于采用了上述设计，整个顶出系统实现了顶出动作平衡有序，塑件顶出后不产生变形和翘曲，效果良好。

2.4 模具总体设计

该大型旋转高精密双料一体密封件注射模由7大部分组成：①层级式精密导向与定位系统；②独立可控型双浇注系统；③狭长塑件顶出平衡自动调节系统；④定模侧同步抽芯系统；⑤冷却系统；⑥吊装搬运系统；⑦成型系统等。

（1）定模部分整体图，如图7所示。定模部分有同步抽芯机构与相关的冷却系统、可控型双浇注系统分布情况。

（2）动模部分主视图，如图8所示。动模部分有顶出平衡的自动调节系统与层级式精确导向定位系统，主要机械机构以及各冷却系统的接口位置的分布状态。

3 结论

（1）本模具中设计的渐进式导向定位系统，保证了大型模具在合模中的顺利导入和精确定位，减少了加工量，确保了合模精度，从而确保了塑件的成型精度，有效地将合模误差减少到±0.02mm。该设计可以推广到其他大型模具的定位设计中。

（2）在大型模具顶出机构中设计浮动结构，可以减少由于热膨胀产生的动模与顶出板之间的配合误差，减少了顶出卡滞现象，确保了顶出机构能顺利顶出塑件；采用液压顶出与油路分配器，确保了油缸之间的同步动作，保证了整个顶出动力源动作的一致性，从而实现了顶出动作的平衡与稳定。

图7 定模整体图

图8 动模整体图