技术 | 车左后门板大型注塑模设计

汽车门板是汽车内饰件的重要组成部分，位于汽车车门的内侧，有前后左右之分，根据车系的不同而不同，通常为两门与四门，这些零件统称门板系列。本文以汽车左后门板为例阐述汽车门板注塑模具的设计要点与经验。

一、塑件外观要求与结构分析

图1所示为某品牌汽车左后门板零件图，材料为PP+EPDM，收缩率一般取1.011，其中EPDM中文名称三元乙丙橡胶，是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，能够提高门板的弹性。

门板为外观件，外形尺寸为：880×670.4×105.6mm。其结构特点如下：

1、外表面要求高，不允许有斑点，浇口痕迹，更不允许有收缩凹陷、熔接痕和飞边等缺陷。

2、门板为皮纹件，外观面脱模斜度至少5°。

3、门板曲面光洁度高，外形结构复杂，分型线复杂，倒扣多，塑件内外侧面共有11个倒扣（见图1中门板内侧面3D图中S1～S11），脱模困难。

图1 汽车门板零件

二、模具结构设计

由于门板尺寸大且结构复杂，模具采用了热流道浇注系统，4个针阀式热咀由顺序阀控制进胶，依次通过普通流道和扇形浇口进入型腔。门板塑件内外侧面共有11个倒扣，只有S11倒扣在塑件外侧面，从模具可靠与加工角度考虑，S11采用“斜导柱+滑块”的侧抽芯结构，其余倒扣均采用“斜推杆+斜推块”的侧抽芯结构。

本模具外形尺寸为：1450×1400×985（mm）,总重量约16吨，属于大型注塑模具。详细结构见图2平面图与图3立体图。

（a）定模排位图

（b）动模排位图

（c）M-M

图2 汽车门板注塑模具结构图

1.定模固定板；2.框板；3.定模板；4.热流道板；5.定位圈；6.一级热咀；7.侧向抽芯1；8.侧向抽芯2；9.斜导柱；10.锁紧块；11.滑块；12.限位块；13.动模板；14.撑柱；15.方铁；16.推件固定板；17.推件底板；18.动模固定板；19.顶针；20.推杆；21、27、31、36、40、44、48、52、56、60.斜推杆；22、26、30、35、39、43、47、51、55、59.滑柱；23、28、32、37、41、45、49、53、57、61.斜推杆导套；24、29、34、38、42、46、50、54、58、63.斜推块；25.耐磨块；33.螺钉

1、成型零件设计

汽车左后门板注塑模具的成型零件和模板均采用一体式，见图3。采用这种形式注塑模具结构更紧凑，强度更好，模具体积相对较小，且避免了开框、配框和制造斜楔等工序。

定模A板和动模B板材料均采用P20（也可以采用2738）。由于模具属于大型注塑模具，定模A板和动模B板采用了四面围边的内模定位结构（见图3），这种结构使得模具模具合拢后，动定模浑然一体，大大提高了门板的成型精度和模具的生产寿命。

图3 汽车左后门板注塑模立体图

2、浇注系统设计

本模具浇注系统采用“热流道+普通流道”进胶形式，其中热流道采用热流道板加4个针阀式热咀（见图4中G1、G2、G3和G4），4个针阀式热咀不是同时进胶，而是由顺序阀控制根据塑件形状和尺寸依次开启，熔体经普通流道最后通过扇形浇口的进入型腔。

由于塑件采用PP+EPDM材料，流动性好，普通流道的长度可控制在60～100mm以内，普通流道过长会造成压力和热量损失过大，影响熔体填充和塑件成型质量。

门板为外观件，表面不允许有熔接痕，注射成型时必须把熔接痕赶到非外观面或消除熔接痕，这是本模具设计的重点和难点之一。传统的同步多点进浇，虽然能使熔体充满整个型腔，但是由于熔接痕的存在，很难使产品质量达到理想的要求。为此本模具采用了4点顺序阀热流道浇口控制技术，它通过油缸的驱动来控制4个热射嘴的开启和关闭，由此达到了塑件表面无熔接痕的理想效果。门板注塑模热流道浇口位置见图4。

图4 4点顺序阀热流道控制系统

3、侧向抽芯机构设计

侧向抽芯机构是门板注塑模具的核心机构，本模具共有11处侧向抽芯，分别是S1～S11。在这11个侧向抽芯机构中S11采用“斜导柱+滑块”的结构，滑块的限位采用限位夹与挡块联合使用的结构，安全可靠。S1～S10都采用“斜推杆+斜推块”的结构。其详细结构及重要尺寸见图2（d）至（m）。

在“斜推杆+斜推块”的结构设计中，斜推杆的倾斜角度不宜超过12°，斜推块的设计要防止塑件在脱模时粘连斜推块，导致塑件变形开裂。

4、温度控制系统设计

温度控制系统设计的好坏对模具的成型周期与产品成型质量影响很大，对于外观要求较高的汽车门板注塑模具尤其重要。冷却水道设计原则之一是距离型腔面要大致相等，以达到模具型腔各处温度大致均衡。本模具的温度控制系统采用了“直通式水管+倾斜式水管+水井”的组合形式，详见图5（a）和（b）。这种组合形式是优先采用直通式水管，辅以倾斜式水管，万不得已才采用水井。其优点是塑件冷却均匀，成型周期短，成型质量高，适用于高要求与外观性能要求高的模具。

在汽车模具设计中，类似于内外饰件模具如汽车前后保险杠、仪表板、中央通道、格栅和汽车装饰条等内外饰塑件，冷却水道布置一般按以下规律设计：

（1）冷却水方向要与料流方向一致。

（2）定.动模冷却水道优先设计成十字网格形式，冷却回路形成互相交叉形成水路交织网，均匀冷却塑件。

（3）在不能设计成十字交叉式水路时，定、动模水路在互相有缝隙处交互布置。

（4）每一组冷却水尽量只设计四条循环水路，避免水路距离长，影响塑件冷却效果。

（5）冷却水路要设计成可与另一组水路进行外部水管连接的方式，方便后续塑件因变形、收缩等现象的调整。通过水路调整解决塑件缺陷，在汽车内外饰塑件模具上应用广泛。

（6）各冷却水道之间的距离要控制在水道直径的3.5-5倍（一般取50～60mm左右），型腔表面距离冷却水道的距离一般在15～25mm之间，具体根据模具大小决定。

（7）冷却水道与推杆、斜推杆及镶件之间的距离要保证在8～10mm以上，因为模具大且水道长，容易钻偏，须避免因水道与型腔或其他结构相距太近导致冷却水漏水现象的发生。

（8）在汽车注塑模具设计中，热咀尽量要单独设计一组冷却水路，不能与其它水路串联，以利于热咀区域的热量散失。

（a）定模冷却系统

（b）动模冷却系统

图5 门板注塑模具冷却系统

本模具定动模温度控制系统特点为：定、动模都设计了七组水路，定动模都是七进七出，模具冷却水路设计做到了与料流方向一致，优先采用了“垂直式水管+倾斜式水管+隔片式水井”的随塑件形状的设计形式，进出水距离做到了水路长度大致相等，因而使模具得到了良好的冷却效果，塑件得到了良好的外观质量。

5、 导向定位系统设计

导向定位系统设计的好坏直接影响成型塑件的精度和模具的寿命，在汽车注塑模具设计中，由于模具大，塑件批量大，外观要求和尺寸精度都要求高，因此对模具的导向定位系统设计非常严格。

本模具在4个角上各设计了1支方导柱与圆导柱，以及4个1 °的精定位结构，详见图2和图3。其中4支圆导柱尺寸为∅ 40×225mm（导柱最长不能超过其直径的10倍），安装在定模侧。由于塑件开模后留在动模侧，这样就不会影响塑件取出。同时4支导柱还起到翻模时可作为支撑柱的作用，方便FIT模。

无滑块的模具导柱的长度必须要高出定动模最高点30mm；有滑块的模具要保证在斜导柱插入滑块前20mm插入导套，否则在模具的制造和生产中会带来很大的麻烦，严重时会损坏模具。

6、脱模系统设计

本模具的脱模机构采用了“推杆+斜推块+推块+氮气弹簧”推出结构，模具在定.动模开模后，依靠推件推出塑件与流道，推件固定板由注塑机通过K.O孔机械推动和在4支复位杆的作用下复位。在设计脱模系统时要注意以下几点：

（1）大型模具（长宽方向超过1400mmX700mm）需设计6支复位杆与6支推杆板导柱。

（2）所有汽车模具复位杆上要设计一比复位杆大一级的回复块，回复块一般选45#（S50C）氮化处理。

（3）推杆板导柱要布置在推出力大的推出零件附近（如油缸.复位杆等）。

（4）所有汽车模具需要设计限位柱，限位柱要优先布置在K.O孔上方或附近。

（5）推杆要排布在靠近R处的受力位置，布置在包紧力大的位置，推杆设计要大，推杆布置要多些，设计推杆尽量采用同一规格，这样可以避免频繁更换钻刀，节省加工时间与加工成本。

7、模具排气系统设计

在汽车模具设计中，排气系统的设计相当重要。如果排气设计不合理，会严重影响塑件的质量，出现填充不满、困气和脱模不顺等注塑缺陷，严重困气时还会烧焦塑件。

汽车门板属于内饰件，塑件外观要求严格，合理设计排气至为重要，在设计模具排气系统时要注意以下几点：

（1）排气要优先开设在料流末端与塑件转角位置。

（2）靠近镶件或壁厚最薄处，因为这里最容易形成熔接线。

（3）最好开设在分型面上，因为分型面上产生溢料最容易清除。本模具排气开设在定模。

三、 模具强度与分型面管位设计

根据塑件的尺寸大小与结构来设计模具时，首先必须保证模具的强度和刚性，这一点对大型汽车注塑模具尤其重要。合理的模具设计理念应该是：模具强度既合理又不乱费，就地取材，模具强度与成本兼顾，选取最优的设计方案与加工工艺。对于模具强度太强显得乱费，太弱则影响模具使用寿命。本模具分型面管位设计在定动模，定动模四面围边四周做5°斜度，四周做耐磨块，此种四面围边的设计方法在汽车门板与挡泥板等模具上应用广泛。

图6所示A.B两尺寸的计算方法是：首先从塑件最大边缘加50mm封胶位（在汽车模具设计中，小型模具（5050以内）30mm封胶，中型模具（5050-1010）40mm封胶，大型模具（1010以上）50mm封胶。），再加50-70mm避空位（在汽车模具设计中，只有封胶位配合，其余全部避空，减少FIT模工作量。避空位也是保证模具强度的区域。）然后再加上模胚处分型面承压板的尺寸就是A.B的尺寸，这样就设计出既符合客户模具强度要求又节省成本的模具。C处尺寸不同塑件数值会不一样，最少C处尺寸定模要保证塑件最高胶位面有80mm以上距离，动模由于承受注塑压力大，需相应加厚，最低设计100mm以上。用来保证模具强度。总之， 在日常设计中依据不同的客户与工厂灵活运用，设计出既符合客户需求又节省成本的模具。

由于汽车塑件分型面往往较为复杂，所以动定模在分型面上的定位就相当关键，是模具设计者首先必须考虑的问题。

图6 汽车门板模具强度参考

四、模具工作过程

熔体通过注塑机喷嘴，经热流道进入普通流道，再由扇形浇口进入模具型腔。熔体充满型腔后，经保压、冷却和固化，至足够刚性后，注塑机拉动模具的动模固定板18，模具从分型面Ⅰ处开模，塑件离开定模型腔，同时锁紧块10离开滑块11，在斜导柱的拨动下，滑块带动侧向抽芯7和8完成倒扣S11的侧向抽芯。开模距离达到500mm后，注塑机油缸推动推件固定板16和推件底板17，进而推动所有顶针和斜推杆，在这一过程中，斜推杆21、27、31、36、40、44、48、52、56和60分别推动斜推块24、29、34、38、42、46、50、54、58、和63，完成倒扣S1～S11的侧向抽芯，同将塑件推离动模型芯。

塑件由机械手取出后，注塑机油缸拉动推件及其固定板复位，接着注塑机推动动模合模，模具接着下一次注射成型。

五、结果与讨论

本模具采用“推杆+斜推块+推块+氮气弹簧”推出的脱模系统以及“直通式水管+倾斜式水管+水井”的温度控制系统。前者文中已有详细论述，下面重点讨论一下本模具的温度控制系统。

温度控制系统在汽车模具设计中至关重要，对塑件的成型周期与成型质量影响很大，合理的温度控制，对提高塑件质量与缩短成型周期影响深远。对于大型汽车模具冷却系统设计要遵循以下几点：

（1）三米原则。冷却水路总长度不能超过3米，因为超过3米，冷却效果差，必须避免模具开模了冷却水还没走出来。另外，单条冷却水道的长度必须考虑钻头长度，孔太深，钻头长度不够，将无法进行钻削加工。汽车大型模具的直通式冷却管直径一般为￠15mm，门板注塑模具的定动模冷却水道如果随形设计（随塑件形状布置），要尽量设计成两端钻孔。

（2）手掌效应。设计大型汽车塑料件模具水路设计，布置水路向一个方向流动，间隔排布有如手掌，水道之间距离控制在50～60mm之间。

汽车注塑模具温度控制系统主要有以下两种组合形式：

（1）第一种组合形式：垂直直通式水管+倾斜式水管+隔片式水井；

（2）第二种组合形式：垂直式水管+隔片式水井+倾斜式水管。

此两种形式的区别在于：在倾斜式水管和隔片式水井之间，前者是优先采用倾斜式水管，而后者是优先采用隔片式水井。此两种组合侧重点不同，因而效果也不同。

对于汽车塑件，自然随形设计的冷却水道对塑件的冷却，模具的寿命都有好处，要求严格的欧美模具甚至不允许或尽量少采用冷却水井和密封圈等。因为水井直径较大，数量太多会影响模具强度，进而减短模具寿命。密封圈容易老化失效，因而在设计上必须尽量减少使用。