摘要：本文分析汽车护板注塑模具的设计和制造，详细介绍了以UG注塑模为基础的三维设计方法，并通过数控加工对注塑模具的三维制造过程进行了阐述。设计和制造三维注塑模，可以有效地改进模具的设计和生产效率，缩短模具研制时间，在一定程度上帮助了技术人员。
关键词：汽车护板;注塑模具;三维设计及制造
1引言
模具设计合理的可能性，主要体现在成型的塑料制品是不是具有良好的外观质量和精准的成型尺寸。此外，优良的铸模应具有先进合理的加工工艺，无需干扰装配，坚固可靠，成型时间短，模具寿命长。模具设计质量直接影响塑料制品的成型质量和生产效率，模具的合理设计，即表示基本已经成功了，剩余部分则应以出色的模具制造技术、先进的数控加工机床、制作模具的技巧和高水平的制造人员为基础。因此，为了获得高品质的模具，需要具备业务技能强的设计团队，缩短首次试模时间，保证塑料质量。目前，在短时间内完成模具设计，不只是基于经验，还要使用先进的三维软件设计，以此有效地完成模具设计。
2塑料制品及开模分析
汽车护板注塑制品的材料为聚丙烯，平均厚度为2.5毫米，重量280克。本产品是一种复杂的弯曲表面，应用三维模拟3D软件。在塑料制品的模拟过程中，必须要分析拔模，为了防止出现弯曲钩子，影响脱模，也需要仔细分析塑料制品的厚度，以防止塑料制品的收缩。还要分析出卡钩、侧孔等是否足够，以便可以成功地脱离模具，如果发现问题要及时调整塑料制品，以保证开模没有问题。由于塑料制品对外观要求高，在开模前必须确认接头线的位置，以免出现表面质量问题，导致大量修改或模具作废，无法及时提交可接受的样品。此外，应根据产量、机床吨位、材料和结构等要求，编制开模分析表，保证第一次试验期和开模周期在预计期限内[1]。
3模具结构设计
3.1注塑机选择
注塑机是注塑过程中的重要设备，利用注塑机能够将原材料加工成各种塑料制品。注塑机主要由注射、合模、液压和电动系统组成。根据合模的性能，可分为四种方式：1)机械式，机械传动，保证合模力量，这是比较旧式的合模形式;2)液压式，气动油缸确保了合模力，使压力和位移速度调节方便，通常用于大、中型注塑机;3)机械液压式，机械式于液压式连接，液压缸提供了原始动力，通过传动装置实现了稳定状态，整合了两种方式的优点;4)电动式，使用交流伺服马达，提供能量、速度，速度快、精度高、机械噪声低和低成本，适用于精度注塑。
3.2建立分型面
根据汽车护板的形状、最大尺寸和生产量等要素，将模具设定为一个模具对应一个腔，这不仅确保了塑料制品的尺寸，而且有助于管理成型的工艺条件。由于汽车护板外形比较复杂，需要特别注意向外伸展的方向和曲面尺寸。本设计符合塑料制品曲面分型面的设计，可保证尺寸精度和外观质量，并有助于塑料制品脱模和顶出。模具的排气系统是连接型腔和气体连通的通道，可将模具型腔中的气体排出，避免因排气不畅，导致填充形状不良、局部焚烧，气孔和组织孔隙度大等问题[2]。为了顺利放出模具气体，在其分型表面设计排气槽，通过顶杆、动模芯及司筒之间的间隙来排气。
3.3零件与模架结构设计
在UG软件模块中将模芯分成动模芯和定模芯两部分后，可以确定模架的动模套板和定模套板中间的方孔尺寸，从而基本确定整个模架的尺寸。在UG软件模块中完成模架设计后，需要对零件进行详细设计。一般情况下，应在模具零件上设置参考角，并作参考标记，以便于模具的加工和装配。在UG模块中完成所有零件的设计后，需要进行整体检查，以保证设计的准确性。制品的设计既可以在分型模块中进行，也可以在模架的装配模块中进行。然而，为了优化孔位和细部结构，应将分型模块的部件装配到模架中[3]。最后对顶杆孔、司筒孔和螺丝孔的孔位进行设计，孔位设计既要保证塑料制品的稳定可靠顶出，又要避免对浇注系统和冷却水道的影响。
3.4浇注系统设计
浇注系统是塑料熔体进入型腔前必须有的一个通道，其通道和注塑设计将直接影响塑料制品的成型质量。一旦不合理地设计了注塑系统，就会出现雾斑、银丝、流斑等注塑问题，造成塑料制品不能成批生产。根据汽车护板的外观要求，最终，使注塑系统主要通道为锥形，尖头5毫米，圆锥角1.5°，分流直径12毫米。为了防止出现pp型冷却材料进到型腔，在主通道的大部分和旁路角位置必须安装冷料井，可使冷却材料和杂质进入冷料井。整个分流道采用对称的设置，以确保塑料制品填充均匀。汽车护板模具设计采用了4个侧注塑口进胶，注塑口在塑料制品分型面上，使注塑口更容易进行加工，确保加工精度[4]。本项目不断调整注塑系统的尺寸和位置，并获得最佳注塑系统。
3.5冷却系统设计
冷却系统的设计质量直接影响塑料制品的成型质量。模具冷却时间占成型时间的80%-90%。在完全符合模具结构强度的情况下，水路冷却要求离推杆、螺杆等孔的距离不小于2.5毫米，不能太靠近塑料表面，因为冷却介质太近，容易流动性损坏，导致冷却效率降低，冷却水路与塑料表面保持15毫米左右的距离;同时冷却水路的直径应尽可能前后一致，保证冷却介质的平稳流动以及塑料制品的冷却质量。该设计选择直径为12毫米的水路，并在动模芯和定模芯设置25毫米的孔，每个孔都有一个螺旋隔膜，能有效控制模型温度，从而提高塑料制品的质量，冷却水路要用防水圈进行密封处理，以防止漏水。最后，使用UG分析软件计算模具质量约6吨。使用3D软件，全面设计3d模具，最终设计出一个三维成型的汽车护板注塑模具。
3.6模具装配图与工作过程
根据三维模具图，首先安装UG工程图纸，然后获得2D装配图。通过软件进行操作，最终完成模具装配图。模具所有有效部件的运动必须是平稳可靠的，不应有任何扭曲和停滞的问题，不允许运动的零件，不允许相对运动。模具操作过程：合模、注塑机作用下的塑料熔体，通过注塑口进入动、定模芯的型腔中，直至填满模具型腔;在压力和冷却后，动、定模芯分离，当开模至550毫米后，在注塑机顶出的作用下，将塑料制品从模具中顶出30毫米，取出塑料制品后顶出回到原始位置;封闭安全门，动、定模芯合模，完成注塑过程[5]。
4数控加工
由于汽车护板是汽车内部装饰的重要组成部分，塑料形状更为复杂，主要是曲面形状，其成型技术也比较麻烦，现在仅以定模芯的数控加工为例。为了方便处理和缩短加工时间，使用规格为M16的六角螺钉在定模芯底部的四角，安装四个垫块。在加工过程中，将安装的四个垫板连起来，然后放在数字控制加工中心的工作台上，并用压板和螺钉进行固定。但要注意，在螺钉固定牢靠之前，要把长边打直，然后检查短边的垂直度，确保垂直度在0.02毫米范围内，避免加工参数错误造成模芯位移，塑料制品出错。一旦方案确定，就可以进行数控加工处理，同时也可以设置数控软件进行加工。
5优化汽车护板注塑工艺的有效策略
5.1通过正交试验法优化注塑工艺
汽车护板模具的设计和加工过程中，确定好材料，结构，设计模具方案后，为了提高汽车护板产品的质量和安全性，为汽车护板注塑工艺进行优化。正交试验法可以解决汽车防护板的塑料制品，产生变形和收缩质量缺陷，可以更准确地确定塑料制品的尺寸和精度。为了优化汽车防护板注塑过程而进行的正交试验法，根据实际生产过程，对正交实验法的参数(模具温度、熔融温度、冷却时间、保持压力的时间和压力)进行分析，可以使用Moldflow软件来分析塑料制品的填充、保证压力、冷却和扭曲过程，通过科学模拟，对五个技术参数分析其质量的极差和方差的影响[6]。经过多次正交试验，综合和分析数据的结果，可以得到，模具温度和保持压力时间对产品变形的影响是汽车防护板质量影响中最明显的，熔体温度和保持压力是对产品体积收缩的最大影响。
5.2通过二阶响应面设计法优化注塑工艺
根据二阶响应面设计法对汽车护板的注塑过程进行优化，首先建立相应的二阶响应模型，并优化塑料制品翘曲和顶出，然后进行方差分析和相关性测试模型。借助等值线图叠加最佳解决方案，可以获得最佳参数，用以测量汽车护板翘曲变形量和顶出体积收缩率，以此优化汽车护板注塑过程。
6结束语
(1)制作的模具合格的可能性，直接影响塑料制品的成型质量，不仅与加工工艺和钳工工作水平有关，而且由模具设计的合理性来决定。工作人员对模具设计技能的熟练掌握，可提高工作效率和数字控制技术的分析能力，减少人工设计和数字控制错误处理，从而，大大减少了数字化控制工作负荷和处理的强度，缩短了塑料制品成型周期。(2)详细介绍了汽车护板设计的概念和方法，定模芯作为一个例子，对其分型面的数控处理进行分析。经过实际生产检验后，模具设计合理，定模芯的数字控制技术可采用，塑料制品质量好。
参考文献：
[1]曾慧.A立柱下内饰板注塑成型工艺及模具优化研究[D].重庆理工大学，2020.
[2]谢江怀.汽车门内板注塑工艺优化与模具设计[J].内燃机与配件，2019(22)：73-74.
[3]张维合，成永涛，许淑娟，邓成林.汽车后背门护板热流道大型注塑模设计[J].中国塑料，2019，33(05)：102-107.
[4]韦鹏，韦顿，韦响，黄灵河.试析汽车门内板注塑工艺的优化与模具设计[J].时代汽车，2019(05)：135-136.
[5]马彦玲，昶立杰.汽车门内板注塑工艺优化与模具设计[J].内燃机与配件，2017(19)：35-36.
[6]李云义.汽车护板注塑模具三维设计及制造[J].塑料科技，2016，44(04)：81-85.
《汽车护板注塑模具三维设计及制造》来源：《时代汽车》，作者：马泉