毕业设计——汽车脚踏板注塑模设计.doc

汽车脚踏板注塑模设计【摘要】通过对汽车脚踏板的研究，使我对注塑模有了更深一步的认识，塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。塑料模具的加工制造方法有其独特的创造价值。塑料模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。塑料模具的发展为节约能源，方便生产奠定了坚实的基础，为此关注注塑模产品核心技术应用现状、技术研发、工艺设备配套、高端技术应用等多方面的信息，对于企业了解各类注塑模产品生产技术及其发展状况十分有益。【关键词】：塑料模具、轻量化、低消耗目 录引言1一、注塑模具的发展概况2二、塑件的分析3（一）塑件外形结构3（二）塑件材料分析4三、注塑机选择4四、模具结构的分析5（一）分型面的设计5（二）公母模的设计6（三）浇注系统的设计8（四）导向机构和定位机构的设计9（五）脱模机构的设计10（六）冷却系统的设计11总结12参考文献13致谢14附录：脚踏板零件注塑工序卡1515引言塑料加工又称塑料成型加工。是将合成树脂或塑料转化为塑料制品的各种工艺的总称，是塑料工业中一个较大的生产部门。塑料加工一般包括塑料的配料,成型，机械加工，接合，修饰和装配等。后四个工序是在塑料已成型为制品或半制品后进行的，又称为塑料二次加工。塑料加工的关键环节。将各种形态的塑料(粉、粒料、溶液或分散体)制成所需形状的制品或坯件。成型的方法多达三十几种。它的选择主要决定于塑料的类型(热塑性还是热固性)、起始形态以及制品的外形和尺寸。加工热塑性塑料常用的方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等，加工热固性塑料一般采用模压、传递模塑，也用注射成型。层压、模压和热成型是使塑料在平面上成型。上述塑料加工的方法，均可用于橡胶加工。此外，还有以液态单体或聚合物为原料的浇铸等。在这些方法中，以挤出和注射成型用得最多，也是最基本的成型方法。一、注塑模具的发展概况注塑成型是现代塑料工业中一种重要的加工方法，塑料成型的关键在于注塑模具设计制造和注塑成型工艺的制定。在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，有两方面应予以重视： 一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。就中国实际情况看，应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。 二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。 （1）超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 （2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。（3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。 （4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。 （5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。（6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 （7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 （8）逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 （9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。 （10）模具标准化程度将不断提高。 （11）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 “十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。二、塑件的分析（一）塑件外形结构如图2-1，2-2，2-3，2-4所示为建模过程图，图2-5所示为脚踏板外形图，汽车脚踏板是一块扁且薄的板类零件，长约245MM，宽约84MM，最薄处肉厚8.0MM，较厚处业不超过10MM，正面分布了8个圆孔和波形纹理。 图2-1草图 图2-2拉伸 图2-3 建面 图2-4草图 图2-3建立草图平面 图2-4草图图2-5外表面（二）塑件材料分析生产汽车脚踏板所用的塑料材料为PP，全名聚丙烯，是一种热塑性聚合物（塑性：一种材料加热后可以熔化冷却后有可以硬化，并可以反复进行;聚合物：天然或合成化合物，分子是由一系列简单的单体小子重复连接起来的大分子），应用非常广泛，甚至澳大利亚的钞票都是用PP制的。PP有异乎寻常的抗化学溶剂，抗酸抗碱能力。其流动性较好，受温度影响较大，熔体粘度中等，冷却后还是一种高钢性材料，价格便宜，应用广泛，适合汽车脚踏板的大批量制作，如采用别的材料，如ABS，是由丙烯碃，丁二烯，苯乙烯共聚而成，虽然韧性，硬度稍好，但其升温时粘度较高，所以成型压力较高，而且价格昂贵，采用的成本高，不宜采用。PVC耐温性差，在注射加温时如果分解成氯化氢，有毒就更不合适了。PE，不易押出，热膨胀系数高，不易贴合，耐温性差。也不合适，所以加以比较，还是PP最合适。三、注塑机选择查塑料模具设计手册P15，可知PA6的注射压力为7001200公斤/厘米，宜用螺杆式注射机，螺杆带止回环，。初选XS-ZY-125型。其主要参数如表3-1所示。表3-1 XS-ZY-125注塑机的主要参数如下螺杆直径42最大理论注射量95g注射压力150MPa最大注射面积320最大模具厚度300最小模具厚度200和模力900000N模板大小160x250四、模具结构的分析（一）分型面的设计分形面应当是分型面，分开模具能取出塑件的面，称作分型面，其它的面称作分离面或称分模面。 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。由于分型面受塑件在模具中成型位置，浇注系统设计，模具制造，推出方法等众多因素的影响，因此分型面的选择应遵循以下几种原则：1.分型面应选择在塑件外形最大轮廓处。2.确定有利的脱模方式，便于塑件顺利脱模。3.保证塑件的精度要求。4.满足塑件的外观质量要求。5.便于模具加工制造。6.对成型面积的影响。7.对排气效果的影响。8.对侧向抽芯的影响。汽车脚踏板的分型面选在如图4-1所示的周边面上箭头所指，此处为最大轮廓处，有利于脱模，不影响塑件的外观质量，精度有保证，公母模NC加工方便。在分型面上，NC加工时会在分型面凹模一侧开设一条深 0.025 0.1mm 宽1.56 mm的排气槽，以供排气使用，由于槽的尺寸过小，所以在保证排气的同时PP料是不会溢出的。NC加工小槽无需在加工图中表示。 图4-1分型面（二）公母模的设计母模用于成型塑件的的外表面，按其结构的不同可分为整体式，整体嵌入式，局部镶嵌式，大面积镶嵌式和四壁镶嵌式，总的来说整体式强度刚度好，但不适用于复杂的型腔，汽车脚踏板并不复杂，可用整体式，如下图4-2和图4-3所示为母模建造过程 图4-2 草图 图4-3草图图4-4母模公模用于成型塑件的内表面，公模按结构也分为整体式和组合式两类，由于公模加工相对容易，所以大多数公模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯模板常作为一体，同样，汽车脚踏板采用整体式如图,其具体大小同上确定,一要经济。如下图4-5，4-6，4-7，4-8所示为公模建造过程，图4-9公模 图4-5 草图 图4-6拉伸 图4-7面 加面 图4-8拉伸 图4-9公模（三）浇注系统的设计设计原则：（1）型腔尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道，型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具受偏载而产生溢料现象。（2）尽量短，减少热量压力的损失。（3）容积要小，减小塑料的耗量。（4）消除冷料，防止其进入型腔。（5）排气良好。（6）尽可能使塑件少进行加工，提高生产效率。（7）流动距离比和流动面积比的校核，（查询标准）避免填充不足1.流道的设计：此模具采用斜置的竖料管作为流道,是冷流道，角度为20度。竖料管内孔为圆锥形,有利于快速进料,由于进料口必须设置在上底板的中央,与浇口连接就有一定的斜度,为了便于加工竖料管放置孔经过多次试放,置为20度(规定的最大倾角)如图4-10所示。竖料管如图4-11所示长139MM，稍微伸长到产品面下面点，到了装配时可以磨掉多余的部分。竖料管上的定位圈，定位环都是标准件，可直接获得。 图4-10竖料管 图4-11竖料管2.浇口的设计：本模具采用扇形浇口，由于塑件本身扁，有一定的弧度，且长度较长，所以我将浇口延模具外轮廓线布置，浇口截面较长，有利于料快速流到，充满整个型腔。减少了时间，保证了质量（四）导向机构和定位机构的设计 导向定位机构是保证塑料注射模具的动模与定模和模时正确定位和导向的重要零件，通常采用导柱导向，主要零件包括导柱和导套，其具体作用有：a，定位作用 b，导向作用 c，承载作用 d，保持运动平衡作用。 原则如下：（1）导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度和防止模板发生变形；（2）导柱（导套）的直径应根据模具尺寸选定，并应保证有足够的抗弯强度；导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度要求；（3）导柱和导套应有足够的耐磨性；（4）为了便于塑料制品脱模，导柱最好装在定模板上，但有时也要装在定模板上，这就要根据具体情况而定。1.导柱：导柱的结构形式有两种：一种为单节式导柱，另一种为台阶式导柱。小型模具采用单节式导柱，大型模具采用台阶式导柱。对于大型模具，若导柱承受模板的重量，导柱的直径可用下式校验： (6.2.1)式中 W为一根导柱承受的模板重力（N）；L为模板中心距导柱根部距离（mm）；E为材料弹性模量。在导柱的工作部分上开设油槽，可以改善导向条件，减少摩擦，但增加了成本，由于该模具要求不高，所以不再加油槽。故导柱采用不加油图槽的阶梯式导柱根据国家标准选用直径为16mm长度为135mm的导柱。如图4-12所示。 图4-12导柱2.导套：由于导柱已选定，且该模具较小，其导柱、导套配合之间模具结构较复杂，所以采用两个导套接连使用达到模具要求，由塑料模具设计与制造可查得与之相配的导套为 I型带头导套，其直径为16mm，长度为30mm。其示意图4-13所示 图4-13导套（五）脱模机构的设计塑件成型的每个环节中，制件必须从模具型腔中脱出，完成取出制件的动作的机构为脱模机构，也叫顶出机构。注射模的脱模机构包括： 1.顶针，司筒，推板，推块等推出零件； 2.复位杆，复位弹簧及顶针板先复位机构等推出零件的复位零件； 3.顶针固定板和顶针底板等推出零件的固定零件； 4.高压气体顶出的气阀等配件； 5.内螺纹脱模机构中的齿轮，齿条，马达，油缸等配件。 脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。此模具采用的是一次顶出脱模机构，设计的多根顶针顶出，由于这个板类零件较薄，所以要合理布置好顶针保证塑件的受力均匀。 如图4-14所示绿色点为顶针顶顶出位置： 图4-14顶针所处位置（六）冷却系统的设计冷却系统是直接影响注塑制品质量和生产效率的重要因素。其中，如何确定和修改冷却参数而使模温在最短时间内达到均匀状态是注塑模温度场CAE过程中所要解决的关键问题。我这里设计的水路来冷却，公司规定水路直径为16MM,由于塑件整体比较平的,没有什么特别注意的地方。总结通过这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法，使我们更好的理解了所学的知识，所以在这里非常感谢帮助过我的同学。同时我更要感谢我的指导老师季老师，是他的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业设计。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的老师的身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理，在此我要向我的指导师致以最衷心的感谢和深深的敬意！ 我从所查的资料中掌握了很多知识，让我对所学过的知识有所巩固和提高，通过本次毕业设计的学习，我学会了将所学理论知识和实践知识结合起来，如何应用于解决实际问题，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力，为我以后的学习和工作打下了一个坚实的基础。同时使自己对设计工作有了亲身的体验，学会了查图表，参考文献，资料，手册等工具书,更加熟练的运UG绘图软件和Word2007文字处理软件。这次毕业设计的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识，并且感到自己所学的知识是多么不扎实，存在着很多问题，所以在以后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。参考文献 1 羽田武荣.热塑性塑料及其注塑M. 化学工业出版社.1999.1. 2 王文俊.实用注塑成型工艺M . 国防工业出版社.1999. 3 屈华文.塑料成型工艺与模具设计M. 机械工业出版社.2007.8. 4 马德柱.高聚物的结构与性能. M. 科学出版社.2003. 5 陈剑鹤.模具设计基础. M. 机械工业出版社.2003.致谢在做毕业论文的这段时间里，指导老师许老师给了我很多的帮助，她让我懂得自己去找资料，自己去摸索、领悟，自己解决问题的重要性。让我更加明白了：努力就有美好时光。历经了一个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕，回想这段日子的经历和感受，我感慨万千。在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。当时面对浩瀚的书海真是有些茫然无措，但是在指导老师许老师的指导下，我对毕业设计有了明确的工作方向。首先开始搜集相关课题的资料，我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，然后我将收集到的资料仔细整理分类，尽量使我的资料完整、精确、数量多。一开始总是被一些问题阻止前进的道路，但是在老师和同学的帮助下，困难一个一个解决掉。就这样我的电子稿慢慢成形。当完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后，我感觉终于把胸口一块大石给清除了。看着自己的劳动成果，心里感到高兴，我觉得付出的这一切都是值了的。在此，感谢学院对我们的培养，感谢各位老师的指导和帮助，同时也感谢我的公司和同事们，他们纷纷给我提供资料，让我更加有信心对自己的肯定,让我更加有信心面对自己遇到的困难，尤其是面对走上工作岗位的所遇到的。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。附录： 脚踏板零件注塑工序卡苏州绿品科技有限公司注塑工艺卡产品名称汽车脚踏板材料牌号HD3.28模具名称A-30客户先通有限公司材料颜色灰色部品编码100902031作业名称注塑塑造产品质量优版本修状态设备编号XS-YZ-125夹具编号XS-CB实施日期2009.10.1编制陈刚审核李利强批准刘军工艺参数干燥温度100干燥时间15Hrs料温设定（5）加热一区加热二区加热三区加热四区加热五区加热六区加热七区200200200200200注射成型一次注射二次注射三次注射四次注射五次注射一次保压二次保压压力（MPa）1301301301301304012速度2002002002002002222位置喷嘴模具时间2.010脱模方式定次/停留顶针压力速度高压锁模压力500Bar速度1冷却时间100产品成型周期动模温度（5）500定模温度（5）500产品示意图模具水路示意图