毕业设计——汽车坐垫卡扣的注塑模设计

1、 汽车坐垫卡扣的注塑模设计汽车坐垫卡扣的注塑模设计 【摘要摘要】 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

2、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 目目 录录引言引言11一、一、汽车坐垫套卡扣零件的分析汽车坐垫套卡扣零件的分析22二、二、汽车坐垫套卡扣在模具的位置分析汽车坐垫套卡扣在模具的位置分析44（一）型腔数目及排列方式 44（二）分型面的设计 44三、三、汽车坐垫套卡扣的模具成型设计汽车坐垫套卡扣的模具成型设计55四、四、模架及注射机的选择模架及注射机的选择 99五、五、浇注系统的设计浇注系统的设计1111六、六、 脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计1313七、七、 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则1515八、八

3、、 模具图模具图1515总结总结1717参考文献参考文献1818谢辞谢辞1919 1引言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

4、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。 2一、汽车坐垫套卡扣零件的工艺分析一、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，

5、它不吸水、光泽好、易着色，熔点为 164170 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 3图 1-2

6、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公差等级标注公差尺寸塑料品种高精度一般精度未标注公差尺寸ABS聚丙烯（PP）环氧树脂（EP）聚砜（PSU）MT2MT3MT5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 3 0 -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.,20 0，圆形腔的尺寸为 11mm，圆外壁的尺寸为 15.50

7、-0.20 mm,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.,32 0，小径为 17+ 0.,20 0, 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.,24 0，小径为 16+ 0.,18 0 ,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 4基本尺寸公差等级0-33-66-1010-1414-1818-2424-30MT10.070.080.090.100.11

8、0.120.14MT20.10.120.140160.180.200.22MT30.120.140.160.180.200.240.28公差等级30-4040-5050-6565-80MT10.160.180.200.23MT20.240.260.300.34MT30.320.360.400.46二、汽车坐垫套卡扣在模具中的位置分析二、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

9、形状比较简单，因此选用如图 2-2 所示的分型方式。 5图 2-2 分型面三、汽车坐垫套卡扣的模具成型零件设计三、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组合式型腔圆形型腔内壁直径 2r整体式型腔壁厚 s=R-r型腔壁厚 s1=R-r模套壁厚 S24020818405025922506030

10、102560703511287080401232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

11、级别较高 6时，z=/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）+ z0=（1+S）LS (0.50.75)+ z0 型腔深度尺寸计算公式（HM）+ z0=（1+S）HS -(0.50.75)+ z0 公差z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 3 0 -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.,20 0，圆形腔

12、的尺寸为 11mm，圆外壁的尺寸为 15.50 -0.20 mm,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.,32 0，小径为 17+ 0.,20 0, 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.,24 0，小径为 16+ 0.,18 0 ,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+0.460 mm ，（LM）2为第二层直径即 69+0.460 mm，（LM）3为圆外壁的尺寸即 15.50 -0.20 mm， （LM）4为

13、大椭圆外圈大径即 350 -0.32 mm，（LM）5为大椭圆外圈小径为 170 -0.24 mm （LM）6 为小椭圆外圈大径为 240 -0.24 mm（LM）7为小椭圆外圈小径为 160 -0.24 mm （LM）8 为中间缝隙间距即 20 -0.12 mm（HM）9为塑料件厚度即 3 0 -0.12 mm ，（HM）10为外表凸出深度即 0.50 0.12 mm （LM）1+ z0= (1+0.0075)X71- 0.75X0.46 + 0.150 71+ 0.030 mm （LM）2+ z0= (1+0.0075)X69- 0.75X0.46 + 0.150 69+ 0.330 mm

14、（LM）3+ z0= (1+0.0075)X15.5- 0.75X0.20 + 0.080 15.6+ 0.020 mm（LM）4+ z0= (1+0.0075)X35- 0.75X0.32 + 0.110 35+ 0.130 mm（LM）5+ z0= (1+0.0075)X17- 0.75X0.20 + 0.150 17 0.050 mm（LM）6+ z0= (1+0.0075)X24- 0.75X0.24 + 0.080 24+ 0.080 mm（LM）7+ z0= (1+0.0075)X16- 0.75X0.20 + 0.070 16+ 0.010 mm（LM）8+ z0= (1+0.0

15、075)X2- 0.75X0.12 + 0.0401.9+ 0.070 mm 7（HM）9+ z0=（1+0.0075）X3-0.75X0.12) + 0.040 2.9+ 0.080 mm（HM）10+ z0=（1+0.0075）X0.5-0.75X0.12) + 0.040 0.45+ 0.0380 mm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 82、 型芯如图 3-2 所示型芯径向尺寸计算公式（lM）0 z= （1+Scp）lS +0.75) 0 z型芯深度尺寸计算公式（hM）+ z0=（

16、1+Scp）hS +0.75) 0 z （lM）1为第二层直径即 69+0.460 mm，（lM）2为圆外壁的尺寸即 15.50 -0.20 mm， （lM）3为大椭圆内圈大径即 350 -0.32 mm，（lM）4为大椭圆内圈小径为 170 -0.20 mm （lM）5 为小椭圆内圈大径为 240 -0.24 mm（lM）6为小椭圆内圈小径为 160 -0.24 mm，（hM）1为外表凸出深度即 0.50 0.12 mm （lM1）0 z=（1+0.0075)X69+ 0.75X0.46 0 0.1769+ 0.690 mm （lM2）0 z = (1+0.0075)X15.5+ 0.75X

17、0.20 0 0.07 =15 +0.700 mm（lM3）0 z = (1+0.0075)X35+ 0.75X0.32 0 0.11 =35 +0.390 mm（lM4）0 z = (1+0.0075)X17+ 0.75X0.20 0 0.07 =17 +0.280 mm（lM5）0 z = (1+0.0075)X24+ 0.75X0.24 0 0.17 =24 +0.360 mm（lM6）0 z = (1+0.0075)X16+ 0.75X0.20 0 0.07 =16 +0.20 mm（hM1）+ z0=（1+0.0075)X3.5+ 0.75X0.01 0 0.04=3.5+0.030

18、 mm（hM2）+ z0=（1+0.0075）X1+0.75X0.01) 0 0.040.9+0.080 mm（hM3）+ z0=（1+0.0075）X1.5+0.75X0.01) 0 0.041.40.080 mm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 9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四、模架及注射机的选择按注射机的额定锁模力进行校核 10 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，NA 单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2 P 塑

19、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

20、）。注塑机参数：最大开合模行程是 700 mm，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 4-1 G54-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 450450325mm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。 11选用 4545 的模架型腔并没有与模架发生干涉。图 4-2 AI 型 4545 的模架五、浇注系统的设计五、浇注系统的设计浇注系

21、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 35mm，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 122060 ，小端直径 d 比注射机喷嘴直径大 0.51mm。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,HEAD HELGHT=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

22、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 51 所示。 13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 210mm。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=0.52.0mm，宽度b=1.55.0mm，浇口的长度 l=0.72.0mm,本课题中取 t=1.5mm,b=5mm,l=1.5mm

23、。4、拉料杆的设计 14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 )sincos( ApFt式中 塑件对型芯单位面积上的包紧力，取；paP77102 . 1108 . 0 塑件对钢的摩擦系数，约为 0.10.3；脱模斜度；塑件包络型芯的面积（） ；A2mm所以推杆必须得承受的推出力 Ft

24、=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， 15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：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 16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