图1为某汽车座椅靠背零件，该零件属于薄壁平板型塑料零件，外形尺寸为545mm×408mm×2.5mm，外侧(背面)要求光滑，而内侧的结构比较复杂，有五个定位卡槽和两处挂钩，这些地方都需要设计侧向抽芯，如图1所示。另外，为了加强靠背的强度，内侧还设计了网状加强筋。该零件的成型难度主要体现在以下两个方面：(1)零件属于大型薄壁平板类产品，如何控制其成型精度、防止翘曲变形是一大难度。从模具结构角度来看，浇口的数量及位置分布起着关键作用；从成型工艺的角度看，温度、速度以及注射压力是影响成型质量的关键因素。笔者利用Moldflow软件强大的模流分析功能模块[1–2]，对汽车座椅靠背模流过程进行了模拟分析，为模具设计和工艺优化提供指导。(2)在脱模过程中，有12处需要侧向抽芯，侧抽型数量多，空间位置小。
1工艺说明
零件的精度等级要求为MT4级，表面粗糙度符合使用要求。选材要求：抗弯能力强、疲劳强度较高、无毒无害，无辐射，流动性等成型性能好。根据这些要求，选择常用的工程塑料丙烯腈–丁二烯–苯乙烯(ABS)作为零件的材料。通过Pro／E软件对零件的三维造型，特性分析得到塑料件体积、件重[3]。单个塑料件总体积：V单=770.32cm3，单个塑料件的质量：m单=ρV单=1.06×770.32=816.54(g)。由于塑料件的外形尺寸较大，模具采用一模一腔设计，初步估算浇注系统体积为产品体积的8%，即：V浇=61.6cm3，因此，一个注射周期需要注射的塑料熔体体积为：V=V单+V浇=770.32+61.6=831.92(cm3)。
2模具设计
2．1总体结构设计
该塑料产品的尺寸较大，外侧表面要求光滑，因此设计一模一腔的模具结构，采用点浇口进浇，由于主流道末端不便于设置拉料杆，所以利用分流道板拉出主流道凝料。产品内侧需要设计多个侧向型芯，采用滑槽机构完成侧向抽型动作，推杆顶出。模具结构如图2所示。
2．2浇注系统设计
浇注系统是注塑模中从主流道始端到型腔入口之间的熔体进料通道。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要[4–5]。(1)主流道设计。主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，由于与注塑机的喷嘴直接相连，因此将主流道与喷嘴设计在同一轴线上[6]。采用圆形截面，为了提高塑料熔体的流动状态，并且便于凝料的拔出，主流道设计成锥形，锥角α=4°，内表面光滑，经研磨后粗糙度Ra=0.4μm。为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道的对接制成半球凹坑，凹球直径取19mm(选定注塑机XS–Z–1000的喷嘴球直径为18mm)。在设计时，选择A型浇口套，其具体尺寸如图3所示。614159174544°R9.5图3浇口套的相关尺寸(2)浇口设计。由于在该产品的内侧需要设计多个侧型芯，而且内侧还有网状加强筋，浇口不宜设置在内侧[7]，所以本设计将浇口放置在产品的外侧，但产品外侧要求光滑，因此，该模具采用点浇口，以减小浇口痕迹对产品外观的不良影响。该产品属于大型平板类零件，一个周期内的塑料注射量大，流程长，浇口的数量和位置分布非常重要，如果浇口设计不合理，极易造成充模不足或产品翘曲变形等缺陷。近年来，Moldflow软件在模具设计与成型工艺优化方面得到了较好的应用[8]，在实际生产中取得了良好的经济效益。笔者在设计时，利用Moldflow软件对塑料熔体的流动充模过程进行了模拟分析，如图4所示。图4a是在塑料件中心处设置一个浇口的情况，由于塑料件投影面积大，流程长，料流末端的拐角处容易出现短料(浇不透)现象；如采用两个浇口，充模情况得到明显改善，如图4b所示。(a)(b)a—一个浇口；b—两个浇口图4浇口数量和位置设计(3)分流道设计。虽然本模具是一模一腔结构，由于采用两个浇口，主流道到浇口之间需要分流，因此需要设计分流道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段，应满足良好的压力传递和充填状态，并使流动过程中压力损失尽可能小些，能将熔体均匀地分配到各个型腔。该模具的主流道末端不便于设置拉料杆，笔者采用分流道板来拉出主流道凝料，同时在分流道的末端设计拉料杆，以便在脱模时拉断浇口。该模具中，分流道取圆形断面形状，直径为5mm，开设在分流道板上，如图5所示。
2．3脱模机构设计
模具中采用点浇口设计，需要双分型面分别脱出产品和浇注系统凝料，另外本产品属于薄壁平板型零件，分型面上的投影面积较大，塑料件平均厚度较小(2.5mm)，而且有7处需要长距离(32mm)侧抽芯机构，脱模顶出面不是简单平面，无法利用推板脱模，因此，采用推杆顶出。产品脱模时需要顶出的距离较小，利用Moldflow软件对顶出过程进行综合分析，选用56根Φ12×225mm的推杆以及8根Φ6×225mm的推杆。
3模具工作过程
该模具为三板模结构，设计两个分型面分别取出塑料件和浇注系统凝料，另外，在分流道板和定模座板之间设计了一个辅助分型面，用于拉出主流道凝料。开模过程中需要在分型机构的控制下实现依次顺序分型。首先，当注塑机带动动模座板23向右运动时，动模板15与定模板13之间的分型面I–I打开，同时，点浇口被拉断。当分型到设定距离后，拉环限位螺栓16开始工作，定模座板12与定模板13之间的分型面II–II打开，此时，由于拉料杆9的作用，浇注系统凝料将从定模板13内拉出(停留在定模座板一侧)。继续分型，分流道板拉杆5将开始工作，使分流道板10与定模座板之间的辅助分型面打开，从而将凝料从主流道中拉出，实现凝料的脱出。随后，注塑机顶杆带动推出装置向前移动，推杆将塑料产品从下模板中推出。
4结语
汽车座椅靠背零件外型尺寸较大，采用一模一腔的模具结构。由于零件属于大型薄壁平板类产品，容易发生翘曲变形，运用Moldflow软件对塑料熔体的填充过程进行模拟分析，确定浇口的数量和位置分布，采用两个点浇口进浇，并利用分流道板拉出凝料，实现了浇注系统凝料的自动脱模。经大批量生产验证，塑料件质量完全符合要求。
作者：吴晓 单位：武汉纺织大学机械工程与自动化学院
