除了针点、潜伏式浇口成型的产品外，通常冷流道成型塑件在冷却后，浇注系统凝料和产品相连，需要两道工序进行人工修剪分离，不但增加了人力成本和劳动强度，而且不能保证产品的外观品质和质量稳定性，大大降低了塑料件成型的自动化程度。模内热切技术逐渐被开发，该技术是在模具未开模前，塑料还处于熔融态的情况下，利用切刀机构切断浇口，实现了件料分离，以消除剪切浇口的后续工序，节约生产成本，同时使切除浇口痕迹小，保护产品外观[1-2]。模内热切技术的关键是设计能够热切浇口的模具，这类模具除了常规的浇注、成型、顶出和冷却机构外，还需要根据浇口类型，针对性地设计浇口热切机构，实现料件自动化分离[3-4]。罗孝辉[5]通过分析汽车外饰典型案例，介绍了模内热切技术在浇口修剪技术的特点和应用情况。刘勇[6]总结了模内热切浇口的优点和缺点，举例说明了直线移动切刀模内热切浇口的方法。郑子军等[7]设计了一种微型油缸驱动模内热切机构，用于热切车门内饰板的侧浇口，实现了浇口与塑件的模内分离。本实验以车载导航下盖为研究对象，设计成型该产品的热切模具，分析塑件的形状和结构，确定模具的型腔排列和浇注系统形式，设计分型面、斜顶、顶出和冷却等常规模具机构。根据该产品的浇口类型和数量，设计具有模内热切多处扇形侧浇口功能的热切机构。1产品分析图1为车载导航下盖产品结构。从图1可以看出，产品整体尺寸为180.90 mm×125.63 mm×19.80 mm，平均壁厚为2 mm。产品材料为ABS，收缩率为0.5%。产品内表面分布很多柱位，需要加强脱模斜度和顶出机构设计，其中产品脱模斜度设计为2°。此外还存在四个孔和固定槽的扣位，在两长侧边上各有两个，具体位置和结构如扣位1~4，扣位凸起高度都为0.55 mm，需要设计斜顶机构。图1车载导航下盖结构Fig.1Structure of lower cover of vehicle navigation10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F1a1(a)塑件二维图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F1a2(b)塑件三维图2模具设计2.1分型面选择观察产品整体结构，产品两侧不对称，单浇口流动不易平衡，故将模具设计为单型腔结构。塑件内表面柱位和扣位结构较多，内表面结构设计在动模侧成型便于顶出。以塑件最大轮廓处为分型线，将分型线沿模具进行顺延得到主分型面，图2为主分型面设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F002图2主分型面设计Fig.2Design of main parting surface通过分型面设计模具的动定模仁机构，图3为模仁结构。模仁的长、宽、高分别为250、190、35 mm。同时模仁四角处设计高度为5 mm的虎口结构，便于定位和保护柱位成型结构[8-9]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F003图3模仁结构Fig.3Structure of the mold core2.2斜顶和顶出机构设计针对四个扣位的成型，设计四个斜顶机构，图4为斜顶三维结构，斜顶机构1~4分别对应成型扣位1~4。从图4可以看出，4个斜顶机构分别由斜顶体、斜顶座和固定螺钉组成。图5为斜顶机构1~2的侧孔斜顶机构。从图5可以看出，该处斜顶的倾斜角度为6°，斜顶穿过动模仁和动模板，利用铰链固定在斜顶座上，斜顶座通过螺钉固定在顶针板上[10]。根据侧孔尺寸和斜顶角度，设计斜顶的顶出距离为20 mm。同时为了保证斜顶在顶出时既顶不到产品柱位，又能够将产品完全顶出，在顶针板上设计了两个限位块，限制斜顶的顶出距离。斜顶机构3~4与图5的结构相同，侧凸高度都为0.55 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F004图4斜顶三维结构Fig.4Three-dimensional structure of inclined top10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F005图5侧孔斜顶机构Fig.5Mechanism of the side hole inclined top除了斜顶机构外，其他位置的顶出机构都采用顶针顶出。由于产品内部柱位较多，表面空间有限，故顶针都设计为头部扁平的阶梯形顶针，而且对于柱位较多，深度较大的产品部位，通过增加顶针数量，保证柱位结构被顺利顶出。图6为顶针三维结构。从图6可以看出，顶针主体直径为5 mm，共设计18个顶针，沿产品内表面四周分布。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F006图6顶针三维结构Fig.6Three-dimensional of the lifter2.3浇注系统设计图7为浇注系统设计。从图7可以看出，根据产品外观要求，将浇口设计在产品框架内侧。同时考虑产品一侧长边宽度较大，柱位较多不易成型；而另一侧结构较简单，共计设计3个扇形侧浇口。在宽度较大的长侧边设计2个浇口，另一侧设计1个浇口，以保证塑件平衡充填。为了保证对切刀的实施定位，将浇口部分设计在动模仁的浇口镶件上，与产品接口处宽度为2.5 mm，深度为1.2 mm。圆形分流道中一级分流道直径为8 mm，二级分流道直径为6 mm；主流道采用浇口套成型，长度为65 mm，大小端的直径分别为10 mm和3.2 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F007图7浇注系统设计和动模仁上浇注系统分布Fig.7Design of the gating system and distribution of gating system on moving die2.4热切机构设计图8为热切机构。从图8可以看出，该模具共设计3套热切机构，分别热切三个浇口，每套热切机构包含切刀、切刀座、浇口镶件、油缸和弹簧等部件。热切机构的油缸通过油路串联，通过油嘴连接到外部油路，油路与外部时序控制器连接，用于控制切刀剪切的时间和油路压力。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F008图8热切机构Fig.8Hot cutting mechanism图9为切刀、切刀座和浇口镶件的三维结构。从图9可以看出，切刀头部与浇口镶件配合，实现切刀剪切的定位，完成切浇口的操作，底部通过卡槽固定在切刀座上，切刀座与油缸活塞相连，油缸通过螺钉固定在动模板上。浇口镶件通过单边挂台固定在动模仁内，防止切刀和浇口镶件在注射压力下发生转动，同时浇口镶件与切刀座之间预留切刀的热切距离用于限位[11-12]。产品连接处浇口厚度为1.2 mm，此处热切距离设计2 mm，以保证切刀将浇口切除干净。为了保护切刀，使其不与定模板碰撞干涉，切刀面与分型面之间预留0.05 mm间隙。切刀头部刃口角度设计55°，切刀刃面朝向分流道内侧，保证剪切时将多余的塑料熔料挤进分流道，以减小剪切阻力。同时切刀端面设计0.5 mm厚度，使切刀平面与产品形成靠破，可以保证产品与流道自动分离且不产生毛边，还能保证母模侧有足够的强度。弹簧安装在刀座上，起辅助切刀复位作用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F009图9切刀、刀座和镶件的三维结构Fig.9Three-dimensional structures of cutter, cutterbed and insert图10为切刀热切前后状态。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F010图10热切前后状态Fig.10The state before and after hot cutting整个热切装置的工作过程为：当产品完成注射保压，由时序控制器控制外部油路带动油缸，利用油缸的高压快速推动切刀座和切刀，切刀克服浇口处塑料熔体的注射压力将浇口切断；同时切刀封闭型腔，还可防止塑料熔体倒流，节约一定的保压时间。经过冷却和开模，利用斜顶、顶针和拉料杆等顶出装置分别将产品和浇注系统凝料顶出。再次注射时，利用油缸和弹簧将切刀机构恢复到初始位置，重新开始注射新产品。整个热切机构的动作通过时序控制器进行控制，切刀的进刀时间和热切所需的热切压力是时序控制器设置的重要参数，也是影响热切浇口质量的关键因素。借助Moldflow软件的充填保压模流分析结果，分析切刀热切的最佳时机和油缸的压力要求，为时序控制器提供热切控制参数的设置指导。图11为包含塑件和浇注系统的Moldflow四面体网格模型，网格单元总数为1 219 853个。图12为冻结层因子结果。当冻结层因子=1，说明塑件熔体已经凝固[13-14]。从图12可以看出，当时间约6 s，浇口区域开始缓慢凝固，此时是理论上最佳的保压结束时间，也是较好的热切浇口时机。此时热切浇口还处于熔融状态，热切效果较好，并且一旦浇口热切完成，切刀堵塞浇口，可以防止注射机保压引起的倒流，也节约一定的保压时间。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F011图11网格分析模型Fig.11Mesh analysis model10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F012图12冻结层因子结果Fig.12Result of frozen layer factor图13为三个浇口的压力变化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F013图13三个浇口的压力变化Fig.13Pressure change of three gates从图13可以看出，三个浇口的压力变化基本一致，说明该塑件的充填压力基本平衡，可以保证热切机构采用一个油路控制三个浇口同时热切。6 s时三个浇口的注射压力约为25 MPa，经测算切刀热切端面积为22 mm2，每个切刀所需承受热切阻力为550 N。本次设计油缸内径为16 mm，根据液压油缸的工作压力计算公式[15]，油缸最大工作压力需大于3.42 MPa，才能完成热切动作，此次选择型号JOB16作为热切油缸，其允许最大油压为14 MPa，满足热切要求。2.5冷却系统设计动定模的冷却系统采用典型的阶梯形循环水路设计，水路从模板进入，穿过模板后进入模仁，在模仁内绕产品一周，再从模板另一侧水嘴出来。水路穿过模板进入模仁时，为了防止漏水，必须在交接处设置密封圈。经过分析计算，水道与塑件的距离为8 mm，水道直径为8 mm，动模侧水道与顶针的最小距离为6 mm。图14为水路整体设计和定模部分水路的基本结构。图14水路整体设计和定模部分水路的基本结构Fig.14Overall design of waterway and basic structure of fixed mold part of waterway10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F14a1(a)水路整体设计10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F14a2(b)定模部分水路3模具整体结构图15为热切模具定模和动模的三维结构。从图15可以看出，整个模架采用二板标准模架[16]，型号为ECI3340A70B80C90。为了增强动模板的强度，在动模板和底板之间设计4根直径为35 mm的支撑柱。该模具的工作过程与常规二板模基本一致，仅在注塑保压过程中增加切刀剪切浇口过程，没有增加成型时间，但可达到减少后续剪切浇注系统冷料时间，提高该塑件的生产自动化程度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F015图15热切模具定模和动模的三维结构Fig.15Three-dimensional structure of fixed and moving molds for hot cutting mold模具工作过程为：先合模注塑，待充填保压完成后，利用时序控制器提供油压推动切刀完成剪切浇口动作，实现浇口和产品在熔融状态下分离。利用冷却系统对产品冷却，开模利用斜顶、拉料杆和顶针等完成产品的顶出。再次合模时，切刀在油缸和弹簧作用下恢复原位。4结论以车载导航下盖产品为例，设计了该产品的单型腔多浇口模内热切模具，该模具除了常规的浇注、顶出和冷却机构以外，还设计出具有针对性的浇口热切机构，能够实现模内浇口的熔融切除功能。热切机构包含切刀、浇口镶件、切刀座和油缸等部件，实现了三扇形侧浇口的模内热切，并运用模流分析确定了切刀热切的时间和油缸的具体型号，为时序控制器提供了参数设置指导。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.03.019.F016