上汽通用：汽车保险杠注射模防收缩痕机构设计

随着汽车工业的发展，消费者对汽车外观质量的要求越来越高，汽车塑件的重要功能之一是起表面装饰作用，因此对汽车塑件的表面质量要求也更严格，收缩痕是在塑件表面形成的局部凹陷，是影响塑件表面质量的主要外观缺陷之一。合理的模具结构设计要求塑件成型后外观面无收缩痕，由于传统注射模脱模机构及塑件翻边强度的限制，汽车保险杠两端翻边的防收缩痕设计未达到理想状态，致使汽车保险杠两端翻边产生的收缩痕成为行业技术难题。为了弥补防收缩痕结构的设计缺陷，需增加注射模浇口数量和塑件成型保压时间，但这会导致模具制造成本和塑件生产成本的增加，同时防收缩痕效果也不理想，如图1所示。

图1 保险杠两端翻边产生的收缩痕

为了解决上述难题，针对某汽车塑料保险杠设计了防收缩痕模具机构，满足了保险杠两端翻边内侧防收缩痕减胶料的需求，减少了保险杠的浇口数量及缩短了成型时间，降低了模具制造成本和塑件生产成本，同时提升了塑件的外观质量和翻边强度。

1塑件收缩痕分析

塑件为某汽车前保险杠，材料为PP-T20，表面喷漆处理。由于塑件造型及工程需求，塑件两端与翼子板配合处需设计翻边，翻边与外观面的夹角θ小于90°，如图2所示。若采用传统的保险杠注射模结构设计，该翻边由外推块与大斜顶组合成型，如图3所示。为防止翻边引起外观面产生收缩痕，需对翻边外侧根部进行减胶料处理，采用传统的保险杠注射模结构设计时，翻边内侧不能减胶料，减胶料会在翻边内侧形成侧凹，导致大斜顶无法脱模，减胶料后的翻边根部壁厚a需不大于外观面主壁厚b的0.33倍（经验值）。因该翻边具有装配功能，为保证翻边的强度，工程需求翻边的壁厚a不小于外观面主壁厚b的0.5倍（经验值），这就出现了外观面防收缩痕设计需求与翻边强度设计需求相矛盾的问题。为解决该矛盾，通常在保证翻边强度的基础上，在翻边附近设计浇口并延长注射保压时间以减轻外观面收缩痕的程度，但该措施又会导致模具成本及塑件生产成本的增加，且防收缩痕效果也不理想。

图2 保险杠两端翻边结构

图3 大斜顶与外推块组合

保险杠翻边与外观面连接处设计有圆角M（见图3），按照经验值，圆角抗收缩痕能力比平面强，如能实现从翻边内侧减胶料，使收缩痕位置“落在”圆角M上，减胶料后的翻边根部壁厚a不大于外观面主壁厚b的0.65倍，即可达到较好的防收缩痕效果，同时也满足了工程对翻边强度的需求。以该汽车前保险杠为例：前保险杠外观面主壁厚为3 mm，两端翻边根部原壁厚为2.5 mm，若采用传统保险杠注射模结构设计（只能从翻边外侧减胶料），在不考虑弥补措施的情况下，保险杠两端翻边根部的壁厚需减薄至1 mm（减胶料1.5 mm）才能达到较好的防收缩痕效果，这无法满足工程对翻边强度的需求；若能从翻边内侧进行防收缩痕减胶料，翻边根部的壁厚只需减薄至1.95 mm（减胶料0.55 mm）即可达到较好的防收缩痕效果，同时又能满足翻边强度的需求。为实现从翻边内侧减胶料，针对上述前保险杠设计了新型防收缩痕模具机构。

2保险杠模具防收缩痕机构

2.1 防收缩痕机构方案设计

对上述前保险杠两端翻边内侧减胶料0.55 mm后（翻边根部在减胶料前后的壁厚分别为2.5、1.95 mm），N处（见图4）在大斜顶脱模方向Z1上有侧凹，为了实现N处侧凹的脱模，对传统的大斜顶与外推块组合机构进行优化，在组合机构上设计了内推块机构，可以防收缩痕，如图5所示。

图4 内侧减胶料后大斜顶运动方向存在侧凹

图5 防收缩痕机构

模具开模过程中，内推块沿Z2方向运动5.55 mm（0.55 mm侧凹深度+5 mm安全距离），脱出塑件翻边内侧在大斜顶脱模方向Z1上的侧凹；外推块沿Z3方向运动5.5 mm（2.5 mm侧孔深度+3 mm安全距离），脱出塑件翻边外侧的侧孔；大斜顶沿Z1方向运动39.89 mm（34.89 mm侧凹深度+5 mm安全距离），脱出塑件翻边在模具主脱模方向上的侧凹。

2.2 防收缩痕机构组成

保险杠注射模防收缩痕机构主要由内推块机构、外推块机构、大斜顶机构组成。

2.2.1 内推块机构

内推块机构如图6所示，内推块固定在内推块导杆上，内推块导杆穿过内推块导杆导向套和大斜顶，内推块导杆安装在内推块导轨上并可沿导轨的轨道滑动，内推块导杆导向套固定在大斜顶上，内推块导轨固定在模具固定板上。大斜顶向上运动时，内推块、内推块导杆、内推块导杆导向套受大斜顶的推力而向上运动；内推块导轨固定不动，内推块在向上运动的过程中同时跟随内推块导杆沿内推块导轨的轨道运动；内推块导杆与大斜顶脱模方向Z1呈25°夹角（内推块与大斜顶的关系类似斜顶与型芯的关系），运动过程中内推块脱出保险杠翻边内侧在Z1方向上的侧凹。内推块机构主要成型保险杠两端翻边内侧在大斜顶脱模方向Z1上的侧凹结构（减胶料后形成的侧凹）。

图6 内推块机构

1.水路接接块 2.内推块 3.内推块导杆导向套 4.内推块辅助杆导向套 5.内推块辅助杆 6.内推块导杆 7.内推块辅助杆 8.内推块导轨 9.保险杠

内推块辅助杆通过螺钉固定在内推块上，内推块辅助杆导向套固定在大斜顶上，2根辅助杆对内推块的运动起到辅助导向作用，增加内推块运动的平衡性。

因内推块与塑件的接触面积较大，注射过程中内推块接受的热量大，为防止内推块出现过热膨胀导致运动不畅的情况，内推块内部设计了“回”字形水路，如图7所示，该水路通过水路连接块与模具外部冷却水路连接。

图7 内推块内部水路

2.2.2 外推块机构

外推块机构如图8所示，外推块固定在外推块导杆上，外推块导杆穿过外推块导杆导向套和大斜顶, 外推块导杆安装在外推块导轨上并可沿导轨的轨道滑动，外推块导杆导向套固定在大斜顶上，外推块导轨固定在模具固定板上。大斜顶向上运动时，外推块、外推块导杆、外推块导杆导向套受大斜顶的推力而向上运动；外推块导轨固定不动，外推块在向上运动的过程中同时跟随外推块导杆沿外推块导轨的轨道运动；外推块导杆与大斜顶脱模方向Z1呈8°夹角（外推块与大斜顶的关系类似斜顶与型芯的关系），运动过程中外推块脱出保险杠翻边外侧的侧孔，外推块机构主要成型保险杠两端翻边外侧的侧孔结构。

图8 外推块机构

1.外推块导轨 2.外推块导杆 3.外推块导杆导向套 4.外推块辅助杆 5.外推块辅助杆导向套 6.保险杠 7.外推块 8.外推块辅助杆

外推块辅助杆通过螺钉固定在外推块上，外推块辅助杆导向套固定在大斜顶上，2根辅助杆对外推块的运动起到辅助导向作用，增加外推块运动的平衡性。因外推块与塑件接触面积较小，注射过程中外推块接受的热量小，外推块内部未设计冷却水路。

2.2.3 大斜顶机构

大斜顶机构如图9所示，斜顶块导向条固定在模具固定板上，斜顶块安装在斜顶块导向条上并可沿导向条滑动。斜顶块固定在斜顶杆上，斜顶杆穿过斜顶杆导向套和模具固定板，斜顶杆根部通过螺钉固定在万向滑座的滑片上，斜顶杆导向套固定在模具固定板上，万向滑座固定在推杆固定板上，斜顶杆可沿斜顶杆导向套滑动，也可跟随滑片在万向滑座上滑动。辅助杆一端固定在模具固定板上，另一端通过固定块固定在模具动模座板上，辅助杆通过滑片与斜顶杆连接。模具推出成型塑件过程中，推杆固定板向上运动，万向滑座推动斜顶杆及斜顶块向上运动，斜顶杆中轴线与模具主脱模方向的夹角为14°，在向上运动过程中（推出距离160 mm），斜顶块逐渐脱出保险杠两端翻边在模具主脱模方向上的侧凹。斜顶辅助杆对斜顶杆的运动起到辅助导向作用，降低斜顶杆运动卡滞的风险。大斜顶机构主要成型保险杠塑件两端翻边在模具主脱模方向上的侧凹结构。

图9 大斜顶机构

1.保险杠 2.斜顶块导向条 3.斜顶块 4.斜顶杆导向套 5.斜顶杆 6.滑片 7.固定块 8.万向滑座 9.斜顶辅助杆

2.3 防收缩痕机构工作原理及生产验证

防收缩痕机构的整体结构如图10所示，在模具完成注射进行开模动作时，首先拉变形（对于内分型保险杠模具，利用塑件的可变形性，通过推块将塑件末端向内拉动，使定模型腔脱离塑件末端侧凸的过程）同步运动。同步运动分2步：第1步斜顶块先向后侧运动（上述Z1方向），为保险杠拉变形让出空间；第2步斜顶块继续后退，内推块、外推块沿各自的导轨B段（见图11）带动保险杠两端向后侧运动，将保险杠因内分型而在模具主脱模方向上的侧凸拉出，完成拉变形动作；紧接着定模与保险杠分离，斜顶块继续相对保险杠向后运动，内推块、外推块沿各自的导轨C段推动保险杠两端相对斜顶块向前运动，因内推块导杆、外推块导杆与斜顶块存在一定倾斜角度，内推块、外推块在此段运动过程中逐渐脱离保险杠两端翻边内侧的侧凹及外侧的侧孔（与斜顶脱离塑件侧凹的原理相同），随后模具继续执行后续推出动作将成型塑件推出并进入下一个循环。模具及塑件实物如图12所示，采用防收缩痕机构后，塑件两端翻边不再产生收缩痕。

图10 防收缩痕机构

图11 导轨分段结构

图12 模具及塑件实物

▍原文作者:莫兴漫沈亮涵铁盛武石波施凯文

▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司