汽车油泵支架.doc

毕 业 设 计（论 文）

比亚迪汽车转向泵支架注塑模具设计
BYD cars steering pump bracket injection mold design

系　　　　　　别：
机电信息学院
专业名称：
机械设计制造及自动化
学生姓名：

学　　　　　　号：
0900032018
指导教师姓名、职称：

完成日期 2012 年 12 月 16日
比亚迪汽车转向泵支架注塑模具设计

摘要

模具是工业生产用的重要的工艺装备，在现代工业生产中，60%～90%的工业产品需 要使用模具，模具工业以成为工业发展的基础，许多新产品的研制与开发很大程度上依赖 于模具的生产，因此，研究和发展模具技术，提高模具水平，对促进国民经济的发展有着 特别重要的意义。

注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本 设计进行了一款传感器支架的注塑模设计，论文首先介绍了塑料成型基础及塑料注射成型 的工艺过程；其次通过对注塑加工方法及塑件进行综合工艺分析，确定了传感器支架注射 模的设计方案，即该模具采用一模四腔、侧抽芯的设计方案。然后针对该方案进行了重点 论述，主要包括侧抽芯的塑件及其注塑模的设计过程、注塑模主要零部件的设计要点等。 其中注塑模主要设计的重点包括：侧抽芯设计、零件结构设计、模具分型面的选择、型腔 数目的确定、浇注系统的设计、滑块的设计、注射机的强度校核等。最后论文针对传感器 支架的成型工艺方法以及其模具采用侧抽芯生产的可行性进行了论证。

关键词: 注射成型 ； 转向泵 ； 双分型面 ； 侧浇口

BYD cars steering pump bracket injection mold design

Abstract

Mold is an important setup in modern industry .In manufacturing industry,60～90 percent of products utilize mold. Molding industry has been a essential factor of industry development. A number of new products’ developments considerably depend on mold making. Therefore, it is significant for national economy to research and improve mold technology.

Injection molding is one of the main molding methods for thermo plastics, and it can once-formed delicate plastic members with sophisticated shape.This paper discussed the design of plastic injection mould of the Sensor bracket，Firstly, The dissertation mainly explains the designing process of the mold.Secondly, The dissertation analyses shaping craft and devises the shaping strategy.The mold adopts one mold and four- cavities and side pull. The dissertation gives fully analysis to the making process. Thirdly, the dissertation focuses on the analysis of the design of injection plastic molds for the Sensor bracket , including: side pull design; structural part design; decision of parting plane; assurance of cavity number; design of gating system; design of sliding block ; strength verification, etc. Lastly, the dissertation demonstrates the feasibility of the design.

KeyWords: Injection Molding ; Steering pump ; Double parting surface ; Side Gate

目 录
第一章 绪论

1.1
注塑模具的基本概念 .................................................................................
- 1 -
1.2
模具工业在国民经济中的地位 .......................
- 1 -
1.3
国内注塑模具的发展状况...........................................................................
- 2 -
1.4
Pro-E\UG\CAD 等软件在模具设计中的应用 ......................................
- 2 -
1.5
我国注塑模技术的发展趋势...................................................
- 2 -
第二章 产品的造型设计
- 4 -
2.1
造型前的准备.............................................................................................
- 4 -

2.1.1
CAD 软件的选用............................................................................
- 4 -
2.2
产品外观结构分析........................................................................................
- 4 -
2.3
造型具体步骤 ..............................................................................................
- 5 -
第三章 产品结构分析
- 9 -
3.1
塑料件特点分析 ....
- 9 -
3.2
技术要求分析 .............................................................................................
- 9 -

3.2.1
尺寸精度 ............................................................................
- 9 -

3.2.2
塑件的表面质量 .............................................................................
- 10 -
3.3
工件材料的注射工艺参数 ...................................................................
- 10 -

3.3.1
塑料的基本特性及工艺分析 ................................................
- 10 -

3.3.2
聚丙烯主要用途及其成型特点 ...................................................
- 11 -
第四章 注模类型及注射机的选择
- 12 –

4.1
确定注塑模的基本类型 ........................................................
- 12 -
4.2
型腔布局及数量的确定 ....................................................
- 12 -

4.2.1
型腔数量的确定 ...............................................
- 13 -

4.2.2
型腔的布局 ...........................................................
- 13 -
4.3
注射机的选择 .........................................................................
- 14 -

4.3.1
注塑机简介 ............
- 14 -

4.3.2
注塑机基本参数 ........................................................
- 14 -

4.3.3
选择注塑机 ................................................................
- 15 -
4.4
校核注射机的技术参数 ................................................
- 17 -

4.4.1
注塑量的校核 .............................................................
- 17 -

4.4.2
锁模力的校核 ..............................................................
- 17 -

4.4.3
塑化能力的校核 ...........................................................
- 17 -

4.4.4
喷嘴尺寸校核 ................................................................
- 18 -

4.4.5
定位圈尺寸校核 ..........................................................................................
- 18 -

4.4.6
模具外形尺寸校核 .........................................
- 18 -

4.4.7
模具厚度校核 ..............................................................................................
- 18 -

4..4.4.8
模具安装尺寸校核 ......................................................................................
- 18 -

4.4.9
开模行程校核 ................................................................
- 19 -
第五章 分型面的设计
- 20 -
5.1
选择分型面的基本原则 .........................................................................................
- 20 -
5.2
分型面的设计 ....................................................
- 20 -
第六章 浇注系统的设计
- 21 -
6.1
浇注系统的组成及设计原则 ................................................................................
- 21 -

6.1.1
浇注系统的组成： ....................................................................................
- 21 -
6.2
主流道的设计 .........................................................................................................
- 21 -

6.2.1
主流道的作用 ..............................................................................................
- 21 -

6.2.2
主流道的设计要点 ..................
- 21 -

6.2.3
主流道尺寸计算 ..........................................................................................
- 22 -

6.2.4
浇口套的结构形式 ...................................................................................
- 22 -
6.3
分流道的设计 .........................................................................................................
- 23 -

6.3.1
分流道的作用 ..............................................................................................
- 23 -

6.3.2
分流道的设计要点 ................
- 23 -

6.3.3
分流道的形状及尺寸 ..................................................................................
- 23 -
6.4
浇口的设计 ..............................................................................................
- 24 -
6.5
剪切速率的校核 .....................................................................................................
- 25 -

6.5.1
主流道剪切速率校核 ..................................................................................
- 25 -

6.5.2
分流道剪切速率的校核 ..............
- 25 -

6.5.3
浇口剪切速率的校核 ..................................................................................
- 26 -
参考文献............................................................................................................
- 27 -
致谢
..............................................................................................................................................................
- 28 -

27

第一章 绪论

1.1 注塑模具的基本概念

塑料是由高分子合成树脂加入增塑剂、稳定剂、填料等物质而组成的。原料为小颗粒 形状（或粉状），我们将这些小颗粒塑料加温熔化成液体，注射到一个具有所需产品形状 的型腔中，待塑料冷却后取出来，就得到了与型腔形状一样的塑件，这个具有型腔的东西 我们称之为模具，因为要使用专门的设备将塑料注射入模具内，所以我们称之为注塑模具。

1.2 模具工业在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流 动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生 产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高 低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效 益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改 造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具 在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主 要工艺装备，它承担了这些工业领域中 60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。 汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半 左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型 轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基 本车型不断增加，2005 年将达到 170 种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。 为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有 80％的模具需要更换。中国摩托 车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型，1000 多个型号。 单辆摩托车约有零件 2000 种，共计 5000 多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的 摩托车生产需 1000 副模具，总价值为 1000 多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建 筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。 中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的 数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大 发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要 的意义。

1.3 国内注塑模具的发展状况

在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、 法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方 面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/3~1/5，工业发达国家将模具向我国转移的 趋势进一步明朗化。 我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较 大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度 不高，系列化]商品化尚待规模化；CAD、CAE、FlowCool 软件等应用比例不高；独立的 模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因 此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。

1.4 Pro-E\UG\CAD等软件在模具设计中的应用

塑料注射模 CAD/CAM 是伴随着通用机械 CAD/CAM 技术发展而不断深化的。从上世 纪 60 年代基于线框模型的 CAD 系统开始, 到 70 年代以曲面造型为核心的 CAD/CAM 系 统，80 年代实体造型技术的成功应用，90 年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完 善，为塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现 出一批成功应用于塑料注射模的 CAD/CAE/CAM 系统。

现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块，如美国PTC公司的 Pro/E、UGS 公司的 UG-II、SDRC 公司的 I-DEAS 系统。这三个 CAD/CAM 系统目 前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国CV 公司的CADDS 系统、法国MATRA

公司的 EUCLID 系统、法国 DASSAULT 公司的 CATIA 系统、英国 DELCAM 公司的 DUCT

系统、日本造船信息系统株式会社的 Space-E 系统和日本 UNISYS 株式会社的 CADCEUS 系统等都各具特色，拥有各自的用户群。

塑料注射模 CAE 技术的发展也十分迅速，从上世纪 60 年代的一维流动和冷却分析到 70 年代的二维流动和冷却分析再到 90 年代的准三维流动和冷却分析，其应用范围已扩展 到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓着。

1.5 我国注塑模技术的发展趋势

近十余年来，我国对塑料注射成型 CAE 技术也开展了系统而深入的研究。华中科技 大学、上海交通大学、郑州大学和南昌大学等都相继取得了可喜的成果。如华中科技大学 模具技术国家重点实验室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系统 HSCAE6.10， 从 1989 年推出的 HSCAE1.0 版到如今的 6.10 版，经历了从二维分析到三维分析，从实用 化到商品化，从局部试点到大面积推广应用的进程，已成为塑料制品设计、模具结构优化和工程师培训的有力工具，HSCAE 仿真系统目前已在国内 80 多家工厂和学校推广应用。 经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：
(1) 大力提高注塑模开发能力。 将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。 目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据 用户要求进行模具设计的被动局面。
⑵注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技 艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。 这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工 比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。

目前我国已有 10 多个国家级高新技术企业，约 200 个省市级高新技术企业。与此趋 势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。
(3)模具生产正在向信息化迅速发展。 在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 的应用已远远

不够。目前许多企业已经采用了 CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP 等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展 这一趋向已成为行业共识。

(4)注塑模向更广的范围发展。 随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务 很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合 素质和国际竞争力。
随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的 要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工 都必将有较快发展。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多 腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会 不断发展，随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法。各种模具型腔表面处理技术， 如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。
第二章 产品的造型设计

2.1 造型前的准备

2.1.1 CAD 软件的选用

（1）UG

UG 是美国 UGS(Unigraphics Solutions)公司的主导产品，是集 CAD/CAE/CAM 于一体 的三维参数化软件，是面向制造行业的 CAID/CAD/CAE/CAM 高端软件,是当今最先进,最 流行的工业设计软件之一.它集合了概念设计.工程设计,分析与加工制造的功能,实现了优 化设计与产品生产过程的组合。被广泛应用于机械、汽车、航空航天、家电以及化工等各 个行业。

（2）Pro/Engineer

Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用 具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草 图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多 个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户 在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处 发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变， NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三 维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。 这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。

(3) SolidWorks

创新的、易学易用的而且价格便宜的 SolidWorks 是 Windows 原创的三维设计软件。 其易用和友好的界面，能够在整个产品设计的工作中，SolidWorks 完全自动捕捉设计意图 和引导设计修改。在 SolidWorks 的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不 论设计用"自顶而下"方法还是"自底而上"的方法进行装配设计，SolidWorks 都将以其易用 的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks 有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有 时会出乎设计者的期望。用 SolidWorks 的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符 合实际产品表示的工程图纸。 SolidWorks 具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可 以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计。SolidWorks 软件提供完整的、免费 的开发工具(API)，用户可以用微软的 Visual Basic、Visual C++或其它支持 OLE 的编程语 言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks 可以很容易地将目前市场几乎所 有的机械 CAD 软件集成到现在的设计环境中来。

从多方面因素考虑，本人采用 Pro/Engineer 做三维设计。

2.2 产品外观结构分析

此产品是一个较小的薄壁零件，没有复杂的曲面，用普通的造型工具即可完成，三维

-

特征图如下：

图 2-1 产品图

2.3 造型具体步骤

（1） 设置工作目录

启动 Pro/E 程序后，点击菜单栏上的【文件】→【设置工作目录】。在弹出的“选取工作目 录”对话框中的[查找范围]下拉菜单中找到刚刚建立的“CGQZJ”文件夹，并点击该对话 框的【确定】按钮，完成“Pro/E 工作文件夹”的选取。

（2） 新建零件 选择【文件】/【新建】命令或者单击工具栏中的 按钮，在弹出的【新建】对话框中的【类

型】选项组中选取【零件】选项，在【子类型】选项组中选取【实体】选项，同时取消【使 用缺省模板】选项中的选中状态，表示不采用系统的默认模板。最后在【名称】文本框中 输入文件名 chilun。单击【确定】按钮后，系统弹出【新文件选项】对话框，在【模板】 选项组中选择 mmns_part_solid 选项，表示将要建立的实体零件采用毫米（mm）、牛顿（N）、 秒（s）单位制

（3） 用工具拉伸出两个曲面，如图 2-2，然后合并加厚，效果如图 2-3 所示

图 2-2 曲面拉伸 图 2-3 加厚实体
（4） 对拉伸后特征的几个地方倒圆角，如图 2-4 所示

图 2-4 倒圆角
（5） 在壳体的一端拉伸一个平面，如图 2-5 所示，实体化之后如图 2-6

图 2-5 切端面 图 2-6 切后效果

（6） 用拉伸工具在壳体内做加强筋，如图 2-7 所示

图 2-7 加强筋

（7） 做卡口主体，如图 2-8 所示

图 2-8 卡口
（8） 在零件两端分别拉伸出 2 个平面，然后实体化，如图 2-9 所示

图 2-9 切端斜面
（9） 对该圆角过渡的地方倒圆角，效果如图 2-10、2-11 所示

图 2-10 圆角过渡

图 2-11 圆角过渡
（10） 对该设置拔模斜度的地方设置拔模斜度，如下图标记的地方都要设置斜度，一

般在 30′~1°之间。

图 2-12 拔模斜度
（11） 至此，三维零件造型完成，模型树如下

图 2-13 零件树形结构图

第三章 产品结构分析

3.1 塑料件特点分析

塑件的结构分析,如图 3-1： 从图上看，该塑件的外形为四方壳，塑件上有加强筋，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。 由于该塑件无侧孔和内凸，但在塑件边上有四个倒钩卡扣，所以需考虑侧向分型抽芯装置。 为使塑件顺利脱模，可在塑件内部处增设 1°～2°的拔模斜度。

图 3-1 塑件三维图

3.2 技术要求分析

3.2.1 尺寸精度

（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足

塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难

度和制造成本。对塑件的精度