摘要 ：模具本质上是一种工具，通过合理使用模具可以完成不同功能需求和形状要求的制品成型。以原料和成型方法划分的话，模具由金属压铸模具、玻璃模具、塑料模具、金属冲压模具等共同构成。目前，模具制造业在第二产业中的发展愈来愈好，源于大部分工业品、生活用品都需要模具进行制造。站在高分子材料加工领域而言，对塑料进行加工的模具为塑料成形模具。基于以上研究背景本文以汽车格栅为产品，对其模具进行设计以及装配问题进行分析。

关键词：格栅；塑料；模具

1.绪论

1.1选题背景目的及意义

塑料制品由于便捷性和廉价性的优势在我们的日常生活中的普遍使用，与此同时，在制造业企业中也开始越来越普及。若生产某种塑料材料是，必须确定其加工工艺，然后去慎重选择合适的塑料模具。塑料制品的质量是否合格与塑料模具的选择息息相关。首先，模具主要包括流道、分型面、浇口位置、脱模方法、冷却系统等部件。然后，在塑料零件加工过程中，必须严格设计塑料模具的结构，以方便塑料零件的成型。最后，塑料模具的设计还应考虑塑料成型所涉及的资本投资，一般来说，简单结构模具的资金投入不高，结构复杂的模具加工具有较高的资金投资[1]。

在模具的生产中，最重要的影响因素主要是良好的设备、正确的加工方法和合理的模具。此外，如果全自动设备要高效，就要配置合适的自动化生产模具。需要注意的是，无论在更新塑料零件的尺寸和结构之前，都必须更换新的模具，只有这样才能顺利制造塑料零件。

当今社会，塑料零件主要以模具的形式生产。与其他材料产品相比，塑料制品的生产成本较低。成型设备的确定在塑料制品的生产过程中尤为重要，成型塑料件的质量是否合格更是由模具成型设备的质量所确定的。必须改进模具生产技术的关键主要在于提高塑料制品的质量，。通常使用地区和国家的大型塑料模具的制造水平来确定工业化程度。

1.2国内外研究现状

工业生产的体系日益庞大，拥有着各式各样的工艺装备，可谓是百花争灿。其中，塑料模具在工业生产中尤为重要。塑料模具在工业生产中的发展很大程度上与国民经济有关。在工业生产中，模制零件通常以塑料模具的形式制造[2]。具有相当规模的企业在通过模具加工制造产品时，带来了特别可观的净利润。

与其他国家相比，中国生产的模具总数可跻身世界前三。但是，中国的设计和制造水平较低，相比之下，它远远不如其他国家。国产模具的标准化发展有待不断提高。发达国家的模具价格会比较高，但中国的模具价格要差得多，甚至不到其价格的三分之一。如今，工业发达国家正在加快向中国转移模具的步伐，以抢占更多的国际市场。现如今的背景下，大部分国家海在实行贸易保护，但是国内一直在持续推行经济开放的政策，所以，有很多的外国模具制造商将视野逐步看向中国的市场，选择在国内进行模具的投资发展，此现象快速的推动了国内制造业的全球化发展。在与其他国以及地区保持贸易交流及合作的过程中，我国的模具行业得到了飞速的发展。

2.塑件成型工艺的可行性分析

2.1原材料分析

低密度聚乙烯（Lowdensitypolyethylene）其缩写为LDPE。首先，作为热塑性塑料中的一种，LDPE的平均成型收缩比为2.5％，选择脱膜斜度为35′。LDPE的颜色为乳白色，无毒无味。其次，低密度聚乙烯其密度为0.92g/cm^3，这种类型的聚乙烯具有一定的刚度，具有三大特点，一是抗冲击;二是灵活性;三是透明度。此外，与其他原材料相比，其强度低于大型塑料部件，并且表面硬度不高。它还具有良好的耐水性，虽然没有优良的透水气体性能，但它用作汽车格栅注塑材料，具有良好的有机蒸气性能和透氧性，足以胜任。LDPE具有良好的绝缘性能，在常温下不与其他材料混溶，对不同浓度的酸碱溶液也具有良好的耐腐蚀性。在光、热、氧等外力的作用下，其老化速度会加快[3]。使用LDPE的温度约为80°C。而且它还具有良好的耐寒性，甚至在温度达到-60℃时，力学性能仍会良好。因此本次汽车格栅注塑模设计选用低密度聚乙烯作为注塑原材料。

格栅尺寸较大长度为1165mm，宽度182mm，深度155.5mm，与其他普通塑料零件相比，可以发现汽车格栅的尺寸大而复杂，并且存在倒扣结构。但是，这种类型的塑料零件对表面精度要求不高，也不需要严格要求尺寸公差。由于塑料件的壁厚不大，同时非常均匀，因此适合模具生产。

2.2塑件的壁厚分析

对于汽车格栅塑料零件，其质量会受到壁厚的影响，如果壁厚过高，那么会导致原材料的浪费，而且还会延长冷却时间，导致塑料零件产生气泡和变形[4]。一般情况下，为了保证塑料件符合机械性能要求，壁厚值不宜过高，以降低生产成本，同时减少塑料件成型的冷却时间，从而提高生产效率。因此，汽车格栅注塑模具设计选用的塑料件壁厚为2mm，这是满足塑料件成型厚度要求的最小壁厚值。

3.方案的确定

3.13D打印技术

在本次外汽车格栅注射模设计过程中，采用3D打印技术进行辅助设计。

本次设计汽车格栅存在多个网格以及镂空结构，采用3D打印技术作为辅助工具，可以根据计算机仿真结果对零部件结构进行更好设计，方便更好地设计并完成本次模具设计。

3.2模架的选择

模架的选择主要取决于塑件的大小，由于模具带有镶件，所以在计算时按照带模仁的模架选择方式计算。选择模架前需要先计算出塑件的最大投影面积因为一模一腔的设计，投影面积只需要计算型腔尺寸，再通过查表确定尺寸A、B、C、D，再通过计算求出模具的宽度（W）和长度（L），最后选择模架型号为DC90160-130×90×200GB/T2555-2006

3.3设计方案及工作原理

本设计采用为一模一腔的热流道潜伏式浇口侧进胶单分型面的注射模。优点在于热流道成型后塑件质量高，废料少，缺点是热流道制造成本高。

工作原理：模具安装在注塑机上，模具的定模部分会固定在注塑机的定模板上面，动模部分则固定在注塑机的动模板上。合模以后，注塑机会通过喷嘴将熔料通过热流板中，然后通过浇口注入型腔中，经保压、冷却等过程以后，塑件成型，此时注塑完成。开模后，汽车格栅塑件会保留在型芯上，开模停止，在注塑机的顶出作用下，推板会推动斜顶以及推杆推动推块将塑件从型芯上推出，完成脱模动作。合模时，随着分型面的闭合，同时复位杆也对顶杆进行复位。

4.注塑机的选择

基于UG软件可得汽车格栅塑件的体积Vn=660cm3，LDPE密度为0.92/cm³（取常用值），所以产品质量M=693g。注塑废料按照塑件体积的0.2倍来计算，即注射量V=（1+0.2）nV=792cm³。初步选择了注塑机的型号XS-ZY-2000/600。

5.注射模具结构设计

5.1热流道的选用

热流道模具是一种使用加热装置将流道中的原材料保持在熔融状态的模具[6]。热流道周围会有加热棒和加热环，使流道中的原料保持在熔融状态，停机后无需打开流道取出冷凝水，然后启动机器只需要将流道加热到相应的温度并继续工作。

热喷嘴一般包括开放式和针阀式两种形式。热流道形式的选择与热流道系统的选择和模具制造密切相关，热流道模具与传统模具相比，可以实现更多的节省原材料，缩短成型周期，提高自动化程度，因此热流道模具广泛应用于模具制造行业[7]。

本此汽车格栅注射模设计浇注系统采用整体式热流道系统，热流道系统装拆方便，加工精度要求不高，装配精度可靠。并且后续不需要重复拆装以及维护和修理成本低。

5.2脱模机构的设计

脱模是将塑料制成品从模具中取出来的过程，脱模机构包括零件、固定板、推板等内容。推板又包括固定板和复位部分[8]。

5.3推板机构具体设计

本次汽车格栅注射模设计采用了多种推杆加推块结合的方式。推杆放置在塑料件的边缘，可以有效避免推出变形，顶部发白，顶部腐烂等现象。推块放置在产品的边缘，在薄弱的地方，产品的表面更美观。

5.4下模斜顶的设计

由于汽车格栅的倒扣结构，脱模方向与注塑机的开模方向不一致，需要侧抽芯才能顺利顶出产品。侧抽芯机构有行位和斜顶两种方式。由于汽车格栅存在倒扣，使用斜顶侧抽芯通常是一种非常有效的方法。

5.5导向机构设计

5.5.1导向机构的总体设计

a）在一般情况下，模具周边分布有四个导柱，这些导柱布置在四个角落。b）在合模的过程中，应先接触导柱，复位杆应先与固定的模具接触，后模应先返回原位，以免型芯型腔第一次接触力，以免损坏。d）在现实生活中大多数情况下，动模的导柱和固定模的导套是配合的，可以达到相应的同轴度，达到加工的效果。

5.5.2导柱设计

导柱的方式很多，结构形式也很多，其中插入式导柱使用最多，导柱上会有很多油槽，储存润滑油，在导柱接触时起到润滑的作用。以免长期工作温度过高、烧毁。

5.5.3导套的设计

导套是一种精密的部件，应与固定模板需要过盈配合，导套的材料需要是耐磨和高温的材料

5.6冷却系统的设计

汽车格栅模具注塑成型后需要冷却，然后打开并弹出。冷却系统有两个主要功能，一个是加热模具，另一个是冷却模具。

模具升温后，模具安装在注塑机上，整个模具是冷的，所以需要加热，温度升高后，内部流动性会发生变化，模具温度一般达到60度，这个时候要开始注塑，这个加热过程需要将热水注入水道，从而给模具带来温度，达到温度上升的效果。成型冷却，当注塑完成之后，由于液体塑料，温度很好，注入型腔之后，需要进行冷却，才能加快成型。所以需要进行降温[9]。

冷却水道设计的原则是靠近产品边缘，均匀排布。

6.模具的装配

装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响模具各部分的质量、寿命和功能。模具装配过程是根据模具的技术要求和它们之间的关系，将合格的零件作为组件和组件连接并固定，直到它们组装成合格的模具。

模具的装配程序

a）确定装配基准;b）装配前应测量零件，合格零件必须消磁并且擦拭干净;c）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如每个待验证抛光模板的平行度，确保模板组件密封，分型面吻合面积不小于80%，间隙不得小于溢流最小值，防止闪光;d）在装配过程中尽量保持原始加工尺寸的基准，以便在调整总装模具时进行检查;e）装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；f）试模合格后，标记模具标记，包括模具编号、合模标记和装配基面;g）最后，检查各种配件，配件和其他零件，以确保模具配备齐全，此外，零件在组装过程中应严格防止碰撞，划伤和生锈[10]。

结论

本设计汽车栅格注射模具是结合某款汽车栅格作为对象进行分析设计的，在这个过程中我遇到了几个难点，由于汽车格栅尺寸较大且壁厚较小，因此在设计脱模机构是我采用的多种推杆以及推杆和推块的顶出方式。由于本次设计存在倒扣结构，故采用了斜顶机构的侧抽芯方式。

对于汽车格栅注塑模具设计，其具体的结论如下：

首先对汽车栅格的材料进行分析，最后选择LDPE作为此次汽车格栅设计的原材料，其成型收缩比为2.5％.选择脱膜斜度为35′其密度为0.92g/cm^3。查表可得，本课题尺寸公差等级选用MT5，表面粗糙度选Ra1.6μm。根据UG软件三维模型图可得汽车格栅尺寸大小为1165mm×182mm×155.5mm。在此次设计中选用3D打印技术作为辅助工具，更好的对零部件结构进行分析设计。初步对模架的分型面以及型腔的布局进行初步设计，由于汽车格栅作为外观件，塑件部分需要光滑无痕，因此选用平直分型面。因为汽车格栅尺寸较大，结构复杂，选用一模一腔的成型方式。根据所求的塑件的最大投影面积212030mm2初步选择模架DC90160-130×90×200GB/T2555-2006。对于汽车格栅注射模的工作原理进行分析。

根据UG软件得出的塑件体积660cm，计算出其注射量为792cm³，初步选定注塑机型号XS-ZY-2000/600，并根据注射压力以及锁模力进行校核，注塑机的有效注射压力36MPa＞塑件成形所需的注射压力35MPa，注塑机的最大锁模力6000KN＞注塑成型所需的锁模力4132.71KN，得出结论初步选定的注塑机满足本次设计的需求。

对汽车栅格注塑模具的结构设计中，主要针对主流道、浇口进行分析与设计。由于本次设计所采用的是热流道工艺，熔料直接通过主流道，从浇口处进入型芯型腔，因此不需要分流道的设计。根据所选用的注塑机型号XS-ZY-2000可确定喷嘴直径为3mm，主流道直径为3.5mm.同时对主流道衬套以及固定形式进行设计，衬套与定模板之间采用H7/m6公差配合。对于浇口的选择，本次设计中选用的是潜伏式浇口，不会影响产品外观，还可以实现浇口与产品分离，进胶脱模时可自动切断。

然后对型芯型腔的径向尺寸、高度和深度尺寸以及型腔壁厚、底板厚度进行计算。先后的对脱模机构、斜顶机构、导向机构、排气系统以及冷却系统分析设计。因本设计存在倒扣部位，因此还需要斜顶机构也是作为侧抽芯的存在需要对侧抽芯的距离进行计算，以及顶出距离进行校核。在冷却水道的设计过程中由于零件尺寸较大，且存在网格部分，因此需要尽量做到均匀分布，并布置更多的冷却水道，从而做到快速降温。

参考文献

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