中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，車用塑料配件的性能要求日益提高。為減輕車身自重、提升汽車性能，汽車內(nèi)飾件多采用塑料結(jié)構(gòu)，其中汽車用升降器開關(guān)面板作為重要的功能性與裝飾性部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對注塑模具設(shè)計(jì)及成型工藝提出了更高挑戰(zhàn)。如何通過優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)，提高開關(guān)面板的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

  一、開關(guān)面板的結(jié)構(gòu)與工藝特性分析

  《2025-2030年中國開關(guān)面板行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報(bào)告》指出，汽車用升降器開關(guān)面板是車門車窗的關(guān)鍵控制部件，平均厚度 1.75mm，屬于薄壁件，外形尺寸為 406mm×68mm×57mm。從結(jié)構(gòu)上看，開關(guān)面板四周分布有多個(gè)固定卡扣，用于安裝固定，對機(jī)械強(qiáng)度有一定要求;同時(shí)存在四個(gè)內(nèi)部倒扣、多個(gè)尺寸不一的圓孔、較大的異形孔以及一個(gè)帶有復(fù)雜孔的不規(guī)則盆狀凹槽，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

  通過 UG12.0 軟件進(jìn)行壁厚分析，該開關(guān)面板最大壁厚為 4.41mm，不屬于均勻注塑件，因此設(shè)置 1° 的拔模角度以保證脫模平穩(wěn)順利，其精度要求為 MT2，無特殊表面粗糙度要求。

  在材料選擇上，開關(guān)面板采用丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)，該材料具有良好的沖擊韌性、力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和電性能，易于成型和機(jī)械加工，塑件內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形小，適合此類薄壁塑件的注塑成型。

  結(jié)合開關(guān)面板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)組合式凹凸模結(jié)構(gòu)，采用扇形澆口，分流道直徑為 7mm，長度為 15mm。塑件頂出時(shí)體積收縮率最大為 6.7%，實(shí)際注射量為 398.61cm3，為保證塑件質(zhì)量，選用 SZ-10000/1600 型號的注塑機(jī)，其理論注射量為 10000cm3，注射壓力為 140MPa，頂出力為 151kN，可滿足工藝需求。

  二、開關(guān)面板注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  分型面的確定

  開關(guān)面板的分型面選擇在其最大截面輪廓處，這樣的選擇便于塑件脫模，且能有效降低塑件成型過程中氣穴的產(chǎn)生，減少對塑件精度的影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

  抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

  針對開關(guān)面板兩側(cè)卡扣過多的特點(diǎn)，將側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為整體，由三個(gè)斜銷抽芯共同完成抽芯。為避免抽芯力過大、芯頭磨損等問題，在抽芯與型腔接觸的非型腔面設(shè)置 1° 的拔模斜度，抽芯與套板之間留有 0.5mm 的抽芯間隙。

  由于開關(guān)面板上表面存在不規(guī)則盆狀凹槽，且凹槽中有異形孔，因此選用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)中斜銷安裝角度 α 為 15°，銷緊楔的斜度為 2°，斜銷直徑 d 為 8mm，抽芯力 Q 為 83.3N，斜銷工作部分長度 L 約為 42.5mm，安裝長度約為工作長度的兩倍，選用 90mm 長的斜銷，安裝端采用壓塊固定。

  頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

  開關(guān)面板作為薄壁注塑件，采用組合式凹凸模結(jié)構(gòu)，其精度及外觀質(zhì)量要求較高，且存在多個(gè)難加工的孔，不適宜布置大面積推桿。根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式，每個(gè)塑件需布置 7 根推桿，直徑分別為 4、7、8、10、11mm 等五種規(guī)格，塑件推出距離最小為 58mm，為確保脫模順利，選用安全距離 a=12mm，實(shí)際推出距離為 70mm，脫模力為 48.40kN。

  三、開關(guān)面板 CAE 分析與工藝參數(shù)優(yōu)化

  基于 Moldflow 軟件對開關(guān)面板進(jìn)行模流分析，按全局 3mm 劃分網(wǎng)格，通過交換邊、合并節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)重新劃分網(wǎng)格，整體合并后進(jìn)行縱橫比修復(fù)。修復(fù)后，三角形單元數(shù)為 45970，最小縱橫比 1.16，最大縱橫比 6，平均縱橫比 1.98，無不可見三角形、自由邊、多重邊、配項(xiàng)不正確的單元、相交單元及完全重疊單元，匹配率為 87.7%，滿足模流分析條件。

  冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  冷卻系統(tǒng)采用水冷方式，塑件成型過程中釋放的大量余熱，約 90% 由冷卻介質(zhì)帶走，其余通過輻射、對流散發(fā)到大氣中。由于開關(guān)面板結(jié)構(gòu)不規(guī)則，注射時(shí)各部分易產(chǎn)生溫度不均，導(dǎo)致凝固收縮不均而發(fā)生翹曲，因此冷卻水道需均勻分布在零件兩側(cè)，同時(shí)在凹槽附近加設(shè)專屬冷卻水道，水道直徑為 8mm。

  基于 Moldflow 軟件的冷卻分析顯示，進(jìn)水口溫度為 25.01℃，出水口溫度為 26.11℃，回路冷卻溫度差小于 5℃，表明注塑過程中冷卻回路實(shí)現(xiàn)了均勻熱交換，基本達(dá)到模具組件溫度均衡的目的，水路熱去除效率符合冷卻效果要求。塑件達(dá)到頂出溫度的時(shí)間為 64.95s，冷卻時(shí)全部凍結(jié)層百分比達(dá)到 100%，可順利脫模頂出。

  澆口位置分析

  開關(guān)面板行業(yè)屬于壁厚不均注塑件，利用 Moldflow 軟件分析其澆口匹配特性，確定最佳澆口位置。分析顯示，最低流動(dòng)前沿溫度為 207.9℃，達(dá)到頂出溫度時(shí)間為 77.88s。結(jié)合開關(guān)面板薄壁、寬大的特點(diǎn)，選用扇形澆口，主流道長度 67.54mm，為減小熱量損失，分流道截面選為圓形，長 15mm，冷料穴直徑 10mm，高度 15mm。

  DOE 優(yōu)化分析

  由于開關(guān)面板局部壁厚不均及收縮不均勻，易產(chǎn)生翹曲變形。選擇熔體溫度、模具表面溫度、保壓壓力及持續(xù)時(shí)間四個(gè)變量進(jìn)行 DOE 實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明塑件翹曲變形量與熔體溫度、達(dá)到頂出溫度、保壓壓力、持續(xù)時(shí)間有關(guān)，翹曲變形源于成型過程中的不均勻收縮，涉及結(jié)構(gòu)、材料、模具結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝等多方面原因。

  通過模流分析與 DOE 分析，確定對注塑成型效果影響最大的因素為熔體溫度和保壓壓力。優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：熔體溫度 230.8℃，模具表面溫度 52.5℃，注塑時(shí)間 1s，開模時(shí)間 5s，保壓階段最大保壓壓力 200MPa，保壓總時(shí)間 20s，到達(dá)頂出溫度時(shí)間 59.21s，總冷卻時(shí)間約 38s。

  優(yōu)化后，達(dá)到頂出溫度的時(shí)間降低了 18.54%;活動(dòng)接觸座塑件的翹曲值從 2.685mm 降至 1.291mm，降低了 51.92%，塑件的質(zhì)量和精度得到明顯改善。

  四、開關(guān)面板模具工作原理

  開關(guān)面板塑件采用一模兩腔注射，設(shè)計(jì)有側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，澆口為扇形澆口。模具工作過程如下：合模后，注塑機(jī)將加熱塑化后的塑料通過澆口套注入模具型腔;經(jīng)過保壓、冷卻固化至足夠剛性后，模具開模，抽芯機(jī)構(gòu)在斜銷和斜銷壓塊作用下進(jìn)行成型抽芯;隨后在推板與頂桿作用下將塑件頂出，取走塑件后，頂出過程結(jié)束;最后在復(fù)位桿作用下，模具復(fù)位，完成合模，準(zhǔn)備下一次注射。

  五、總結(jié)

  針對汽車用升降器開關(guān)面板行業(yè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了具有側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)、斜導(dǎo)柱抽芯結(jié)構(gòu)和頂出結(jié)構(gòu)的注塑模具，采用一模兩腔注射和壓板鑲拼式成型，基于 UG12.0 Mold Wizard 應(yīng)用模塊確保各機(jī)構(gòu)間無干涉，模具結(jié)構(gòu)緊湊且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，成功解決了抽芯力過大、芯頭磨損、卡扣多及脫模困難等問題。

  冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，即水道在零件兩側(cè)均勻分布并在凹槽附近加設(shè)專屬水道，有效解決了塑件凝固收縮不均導(dǎo)致的翹曲問題，冷卻回路實(shí)現(xiàn)均勻熱交換，保證了模具組件溫度均衡，塑件可順利脫模。

  通過 Moldflow 軟件進(jìn)行 CAE 分析及 DOE 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，顯著縮短了達(dá)到頂出溫度的時(shí)間，大幅降低了塑件翹曲值，顯著改善了開關(guān)面板的質(zhì)量和精度，為汽車用升降器開關(guān)面板的高效、高質(zhì)量生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)支持。

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