汽车坐垫卡扣的注塑模设计大学论文.docx

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汽车坐垫卡扣的注塑模设计大学论文

汽车坐垫卡扣的注塑模设计

【摘要】

近几年，中国塑料行业飞速发展，塑料制品的数量与种类都越来越多，家庭生活中越来越多的人使用了塑料产品，这样一个循环，使得塑料行业发展的越来越好。

近几年，汽车行业也是发展迅速，伴随着中国很多城市的限牌政策，汽车的销量更是倍增，汽车上面越来越多的配件也都是用塑料制成的了，因此本课题汽车坐垫套塑料卡扣也是其中之一。

本课题是一个关于汽车配件产品的卡扣制件的模具设计。

主要研究的是这个塑料产品的模具设计，从实物产品的绘制，然后到模具的分型、型腔确定、模架等，这一系列的设计过程，都是需要借助很多的工具，例如：

CAD、UG等。

本课题的复习了大学学到的很多知识，例如：

机械制图、塑料模具设计与工艺等等。

关键词：

汽车坐垫套卡扣、UG注塑模设计、分型面、三维造型

目录

引言…………………………………………………………………………………………1

一、汽车坐垫套卡扣零件的分析………………………………………………………2

二、汽车坐垫套卡扣在模具的位置分析………………………………………………4

（一）型腔数目及排列方式……………………………………………………………4

（二）分型面的设计……………………………………………………………………4

三、汽车坐垫套卡扣的模具成型设计…………………………………………………5

四、模架及注射机的选择……………………………………………………………9

五、浇注系统的设计……………………………………………………………………11

六、脱模推出机构的设计………………………………………………………………13

七、冷却系统的设计原则………………………………………………………………15

八、模具图………………………………………………………………………………15

总结…………………………………………………………………………………………17

参考文献……………………………………………………………………………………18

谢辞…………………………………………………………………………………………19

引言

模具是在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。

近几年，中国塑料行业飞速发展，塑料制品的数量与种类都越来越多，家庭生活中越来越多的人使用了塑料产品，这样一个循环，使得塑料行业发展的越来越好。

因为塑料行业的飞速发展，是的塑料模具使用率越来越多，塑料模具是制作塑料制品的主要工具，我国塑料模具也在改革开放后得到了飞速发展，现在已经达到了世界领先水平。

近几年，汽车行业也是发展迅速，伴随着中国很多城市的限牌政策，汽车的销量更是倍增，汽车上面越来越多的配件也都是用塑料制成的了，因此本课题汽车坐垫套塑料卡扣也是其中之一。

随着汽车行业的迅速发展，各种汽车用品也陆续进人们的生活中，当然这其中包括汽车坐垫，汽车坐垫安装在汽车座椅中会采用各种各样的连接方式，现在很多汽车坐垫的后座上下垫采用卡扣进行连接，本课题介绍的这种汽车坐垫卡扣在生活中并不是很常见，就顺便给大家介绍介绍，当然本次最重要的是说明汽车卡扣塑料件的注塑模具设计。

一、汽车坐垫套卡扣零件的工艺分析

1、汽车坐垫套卡扣的材料选择

塑料可分为塑料热塑性塑料和热固性塑料，考虑到塑料废旧的汽车坐垫套卡扣应该是可以回收利用的，所以选择热塑性塑料，聚丙烯塑料经常被用作汽车零部件中，而且聚丙烯是一种无味、无色、无毒的塑料品种，它不吸水、光泽好、易着色，熔点为164—170度，所以本次汽车坐垫套选择聚丙烯作为材料。

2、汽车坐垫套卡扣的结构介绍

本次设计的汽车坐垫套卡扣是圆形件，最外形直径为71mm，第二层直径为67mm,圆形腔的尺寸为11mm，圆外壁的尺寸为15.5mm,大椭圆外圈大径为31mm，小径为17mm,大椭圆内圈大径为20mm，小径为16mm,小椭圆外圈大径为24mm，小径为20mm，小椭圆内圈大径为20mm，小径为16mm中间缝隙间距为2mm，厚度为3mm。

汽车坐垫套卡扣的产品如图1-1所示，零件图如图1-2所示。

图1-1汽车坐垫套卡扣的产品图

图1-2汽车坐垫套卡扣零件图

3、模具加工精度分析

根据本课题的实际情况，汽车坐垫套卡扣的材料为聚丙烯，且汽车坐垫套卡扣的精度要求不高，如表1-1所示选用塑料精度等级，因此取公差等级为MT3级精度。

表1-1塑料精度等级的选用

塑料品种

公差等级

标注公差尺寸

未标注公差尺寸

高精度

一般精度

ABS

聚丙烯（PP）

环氧树脂（EP）

聚砜（PSU）

MT2

MT3

MT5

根据表1-2，塑件的公差数值表确定汽车坐垫套卡扣的尺寸精度。

厚度为30-0.12，最外层直径为710-0.46,第二层直径为67+0.460，间隙尺寸为2+0.,200，圆形腔的尺寸为11mm，圆外壁的尺寸为15.50-0.20mm,大椭圆外圈大径为350-0.32，小径为210-0.28,大椭圆内圈大径为31+0.,320，小径为17+0.,200,小椭圆外圈大径为240-0.24，小径为200-0.24，小椭圆内圈大径为20+0.,240，小径为16+0.,180,中间缝隙间距为20-0.12,凸出部分高度为0.50-0.12，另外，汽车坐垫卡扣的技术要求为表面质量要求为无凹痕、起泡、飞边等缺陷。

表1-2塑件公差数值表

公差等级

基本尺寸

＞0-3

3-6

6-10

10-14

14-18

18-24

24-30

MT1

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.14

MT2

0.1

0.12

0.14

0．16

0.18

0.20

0.22

MT3

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.24

0.28

公差等级

30-40

40-50

50-65

65-80

MT1

0.16

0.18

0.20

0.23

MT2

0.24

0.26

0.30

0.34

MT3

0.32

0.36

0.40

0.46

二、汽车坐垫套卡扣在模具中的位置分析

（一）、型腔数目及排列方式

本次设计的汽车坐垫套卡扣是大批量生产的，因此我采用一模六腔的模具形式。

如图2-1所示

图2-1型腔排列方式

（二）、分型面的设计

根据分型面的选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。

该汽车坐垫套卡扣的截面形状比较简单，因此选用如图2-2所示的分型方式。

图2-2分型面

三、汽车坐垫套卡扣的模具成型零件设计

成型零件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸。

在本设计中成型零件就是成型外面的型腔,成型内表面的型芯。

圆形型腔侧壁和底板厚度的计算

圆形型腔是指模具横截面呈圆形的结构，型腔结构可分为组合式和整体式两类

本课题中选择的是组合式圆形型腔

（1）组合式型腔侧壁和底板厚度的计算

根据查书中表6.9矩形型腔壁厚尺寸的经验值可知

圆形型腔内壁直径2r

整体式型腔壁厚s=R-r

组合式型腔

型腔壁厚s1=R-r

模套壁厚S2

—40

20

8

18

＞40—50

25

9

22

＞50—60

30

10

25

＞60—70

35

11

28

＞70—80

40

12

32

因为本塑料卡扣的直径都为71mm，所以圆形型腔内壁直径2r为71mm，因此凹模壁厚S1取12mm，模套壁厚S2取32mm，这样凹模壁厚即为95mm，加上凸台长度，最后长度为99mm，采用一模六腔，间隔600排布，最大长度为345mm,所以模架可以采用4040型模架。

（一）、计算模具成型零件最基本的公式为：

Lm=Ls（1+S）

式中Ls—塑件在常温下的实际尺寸

Lm—模具成型零件在常温下的实际尺寸；

S—塑料的计算收缩率

1、型腔

型腔径向尺寸计算公式

因为本课题塑件尺寸较小，所以查书可知，当塑件制作尺寸较小，精度级别较高时，δz=△/3,此时，x=0.75。

S=（Smax-Smin）/2X100%

式中：

Smax—塑料的最大收缩率

Smin—塑料的最小收缩率

S—塑料的平均收缩率

（LM）+δz0=[（1+S）LS–（0.5—0.75）△）]+δz0 

型腔深度尺寸计算公式

（HM）+δz0=[（1+S）HS-（0.5—0.75）△）]+δz0 

△—公差

δz—模具成型零件制造公差

LS—塑件的径向基本尺寸

HS—塑件的深度基本尺寸

查手册常用塑料的收缩率可知，聚丙烯的收缩率为1.0%—2.5%所以S=0.75%

厚度为30-0.12，最外层直径为710-0.46,第二层直径为67+0.460，间隙尺寸为2+0.,200，圆形腔的尺寸为11mm，圆外壁的尺寸为15.50-0.20mm,大椭圆外圈大径为350-0.32，小径为210-0.28,大椭圆内圈大径为31+0.,320，小径为17+0.,200,小椭圆外圈大径为240-0.24，小径为200-0.24，小椭圆内圈大径为20+0.,240，小径为16+0.,180,中间缝隙间距为20-0.12,凸出部分高度为0.50-0.12，

（LM）1为最外圈直径即71+0.460mm，（LM）2为第二层直径即69+0.460mm，

（LM）3为圆外壁的尺寸即15.50-0.20mm，（LM）4为大椭圆外圈大径即350-0.32mm，

（LM）5为大椭圆外圈小径为170-0.24mm（LM）6为小椭圆外圈大径为240-0.24mm

（LM）7为小椭圆外圈小径为160-0.24mm（LM）8为中间缝隙间距即20-0.12mm

（HM）9为塑料件厚度即30-0.12mm，（HM）10为外表凸出深度即0.50–0.12mm

（LM）1+δz0=[（1+0.0075）X71-0.75X0.46]+0.150 ≈71+0.030mm 

（LM）2+δz0=[（1+0.0075）X69-0.75X0.46]+0.150 ≈69+0.330 mm

（LM）3+δz0=[（1+0.0075）X15.5-0.75X0.20]+0.080 ≈15.6+0.020 mm

（LM）4+δz0=[（1+0.0075）X35-0.75X0.32]+0.110 ≈35+0.130 mm

（LM）5+δz0=[（1+0.0075）X17-0.75X0.20]+0.150 ≈170.050 mm

（LM）6+δz0=[（1+0.0075）X24-0.75X0.24]+0.080 ≈24+0.080 mm

（LM）7+δz0=[（1+0.0075）X16-0.75X0.20]+0.070 ≈16+0.010 mm

（LM）8+δz0=[（1+0.0075）X2-0.75X0.12]+0.040≈1.9+0.070 mm

（HM）9+δz0=[（1+0.0075）X3-0.75X0.12）]+0.040≈2.9+0.080mm

（HM）10+δz0=[（1+0.0075）X0.5-0.75X0.12）]+0.040≈0.45+0.0380mm

型腔的尺寸及其三维设计图如图3-1所示，

图3-1型腔尺寸及其三维设计图

定模板型腔零件图如图3-2所示

图3-2定模板型腔零件图

2、型芯如图3-2所示

型芯径向尺寸计算公式

（lM）0–δz=[（1+Scp）lS+0.75△）]0–δz

型芯深度尺寸计算公式

（hM）+δz0=[（1+Scp）hS+0.75△）] 0–δz

（lM）1为第二层直径即69+0.460mm，

（lM）2为圆外壁的尺寸即15.50-0.20mm，（lM）3为大椭圆内圈大径即350-0.32mm，

（lM）4为大椭圆内圈小径为170-0.20mm（lM）5为小椭圆内圈大径为240-0.24mm

（lM）6为小椭圆内圈小径为160-0.24mm，

（hM）1为外表凸出深度即0.50–0.12mm

（lM1）0–δz=[（1+0.0075）X69+0.75X0.46]0–0.17≈69+0.690mm

（lM2）0–δz=[（1+0.0075）X15.5+0.75X0.20]0–0.07 =15+0.700 mm

（lM3）0–δz=[（1+0.0075）X35+0.75X0.32]0–0.11 =35+0.390 mm

（lM4）0–δz=[（1+0.0075）X17+0.75X0.20]0–0.07 =17+0.280 mm

（lM5）0–δz=[（1+0.0075）X24+0.75X0.24]0–0.17 =24+0.360 mm

（lM6）0–δz=[（1+0.0075）X16+0.75X0.20]0–0.07 =16+0.20 mm

（hM1）+δz0=[（1+0.0075）X3.5+0.75X0.01]0–0.04=3.5+0.030mm

（hM2）+δz0=[（1+0.0075）X1+0.75X0.01）]0–0.04≈0.9+0.080mm

（hM3）+δz0=[（1+0.0075）X1.5+0.75X0.01）]0–0.04≈1.40.080mm

型芯的尺寸及其三维设计图如图3-3所示，型芯在动模板上的位置如图3-4所示

图3-3型芯尺寸及其三维设计图

图3-2动模板型芯零件图

四、模架及注射机的选择

按注射机的额定锁模力进行校核

P（nA+A1）≦FP

式中：

A1—浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2

FP—注射机的额定锁模力，N

A—单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2

P—塑料熔体在型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的80%,MPa。

查手册知聚丙烯的注射压力为70-100MPa,所以取70MP，因为P一般为注射压力的80%，所以P取56M。

根据多腔统计分析,A1是每个塑件在分型面上投影面积的0.2---0.5倍,因此可用0.3A来进行计算。

因为此零件二维图为不规则图形，所以用UG计算其面积约为11659mm2

因此算得

计算：

A=11659mm2

A1=11659*0.3=3497.7mm2

F=56*（6*11659+3497.7）=4113.3KN

根据锁模力的校核，选用的注射机为XS-ZY-1000型螺杆式注塑机（如图4-1所示）。

注塑机参数：

最大开合模行程是700mm，动、定模板尺寸是900X1000mm，拉杆空间是650X550mm，模具最大厚度是700mm，模具最小厚300mm，喷嘴圆弧半径是18mm，喷嘴孔直径是7.5mm。

图4-1G54-S200/400型螺杆式注塑机

根据实际情况，本课题模架型号如下：

AI型4545，模架外形尺寸450×450×325mm定模板厚度是40mm，支撑板厚度是50mm，动模板厚度是40mm，垫块厚度是125mm。

选用4545的模架型腔并没有与模架发生干涉。

图4-2AI型4545的模架

五、浇注系统的设计

浇注系统就是注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。

由于主流道小端的前面是球面，其深度为3—5mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴的球面半径大1-2mm。

其锥角为20—60，小端直径d比注射机喷嘴直径大0.5—1mm。

根据本课题的具体情况和注塑机的参数，选取的主流道参数值具体如下：

小端直径d为8mm，小端深度为4mm,主流道球面的半径为20mm，锥角为30。

根据以上条件查手册选用浇口套

CATALOG_LENGTH=67mm,HEADHELGHT=20mm，CATALOG_DIA=16mm。

然后查手册选择定位圈

2、分流道的设计

本课题的分流道采用平衡式的布置形式，分流道截面形状选择半圆形。

分流道的截面形状及尺寸如表5—1所示。

表6-1分流道截面形状图

分流道截面尺寸视塑料品种、塑料尺寸以及流道的长度等因素来确定。

通常圆形截面的分流道直接为2—10mm。

根据型腔的排列方式可知分流道的长短，（如图5-2所示）为了便于加工，选用截面形状为半圆形的分流道，取R=3mm。

图6-1分流道

3、浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段通道。

查书知：

侧向进料的侧浇口，对于中小型塑件，一般厚度t=0.5—2.0mm，宽度b=1.5—5.0mm，浇口的长度l=0.7—2.0mm,本课题中取t=1.5mm,b=5mm,l=1.5mm。

4、拉料杆的设计

拉料杆的作用是保证模具分型后，凝料系统处于动模一侧，在设计拉料杆时可以根据塑料模具手册上面的经验数据，我选择的是Z型拉料杆，查手册选择公称尺寸d为8.0,公差为H7，S为15的拉料杆。

如图所示：

六、脱模推出机构的设计

塑件在从模具的成型零件上推出，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。

（1）推件力的计算

推件力

式中

—塑件对型芯单位面积上的包紧力，取

；

—塑件对钢的摩擦系数，约为0.1～0.3；

—脱模斜度；

—塑件包络型芯的面积（

）；

所以推杆必须得承受的推出力Ft=1.64X106N

（2）确定推出方式及推杆位置

根据塑件形状，选择截面为圆形推杆,查手册选取推杆头直径为5mm，长度为193mm。

按需要确定单个塑料卡扣的推杆为四根，推杆的位置安装如图7-1所示

图6-1推杆的位置安装图

七、冷却系统的设计原则

冷却系统是使塑料进入模具中可以帮助其快速冷却的装置。

本次设计的产品汽车坐垫套卡扣是属于浅型腔扁平塑件，而且我采用的是侧浇口，所以是采用在动、定模两侧与型腔表面等距离钻孔的形式。

图7-1冷却水路图

八、模具图

模具的总装图及其三维图如图9-1所示

1—定模座板；2—定模板；3—动模板；4—支撑板；5—垫块；6—螺钉；7—定模座板；8—推板；9—推杆固定板；10—推杆；11—拉料杆；12—型芯；13—型腔；14—冷却水路；15—浇口套；16—定位圈。

工作原理：

在模具导柱导套的定位下，模具动模、定模合模，型芯12和型腔13合拢。

塑料粒子从注塑机喷嘴中通过浇口套15进入到模具型腔里面，待保压冷却后，模具打开，动模后退，塑料件包裹在型芯12上，拉料杆11拉住浇注系统凝料，注塑机顶杆推动模具推板8，推板推动模具的推杆10将塑料件推出，然后模具再次合模注塑，循环往复。

图9-1模具总装图及其三维

总结

经历了两个月的奋斗，我终于按时完成了我的毕业设计——汽车坐垫套卡扣的注塑模设计，这使我产生了一种自豪感，很开心。

现在对自己这两个月的经历做个总结。

两个月，我一开始选了很多塑料件，最终我选择了汽车坐垫套卡扣，然后我开始对它进行分析，绘制零件图，之后又完成了分型等其他工作，最后完成了这篇论文。

在这边论文的写作中，我确实用到了学校里面学习的很多知识，我发现学校里面学习的知识还是有一定作用的，我论文的图纸绝大多数都采用了UG进行绘制，这比起CAD来说是简单的多了，为我节省了很多的时间。

我也查阅了很多学校的书籍,例如：

《机械制图》、《塑料模具设计与工艺》等等书籍。

这次毕业论文的完成，我也将我在实习公司里面学到的知识用了进去，我实习的公司是个模具厂，我发现实际生产的模具与我在学校里面学习的模具有着很大的差距啊，我发现学校里面学习的模具很多地方存在不足，在实际生产中还需要增加一些配件才可以运作，这些我都在我的论文中做了一定的说明。

在本次论文的写作中，我与本小组的同学的讨论是分不开的，我们相互交流，共同进步，大家都完成了各自的论文，这是一个双赢的结局。

通过本次汽车坐垫套卡扣的注塑模的设计，我了解到了我在模具这个行业还有很多的知识需要学习，现在的我了解的还是九牛一毛，我会尽我最大的力，去做的更好。

参考文献

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[2]梁士红.UG塑料模具设计综合实训.国防工业出版社.2013年第一版

[3]吴纬纬.UGNX6.0.清华大学出版社.2010年第一版

[4]杨素萍.模具材料与热处理.上海科学技术出版社.2011年第一版

[5]宋杰.机械工程材料.大连理工大学出版社.2004年第一版

[6]刘力.机械制图[M].北京：

高等教育出版社，2004年

[7]齐卫东.简明塑料模具设计手册.北京理工大学出版社.2008年第一版