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 IV Abstract The windshield wiper was first invented in 1910. The first regular production automobiles had been on the roads since 1900, which means that cars were driving on roads in all kinds of weather for at least ten years without windshield wipers!The idea for windshield wipers was born when the President of the Trico company in the United States was driving his car on a rainy day and, unable to see the road well because of the weather, he hit a boy on a bicycle. Though the boy was not hurt badly, the driver was considerably shaken by the experience. It was his shock at the danger of driving without seeing the road properly that brought about the birth of windshield wipers.But a number of different methods were tried before the motor-driven wiper systems we are familiar with today came about. The initial windshield wiper design was one in which a rubber blade on the windshield was rotated manually. While this allowed the windshield to be cleared and forward vision improved, the operator hand soon tired, and the design was abandoned. The next design was powered by a vacuum driven pump. Unfortunately this design was plagued by the fact that its speed of operation changed with the speed of the vehicle. This failure finally led to the attachment of a motor to the wiper arm, which is essentially the one still in use today. Keywords： blade； invent； mould； batch V 目 录 摘 要 . II Abstract . IV 目 录 .错误 !未定义书签。 1 绪论 . 1 2 塑料制品分析 . 2 2.1 明确制品设计要求 . 2 2.2 明确制品批量 . 2 2.3 材料选择及性能 . 2 2.4 成型设备 . 3 2.5 拔模斜度 . 3 2.6 计算制品的体积和质量 . 3 2.6.1 表面质量的分析 . 3 2.6.2 塑 件的体积重量 . 3 3 注射机及成型方案的确定 . 4 3.1 注射机的确定 . 4 3.2 成型方案的确定 . 4 3.2.1 成型设备的选择 . 4 3.2.2 成型的特点 . 4 3.2.3 成型的原理 . 4 3.2.4 成型过程 . 4 4 型腔数的确定及分型面的选择 . 6 4.1 型腔数的确定 . 6 4.2 分型面的选择 . 6 4.2.1 分型面的主要选择原则 . 6 4.3 确定型腔的排列方式 . 7 4.4 标准模架的选用 . 7 5 成型零部件的设计与计算 . 8 5.1 凸模设计 . 8 5.2 凹模 的设计 . 8 5.3 成型零件工作尺寸的计算 . 9 5.3.1 模腔工作尺寸的计算 . 9 5.3.2 型芯工作尺寸的计算 . 9 5.3.3 型腔侧壁厚度和型腔底壁厚度的计算 . 9 6 浇注系统的设计 . 10 6.1 主流道设计 . 10 VI 6.2 浇口的设计 . 10 6.3 平衡进料 . 11 6.4 冷料井设计 . 11 6.5 本模具浇注系统的选择 . 12 7 排气与冷却系统的设计 . 15 7.1 冷却系统设计的原则 . 15 7.2 冷却水路的计算 . 15 7.3 排气系统的设计 . 17 8 顶出与抽芯机构的设计 . 18 8.1 斜顶机构 . 18 8.2 推杆复位装置 . 18 8.3 抽芯机构的选择 . 19 8.4 斜顶抽芯机构的设计 . 19 8.5 延时顶出机构的设计 . 22 9 导向机构的设计 . 24 9.1 导向、定位机构的主要功能 . 24 9.2 导向机构的设计 . 24 9.2.1 导柱的设计 . 24 9.2.2 导套的设计 . 24 10 注射机与模具各参数的校核 . 25 10.1 工艺参数的校核 . 25 10.2 模具安装尺寸的校核 . 25 10.2.1 喷嘴的校核 . 25 10.2.2 定位圈尺寸的校核 . 25 10.2.3 模具外形尺寸的校核 . 25 10.2.4 模具厚度的校核 . 26 10.2.5 安装参数的校核 . 26 10.3 开模行程的校核 . 26 11 结论与展望 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 汽车雨刮器的模具设计 1 1 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 2 2 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 1%2%之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到 0.2%1% 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 3 2.4 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 V 根据设计手册查得 PA66 的密度为 1.12 g/cm3，故塑件的重量为： W V=12.18*1.12=13.64 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 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： szy-300 型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表 3-1 所示： 表 3-1 szy-300 型注塑成型机的各参数 理论注射量 /cm3 500 移模行程 /mm 340 螺杆直径 /mm 60 最大模具厚度 /mm 335 注射压力 /Mp 125 最小模具厚度 /mm 130 锁模力 /KN 2000 喷嘴球半径 /mm 18 拉杆内间距 /mm 2421857 喷嘴口孔径 /mm 5 3.2 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 xs-zy500。 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 5 B、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 6 4 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： n2=(G-C)/V 式中： G注射机的公称注射量 /cm3 V单个制品的体积 /cm3 C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。 n2=0.7G/1.3V=0.538G/V=(0.538500)/1.3*12.18 = 16.9 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 7 4.3 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 4.3 4.3 模架尺寸参照装配图无锡太湖学院学士学位论文 8 5 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 9 5.3 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 z=/3。 5.3.1 模腔工作尺寸的计算 型腔的内径尺寸的计算 (253.841+253.8410.5% 0.015) 0.040 =253.95 0.040 。 型腔的深度尺寸的计算 （ 24.708 24.7080.5% 0.50） 0.040 24.33 0.040 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=(24.33)00.04 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 4-8(塑料成型工艺与模具设计 )查得 Th=(0.12-0.13)b 2）型腔侧壁厚度 Tc 的经验计算公式为： Tc =0.20t+17 无锡太湖学院学士学位论文 10 6 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 szy-300 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径： d0=5mm 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