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汽车雨刮器的模具设计

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汽车雨刮器的模具设计

II摘要雨刷是最早发明于1910年.从1900年就有正规生产汽车在道路上,这意味着汽车没有雨刷在道路上遭受各种天气行驶至少10年雨刷的构想产生于美国特瑞科公司的董事长在下雨天驾车,由于天气模糊,无法看清道路,导致撞倒了一个骑自行车的男孩。虽然男孩没有受很大的伤,但是驾驶者被他的经历所震惊。为他所震惊的是驾驶的危险是在没有完全看清道路的情况下发生的,这引起了雨刷的产生。在我们熟悉的电动雨刷系统出现以前一系列不同的方法都尝试过。最早的雨刷设计是一个塑料刀片在挡风玻璃上手动旋转。虽然这使挡风玻璃变干净,前方的视野变清晰,但操作者的手很快就累了,于是这种设计被放弃了。另一个的设计是由一个真空驱动泵所引发的。不幸的是这种设计被操作速度随车速改变的事实所困扰。这次失败最终导致连接一个电机到雨刮臂,这种本质一直沿用到今天,到如今的批量生产。关键词雨刷发明模具批量IVAbstractThewindshieldwiperwasfirstinventedin1910.Thefirstregularproductionautomobileshadbeenontheroadssince1900,whichmeansthatcarsweredrivingonroadsinallkindsofweatherforatleasttenyearswithoutwindshieldwipersTheideaforwindshieldwiperswasbornwhenthePresidentoftheTricocompanyintheUnitedStateswasdrivinghiscaronarainydayand,unabletoseetheroadwellbecauseoftheweather,hehitaboyonabicycle.Thoughtheboywasnothurtbadly,thedriverwasconsiderablyshakenbytheexperience.Itwashisshockatthedangerofdrivingwithoutseeingtheroadproperlythatbroughtaboutthebirthofwindshieldwipers.Butanumberofdifferentmethodsweretriedbeforethemotordrivenwipersystemswearefamiliarwithtodaycameabout.Theinitialwindshieldwiperdesignwasoneinwhicharubberbladeonthewindshieldwasrotatedmanually.Whilethisallowedthewindshieldtobeclearedandforwardvisionimproved,theoperatorhandsoontired,andthedesignwasabandoned.Thenextdesignwaspoweredbyavacuumdrivenpump.Unfortunatelythisdesignwasplaguedbythefactthatitsspeedofoperationchangedwiththespeedofthevehicle.Thisfailurefinallyledtotheattachmentofamotortothewiperarm,whichisessentiallytheonestillinusetoday.KeywordsbladeinventmouldbatchV目录摘要............................................................................................................................................IIAbstract.........................................................................................................................................IV目录.............................................................................................................................................错误未定义书签。1绪论.............................................................................................................................................12塑料制品分析.............................................................................................................................22.1明确制品设计要求..............................................................................................................22.2明确制品批量......................................................................................................................22.3材料选择及性能..................................................................................................................22.4成型设备..............................................................................................................................32.5拔模斜度..............................................................................................................................32.6计算制品的体积和质量......................................................................................................32.6.1表面质量的分析............................................................................................................32.6.2塑件的体积重量............................................................................................................33注射机及成型方案的确定.........................................................................................................43.1注射机的确定......................................................................................................................43.2成型方案的确定..................................................................................................................43.2.1成型设备的选择...........................................................................................................43.2.2成型的特点...................................................................................................................43.2.3成型的原理...................................................................................................................43.2.4成型过程.......................................................................................................................44型腔数的确定及分型面的选择.................................................................................................64.1型腔数的确定......................................................................................................................64.2分型面的选择......................................................................................................................64.2.1分型面的主要选择原则...............................................................................................64.3确定型腔的排列方式..........................................................................................................74.4标准模架的选用..................................................................................................................75成型零部件的设计与计算.........................................................................................................85.1凸模设计..............................................................................................................................85.2凹模的设计..........................................................................................................................85.3成型零件工作尺寸的计算..................................................................................................95.3.1模腔工作尺寸的计算...................................................................................................95.3.2型芯工作尺寸的计算...................................................................................................95.3.3型腔侧壁厚度和型腔底壁厚度的计算.......................................................................96浇注系统的设计.......................................................................................................................106.1主流道设计........................................................................................................................10VI6.2浇口的设计........................................................................................................................106.3平衡进料............................................................................................................................116.4冷料井设计........................................................................................................................116.5本模具浇注系统的选择.....................................................................................................127排气与冷却系统的设计...........................................................................................................157.1冷却系统设计的原则........................................................................................................157.2冷却水路的计算................................................................................................................157.3排气系统的设计................................................................................................................178顶出与抽芯机构的设计...........................................................................................................188.1斜顶机构............................................................................................................................188.2推杆复位装置....................................................................................................................188.3抽芯机构的选择................................................................................................................198.4斜顶抽芯机构的设计........................................................................................................198.5延时顶出机构的设计........................................................................................................229导向机构的设计.......................................................................................................................249.1导向、定位机构的主要功能............................................................................................249.2导向机构的设计.................................................................................................................249.2.1导柱的设计.................................................................................................................249.2.2导套的设计.................................................................................................................2410注射机与模具各参数的校核.................................................................................................2510.1工艺参数的校核..............................................................................................................2510.2模具安装尺寸的校核......................................................................................................2510.2.1喷嘴的校核...............................................................................................................2510.2.2定位圈尺寸的校核...................................................................................................2510.2.3模具外形尺寸的校核...............................................................................................2510.2.4模具厚度的校核.......................................................................................................2610.2.5安装参数的校核.......................................................................................................2610.3开模行程的校核..............................................................................................................2611结论与展望.............................................................................................................................27致谢...............................................................................................................................................28参考文献.......................................................................................................................................29汽车雨刮器的模具设计11绪论塑料塑件在人们的日常生活中及现代工业生产领域中占有很重要的地位。采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺,可以提高生产效率,保证零件质量,节约材料,降低生产成本,从而取得很高的生产效率。因此,在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域,塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用,出现了金属材料塑料化的趋势。在工业发达国家,据最近数据统计,日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40韩国模具专业厂中,生产塑料模的43.9,生产冲压模的占44.8新加坡全国有460家模具企业,60生产塑料模,35生产冲模和夹具。作为最有效的塑料成型方法之一的注射成型技术具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑件。成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等优点,因此,世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。目前,塑料塑件在国民经济和日常生活中的应用日趋广泛,发挥着举足轻重的作用,塑料塑件的加工基本上是通过模具一次成型的。在众多的成型方法中,注射成型占主导地位,塑料塑件的质量、生产的效率和成本和模具的结构、使用性能密切相关,因此,设计制造出结构合理,使用性能优良的注射成型模具已成为塑料生产厂家关注的焦点。本次毕业设计题目是汽车雨刮器零件的设计,设计中重点注意一模多腔件的进料平衡。无锡太湖学院学士学位论文22塑料制品分析2.1明确制品设计要求图2.1、为塑料制品的三维立体图。该产品精度及表面粗糙度要求很高,在垂直于开模方向上哟两处突起,阻碍成型后塑料制品从模具中脱出,因此须设置斜顶结构。图2.1塑料制品的三维立体图2.2明确制品批量该产品大批量生产,故设计的模具要求有较高的注塑效率,模具采用一模十六腔结构,浇口形式采用侧浇口。2.3材料选择及性能2.3.1材料选择由于该塑料制品形状复杂,但需要有较好的力学性能故选用PA66材料。2.3.2材料品种PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体晶体材料。PA66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。PA66在成型后仍然具有吸湿性,其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时,一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。PA66的粘性较低,因此流动性很好(但不如PA6)。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。PA66的收缩率在12之间,加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.21收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。PA66对许多溶剂具有抗溶性,但对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱。汽车雨刮器的模具设计32.4成型设备经比较,成型设备采用卧式注射机较好,其优点是机体较低,容易操作和加料,塑件脱模后可以自动落下可实现自动化操作,注塑机的重心较低安装稳定,适合大中型注射机的设计制造。2.5拔模斜度由于材料是PA66,且制品较小,故拔模斜度取2°。2.6计算制品的体积和质量2.6.1表面质量的分析该零件的表面质量要求很高,而且产品多空间曲线,故各个成型面都得进行抛光处理,斜顶的配合度要求很高。2.6.2塑件的体积重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算得塑件的体积V=12.18计算塑件的质量公式为W=Vρ根据设计手册查得PA66的密度为1.12g/cm3,故塑件的重量为W=Vρ12.181.1213.64无锡太湖学院学士学位论文43注射机及成型方案的确定3.1注射机的确定根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况,可初步选用的注射机为szy300型注塑成型机,该注塑机的各参数如下表31所示表31szy300型注塑成型机的各参数理论注射量/cm3500移模行程/mm340螺杆直径/mm60最大模具厚度/mm335注射压力/Mp125最小模具厚度/mm130锁模力/KN2000喷嘴球半径/mm18拉杆内间距/mm2421857喷嘴口孔径/mmφ53.2成型方案的确定3.2.1成型设备的选择塑料的种类较多,成型方法也多,有注射成型,压注成型,压缩成型,挤出成型,气动与液压成型,泡沫塑料的成型等。该雨刮器选用螺杆式注塑机,型号为xszy500。3.2.2成型的特点注射成型又称注射模塑,成型周期短,能一次成型外形复杂,尺寸精密,带有嵌件的塑料制件。制品无需修整或仅需少量修正,可得到较窄的公差,废料损耗最小,且生产效率高,易于实现自动化生产,适于多件批量较大的塑件生产等优点。但是,产品质量有时难短期稳定,模具的结构有时不宜高效成型等缺点。3.2.3成型的原理在成型时,塑料要经过三个阶段的转换一是塑料未进入料筒的颗粒状态二是塑料在料筒中的塑化流动而到熔融状态三是塑料通过模具浇注系统的充模流动及冷却定型。其成型原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中间,经过加热熔融塑化称粘流态熔体,在注塑机的螺杆的高压推动下,以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔,经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状,然后开模分型获得成型塑件。这样完成一次注射工作循环。3.2.4成型过程其包括成型前的准备,注射成型过程及塑件后处理。1、成型前的准备A、原料外观的检测合工艺性能的测定包括对色泽、粒度、均匀、流动性、热稳定性及收缩率的检测。汽车雨刮器的模具设计5B、物料的预热和干燥防止塑料表面出现斑纹和气泡,甚至发生降解等。大批量生产宜采用沸腾干燥或真空干燥。C、嵌件的预热以减少物料和嵌件的温度差,降低嵌件周围塑料的收缩应力,保证塑件的质量。D、料筒的清洗当改变产品,更换原料及颜色时均需清洗料筒。螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。E、脱模剂的选用为顺利脱模,通常使用脱模剂。该成型模具可以采用硬脂酸锌。2、注射成型过程包括加料、加压、注射、保压、冷却、定型、脱模等工序。3、塑料的后处理A、退火将塑件在定温的液体介质(如热水、若热的矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡等)或热空气循环烘箱中静置一段时间,然后慢慢冷却到室温。从而消除内应力,提高塑件的性能。退火温度应控制在塑件使用温度10~20℃以上,或塑件的热变形温度以下10~20℃。退火处理时间决定与塑料的品种、加热介质的温度、塑料形状和成型条件,速度不能过快,以免产生新的应力。B、调湿处理将脱模的塑件放入热水中,以隔绝空气,防止对塑件的氧化,加快吸湿平衡速度的一种后处理的方法。无锡太湖学院学士学位论文64型腔数的确定及分型面的选择4.1型腔数的确定型腔数的确定有多种方法,本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下n2GC/V式中G注射机的公称注射量/cm3V单个制品的体积/cm3C浇道和浇口的总体积/cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的(0.75-0.45)倍,现取0.7G进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的(0.2-1)倍,现取C=0.3V进行计算。n20.7G/1.3V0.538G/V0.538500/1.312.1816.9由以上的计算可知,可采用一模十六件的模具结构。4.2分型面的选择4.2.1分型面的主要选择原则(1)分型面的位置设在塑料横截面尺寸最大的部位,以便脱模和加工型腔。(2)有孔的同轴度要求、台阶间尺寸精度的要求,应使塑件相关的部分全部在动模部分成型,以保证塑件尺寸精度。(3)在光滑凭证表面或圆弧曲面上尽量避免选择分型面,防止在分型面产生,以保证塑件的外观质量。(4)考虑保证塑件的使用要求,避免由脱模斜度、推杆及浇口痕迹等缺陷影响塑件的功能。(5)考虑锁模力,尽量减小塑件在分型面的投影面积。(6)尽可能将塑件留在动模的一边,易于设置和制造简便易行的脱模机构。(7)便于浇注系统的布置,利于排气,模具零件易于加工等等。在确定型心分模之前,应该考虑好该型心放在模板上空间方位,要有利与冷却水道的设计以及尽可能地减少不必要的材料。本设计分型面选择如实例图4.1图4.1分型面选择实例图汽车雨刮器的模具设计74.3确定型腔的排列方式本塑件在注射时采用一模十六件,即模具需要公母模仁各四块。综合考虑浇注系统,模具结构的复杂程度等因素采用如下图4.2的型腔排列方式。4.2模具型腔排列方式4.4标准模架的选用模具的大小主要取决于塑件的大小和结构,对于模具而言,在保证足够强度的前提下,结构越紧凑越好。模架尺寸参照装配图4.34.3模架尺寸参照装配图无锡太湖学院学士学位论文85成型零部件的设计与计算5.1凸模设计凸模用于成型塑料的内表面,又称型芯、阳模或成型杆。结构分整体式和组合式两种。为了便于加工和有利于排气,运用组合式的型芯结构,与整体式型芯相比,组合式型芯使加工和热处理工艺大为简化。该设计中采用组合式凸模,其中公模仁的结构如下图5.1图5.1公模仁的结构5.2凹模的设计凹模用于成型塑件的外表面,又称阴模、型腔。按照结构的不同可以分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌式和四壁镶嵌式五种。该设计采用整体嵌入式结构,由整块金属材料直接加工成母模仁,其结构如下图5.2图5.2工成母模仁汽车雨刮器的模具设计95.3成型零件工作尺寸的计算本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算,已给出这PA66的成型收缩率为0.005,模具的制造公差取zΔ/3。5.3.1模腔工作尺寸的计算型腔的内径尺寸的计算253.841253.8410.5-0.0150.040253.950.040。型腔的深度尺寸的计算(24.708+24.7080.5-0.50)0.040=24.330.0405.3.2型芯工作尺寸的计算型芯高度的尺寸计算(24.708+24.7080.5-0.50)00.0424.3300.045.3.3型腔侧壁厚度和型腔底壁厚度的计算1)型腔底壁Th厚度的经验数据见表48塑料成型工艺与模具设计查得Th0.120.13b2)型腔侧壁厚度Tc的经验计算公式为Tc0.20t17无锡太湖学院学士学位论文106浇注系统的设计浇注系统设计时,应注意与注射机的注射口相符合,主流道、浇口套、定位圈等的各项参数与注射机的规格密切相关,由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触,所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸更换的主流道衬套,即浇口套。对浇注系统进行总体设计时,一般应遵循如下原则A、了解塑料的成型性能B、尽量避免或减少产生熔接痕C、有利于型腔中气体的排出D、防止型心的变形和嵌件的位移E、尽量采用较短的流程充满型腔6.1主流道设计设计手根据册查得szy300型注射机喷嘴有关尺寸如下喷嘴前端孔径d0φ5mm喷嘴前端球面半径R0=18mm为了使凝料能顺利拔出,主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。D=d0.5-1mmφ50.5=φ5.5mm主流道的半锥角α通常为1°-2°过大的锥角会产生湍流或涡流,卷入空气,过小的锥角使凝料脱模困难,还会使充模时熔体的流动阻力过大,此处的锥角选用1°。经换算得主流道大端直径D=φ7.74mm,为使熔料顺利进入分流道,可在主流道出料端设计半径r=1mm的圆弧过渡。主流道的长度L取1286.2浇口的设计根据浇口的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为合适。侧浇口一般开设在模具的分型面上,从制品的边缘进料,故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形,其优点是截面形状简单,易于加工,便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹,因为该制件无表面质量的特殊要求,又是中小型制品的一模两腔结构,所以可以采用侧浇口。在侧浇口的三个尺寸中,以浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响,浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好,一般选L=0.5-0.75mm。汽车雨刮器的模具设计116.3平衡进料作为一模十六腔的多腔模具,其浇注系统的平衡进料很重要,一模多腔浇注系统的平衡。图6.1平衡式浇注系统图6.2非平衡式浇注系统6.4冷料井设计冷料井位于主流道正对面的动模上,或处于分流道末端。其作用是搜集料流前锋的冷料防止进入型腔而影响塑件质量,开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径宜大于主流道大端直径,长度约为主流道大端直径。本设计采用带Z型拉料杆。由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住,分模是即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上,在推出塑件时,冷料也一同被推出,取产品时向拉料钩的侧向稍微许动,即可脱钩将塑件连同浇注系统凝料一道取下。无锡太湖学院学士学位论文126.5本模具浇注系统的选择对于本模具粗选下列浇注系统1方案一图6.3定模浇道图6.4动模浇道

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