汽車空調出風口塑件是汽車空調整個出風口總成中的關鍵零件,其對應的模具結構複雜、設計難度大,出風口塑件的成型質量直接影響汽車的使用和銷售情況。
塑件工藝性分析
圖1 出風口塑件外形結構
圖2 出風口塑件局部結構
汽車空調出風口塑件材料為結晶型工程塑料PBT PCGF10,外形尺寸為232mm×84mm×37mm,平均壁厚2.0mm,内部存在衆多的加強筋和倒扣,單件質量為80g,塑件外形結構如圖1所示,局部結構如圖2所示。塑件外表面為汽車内飾的直接外觀面,不允許存在熔接痕、氣穴等缺陷,因此塑件的分型面位置、台階、紋路質量以及熔接痕位置和深度是模具設計的重點和難點;塑件内部筋位、倒扣較多,壁厚不均勻,容易出現短射、充填不滿等注射缺陷。為避免塑件左、右出風口産生色差以及提高生産效率,模具采用1模2腔結構形式,同時成型左、右出風口塑件。
(a)方案一
(b)方案二
圖3 2種進澆方案
方案一的熔接痕的分析結果如圖4所示,熔接痕出現在出風口葉片的中間位置,容易發生困氣和斷裂,最大變形量達到了1.066mm,翹曲變形出現在塑件的一角,影響出風口和其他零部件的裝配。方案二的熔接痕分析結果如圖6所示,熔接痕仍然出現在出風口葉片的中間位置,改善效果有限,最大變形量為0.425mm,與方案一相比翹曲變形明顯減小。最終選擇方案二的澆注方式。
圖4 方案一熔接痕分析
圖6 方案二熔接痕分布
圖8 塑件壁厚調整方案
根據經驗,可以通過調整出風口葉片的壁厚改善外觀面熔接痕的位置,塑件壁厚調整方案如圖8所示。采用方案二的澆注方式,模流分析計算後結果如圖9所示,熔接痕由葉片中間位置移動到葉片邊上,并且調整壁厚後的翹曲變形為0.425mm,最終塑件翹曲變形和熔接痕都得到改善,熔接痕位置不影響塑件的使用性能,修改壁厚調整方案可行。
圖9 調整壁厚後熔接痕位置
模具關鍵結構設計
01滑塊結構設計 由圖1可知,塑件四周有多個孔位,需要設計滑塊抽芯機構。行程不大的采用機械式斜導柱抽芯;行程大的位置采用液壓缸抽芯機構,且大部分布置在動模一側,動模滑塊結構如圖10(a)所示。出風口處的葉片結構也需要一個帶角度的滑塊抽芯機構脫模,如圖10(b)所示。
(a)動模滑塊
(b)定模滑塊
圖10 滑塊結構
PBT PC GF10的流動性好,塑件容易在滑塊等活動處産生飛邊,因此在滑塊配合處做一定斜度避免飛邊的産生;為了防止困氣造成塑件内表面的筋條填充不滿,将動模型芯設計成鑲拼結構,利用鑲件間隙排氣。
02排氣系統設計 塑件筋條多、壁厚薄,最薄筋條處為0.5 mm,如果排氣不良容易造成筋條填充不滿等缺陷,故排氣系統的設計極為關鍵。現主要利用鑲拼結構實現排氣,筋條主要在動模成型,故動模采用不同的小鑲件組合的鑲拼結構。定模形狀比較簡單,不需要做成鑲拼結構,隻需要在定模滑塊和主鑲件附近的分型外圈上開設一圈排氣槽,實現排氣。
03冷卻系統設計 冷卻水路的設計應盡量保證模具冷卻均勻、迅速,縮短成型周期,模具入水口和出水口的溫差應2°C。最後結合模具結構的鑲拼結構和推杆的排布,動模、定模冷卻水路分布如圖12所示。
(a)動模冷卻水路
(b)定模冷卻水路
圖12 冷卻水路分布
試模驗證及批量化生産
通過CAE模拟分析及結合實際生産經驗開發的汽車空調出風口模具實物如圖13所示,生産實踐證明設計的澆注系統、鑲拼鑲件、抽芯機構、冷卻系統、排氣系統等模具關鍵部位的設計合理可行。
(a)裝配後的動模
(b)裝配後的定模
圖13 出風口模具
經檢驗,多批次的塑件無注射缺陷,合格率達100%,塑件的尺寸經過遊标卡尺和光學投影儀等設備檢測都符合2D圖紙尺寸公差要求,滿足客戶的需求。
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