汽车大灯模具设计、反射镜热固性注塑模具设计流程

发布时间：2024-10-01浏览：83

大家好，今天小编来为大家解答汽车大灯模具设计、反射镜热固性注塑模具设计流程这个问题，很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

塑料件是表面镀铝的外部件。它们是外表面有大面积图案的高光电镀件，用于表面装饰。车灯是汽车不可缺少的重要安全装置和装饰件。由于高温工作环境以及反射和聚光的作用，反光罩需要使用收缩率几乎为0的材料，并且耐热、阻燃、极其耐磨。抗蠕变预成型整体模塑料(BMC) 热固性成型。这种材料过去都是通过压铸成型的。由于生产效率低、废品率高，且由于材料对人体有害，压铸生产中需要频繁的人工取料、称重，对操作人员的健康有一定的影响。危险。为此，发展BMC材料的注射成型工艺来替代压铸成型工艺已成为必然趋势。

图1 汽车前照灯反射器零件图

1. 塑件外观要求与结构分析

图1为某品牌汽车前照灯反射器零件图。材质为BMC，是一种热固性塑料。这种材料是一种超硬材料，收缩率几乎为零，因此在模具设计时无需调整收缩率。由于它是一种超硬塑料，因此具有尺寸精度高、加工性能好的优点。缺点是流动性差。塑料件的外表面需要电镀（通常是镀铝）。塑料件是外观件，表面要求较高。

塑件尺寸为：216.9200.8161.7mm。塑料件的结构特点如下：

1）外观表面要求极高。外观表面不允许有斑点、浇口痕迹，不允许有缩孔凹痕、焊痕、飞边等缺陷。

2）塑料件为电镀件，配光要求严格，外表面镀铝。外表面脱模斜度设计必须合理，一般至少5。

3）塑件形状复杂，表面光洁度高，塑件内外无倒扣，无需横向抽芯，塑件为左右件镜像。

2. BMC材料注塑成型工艺过程

将冷藏的BMC材料添加到专门生产BMC材料的注塑机的料筒中。通过螺杆旋转产生剪切热，使其在较低温度（25摄氏度）下熔化，然后在高压下注射出稠厚的凝胶状材料。将模具预热至140-160摄氏度。在高温作用下发生化学反应，保压后模具凝固。打开模具并取出，得到成型的塑料件。最后用气枪吹出型腔内的毛刺和杂物，模具闭合进行下一个循环。

3. 模具结构分析

汽车大灯反射镜为左右镜件，型腔数量为1+1，模具采用冷流道浇注系统。该塑件的内外两侧没有底切，因此没有横向抽芯机构。模具外形尺寸为：700500568（mm），总重量约1吨，属中型注塑模具。详细结构如图2-图4所示。

图2 汽车大灯反射器注塑模具结构图1

图3 汽车大灯反射器注塑模具结构图2

图4 汽车大灯反射器注塑模具结构图3

1. 面板； 2、隔热板； 3、一块板子； 4、锁模块； 5、压块； 6、B板； 7、方铁； 8、推杆固定板； 9、推杆底板； 10.底板； 11、定位环； 12、机口； 13、感温针； 14、推针； 15、支撑柱； 16、推管； 17.垃圾钉； 18.加热管19.导柱； 20.承压板； 21、接线盒保护块； 22、导套； 23、推杆； 24、限位块； 25.拉动复位； 26、快速复位； 27、动模镶件； 28、复位杆； 29、推管套； 30、推管针； 31、推杆板导套； 32、推杆板导柱； 33、推管针压块；图2、3、4所示为汽车前灯反射镜模具结构图。虽然其基本结构与热塑性注塑模具相似，但与后者相比具有以下典型区别和特点：

(1)将模具倒置

这里所说的模具不是倒装芯片模具。一般情况下，型腔设置在定模内，型芯设置在动模内。由于镜面塑件的核心是多曲面反射聚光工作面，因此要求粗糙度很低，不得安装推杆等顶出装置。因此，模具必须倒置制作，即将凸出的型芯（反射器工作面）设置在定模中，凹入的型腔设置在动模中。

(2)模具需要加热管加热并严格控制温度

BMC材料的注塑工艺与普通热塑性塑料的注塑工艺完全不同。注塑机的料筒部分需要在专用冷冻机中用冰水冷却，而模腔的核心部分则需要电加热。

可按下式计算定、动模W:所需电热管总功率

W=Gcp(Tm-To)/3600yt

G：定模和动模总重量，kgcp: 模具材料比热容，kj/(kg.C) Tm: 模具成型所需温度：CTo: 室温：Cy: 加热器效率，取0.3-0.5t: 加热温升时间，h。一般采用的电热管直径为15.8mm，可以快速提高模具温度。根据经验，模具加热功率可计算为（40-50）W/kg所需电热管功率。塑件成型面与电热管的距离为40-50mm，两电热管之间的距离为80-100mm。为了提高加热效率，需要在定模和动模的各个侧面设计8mm厚的电木隔热板。由于电热管没有正负极，可以串联，但每组温控插座不能超过3.6KW。每组电热管的温度由一组热电偶控制。热电偶应位于电热管组温度场的中心，且热电偶头需与模具型腔有效接触，以利于精确控制温度。

(3)模具的流道系统需要进行温度控制

由于热固性注塑材料在超过一定温度时会发生化学交联反应并固化，因此固化后的浇注系统冷凝液无法回收利用，只能作为废物处理。因此，使用不浇注系统凝结水的流道具有重要意义。因此，模具的浇道套需要用冷水冷却。为了减少注塑过程中产生过多的剪切热，提高注射速度，并防止熔融的BMC材料在充满高温型腔之前凝固，一般在动模内设置扇形流道，浇口厚度为2.0-2.5mm。

(4)模具分型面的要求

BMC材料的粘度低于热塑性塑料。分型面上不允许有孔洞、凹坑。模芯处不允许放置滑块锁块、压块等，否则会造成飞边清理困难。

(5)模腔排气需加强

普通热塑性塑料成型是物理变化过程，而热固性塑料注射成型是化学反应过程。当发生化学反应时，会产生大量的挥发性气体。这些气体对注塑产生很大的阻力，导致塑件表面产生气泡和缺陷。同时气体被压缩产生高温，将塑料件烧焦。因此，热固性注塑模具型腔的排气尤为重要。一般模具的分型面以及定、动模镶件的底部都需要安装高温密封圈。在固定模腔内的材料流动结束时采用抽真空来克服成型缺陷。同时，也便于提高注射速度。

(6)塑料件精度要求高

车灯反光罩的配光要求极高，对模具反光面的粗糙度以及加工装配精度要求极高。模具除了模座侧锁和导柱定位外，还需要设计模芯止动定位，以保证模具可靠的三级定位。反光罩多面体的光纹面积较小，无法手工打磨。必须采用精密五轴高速数控机床，机床主轴转速达到每分钟2万转以上。采用先进的CAM技术和专用切削刀具，选择合理的加工工艺，一次完成加工。型腔精度要求0.01-0.02mm，型腔表面粗糙度0.05-0.10微米。

3.1成型零件设计

该模具成型件与模板为整体式，俗称原神初。与分体式结构相比，其优点是结构紧凑，强度和刚性好，模具尺寸小，避免了框架开孔、框架组装、楔块制造等繁琐工序。

车灯反光罩的内表面要求高，粗糙度低，不允许有顶针和嵌件的痕迹，所以必须用定模成型，而外表面要求相对较低，用动模成型。

该塑料件是汽车最重要的外观件之一，而且是高光件，表面需要真空电镀。在设计这种模具时，首先要注意模具材料的选择。由于BMC材料流动性较差，需要在动模板型腔周围设计溢流槽，并在溢流槽底部设计推杆，以方便溢流的顶出，如图图11 BMC热固性材料填充玻璃纤维，模具需要具有高耐磨性、热红硬性、抗热疲劳性。由于反射器的配光要求严格，因此芯体需要具有良好的抛光性能。因此定模材料采用淬透性优良的德国2344ESR热作工具钢，淬火硬度为4852HRC。钢材采用真空电渣重熔，提高了钢材的结晶均匀性，具有优良的抛光效果。定模常镀硬铬，然后抛光，以降低表面粗糙度，提高耐磨性，防止腐蚀。动模及动模镶件采用德国2344HT热作工具钢，淬火硬度为48~52HRC。

本模具定、动模相对部分的插入角度保证至少为7度。为了保证定模和动模的精确定位，本模具的定模和动模采用四角挡块和四边定位。由于插入点需要准确定位，因此在合模时，定模和动模需要紧密配合。为了使模具美观、与模具匹配，在定模上设计了5度耐磨块，防止钳工师傅用磨床打磨模具。发生了一些丑陋的事情。同时耐磨块的设计，方便钳工配合模具，保证了模具的美观。

本模具设计过程中还取得了以下几点：

1）分型面光滑、无尖角、无薄钢、无线、点密封胶；施工表面密封胶，脱模时采用延伸、扫掠、网格等表面制作方法。分型基于塑料零件的形状。车灯模具的形状施工面和分型面要求极高，施工面不允许有皱纹。构造的分型面可有效保证CNC加工精度，无需电火花边角清理，分型面不易产生毛刺。车灯模具的分型和抛光需要高速机床，机床主轴转速必须至少为每分钟20000转。

2）镶件与动模配合部分、止挡根部设计有适当的工艺倒角或避让空间，简化了加工工艺，减少了加工工时，提高了加工效率。

3）所有非成型角均设计R角，防止应力开裂。工艺R角不应小于R5。根据模具尺寸，尽可能设计更大的工艺R角；模具上的锋利边缘很容易对操作人员造成意外伤害。不涉及成型或配合的边缘必须设计倒角C或R角，倒角应根据模具的尺寸设计得尽可能大。

4）分型面的避让：模具分型面宽度为40MM，定、动模分型面以外的区域必须抽空1MM，有效减少加工工时。分型面的回避不仅指周边分型面，还包括大面积分型面。特别说明：模具分型面的宽度包括排气槽。应设计大面积避让的承压块，保证模具受力均匀，防止模具在长期生产过程中失控。在穿孔区域设计空隙的同时，还需要在定模或动模中设计排气孔。以利于定模、动模闭合时压缩空气的排出。

5）根据塑件形状构造分型面，必要时对塑件进行优化。对于中、大型模具，应尽量开承压板槽，以利于CNC加工。设计分型面时，尽量简化模具加工，使其光滑平整。制成的分型面无薄钢，无尖角，插入角度合理。

6）分型面应光滑、光滑。 UG模具分型时禁止出现多断面（CNC加工时容易弹刀，降低加工精度）。尽量采用延伸面、网格面、扫掠面构造分型面，或者先将密封面延伸10-20mm，再制作拉伸面和过渡面。密封面根据注塑机吨位和模具尺寸设计。

7）分型面或插入孔的所有插入角度均设计为7度以上，以增加模具的使用寿命。

3.2浇注系统设计

该模具浇注系统采用“普通流道+扇形浇口”。由于塑件采用BMC材料，流动性较差，因此在设计流道时，流道应粗而短。为了减少注塑过程中产生过多的剪切热，提高注射速度，并防止熔融的BMC材料在充满高温型腔之前凝固，一般在动模内设置扇形流道，浇口厚度为2.0-2.5mm。

3.3 温度控制系统设计

汽车大灯反光罩是汽车最重要的外饰件之一，也是外观要求最高的塑件之一。因此，温度控制系统的设计对模具的成型周期和产品的质量影响很大。由于塑件采用BMC材料制成，因此BMC材料的注塑工艺与普通热塑性塑料注塑工艺完全不同。注塑机的料筒部分需要在特制的冷冻机中用冰水冷却，而模腔的型芯则需要电加热。

供暖管道的布置与水道、水井类似，可以垂直设计，也可以水平设计。塑件成型面与电热管的距离为40-50mm，两电热管之间的距离为80-100mm。为了提高加热效率，需要在定模和动模的各个侧面设计8mm厚的电木隔热板。由于电热管没有正负极，可以串联，但每组温控插座不能超过3.6KW。每组电热管的温度由一组热电偶控制。热电偶应位于电热管组温度场的中心，且热电偶头需与模具型腔有效接触，以利于精确控制温度。如图5和图6所示。

图5 定模加热系统

图6 动模加热系统

该模具的定、动模温度控制系统为：定模每个型腔设计2根垂直加热管，定模内安装4根水平加热管。动模每个型腔设计有3根垂直加热管和2根水平加热管。布置加热管时，要注意走线槽。线槽的拐角需要磨圆，以免损坏电路。每个模具需设计一个温度探头，加热管应间隔均匀排列。加热管需要从供应商处订购。加热管孔应比加热管大1毫米、深1毫米，因为加热管受热时会膨胀。

3.4导向定位系统设计

该模具设计为四个角各有一个D40*225圆形导柱。（导柱最大可达直径的10倍）导柱安装在定模侧。由于开模后塑件保留在动模一侧，因此不会影响塑件的取出并防止塑件粘在导柱上。油渍。

导柱还可以在转动模具时作为支撑腿，更容易贴合模具，如图7所示。圆形导柱的长度必须保证模具闭合时，导套应斜导柱插入滑块前插入20mm。否则会给模具的制造和生产带来很多麻烦，严重时会损坏模具。模具导轨系统的设计必须注意三级定位的设计，特别是对于要求较高的汽车塑件。模具导轨定位设计不合理，会造成模具运动不顺畅、模具易损坏、定动模不对中、塑件台阶差等问题。它是注塑模具的关键系统。

图7 汽车大灯反射镜注塑模具导向及定位系统

3.5脱模系统设计

该模具的顶出结构为顶杆（即推杆）。定模和动模打开后，模具依靠推杆将塑件和流道集合体推出。模具安装完毕后，通过拉动将推动部固定板25复位，并与注塑机的顶针连接。顶杆、复位杆等推动件是由注塑机的顶杆推出和拉回原来的位置。四个复位杆旁边不需要加复位弹簧，但在与固定模板接触的位置必须设计复位块26。材质为S50C，表面氮化。

设计该脱模系统时，应注意以下几点：

1）推杆板导柱应布置在顶出力较大的顶出部件（如油缸、复位杆等）附近。

2）所有汽车注塑模具均需设计限位柱，限位柱应优先设置在K.O孔上方或附近。

3）推杆应布置在靠近R的受力位置，且处于拉紧力较大的位置。对于BMC热固性材料，推杆规格应较大，推杆数量应较多，以保证顶出均衡。这是因为BMC塑件非常硬，对模具的抓力很强，需要很大的顶出力。

4）设计推杆直径时，尽量采用相同尺寸规格，可避免频繁更换钻头，节省加工时间和加工成本。

5) 所有具有异形表面的推杆必须设计成防旋转以避免错误装配。推杆表面必须有啮合，以防止顶出时推杆打滑。

6）背销孔一侧设计有间隙（中小型模具0.5，大型模具1.0），背销末端设计工艺螺丝孔。为了便于加工和合模，当背针直径大于等于20MM时，必须在背针表面设计回程块。注塑机设备的顶出孔不能与垃圾钉、支撑柱干涉。

图8 汽车前照灯反射镜注塑模具顶出系统

3.6模胚结构件设计

该模具采用4根D40*225导柱进行引导支撑，模具整体强度好。在注塑过程中，由于注射压力的影响，模板的强度会受到一定的影响。因此，除了模架有足够的强度外，还需要设计一些辅助结构件，以增强模具的强度和寿命。

设计时应注意以下几点：

1）为了方便模具的贴合和加工，本模具在顶出底板与码模板之间设计有4个工艺螺丝。工艺螺丝的规格比顶出板螺丝大一号。工艺螺钉旁边刻有“工艺螺钉”字样，因为在模具生产过程中必须拆除工艺螺钉。这样设计的目的是为了方便装配工的识别，防止出错。限位柱应尽量布置在KO孔上方或附近，斜屋顶、直屋顶底部或附近应多布置垃圾钉，间距150mm左右。

2）模具分型面上的承压块沉入模具中。承压块上不能开油槽，定位精确。承压块凹槽与模框边缘的距离必须至少为15mm。

3）限位柱的设计：机器顶出的模具设计在顶针孔上方；油缸顶出的模具设计在油缸上方或附近。

4）支撑柱设计：支撑柱与方铁的距离应保持在25-30mm，支撑柱之间的距离宜为80-120mm。支撑柱总面积为推杆固定板面积的25%-30%。 1、在供胶区和塑件投影区设计多个支撑柱，支撑柱设计得尽可能大。由于注射压力集中在这些区域，分型面上容易出现飞边。因此，可以设计多个支撑柱，以减少分型面和流道上飞边的产生。 2、将支撑头布置在模具镂空位置，强度较弱的地方，如滑块底部、内抽芯器底部等。

5）回程销底部必须设计垃圾钉（垃圾钉设计在底板上）；如果顶出系统由两块板组成，则必须在回针附近设计紧固螺钉，以避免顶出板变形。

4. 模具工作过程

熔体经过注塑机喷嘴，经机喷嘴12进入模具型腔，熔体充满型腔后，保压、冷却、固化。当达到足够的刚性后，注塑机拉动模具的动模固定板10。模具从分型面PL开模。开模300mm后，注塑机油缸推动推件固定板8，推件固定板推动推杆28，然后注塑机油缸继续动作。顶出70毫米后，塑件与动模分离，塑件被机械手拾取。注塑机油缸拉动推件及其固定板复位，然后注塑机推动动模闭合，模具开始下一次注塑。

5. 模具强度与分型面管位设计

该模具的分型面管位设计在定、动模上。采用四个角挡和四个围边相结合的设计形式。这种定位可靠，模具强度好。汽车模具设计时，定、动模具的插入角度应尽量设计在7度以上。如果不可能的话，应该设计成5度以上。由于插入角度大，模具的寿命会大大提高，模具插入点出现锐边的现象也会大大减少。对于穿透角在3度以下的位置，1度精密定位和0度精密定位都难以保证定模和动模的准确定位，因此穿透角应尽可能大。对于大中型模具，一般设计为7度以上。从而保证了模具的使用寿命。

影响模具强度和刚度的主要尺寸包括：

1）从型腔边缘到模具边缘的尺寸A1、A2、B1、B2； 2）型腔最深处到定、动模板底面的距离C1、C2，见图10。在汽车模具设计中，确定尺寸A、B的经验方法为：

1）如无侧向抽芯机构，则从型腔最外缘处加30~50mm封口尺寸（5050以内小型模具加30mm，5050~1010之间中型模具加40mm，大型模具加50mm） 1010以上的模具）。增加50~70mm的空间，减少模具配合工作量。回避区也是保证模具强度的区域。然后加上处理异形承压板的模架尺寸，即A、B尺寸。 2）如果有横向抽芯机构，则必须根据抽芯尺寸增加A、B尺寸。拉动距离。原则上必须保证抽芯完成后滑块仍留在模板内。不同尺寸和结构的塑件会有不同的模具尺寸C值。尺寸C必须保证从模具型腔最深处到模板底部有80mm以上的钢材厚度。由于动模板内两块方铁之间存在空隙，承受注射压力后容易变形，因此C1的厚度需要相应增加，一般在100mm以上。

由于该模具有两个模具，所以两个型腔是对称的，A1=A2=115.6mm，左反射片和右反射片型腔之间的距离为73mm。由于模具没有横向抽芯机构，所以B1=123.1mm，B2=110mm。就厚度而言，C1=103mm，C2=80mm。 B板比较薄，尽量设计在100mm左右。

图9 汽车前照灯反射镜注塑模具强度

6. 模具排气系统与排料设计

普通热塑性塑料成型是物理变化过程，而热固性塑料注射成型是化学反应过程。发生化学反应时，会产生大量挥发性气体。这些气体会对注塑产生很大的阻力，导致塑件表面产生裂纹。气泡和缺乏材料。同时，气体被压缩，产生高温并烧毁塑料件。

因此，热固性注塑模具型腔的排气尤为重要。一般模具的分型面以及定、动模镶件的底部都需要安装高温密封圈。在固定模腔内的材料流动结束时采用抽真空来克服成型缺陷。同时，也便于提高注射速度。该模具的动模采用镶件，镶件销与动模之间的间隙是排气的。 BMC流动性较差，因此需在动模腔周围设计溢流槽，并在溢流槽底部设计顶针，以利于溢流料的顶出，如图10所示。

图10 汽车前大反光镜注塑模具动模排气及卸料设计