汽车保险杠注射模具设计

汽车保险杠注射模具设计摘要：随着汽车工业的发展，汽车保险杆作为一种重要的安全装置走向了革新的道路，保险杆除了有保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化和表亮化。本文叙述了其注塑模具设计的一般流程，包括塑胶件的工艺分析；模具具体结构的设计；及模具各种 2D、3D 工程图的绘制；热流道技术；注塑成型设备的选择；相关参数的计算与说明等等。相比其他注塑模设计，本文采用目前模具设计中先进的热流道技术，包括喷嘴的设计、流道板的具体参数的选择与设计等等。本塑件是一个宽度 1.6 米左右，高 0.3 米左右，厚度 2.54 厘米之间的汽车后保险杠。塑件整体尺寸较大，无螺纹，所以不需要涉及螺纹设计。这次设计的模具的顶出方式采用简单脱模机构中的顶杆脱模机构。顶杆脱模机构是最典型的简单脱模机构，它结构简单，制造容易且维修方便。在整个设计工作中，本文主要运用 3D 软件 Pro/E 以及 CAD 软件来完成产品的造型。此外还利用 CAD 绘制了模具装配图以及各种成型零件图。这是第一次利用绘图软件对整套模具进行设计，对所学知识进行了全面巩固，意义重大！关键词：热流道；注塑模设计；Pro/E; CADBumper Mould DesignAbstract：The birth of mobile phones has changed many peoples living habits, and the cell phone charge at GM because of its exceptional circumstances (price, convenience, etc.) get more people liked it, so in our lives was widely used. Block, which is connected rechargeable cell phone battery charging devices and the key positions. This paper describes the design of its injection mold of the general processes, including plastic pieces of technology analysis; specific structure of the mold and die various 2 D, 3D rendering of the plan; hot runner technology; injection molding equipment choice of the relevant parameters Calculation and description, and so on. The plastic parts are a width of 1.6 meters, 0.3 meters high, the thickness of 2.5 to 4 cm between the car rear bumper. Overall size larger plastic parts, non-threaded, so do not involve thread design. The design of the mold ejection ejection mechanism with a simple way of mandrel pulling mechanism. Mandrel ejection mechanism is the most typical simple stripping mechanism, its simple structure, easy to manufacture and easy maintenance.Compared to other injection mold design, mold design currently used in this paper in the hot runner advanced technologies, including the nozzle design, flow-specific parameters of choice and design, and so on. Throughout the design work in this paper use 3 D software Pro / E to complete the modeling products. In addition, also has drawn up the mold assembly drawing as well as each kind of Molding Parts drawing using CAD . This is that the first time makes use of the software drawing to carry out design on package mould , have carried out all-round consolidation on what be learned knowledge，The significance is significant！Keywords：Hot Runner；Injection Mould Design；Pro/E; CAD目录1 前言 12 塑件结构与成型工艺分析 42.1 汽车保险杠模具的设计 .42.1.1 汽车保险杠的立体示意图 42.1.2 汽车保险杠的二维视图 42.1.3 汽车保险杠的结构尺寸特征分析 42.1.4 塑件工艺性分析 52.2 塑料弯管原材料的选择分析 .52.2.1 塑料的原材料的选择 52.2 超高冲击强度 PP 性能指标 53 成型工艺方案的确定 73.1 尺寸精度分析 .73.2 塑件的体积和质量 .73.3 选择注射机 .73.4 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 .83.4.1 型腔数量 83.4.2 最大注射量校核 83.4.3 锁模力的校核 93.4.4 注射压力校核 93.4.5 开模行程校核 93.5 分型面的选择 .94 浇注系统设计 114.1 浇注系统设计原则 .114.2 热流道注塑模具技术 .134.3 主流道设计 .144.2 加热管功率的计算 .154.3 喷嘴 .164.4 流道板 .184.5 气动系统 .194.6 注塑模的热流道系统的装配 .215 成型零件结构设计 245.1 型芯与型腔的结构设计 .245.2 整体式矩形型腔侧壁厚度计算。 .245.3 整体式矩形底板厚度计算 .255.4 型芯的尺寸计算 .265.4.1 型芯的径尺寸计算 265.4.2 型芯高度尺寸计算 265.5 型腔尺寸计算 .275.5.1 型腔径向尺寸 275.5.2 型腔高度尺寸计算 276 冷却系统的设计 286.1 冷却系统设计原则 .286.2 塑料注射量的计算 .286.3 制品所需冷却时间的计算 .296.4 冷却水体积流量的计算 .306.5 水孔直径的选择 .316.6 冷却水在管道内的流速 .316.7 冷却水流动状态的校核 .316.8 冷却管壁与水交界面的膜传热系数 h316.9 计算冷却水通道的导热总面积 A.326.10 计算模具所需冷却水管道的总长度 L .326.11 冷却水路的根数 x326.12 冷却系统的结构设计 .327 排气系统 348 塑件脱模机构的设计 358.1 脱模机构设计原则 .358.2 脱模力的计算 .368.21 矩形台锥形型芯脱模力计算 .368.3 顶杆的尺寸的计算： .379 绘制模具装配图和模具的安装制造 389.1 装配图的绘制 .389.2 模具零件加工制造 .399.2.1 注塑模主要零件加工工艺 .399.3 模具的安装与试模 .399.3.1 热流道模具的安装 .399.3.2 热流道模具的试模 4010.动作原理 41致谢 .441 前言随着社会的发展，越来越多的汽车进入到我们千家万户。从2009年开始，我国已居汽车生产和消费世界第一，但同时汽车的安全性能也广受大家的关注，保险杠作为汽车的重要安全装置也倍受各个汽车生产厂家的重视汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。轿车前后保险杠在20年前是以金属材料为主，用厚度为3毫米以上的钢板冲压成U形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有一段较大的间隙，这样的保险杠既不美观，而且成型困难，增加了车体重量且容易腐蚀破坏。随着汽车工业的发展，全金属保险杠越来越不适合现代汽车在轻量化以及车体造型一体化等方面的要求，尤其在轿车、轻型车上，用塑料保险杠取代全金属保险杠的已成为一种趋势。作为钢铁件的替代产品，其优点很多：一、塑料的韧性好：可以吸收部分冲击、碰撞、飞扎等带来的冲击能量。一般来说，目前的汽车保险杠材料是由PP改造而成，主要有 POE添加或者EPDM添加。质量高的保险杠用进口原装PP，普通的就添加或者全部用进口 PP。二、质量轻。与钢材相比，塑料保险杠的质量只有钢材的六分之一到七分之一，能大大减少汽车自重。三、塑料保险杠加工成型方便。一旦开好一套模具，即可不停地注塑、产能大，而且检测方便快捷。四、塑料保险杠成本低且易控制。从结构上说，保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米左右的冷轧薄板冲压而成U 形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料，采用注射成型法制成。例如标致轿车的保险杠，采用了聚酯系材料并用反应注射模成型法做成。而大众的奥迪、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗入合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出来的保险杠不但具有高的强度和刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装性能好，在轿车上的用量越来越多。尽管塑料保险杠有这么多的优点，但像大型塑料件如汽车保险杠在加工成型时却比较困难，一般多采用注塑的方法；汽车保险杠在注塑的时候也会遇到短射、翘曲、缩水、气纹，气孔，熔接痕、颜色异常等注塑缺陷。从20世纪80年代以来，我国模具工业发展迅速，平均每年的增长速度均为13% ，在1999年我国模具工业产值为245亿，到2000年我国模具总产值为260270亿元，其中塑料模具占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在，历经半个多世纪，从总体来说，各个方面都有了很大发展，模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明，我国模具市场的总体趋势是稳定提升的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将继续高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。这次模具设计总主要运用到热流道注射模具技术, 从 20 世纪 80 年代以来，我国模具工业发展迅速，平均每年的增长速度均为 13% ，在 1999 年我国模具工业产值为245 亿，到 2000 年我国模具总产值为 260270 亿元，其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在，历经半个多世纪，从总体来说，各个方面都有了很大发展，模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明，我国模具市场的总体趋势是稳定提升的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将继续高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。在未来的发展中，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流，这类模具的发展将高于总量发展的速度，其中国产化的占有率也会提高；在塑料模具设计制造中全面推广应用 CAD/CAE/CAM 技术，先进的 CAD/CAE/CAM 技术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用；推广和应用热流道技术、气辅注塑成型技术和高压注塑成型技术，随着生产的快速自动化要求，这类先进的成型技术将得到越来越多的关注和应用；开发新的塑料成型工艺和快速经济模具，随着塑料工业的发展和进步，要求模具的生产周期大大缩短和经济实用；提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率，由于现代工业的分工越来越细，模具行业也要提高模具的标准化，方便模具各零件的生产加工和使用，缩短模具的生产周期；应用优质模具材料和先进的表面处理技术；研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程等。2 塑件结构与成型工艺分析2.1 汽车保险杠模具的设计2.1.1 汽车保险杠的立体示意图图 2.1 汽车保险杠 3D 图2.1.2 汽车保险杠的二维视图图 2.2 汽车保险杠三视图2.1.3 汽车保险杠的结构尺寸特征分析该塑件是前汽车保险杠，其二维图如图 2.2 所示。塑件的壁厚为 3.5mm，材料为改性 PP-EPDM-T10，成型工艺性好，可以注射成型。2.1.4 塑件工艺性分析本塑件是一个宽度1.6米左右，高0.3米左右，厚度2.54厘米之间的汽车后保险杠。塑件整体尺寸较大，无螺纹，所以不需要涉及螺纹设计。这次设计的模具的顶出方式采用简单脱模机构中的顶杆脱模机构。顶杆脱模机构是最典型的简单脱模机构，它结构简单，制造容易且维修方便。目前，PP 汽车保险杠专用材料主要是以 PP为主材，加入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料、色母粒、助剂等经过混炼加工而成。由于塑件较大，注塑过程选用热流道浇注系统，以减少浇口数量以及冷凝料。从参考实体上可以看到，制件合理设置了加强筋。增加了制件刚性，减少变形。制件中加强筋的设计同时能承受较大的顶出力，有利于布置顶杆。同时，加强筋厚度约等于制件壁厚，有利于塑料的充模。2.2 塑料弯管原材料的选择分析2.2.1 塑料的原材料的选择实际生产采用的材质为改型聚丙烯，超强冲击强度 PP。这种材质相近的专业保险杠 PP(聚丙烯) 材料，PP 为结晶型高聚物，常用塑料中 PP 最轻，密度仅为0.91g/cm （比水小）。通用塑料中，PP 的耐热性最好，其热变形温度为 80-100，能3在沸水中煮。PP 有良好的耐应力开裂性，有很高的弯曲疲劳寿命，俗称“ 百折胶”。PP的综合性能优于 PE 料。PP 产品质轻、韧性好、耐化学性好。PP 的缺点：尺寸精度低、刚性不足、耐候性差、易产生“铜害” ，它具有后收缩现象，脱模后，易老化变形。PP 在熔融温度下有较好的流动性，成型性能好，PP 在加工上有两个特点：其一：PP 熔体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降（受温度影响较小）；其二：分子取向程度高而呈现较大的收缩率。 2.2 超高冲击强度 PP 性能指标表2.1超高冲击强度PP材料的技术参数性能参数 测试方法 PP 企业标准 密度（g/CM 3） GB/T1033 0.89-0.93 熔体流动速率 GB/T1033 3-7 (g/10min) 拉伸强度 (MPa) GB/T1040 15.7 伸长率（%） GB/T1040 400 弯曲强度（MPa） GB/T1042 15.7 弹性模量 (MPa) GB/T1042 588 缺口冲击强度 (J/m) GB/T1843 500 3 成型工艺方案的确定3.1 尺寸精度分析该塑件所有尺寸的精度为 IT4 级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看，该塑件的所有壁厚均匀，都为 3.5。m3.2 塑件的体积和质量塑件的工作条件对精度要求较高，根据 PP 的性能可选择其塑件的公差等级为MT4使用ProE 3.0的分析测量实体功能，可以自动计算出制件的体积为体积4223966。3m根据测出的体积，以及制件所用塑料的密度，可以算出每个制件的质量，= =4223.9660.95=4012.7677g 式制M制V（3.1） 3.3 选择注射机按塑化方式(即塑化用的零部件及原理)不同,注射机可分为柱塞式和螺杆式两大类注射机。螺杆式注射机。先是动模部分和定模部分合模，接着注射油缸活塞推动螺杆按要求的注射压力和注射速度将已塑化好的塑料经喷嘴及模具的浇注系统射入型腔，当塑科充满型腔后，螺杆继续对塑料保持一定的压力，促使塑料补充塑件冷却收缩所需之料，同时阻止塑料倒流，经一定时问的保压后，注射油缸活塞压力消失，螺杆开始转动。这时，由料斗落入科简的塑料在料简中塑化。当模具型腔内的塑件冷却定型后，摸具打开，在模具推出机构的作用下，塑件由模具型芯中脱出.柱塞式注射机。由注射机的合模机构带动模具的动模部分与定模部分合模，然后注射机的柱塞将塑料推进到加料筒中，使其熔融成粘流态。在高压下，高速地通过喷嘴和模具的浇注系统进入型腔。充满型腔的熔体在型腔中保压冷却定型。然后，柱塞复位，料斗中的塑料又落入料筒。合模机构带动动模部分把模具打开，由推件板把塑件由型芯上推下 。】【 1模塑设备的选择主要依据注射量，因此需计算塑件的质量，注塑模一次成型的塑料重量( 塑件与流道凝料之和)应在注塑机理论注塑量的 1080之间，这样既能保证产品质量，又可以充分发挥设备的能力，以选在 5080之间为最好。因此，鉴于以上选取思想，本次设计中拟采用 HTF3600X1c 型注塑机，主要性能指标见表 3.1 所示：表 3.1 注射机 HTF3600X1c 有关技术参数技术参数 HTF3600X1c 技术参数 HTF3600X1c最大锁模力 36000KN 最大开合模行程 2250 m模具最大厚度 2100 m模具最小厚度 1100喷嘴圆弧半径 20 喷嘴孔直径 10注射重量 17557g 拉杆间距 2200 20理论注射量 19293 3c注射压力 161Mpa定位孔径直径 315mm 最大注射速度 1779 Sg/3.4 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核3.4.1 型腔数量从注塑容积来看，此注塑机已属于大型注塑机的级别，通过对此注塑机最大注塑容积与制件的体积的比较，模具采用一模一腔的模具结构。本实验采取一模一腔设计。3.4.2 最大注射量校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边） ，通常注塑机的实际注塑量最好为注塑机的最大注塑量的80。所以，选用的注塑机最大注塑量应满足：式浇塑 件机 V8.0（3.2）塑件体积为 4223966 浇铸系统体积大约为 200000 最大注射容积为3mm311811 。很明显该注塑机的注塑量满足要求。33.4.3 锁模力的校核由于型腔平均压力为 50Mpa。A=245771mm3 PA=24577150=7373.31KN 明显小于注射机合模力 36000KN，锁模力合格。3.4.4 注射压力校核 制品注塑压力为70100Mpa，同时较大注塑压力的5点进浇的最大注塑压力约为50Mpa，4点进浇最大注塑压力约为60Mpa， 小于注射机：注射压力 (MPa)：137Mpa,所以符合要求。3.4.5 开模行程校核所选注塑机的模板行程为 2250mm。由于塑件高度只有 310.5mm，加上需要顶出的距离，以及 510mm 的额外行程，仍然小于注塑机的模板行程，故该注塑机的开模行程满足要求。其允许最大模厚最小模厚分别为 2.1m 和 1.1m，初选模具模厚为 1.9m左右，满足开模行程要求。综合以上的校核，所选的注塑机完全符合要求。3.5分型面的选择如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。（2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。（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) 有利于防止溢料。（7) 有利于排气的效果 。】【 2该塑件分型面没有悬念，就选取在塑件投影面积最大处。图 3.1 分型面4 浇注系统设计4.1 浇注系统设计原则塑料制件在注塑成型时，塑料在注射机喷嘴中熔融，经过主流道、分流道，最后通过浇口进入模具的型腔中，经过冷却固化后可得到所需的制件。所以注塑模具的浇注系统是指从注射机喷嘴到型腔的塑料熔体的流动通道。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，占有非常重要的地位，它的设计合理与否对注塑的成型周期和制件质量（几何特征、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。因此，浇注系统的作用是保证塑料熔体顺利、平稳地填充到型腔当中，在这个过程中，把压力充分地传递到各个部位，以便于获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。由于浇注系统在模具设计中的重要地位，所以设计时应遵循如下原则：（1）型腔布置和浇口开设的部位应对称，防止溢料现象的产生；（2）型腔和浇口的排列要合理，尽量地缩小模具的外形尺寸；（3）流程应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大），且应尽量减小弯折，降低压力损失，缩短填充时间；（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；（5）在满足充满型腔的前提下，浇注系统的容积应尽量小，以减少塑料的耗量；（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不应影响塑件的外观。（7）浇注系统的排气要良好，能够顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产成涡流和紊流，并能使模腔内的气体顺利排除 。】 【】 【 1043浇注系统的设计包含了主流道的设计、冷料井的设计、分流道的设计、浇口的设计等。其中浇口又称进料口，是连接分流道末端与型腔入口之间的一段细短的流道（直接浇口除外），它是浇注系统的关键部分。浇口的位置对制件的质量有直接的影响，位置选择不当会产生变形、熔接痕、凹陷等等。所以在一般的浇注系统设计中，浇口的设计要注意以下几点：（1）浇口的位置应使充模的流程最短；（2）浇口的位置应有利于排气；（3）浇口的位置的选择应该避免制件的变形；（4）浇口的位置避免选择在细长薄壁上；（5）浇口的位置设计应该避免产生熔接痕 。】【 5这是传统模具设计的重要设计环节，对于本次毕业设计，采用的是热流道型注塑模具设计，所以浇注系统的设计与热流道系统的设计结合在一起，流道和浇口的直径大小，主流道与分流道的布置等内容将在热流道系统中提及，所以这部分将省略。由于塑件尺寸很大，熔料流程很长，使得前锋熔料到达型腔末端时温度过低。容易产生熔接不牢和充填不足现象。通常注射工艺上会采取增大注射压力的办法来提高熔料的流动性。但是注射压力增大，熔料易粘模，塑件脱模困难，而且在强大的注射压力作用下模具可能会锁不紧，易产生溢料飞边。因此该模具考虑了采用热流道浇注系统。节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。普通浇注系统中要产生大量的料柄，在生产小制品时浇注系统凝料的重量可能超过制品重量。由于塑料在热流道模具内一直处于熔融状态，制品不需修剪浇口，基本上是无废料加工，因此可节约大量原材料。由于不需废料的回收、挑选、粉碎、染色等工序，故省工、省时、节能降耗。注射料中因不再掺入经过反复加工的浇口料，故产品质量可以得到显著的提高，同时由于浇注系统塑料保持熔融，流动时压力损失小，因而容易实现多浇口、多型腔模具及大型制品的低压注射。热浇口有利于压力传递，在一定程度上能克服塑件由于补料不足而形成的凹陷、缩孔、变形等缺陷.热流道注射模在注射成型过程中，浇注系统内的熔料始终处于熔熔状态，流道畅通无阻，压力损失小，熔料易于填充，而且浇注系统不需脱模，在下一次成型时，与从注塑机料筒来的新料一起，再注入型腔，使流道凝料大大减少。4.2 热流道注塑模具技术从 20 世纪 80 年代以来，我国模具工业发展迅速，平均每年的增长速度均为 13% ，在 1999 年我国模具工业产值为 245 亿，到 2000 年我国模具总产值为 260270 亿元，其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在，历经半个多世纪，从总体来说，各个方面都有了很大发展，模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明，我国模具市场的总体趋势是稳定提升的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将继续高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。在未来的发展中，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流，这类模具的发展将高于总量发展的速度，其中国产化的占有率也会提高；在塑料模具设计制造中全面推广应用 CAD/CAE/CAM 技术，先进的 CAD/CAE/CAM 技术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用；推广和应用热流道技术、气辅注塑成型技术和高压注塑成型技术，随着生产的快速自动化要求，这类先进的成型技术将得到越来越多的关注和应用；开发新的塑料成型工艺和快速经济模具，随着塑料工业的发展和进步，要求模具的生产周期大大缩短和经济实用；提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率，由于现代工业的分工越来越细，模具行业也要提高模具的标准化，方便模具各零件的生产加工和使用，缩短模具的生产周期；应用优质模具材料和先进的表面处理技术；研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程等。尽管在很多方面，热流道模具与冷流道模具相比有显著的优点，但热流道模具也存在一些缺点与不足。概括起来有以下几点。（1）模具的总体成本上升。由于热流道模具的元件价格比较贵，所以热流道模具成本可能会大幅度增高。如果制件为小批量生产，成本价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。（2）热流道模具制作工艺要求高。由于热流道模具需要精密的加工机械作保证，所以热流道系统与模具的配合要求极为严格，否则在生产过程中会出现很多严重问题，如喷嘴与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。 （3）温度控制系统的精确要求很高。（4）热辐射难以控制，热流道系统最大的毛病就是流道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。 （5）与冷流道模具相比，热流道模具的生产操作与维修比较复杂，对这方面的技术人员要求较高 。】【 7由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正在我国逐渐推广使用。在 20 世纪 70 年代，我国已经有热流道技术的应用，从 20 实际 90 年代开始，已相继创建了不少热流道装备的经营企业。虽然目前我国的热流道模具技术有了很大的进步，但是在模具设计和模具加工工艺、制造精度、表面粗糙度、加工模具的复杂程度以及模具的制造周期和使用寿命方面等与国外相比差距十分明显。此外，模具工业的整体设备水平也存在相对落后和利用率低、高素质的模具技术人才缺乏等现象。针对当前国内热流道模具存在的情况，我国的热流道模具工业主要发展趋势要包括以下几个方面：热流道元件的小型化、标准化、系列化；提高热流道模具材料的耐磨性和耐热性；4.3 主流道设计本塑件所用的材料为超高冲击强度 PP，根据其流动性特点，主流道设计的主要参数如下：根据塑料模具设计手册初步得型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端孔径：d=10mm喷嘴前端球面半径： =20mm；0R根据模具主流道与喷嘴的关系：； 式m2)(1R0（4.1）； 式)(.5d 0（4.2）取主流道球面半径： R=21mm；取主流道的小端直径：d=11mmm；图 4.1 浇注系统示意图4.2 加热管功率的计算热流道浇注系统如图39所示，主流道和分流道均在热流道板内，在分流道周围钻有4个孔，孔内插入管式加热器，功率为每根1 700W，而且在2个分浇口套外各套一个功率为500W 的螺旋式加热圈热流道板相当于延伸了注塑机喷嘴，使得熔料流程大为缩短，有利于熔料的填充。但是采用热流道浇注系统需配备精确的模具温度控制器，以防止熔料温度过高而烧焦。加热管功率一般凭经验按每kg热流道板需01到015kW之间： TWCP860/t-(21）式（4.3）式中：P加热器功率， kWW流道板重量， kgC钢材比热，碳钢为0115J(kg K)T升温时间，一般取051hT热流道板温度，t室温，4.3 喷嘴热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器，热电偶和浇口。它将熔体输送到模具的型腔中。热流道喷嘴也是热流道系统的购置部件，包括主流道喷嘴和注射点的喷嘴。主流道喷嘴，也称中央喷嘴，有关零件组成部件也被称为主流道杯。主流道喷嘴可直接注射成型塑料制件的型腔，也就是没有分流道和流道板，这种热流道喷嘴被称为单喷嘴。另外一类的主流道喷嘴下游有多个喷嘴注射型腔，这是多喷嘴的热流道系统。本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。另外一种就是注射点的喷嘴，许多场合，这种购置的喷嘴没有浇口套零件，由模具制造者将浇口制造在定模上。不带浇口的喷嘴，有输出的流道，把熔体导入到注射点。喷嘴是热流道系统中的复杂部件，其种类繁多。分类也有很多种，以下是其中一些分类形式：从加热类型分类，喷嘴有外部加热、内部加热、两者混合加热。从功能分类，分主流道喷嘴和注射点喷嘴。从浇口类型分类，有开式喷嘴、顶针式喷嘴、开关式喷嘴和边缘式喷嘴，热流道行业通常以浇口的类型来命名喷嘴。从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴 。】【 8除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等。本文设计的是后者，注射机射来的熔体经过主流道杯送到流道板里面的分流道，后经注射点的喷嘴由浇口进入模具型腔内。从注射点的数目分类，分单喷嘴和多点喷嘴。除了按以上的形式来分类外，还有按喷嘴的流道分类、按浇口布置和喷嘴的壳体分类等等 13。本次设计选用阀式浇口热流道喷嘴MV1560，型号为KBS13，喷嘴的外直径为28mm,喷嘴的流道直径D 为8mm ，浇口直径d为1mm，喷嘴长度L 94mm。图 4.2 热流道喷嘴流道板的喷嘴：缸体和弹簧可置于流道板侧，可直接驱动阀针；热流道系統所独有的一种浇口类型:阀浇口,浇口由气动/液动的阀针控制打开或者开关.成品保压完成后由阀针将浇口封闭,避免成品表面出线明显的痕迹 。 。】【 6针阀式热流道系统的工作原理是：将热嘴及热流道板安装在注射模具上，利用加热的原理，使塑料从注塑机炮筒出来后始终保持熔融状态。其结果是，制品的入水位就好像能直接接触到注塑机的射嘴一样，使成品在脱模时，由于针阀的作用而关闭了喷嘴口，避免出现一条或几条水口，从而无废料产生。 4.4 流道板热流道的流道板是整个热流道系统的中心部件，它的作用是将主流道喷嘴传输来的塑料熔体经流道平衡的输送到各个注射点的喷嘴里面。流道板的结构繁多，而且随着模具行业的不断发展，该部件的技术也在不断发展。流道板常见有管式和板式结构。其中管式流道板虽然体积小、热效率高、防腐蚀，但是需专门设计，而且加工和装配也较为困难。所以常用的是板式结构，而且是外加热的。板式结构的流道板悬架在热板框中，上有定模固定板，下有定模板（有时会在定模板上添加一块板） 。流道板是由电加热器加热的高温器件，四周是低温模板。为了与外界绝热，流道板的上下平面以及它的四周和模板间都有间隙。在模具中央轴线上，流道板与定模板（或附加板）之间配有中心定位销，中心定位销与流道板是紧密配合的。流道板的边缘还设计有止转定位销，它在模板平面的径向，必须有足够的间隙，它只能限制流道板的转动。流道板上的这两种定位销保证了流道板与其他部件的定位精度，保证了流道板与喷嘴的流道的对准，同时防止流道板产成过大的热应力和热变形。热流道板的选择或设计有些基本要求必须满足：对于多型腔的塑料充模要有合理的分配；流道板加热升温较快，且温度控制可靠有效；流道板与模具的绝热良好，且与喷嘴间无熔体泄漏等等 。】【 9为了熔体能平衡地输送到注射点的喷嘴上，流道板上的流道就应该有合理的几何参数，流道的长度和直径首先在满足注射点的数目和排布的情况下，输送熔体的流动速率也要合理。为了实现充模的平衡，可以通过两个途径来实现：（1）通过设计相等的流径长度，给予几何参量的平衡，也就是自然平衡。这种平衡是基于对各注射点流径的排布，对所有的型腔的流道、浇口的长度都是相等的。流道分叉后，常见的有一分二、一分三和一分四，将流道合理的缩小。（2）根据流径长度的不同，以各注射点有相同压力降为基础，对流道截面积进行补偿，也就是流变学平衡。这种平衡相对于自然平衡，流道的长度较短，总的体积较小，因此流道板较简单、体积小、重量轻。用流变学平衡设计流道，其计算结果要在一定的工艺条件下得到。流道板上常见的流道直径为 610mm。流道直径小于 6mm 将使传输压力降过大，流道直径大于 10mm 则会使熔体在流道中花费时间过长，但是大型制件的流道直径有达到 16mm。为了充模的平衡性，流道的直径根据自然平衡的方法来计算。在多层分流道直径计算时，推荐采用下式：式 3/1jjNd（4.4）式中 上游流道的直径；jd下游流道的直径；1j下游流道分支数。1jN4.5 气动系统源装置压缩空气的发生装置以及压缩空气的存贮、净化的辅助装置。它为系统提供合乎质量要求的压缩空气。执行元件将气体压力能转换成机械能并完成做功动作的元件，如气缸、气马达。控制元件控制气体压力、流量及运动方向的元件，如各种阀类（电磁阀，速度控制阀） 。磁性开关气缸组成 : 缸体，活塞，密封圈，磁环（有 sensor 的气缸）原理 : 压力空气使活塞移动，通过改变进气方向，改变活塞杆的移动方向。 磁性开关气缸是指在气缸的活塞上安装有磁环，在缸筒上直接安装磁性开关，磁性开关用来检测气缸行程的位置，控制气缸往复运动。因此，就不需要在缸筒上安装行程阀或行程开关来检测气缸活塞位置，也不需要在活塞杆上设置挡块。气缸如下图所示。它是在气缸活塞上安装永久磁环，在缸筒外壳上装有舌簧开关。开关内装有舌簧片、保护电路和动作指示灯等，均用树脂塑封在一个盒子内。当装有永久磁铁的活塞运动到舌簧片附近，磁力线通过舌簧片使其磁化，两个簧片被吸引接触，则开关接通。当永久磁铁返回离开时，磁场减弱，两簧片弹开，则开关断开。由于开关的接通或断开，使电磁阀换向，从而实现气缸的往复运动 。】【 1图 4.3 气缸4.6 注塑模的热流道系统的装配这次设计的注塑模热流道部分主要由喷嘴，流道板等组成，如图 4.4 所示。图 4.4 热流道系统装配图在模具生产厂家，为了保证热流道系统无塑料熔体的泄漏，各部件之间的装配精度和安装次序都要有很高的要求。下面的装配步骤是大多厂家所执行的。（1）将注射点的喷嘴安装在定模板中，校核所有喷嘴的装配平面高度，公差为0.01mm。（2）磨削支撑垫的高度，公差为0.01mm。（3）在不安放金属密封圈的情况下，试装流道板，校核止转销是否有必需的间隙。如果用螺栓联接的，将流道板固定在定模板上（或附加板上）。（4）用螺栓将垫板固定在定模板上（或附加板上）。（5）配合所有的承压圈，获得制造商推荐的间隙，间隙的大小要根据喷嘴加热后的膨胀系数等来计算。（6）拆卸流道板，在喷嘴上放置金属密封圈，该高度应该高于喷嘴平面约0.3mm。然后再次安装流道板。（如果不安装密封圈，步骤 6 就不执行）（7）固定定模座板。流道板在受热之后会线膨胀，每 100的升温，100mm 就有 0.1mm 的膨胀，如果装配不正确，很容易会产生高压泄料 。】【 135 成型零件结构设计5.1 型芯与型腔的结构设计型芯是用来成型塑件内表面的零件。型芯也有整体式和组合式之分，形状简单的主型芯和模板可以做成整体式，形状比较复杂或形状虽不复杂，但从节省贵重钢材，减少加工工作量考虑多采用组合式型芯。固定板和型芯可以分别采用不同的材料制造和热处理，然后再连成一体。凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式，局部镶嵌式、大面积镶拼组合式和四壁拼合式五种。对于本设计中的后保险杠制件，由于尺寸非常大，对凹模的强度以及刚度都有较高的要求，因此拟选用整体式凹模。以防止模腔在塑料充模或者保压时发生变形。整体式凹模是由一整块金属切削加工而成，整体式凹模的特点是牢固、不易变形。因此对于形状简单、容易制造或者形状复杂，但可以采用加工中心、数控机床、仿形机床或电加工等特殊方法加工的场合是适宜的。近年来由于型腔加工新技术的发展和进步，许多过去必须组合加工的较复杂的凹模现在也可以设计成整体式凹模。这样不仅提高了型腔的强度，而且大大提高了加工精度和塑件的质量。5.2 整体式矩形型腔侧壁厚度计算。理论分析与实践证明，大型模具的刚度是主要问题，而强度是次要问题。故成型件尺寸应以满足刚度条件为前提。聚丙烯所允许挠曲量在003004mm。将侧壁看作是受均布载荷的固定梁模型，由挠度公式可推出允许最小侧壁厚度：式34)/(Ehpca（5.1）式中:A最小侧壁厚度，mmC由 而定的常数h/LE模具材料的弹性模量，mpaP型腔压力， mpaH侧壁内侧边高，mm允许最大挠曲量，mm式)96/2()/L3c44h（5.2） 41.c对于此保险杠模具P=80mpa E= mpa10.25h=310mm L=1614mmmm mm04.a=63.45mm5.3 整体式矩形底板厚度计算式34)/(p(cSEb（5.3）C常数，由底板内壁边长之比 L/b 而定，也可按近似公式计算：式1)/(32)/(c44bLbL（5.4）C=0.0312S=114.6mm5.4 型芯的尺寸计算5.4.1 型芯的径尺寸计算以塑料的平均收缩率为计算基准查表 2-1-2 得塑料公差等级为 MT4 模具制造公差等级为 IT10PP 取平均收缩率 %5.1cp最大磨损量 mc03.式cpsmL)75.(（5.5） 式中：型腔径向尺寸 -塑件外形基本尺寸 mLsLPP 平均收缩率 尺寸公差cp模具制造公差取 =mm6/Ls5.71645.7m2/%.1cpm25.125.763)74/35.1645.( 5.4.2 型芯高度尺寸计算式mcpsmH)4/3(（5.6）s0.2631 0.2mm3.06/ mH3.081).24/3%5.1.1( 5.5 型腔尺寸计算5.5.1 型腔径向尺寸式mcpsmL)4/3(（5.7）式中 为型芯径向尺寸 为塑件内形基本尺寸sLLs5.71605.7mm2./ m25.125.14637)74/3%5.16075.1( 5.5.2 型腔高度尺寸计算式mcpsmh)4/3(（5.8）s0.2637 0.2m./ mh 3.03.016)24/3%5.106370(