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救护车改型滤清盒盖结构

图 1 所示为某款救护车改型滤清盒盖，其主体形状为五边形盖子B0，其底边边沿都采用唇边结构，并用加强筋j1进行加强，防止收缩变形。底边 5 个转角为C1~C5，其中C1、C3、C4处设置 3 个定位矩形 柱d1、d2、d3。C5的一侧设置了侧孔型定位矩形柱d4。盖子B0上斜向上设有进气管G0，G0内壁为空心管h1，h1末端为倒圆角特征b1。G0管外壁上设有前端卡箍r0和 2 个中间间断卡箍 r1、r2及 1 个指示箭头标志 r4，后端外壁还设置了2 个螺钉柱 z1、z2及 1 个斜侧孔 h2 （与 z1、z2同轴向）。G0下端与拐角C5之间形成倒扣区Dk，j1、j2为加强筋。依据《ISO-20457 塑料件尺寸公差标准》，关键尺寸公差需控制在±0.1 mm，非关键部位尺寸公差需控制在±0.3 mm。

图1 救护车改型滤清盒盖

塑件材料选用玻纤+滑石粉改性的聚丙烯PP塑料，牌号为 V-7000，材料性能参数如表 1 所示，各向异性明显，流动方向热膨胀系数低于垂直方向（需注意装配公差设计）。

表1 材料性能参数

熔体流动指数1~2 g/min，成型收缩率流动方向为0.6%~1.0%，垂直方向为1.2%~1.8%（滑石粉降低各向异性，但仍需模具补偿设计）。注射时料筒温度设为210~250℃，避免高温导致玻纤降解，模具温度设为40~60 ℃以平衡结晶度与冷却速率。材料耐化学性好，耐受机油、弱酸、弱碱及大多数溶剂，但需避免长期接触强氧化剂（如浓硫酸）或卤代烃，添加抗UV剂，可长期户外使用抗老化变脆。模具设计中浇口位置需避免玻纤取向导致强度不均。玻纤易导致模具零件磨损，脱模斜度≥1°，防止划伤塑件表面，后处理一般做退火处理（80~100℃×2h）可减少内应力，改善模具零件尺寸稳定性。

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塑件成型难点分析及解决措施

塑件成型主要有以下4个难点。

（1）材料特性与工艺适配难，主要表现为材料收缩与翘曲变形的控制。在PP+10%GF+10%TD复合材料中，玻璃纤维（GF）与滑石粉（TD）的加入会降低材料的收缩率，但两者分布不均可能导致各向异性收缩。唇边结构（底边）和加强筋j1区域易因收缩不均而翘曲变形，需通过控制模具温度和保压时间优化，平衡冷却速率。玻纤在流动方向上的取向会导致局部强度差异，尤其在加强筋j1和定位柱d1~d4根部可能形成薄弱点。解决措施：调整注射速度（中低速）和浇口位置，减少玻纤定向排列对力学性能的影响。

（2）细小特征填充困难。细小特征填充完整性难点：主要体现为卡箍（r0、r1、r2）、指示箭头（r4）及螺钉柱（z1、z2）等微结构易因材料流动性不足导致缺料。主体壁厚1.5~2.5mm，且存在多向加强筋，熔体流动末端易出现填充不足。解决措施：优化注射工艺，提高料筒温度至250~280℃以改善熔体流动性，同时增加局部注射压力至100~120MPa，确保薄壁区域填充充分。

（3）复杂结构成型脱模难5-28。塑件的复杂结构主要影响脱模及局部特征的填充饱满性，脱模难点主要体现如下：①G0管孔h0为空心管，其内壁的斜向抽芯脱模；②h1尾端b1的脱模；③G0管外壁的脱模；④G0管外壁上侧孔h2与螺钉柱z1、z2的脱模：5G。管外壁下方倒扣区D0的脱模；6定位矩形柱dk的脱模。以上局部特征的脱模方向多且集中在小区域空间内，需采用斜推或滑块机构脱模，但可能会导致脱模干涉。

（4）缺陷预防与质量控制难。塑件缺陷的预防及质量控制存在以下问题：①空心管h1末端倒圆角b1的成型需避免应力集中导致的微裂纹，对型芯表面粗糙度要求高（Ra≤0.8μm），解决措施：采用镜面钢材S136，减少内壁收缩塌陷；②关键尺寸（±0.1mm）的稳定性控制，定位柱（d1~d4）和卡箍配合面的公差要求严，需通过模流分析优化浇口布局，降低因收缩差异导致的尺寸波动；③非关键区域变形抑制，五边形盖子主体（B0）的非关键区域公差需控制在+0.3mm，需通过加强筋j1的对称设计和随形水路均匀冷却减少整体翘曲：④熔接痕与气孔风险，进气管G0。与主体交汇处、多处卡箍结构易形成熔接痕，影响外观和强度，对策为：优化浇口位置，优先选择扇形浇口，增加熔体前沿温度，必要时添加流动促进剂：5表面质量与玻纤外露，玻纤外露可能导致表面粗糙，尤其是指示箭头r4等装饰区域，对应措施：进行工艺调整，适当降低玻纤含量至8%以下。

综上所述，克服塑件的成型难点需从以下方面开展：①模具设计方面，采用多滑块+斜推复合脱模机构脱模，随形冷却水路冷却，并优化浇注系统设计：②注射工艺参数精细化方面，需分阶段控制注射压力与速度，结合保压曲线调整，确保尺寸稳定性：③试样与调试方面，通过模流分析（Moldflow）预判缺陷位置，试模阶段重点监测倒扣区脱模、玻纤分布及关键尺寸达标率。通过上述措施，系统性解决材料收缩、结构复杂性和精度要求带来的成型难题，实现高质量量产。

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模具设计

结合上述成型难点，模具结构设计如下。

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浇注及冷却CAE优化分析

针对塑件成型过程中的填充难点问题，鉴于B0。上表面有外观要求不能开设浇口，运用模流软件Moldflow分析，经优化浇口位置(限制性浇口)后，得到CAE模型如图2(a)、(b)所示。在模型中，g2，为型腔侧浇口，R1、R4为侧浇口g2的流道，为保证型腔位于模具中心，防止注射压力偏心，需使用点浇口流道R0、R1、R2经点浇口g1给侧浇口流道R3，供料。在型腔冷却中，优化为6条冷却管道W1~W6，其中W1、W2、W3、W5为设有仿形冷却水井的水路，W1~W3开设于定模一侧，W4~W6开设于动模一侧。CAE优化分析结果如图2(c)~(h)所示。

图2 CAE分析模型及结果

通过上述优化分析，成型效果整体可控，但需重点关注气孔、冷却效率及填充末端质量，以进一步提升塑件优良率和尺寸精度。

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模具结构设计

模具结构设计如下。

（1）型腔分型及成型件设计如图3（a）、（b）所示，以平面分型面PL0和阶梯型分型面 PL1、PL2分型获得型腔的主要成型件：型腔板镶件1和型芯镶件10。其中，为便于加强筋j1的成型，从型腔板镶件1中分拆出多个局部镶件2~9。由于加强筋j2的成型件部位需要设置多条筋成型槽，为便于加工，需从型芯镶件10上再次分拆出内壁镶件11。针对空心管h1内壁的成型，由于b1为倒扣，使用斜推块13对其进行成型和侧推脱模，空心管h1内壁其余部分则使用圆柱型芯镶件12对其进行成型和斜抽芯脱模。针对 d4的脱模，将其脱模方向调整为与圆柱型芯镶件12抽芯方向相同后，设置d4镶件14，与圆柱型芯镶件12一起由斜滑块15驱动实施斜向抽芯脱模（F1向），斜滑块15使用分型面PL2进行分型。斜滑块15的另一功能是对大部分Dk区实施成型和抽芯脱模，如图 3（c）所示。针对z1、z2、h2的脱模，如图3（d）所示，集成为按 F2斜向抽芯脱模，因而设置斜滑块16（PL3分型）对此3个特征进行成型和抽芯脱模，斜滑块16还对Dk区的剩余部分进行成型和侧抽芯脱模。

图3 分型设计及成型件设计

（2）浇注系统。浇注系统按图2（a）设计，浇口g2设计为扇形侧浇口，厚度为1.2mm，展开角为60°，进口截面尺寸为5 mm×1.2 mm。

（3）冷却系统。冷却系统按图 2（a）、（b）设计为随形冷却水道，带水井冷却管道W1~W3、W5中，水井冷却部位距型腔表面（12±0.5）mm，型芯/型腔温差控制在±3℃。

(4)排气系统。采用立体排气网络排气,排气槽深0.03 mm,型腔板镶件上设置镶件2-9兼具排气功能。熔接线区域设置辅助排气镶件(8处φ0.8 mm微孔),圆柱型芯镶件12与斜推块13的碰合处间隙为0.01~0.02 mm,也兼具排气功能。针对加强筋j₂成型槽的底部设置多根推杆17(见图4),单边间隙设置0.02 mm,以助于槽内排气。

图4 模具三维结构

(5)推出系统设计如图4(a)所示,塑件的最终脱模由12根φ6 mm的推杆17及斜推块13推出,Rₐ流道凝料设置1根拉料杆18拉出,斜推块13主要针对b₁的成型及侧脱脱模。

(6)滑块侧抽芯机构。针对斜滑块15、16斜抽芯驱动,分别设置了滑块机构M1、M2用于两者的驱动。两者结构相似,都采用液压缸直接驱动斜抽芯滑块机构。以机构M1为例,该斜抽芯机构的斜滑块15通过压条19安装在滑块座20上,并利用液压缸21实施抽芯,斜滑块15抽芯完成后由其底部设置的限位玻珠进行定位。

模具设计为三板模，1模1腔布局。模架导向组件为2种类型导柱：主导柱37(4套)和副导柱25(4套)，三板模的3次顺序开模由控制件尼龙扣26、定距拉杆38等控制。为保证模具闭合定位的准确性，滑块机构M1、M2对侧分别设置了精定位块33，机构M1、M2主要安装在动模一侧。

模具二维结构如图5所示，3个开模面KM₁、KM₂、KM₃，打开距离分别为80、15、145 mm。模具工作过程：模具闭合，注塑机完成填充、保压、冷却等过程后，准备开模。KM₁面以下动模按开模方向下行，由于三板模开模控制件弹簧48的撑开及尼龙扣26的控制，模具首先在KM₁面处打开，R₂、R₃流道凝料分离。动模继续下行，由于定距拉杆38的拉动，脱料板35跟随下行，KM₂面打开，脱料板35将R₀、R₁流道凝料的废料推出。动模继续下行，KM₃面打开，塑件从型腔板镶件1中脱出，留在动模一侧。随后，液压缸21、24分别驱动斜滑块15、16完成斜抽芯。随着动模继续下行，注塑机顶杆推动推板29，从而推动斜推块13、推杆17、拉料杆18等推动塑件，迫使塑件从型芯镶件1、内壁镶件11上推出而完成脱模，同时斜推块13完成侧抽芯动作，塑件最后留在斜推块13上，依靠机械手取件实现完全脱模。

图5 模具二维结构

▍原文作者：励伟定，肖国华，徐生

▍作者单位：宁波凯福莱特种汽车有限公司；浙江工商职业技术学院；宁波城市职业技术学院