制动转杆塑料模具设计与制造.docx
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制动转杆塑料模具设计与制造
毕业设计（论文）
题 目：
制动转杆塑料模具设计与制造
系（部）：
机械与汽车工程学院
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
2015年4月22日
摘要
本课题是以制动转杆塑料模具设计与制造课题为背景,重点研究了制动转杆塑料模具的设计。
制动转杆模具设计主要包括模架的选择、模仁的设计、水路的设计、顶出机构的设计、注塑机的选择等。
利用AutoCAD、UG、CAE软件对制件和模具进行分析,并绘制装配图和零件图。
此外还对模具的制造部分进行了介绍与分析。
此外，还对热流道浇注和模具制造部分进行了相关的介绍。
关键词：
制动转杆塑料模具、塑料成型、热流道模具设计、加工工艺。
Abstract
Turnthistopicisbasedonthebrakeleverplasticmolddesignandmanufacturingprojectasthebackground,theresearchismainlyfocusedonthebrakeleverplasticmoulddesign.Turnthebrakelevermolddesignmainlyincludestheselectionofthedieset,thedesignofthemouldkernel,thedesignofthewaterway,theejectiondevicedesign,selectionofinjectionmoldingmachine,etc.ByusingAutoCAD,UG,CAEsoftwareforpartsandmouldwereanalyzed,andtheanddrawtheassemblydrawingandpartdrawing.Inaddition,partofthemanufacturingthemoldareintroducedandanalyzed.Inaddition,thehotrunnergatingandmouldmanufacturingpartsisintroduced.
Key:
turnthebrakeleverplasticmold、plasticmolding、hotrunnermolddesignandprocessingtechnology.
前言
本课题研究的是制动转杆塑料模具设计与制造，制动转杆用于汽车门锁之中，对零件的精密度有着很高的要求。
本设计是在学完专业基础课程（包括基础知识课和专业知识课）以及一学期工厂实习之后，进行的最后一次总体学习设计的综合练习。
通过运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，到达巩固、加深和扩大所学知识的目的，同时结合工厂项目开发流程进行设计，使之进一步了解和掌握岗位技能。
嘉兴和新精冲科技有限公司，公司于2002年2月开始筹设并兴建厂房，抵触长三角经济区核心地带，2003年1月化学镍生产线开始量产。
在2005年9月通过TS16949认证，2007年增设焊接设备，2008年扩增汽车零件冲压设备，2013年8月增设热处理设备。
投资额2,820万美元，注册资金2320万美元，占地80余亩，现有员工1000余人。
主要冲压设备有：
瑞士、日本、台湾等地精冲冲床34台；德国精密研磨设备6套，德国热处理设备3套，全自动化焊接线2条，化学镍生产线2条等。
主要业务有精密冲压、热处理、化学镍表面处理、模具加工、单面研磨、双面研磨等精密工艺，其他服务项目有3D逆向工程、转图档服务，光谱分析，材料分析，三次元量测等服务。
主要产品有硬盘零组件、机车零件、汽车零件、各种精密齿轮、工业零件等产品；在电子领域的主要客户有MMI,Seagate，SAE，Samsung,TDK在汽车领域也有不同凡响：
VW,Honda,TRW,Magna,INTEVA,ZF,LINAMAR。
公司已通过IS09001以及QS9000认证，并在2005年8月通过ISO/TS16949认证，同年10月获得“浙江高新技术企业”殊荣。
公司正在透过不断教育训练的方式追求做到更好。
1.塑件成型工艺分析
1.1.塑件的设计要求
所需要的材料:
PA66-70G43，黑色；
产品的轮廓度的要求的公差是0.2；
产品外观不允许有熔接痕；
产品中心孔靠破点不能封胶。
（增加产品图2D和3D）
1.2分析塑件的成型工艺参数
注射成型工艺条件主要指成型的温度、时间以及压力的作用。
1.2.1温度（材料的物性表）
料筒温度：
料筒加热塑料的温度不能超过塑料的分解分度；柱塞式注塑机的料筒温度一般要比螺杆式注塑机高10℃～20℃；对于结构复杂、型腔较深、薄壁以及带有金属嵌件的塑件，料筒温度要高些。
喷嘴温度：
通常喷嘴温度比料筒温度低。
在实际生产中可根据经验数据，结合实际条件，初步确定适当的温度，然后通过塑料的熔体的“对空注射法”和“制品直观分析法”进行检查，进而对料筒的喷嘴温度进行调整，一边确定最佳的料筒和喷嘴温度。
模具温度：
模具必须保持一定的温度。
这个温度应低于塑料的玻璃化温度，以保证塑料熔体凝固定型和脱模。
模具温度的选定主要决定于塑料的特性塑件的结构与尺寸、塑件的性能要求以及成型工艺条件；还要根据塑件的壁厚选择，壁厚大的，模具温度一般较高，以减小内应力和防止塑件出现凹陷等缺陷。
1.2.2压力
塑化压力：
塑化压力又称背压，指采用螺杆式注塑机时，螺杆顶部的塑料熔体在螺杆转动后退时所受到的压力。
背压的大小可以通过液压系统中的溢流阀来调整。
注塑压力：
注塑压力的大小取决于塑料品种、注塑机类型、模具结构、塑件的壁厚和流程及其他工艺条件，尤其是浇注系统的结构和尺寸。
但熔体黏度高和冷却速度快的塑料以及成型壁薄和长流程的塑件，不采用高的注塑压力。
1.2.3作用时间
周期：
完成一次注塑成型过程所需要的时间。
成型时间
以下表1-1试模报告可用作T0试模,具体可根据实际进行调整:
表1-1试模报告
1.3估算塑件的体积和重量
图1-1塑料转杆
经过三维软件UG6.0测量，得出产品的体积为V=1491.8920mm³≈1.49cm³
经过计算，可等M=ρ*V=1.51g/cm³*1.49cm³≈2.25g
1.4了解CFTC的现场生产条件
目前CFTC包塑课所拥有的设备：
2台85T立式注塑机；
1台110T角式注塑机；
3台120T立式注塑机；
1台160T立式注塑机；
2台无损涡流检测设备；
1台3D影响测量仪（既可用来做逆向工程）
以上为CFTC包塑课的现场生产条件，已满足本产品生产的所需的生产设备以及检测设备。
2模具的结构方案设计
2.1确定型腔数量以及布局形式
2.1.1按注塑机的最大注射量确定型腔数目：
本产品选择在CFTC的包塑课V3-2R-120T-3机台上生产，该注塑机的最大注射量为106g（该机台的最大注塑量用聚苯乙烯密度为1.06g/cm³表示）。
因为
注：
——模具浇注系统中凝料的体积
——注塑机的最大注塑量
——单个塑件的最体积
——注塑机最大最大注塑量的利用系数，一般取0.8
经过测量，产品的最大外形尺寸为48.4612*14.6060*11.50mm，因为采用热流道浇注系统，所以
为0。
所以
由于客户要求，该产品所使用的模具是一模四腔，且满足上述条件。
综上所述，最后该模具的型腔数为4穴。
2.1.2确定型腔布局形式：
因为该模具采用的是一模四腔，综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素拟采取图2-1所示的型腔排列方式。
该型腔排列方式的最大优点是去除浇口方便且不影响塑件的外观质量，既能保证塑件的质量也有利于型腔内气体的排出。
图2-1型腔排列
2.2选择分型面
分型面的选择应考了吧以下几项基本原则：
便于塑件的脱模：
分型面要取在塑件的最大截面处，使塑件顺利脱模。
开模时塑件应尽可能留在下模内
要保证塑件的质量：
1）分型面的选择要满足塑件表面质量的要求，尽量寻在不影响塑件外观的位置。
分型面的选择要有利于模具的排气，防止气体留在塑件中而不影响熔体流动及塑件质量。
2）分型面的选择要保证塑件的精度要求。
3）分型面的选择要考虑到塑件的使用要求。
4）分型面的选择要有利于防止溢料并考虑飞边在塑件上的部位
5）分型面的位置要有利于简化模具结构
6）尽量使成型零件便于加工
根据本产品的外观，在塑件的表面有缓冲孔（如下图2-2所示），分型面的选择要尽量选在不影响产品缓冲孔的外观的位置。
图2-2
综上所述，针对本产品，分型面的选在离产品上表面0.75的位置即塑件与五金件的封胶位置，如下图2-3所示（红色为产品的分型面位置）：
图2-3分型面
2.3确定浇注系统与排气系统
2.3.1确定浇注系统
为了节约原材料，控制成本，注塑本产品采用潜伏式热流道浇注。
热流道浇注是利用加热或绝热的方法，使注塑机喷嘴到型腔入口这一段流道中的塑料一直保持熔融状态，从而在开模时只需取出塑件，不用取出流道凝料的一种热塑性塑料注塑成型方法。
采用潜伏式热流道注塑，浇口设在塑件侧面不影响外观的隐蔽部位，因而不会影响塑件的主要外观面。
另外，浇口选在产品的侧面，有利于型腔内气体的排出，从而减少产品在生产时的不良率。
浇注采用热流道，大幅度的降低了塑件成型的成本，提高了生产效益。
如下图2-4为本产品模具所采用的浇口形式，图2-5为本产品模具的浇注系统示意图。
图2-4浇口
图2-5浇注系统
2.3.2确定排气系统
产品在注塑成型的过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发的气体，而本产品的最大外形尺寸为50*12*11.5mm，单靠分型面不能充分的进行排气，所以还需在模具的下模开设排气槽。
为了能够排进模腔内的其他，特将排气开设成如下图2-6所示，并且也是模具比较美观。
图2-6排气槽
2.4选择推出方式
推出机构的设计原则：
1．结构可靠。
推出机构应工作可靠，运动灵活，制造方便配换容易，机构本身要具有足够的刚度和强度，足以克服脱模阻力。
2.保证塑件不变形、不损坏。
3.保证塑件外观质量良好。
要求推出塑件的位置应尽量选在塑件内部或对外观影响不大的部位。
4.尽量使塑件留在下模一边。
因为利用注塑机顶出装置来推出塑件的推出机构较为简单。
本产的体积相对较小，最大外形尺寸为50*12*11.5mm。
综上所述，本产品的模具采用推杆推出机构。
采用6支小顶针将塑件顶出，如下图2-7所示为6支小顶针在塑件表面的位置。
图2-7顶针位置示意图
推杆推出机构是脱出机构中最常见的一种形式，它具有简单、灵活的特点，但存在着因为与塑件接触面积小，易损坏塑件的风险。
2.5模具加热与冷却方式
2.5.1模具加热
塑件成型工艺过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、塑件的定型、成型周期和塑件质量。
模温过低，熔体流动性差，塑料成型性能差；模温过高，成型收缩率打，脱模和脱模后塑件变形大，并且易造成溢料。
在本产品生产时，模具的加热使用模温机。
由于该产品使用的材料为PA66-70G43,在产品中加入了30%的玻纤,材料的流动性不是很好,根据材料的物性表以及供应商提供的参数,将模温控制在80-100℃之间。
2.5.2冷却方式
模具的冷却就是将熔融塑料传给模具的热量尽可能迅速的全部带走，以缩短成型周期，并获得最佳的塑件质量。
模具的冷却方式有：
水冷却、空气冷却和油路冷却等。
因为考虑到本产品的精密度与生产年限，采用油路冷却。
若采用水路冷却，生产时间一长，假设模具保养不及时，水垢可能会使冷却管道堵塞，从而影响产品的质量；并且水路加温慢，不稳定，生产时也会影响产品的质量。
而采用油路冷却，可以把模温机产生的热量散点，达到一定的温度后就会开始降温冷却，使产品冷却。
如下图2-8为本次设计所采用的冷却系统的结构，采用这样的结构，能够使产品在注塑过程中减少冷却时间，提高生产效率。
图2-8-a冷却系统
图2-8-b冷却系统
2.6确定成型零件的结构形式
2.6.1动模的结构设计
本设计中，模具采用一模四腔的结构形式，考虑到加工的难易程度和材料的价值利用等因素，采用镶嵌式结构，其结构形式如下图2-9所示。
图2-9
2.6.2定模的结构设计
定模模主要是与下模相结合构成模具的型腔，如下图2-10所示。
图2-10
3.模具设计的相关计算
本设计采用平均值法进行型芯和型腔工作尺寸的的计算,具体计算如下:
本产品所采用的材料是PA66-70G43,收缩率为0.2%-1%，去中值，则产品的收缩率为0.6%。
3.1型芯和型腔工作尺寸的计算
3.1．1型腔工作尺寸的计算
经过测量，产品的最大外形尺寸为48.4612*14.6060*11.50mm。
其中，
因为
所以
其中
所以
3.1.2型芯工作尺寸的计算
因为产品中心孔的尺寸为
所以：
因为
所以
3.1.3型腔深度与型芯高度的计算
因为产品的最大外形尺寸为48.4612*14.6060*11.50mm
所以：
因为
所以
3.2加热与冷却系统的确定
3.2.1加热系统
本塑件在注塑要求精度较高，且为了保证产品的注塑工艺的稳定，需要采用模温机，。
根据PA66-70G43材料的物性表以及供应商提高的建议参数，综合机台的实际生产，把模温机的设定温度设定在80℃。
3.2.2冷却系统
由于本产品是汽车门锁上的配件，所以对产品的尺寸精度以及工艺稳定性有较高的要求，经过全面考虑，采用油路冷却。
油路冷却可以把模温机产生的热量散点，并且在达到一定的温度，开始降温冷却，可以使注塑过程中工艺保持稳定。
水路冷却，不但加温慢，也是工艺不稳定，在模具中，使用时间长了，容易产生水垢，使冷却水管堵塞，起不到冷却的效果。
二、模具加工工艺编制
1．动模的加工工艺编制
表2-1动模加工工艺（增加2D图片，标示清楚的）
序号
工序名称
工序内容
1
下料
200mm*150mm*25mm
2
锻料
锻至尺寸150mm*100mm*20mm
3
热处理
退火至180~200HBW
4
铣
铣六面尺寸至147mm*95mm*17mm
5
平面磨
磨六面至尺寸146.5mm*93.5mm*16.5mm
6
钳工
划线
7
数控铣
按图纸要求铣型腔，长、宽到要求，深度到4.20mm。
铣流道和浇口，除其深度按图样相应加深0.26，其余按图样要求。
8
钳工
研光型腔和浇口流道Ra=0.2~0.4
9
热处理
淬火至53~58HRC
10
平面磨
按图样磨尺寸到达要求，注意保证各面垂直，垂直度0.02mm/100mm
11
成型磨
按图样磨型腔尺寸达到要求
12
钳工
将本件压入动模固定板
13
平面磨
与动模固定板配磨，使本件与动模固定板上下齐平，且是型腔深度叨叨要求
14
钳
研型腔达Ra=0.1mm,研浇口到Ra=0.8mm
注：
定模的加工工艺与动模类似
2.定模固定板的加工工艺编制
序号
工序名称
工序内容
1
下料
切割钢板至尺寸275mm*305mm*45mm
2
刨
刨六面至尺寸271mm*301mm*41mm
3
热处理
调质：
20~25HRC
4
平面磨
磨六面至尺寸270mm*300mm*40mm,保证侧面及上下平面垂直，垂直度0.01mm/10mm
5
钳
划线
钻穿线孔
6
线切割
按图纸要求切150mm*100mm*120mm的方孔
7
铣
按图样铣工件，使尺寸到达146mm*93mm*16mm
8
钳
与下垫板配合加工
9
铣
模具组合相关零件，将相关零件铣刀相应的尺寸
注：
动模固定板的加工工艺与定模固定板的加工工艺类似
三、模具图及其动作过程
1.模具装配图
见附录
2.模具非标零件图
由于模具上,直接与五金件接触的中心柱为易损件,所以采用镶嵌式,详图见附录
3.动作过程
1）清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。
2）因本模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。
现在注射机下面两根导轨上垫好木板，模具从侧面进入机架件，定模入定位孔，并方正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，应保证开闭模具是平衡、灵活、无卡住现象，然后固定动模。
3）调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。
4）慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。
开闭模具观察顶出机构运动情况，动作平衡、灵活、协调。
5）模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距预订温度20~30℃时，即可校正喷嘴与交口套的相对位置及弧面接触情况，可用纸片放在喷嘴与交口套之间，观察两者接触印痕，检查温和情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射定位螺钉，紧固定位。
6）开空车运转。
四、设计总结
常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD软件就是一例，新的工具的利用，提高了工作效率。
以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。
软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
模具CAD技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。
最后，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：
充分利用CAD技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。
同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。
致谢
在本次设计中，我的指导师给了我很大帮助，在此向他表达感谢。
历经这几个月的不停的努力，毕业设计终于完成了，它不仅是毕业前的最后一次超大型作业，更是一次实践的过程，我在这个过程中也积累了很多经验。
老师渊博的知识，诚恳的为人，以及对我的严格要求和他严谨的作风都给我留下了很深的影响。
在设计中，过老师给了我很大的帮助我，给我很大的鼓励，并在很需要的时候，能给我提供丰富的参考内容，在这里我非常谢谢过老师。
在这段时间内，同学老师们积极互动，指导老师为指导我的设计付出了汗水，再次感谢您的无私奉献。
我认为这次的毕业设计对我个人而言不仅仅是一个很好的锻炼，更为我踏上社会铺上了一条宽广的道路。
在这次毕业设计即将结束之际,再次感谢我的指导老师，还有所有帮助过我的同学以及朋友。
参考文献：
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