汽車護(hù)板注塑模具三維設(shè)計(jì)及制造

馬泉

摘 要：本文分析汽車護(hù)板注塑模具的設(shè)計(jì)和制造，詳細(xì)介紹了以UG注塑模為基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)方法，并通過數(shù)控加工對(duì)注塑模具的三維制造過程進(jìn)行了闡述。設(shè)計(jì)和制造三維注塑模，可以有效地改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率，縮短模具研制時(shí)間，在一定程度上幫助了技術(shù)人員。

關(guān)鍵詞：汽車護(hù)板 注塑模具 三維設(shè)計(jì)及制造

Three-dimensional Design and Manufacture of Injection Mold for Automobile Guard Plate

Ma Quan

Abstract：This article analyzes the design and manufacturing of injection molds for automobile guards， introduces in detail the three-dimensional design method based on UG injection molds， and elaborates the three-dimensional manufacturing process of injection molds through CNC machining. Designing and manufacturing three-dimensional injection molds can effectively improve mold design and production efficiency， shorten mold development time， and help technicians to a certain extent.

Key words：automobile guard plate， injection mold， three-dimensional design and manufacturing

1引言

模具設(shè)計(jì)合理的可能性，主要體現(xiàn)在成型的塑料制品是不是具有良好的外觀質(zhì)量和精準(zhǔn)的成型尺寸。此外，優(yōu)良的鑄模應(yīng)具有先進(jìn)合理的加工工藝，無需干擾裝配，堅(jiān)固可靠，成型時(shí)間短，模具壽命長。模具設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響塑料制品的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，模具的合理設(shè)計(jì)，即表示基本已經(jīng)成功了，剩余部分則應(yīng)以出色的模具制造技術(shù)、先進(jìn)的數(shù)控加工機(jī)床、制作模具的技巧和高水平的制造人員為基礎(chǔ)。因此，為了獲得高品質(zhì)的模具，需要具備業(yè)務(wù)技能強(qiáng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，縮短首次試模時(shí)間，保證塑料質(zhì)量。目前，在短時(shí)間內(nèi)完成模具設(shè)計(jì)，不只是基于經(jīng)驗(yàn)，還要使用先進(jìn)的三維軟件設(shè)計(jì)，以此有效地完成模具設(shè)計(jì)。

2 塑料制品及開模分析

汽車護(hù)板注塑制品的材料為聚丙烯，平均厚度為2.5毫米，重量280克。本產(chǎn)品是一種復(fù)雜的彎曲表面，應(yīng)用三維模擬3D軟件。在塑料制品的模擬過程中，必須要分析拔模，為了防止出現(xiàn)彎曲鉤子，影響脫模，也需要仔細(xì)分析塑料制品的厚度，以防止塑料制品的收縮。還要分析出卡鉤、側(cè)孔等是否足夠，以便可以成功地脫離模具，如果發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)調(diào)整塑料制品，以保證開模沒有問題。由于塑料制品對(duì)外觀要求高，在開模前必須確認(rèn)接頭線的位置，以免出現(xiàn)表面質(zhì)量問題，導(dǎo)致大量修改或模具作廢，無法及時(shí)提交可接受的樣品。此外，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量、機(jī)床噸位、材料和結(jié)構(gòu)等要求，編制開模分析表，保證第一次試驗(yàn)期和開模周期在預(yù)計(jì)期限內(nèi)[1]。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 注塑機(jī)選擇

注塑機(jī)是注塑過程中的重要設(shè)備，利用注塑機(jī)能夠?qū)⒃牧霞庸こ筛鞣N塑料制品。注塑機(jī)主要由注射、合模、液壓和電動(dòng)系統(tǒng)組成。根據(jù)合模的性能，可分為四種方式：1）機(jī)械式，機(jī)械傳動(dòng)，保證合模力量，這是比較舊式的合模形式;2）液壓式，氣動(dòng)油缸確保了合模力，使壓力和位移速度調(diào)節(jié)方便，通常用于大、中型注塑機(jī);3）機(jī)械液壓式，機(jī)械式于液壓式連接，液壓缸提供了原始動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定狀態(tài)，整合了兩種方式的優(yōu)點(diǎn);4）電動(dòng)式，使用交流伺服馬達(dá)，提供能量、速度，速度快、精度高、機(jī)械噪聲低和低成本，適用于精度注塑。

3.2 建立分型面

根據(jù)汽車護(hù)板的形狀、最大尺寸和生產(chǎn)量等要素，將模具設(shè)定為一個(gè)模具對(duì)應(yīng)一個(gè)腔，這不僅確保了塑料制品的尺寸，而且有助于管理成型的工藝條件。由于汽車護(hù)板外形比較復(fù)雜，需要特別注意向外伸展的方向和曲面尺寸。本設(shè)計(jì)符合塑料制品曲面分型面的設(shè)計(jì)，可保證尺寸精度和外觀質(zhì)量，并有助于塑料制品脫模和頂出。模具的排氣系統(tǒng)是連接型腔和氣體連通的通道，可將模具型腔中的氣體排出，避免因排氣不暢，導(dǎo)致填充形狀不良、局部焚燒，氣孔和組織孔隙度大等問題[2]。為了順利放出模具氣體，在其分型表面設(shè)計(jì)排氣槽，通過頂桿、動(dòng)模芯及司筒之間的間隙來排氣。

3.3 零件與模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在UG軟件模塊中將模芯分成動(dòng)模芯和定模芯兩部分后，可以確定模架的動(dòng)模套板和定模套板中間的方孔尺寸，從而基本確定整個(gè)模架的尺寸。在UG軟件模塊中完成模架設(shè)計(jì)后，需要對(duì)零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。一般情況下，應(yīng)在模具零件上設(shè)置參考角，并作參考標(biāo)記，以便于模具的加工和裝配。在UG模塊中完成所有零件的設(shè)計(jì)后，需要進(jìn)行整體檢查，以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。制品的設(shè)計(jì)既可以在分型模塊中進(jìn)行，也可以在模架的裝配模塊中進(jìn)行。然而，為了優(yōu)化孔位和細(xì)部結(jié)構(gòu)，應(yīng)將分型模塊的部件裝配到模架中[3]。最后對(duì)頂桿孔、司筒孔和螺絲孔的孔位進(jìn)行設(shè)計(jì)，孔位設(shè)計(jì)既要保證塑料制品的穩(wěn)定可靠頂出，又要避免對(duì)澆注系統(tǒng)和冷卻水道的影響。

3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是塑料熔體進(jìn)入型腔前必須有的一個(gè)通道，其通道和注塑設(shè)計(jì)將直接影響塑料制品的成型質(zhì)量。一旦不合理地設(shè)計(jì)了注塑系統(tǒng)，就會(huì)出現(xiàn)霧斑、銀絲、流斑等注塑問題，造成塑料制品不能成批生產(chǎn)。根據(jù)汽車護(hù)板的外觀要求，最終，使注塑系統(tǒng)主要通道為錐形，尖頭5毫米，圓錐角1.5°，分流直徑12毫米。為了防止出現(xiàn)pp型冷卻材料進(jìn)到型腔，在主通道的大部分和旁路角位置必須安裝冷料井，可使冷卻材料和雜質(zhì)進(jìn)入冷料井。整個(gè)分流道采用對(duì)稱的設(shè)置，以確保塑料制品填充均勻。汽車護(hù)板模具設(shè)計(jì)采用了4個(gè)側(cè)注塑口進(jìn)膠，注塑口在塑料制品分型面上，使注塑口更容易進(jìn)行加工，確保加工精度[4]。本項(xiàng)目不斷調(diào)整注塑系統(tǒng)的尺寸和位置，并獲得最佳注塑系統(tǒng)。

3.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響塑料制品的成型質(zhì)量。模具冷卻時(shí)間占成型時(shí)間的80%-90%。在完全符合模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，水路冷卻要求離推桿、螺桿等孔的距離不小于2.5毫米，不能太靠近塑料表面，因?yàn)槔鋮s介質(zhì)太近，容易流動(dòng)性損壞，導(dǎo)致冷卻效率降低，冷卻水路與塑料表面保持15毫米左右的距離;同時(shí)冷卻水路的直徑應(yīng)盡可能前后一致，保證冷卻介質(zhì)的平穩(wěn)流動(dòng)以及塑料制品的冷卻質(zhì)量。該設(shè)計(jì)選擇直徑為12毫米的水路，并在動(dòng)模芯和定模芯設(shè)置25毫米的孔，每個(gè)孔都有一個(gè)螺旋隔膜，能有效控制模型溫度，從而提高塑料制品的質(zhì)量，冷卻水路要用防水圈進(jìn)行密封處理，以防止漏水。最后，使用UG分析軟件計(jì)算模具質(zhì)量約6噸。使用3D軟件，全面設(shè)計(jì)3d模具，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)三維成型的汽車護(hù)板注塑模具。

3.6 模具裝配圖與工作過程

根據(jù)三維模具圖，首先安裝UG工程圖紙，然后獲得2D裝配圖。通過軟件進(jìn)行操作，最終完成模具裝配圖。模具所有有效部件的運(yùn)動(dòng)必須是平穩(wěn)可靠的，不應(yīng)有任何扭曲和停滯的問題，不允許運(yùn)動(dòng)的零件，不允許相對(duì)運(yùn)動(dòng)。模具操作過程：合模、注塑機(jī)作用下的塑料熔體，通過注塑口進(jìn)入動(dòng)、定模芯的型腔中，直至填滿模具型腔;在壓力和冷卻后，動(dòng)、定模芯分離，當(dāng)開模至550毫米后，在注塑機(jī)頂出的作用下，將塑料制品從模具中頂出30毫米，取出塑料制品后頂出回到原始位置;封閉安全門，動(dòng)、定模芯合模，完成注塑過程[5]。

4 數(shù)控加工

由于汽車護(hù)板是汽車內(nèi)部裝飾的重要組成部分，塑料形狀更為復(fù)雜，主要是曲面形狀，其成型技術(shù)也比較麻煩，現(xiàn)在僅以定模芯的數(shù)控加工為例。為了方便處理和縮短加工時(shí)間，使用規(guī)格為M16的六角螺釘在定模芯底部的四角，安裝四個(gè)墊塊。在加工過程中，將安裝的四個(gè)墊板連起來，然后放在數(shù)字控制加工中心的工作臺(tái)上，并用壓板和螺釘進(jìn)行固定。但要注意，在螺釘固定牢靠之前，要把長邊打直，然后檢查短邊的垂直度，確保垂直度在0.02毫米范圍內(nèi)，避免加工參數(shù)錯(cuò)誤造成模芯位移，塑料制品出錯(cuò)。一旦方案確定，就可以進(jìn)行數(shù)控加工處理，同時(shí)也可以設(shè)置數(shù)控軟件進(jìn)行加工。

5 優(yōu)化汽車護(hù)板注塑工藝的有效策略

5.1 通過正交試驗(yàn)法優(yōu)化注塑工藝

汽車護(hù)板模具的設(shè)計(jì)和加工過程中，確定好材料，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)模具方案后，為了提高汽車護(hù)板產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性，為汽車護(hù)板注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化。正交試驗(yàn)法可以解決汽車防護(hù)板的塑料制品，產(chǎn)生變形和收縮質(zhì)量缺陷，可以更準(zhǔn)確地確定塑料制品的尺寸和精度。為了優(yōu)化汽車防護(hù)板注塑過程而進(jìn)行的正交試驗(yàn)法，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程，對(duì)正交實(shí)驗(yàn)法的參數(shù)（模具溫度、熔融溫度、冷卻時(shí)間、保持壓力的時(shí)間和壓力）進(jìn)行分析，可以使用Moldflow軟件來分析塑料制品的填充、保證壓力、冷卻和扭曲過程，通過科學(xué)模擬，對(duì)五個(gè)技術(shù)參數(shù)分析其質(zhì)量的極差和方差的影響[6]。經(jīng)過多次正交試驗(yàn)，綜合和分析數(shù)據(jù)的結(jié)果，可以得到，模具溫度和保持壓力時(shí)間對(duì)產(chǎn)品變形的影響是汽車防護(hù)板質(zhì)量影響中最明顯的，熔體溫度和保持壓力是對(duì)產(chǎn)品體積收縮的最大影響。

5.2 通過二階響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化注塑工藝

根據(jù)二階響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對(duì)汽車護(hù)板的注塑過程進(jìn)行優(yōu)化，首先建立相應(yīng)的二階響應(yīng)模型，并優(yōu)化塑料制品翹曲和頂出，然后進(jìn)行方差分析和相關(guān)性測(cè)試模型。借助等值線圖疊加最佳解決方案，可以獲得最佳參數(shù)，用以測(cè)量汽車護(hù)板翹曲變形量和頂出體積收縮率，以此優(yōu)化汽車護(hù)板注塑過程。

6 結(jié)束語

（1）制作的模具合格的可能性，直接影響塑料制品的成型質(zhì)量，不僅與加工工藝和鉗工工作水平有關(guān)，而且由模具設(shè)計(jì)的合理性來決定。工作人員對(duì)模具設(shè)計(jì)技能的熟練掌握，可提高工作效率和數(shù)字控制技術(shù)的分析能力，減少人工設(shè)計(jì)和數(shù)字控制錯(cuò)誤處理，從而，大大減少了數(shù)字化控制工作負(fù)荷和處理的強(qiáng)度，縮短了塑料制品成型周期。（2）詳細(xì)介紹了汽車護(hù)板設(shè)計(jì)的概念和方法，定模芯作為一個(gè)例子，對(duì)其分型面的數(shù)控處理進(jìn)行分析。經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)后，模具設(shè)計(jì)合理，定模芯的數(shù)字控制技術(shù)可采用，塑料制品質(zhì)量好。

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