毕业设计：汽车大灯模具设计及加工大灯装饰框

毕毕 业业 设设 计计 题目名称： 汽车大灯模具设计及加工 大灯装饰框 院 系： 工学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 14401 学生姓名： 聂青云 学 号： 421314401033 指导教师： 王永志 2018 年 4 月 1 日 吉吉 林林 工工 商商 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计 题目名称： 汽车大灯模具设计及加工 院 系： 工学院 专 业： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 聂青云 学 号： 421314401033 指导教师： 王永志 2018 年 4 月 1 日 毕业论文原创性声明毕业论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 年 月 日 汽车大灯模具设计及加工汽车大灯模具设计及加工 摘摘 要：要：模具是加工制造业的核心，在工业生产中有着不可替代的作用。作为塑料制品 不可缺少的制造装备，模具提高了塑件的生产效率，降低了原材料的浪费率，降低了生 产成本，在保证加工质量的前提下能实现批量生产。本论文在介绍了注塑模具行业概况 和发展的前提下，以汽车大灯装饰框模具为例，运用 CATIA 软件进行了模具结构的流程 设计，包括成型零件系统、浇注系统、导向定位系统、冷却系统、排气系统、模具结构 件等，并叙述了成型零件的加工，编制了成型零件的加工工艺规程。论文以学习为主， 初步系统认识了注塑模具的设计及加工过程。 关键词：关键词：注塑模具；设计加工；成型零件；CATIA Automobile headlamp mould design and processing Abstract: Mold is the core of the processing industry and has an irreplaceable role in industrial production. As an indispensable manufacturing equipment for plastic products, molds improve the production efficiency of plastic parts, reduce the waste of raw materials, reduce production costs, and achieve mass production under the premise of guaranteeing processing quality. In this paper, under the premise of introducing the general situation and development of the injection mold industry, taking the automotive headlamp decorative frame mold as an example, the CATIA software was used to design the flow of the mold structure, including the molding part system, the pouring system, the guide positioning system, and the cooling system. , Exhaust system, mold structure parts, etc., and describes the processing of the molded parts, compiled the processing procedures of the molded parts. The paper focused on learning, and initially understood the design and processing of injection molds. Keywords: Injection Molding; Design and Processing; Molded Parts; CATIA 1 注塑模具行业概况和发展趋势注塑模具行业概况和发展趋势 模具技术和材料成型工艺奠定了现代制造业发展的基础。作为重要的制造装备，模 具在工业生产中发挥着重大作用。模具生产具有高效、优质、成本低的显著特点，因此 在汽车、电子、军事和航空领域被广泛应用。这些领域中 70%左右的零部件通过模具生 产，模具成为不可替代的工艺装备。 模具质量的高低，如加工精度和先进程度，在很大程度上决定了产品性能的好坏和 开发产品的能力，模具已成为衡量国家制造能力的重要标志，成为制造业竞争力因素之 一。 1.1 模具在工业生产中的作用模具在工业生产中的作用 模具是由金属、塑料和橡胶组成的高效率工艺装备，可在保证加工质量的前提下实 现快速批量生产。模具实现了少切削与无切削技术，可节约材料，从而降低生产成本。 模具是制造业的核心，在国民经济中占有重要地位。 1.2 国内塑料模具现状国内塑料模具现状 1.2.1 模具质量低模具质量低 与先进国家相比，我国模具技术含量、使用寿命、精度、可靠性和稳定性、型腔表 面粗糙度、生产周期、制造服务等方面还有很大差距。一些大型、精密、复杂、长寿命 的高、中档模具仍需进口。 1.2.2 工艺和精度低工艺和精度低 工艺装备和加工水平落后于发达国家，所加工的零件达不到生产要求。数控机床所 加工的大型模具的动模、定模分型面配模时间，大多数企业需要时间较长，几天，且需 要模具钳工用电磨头打磨，几小时能干完的企业较少。所以，提高工艺加工装备的加工 精度很重要，可缩短模具制造周期，提过模具质量。 1.2.3 企业管理不规范企业管理不规范 企业组织结构不合理，质量体系不健全，没有建立三大规范标准：技术标准、管理 流程标准、工作标准，以行政手段代替技术管理的情况普遍存在。这样导致模具生产成 本高，部门协调力差，制造周期延后。 1.2.4 人才缺乏人才缺乏 模具行业人员流动性大，用工成本高，综合型人才缺乏。 1.2.5 标准件供应不足标准件供应不足 国内模具行业标准不统一，标准件库不完善，各企业没有一致的设计制造标准。 1.3 发达国家模具企业特点发达国家模具企业特点 目前，中国、美国、德国、日本、韩国、意大利的模具产值占据全球的绝对地位， 中国的模具产值最高。发达国家的模具企业规模较小，模具专业化程度高，有以下特点： （1) 产品定位精准， 专业化经营； 既有长期合作的用户， 周围还有协助生产厂家。 （2) 先进的信息管理系统，实现集成化管理； （3) 标准化程度高。通过先进的工艺装备和路线实现零件的精度和生产进度。 1.4 注塑模具设计制造特点注塑模具设计制造特点 （1) 模具产品单一，制造成本高； （2) 模具质量精度高、技术含量高、寿命长； （3) 制造周期短； （4) 竞争激烈：价格、周期。 1.5 模具行业发展趋势模具行业发展趋势 （1) 发展精密、高效、长寿命模具； （2) 研发模具新产品，发展各种简易蜜桔技术； （3) 模具制造向一体化、智能化自动化、高度专业化方向发展； （4) 提高模具标准化、通用化和数字化水平。 2 汽车大灯注塑模具设计汽车大灯注塑模具设计 汽车前大灯装饰框在前组合灯中起装饰作用，位于配光镜内侧，装配在配光镜上， 为外观件。 2.1 装饰框塑件外观要求与结构分析装饰框塑件外观要求与结构分析 2.1.1 塑件塑件 2D 图图 2.1.2 外观和结构分析外观和结构分析 图为某品牌汽车前大灯装饰框零件图，左右装饰框结构对称，材料为 PC 三菱 S300UR+黑色色母，注塑机 1050T，部分区域磨砂处理。塑件尺寸： （） 。装饰框塑件特点： （1) 塑件外形结构复杂，曲面光洁度高，内侧面没有倒扣，左右镜像。 （2) 外观面不允许有浇口痕迹、熔接痕、飞边、缩水等缺陷。 （3) 若表面镀铝，脱模斜度至少为 5 度。 2.2 装饰框注塑模具结构分析装饰框注塑模具结构分析 根据功能和作用的不同，注塑模具的结构分为八大部分：成型零件、导向定位系统、 浇注系统、冷却系统、脱模系统、排气系统、侧向抽芯与分型机构和模具结构件和附件。 本装饰框模具结构为：一模两腔，成型塑件为左右两个装饰框。装饰框尺寸较大， 结构复杂，为保障成型质量和成型周期，模具采用热流道转普通流道的浇注系统。模具 为大型注塑模具，模具外形尺寸： （） ，总重为（） 。 2.2.1 成型零件成型零件 成型零件是决定塑件内外形状和尺寸的零件，通常模具的定模决定了塑件外型，称 为型腔；动模决定塑件内型，称为型芯。动、定模有的是整体的，有的采用镶块，由两 个以上零件组合而成。 本模具分型面复杂，且外观要求高，因此采用分体式定模。为提高模具刚性，减小 模具尺寸，采用整体式动模，将动模板和动模镶件做成一体。 2.2.2 导向等位系统导向等位系统 注塑模具都有相对运动的动、定模，合模时，为了防止成型零件相互碰撞损坏，设 置了导向机构，导向机构分为动模和定模之间的导向机构和脱模系统的导向机构两类。 但导向机构保证不了动模和定模在合模时准确对合和成型塑件形状、尺寸的精度，还需 定位机构来满足。 2.2.3 浇注系统浇注系统 浇注系统是熔融塑料从注塑机喷嘴进入模具型腔所流经的通道， 由主流道、 分流道、 浇口和冷料穴组成。 设计流道时，流道要粗且短，浇口设计成扇形，最小宽度为 30mm，沿分型面搭接 式进料，定模不开浇口，因为浇口切除后，留下的浇口痕迹在动模侧可以处理，定模侧 影响塑件外观。为避免对塑件质量的影响，流道，优先设计成 S 型和圆弧形，避免直冲 型腔。 本模具浇注系统采用“热流道+普通流道”形式，热流道采用单点开放式热射嘴；普 通流道采用“T 型截面分流道+扇形浇口形式” 。 2.2.4 冷却系统冷却系统 冷却系统和加热系统属于模具温控系统。绝大多数注塑模具设有冷却系统，成型特 殊材料的模具需要设置加热元件。温控系统可以将模具温度控制在合理范围内，满足模 具温度对成型工艺的要求，减少成型周期，提高生产效率，保证产品成型质量。冷却系 统零件包括水道、冷却水管、水管接头、分配器等。 汽车前大灯装饰框为汽车外饰件之一，外观要求较高，温度控制系统设计的好坏对 模具成型周期与产品成型质量有很大影响。冷却水道设计原则之一是与型腔面的距离要 尽可能相等，以使模具型腔各处温度大致均匀。因为装饰框外形落差大，本模具温度控 制系统采用了“垂直式水管+倾斜式水管+隔片式水井”的组合形式。见图（） 。这种组合 形式优先采用垂直式水管，其次是倾斜式，万不得已才用隔片式水井。它的优点是塑件 冷却均匀，成型周期短，成型质量高，适用于外观要求高的塑件模具。在汽车注塑模具 设计中，类似于内外饰件模具如汽车前后保险杠、仪表盘、中央通道、门板、格栅和汽 车装饰条等内外塑件，都采用这种冷却系统。 这种冷却系统的设计原则如下： （1) 冷却水道方向与料流方向一致； （2) 动、定模冷却水道优先设计成十字网格形式，冷却回路互相交叉形成水路交 织网，均匀冷却塑件； （3) 在不能设计成十字交叉水路时，动、定模水路在互相有缝隙处交叉布置； （4) 每一组领取额水尽量只设计 4 条循环水路， 避免因水路距离长而影响塑件冷 却效果； （5) 冷却水路要设计成可与另一组水路进行外部接水管连接的方式， 方便后续塑 件因变形、收缩等现象的调整。通过水路调整解决塑件缺陷，在汽车内、外饰 塑件模具上应用广泛； （6) 各冷却水道间隔距离控制在水道的 3.5-5 倍直径（50-60mm） ，塑件胶位面距 离运水的距离一般在 15-25mm 之间，具体根据模具决定； （7) 冷却水道与推杆、斜推杆、镶件之间的距离要保证在 8-10mm 以上，因为模 具大且水道长，容易钻偏； （8) 在汽车模具设计中， 热射嘴尽量要单独设计一组水路， 不能与其他水路串联， 以利于热射嘴区域的热量散失。 本模具冷却系统设计: 2.2.5 脱模系统脱模系统 脱模机构用于开模时将塑件从模具中脱出，又称顶出机构，其结构形式很多，常见 的有顶杆脱模机构、推板脱模机构和推管脱模机构等。 设计汽车注塑模具脱模系统时应注意以下几点： （1) 推杆尽量设计成统一规格，这样可以避免频繁更换钻嘴，节省加工时间和加 工成本。 （2) 所有汽车注塑模具需要设计推杆固定板限位柱，限位柱要优先固定在 K.O 孔 上方或附近。推杆要布置在靠近圆角处、包紧力大的地方。 （3) 大型模具需设计 6 支复位杆和 6 支推杆板导柱，所有汽车注塑模具的定位 A 板与复位杆接触的位置要设计一块比复位杆直径大 2mm 的回复块， 回复块一般 选 45 钢（S50C）氮化处理。推杆板导柱要布置在推出力大的推出元件附近，如 油缸或复位杆附近。 （4) 对于有 GF（玻璃纤维）材料的塑件，其塑件较硬，需要的顶出力大，因此 模具推杆要大，数量要多。 本模具脱模系统采用“推杆+推管+直推块”的结构形式，具体如图 2.2.6 排气系统排气系统 在注射成型过程中，为了将型腔内的空气排出，需设计排气系统，通常是在分型面 上有目的的开设若干条沟槽，或者利用模具的推杆或型芯与模板之间的配合间隙进行排 气。小型塑件的排气量不大，可直接利用分型面排气，不需设计排气槽。 装饰框模具为大型模具，排气系统必须设计。如果排气设计不合理，会出现填充不 满、困气，脱模不顺等缺陷，严重影响塑件产品质量，严重时制品会被烧焦。 本模具排气系统应注意以下几点： 最好开设在分型面上，分型面上的溢料容易清除； 靠近镶件和壁厚最薄处，容易产生熔接线； 优先开设在料流末端与塑件转角位置。 本模具排气槽开设在动模定模的分型面上，如图 2.2.7 侧向抽芯机构侧向抽芯机构 由于制品的特殊需求，而无法避免其侧壁内外表面出现凹凸形状时，塑件不能直接 从模具中脱出，需要采取特殊手段对所成型的制品进行脱模，即侧向分型抽芯机构。通 常把垂直于分型面的开模方向运动转变为侧向运动，传递给侧向瓣膜块或侧型芯，从而 将制 品的侧向凹凸结构中的模具成型零件在制品推出之前脱离开制品， 让制品能够顺利 脱模。 该装饰框侧壁没有凹凸结构，所以模具不用设计侧向抽芯机构。 2.2.8 模具结构件及附件模具结构件及附件 结构件指模架的组成部分和用于安装、 定位及完成各种动作的辅助零件， 如浇口套、 定位圈、内六角螺钉、垃圾钉、吊装螺钉、动定模锁模块、三板模定距分型机构、弹簧、 支撑柱、铭牌，冷却系统的密封圈、管接头、分配器、冷却水管，油缸、电器等。 2.3 装饰框模具工作过程装饰框模具工作过程 熔体经过注塑机注射喷嘴，经热嘴进入模具型腔，熔体充满型腔后，经过保压、冷 却和固化至足够刚度后，注塑机拉动模具的动模固定板，模具从分型面处打开。达到开 模距离后，注塑机顶出系统作用，通过推件固定板推动所有推件将成型塑件推离动模。 塑件取出后，注塑机油缸拉动推件及其固定板复位，动模和模，开始下一次注射成型。 2.4 装饰框模具设计要点装饰框模具设计要点 （1) 电镀件要避免熔接线，否则影响产品外观，浇注系统的设计要避免熔接线， 如果无法避免，熔接线尽量出现在非外观面，浇注系统的设计需经过模流分析 验证； （2) 装饰框表面一般有花纹，模具设计时要考虑花纹深度，否则容易产生流纹； （3) 塑件材料成型工艺范围小，表面容易产生白点且难以控制。浇注系统的流道 要足够粗大，采用扇形浇口，浇口宽度最大尺寸为 35-40mm，利于熔体流动填 充； （4) 装饰框塑件很容易粘在定模上，前期的预防设计一般有： a) 在塑件容易粘模的包紧力大的内侧面设计深度为 0.5-1mm 的倒扣纹，倒扣纹设 计在靠近塑件的圆角处； b) 定模设计弹块机构，塑件外观要求高，不适用与车灯模具； c) 塑件定模包紧力大的地方对应的塑件产品内侧面设计加强筋， 并在推杆上设计倒 扣，避免塑件产生变形。 2.5 模具爆炸图模具爆炸图 2.6 模具模具 2D 装配图装配图 3 汽车大灯注塑模具加工汽车大灯注塑模具加工 新技术不断涌现，传统制造技术不断发展完善，许多手工工艺被电脑所替代。模具 标注件的广泛应用简化了模具零件的制造过程，所以现代模具关键技术是动、定模成型 零件的制造工艺和模具装配工艺。本文将具体介绍装饰框模具成型零件的加工工艺。 3.1 模具制造工艺特点模具制造工艺特点 模具制造工艺是机械制造工艺的分支，所以与机械制造工艺规程的内容、方法基本 相同。但模具是专用精密成型工具，只能进行单件生产，所以其工艺有以下特点： （1) 构成现代模具的零件和部件多采用互换性的标准件。 所以现代模具制造工艺 过程中的突出重点为模具成型件的制造和模具装配。 （2) 模具成型件制造工艺过程的精饰加工（抛光与研磨）工序和模具装配工序， 主要依赖手工作业。手工作业所占工时比例很大，甚至于机加工工时相近。因 此，制定成型件加工工艺规程时，应注意合理提高成型加工件的成型加工精度 及降低型面表面粗糙度，力求减少手工作业工时。 （3) 根据模具成型件结构及其型面制造精度要求高， 需要进行精密成型加工的特 点，采用 CNC 机床与计算机技术组成模具 CAD/CAM、FMS 制造技术，以实现设 计与制造数字化、生产一体化；使工艺内容实现高度集成化，以减少成型加工 误差。这是现代模具制造技术的显著特点。 3.2 装饰框模具工艺规程设计装饰框模具工艺规程设计