一种塑料格栅预变形模具设计方法与流程

本发明属于模具领域，涉及汽车塑料制品的注塑，尤其涉及一种塑料格栅预变形模具设计方法。

背景技术：

如今汽车上的塑料制品越来越多，专家预计到2020年，汽车平均塑料用量将可能达到500kg/辆以上，约占整车用料的1/3以上，随着汽车轻量化的设计推广，车身上的很多精密件也都大量采用塑料制品，其中以汽车天窗支架、ags前进气格栅、前端模块、cd盒支架、把手支架、车门升降架、后视镜支架等等。

这些精密制品大多在车身上都会做各种不同的动作或者固定一些精密部件，因此其尺寸公差要求非常高，而且其制品的强度也有很高的要求，包括耐久性、稳定性等等。因此对于这些制品经常会使用pp+40％长玻纤的材料，但是这样的材质的制品，在注塑过程会产生很大的变形，因此在模具上控制这些制品的尺寸就非常的关键，也是这类精密注塑模具设计制造最大的难点之一。

以往这类模具都是做两套模具，第一套是软模(实验模具)，第二套根据第一套模具的制品打样出来后，进行改模，一直改到尺寸全部满足要求后，才根据第一套改好的模具来制造第二套模具，其目的是为了避免如果只做一套模具就造成反复的修改而影响模具寿命的问题。

现有技术经常是采用两套模具的方式，第一套是采用普通的s50c材料，先试制一套模具，经试模打样后，对制品进行尺寸测量，对于不合格的尺寸进行改模，这个过程往往比较反复，最终改好模具后，再开始用能保证模具寿命要求的钢材进行正式模具的制造。

所以用这种一种制造方式是比较浪费成本的，但是也只能这样做才能保证正式模具的寿命，但是除了制造成本的增加，也增加模具的制造周期，对于一些紧急的项目就很难实现。现在新车开发周期很短，因此就需要一种方法能够快速的、准确的完成这类精注塑模具的设计和制造。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是在于提供一种塑料格栅预变形模具设计方法，降低模具制造的成本，实现一套模具既能满足制品尺寸要求，又能满足模具使用寿命的要求。

一种塑料格栅预变形模具设计方法，包括以下步骤，

第一步，中值补正，按照制品的2d图纸进行公差的中值计算，然后将中值与制品的3d数据进行对比，确保3d数据与中值数据一致；

第二步，预变型数据的设计，对制品进行注塑模拟，分析制品的翘曲变形结果，然后分析确定制品要进行的预变型的区域，翘曲变形结果符合cae分析后，进行反变形数据的锁定，完成3d预变形数据；

第三步，在第二步的基础上进行模具的设计和制造，模具设计的过程中，前后模的模芯采主体采用三块拼接的方式，模具的设计基准和加工基准都与制品的测量基准统一；

第四步，试模和修模，制品放置24h后进行测量，针对试模产品，按照图纸进行逐项检测，针对超差值部分进行模具3d模型的数据调整，模具按照图纸逐项检测后，针对超差值部分进行加工到符合图纸尺寸；

第五步：模具定型，试模成功后进行最终数据的保存。

进一步的，在所述第一步中，制品齿轮的中值＝制品的基本齿轮+(上公差+下公差)/2，制品的3d数据是指按照二维图纸绘制出来的模型图。

进一步的，在所述第一步中，如果制品的3d数据与中值不一致，在制件的3d模型中，制品去r角，然后按照中值补正3d数据，补正完成后再恢复r角。

进一步的，在所述第二步中，翘曲变形考虑三个要素；(1)、收缩变形，通过调整壁厚设计完成收缩变形参数的调整；(2)、冷却变形，通过调整水路设计，完成冷却速度和冷却时间的调整，实现冷却变形量的调整；(3)、玻纤取向，通过调整浇口设计实现玻纤取向的调整，通过以上三个要素的调整，直到翘曲变形的cae接轨符合要求，如果不符合，反复进行设计反变形数据的调整。

进一步的，在模具设计的过程中，在制品难加工或难成形位置设置单独的镶件，所有模芯的固定螺丝都采用正面锁螺丝的方式固定，模具除了导柱定位外，在四角位置增加精定位。

进一步的，在模具设计的过程中，先考虑以下问题，所设计的模具在制造加工过程中的加工超差问题；试模后的尺寸ng后的修模方便问题；更换镶件调控尺寸所产生的成本问题；其次考虑模具的模具的研配产生的累计公差问题、模具结构的稳定问题、模具前后模合模精度问题；最后要考虑模具拆装方便，实现在不下注塑机的情况下可以快速从正面拆装。

进一步的，模具加工过程中，按照以下步骤，a、模芯开大粗留余量1～5mm进行加硬处理，热处完后外形基准大水磨加工到数，然后进行余量0.3～0.6mm的半精加工，精加工完成后时效放置1～5天后进行余量为0.05～0.15mm的精加工；

d、模芯上的镶件孔、顶针孔、司筒孔和镶件槽全部慢走丝加工到位；

e、有公差要求的特征全部进行镜面机edm铜电极放电加工，要求加工后无需进行抛光；

d、检测合格零件流入装配组，不合格的全部进行返工到合格为止；

e、装配完成组装后，模具进行整体光刀加工，先进行0.03～0.06mm余量的精铣后，然后换高速合金新刀具，进行0mm余量加工；

f、模具全部加工完成后，发三次元再次整体检验，检验零位按照每穴的制品基准测量，要求公差±0.02，尺寸不合格的按照上述流程重新返工到位，方能送抛光组进行抛光；

g、抛光作业完成后，对抛光的位置重新上三次元测量，要求公差±0.03，待所有加工尺寸都满足3d图公差后，方可流入试模。

进一步的，a、模芯开大粗留余量2mm进行加硬处理，热处完后外形基准大水磨加工到数，然后进行余量0.5的半精加工，精加工完成后时效放置2天后进行余量为0.1mm的精加工；

在步骤c和步骤d之间增加以下工序，所有加工最后一道工序完成后，流入品质后按照图六的文件进行检测，要求每一项尺寸都要对照2d图纸检测，测量尺寸写在一侧，没有问题的用绿色荧光笔涂抹，不合格的用红色荧光笔涂抹；2d无法直接测量的需要提供三次元测量报告；

e、装配完成组装后，模具进行整体光刀加工，先进行0.05mm余量的精铣后，然后换高速合金新刀具，进行0mm余量加工；

进一步的，在试模修模的过程中，针对每一项不合格的尺寸经过测量报告数据分析后，得出一个修模方案，形成修模报告，报告中注明制品尺寸不合格的原因，如原图设计尺寸、加工尺寸、试模尺寸，通过三个尺寸的对比确定原因；其二每一项不合格尺寸一页报告，追溯每一次的尺寸调整，分析改模不到位的原因，实现正确到位的改模方案；其三每张不合格尺寸改模报告上详细描述尺寸调整后，模具相关零件的更改情况。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明革新现有的设计方法，专门针对这类有精密尺寸要求的模具制定一套设计方法和技术策略，对于制品变形的问题，采用预变型的方法，对制品在出模后将出现变形的位置进行预先反变形调整，降低模具制造的成本，要实现一套模具既能满足制品尺寸要求，又能满足模具使用寿命的要求，避免了要先设计一套软模，再设计正式模的设计方式，极大的控制了制造成本和项目进度时间，提高了公司设计加工制造能力，降低成本，加强了企业的核心竞争力；

2、中值补正技术的应用降低了模具制造的难度，简化了加工标准；对于有精密尺寸要求的模具，很好的提升数据合格率的处理方案，因为经过中值补正的模从首次试模中可以发现，尺寸的达标率相比于传统设计标准提升了很多，并且降低了修改模次数，实现模具成本的有效控制；

3、采用反变形数据的设计方式，有效的解决了因模具注塑后翘曲变形的问题，降低了因反复改模带来的制造修模成本和严重降低模具寿命的问题，采用对重点变形区域的模具镶拼设计，提高了修模的便易性和经济性，不仅利于修模操作，也保证了模具制造进度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种塑料格栅预变形模具设计方法中值计算的流程图；

图2是本发明一种塑料格栅预变形模具设计方法预变形数据设计的流程图；

图3是本发明一种塑料格栅预变形模具设计方法中值计算的示例；

图4是本发明cae分析与预变型数据的部分截图；

图5是本发明模具增加精定位的示意图；

图6是本发明是试模制品检验后标记的示例图；

图7是本发明试模制品检验的流程图；

图8是本发明修模保护的示例图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1～图8所示，本发明为一种塑料格栅预变形模具设计方法，包括以下步骤，

第一步，中值补正，按照制品的2d图纸进行公差的中值计算，然后将中值与制品的3d数据进行对比，确保3d数据与中值数据一致，以ags可变进气格栅精密支架模具为例，中值补正是ags可变进气格栅精密支架模具开发的第一步，也是控制制品尺寸的关键技术之一，将3d数据更改调整到2d公差要求的中值，是比较考验设计人员处理数据能力的，并且如何能达到快速高效实施数据修改的目的是保证模具生产交付的关键，中值补正技术的应用降低了模具制造的难度，简化了加工标准；对于有精密尺寸要求的模具，是一种很好的提升数据合格率的处理方案，因为经过中值补正的模从首次试模中可以发现，尺寸的达标率相比于传统设计标准提升了很多，并且降低了修改模次数，实现模具成本的有效控制；

第二步，预变型数据的设计，对制品进行注塑模拟，本申请中采用moldflow软件对制品进行注塑模拟，也可以采用其他等效软件进行注塑模拟，分析制品的翘曲变形结果，然后分析确定制品要进行的预变型的区域，翘曲变形结果符合cae分析后，进行反变形数据的锁定，完成3d预变形数据，即通过cae分析研究预测制品可能出现的变形区域，然后对相应位置进行反方向数据调整预变形技术，从而降低改模率，节省模具试模成本，预变型数据的设计是整套模具设计中最为核心的关键技术，如何能做出准确的预变型数据是非常有难度的，我们采用cae注塑模拟成型结果结合经验分析出变形的位置，从而进行反变形数据设计，此是进行预变型数据处理的关键技术，因为只有良好的cae分析结果才能正确处理反变形数据；

第三步，在第二步的基础上进行模具的设计和制造，模具设计的过程中，前后模的模芯采主体采用三块拼接的方式，方便尺寸的调配同时可以多个模芯同时加工，缩短制造周期，模具的设计基准和加工基准都与制品的测量基准统一，模具2d零件加工图也按照统一基准出图；

第四步，试模和修模，制品放置24h后进行测量，保证制品应力释放完成，针对试模产品，按照图纸进行逐项检测，针对超差值部分进行模具3d模型的数据调整，模具按照图纸逐项检测后，针对超差值部分进行加工到符合图纸尺寸；

第五步：模具定型，试模成功后进行最终数据的保存，方便后续的量产，以及针对量产特别大的时候，方便保存数据，模具的复制和再次生产加工，针对一些销量特别大的汽车零件，会出现模具制作多套的情况，此时针对正确的数据进行保护，方便后续量产。

优选地，在第一步中，制品齿轮的中值＝制品的基本齿轮+(上公差+下公差)/2，制品的3d数据是指按照二维图纸绘制出来的模型图；更优选地，在第一步中，如果制品的3d数据与中值不一致，在制件的3d模型中，制品去r角，然后按照中值补正3d数据，补正完成后再恢复r角，通过对制品中的2d公差数据与3d数据进行校核，实现3d数据的中值数据处理，实现将制造公差与设计公差的转变技术，从而降低制造难度提升模具质量。

优选地，在第二步中，翘曲变形考虑三个要素；(1)、收缩变形，通过调整壁厚设计完成收缩变形参数的调整；(2)、冷却变形，通过调整水路设计，完成冷却速度和冷却时间的调整，实现冷却变形量的调整；(3)、玻纤取向，通过调整浇口设计实现玻纤取向的调整，通过以上三个要素的调整，直到翘曲变形的cae接轨符合要求，如果不符合，反复进行设计反变形数据的调整，ags可变进气格栅制品预变型数据设计技术：预变型数据的设计技术是行业的难点，关键是就是反变形量和数据的逆向建模，尤其是复杂的零件，对设计师的能力水平要求很高，ags可变进气格栅制品有230项尺寸，那么其预变型数据设计难度更大，但是应用高版本cae软件的反变形stp格式导出功能，就大大降低了设计人员的能力要求，从而提升了数据处理的效率和质量。

优选地，在模具设计的过程中，对于设计中的关键技术就是镶件的拆分和模具的设计，其次是模具进胶、运水冷却、结构、顶出、模具强度等；制造中就是模具加工精度和热处理变形的控制以及模具装配中，研配的顺序和研配检验的标准等关键技术，在制品难加工或难成形位置设置单独的镶件，通过多尺寸精密模具的模具设计与镶拼结构设计技术与精密模具的加工制造工艺技术的应用为模具质量和交付增加了双动力，所有模芯的固定螺丝都采用正面锁螺丝的方式固定，模具除了导柱定位外，在四角位置增加精定位，提升定位精度，模具除了镶拼设计，还要额外增加挤紧块，方便拆装。

优选地，在模具设计的过程中，先考虑以下问题，所设计的模具在制造加工过程中的加工超差问题；试模后的尺寸ng后的修模方便问题；更换镶件调控尺寸所产生的成本问题；其次考虑模具的模具的研配产生的累计公差问题、模具结构的稳定问题、模具前后模合模精度问题；最后要考虑模具拆装方便，实现在不下注塑机的情况下可以快速从正面拆装。

优选地，模具加工过程中，首先要考虑模具的加工变形问题、热处理变形问题、edm放电问题、抛光问题；其次是模具零件的加工基准问题、加工质量的管控问题；最后是考虑模具零部件的组装研配问题，按照以下步骤，a、模芯开大粗留余量1～5mm进行加硬处理，热处完后外形基准大水磨加工到数，然后进行余量0.3～0.6mm的半精加工，精加工完成后时效放置1～5天后进行余量为0.05～0.15mm的精加工；

f、模芯上的镶件孔、顶针孔、司筒孔和镶件槽全部慢走丝加工到位；

g、有公差要求的特征全部进行镜面机edm铜电极放电加工，要求加工后无需进行抛光；

d、检测合格零件流入装配组，不合格的全部进行返工到合格为止；

e、装配完成组装后，模具进行整体光刀加工，先进行0.03～0.06mm余量的精铣后，然后换高速合金新刀具，进行0mm余量加工；

f、模具全部加工完成后，发三次元再次整体检验，检验零位按照每穴的制品基准测量，要求公差±0.02，尺寸不合格的按照上述流程重新返工到位，方能送抛光组进行抛光；

g、抛光作业完成后，对抛光的位置重新上三次元测量，要求公差±0.03，待所有加工尺寸都满足3d图公差后，方可流入试模。

优选地，a、模芯开大粗留余量2mm进行加硬处理，热处完后外形基准大水磨加工到数，然后进行余量0.5的半精加工，精加工完成后时效放置2天后进行余量为0.1mm的精加工；

在步骤c和步骤d之间增加以下工序，所有加工最后一道工序完成后，流入品质后按照图六的文件进行检测，要求每一项尺寸都要对照2d图纸检测，测量尺寸写在一侧，没有问题的用绿色荧光笔涂抹，不合格的用红色荧光笔涂抹；2d无法直接测量的需要提供三次元测量报告；

e、装配完成组装后，模具进行整体光刀加工，先进行0.05mm余量的精铣后，然后换高速合金新刀具，进行0mm余量加工；

设计与制造各个阶段需要控制与注意地方，按照以上流程一步步完成，有效管控各个阶段的品质，最终达到模具的正常交付使用多尺寸精密支架模具的设计与加工制造技术相集合，实现了高精密模具的设计。

优选地，制品试模后的测量一是检验模具生产出来的产品是否满足客户2d图纸公差要求；二是对超差的尺寸进行超差范围的度量，为下一步的修模提供修改量的依据，所以制品尺寸的测量精度就非常重要，但是这个难度也是很大的，制品的形状并不规则，如何能在三次元中和扫描仪中精确合理的测量也是模具修模成败与否的关键技术；测量结果出来后，要制定合理的修模方案，方案的合理性和可靠性是最终模具修模好坏的重要保障，这些都是模具最终能实现交付的重要关键实施技术，往的改模都是根据试模后的模具pdca内容由设计更改3d模图后，填写改模单下发加工，一旦设计的改模方案有误或者不彻底就造成改模失败或者改模效果不佳，本申请在试模修模的过程中，针对每一项不合格的尺寸经过测量报告数据分析后，得出一个修模方案，形成修模报告，报告中注明制品尺寸不合格的原因，如原图设计尺寸、加工尺寸、试模尺寸，通过三个尺寸的对比确定原因；其二每一项不合格尺寸一页报告，追溯每一次的尺寸调整，分析改模不到位的原因，实现正确到位的改模方案；其三每张不合格尺寸改模报告上详细描述尺寸调整后，模具相关零件的更改情况，如减钢或者烧焊或者新制，这样让各个部门更加清晰明朗的知道改模的大概的时间和工序安排，可以避免一些不确定的冲突影响改模进度，所以修模报告的应用提升了改模效率增加了改模的质量，大幅度提升改模合格率增加模具的制造利润。

在实际工作过程中，此方法适用于ags可变进气格栅，此零件属于精密支架模具，按照以上步骤进行，首先是进行预变型制品的设计，当拿到客户的3d制品数据和2d图以后要对2d制品上每一个有公差要求的尺寸，在3d制品数据进行中值数据的补正调整，这个阶段称为中值补正，当中值补正完成后，要对中值数据进行模流分析，要重点分析产品的翘曲变形，此时要重点关注影响制品变形的主要因素是那些方面，如冷却不均、分子去向、收缩不均等，要稳定分析工艺，结合cae分析的结果和现场生产的经验，制定反变形数据的方向、模具浇口布置、冷却水布置等，着手反变形数据的设计，采用3d建模软件分段分布进行数据调整，做完的预变型数据再重新进行模流分析，检验数据的合理性，检查其翘曲变形是否满足设计要求，当预变型数据满足设计要求后，下一步是对其进行拔模和恢复圆角的工作，完成这个工作后，模具设计中比较核心的一环，预变型数据设计算完成，当预变型数据处理完之后，就可以进行正式的模具设计，因反变形数据可能不能完全解决注塑变形的全部问题，因此在模具设计的时候，要将需要可能调整的部分再做出镶件结构以方便后续模具的修整，在模具设计过程中，要注重模具冷却的均匀和顶出布局，尤其是在顶针设置的时候，要考虑避免将重要尺寸位置受力顶出，防止产生变形；在运水设计的时候要避免热点区域，模具制作完成后，进行试模，根据试模后制件与图纸之间的偏差进行修模动作，直到制品达到图纸的要求，完成模具尺寸确定，可以实用确定数据后的模具进行制件的量产，本设计方法对于制品变形的问题，采用预变型的方法，对制品在出模后将出现变形的位置进行预先反变形调整，降低模具制造的成本，要实现一套模具既能满足制品尺寸要求，又能满足模具使用寿命的要求，避免了要先设计一套软模，再设计正式模的设计方式，极大的控制了制造成本和项目进度时间，提高了公司设计加工制造能力，降低成本，加强了企业的核心竞争力。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。