蒋 燕，方迪成

（汕头职业技术学院，广东汕头515078）

1 引言

汽车拉线接头塑件是汽车拉索系统的组成零件，大批大量生产。该塑件尺寸小、结构复杂，有多处结构需要侧抽芯，而由于空间受限，多处侧抽芯部位无法单独设置抽芯结构，需要在模具抽芯结构上进行巧妙设计。另外该塑件尺寸精度要求高，公差值低于0.05mm，要求模具各零件之间定位精度高，需要采取多重定位结构。下面对模具的浇注系统、机械结构等进行设计，以期其成功方案能为类似模具设计提供借鉴。

2 塑件结构与材料分析

2.1 塑件结构分析

汽车拉线接头塑件的外形尺寸为φ19.25×63.48mm，塑件壁厚约2.25mm，最大厚度处约为5.8mm，体积为7.9×103mm3。塑件的尺寸较小且结构比较复杂。塑件要求精度为MT2。塑件成型后要求：外表面光洁、没有毛刺、无浮纤，卡扣无损伤、卡接力达到预定目标值，其他部分不能有明显注射成型缺陷痕迹。塑件由内、外两个分型部分组成；塑件四周既有侧凹又有贯穿式的倒勾结构特征，因塑件小空间受限，无法按常规做四面滑块的方式脱模，可以考虑滑块底部带滑块的脱模机构来实现[1～2]。图1所示为汽车拉线接头结构图。

图1 汽车拉线接头

2.2 成型材料分析

所选用材料是PA46+GF25（荷兰DSM TW241F5），该材料的密度为1.35g/cm3，收缩率为0.5%～1.2%。该材料具有耐冲击强度高、耐候性佳、抗化学环境佳、耐热温度高、吸水量小、尺寸稳定性佳等特点[3]。常用于汽车工业、电机、电子、包装、休闲运动与机械工程等领域。该塑料的流变粘度曲线及PVT曲线如图2所示。

图2 PA46+GF25的流变粘度及PVT曲线

3 模流成型工艺分析

3.1 网格划分

使用NX12软件对汽车拉线接头进行实体建模，并对汽车拉线接头3D数据中不影响分析的结构（如圆角、倒角）进行修整，并将修整后的模型导入Moldflow2019（MFI）中。因塑件壁厚相差较大，固对汽车拉线接头模型进行3D网格划分，网格模型如图3所示。四面体网格实体为493，636，体积为7.96cm3，网格最大纵横比97.26，平均纵横比3.72，最小纵横比1.1。

图3 汽车拉线接头网格模型

3.2 塑件壁厚分析

如图4所示，汽车拉线接头的壁厚分布比较平均，平均厚度约为2.8mm，因塑件结构及功能的需求，最薄处约为1.3mm，最厚处为5.8mm，为了使模流分析结果更精确，所以在此方案中将使用3D（四面体）网格方式进行分析。

图4 塑件壁厚分析

3.3 浇口及浇注系统

应用MFI进行浇注位置分析，汽车拉线接头塑件理论浇注位置如图5a所示，在塑件顶端中间位及卡扣部位。综合考虑模具大批大量生产和注射模结构与分布需要，采用如图5b所示的开放式热流道转冷流道大水口单点侧浇口的浇注方案[4]。主流道采用热流道系统，半径为R4mm；分流道使用梯形与圆形截面相结合的结构，主分流道为梯形，尺寸为4×3.5×3mm，次分流道直径为φ3mm，侧浇口端面直径为φ1.2mm。

图5 最佳浇口位置分析

3.4 成型分析

依据确定的浇注系统方案，对于影响汽车拉线接头注塑质量的各种参数进行成型仿真分析[5]，仿真结果如图6所示。①图6a显示注射的填充时间，图中所示汽车拉线接头塑件无半透明区域，说明充填过程流动顺畅平衡、无短射和浇不足情况；②图6b显示充填前沿温度，塑件上没有低于315.4℃的浅色区域，而最高为321.9℃，温度差仅为2.4℃，塑件温度分布均匀，不会在塑件表面产生色差；③图6c显示速度/压力切换时的压力，结果表明在V/P切换位时，填充最大压力为44.01MPa，且图中没有透明区域，意味着填充压力合适；④图6d为2个塑件在填充完成时的冻结因子分布图，从图6d中可看出2个塑件冷冻层分布均匀，无过速冷冻区域，且水口冻结前塑件已经冻结，充填效果非常好；⑤图6e显示在塑件表面部分出现了少量熔接痕，但由于该塑件是结构功能件，且熔接痕位置不影响塑件强度，同时该进胶方式比较适合成型；⑥图6f为气穴图，从图6f中可以看出在塑件边缘的地方及末端结合处分布散点式气穴，说明模具内空气已基本排出，同时可以在边缘及末端利用模具零件间的缝隙排气即可；⑦图6g显示需要最大锁模力为4.854t，常用注塑机即可满足；⑧图6h为塑件的平均纤维取向，从图上来看纤维取向基本一致且均匀，塑件不会出现波浪变形的情况；⑨从图6i表示缩痕，其最大尺寸为0.2325mm，且缩痕位于塑件顶部，对制品质量影响可以忽略；⑩从图6j来看，塑件外表面体积收缩均匀，收缩最大的地方为R转接处，不影响整体；○1图6k所示的冷却回路雷诺数为10，000，冷却效果好，冷却水路合适；○12从图6l可见，塑件的变形最大位置在塑件的的末端，引起塑件的变形主因是收缩不均匀，模具通过收缩补偿后基本上可以实现对变形的纠正[6～8]。

综合以上分析，拟采用的汽车拉线接头注射模浇注方案可行。

4 模具结构设计

4.1 分型面设计

针对汽车拉线接头的形状结构，选择如图7中塑件中心面为分型面，模具型腔选择如图6塑件分布的一模两腔结构。设置如图7所示的分型面，既有利于利用滑块结合面，镶件与滑块、司筒套装与滑块的装配间隙排气，也便于塑件在模具中定位，还能简化抽芯机构，简化后续生产中塑件的脱模及处理塑件飞边。

图6 汽车拉线接头模流仿真分析

图7 分型面的设计

4.2 型腔型芯结构设计

将汽车拉线接头塑件按照圆中心面分开，主体部分在两个大滑块上成型，下端侧凹为两个小滑块，中间部分为司筒套装，作动模，定模部分无塑件胶位，模具结构如图8所示。

图8 汽车拉线接头的模具结构2D图

（1）型腔结构。模具型腔部分由定模板3及热咀29组成，如图9所示。流道在定模板3及热咀29上经过。热咀29穿过定模板3固定在定模座板2上。在定模板3的选材上，采用高级优质中碳钢S50C，它具有良好的机械加工性、切削性特佳，适用于塑胶模架、配板及机械配件，出厂硬度为170～220HB。

图9 定模侧模具结构3D图

（2）型芯结构。模具型芯部分由滑块6、24、31、33、滑块镶针7、23、滑块镶件9、25及司筒套装15、16组成，如图8、图10、图11、图12、图13所示。其中滑块6、24成型塑件主体部分胶位，滑块31、33、滑块镶针7、23、滑块镶件9、25成型部分卡扣结构，司筒套装15、16成型塑件内部孔位部分。

图10 动模侧模具结构3D图Ⅰ

图11 动模侧模具结构3D图Ⅱ

图13 滑块结构3D图Ⅱ

因为汽车拉线接头的塑胶材料为PA46+GF25，具有较强度耐磨性，且滑块6、24、31、33、滑块镶针7、23、滑块镶件9、25均为活动件，选用易加工、易抛光、韧性耐磨性俱佳的热作模具钢，需热处理并保证硬度48HRC以上。

司筒套装15、16因同时承担成型及顶出的作用，可采用中碳高铬合金工具钢SKD61，其热处理后具有较高的硬度及耐磨性，并具有高淬透性、尺寸稳定的特点。热处理后应保证中心硬度不低于38HRC，表面氮化处理且硬度不低于900HV。

4.3 导向与定位结构设计

由于汽车拉线接头为圆形塑件，为了保证塑件的同心度以及保证合模准确和模具长时间使用后的维修方便，本模具设计了由原身虎口及导柱导套结合的导向定位系统，如图8、图9、图10、图12、图13及图14所示。它既能实现模具在运行过程中的快速、精确导向，也能防止长期生产后因为模具磨损而造成错位。

图14 模具定位结构示意图

4.4 抽芯结构设计

因汽车拉线接头是一个四周既有侧凹又有贯穿式的倒勾结构特征的细小塑件（见图1），无法按常规动抽芯的同时，带动穿插在其中的小滑块在其底部滑动一起完成抽芯动作（大滑块相当于小滑块的弯销式铲机，驱动小滑块进行滑动抽芯），解决了塑件因空间狭小的限制无法出模的问题。

图15 卧式注塑结构

滑块底部带滑块的抽芯结构主要由斜导柱5、滑块6、24、31、33、滑块镶针7、23、滑块镶件9、25、波子螺丝10、限位块11、滑块压块12、32、弹簧34、限位柱35及导向块44等组成，如图12、图13、图16及图17所示。斜导柱5固定在定模板3上，滑块6、24固定在动模板13上，滑块6、24限制在动模板13、滑块压块32及导向块44之间移动；滑块31、33固定在动模板13上，滑块31、33限制在动模板13、滑块6、24及滑块压块12之间移动。它们是在注塑机开模力的作用下，图8中定、动模板3、13分开，滑块6、24在斜导柱5的拨动作用力下沿着滑块压块32及导向块44向后移动，与此同时滑块31、33则在滑块6的拨动力及弹簧34的作用力下沿着滑块压块12向后移动（注：滑块6相当于滑块31、33的弯销式铲机，驱动滑块31、33进行滑动抽芯），直到在波子螺丝10与限位块11的限制下滑块6、24完成预定的抽芯距离，滑块31、33也同样在弹簧34的预压力及限位柱35的限制下完成预定的抽芯距离，抽芯完成。

图16 抽芯部件的示意图

图17 滑块结构局部剖面图

4.5 其它结构设计

顶出与先复位机构采用常规结构，使用顶棍拉杆式先复位结构。冷却系统设计在定模板3、滑块6、24上采用循环冷却水路布置。排气系统利用模具中的分型面、司筒与司筒孔、滑块与滑块及镶件与滑块等配合间隙来排气。

5 模具工作过程

开模时：模具在注塑机作用下，定、动模板3、13分开，滑块6、24在斜导柱5的拨动作用力下沿着滑块压块32及导向块44向后移动，与此同时滑块31、33则在滑块6的拨动力及弹簧34的作用力下沿着滑块压块12向后移动，注：滑块6相当于滑块31、33的弯销式铲机，驱动滑块31、33进行滑动抽芯，直到在波子螺丝10与限位块11的限制下滑块6、24完成预定的抽芯距离，滑块31、33也同样在弹簧34的预压力及限位柱35的限制下完成预定的抽芯距离，抽芯完成。继续开模，一直到预定位置。然后注塑机顶棍推动顶杆板18、19向上运动，固定在顶杆板18、19上的司筒15跟随推动塑件27向上运动；套在复位杆37上的弹簧36被压缩；继续顶出，直到碰到限位块38结束顶出，然后将塑件27取出。

合模时：开模完成后，顶棍复位，连接在顶棍上的顶棍拉杆39拉着顶杆板18、19回位，开模被压缩弹簧36恢复，顶杆板18、19跟随回位，并带动固定在其上的司筒15、复位杆37等部件回位（注：在此过程中，在斜导柱5还没有插入滑块6、24之前，顶棍拉杆39强制使顶出机构率先完全回复到位）；继续合模，直到滑块6、24、31、33回位，实现分型面闭合。

6 结论

通过对汽车拉线接头塑件结构、成型材料性能和塑件壁厚的注塑工艺分析，并借助MFI软件对汽车拉线接头进行模流CAE分析，在综合模具特殊结构、“最佳浇注位置”等特定条件，设计了开放式热流道转冷流道大浇口和单点侧浇口的浇注方案，和塑件壁厚的注塑工艺分析，并借助MFI软件对汽车拉线接头进行模流CAE分析，在综合模具特殊结构、“最佳浇注位置”等特定条件，设计了开放式热流道转冷流道大浇口和单点侧浇口的浇注方案，并在对汽车拉线接头尺寸精度和表面质量的注塑参数进行了模拟分析。应用CAX软件进行整副注射模设计，完成了包括：分型面，型芯型腔结构，导向定位机构、侧向分型、顶出及先复位机构、冷却系统以及排气系统等的设计，对类似模具设计有一定参考价值。