汽车后视镜框架注塑模具设计毕业论文.doc

汽车后视镜框架注塑模具设计毕业论文1 概述1.1 基本介绍汽车产业目前已是我国现代工业的重要支柱，其高速发展的因素主要有两方面，一是我国经济的快速发展，对汽车的需求量急剧增加；另一方面则是我国的政策保护，给予了汽车行业发展的高度支持。再加之其未来的发展形势一片大好，人民对它的需求更是有增不减，这都使得汽车产业在我国工业领域取得了不可或缺的地位。同时汽车行业也是模具与机床行业的重要用户，所以它的发展势必也会对模具行业带来巨大的影响，从而对模具的发展起到推波助澜的效果。当然汽车零部件企业也将分得一杯羹，目前这一产业也在向高效、精密、先进的方向发展。而本文讲述的后视镜框架正是隶属汽车零部件产业。汽车后视镜反映的是汽车后方、侧方与下方的情况，使驾驶者可以间接地看清楚这些位置具体情况，起着“第二只眼睛”的作用。汽车后视镜是重要的安全件，其镜面、外形与操纵都颇讲究。而后视镜的质量及安装都有相应的行业标准，不能随意更改。其结构是由把柄跟壳体两部分组成，把柄前端有一个45度的倾斜度，壳体左右均不对称，后视镜前部是呈30度倾斜，壳体则无斜度，而底端有一个伸出的底座，左右各有一个小孔。后视镜的结构原理具有一个视界问题，即镜面能够反映到的范围问题，一般是指驾驶者眼睛与后视镜的距离，后视镜的尺寸大小和后视镜的曲率半径。三者具有一定关系，诸如，后视镜的距离和尺寸相同时，镜面的曲率半径越小，镜面反映的视界越大。当镜面的曲率半径相同时，镜面的尺寸越大，镜面反映的视界越大。同时，后视镜也具有一个反射率的指标，一般反射率越大镜面反映的图像就会越清晰，而反射率的大小与镜内表面反射膜的材料有较大关系。然后是驾驶者的眼睛与后视镜的距离，即后视镜的安装位置，它会直接影响到后视镜的视界、清晰程度和汽车轮廓尺寸，对行车安全十分重要，后视镜应尽可能靠近驾驶者的眼睛，应方便驾驶者观察。汽车外后视镜的外形轮廓不但可以影响车身外观，也将会影响到车身的尺寸，所以汽车行业的标准具有轿车外后视镜的安装位置不得超出汽车最外侧250毫米这样的规定。同时又由于一般轿车的速度提高，风阻和噪声是设计者要考虑的重要问题，因此外后视镜的外形轮廓也要符合空气动力学，应用圆滑的线条尽量减少风阻及风噪，由此后视镜于汽车就显得尤为重要了。1.2 应用前景自改革开放以来，中国的汽车工业就通过合资的模式合作，取得了很大的进步，也发生了翻天覆地的变化。这种合作不仅促进了中国汽车工业的飞速发展，更为我国汽车企业带来了先进的技术与管理经验。在中国的市场上，中国品牌和外国品牌的汽车产品共存共赢，互相促进，并且在国家政策的支持与保护下，我国汽车工业的自主创新有了重大进步，其中中国品牌也有了飞跃性的发展。越来越多的消费者，正在享受汽车产品带来的高品质生活。而在未来的几年里，我国仍将处于工业化和城镇化共同发展的阶段，国内的生产总值和居民的收入也将持续增长，国家也将继续出台各项有利于扩大内需的政策，加之二、三线城市的汽车需求量的增加，预计我国汽车消费市场将会进一步的扩大。同时在最近几年里，具有国际竞争力的国内知名汽车企业逐渐涌现，汽车生产核心技术和新技术逐渐为国内企业所掌握，出口规模也逐年扩大，我国已经具备了向汽车制造国转变的基础。为此，须先形成多家规模化、集团化的企业，兼并重组势在必行，自主品牌必将成为未来政府大力扶持的对象。未来此行业的发展重点在于着重加强自主品牌与技术开发的力度；提高研发能力和技术创新能力；积极开发具有自主知识产权的产品和实施品牌经营的战略。随着我国汽车的保有量大幅上升，造成的环境污染问题也日益严重。所以未来的节能环保、新能源汽车以及相关零部件行业将是新的投资增长点，也是未来汽车工业的发展方向。汽车后视镜在未来的几项新技术，首先是强化后视功能的镜面新技术，它主要是通过改变镜面的形状和增加其面积。增加面积主要是汽车制造商为驾驶者解决后视盲区的第一个反映，但同时也会造成镜框过大，使之产生整体不协调的问题，因此设计是需要从镜子形状、面积和安装位置等方面综合考虑。故此现有不少汽车都采用状如手臂的大面积后视镜又称“兔耳式后视镜”。再者就是通过改变镜面的曲率来完成，一般有平面和球面镜两大类，它们各有所长，但都存在明显的功能缺陷。诸如平面镜，优点是后视物体无失真，能真实反映车后物体的真实外形及实际距离，但是它的后视范围较小，可能造成过多的视觉盲区。其次就是双曲率镜面技术，它是目前较为新颖的镜面，可以很好的弥补平面镜后视范围过小和球面镜反映后方物体不真实的不足。它的球面部分曲率半径较大，基本上能解决掉失真的问题。而现阶段主要流行的是变曲率镜面和全景后视镜两类。最后则是表面处理的新技术，其一为镀层技术：一般后视镜镜面的镀层有镀银、镀铝、镀铭、TiO2涂层这四种。镀银、镀铝镜面反射率较高，虽然看得较清晰，但是如果长期观察镜面，就容易对眼睛造成疲劳，并且防腐蚀性能差，容易产生氧化，不过成本较低。而镀铬镜面的反射率比较适合于对眼部的刺激，防腐蚀性能也比较好，是目前使用最为广泛的镀层方式。TiO2涂层镜面具有防眩目的功能，因为具有减少眼部的疲劳，所以目前中高档轿车后视镜采用也比较普遍，但其加工工艺较复杂，色差的稳定性也很难控制。其二则是电化学后视镜：这种后视镜具有一种胶黏体,通过施加小电荷,胶黏体就会发暗,当光敏传感器感觉到眩目强光时,电荷就被激发,后视镜就不晃眼了。最后一种是对后视镜使用保护膜与防护液，这是为解决在用车辆后视镜的防雨防雾防尘问题而开发出来的汽车的辅助用品，并且有的还能防止阳光反射和夜间灯光的刺激。在国外使用较多，产品种类也较多，国内尚未普及，成熟的产品也很少见。主要是这些辅助用品在使用的条件上有不少的限制，使用寿命(周期)也不长。综上就是后视镜这一汽车辅件产业的发展方向，和其产品未来先进的技术。482 塑件结构分析2.1 原材料特性本文设计的汽车后视镜框架，是通过注塑成型的一种中型制品，所选用的原材料为目前应用最为广泛的工程塑料ABS。ABS外观为粒状或粉状，呈浅象牙色，不透明但是成型件有较好的光泽。应用于汽车、电子电气、办公和通讯设备等各个领域。它很好的将PB，PAN，PS这三种材料的性能统一了起来，因此具有良好的刚性、硬度与加工流动性，而且韧性也很好。并且大部分的ABS是无毒，不透水，但略透水蒸气，吸水率低，室温浸水一年吸水率不超过1%而物理性能不起变化的。ABS树脂制品表面也可以作抛光处理，能够得到高度光泽的制品，还能通过调色而使其颜色各异。同时ABS还具有优良的物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能与尺寸稳定性，其塑料产品亦不惧硫酸腐蚀加之可以注塑、挤出和热成型，所以大部分汽车部件都采用ABS来注塑成型。ABS常用参数：密度为1.021.05g/cm3，热变形温度93C，脆化温度-27C，模具温度控制在5080C，弹性模量E=1.4103Mpa,成型收缩率=0.5-0.8%（取0.5%），泊松比=0.35。成型特性：1） 无定形材料，品种牌号很多；2） 吸湿性强，水的质量分数小于0.3%，须充分干燥，要求表面光泽的塑件应长时间预热干燥；3） 流动性中等，溢边料在0.04mm；4） 冷却速度快，塑化效率高，成型周期较短；5） 宜取高料温、高模温；6） 如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。2.2 制品结构分析汽车后视镜壳体通常为了美观，外表面均被设计成流线型曲面，它造型较为复杂，其他的各个面也多由曲面构成，其中间还有两个用于安装的空心圆柱孔与多根加强筋，为椭圆形塑件，中等尺寸，结构较为简单并且精度要求不高，加之其材料性能，一般都选用MT5等级的精度。后视镜壳体的塑件尺寸均为自由尺寸，可通过选用的MT5精度查询其主要尺寸公差。塑件外观光洁色彩亮丽，外有型斑点和熔接痕，内表面无特殊要求。注塑件具有一定厚度以保证其力学性能，其壁厚一般要求均匀，不均匀的壁厚会导致塑件产生内应力、翘曲、缩凹等各种缺陷。但同时当壁厚过小时，成型时流动阻力会变大，较复杂的制品将难以充满型腔；相反若壁厚过大，不但会过多使用原料增加成本，还会使塑件成型的冷却时间增加。所以注塑之前应对塑件进行厚度的检测工作。一般热塑件壁厚都取于1-4mm，加之该塑件壁厚在1.5-3.5mm之间，所以可取3mm以符合要求。其次是拔模斜度，在制作中为了方便顺利地使塑件从后视镜框架模具的型腔中取出和从塑件中抽出型芯，都必须考虑内外壁有足够的拔模斜度。一般成型型芯越长或者型腔越深，斜度就应取较小值，反之去较大值，一般取值范围为30-90。当塑件高度较小（低于3mm）或塑件面板为半圆形时可以不考虑拔模斜度，但该塑件虽为半圆形面板，可是其下面板由于脱模部分高度较高，故而可设计其拔模斜度为30分。该塑件具体标注尺寸及其公差详见下表2.1表2.1 塑件主要尺寸及公差塑件标注尺寸公差外部尺寸1341340 -1.2870700 -0.8699990 -1.1425250 -0.505252+0.74 088+0.28 0内部尺寸137137+1.44 0136136+1.44 07373+0.86 07272+0.86 0100100+1.14 05555+0.74 05454+0.74 05858+0.74 01.61.6+0.20 0该制品的二维图样和三维图样如下图2.1和2.2所示：图2.1 后视镜二维图样 图2.2 后视镜三维图2.3 塑件设计方案后视镜框架塑件的总体尺寸属于中型大小，且精度不高。为了降低成本，往往设计都采用一模一腔。可以根据零件的结构，分析出该塑件的分型面应选在最大轮廓处，上部采用整体式前模型腔，下部使用整体式后模腔，后再嵌入小型芯。塑件的各个面均为曲面，分型面设计在塑件的最大轮廓处再在其侧向部位开一个大的开口，用来做滑块抽芯机构，另外后模部分的2个加强筋处也应该有倒扣，需要做成斜顶抽芯机构，综合分析该塑件的特点，可知本设计的设计关键在于抽芯机构的设计。因此可以明确此次设计的方案与其具体实施步骤，先通过查阅资料与文献对后视镜框架有足够的了解，了解到壳体的形状、尺寸和工艺结构，再加以分析，预测出设计时可能遇到的问题和困难。其次对分型面和浇注系统作出准确的选择，然后型腔的布置、成型零件结构和尺寸的确定都要设计精准。再者是导向、抽芯、推出机构和冷却系统的设计与计算，最后通过绘图工具绘制出后视镜框架造型图与模具图。2.4 塑件加工工艺性前文已经介绍了ABS塑料的吸湿性较大，对水分较为敏感，而水汽通常又会造成制件表面色斑与云纹，因此在注射前需要对其进行充分的干燥并且适当的预热。其干燥条件因时而异，冬季干燥只需23h，在夏季一般要干燥到48h，而当干燥达到816h时可以彻底消除微量水汽带来的制品表面雾斑，经过查阅ABS塑料需要控制其水分在0.3%以下。在注塑ABS塑料时，会对其用料量进行严格控制。为使制件质量较高和尺寸稳定，通常只注射标准量的百分之五十，这样最后得到的塑件表面光泽并且色调均匀。后视镜壳体的注射条件可大致分为，注射压力、注射速率和温度。原料ABS的熔融粘度很高，在注射的时候要采用高注射压力。但后视镜框架构架不算复杂并且厚度中等，所以可以考虑适当降低注射压力。在注塑过程中，浇口处型腔内的压力十分关键，决定了塑件的表面质量。如若压力过小，塑件收缩会变大，制件的表面容易雾化；当注射压力过大，塑料与型腔表面摩擦变大，容易造成粘膜。对于其注射速度，通常采用中等。速度多快时，塑件容易出现熔接痕、光泽差等严重缺陷；而后视镜壳体为薄壁塑件，速度过慢则难以填充完全。最后是温度，在注射过程中，主要分为料筒、喷嘴和模具三种温度。前两者主要是对塑化与流动性有一定影响，后者主要是影响流动与成型。在熔化过程中，ABS的熔融降低十分小，一旦超过其塑化温度（220250C）将导致塑料的熔融粘度增大，会造成注塑困难与制件的机械性能下降很多。一般ABS的成型温度与模具温度都相对较高，而后视镜属于中型制作并且形状并不复杂，因此不用考虑对其模具进行特意加热。2.5 计算机辅助软件计算机辅助设计是当代计算机应用的一个重要发展领域。CAD/CAM/CAE技术以计算机及系统软件和周边设备为基础，它囊括了二维的绘图设计、三维造型设计、有限元分析及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟以及产品的数据管理(PDM)等内容，其主要特点是将人的创造能力与计算机的高速运算能力、巨大存储能力结合起来8。伴随着计算机硬件和软件技术水平的快速提，CAD技术及其应用的发展日新月异。作为CAD技术应用的一个重要组成部分，塑料模具计算机辅助设计一直是国内外相关领域普遍关注的焦点。塑料注塑模CAD/CAM的发展是伴随着机械CAD/CAM技术的发展而不断完善的。近年，注塑模CAD技术发展十分迅速。从基于线框模型的CAD 系统到以曲面造型为核心的CAD/ CAM系统和实体造型技术的应用，再到以特征的参数化为主的实体/曲面造型技术的完善，为注塑模采用CAD/CAE/ CAM技术提供了很可靠的保证9。近些年，注塑模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，也十分注重向实用阶段发展，并不断的被改进和完善。目前比较有代表性有美国的注塑模CAD/CAM/CAE系统；Mold Flow PTY公司的Mold Flow系；澳大利亚专家系统；德国IKV的CADMOULD系统。现国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注塑模设计模块, 如美国PTC 公司的Pro/ E，SDRC公司的I -DEAS系统。上述系统在塑料模具工业中应用最广。从现阶段看，CAD/CAM技术发展的主要趋势在于集成化、智能化、最优化和系统仿真这几个方面。3 型腔布置与分型面的选择3.1 型腔布置后视镜框架的塑件尺寸与壁厚中等，模具结构紧凑，在能够确保正常工作下，要使得模具型腔均衡、对称并且取件方便。因而本文设计方案采取一模一腔，型腔均衡布置在型腔板的中间。3.2 分型面的选择分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，通常有平面、斜面、阶梯面和曲面等多种形状，它与模具的整体结构、浇注系统、模具的制造工艺和脱模均有联系。常见的单分型面模具只配有一个与其运动方向相垂直的分型面，多个分型面模具则分主与辅两类分型面。本次设计的产品要求外形光滑，表面粗糙度不超过0.05，并且不能有错位与飞边等缺陷，所以可见分型面的选择对塑件的质量影响很大。因此，在选择分型面时应综合考虑、反复比较和分析，以选出最为合理的方案。选择模具分型面时，一般应遵循以下几项基本原则：1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处；2） 分型面的数目应少且为平面，尽量减少型芯和活块的数目；3） 分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；4） 分型面的选择应保证塑件尺寸精度与表面质量；5） 应有利于模具加工；6） 分型面的选择应有利于排气；7） 有利于防止溢料及考虑飞边在塑件上的位置，以及飞边修除的难易程度；8） 有利于避免熔接痕的形成。有时在设计中，对于某一件塑件来说，综合以上选择原则，很可能会出现矛盾。这种时候，应根据实际情况，以满足塑件的主要使用要求来灵活抉择上述要求。故本次设计分型面最终确定在投影面积最大处，加之塑件把柄位置的分型复杂，所以还须增设一个取出浇注系统凝料的侧抽芯分型面。4 注射机与浇注系统4.1 注射机的选用4.1.1 初选注射机注射机是塑料注射成形所使用的主要设备，按外形可分为立式、卧式和直角式三种。其主要结构有：注射装置、锁模装置、脱模装置、模板机架和油压系统等。在注射成形时，其过程大致是先将模具安装在注射机的动模、定模固定板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒中被加热而呈熔融态，由注射装置将塑料熔体注入型腔之中，待其冷却后由锁模装置开模，并通过推出装置将塑件推出。而选用注塑机则主要根据两个方面，一是制品与浇注系统的总质量以及模具的结构；二是进行注塑机有关参数的校核。通过三维设计软件提供的数据可获得塑件的体积V=166.375cm3，ABS的密度=1.05g/cm3，所以其质量m=166.3751.05=174.69g，所用塑料量W=m+V20%=207.965g。根据以上数据与之前的分析，再参考塑料品种、塑件结构、注塑模具尺寸大小等，可选用螺杆式注射机，这里初选XS-ZY-500型注塑机。其主要技术参数见下表4.1。表4.1 XS-ZY-500型注塑机主要技术参数序号主要技术参数项目参数值1额定注射量(cm)5002螺杆直径(mm)653注射压力(MPa)1454注射行程(mm)2005注射方式螺杆式6合模力(KN)35007最大开（合）模行程(mm)5008模具最大厚度(mm)4509模具最小厚度(mm)30010动、定模固定板尺寸(mmmm)70085011拉杆空间(mmmm)54044012合模方式液压机械13定位圈尺寸(mm)15014顶出形式两侧顶出15顶杆中心距（mm）5304.1.2 注射机校核1）注射量的校核塑料熔体能否充满型腔，与注射机的最大注射量有莫大联系。在设计时，必须保证注射模内所需的熔体总量在实际的额定最大量的范围之内。根据经验可知注射机的最大注射量在额定最大注射量的80以内，其关系可按下式来校核：式中：n模具型腔数目； m注射机额定最大注射量； 塑件的质量； 浇注系统所需塑料的质量。可见注射量满足要求。2） 锁模力的校核注射成型时，模具所需要的锁模力与塑件在分型面上的投影有一定关系，也与在型腔内产生的压力有关，因此可用下述公式校核：式中：F注射机额定锁模力； K锁模力安全系数，常取1.2； A注射机允许的最大成形面积； P塑料熔体对型腔的成形压力，通常为2040MPa。，满足要求。3） 注射压力校核注射压力的校核是核定注射机的最大压力能否满足成形要求，塑件成形所需的压力是由注射机类型、喷嘴形式、塑料熔体流动性和型腔流动阻力等因素共同决定的。通常ABS的注射压力在7090MPa范围内，考虑本制件壁厚不大，因此取其为80MPa，可知，注射机符合要求。4） 模具与注射机安装模具部分相关尺寸的校核不同型号的注射机其安装模具部分的形状和尺寸各不相同。设计时，应该对其相关尺寸加以校核，以保证能够顺利的安装和使用。1. 喷嘴尺寸注射机喷嘴头部普遍都是球面，其球面半径应与相接触的的模具主浇道外端凹下的球面半径相吻合。有的角式注射机喷嘴头为平面，因此，模具与其接触的面也应该制成相吻合的平面。2. 定位圈尺寸模具安装在注射机上必须使模具的中心线与料筒、喷嘴的中心线相重合，因此在注射机的定模固定板上设有一个定位孔，要求模具的定位部分也设计一个与主浇道同心的凸台，即定位圈。要求定位圈与注射机的定模固定板上的定位孔之间选用一定的配合。3. 模具高度模具高度必须满足以下要求，按下式校核：式中：注射机最小模具高度； 最大模具高度。，合理。5） 开模行程的校核开模行程s也叫合模行程，是指模具在开合过程中，注射机动模固定板的移动距离，其大小直接影响到模具所能成形的塑件高度。开模行程太小，就不能成形高度较大的塑件，因为成形之后塑件无法从动、定模分型面之间取出。因此，在模具设计时，必须校核所选用的注射机的开模行程，以便使其与模具的开模距离相吻合。因本文所设计的塑件是采用单分型面，所以根据单分型面注射模具的校核公式来计算。对于单分型面注塑模具：式中：注射机最大开模行程； 脱模距离； 塑件高度。，满足要求。因此所选注射机XS-ZY-500型号满足此次设计的要求。4.2 浇注系统设计4.2.1 拟定方案浇注系统指的是模具中从接触注射机喷嘴开始，到其型腔为止的塑料熔体流动的通道。浇注系统的作用是使熔体平稳且有序的填充到型腔中，在充满和凝固的过程中，把注射压力传递到各部位，以求获得外形清晰且组织致密的塑件。浇注系统设计是否合理关乎到塑件的性能、表面质量以及成形工艺。可分为普通浇注系统和无浇道凝料两大类。普通浇道一般由浇口，主浇道，分浇道和冷料井四个部分组成。图4.1 普通浇注系统的组成1主浇道 2分浇道 3塑件 4浇口 5冷料穴浇注系统设计的一般原则：1） 适应塑料注射成型工艺特性；2） 有利于型腔排气；3） 避免塑料熔体直冲细小型芯和嵌件；4） 减少熔体的热量与压力损失；5） 便于进行凝料的修整、不影响塑件外观质量；6） 防止塑件翘曲变形；7） 减少成型中物料的消耗与模具的形体尺寸；8） 预测熔接痕的位置、减小或消除。根据上述原则，本设计选择试用一模一腔点浇口系统。4.2.2 浇口设计浇口亦称进料口，是连接型腔与分浇道的咽喉通道，是整个浇注系统最为薄弱也最为关键的部位。它的结构形状和尺寸、设置在型腔内什么位置等都对塑件的内在和外观质量有着巨大影响。通常浇口是整个浇注系统中截面最小的地方，当塑料熔体通过浇口时，流速增高，剪切速度加大，熔体温度也升高，对于充型时很有利的。一般，浇口尺寸较难用理论公式进行计算，通常根据经验来确定，先取其下限然后逐步修正。通常，浇口的截面面积为分浇道截面面积的38，形状多为矩形和圆形，浇口长度约为0.52.0mm，表面粗糙度在0.40.2。浇口可按其形状可分为点浇口、扇形浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐式浇口、薄片式浇口等。点浇口又称针点式浇口、橄榄形浇口或菱形浇口，其尺寸较小。点浇口由于其前后两端都存在较大的压力差，可以有效的增大塑料熔体的剪切速度并产生大量剪切热，从而起到降低熔体表面粘度的作用，有利于填充型腔。采用点浇口成型塑件，去除浇口凝料残留后的痕迹很小，也容易得到平衡的浇注系统。但是点浇口的结构形式使注射时的压力损失较大，塑件成型收缩大容易变形。所以，设计时可以考虑在定模部分另加一个分型面，以便于凝料脱模。点浇口的截面为圆形，直径d在0.61.8mm之间，常取0.71.2mm。可用下面的经验公式来具体计算：式中：点浇口直径； 塑件在浇口处的壁厚； 型腔表面积。点浇口的形状结构如图4.2所示，图中与点浇口相接的浇道下端具有圆角R，增大了此处截面积，减少了冷凝速度有利于补料，但是加工制作较为困难。图4.2 点浇口结构浇口位置的设置对塑件的质量影响很大，一般，在模具设计中，确定其浇口的位置应当遵循以下几项原则：1） 浇口开在能使型腔各个角落同时充满的位置；2） 浇口应设在壁厚较厚的地方，利于流动和补缩；3） 有利于型腔内气体的排出；4） 减少熔接痕和增强此处的强度；5） 避免引起熔体的破裂；6） 防止料流将型芯或嵌件冲击或挤压变形。考虑到上述原则及脱模的方便，最终决定将浇口安排在制品的上表面中央位置较为为合理。4.2.3 主浇道设计主浇道截面为圆形，整体形状为内圆锥体，锥度为，对于粘度大的塑件适当可以增加，常用。主浇道的小端为一凹球面，小端直径根据塑件质量、填充要求和注射机的规格而定，常取48mm。为与喷嘴吻合，主浇道始端也设计成凹球面形状，半径SR按喷嘴半径确定，球面深度取35mm，定为3mm，小端直径喷嘴直径+1mm，球面半径。主浇道长度根据定模板的厚度确定，尽可能的缩短其长度以减少成型过程中的压力降、温度降和物料消耗量。通常值不超过60mm为宜，定为43mm。大端直径与分浇道连接时有过度的圆角，用来减少阻力，圆角半径一般取13mm，或r=D/8=1mm，浇口套总长，大端直径经验公式：主浇道尺寸图（图4.3）图4.3 主浇道部分结构尺寸4.2.4 分浇道设计分浇道的设置能使塑料熔体的流向得到平稳的转换，尽快充满型腔，同时也能将熔体均衡的分配到各个型腔中。而一般小塑件的单型腔模具通常不设分浇道。本文采用U型截面分浇道，单边加工较容易，热量损失和流动阻力较小。分浇道的设置形式分为平衡式和非平衡式两种。一般以平衡式布局为佳，平衡式就是各分浇道的长度、尺寸和截面都对应相同，这样可以很好的达到各型腔均衡填充，同时充满的情形。另外，设计分浇道时还要注意以下几点：1） 分浇道的长度；2） 分浇道的截面尺寸要根据塑件的大小、壁厚、塑料品种、注射速度等来确定；3） 分浇道的表面粗糙度一般取之间；4） 分浇道与浇口处的连接应有光滑的过度，便于熔体流动与填充；5） 在型腔与分浇道布局时，尽可能使型腔和浇注系统在分型面上总投影的几何中心与锁模力的中心相重合；6） 分浇道过长时，应在末端设置冷料井。U型截面分浇道形状尺寸如下图4.4图4.4 U型分浇道4.2.5 冷料井与拉料杆为防止冷料被注入模具型腔，通常在设计中采用一个井穴结构，将主浇道直接延长，用以储藏冷料，防止其进入型腔。这用来容纳冷料的井穴被称作冷料井。冷料井可分为一级、二级、三级等，冷料井除了有容纳冷料的作用之外，还具有在开模时将主浇道与分浇道的冷料钩住，使之保留在动模一侧，便于脱模的功能。在实际中，并不是所有注射模都需要设置冷料井，有时工艺控制得较好就很少产生冷料，或者塑件本身要求不高，都可不设冷料穴。如果在初阶段对于冷料井的设置并无把握时，可留下适当空间，以便在试模时根据具体情况来进行修整。冷料井与拉料杆的结构形式都比较简单，但切忌死板硬套，在设计时需要灵活运用。如有时因分浇道较长，塑料熔体充模温降较大时，需在分浇道延长末端开设较小的冷料穴，防止分浇道末端的冷料进入型腔中。本文设计中选用的是无拉料杆冷料穴如下图（图4.5）所示。图4.5 无拉料杆冷料穴（分浇道）1定模 2冷料穴 3动模 4分浇道4.2.6 热浇道热浇道起初是一种把喷嘴延长以缩短主浇道的结构形式，又利用了冷凝的塑料外层的隔热作用发展成为绝热浇道、绝热喷嘴和井式喷嘴等多种形式。当利用热浇道浇注系统成型塑件时，要求塑料的性能具有较强的适应性。比如：热稳定性好、对压力敏感、比热容小、固化温度和热变形温度高。从原理上说，只要设计合理，任何热塑性塑料均可采用热浇道浇注系统来成型。热浇道的优点：1） 热浇道内熔体温度与喷嘴温度相同，粘度相近，因而浇道内压力损耗很小；2） 比一般注射的冷却时间更短；3） 物料利用率提高；4） 热浇道元件和组件都是标准件，可直接安装应用，节省了模具加工时间；5） 热浇道均为自动切断浇口，大大提高了自动化程度。热浇道的缺点：1） 由于定模上的热浇道板，模具闭合高度加大，需要更大注射机；2） 模具定模板离热浇道板较近，由于热辐射和热传导的作用会影响到模具定模一侧的温度；3） 热浇道板受热后膨胀，使浇口位置发生偏移，严重影响进料；4） 由于热浇道板的膨胀，使模具结构零件产生热应力。热浇道的结构形式和分类，大致分为绝热式浇道和加热式浇道两大类。绝热式浇道是利用塑料比金属导热性差的特性，将浇道的截面设计得较大，让靠近浇道表壁的塑料熔体因温度较低而冷却形成固化层，该固化层对塑料熔体产生绝热作用。绝热式浇道又分为井式喷嘴（主浇道）与多型腔热浇道（分浇道），井式喷嘴是结构最为简单的绝热式浇道，适宜用于单型腔注射模具，譬如本文的汽车后视镜框架，这类结构是在注射机与模具间安装了一个主浇道杯，杯的外侧采用空气隔热，杯内开设一个大截面的锥形贮料井，与井壁接触的熔体对中心流动的熔体形成一个绝热层，使中心部位熔体保持流动状态进入型腔。多型腔绝热浇道有直浇口与点浇口两种。加热式浇道有延伸喷嘴、半绝热浇道、多型腔热浇道、二级喷嘴和针阀式热浇道。这种浇道顾名思义是利用加热的方法，使注射机喷嘴到浇口之间的浇注系统一直处于高温状态，从而让浇注系统内的塑料在成型过程中一直保持熔融态。热浇口的结构形式多种多样，各有特点，在使用时需根据其具体适用性能。大体上热浇口可分为内热式、外热式和阀门式三大类。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 成型零件设计5 成型零件设计5.1 成型零件的尺寸在模具结构中，决定塑件几何形状与尺寸的零件叫做成型零件。成型零件主要有凹模、凸模、镶块、成型螺杆和成型螺环。在模具中，成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸（长与宽）、型腔的深度、型芯的高度尺寸、型芯与型芯间的位置尺寸等。塑件有一定的形状与尺寸，自然也有尺寸要求与精度之分，在设计中要注意那些影响尺寸精度的因素，应根据主要因素来确定成型零件的工作尺寸。影响塑件尺寸精度的主要因素有：1） 塑料成型的收缩率；2） 模具成型零件的磨损；3） 成型零件的制造误差；4） 模具装配的误差。由此可见影响尺寸精度的因素多，所以积累的误差也会更大，因此塑件尺寸精度往往较低。后视镜壳体一般采用平均值来确定其成型塑件的尺寸，通过查阅相关资料，了解到PVC的收缩率范围在0.40.7，取其平均收缩率=0.55。根据塑件尺寸公差要求，设定模具制造公差=/3，其具体成型零件尺寸计算如下：1） 型腔径向尺寸已知塑件尺寸为，磨损量为，平均收缩率为，设型腔径向尺寸为，按平均值计算法，可得下式：对其进行制造公差的标注后得：2）型芯径向尺寸已知塑件尺寸为，所以有公式：3) 型腔深度尺寸计算得到：4） 型芯高度尺寸经计算得：5） 型芯之间的计算模具结构中，两个型芯间的中心距与塑件对应的两孔的中心距是相应的，模具上成型孔同理。模具型芯的中心距公式如下：进行公差标注后可得：6） 型芯中心到成型面距离1. 凹模内的型芯中心到侧壁计算2. 型芯上小型芯的中心到型芯侧面的距离计算整理尺寸计算得下表5.1。表5.1 成型零件尺寸表类别模具零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔定模镶块137L=L(1+%)-0.75136.6773L=L(1+%)-0.7572.76100H=H(1+%)-0.6799.6555L=L(1+%)-0.7554.75型芯动模型芯134l=l(1+%)+0.75135.8270l=l(1+%)+0.7571.0399h=h(1+%)+0.67100.4425l=l(1+%)+0.7525.5152l=l(1+%)+0.7552.848l=l(1+%)+0.758.255.2 型腔壁厚的确定5.2.1 凹模结构形式凹模是成型塑件外形及其表面的零件，根据成型的工艺要求和凹模自身的加工及装配的要求，可以大致分为整体式结构和组合式结构两大类。整体式凹模由整块材料加工而成，如下图5.1所示。此类结构具有简单牢固、较好刚度与强度、不易产生变形和塑件表面痕迹少等特点，使得塑件成型质量较高。但究其确定而言，有：加工工艺性差、维修加工十分困难。因此仅适合形状结构较为简单的塑件成型。图5.1 整体式凹模组合式凹模是指凹模由两个或以上的零件组成，根据组合的形式不同可以分为：整体嵌入式、底部镶拼式、侧壁镶拼式、局部镶拼式以及四周拼合式等。此次设计的后视镜框架属于小型制作，根据其表面要求，刚度强度的性质，最终确定选用整体嵌入式凹模。这种凹模具有形状、尺寸一致性好且更换方便等优点。其外形常是用带台阶的矩形，由台阶定位以H7/n6过渡来配合嵌入定模板中，然后将其固定。因此可以用整体矩形型腔壁厚的计算公式来确定后面的型腔厚度和型腔底板的厚度。整体嵌入式凹模结构形式如下图（图5.2）。图5.2 整体嵌入式凹模（通孔凸肩）在凹模设计时要注意以下几点技术要求：凹模的材料、热处理、表面处理及加工方法和凹模型腔表壁的表面粗糙度。其中热处理硬度分为以下三种情况：形状结构简单的凹模热处理硬度要求在4550HRC；比较复杂的凹模结构为4045HRC；一般的拼块硬度是4550HRC。表面粗糙度一般取在，型腔表面是，组合结构为，其余部分可选在。5.2.2 凸模结构形式凸模与型芯都是成型塑件的内表面零件，一般较大的成型塑料件和主要内型的零件是凸模，也叫主型芯。而成型塑件上较小的孔、槽的零件被称为型芯，即小型芯。凸模根据其结构形式可分为整体式与组合式两种，整体式的结构牢固，但不便于加工，并且材料的损耗太大又费工费时。因此这类结构主要用于试验模具、科研型的小批量生产和形状简单的小型模具。组合式型芯的优缺点如同组合式凹模，设计时需要注意结构的合理性，保证型芯和镶块的强度以防止热处理变形，同时也要避免尖角与薄壁。在一般的模具设计中，型芯常采用图5.3所示的结构形式。这类结构是通过将型芯单独进行加工然后镶嵌在模具中，图中结构为通孔凸肩式，凸模通过台肩与模板来连接，后再使用垫板和螺钉紧固。图5.3 凸模结构形式（通孔凸肩式）塑件上的小孔或是小槽，基本上是通过小型芯来完成成型的，通常由一端固定的型芯完成成型，但是会在此端产生难以剔除的飞边，若孔较深，就更容易出现弯曲，而另一端则为导向式定为与支撑，当强度和刚度都恰到好处时，即使在溢料的时候出现了飞边，也是易于剔除的。在设计型芯时也要注意以下的技术要求：型芯材料、表面粗糙度、热处理的硬度、表面处理度、配合加工和合理标注尺寸等。其中表面粗糙度分为成型部分、配合部分和其余部分，三者的粗糙度分别为：、和。热处理度选择范围是4552HRC，表面处理为镀铬，铬层厚度是0.0150.020,后进行抛光处理。下面是将凸模单独加工后与动模板进行装配的结构图（图5.4）：图5.4 动模板结构图5.2.3 侧壁厚度计算在模具成型过程中，由于塑料熔体的压力会使得型腔内产生应力和变形。当型腔的壁厚与底板的厚度不达标时，会使得型腔发生破坏；而型腔和底板的刚度不足时，会在型腔内产生较大的变形，严重影响了塑件的尺寸精度，也使得脱模变得困难。故而，在设计时需要对型腔和底板的强度和刚度进行计算，不能仅凭借经验来确定其厚度。而模具型腔的强度与刚度的计算目的主要是以下几点：在成型过程中不会发生溢料现象、保证塑件的精度要求和顺利脱模、适合型腔零件的力学计算特征。该设计选择的是整体嵌入式凹模属于组合式，因此需要根据组合式矩形型腔壁厚的公式来计算，组合式型腔有多种结构形式，下图（5.5）为整体式侧壁和底板组合的结构。从刚度上计算型腔的最小壁厚，公式如下：式中：h型腔最小侧壁厚度（mm）； P型腔内熔体压力，常取2545MPa； L型腔侧壁长边尺寸（mm）； a型腔侧壁受熔体压力部分的高度（mm）； E弹性模量，取； A型腔板厚度（mm）； 允许变形量（mm），=St。在熔体的高压下，型腔侧壁常会产生弯曲变形，会使侧壁与底板间出现纵向间隙，因此为防止溢料，需要根据不同品种的塑料来确定其配合间隙。从强度计算，公式为：式中：模具材料的许用应力，45钢取160MPa，一般常用模具钢是200MPa，硬化塑料模具钢应取300MPa。根据刚度、强度的计算要求规定，因此确定型腔侧壁最小壁厚应按照刚度要求取值为9.05mm。图5.5 整体式侧壁组合型腔5.2.4 底板厚度计算标准模架规定的动模支撑板的支撑方法如图5.6所示，支撑的形式不同对其影响亦不相同。可根据刚度和强度的校核公式计算底板的厚度，计算如下：由刚度条件计算可得底板厚度式中：型腔的长度（mm）； 支架间距（mm）； b底板上承压部分宽度（mm）； B底板宽度（mm）。为了简化运算过程，假定等于支架间距。由强度计算可得底板厚度： 当、时，根据强度计算与刚度计算底板厚度的分界尺寸为，按照要求应选择强度计算结果，因此最小底板厚度应取值为26.34mm。最终得出型腔的壁厚要求是：侧壁厚度；底板厚度。因此本设计所选择的凹模是型腔侧壁厚度和底板厚度，符合设计要求。图5.6 矩形组合式型腔底板厚度攀枝花学院本科毕业设计（论文） 6 侧向分型与抽芯机构设计6 侧向分型与抽芯机构设计6.1 侧向分型与抽芯机构在注塑成型中，侧壁上有凸台、凹穴和孔的塑件都需要将该处的零件做成可以侧向移动的零件，以便于能在脱模前抽掉侧向的成型零件。不然，无法顺利进行脱模的过程。而带动侧向成型零件做侧向移动的整个机构就叫做侧向分型与抽芯机构。侧向抽芯是针对成型侧孔和侧凹两种情况，侧向分型则是成型侧向凸台的情况。在根据动力来源上的不同可以将侧向分型与抽芯机构分为机动、手动和液压三种类型。机动侧向分型与抽芯机构是利用注射机的开模力作为工作动力，通过相关零件（斜导柱）使力作用于侧向成型零件而使得模具实现侧向分型或是把侧向型芯从塑件中抽出来，在合模时又依靠它使成型零件平稳复位的装置。此类机构具有生产效率高，且在分型与抽芯时不需进行手工操作等优点，虽结构较为复杂，但在实际中应用最为广泛。这类机构按照传力零件的不同形状可以大致分为：斜导柱、弯销、斜导槽和斜滑块等。其中斜导柱侧向分型与抽芯机构是应用得最广泛的。液压或气压侧向分型与抽芯机构是以压力（液压或气压）作为动力来进行侧向分型与抽芯的，同样也依靠压力来对侧向抽芯零件进行复位的装置。液压侧向分型与抽芯机构依靠液压缸的活塞往复运动而工作，抽芯动作很平稳，所以采用液压机构更为方便。但，液压装置的成本十分高昂，所以液压装置则较多的用在抽拔力大和抽芯距较长的场合。手动侧向分型与抽芯机构是利用人力将模具侧向分型或是把侧向型芯从成型塑件中抽出的装置。大致可分为两大类，一是模内手动分型与抽芯，另一类则是模外手动分型和抽芯。该类机构结构简单且制造成本低廉，但由于操作难度较大，劳动强度较大，生产效率又较低。因此仅用于产品试制和小批量的生产场合。抽芯距是指侧向型芯或是侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离，用表示。从安全角度考虑，需将侧向抽芯距离大出侧孔、凸台和侧凹23mm。在特殊情况下不能简单的以此类推，须使用公式来计算，以准确的方法确定出具体的抽芯距离。公式如下：，式中：R绕线轮台肩半径； r绕线轮半径。对于侧型芯的抽芯力，一般采用如下公式进行计算：式中：抽芯力（N）； c侧型芯成型部分的截面平均周长（m）； h侧型芯成型部分高度（m）； p塑件对侧型芯的收缩应力，模内冷却的塑件，；模外冷却的塑件，； 塑料在热状态时对钢的摩擦因数，一般情况； 侧型芯的脱模斜度或倾斜角。6.2 斜导柱侧向分型与抽芯机构6.2.1 斜导柱的设计斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用斜导柱等零件将开模力传递给侧型芯或侧向成型块，使之产生侧向移动来完成侧向分型或抽芯动作。该机构的特点是结构紧凑，加工制作方便和动作安全可靠，在设计和制作中都属于最常用的类型。因其抽芯力和抽芯距受模具的限制，故一般用于抽芯力不大和抽芯距小于6080mm的模具设计中。斜导柱机构主要由斜导柱、滑块、导滑槽、楔紧块等组成。如图6.1所示,图6.1 斜导柱侧向分型抽芯机构（合模状态）1推件板 2弹簧 3螺杆 4、15挡块 5、11侧型芯滑块 6、14楔紧块7侧型芯 8、12斜导柱 9凸模 10定模座板 13定模板塑件的上侧有通孔，下有凹凸，这样在上侧就需要带有侧型芯7的侧型芯滑块5来成型，而下侧则用侧型腔滑块11来成其形。斜导柱8通过定模板13固定于定模座板10上。开模时，塑件包在凸模9上随动模部分一起向左移动，在斜导柱8与12的同时作用下，侧型芯滑块5和侧型腔滑块11随推件板1后退的同时在推件板的导滑槽内上下侧移动。为合模时斜导柱能准确插入滑块的斜导孔中，在滑块脱离斜导柱时，需设置滑块的定距限位装置。通过压缩弹簧2，侧型芯滑块5在抽芯结束时，紧靠挡块4而定位，侧型腔滑块11在侧分型结束时由于重力定位于挡块15上。此时，动模部分继续向左动，直至推出机构工作，推杆推动件板1将制品从凸模9上卸下。合模时，滑块靠斜导柱复位，注射时，侧型芯滑块（5和11）由楔紧块锁紧，使其处于正确成型位置而不受熔体压力的影响作侧向移动。斜导柱的形状结构如图6.2所示，其工作端部可以设计成半圆形和锥台形。半圆形制作困难，故常用锥台形。锥台形倾角一般大于斜导柱倾斜角，公式为：，可以起到锥台与侧抽芯机构的停留位置错开的作用。斜导柱常用材料多为T8A、T10A和20钢，热处理硬度要求5558HRC，表面粗糙度低于。图6.2 斜导柱锥台形结构斜导柱倾斜角的确定，倾角是在斜导柱轴向与开模方向间的夹角，作为抽芯机构的重要参数，其大小对斜导柱的工作长度、抽芯距和受力都起着决定性作用。计算公式如下：，式中：L斜导柱工作长度； s抽芯距； 斜导柱倾斜角； H与抽芯距对应的开模距。斜导柱长度计算，当滑块向动模或定模倾斜