汽車護板注塑模具三維設計及制造

馬泉

摘 要：本文分析汽車護板注塑模具的設計和制造，詳細介紹了以UG注塑模為基礎的三維設計方法，并通過數控加工對注塑模具的三維制造過程進行了闡述。設計和制造三維注塑模，可以有效地改進模具的設計和生產效率，縮短模具研制時間，在一定程度上幫助了技術人員。

關鍵詞：汽車護板 注塑模具 三維設計及制造

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

模具設計合理的可能性，主要體現在成型的塑料制品是不是具有良好的外觀質量和精準的成型尺寸。此外，優良的鑄模應具有先進合理的加工工藝，無需干擾裝配，堅固可靠，成型時間短，模具壽命長。模具設計質量直接影響塑料制品的成型質量和生產效率，模具的合理設計，即表示基本已經成功了，剩余部分則應以出色的模具制造技術、先進的數控加工機床、制作模具的技巧和高水平的制造人員為基礎。因此，為了獲得高品質的模具，需要具備業務技能強的設計團隊，縮短首次試模時間，保證塑料質量。目前，在短時間內完成模具設計，不只是基于經驗，還要使用先進的三維軟件設計，以此有效地完成模具設計。

2 塑料制品及開模分析

汽車護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。本產品是一種復雜的彎曲表面，應用三維模擬3D軟件。在塑料制品的模擬過程中，必須要分析拔模，為了防止出現彎曲鉤子，影響脫模，也需要仔細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、側孔等是否足夠，以便可以成功地脫離模具，如果發現問題要及時調整塑料制品，以保證開模沒有問題。由于塑料制品對外觀要求高，在開模前必須確認接頭線的位置，以免出現表面質量問題，導致大量修改或模具作廢，無法及時提交可接受的樣品。此外，應根據產量、機床噸位、材料和結構等要求，編制開模分析表，保證第一次試驗期和開模周期在預計期限內[1]。

3 模具結構設計

3.1 注塑機選擇

注塑機是注塑過程中的重要設備，利用注塑機能夠將原材料加工成各種塑料制品。注塑機主要由注射、合模、液壓和電動系統組成。根據合模的性能，可分為四種方式：1）機械式，機械傳動，保證合模力量，這是比較舊式的合模形式;2）液壓式，氣動油缸確保了合模力，使壓力和位移速度調節方便，通常用于大、中型注塑機;3）機械液壓式，機械式于液壓式連接，液壓缸提供了原始動力，通過傳動裝置實現了穩定狀態，整合了兩種方式的優點;4）電動式，使用交流伺服馬達，提供能量、速度，速度快、精度高、機械噪聲低和低成本，適用于精度注塑。

3.2 建立分型面

根據汽車護板的形狀、最大尺寸和生產量等要素，將模具設定為一個模具對應一個腔，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。由于汽車護板外形比較復雜，需要特別注意向外伸展的方向和曲面尺寸。本設計符合塑料制品曲面分型面的設計，可保證尺寸精度和外觀質量，并有助于塑料制品脫模和頂出。模具的排氣系統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，在其分型表面設計排氣槽，通過頂桿、動模芯及司筒之間的間隙來排氣。

3.3 零件與模架結構設計

在UG軟件模塊中將模芯分成動模芯和定模芯兩部分后，可以確定模架的動模套板和定模套板中間的方孔尺寸，從而基本確定整個模架的尺寸。在UG軟件模塊中完成模架設計后，需要對零件進行詳細設計。一般情況下，應在模具零件上設置參考角，并作參考標記，以便于模具的加工和裝配。在UG模塊中完成所有零件的設計后，需要進行整體檢查，以保證設計的準確性。制品的設計既可以在分型模塊中進行，也可以在模架的裝配模塊中進行。然而，為了優化孔位和細部結構，應將分型模塊的部件裝配到模架中[3]。最后對頂桿孔、司筒孔和螺絲孔的孔位進行設計，孔位設計既要保證塑料制品的穩定可靠頂出，又要避免對澆注系統和冷卻水道的影響。

3.4 澆注系統設計

澆注系統是塑料熔體進入型腔前必須有的一個通道，其通道和注塑設計將直接影響塑料制品的成型質量。一旦不合理地設計了注塑系統，就會出現霧斑、銀絲、流斑等注塑問題，造成塑料制品不能成批生產。根據汽車護板的外觀要求，最終，使注塑系統主要通道為錐形，尖頭5毫米，圓錐角1.5°，分流直徑12毫米。為了防止出現pp型冷卻材料進到型腔，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進入冷料井。整個分流道采用對稱的設置，以確保塑料制品填充均勻。汽車護板模具設計采用了4個側注塑口進膠，注塑口在塑料制品分型面上，使注塑口更容易進行加工，確保加工精度[4]。本項目不斷調整注塑系統的尺寸和位置，并獲得最佳注塑系統。

3.5 冷卻系統設計

冷卻系統的設計質量直接影響塑料制品的成型質量。模具冷卻時間占成型時間的80%-90%。在完全符合模具結構強度的情況下，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，因為冷卻介質太近，容易流動性損壞，導致冷卻效率降低，冷卻水路與塑料表面保持15毫米左右的距離;同時冷卻水路的直徑應盡可能前后一致，保證冷卻介質的平穩流動以及塑料制品的冷卻質量。該設計選擇直徑為12毫米的水路，并在動模芯和定模芯設置25毫米的孔，每個孔都有一個螺旋隔膜，能有效控制模型溫度，從而提高塑料制品的質量，冷卻水路要用防水圈進行密封處理，以防止漏水。最后，使用UG分析軟件計算模具質量約6噸。使用3D軟件，全面設計3d模具，最終設計出一個三維成型的汽車護板注塑模具。

3.6 模具裝配圖與工作過程

根據三維模具圖，首先安裝UG工程圖紙，然后獲得2D裝配圖。通過軟件進行操作，最終完成模具裝配圖。模具所有有效部件的運動必須是平穩可靠的，不應有任何扭曲和停滯的問題，不允許運動的零件，不允許相對運動。模具操作過程：合模、注塑機作用下的塑料熔體，通過注塑口進入動、定模芯的型腔中，直至填滿模具型腔;在壓力和冷卻后，動、定模芯分離，當開模至550毫米后，在注塑機頂出的作用下，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、定模芯合模，完成注塑過程[5]。

4 數控加工

由于汽車護板是汽車內部裝飾的重要組成部分，塑料形狀更為復雜，主要是曲面形狀，其成型技術也比較麻煩，現在僅以定模芯的數控加工為例。為了方便處理和縮短加工時間，使用規格為M16的六角螺釘在定模芯底部的四角，安裝四個墊塊。在加工過程中，將安裝的四個墊板連起來，然后放在數字控制加工中心的工作臺上，并用壓板和螺釘進行固定。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，避免加工參數錯誤造成模芯位移，塑料制品出錯。一旦方案確定，就可以進行數控加工處理，同時也可以設置數控軟件進行加工。

5 優化汽車護板注塑工藝的有效策略

5.1 通過正交試驗法優化注塑工藝

汽車護板模具的設計和加工過程中，確定好材料，結構，設計模具方案后，為了提高汽車護板產品的質量和安全性，為汽車護板注塑工藝進行優化。正交試驗法可以解決汽車防護板的塑料制品，產生變形和收縮質量缺陷，可以更準確地確定塑料制品的尺寸和精度。為了優化汽車防護板注塑過程而進行的正交試驗法，根據實際生產過程，對正交實驗法的參數（模具溫度、熔融溫度、冷卻時間、保持壓力的時間和壓力）進行分析，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，通過科學模擬，對五個技術參數分析其質量的極差和方差的影響[6]。經過多次正交試驗，綜合和分析數據的結果，可以得到，模具溫度和保持壓力時間對產品變形的影響是汽車防護板質量影響中最明顯的，熔體溫度和保持壓力是對產品體積收縮的最大影響。

5.2 通過二階響應面設計法優化注塑工藝

根據二階響應面設計法對汽車護板的注塑過程進行優化，首先建立相應的二階響應模型，并優化塑料制品翹曲和頂出，然后進行方差分析和相關性測試模型。借助等值線圖疊加最佳解決方案，可以獲得最佳參數，用以測量汽車護板翹曲變形量和頂出體積收縮率，以此優化汽車護板注塑過程。

6 結束語

（1）制作的模具合格的可能性，直接影響塑料制品的成型質量，不僅與加工工藝和鉗工工作水平有關，而且由模具設計的合理性來決定。工作人員對模具設計技能的熟練掌握，可提高工作效率和數字控制技術的分析能力，減少人工設計和數字控制錯誤處理，從而，大大減少了數字化控制工作負荷和處理的強度，縮短了塑料制品成型周期。（2）詳細介紹了汽車護板設計的概念和方法，定模芯作為一個例子，對其分型面的數控處理進行分析。經過實際生產檢驗后，模具設計合理，定模芯的數字控制技術可采用，塑料制品質量好。

參考文獻：

[1]曾慧.A立柱下內飾板注塑成型工藝及模具優化研究[D].重慶理工大學，2020.

[2]謝江懷.汽車門內板注塑工藝優化與模具設計[J].內燃機與配件，2019（22）：73-74.

[3]張維合，成永濤，許淑娟，鄧成林.汽車后背門護板熱流道大型注塑模設計[J].中國塑料，2019，33（05）：102-107.

[4]韋鵬，韋頓，韋響，黃靈河.試析汽車門內板注塑工藝的優化與模具設計[J].時代汽車，2019（05）：135-136.

[5]馬彥玲，昶立杰.汽車門內板注塑工藝優化與模具設計[J].內燃機與配件，2017（19）：35-36.

[6]李云義.汽車護板注塑模具三維設計及制造[J].塑料科技，2016，44（04）：81-85.