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文档简介

中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 1 汽车保险杠 注射 模 具 设计 摘要 : 随着汽车工业的发展,汽车保险杆作为一种重要的安全装置走向了革新的道路,保险杆除了有保护功能外,还要追求与车体造型的和谐与统一,追求本身的轻量化和表亮化。本文叙述了其注塑模具设计的一般流程,包括塑胶件的工艺分析;模具具体结构的设计;及模具各种 2D、 3D 工程图的绘制;热流道技术;注塑成型设备的选择;相关参数的计算与说明等等。相比其他注塑模设计,本文采用目前模具设计中先进的热流道技术,包括喷嘴的设计、流道板的具体参数的选择与设计等等。 本塑件是一个宽度 左右,厚度 厘米之间的汽车后保险杠。塑件整体尺寸较大,无螺纹,所以不需要涉及螺纹设计。这次设计的模具的顶出方式采用简单脱模机构中的顶杆脱模机构。顶杆脱模机构是最典型的简单脱模机构,它结构简单,制造容易且维修方便。 在整个设计工作中,本文主要运用 3D 软件 以及 件 来完成产品的造型。此外还利用 制了模具装配图以及各种成型零件图。这是第一次利用绘图软件对整套模具进行设计,对所学知识进行了全面巩固,意义重大! 关键词 : 热流道;注塑模设计; ; 北大学 2013 届本科毕业设计说明书 2 of s M of so in is of of of of D, 3D of of so a .6 0.3 .5 cm so do of a of is to to in in of so in D E to In up as as is of to on on be is ; 013 届本科毕业设计说明书 1 目录 1 前言 . 1 2 塑件结构与成型工艺分析 . 4 车保险杠模具的设计 . 4 车保险杠的立体示意图 . 4 车保险杠的二维视图 . 4 车保险杠的结构尺寸特征分析 . 4 件工艺性分析 . 5 料弯管原材料的选择分析 . 5 料的原材料的选择 . 5 高冲击强度 能指标 . 5 3 成型工艺方案的确定 . 7 寸精度分析 . 7 件的体积和质量 . 7 择注射机 . 7 腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 . 8 腔数量 . 8 大注射量校核 . 8 模力的校核 . 9 射压力校核 . 9 模行程校核 . 9 型面的选择 . 9 4 浇注系统设计 . 11 注系统设计原则 . 11 流道注塑模具技术 . 13 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 2 流道设计 . 14 热管功率的计算 . 15 嘴 . 16 道板 . 18 动系统 . 19 塑模的热流道系统的装配 . 21 5 成型零件结构设计 . 24 芯与型腔的结构设计 . 24 体式矩形型腔侧壁厚度计算。 . 24 体式矩形底板厚度计算 . 25 芯的尺寸计算 . 26 芯的径尺寸计算 . 26 芯高度尺寸计算 . 26 腔尺寸计算 . 27 腔径向尺寸 . 27 腔高度尺寸计 算 . 27 6 冷却系统的设计 . 28 却系统设计原则 . 28 料注射量的计算 . 28 品所需冷却时间的计算 . 29 却水体积流量的计算 . 30 孔直径的选择 . 31 却水在管道内的流速 . 31 却水流动状态的校核 . 31 却管壁与水交界面的膜传热系数 h . 31 算冷却水通道的导热总面积 A . 32 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 3 算模具所需冷却水管道的总长度 L . 32 却水路的根数 x . 32 却系统的结构设计 . 32 7 排气系统 . 34 8 塑件脱模机构的设计 . 35 模机构设计原则 . 35 模力的计算 . 36 形台锥形型芯脱模力计算 . 36 杆的尺寸的计算: . 37 9 绘制模具装配图和模具的安装制造 . 38 配图的绘制 . 38 具零件加工制造 . 39 塑模主要零件加工工艺 . 39 具的安装与试模 . 39 流道模具的安装 . 39 流道模具的试模 . 40 . 41 致谢 . 44 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 1 1 前言 随着社会的发展,越来越多的汽车进入到我们千家万户。从 2009年开始,我国已居汽车生产和消费世界第一,但同时汽车的安全性能也广受大家的关注,保险杠作为 汽车的重要安全装置也倍受各个汽车生产厂家的重视汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。轿车前后保险杠在 20年前是以金属材料为主,用厚度为 3毫米以上的钢板冲压成 面处理镀铬,与车架纵梁铆接或焊接在一起,与车身有一段较大的间隙,这样的保险杠既不美观,而且成型困难,增加了车体重量且容易腐蚀破坏。随着汽车工业的发展,全金属保险杠越来越不适合现代汽车在轻量化以及车体造型一体化等方面的要求,尤其在轿车、轻型车上,用塑料保险杠取代全金属保险杠的已成为一种趋势。作为钢铁件的替代产品,其优点很多: 一、塑料的韧性好:可以吸收部分冲击、碰撞、飞扎等带来的冲击能量。一般来说,目前的汽车保险杠材料是由 要有 量高的保险杠用进口原装 通的就添加或者全部用进口 、质量轻。与钢材相比,塑料保险杠的质量只有钢材的六分之一到七分之一,能大大减少汽车自重。三、塑料保险杠加工成型方便。一旦开好一套模具,即可不停地注塑、产能大,而且检测方便快捷。四、塑料保险杠成本低且易控制。从结 构上说,保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中外板和缓冲材料用塑料制成,横梁用厚度为 形槽;外板和缓冲材料附着在横梁上,横梁与车架纵梁螺丝连接,可以随时拆卸下来。塑料保险杠使用的塑料,大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料,采用注射成型法制成。例如标致轿车的保险杠,采用了聚酯系材料并用反应注射模成型法做成。而大众的奥迪、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠,采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料,渗入合金成分,采用合金注射成型的方法,加工出来的保险杠不但具有高的强度和刚性,还具有可以焊接的优点,而且涂装性能好,在轿车上的 用量越来越多。尽管塑料保险杠有这么多的优点,但像大型塑料件如汽车保险杠在加工成型时却比较困难,一般多采用注塑的方法;汽车保险杠在注塑的时候也会遇到短射、翘曲、中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 2 缩水、气纹,气孔,熔接痕、颜色异常等注塑缺陷。 从 20世纪 80年代以来,我国模具工业发展迅速,平均每年的增长速度均为 13% ,在 1999年我国模具工业产值为 245亿,到2000年我国模具总产值为 260 270亿元,其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中,塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在,历经半个多世纪,从 总体来说,各个方面都有了很大发展,模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明,我国模具市场的总体趋势是稳定提升的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将继续高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。 这次模具设计总主要运用到热流道注射模具技术 , 从 20 世纪 80 年代以来,我国模具工业发展迅速,平均每年的增长速度均为 13% ,在 1999 年我国模具工业产值为 245亿,到 2000 年我国模具总产值为 260 270 亿元,其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中,塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国 塑料模具工业从起步发展到现在,历经半个多世纪,从总体来说,各个方面都有了很大发展,模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明,我国模具市场的总体趋势是稳定提升的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将继续高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。 在未来的发展中,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流,这类模具 的发展将高于总量发展的速度,其中国产化的占有率也会提高 ;在塑料模具设计制造中全面推广应用 术,先进的 术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用; 推广和应用热流道技术、气辅注塑成型技术和高压注塑成型技术,随着生产的快速自动化要求,这类先进的成型技术将得到越来越多的关注和应用;开发新的塑料成型工艺和快速经济模具,随着塑料工业的发展和进步,要求模具的生产周期大大缩短和经济实用;提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率,由于现代工业的分工越来越细,模具行业也要提高模具的标准化,方便模具各零件的生产加工和使用,缩中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 3 短模具的生产周期;应用优质模具材料和先进的表面处理技术;研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程等。 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 4 2 塑件结构与成型工艺分析 车保险杠模具的 设计 车保险杠的立体示意图 图 车保险杠 3D 图 车保险杠的二维视图 图 车保险杠三视图 车保险杠的结构尺寸特征分析 该塑件是前汽车保险杠,其二维图如图 示。塑件的壁厚为 料为改中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 5 性 型工艺性好,可以注射成型。 件工艺性分析 本塑件是一个宽度 右,厚度 厘米之间的汽车后保险杠。塑件整体尺寸较大,无螺纹,所以不需要涉及螺纹设计。这次设计的模具的顶出方式采用简单脱模机构中的顶杆脱模机构。顶杆脱模机构是最典型的简单脱模机构,它结构简单,制造容易且维修方便。 目前, 入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料、色母粒、助剂等经过混炼加工而成。 由于塑件较大,注塑过程选用热流道浇注系统,以减少浇口数量以及冷凝料。从参考实体上可以看到,制件合理设置了加强筋。增加了制件刚性,减少变形。制件中 加强筋的设计同时能承受较大 的顶出力,有利于布置顶杆。 同时, 加强筋 厚度约等于制件壁厚,有利于塑料的充模。 料弯管原材料的选择分析 料的原材料的选择 实际生产采用的材质为改型聚丙烯,超强冲击强度 种材质相近的专业保险杠 丙烯 )材料, 结晶型高聚物,常用塑料中 轻,密度仅为 水小)。通用塑料中, 耐热性最好,其热变形温度为 80,能在沸水中煮。良好的耐应力开裂性,有很高的弯曲疲劳寿 命,俗称 “百折胶 ”。 综合性能优于 。 品质轻、韧性好、耐化学性好。 缺点:尺寸精度低、刚性不足、耐候性差、易产生 “铜害 ”,它具有后收缩现象,脱模后,易老化变形。 熔融温度下有较好的流动性,成型性能好, 加工上有两个特点:其一:体的粘度随剪切速度的提高而有明显的下降(受温度影响较小);其二:分子取向程度高而呈现较大的收缩率。 高冲击强度 能指标 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 6 表 性能参数 测试方法 业标准 密度( g/ 1033 熔体流动速率 1033 3 (g/10 拉伸强度 ( 1040 伸长率( %) 1040 400 弯曲强度( 1042 弹性模量 ( 1042 588 缺口冲击强度 (J/m) 1843 500 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 7 3 成型工艺方案的确定 寸精度分析 该塑件所有尺寸的精度为 ,对塑件的尺寸精度要求不高,对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看,该塑件的所有壁厚均匀,都为 件的体积和质量 塑件的工作条件对精度要求较高,根据 性能可选择其塑件的公差 等级为 用 分析测量实体功能,可以自动计算出制件的体积为体积4223966 3 根据测出的体积,以及制件所用塑料的密度,可以算出每个制件的质量, 制M= 制V= 式( 择注射机 按塑化方式 (即塑化用的零部件及原理 )不同 ,注射机可分为柱塞式和螺杆式两大类注射机。 螺杆式注射机。先是动模部分和定模部分合模,接着注射油缸活塞推动螺杆按要求的注射压力和注射速度将已塑化好的塑料经喷嘴及模具的浇注系统射入型腔,当塑科充满型腔后,螺杆继续对塑料保持一定的压力,促使塑料补充 塑件冷却收缩所需之料,同时阻止塑料倒流,经一定时问的保压后,注射油缸活塞压力消失,螺杆开始转动。这时,由料斗落入科简的塑料在料简中塑化。当模具型腔内的塑件冷却定型后,摸具打开,在模具推出机构的作用下,塑件由模具型芯中脱出 . 柱塞式注射机。由注射机的合模机构带动模具的动模部分与定模部分合模,然后注射机的柱塞将塑料推进到加料筒中,使其熔融成粘流态。在高压下,高速地通过喷嘴和模具的浇注系统进入型腔。充满型腔的熔体在型腔中保压冷却定型。然后,柱塞复位,中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 8 料斗中的塑料又落入料筒。合模机构带动动模部分把模具打开,由推件板 把塑件由型芯上推下】【 1。 模塑设备的选择主要依据注射量,因此需计算塑件的质量, 注塑模一次成型的塑料重量 (塑件与流道凝料之和 )应在注塑机理论注塑量的 10 80之间,这样既能保证产品质量,又可以充分发挥设备的能力,以选在 50 80之间为最好。因此,鉴于以上选取思想,本次设计中拟采用 注塑机,主要性能指标见表 示: 表 射机 关技术参数 技术参数 术参数 大锁模力 36000大开合模行程 2250模具最大厚度 2100模具最小厚度 1100喷嘴圆弧半径 20喷嘴孔直径 10注射重量 17557g 拉杆间距 2200 2000 理论注射量 19293 3注射压力 161位孔径直径 315大注射速度 1779 腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 腔数量 从注塑容积来看,此注塑机已属于大型注塑机的级别, 通过对此注塑机最大注塑容积与制件的体积的比较,模具采用一模一腔的模具结构。本实验采取一模一腔设计。 大注射量校核 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边),通常注塑机的实际注塑量最好为注塑机的最大注塑量的 80。所以,选用的注塑机最大注塑量应满足: 浇塑件机 式( 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 9 塑件体积为 4223966 3铸系统体积大约为 200000 最大注射容积为 11811 3 。 很明显该注塑机的注塑量满足要求。 模力的校核 由于型腔平均压力为 50 A=245771 PA=24577150= 明显小于注射机合模力 36000锁模力 合格。 射压力校核 制品注塑压力为 70100时较大注塑压力的 5点进浇的最大注塑压力约为504点进浇最大注塑压力约为 60 小于 注射机:注射压力 ( 137以符合要求。 模行程校核 所选注塑机的模板行程为 2250于塑件高度只有 上需要顶出的距离,以及 5 10额外行程,仍然小于注塑机的模板行程,故该注塑机的开模行程满足要求。其允许最大模厚最小模厚分别为 选模具模厚为 右,满足开模行程要求。 综合以上的校核,所选的注塑机完全符合要求。 如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件 的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较。 选择分型面时一般应遵循以下几项原则: 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 10 ( 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 ( 2) 便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边。 ( 3) 保证塑件的精度要求。 ( 4) 满足塑件的外观质量要求。 ( 5) 便于模具加工制造。 ( 6) 有利于防止溢料。 ( 7) 有利于排气的效果】【 2。 该塑件分型面没有悬 念,就选取在塑件投影面积最大处。 图 型面 中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 11 4 浇注系统 设计 注系统设计原则 塑料制件在注塑成型时,塑料在注射机喷嘴中熔融,经过主流道、分流道,最后通过浇口进入模具的型腔中,经过冷却固化后可得到所需的制件。所以注塑模具的浇注系统是指从注射机喷嘴到型腔的塑料熔体的流动通道。 浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节,占有非常重要的地位,它的设计合理与否对注塑的成型周期和制件质量(几何特征、物理性能、尺寸精度等)都有直接影响。因此,浇注系统的作用是保证塑料熔体顺利、平稳地填充到型腔当中, 在这个过程中,把压力充分地传递到各个部位,以便于获得组织紧密、外形清晰的塑料制件。 由于浇注系统在模具设计中的重要地位,所以设计时应遵循如下原则: ( 1)型腔布置和浇口开设的部位应对称,防止溢料现象的产生; ( 2)型腔和浇口的排列要合理,尽量地缩小模具的外形尺寸; ( 3)流程应尽可能短,断面尺寸适当(太小则压力及热量损失大,太大则塑料耗费大),且应尽量减小弯折,降低压力损失,缩短填充时间; ( 4)对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落,即分流道尽可能采用平衡式布置; ( 5)在满足充满 型腔的前提下,浇注系统的容积应尽量小,以减少塑料的耗量; ( 6)浇口位置要适当,尽量避免冲击嵌件和细小的型芯,防止型芯变形,浇口的残痕不应影响塑件的外观。 ( 7)浇注系统的排气要良好,能够顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度,不产成涡流和紊流,并能使模腔内的气体顺利排除】【】【 1043。 浇注系统的设计包含了主流道的设计、冷料井的设计、分流道的设计、浇口的设计等。其中浇口又称进料口,是连接分流道末端与型腔入口之间的一段细短的流道(直接中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 12 浇口 除外),它是浇注系统的关键部分。浇口的位置对制件的质量有直接的影响,位置选择不当会产生变形、熔接痕、凹陷等等。 所以在一般的浇注系统设计中,浇口的设计要注意以下几点: ( 1)浇口的位置应使充模的流程最短; ( 2)浇口的位置应有利于排气; ( 3)浇口的位置的选择应该避免制件的变形; ( 4)浇口的位置避免选择在细长薄壁上; ( 5)浇口的位置设计应该避免产生熔接痕】【 5。 这是传统模具设计的重要设计环节,对于本次毕业设计,采用的是热流道 型注塑模具设计,所以浇注系统的设计与热流道系统的设计结合在一起,流道和浇口的直径大小,主流道与分流道的布置等内容将在热流道系统中提及,所以这部分将省略。 由于塑件尺寸很大,熔料流程很长,使得前锋熔料到达型腔末端时温度过低。容易产生熔接不牢和充填不足现象。通常注射工艺上会采取增大注射压力的办法来提高熔料的流动性。但是注射压力增大,熔料易粘模,塑件脱模困难,而且在强大的注射压力作用下模具可能会锁不紧,易产生溢料飞边。因此该模具考虑了采用热流道浇注系统。节约原料、降低制品成本是热流道模具最显著的特点。普通 浇注系统中要产生大量的料柄,在生产小制品时浇注系统凝料的重量可能超过制品重量。由于塑料在热流道模具内一直处于熔融状态,制品不需修剪浇口,基本上是无废料加工,因此可节约大量原材料。由于不需废料的回收、挑选、粉碎、染色等工序,故省工、省时、节能降耗。注射料中因不再掺入经过反复加工的浇口料,故产品质量可以得到显著的提高,同时由于浇注系统塑料保持熔融,流动时压力损失小,因而容易实现多浇口、多型腔模具及大型制品的低压注射。热浇口有利于压力传递,在一定程度上能克服塑件由于补料不足而形成的凹陷、缩孔、变形等缺陷 模在注射成型过程中,浇注系统内的熔料始终处于熔熔状态,流道畅通无阻,压力损失小,熔料易于填充,而且浇注系统不需脱模,在下一次成中北大学 2013 届本科毕业设计说明书 13 型时,与从注塑机料筒来的新料一起,再注入型腔,使流道凝料大大减少。 流道注塑模具技术 从 20 世纪 80 年代以来,我国模具工业发展迅速,平均每年的增长速度均为 13% ,在 1999 年我国模具工业产值为 245 亿,到 2000 年我国模具总产值为 260 270 亿元,其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中,塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在, 历经半个多世纪,从总体来说,各个方面都有了很大发展,模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明,我国模具市场的总体趋势是稳定提升的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将继续高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。 在未来的发展中,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流,这类模具 的发展将高于总量发展的速度,其中国产化的占有率也会提高 ;在塑料模具设计制造中全面推广应用 术,先进的 术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用;推广和应用热流道技术、气辅注塑 成型技术和高压注塑成型技术,随着生产的快速自动化要求,这类

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