汽车B柱上的安全带出口堵盖

毕业设计（论文）题 目 汽车B柱上的安全带出口堵盖专 业 机械设计与制造 摘 要 摘要：汽车B柱是位于驾驶舱的前座和后座之间，两侧两扇门之间的那根纵向杠子，从车顶延伸到车底部。B柱不但支撑车顶盖，还要承受前、后车门的支承力，在中柱上还要装置一些附加零部件，例如前排座位的安全带，有时还要穿电线线束，具有空间曲面，形状不对称，强度要求高等特点,B柱内板零件成形深度较大零件截面变化比较复杂，成形件底部的高度存在很大的起伏，零件的圆角半径较小。因此B柱大都有外凸半径，以保证有较好的力传递性能。在以前，轿车的中柱截面形状是比较复杂的，它由多件冲压钢板焊接而成。随着汽车制造技术的发展，数值模拟技术在汽车覆盖件生产中的应用，不用焊接而直接采用液压成型的封闭式截面B柱巳经问世，它的刚度大大提高而重量大幅减小，有利于现代轿车的轻量化。本文采用DYNAFORM数值模拟方法对汽车B柱成型过程的研究，能有效的预测成形过程中出现的拉裂，起皱，回弹等缺陷，并且将数值模拟技术运用到模具的开发，与传统的模具开发方法相比，可以节省大量的人力财力，缩短模具开发的周期，为公司带来极大的效益。关键字：汽车B柱 ；数值模拟 ；拉延成形；目 录第一章 塑料模具的发展现状1第二章 注射模初始方案的确定3第三章 分模设计5第四章 脱模机构设计74.1弧抽芯滑块机构设计74.2 脱螺纹机构设计 94.3 强制推出机构 12第五章 浇注系统设计145.1 浇注系统结构 145.2 主流道设计 145.3 分流道设计 165.4 浇口设计 17第六章 冷却系统设计18第七章 脱模过程 20结束语第一章 塑料模具的发展现状1、 汽车B柱数值模拟研究现状2007年，西华大学李金燕1以板料成形的弹塑性理论和DYNAFORM软件为基础，对某汽车B柱加强板的拉深过程进行了研究，并采用正交实验法对拉深工艺参数和模面结构参数进行设计。通过研究拉延速度、摩擦系数、拉延筋的高度与半径和凸凹模间隙对加强板零件拉深质量的影响，得出以下结论：凸凹模间隙越小，拉深后的加强板局部厚度越小，越容易引发制件破裂。拉延速度提高，加强板局部最小厚度值减小，制件局部破裂倾向增大，但是拉延速度过慢，加强板局部最小厚度增加，制件局部起皱顷向加大。通过合理设置半圆截面拉延筋，利用正交实验优化其高度和圆角半径，B柱加强板的拉深质量得到明显改善，并有效地防止了起皱、破裂和不充分拉深等缺陷的产生。哈尔滨工业大学方华松2利用AUTOFORM以汽车B柱拉深模为例，对成形过程进行模拟，通过在凹模底部添加额外的“PAD”模块，有效的控制了回弹量，抑制回弹的产生。2008年，哈尔滨工业大学机电工程学院邢忠文和方华松、上海宝钢集团公司上海宝山钢铁研究院徐力伟3利用拉延成形专用软件AUTOFORM对某汽车B柱加强板进行成形仿真模拟,在模拟过程中，出现拉裂时，采用的应对方法为修改工艺补充面，降低拉深深度。为防止起皱，在有严重起皱区域坯距料边缘25MM处设置拉延筋，并在拐角处设置工艺凸台，有效的控制了起皱缺陷。2009年，合肥工业大学刘克素、刘全坤、江淮汽车股份有限公司苗量、江苏大学王匀4采用DYNAFORM对DP600型汽车B柱加强板进行工艺分析及拉延模面设计，通过对汽车B柱加强板进行产品结构改进和工艺设计，将模拟时原零件最大减薄率从24.8%降低到18.2%，消除了拉裂倾向。2011年，东风柳州汽车有限公司技术中心方文宁等5利用DYNAFORM对汽车B柱加强板拉延成形过程进行数值模拟分析，通过采用：（1） 增加吸收余量的形状；（2） 调整拉延筋；（3） 采用反向拉深；（4） 调整压边力，这四种方法，改善了零件的起皱情况。第二章 注射模初始方案的确定2.1 模具结构分析该产品为沐浴露摁式瓶盖，其结构较为复杂，如图1-1所示。其模具结构主要包括以下几个部分： 侧面有一个弧形的喷嘴，决定其侧面必有一弧形抽芯，该结构应为弧抽芯滑块机构。 瓶颈外壁有一个螺纹，要使塑件能够顺利脱模，这里必定采用脱螺纹机构。 内壁上有一个圈槽。槽深很浅，这样可以采用强制抽出机构。图2-1 塑件内部结构 2.2 材料的选择该塑件选用的材料为聚乙烯（PE），其密度为0.910.96g/cm3，聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。高压聚乙烯可用于制作塑料薄膜，软管，塑料瓶等，且质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。其工艺参数：预热和干燥温度：80-120，时间：1-2小时；料筒温度：后段160-180，中段：180-200，前段200-220；模具温度：80-90；注射压力：700-1000公斤力/cm2；成型时间：注射时间20-60秒，保压时间0-3秒，冷却时间：20-90秒，总周期：50-160秒；螺杆转速：48转/分。不需后处理。2.3塑料注射成型机的选择据软件分析模块得出该塑件体积为5276.25mm3，质量5.012g，在分型面上的投影为920.32mm2。为了提高生产效率，这里采用一模八腔，则塑件总质量为40.096g，则可选择SZ-100/60。其注塑压力为150MPa，锁模力为600KN，拉杆间距为320mm320mm，模具最小厚度为170mm，最大厚度为300mm。（1）腔数校核：，其中，G注塑机公称注塑量，C浇口和流道的总体积，V单个制品体积。生产中每次注射量应为公称注射量G 的（0.750.45）倍，现取0.6G 进行计算。据统计，每个制品所需浇注系统体积是制品体积的(0.21)倍。当物料黏度高、制品体积小、型腔数目多，又要作平衡布置时，浇系统的体积甚至还要大，现取C=0.6V 进行估算。n=（0.6GC）/V=（0.61000.65.2762）/ 5.2762=10.78（2）锁模力校核： 其中，F分型面上的涨开力，p型腔内熔体的平均压力，A每个制品在分型面上的投影面积，B流道和浇口在分型面上的投影面积为。流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍。因此可用来进行估算，所以：A=nA1+A2=nA1+0.35nA1+1.35nA1=7630.2mm2F=AP=267.1KN式中 行腔压力P取35MPa即实际所需锁模力小于注射机的名义锁模力，符合实际要求。2.4初始方案根据塑件生产的要求，确定其初始方案如下：（1） 分模设计：通过获取分型线，创建分型面，并将工件分成型芯和型腔两部分。 （2） 型腔布置：采用一模八腔。（3）浇注系统：从中心进浇。（4） 排 气：分型面排气。（5）模温调节：水冷却。（6）抽芯机构：由导轨和滑块组成弧形抽芯机构。（7） 脱螺纹机构：由液压缸、齿轮、齿条、螺纹杆组成。（8） 脱模机构：推板脱模。第三章 分模设计3.1分型面的选择 选择分型面的基本原则：a)保持塑料外观整洁；b)分型面应有利于排气；c)应考虑开模是塑料留在动模一侧；d)应容易保证塑件的精度要求；e)分型面应力求简单适用并易于加工；f)考虑侧向分型面与主分型面的协调；g)分型面应与注射机的参数相适应；h)考虑脱模斜度的影响。 塑件分模分析塑件的分型面应为塑件最大轮廓边缘向外延伸，因此，在分模中必须找出塑件的最大轮廓边缘。在摁式瓶盖可分为盖体和喷嘴两部分。对于盖体其最大轮廓边缘为其下边缘外侧，喷嘴其最大轮廓边缘为侧面外边缘，如图3-1所示。图3-1 最大轮廓线3.2分模实现步骤1.抽取塑件的表面，获取塑件外形片体，如图3-2所示。图3-2 塑件表面片体 2.拉伸弧形边界曲线，并作两辅助平面，如图3-3所示。图3-3 辅助曲面 3. 创建底面平面，并修剪所创建的各个面，使各面自然连接，如图3-4所示。图3-4 分型面4创建工件体，通过分型面进行分割，可得到型芯和型腔，图3-5所示。型芯 型腔图3-5 型芯和型腔分模设计主要是将工件分成型芯和型腔，这是注塑模设计中最重要的一步。这里所得到的型芯存在中间的抽芯，需要将其减掉，这样有利于脱模。由于型芯结构较为复杂，为了使零件加工时更加简便，可以采用型芯镶件。第四章 脱模机构设计4.1弧抽芯滑块机构设计 设计思路由于该塑件侧面有喷嘴，则必须采用抽芯机构，该抽芯需其加上弧形的滑块，且抽芯的圆弧与滑块的圆弧同心，保证抽芯沿着其圆弧轨迹进行滑动。在塑件脱模过程中，首先挡板随着动模先被抽出，当运动到一定距离时弧形滑板向上运动，由于压块对滑块凸台的限制，使得滑块沿着弧形槽向下滑动，从而可以顺利地将抽芯从塑件喷嘴中抽出。 设计步骤 绘制弧形滑块。设计中，需保证弧形滑块圆心与弧形喷嘴圆心同心，如图4-1所示。 图4-1 弧形滑块 制作抽芯。使用抽取命令，选择遍历内部体和删除孔选项，可以抽出喷嘴中空心部分的片体，如图4-2所示。图4-2 弧形抽芯 将滑块与抽芯合并则可获得弧抽芯滑块部件，如图4-3所示，。图4-3 弧抽芯滑块 绘制弧形槽板。弧形槽板是供弧抽芯滑块在其滑槽内滑动，其滑槽也是弧形的，且与喷嘴弧形同心，这样可以保证抽芯可以准确的抽出。其结构如图4-4所示。图4-4 弧形槽板 压块设计。右下图可以看出，当弧形滑块下移60mm时，抽芯刚好被抽出。在设计时先确定滑块的位置，大约转动30度，在该位置向上60mm处为压块槽的顶端，另一端为滑块凸台起始所在位置。这样可以保证压块在下降同时，滑块也向下滑动，当滑块转动30度时，滑块凸台正好到达槽的顶端如图4-5所示，。 图4-5 压块设计 两腔设计。将滑块与槽板进行平移复制，使得一个压块可以使两个抽芯同时被抽出，同时以槽板，压块，弧形滑块为工具体与型芯和型腔作布尔差，其结果如图3-6所示。 图4-6 两腔设计结果（3）动作过程抽芯滑块机构结构如图4-7所示，在塑件脱模过程中，首先挡板随着动模先被抽出，当运动到一定距离时弧形槽板向上运动，由于压块对滑块凸台的限制，使得滑块沿着弧形槽向下滑动，从而可以顺利地将抽芯从塑件喷嘴中抽出。图4-7 抽芯滑块整体结构 4.2脱螺纹机构设计（1）设计思路该塑件其瓶颈外侧有一螺纹，其旋向为左旋，所以在设计中型芯镶件内孔壁上必定有与之相配合的螺纹，这种结构对塑件的脱模造成了一定的困难。一般的脱模方式是不可行的，只能采用脱螺纹机构。瓶盖上的螺纹螺距为2.5，圈数为2，则螺纹型芯底端螺距为2.5mm，至少需要转两圈才能脱螺纹。这里采用齿轮传动机构使得螺纹型芯转动。 (2) 设计步骤 绘制模架中各板的位置结构，如图4-8所示。 图4-8 模架各板位置型芯镶件设计。以塑件中心为基准，绘制如图曲线，通过旋转可形成一个回转实体，。旋转后的实体减掉塑件实体，得到如图4-9所示型芯镶件。图中虚线为模架对应各板的位置。 图4-9型芯镶件设计 螺纹型芯设计。绘制如图所示的曲线，并将其旋转，回转半径为瓶盖内壁半径。将该实体用塑件减掉之后，其头部有一内螺纹。为了使其脱螺纹时能够转动，同时向下移动，该杆下端也需要加一螺纹，其旋向和螺距都是一样的，该杆设计后形状如图4-10所示。图4-10螺纹型芯设计齿轮传动设计。瓶盖上的螺纹螺距为2.5，圈数为2，则螺纹型芯底端螺距为2.5mm，至少需要转两圈才能脱螺纹。这里采用齿轮传动机构使得螺纹型芯转动。首先设计螺纹型芯齿轮轴，该轴上齿轮采用标准渐开线直齿圆柱齿轮，模数为1.5mm，齿数为20，大齿轮齿数为60，模数为1.5mm，而齿轮轴齿数为17，模数为1.5，对于四腔脱螺纹结构如图4-11所示。图4-11 四腔脱螺纹传动机构对于设计要求一模八腔塑件脱螺纹结构，如图4-12所示，中间通过齿条与小齿轮轴联接，齿条拉动，使螺纹型芯转动，从而实现脱模。图4-12 八腔脱螺纹机构该机构中齿轮3：Z3=17，m3=1.5；Z4=60，m4=1.5，Z5=20，m5=1.5其传动比为则齿条运动的距离为其中；n为脱螺纹时转的圈数；d 3为齿轮3的分度圆直径从计算过程看齿条至少要运动60mm，才能顺利脱螺纹。整个脱螺纹模过程：首先气缸推动齿条2作直线运动60mm，通过齿条与小齿轮3的啮合带动齿轮4转动，从而实现螺纹型芯1的转动2周，从而实现其向下运动，使其脱离塑件。4.3 强制推出机构(1) 设计思路该塑件其瓶颈内侧有一圈槽，该槽的深度很浅，在设计时采用顶杆型芯设在瓶颈的中心，该顶杆型芯的顶端有两道凸纹，其形状如图4-13所示。由于圈槽的深度很浅，且PE质地较软容易脱模，所以这里可以采用强制推出机构。(2) 设计步骤 抽取瓶颈内壁表面，得到内壁片体，对其缝合，拉伸，使之成为实体，如图4-13所示。图4-13 瓶颈内壁表面限位块的设计。该限位块是用来固定带凸纹的顶杆，将其固定在顶杆固定板上当螺纹旋出，动模移动到一定距离后，推板与支撑板也随之运动，这时顶杆被强制抽出，弧形抽芯滑块机构也随之滑动。图4-14 强制推出机构脱模机构设计完成之后其结果如图4-15所示图4-15 一模八腔脱模机构三维模型第五章 浇注系统设计51浇注系统结构浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，使塑料熔体平稳有序地充填到型腔中，以获得组织致密，外形轮廓清晰的塑件。 它包括主流道、分流道、浇口及冷料，具体结构如图5-1所示。图5-1 浇注系统结构5.2主流道设计主流道是熔融塑料由注射机喷嘴先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心线上。由于主流道与熔融注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般浇口不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或迫合形式在定模板上。注射机SZ-100/60的喷嘴球半径为10 mm，喷嘴孔径为3 mm。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取11 mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取4 mm，如图5-2所示。 图5-2 主流道参数定位环是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位，定位环的外径应与注射机的定位孔间隙配合。定位环参数的设定如图5-6所示。最终主流道结构如图5-7所示。 图-5-5 浇口套 图5-6 定位环参数设置图5-7 主流道和浇口套配合5.3 分流道设计分流道是将熔融塑料从主流道截面及其方向的变化，平稳进入单腔中的进料浇口或主流道进入多腔的浇口的通道，它是主流道与浇口的中间连接部分，起分流和转换方向的作用，通常分流道设置在分型面的成型区域内。在注射过程中，熔融的塑料在流经分流道时，应是它的压力损失以及热量损失最小，而以分流道中产生的凝料最少为原则。分流道和型腔的分布是排列紧凑，距离合理，应采用轴对称或中心对称，使其平衡，尽量缩小成型区域的总面积。最好使型腔和分流道在分型面上的总投影面积的几何中心和锁紧力的中心相重合。摁瓶盖注射模要求一模八腔，在布局上选择平衡式分流道。平衡式分流道的特点是：从主流道到各个型腔的分流道，其长度、截面尺寸及其形状完全相同，以保证各个型腔同时均匀进料，同时注射完毕。分流道的截面形状选择圆形截面，它的效率最好。其设计结果如图所示。图5-8 分流道5.4 浇口设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好、高质量地注射成形。浇口可分成限制性浇口和非限制性浇口两类。非限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最大的部位，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，其作用是：浇口通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体提高注射压力，使塑料熔体通过挠口的流速有一突变性增加，提高塑料熔体的剪切速率，降低黏度，使其成为理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的。浇口还起着较早固化、防止型腔中熔体倒流的作用。浇口通常是浇注系统最小截面部分，这有利于在塑件的后加丁中塑件与浇口凝料的分离。单分型面注射模的浇口可以采用直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口和爪形浇口等。本模具为一模八腔，选择侧浇口。侧浇口为圆形，可以大大的缩短冷却时间，缩短成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在塑件表面，浇口截面形状简单，容易加工，且注射效率高。这里浇口采用针点式浇口，其端口直径为2mm，总长为25mm，最大斜度对15度，其三维模型如图所示。图5-9 流道和浇口第六章 冷却系统设计6.1冷却系统的重要性塑料注射成型是将熔融状态的塑料向模腔高压注射，其后这些容料在模腔中冷却到塑料变形温度以下固化成型。在塑料固化成型过程中，由熔融状态冷却到固化状态是由容料变形温度和模具的温度差来实现的，而且一般来说，模具温度应在塑料热变形温度以下才能达到迅速固化成型的目的。但是模具的温度既不能过高也不能过低。模具温度过高会造成溢料，脱模困难，并使模具固化时间延长，延长注射成型周期，降低生产效率；模温过低则会影响注射熔料的流动性，使塑料应力增大，并可能出现熔接痕及缺料等制品缺陷，影响塑件质量。模具温度不均匀会使塑件变形，以及收缩率偏差等诸多问题影响塑件的质量。为此，控制模具温度是塑件注射成型中的重要环节。6.2冷却系统设计原则（1）冷却水孔的数量越多，孔径越大，责对塑件的冷却效果越均匀，根据经验，一般冷却水孔中心线与行腔壁的距离应为冷却水管直径的1-2倍（常为12-15mm）冷却水管的中心距一般为冷却水管直径的3-5倍，冷却水管的直径一般为8-12mm，但是不能超过14mm。（2）尽量是冷却水管距离行腔表面的距离相等，当塑件的壁厚均匀时，冷却水管与行腔表面的距离应该处处相等，当塑件的壁厚不均匀时，厚壁处应该加强冷却，冷却水管应该靠近行腔，距离小但是也不应小于10mm。（3）浇口处加强冷却，一般在注塑时，浇口附近的温度最高，距浇口越远的温度越低，因此要加强浇口处的冷却。即冷却水从浇口附近流入。（4）应该降低进水与出水的温差，如果进水与出水的温差较大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对于流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水的温差不大于5度（精密模具的温差要控制在2度以内）。5.3 冷却系统的设计常用的冷却水路类型有并联水路和串联水路。a并联水路 b.串联水路图6-1 水路类型在这里采用一模八腔，水路较长，若采用一个回路冷却效果不是太好，所以这里采用两个回路，回路采用串联的形式。一般在进浇口温度较高，因此进水口应选在中间，水从中间进入，从两边出来，这样可以提高冷却效率。其冷却系统如图6-2所示。水管回路距型腔表面的距离为15mm，水管直径为10mm，在水管止流处加上堵头保证其回路的封闭性，在进水口与出水口上需装上水管接头，其形状如