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作者：赵明娟 赵龙志 宋金良 张尚兵
随着社会的发展，塑料制品以其轻巧、美观、耐用、价廉等特点成为人们生活中不可缺少得一部分。人们对塑料制件的要求也越来越高，不仅追求塑件的结构性能，而且对塑件的表面质量也越来越重视。塑料制品在汽车内饰件中占有相当大的比重，塑件质量是影响汽车外观形象和使用性能的重要因素之一，在塑料材料和制品设计及加工工艺确定后，塑料注射模具的质量对塑件的质量和成本具有决定性作用。在现代制造业的发展进程中，模具的地位及其重要性日益受到人们的重视。因此研究汽车内饰件的模具设计具有重要的意义，本文设计了汽车用方向盘左右装饰盖注射模具。
1 塑件结构分析
图1为汽车方向盘左右装饰盖，这是两个左右对称呈镜像关系的塑件，为了美观装饰盖的上表面为流线形曲面，其他各面多由曲面构成，其中上下表面造型曲面复杂，下部还有两个用于安装的空心圆柱孔和多根加强筋。零件总高度25 mm，体积3 373.16mm3，具体尺寸由零件数模提供(图2)。
图1 汽车方向盘左右装饰盖上、下表面
零件设计时，先用曲面造型的方法创建出一个零件的表面，然后对该表面进行实体化得出零件实体，再对该零件实体进行镜像处理即可得出这一对左右装饰盖零件。塑件材料选用具有良好综合性能的工程塑料ABS，它有较好的加工和成型性能，低蠕变性能和优异的尺寸稳定性，还有高抗冲击强度和良好的外观特性，适当提高模具温度可提高塑件光洁度。材料密度为1.02-1.05 g/cm3(注射级密度取1.05 g/cm3),理论计算收缩率为0.6%，溢料值为0.04 mm.
2 模具结构分析
塑件的总体尺寸为小型，尺寸精度不高，为中小批量生产。为了降低成型费用，本设计采用一模两件。根据零件的结构分析，分型面选在最大轮廓处，上部用整体式凹模型腔，下部用整体式凸模，再嵌人两个小型芯。本塑件的各面均为曲面，而且在塑件的下部两端都有复杂的曲面棱角(图3)，这个模具的分型增加了难度。综合分析塑件的特点，此模具的设计的关键在于分型面的建立。
2.1分型面
分型面是用来分割工件或者已存在的模具体积块的。它由一个或多个曲面特征组成。在Pro/Engineer的模具设计流程中，最重要、最关键的一步就是分型面的建立。分型面的选择不仅影响塑件的正常成型和脱模，而且还涉及到模具的结构和制造成本。分型面的选择应满足在动模分离后，使塑件制品尽可能留在动模内，这样可以利用动模上的脱模机构进行脱模，取件方便。否则，使制品留在定模上，定模上又要增设脱模机构，使模具结构复杂。
建立分型面时，本设计先对一模一腔建立分型面，对一模一腔进行分割体积块、铸模，然后再建立一模两件的分型面。在分型过程中，塑件制品的左右两个多棱角是最复杂的，这两个部位是各个分型面交叉，在各个分型面之间存在一定的间隙，因此用一般的分型方法，不能分割体积块，得不到总分型面。本设计采用在产品上选择造型线投影到工件，然后再对投影线拉伸穿过产品上表面成为多棱角的分型面，最后把所有侧分型面合并。本模具是一模两件布局，因此最后采用边界混合方法建立了在两件之间的分型面，然后所有分型面进行合并，就建立了总分型面(如图4)。
图4 分型面
在注射成型过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂;刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。由于模具型腔尺寸较大，型腔在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过许用应力，因此应对型腔强度进行校核。由于该塑件属于中小批量生产，因此为了便于加工，降低模具成本，动模和定模材料选用 3Cr2Mo钢，本设计在经过校核后，定模和动模采用整体式结构，定模和动模总体尺寸分布定为250 mm x 200 mm x 70mm和250 mm x 200 uun x 50 mm，动模和定模的结构如图5。
图5 模具型腔
定模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模余地，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取下偏差。动模也是成型塑件的型芯模具零件，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中动模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了塑件在生产过程中修模的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取上偏差。
2.3浇口的设计
浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形式、尺寸以及在塑件上的开设部位对塑件质量有重大的影响。浇口的主要作用有两个:一是塑料熔体流经的通道;二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口设计包括浇口截面形状、浇口截面尺寸的确定和浇口位置的选择。塑件所用的原料特性如成型温度、戮度、收缩率及有无填充物等都影响到浇口的设计。此外，在进行浇口设计时，还应考虑浇口的加工、脱模及清除浇口凝料的难易程度。
由于侧浇口一般开设在分型面上，从塑件的外侧面进料，浇口截面形状简单，加工方便，在塑件上留下的痕迹小，而且可以保汪成型良好，所以根据塑件结构特点，本设计选用侧浇口。在确定浇口位置时，浇口应设计在制品壁厚最厚之处，并力求浇口至型腔各部分距离尽可能接近并利于补缩;避免在浇口处产生喷射，在成型中产生蛇流;而且浇口应设计在制品成型时的主要受力之处。图1和图3可以得知，塑件在成型时，最大受力集中在底部的棱角处，所以浇口设置在零件底部边缘处(如图6)。
2.4冷却系统
模具的冷却就是将注射成型过程中产生的并传导给模具的热量，应尽可能迅速并最大程度地导出，从而使塑件以较快的速度冷却固化;防止塑件脱模时变形;缩短成型周期，提高生产效率;增大结晶性塑料的过冷度，以得到整体性能好表面光滑的塑件。因此，冷却的效果直接决定着塑件的质量和生产效率。一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，提高塑件定型质量和生产效率。冷却介质有冷却水和压缩空气，普遍使用冷却水的多，这是因为水的热容较大，传热系数大，成本低，且低于室温的水也容易取得。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走，降低模具型腔温度。
冷却系统的设计应做到冷却系统内流动介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内。因此，在不与顶出系统和其他连接件发生干涉的情况下，冷却系统尽量在型腔附近设置。根据塑件的结构复杂程度，冷却水道可以采用直通式和回转式。直通式水道结构简单，加工方便，但冷却效果一般。回转式水道的路径更加贴近与型腔轮廓，冷却效果较好，但加工成本高，有时还必须采用分体式结构。由于装饰盖体积小，形状复杂程度不高，因此为降低加工成本，本设计采用直通式冷却水道，动模和定模的冷却水道布置分别如图7。通过调节冷却水的流量可以控制冷却系统散发的热量，从而调节模具型腔的温度。
3 模具工作过程
图8为模具结构图，模具闭合后，注塑机开始向型腔内注人ABS，然后经过一段时间的保压成型后，动模随注塑机开始与定模分开，待动模开启到终点位置时，在拉料杆的作用和型芯包紧力的作用下，塑件和流动中的凝料留在动模上，在顶出机构的作用下，塑件从动模上分离开来，在复位杆和复位弹簧的作用下，顶杆回复到模具闭合时所在的位置，最后模具闭合，至此，模具完成了一个工作循环。
图8 模具结构
4 结束语
本文运用Pro/E软件设计了汽车方向盘作用装饰盖注塑模，针对产品结构特点，利用软件现有功能，合理地建立了分型面，解决了多曲面交叉不易分型的问题。设计的模具结构简单紧凑，制造成本低。实践证明，该模具运行可靠，生产的塑件表面质量好，取得了良好的经济效益。
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