汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì)

II 摘 要 雨刷是最早發(fā)明于 1910 年 .從 1900 年就有正規(guī)生產(chǎn)汽車在道路上，這意味著汽車沒(méi)有雨刷在道路上遭受各種天氣行駛至少 10 年！雨刷的構(gòu)想產(chǎn)生于美國(guó)特瑞科公司的董事長(zhǎng)在下雨天駕車，由于天氣模糊，無(wú)法看清道路，導(dǎo)致撞倒了一個(gè)騎自行車的男孩。雖然男孩沒(méi)有受很大的傷，但是駕駛者被他的經(jīng)歷所震驚。為他所震驚的是駕駛的危險(xiǎn)是在沒(méi)有完全看清道路的情況下發(fā)生的，這引起了雨刷的產(chǎn)生。在我們熟悉的電動(dòng)雨刷系統(tǒng)出現(xiàn)以前一系列不同的方法都嘗試過(guò)。最早的雨刷設(shè)計(jì)是一個(gè)塑料刀片在擋風(fēng)玻璃上手動(dòng)旋轉(zhuǎn)。雖然這使擋風(fēng)玻璃變干凈，前方 的視野變清晰，但操作者的手很快就累了，于是這種設(shè)計(jì)被放棄了。另一個(gè)的設(shè)計(jì)是由一個(gè)真空驅(qū)動(dòng)泵所引發(fā)的。不幸的是這種設(shè)計(jì)被操作速度隨車速改變的事實(shí)所困擾。這次失敗最終導(dǎo)致連接一個(gè)電機(jī)到雨刮臂，這種本質(zhì)一直沿用到今天，到如今的批量生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 雨刷；發(fā)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 錄 摘 要 . II Abstract . IV 目 錄 .錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 緒論 . 1 2 塑料制品分析 . 2 2.1 明確制品設(shè)計(jì)要求 . 2 2.2 明確制品批量 . 2 2.3 材料選擇及性能 . 2 2.4 成型設(shè)備 . 3 2.5 拔模斜度 . 3 2.6 計(jì)算制品的體積和質(zhì)量 . 3 2.6.1 表面質(zhì)量的分析 . 3 2.6.2 塑 件的體積重量 . 3 3 注射機(jī)及成型方案的確定 . 4 3.1 注射機(jī)的確定 . 4 3.2 成型方案的確定 . 4 3.2.1 成型設(shè)備的選擇 . 4 3.2.2 成型的特點(diǎn) . 4 3.2.3 成型的原理 . 4 3.2.4 成型過(guò)程 . 4 4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇 . 6 4.1 型腔數(shù)的確定 . 6 4.2 分型面的選擇 . 6 4.2.1 分型面的主要選擇原則 . 6 4.3 確定型腔的排列方式 . 7 4.4 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 . 7 5 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 8 5.1 凸模設(shè)計(jì) . 8 5.2 凹模 的設(shè)計(jì) . 8 5.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 . 9 5.3.1 模腔工作尺寸的計(jì)算 . 9 5.3.2 型芯工作尺寸的計(jì)算 . 9 5.3.3 型腔側(cè)壁厚度和型腔底壁厚度的計(jì)算 . 9 6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 10 6.1 主流道設(shè)計(jì) . 10 VI 6.2 澆口的設(shè)計(jì) . 10 6.3 平衡進(jìn)料 . 11 6.4 冷料井設(shè)計(jì) . 11 6.5 本模具澆注系統(tǒng)的選擇 . 12 7 排氣與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 15 7.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 . 15 7.2 冷卻水路的計(jì)算 . 15 7.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 17 8 頂出與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 18 8.1 斜頂機(jī)構(gòu) . 18 8.2 推桿復(fù)位裝置 . 18 8.3 抽芯機(jī)構(gòu)的選擇 . 19 8.4 斜頂抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 19 8.5 延時(shí)頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 22 9 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 24 9.1 導(dǎo)向、定位機(jī)構(gòu)的主要功能 . 24 9.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 24 9.2.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) . 24 9.2.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) . 24 10 注射機(jī)與模具各參數(shù)的校核 . 25 10.1 工藝參數(shù)的校核 . 25 10.2 模具安裝尺寸的校核 . 25 10.2.1 噴嘴的校核 . 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 安裝參數(shù)的校核 . 26 10.3 開(kāi)模行程的校核 . 26 11 結(jié)論與展望 . 27 致謝 . 28 參考文獻(xiàn) . 29 汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì) 1 1 緒論 塑料塑件在人們的日常生活中及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占有很重要的地位。采用模具成型的工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本，從而取得很高 的生產(chǎn)效率。因此，在機(jī)電、儀表、化工、汽車和航天航空等領(lǐng)域，塑料已成為金屬的良好代用材料并得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢(shì)。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，據(jù)最近數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本生產(chǎn)塑料模和生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)各占 40%；韓國(guó)模具專業(yè)廠中，生產(chǎn)塑料模的 43.9% ，生產(chǎn)沖壓模的占 44.8%；新加坡全國(guó)有 460 家模具企業(yè)， 60%生產(chǎn)塑料模， 35%生產(chǎn)沖模和夾具。作為最有效的塑料成型方法之一的注射成型技術(shù)具有可以一次成型各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜和尺寸精密的塑件。成型周期短、生產(chǎn)率高、大批生產(chǎn)時(shí)成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或自動(dòng)化生產(chǎn)等 優(yōu)點(diǎn)，因此，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注射模具。 目前，塑料塑件在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中的應(yīng)用日趨廣泛，發(fā)揮著舉足輕重的作用，塑料塑件的加工基本上是通過(guò)模具一次成型的。在眾多的成型方法中，注射成型占主導(dǎo)地位，塑料塑件的質(zhì)量、生產(chǎn)的效率和成本和模具的結(jié)構(gòu)、使用性能密切相關(guān)，因此，設(shè)計(jì)制造出結(jié)構(gòu)合理，使用性能優(yōu)良的注射成型模具已成為塑料生產(chǎn)廠家關(guān)注的焦點(diǎn)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是 “汽車雨刮器零件的設(shè)計(jì) ”，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)注意一模多腔件的進(jìn)料平衡 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 塑料制品分析 2.1 明確制 品設(shè)計(jì)要求 圖 2.1、為塑料制品的三維立體圖。該產(chǎn)品精度及表面粗糙度要求很高，在垂直于開(kāi)模方向上喲兩處突起，阻礙成型后塑料制品從模具中脫出，因此須設(shè)置斜頂結(jié)構(gòu)。 圖 2.1 塑料制品的三維立體圖 2.2 明確制品批量 該產(chǎn)品大批量生產(chǎn)，故設(shè)計(jì)的模具要求有較高的注塑效率，模具采用一模十六腔結(jié)構(gòu)，澆口形式采用側(cè)澆口。 2.3 材料選擇及性能 2.3.1 材料選擇 由于該塑料制品形狀復(fù)雜，但需要有較好的力學(xué)性能故選用 PA66 材料。 2.3.2 材料品種 PA66 在聚酰胺材料中有較高的熔點(diǎn)。它是一種半晶體 -晶體材料。 PA66 在較高溫度也能保持較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度。 PA66 在成型后仍然具有吸濕性，其程度主要取決于材料的組成、壁厚以及環(huán)境條件。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮吸濕性對(duì)幾何穩(wěn)定性的影響。 PA66的粘性較低，因此流動(dòng)性很好（但不如 PA6）。這個(gè)性質(zhì)可以用來(lái)加工很薄的元件。 它的粘度對(duì)溫度變化很敏感。 PA66 的收縮率在 1%2%之間，加入玻璃纖維添加劑可以將收縮率降低到 0.2%1% 收縮率在流程方向和與流程方向相垂直方向上的相異是較大的。 PA66對(duì)許多溶劑具有抗溶性，但對(duì)酸和其它一些氯化劑的抵抗力較弱。 汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì) 3 2.4 成型設(shè)備 經(jīng)比較 ,成型設(shè)備采用臥式注射機(jī)較好 ,其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體較低 ,容易操作和加料 ,塑件脫模后可以自動(dòng)落下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作 ,注塑機(jī)的重心較低安裝穩(wěn)定 ,適合大中型注射機(jī)的設(shè)計(jì)制造。 2.5 拔模斜度 由于材料是 PA66,且制品較小 ，故拔模斜度取 2。 2.6 計(jì)算制品的體積和質(zhì)量 2.6.1 表面質(zhì)量的分析 該零件的 表面質(zhì)量要求很高，而且產(chǎn)品多空間曲線，故各個(gè)成型面都得進(jìn)行拋光處理，斜頂?shù)?配合度要求很高。 2.6.2 塑件的體積重量 計(jì)算塑件的重量是為了選用注射機(jī)及確定模具型腔數(shù)。 計(jì)算得塑件的體積： V 12.18 計(jì)算塑件的質(zhì)量：公式為 W V 根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 PA66 的密度為 1.12 g/cm3，故塑件的重量為： W V=12.18*1.12=13.64 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 3 注射機(jī)及成型方案的確定 3.1 注射機(jī)的確定 根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機(jī)為： szy-300 型注塑成型機(jī)，該注塑機(jī)的各參數(shù)如下表 3-1 所示： 表 3-1 szy-300 型注塑成型機(jī)的各參數(shù) 理論注射量 /cm3 500 移模行程 /mm 340 螺桿直徑 /mm 60 最大模具厚度 /mm 335 注射壓力 /Mp 125 最小模具厚度 /mm 130 鎖模力 /KN 2000 噴嘴球半徑 /mm 18 拉桿內(nèi)間距 /mm 2421857 噴嘴口孔徑 /mm 5 3.2 成型方案的確定 3.2.1 成型設(shè)備的選擇 塑料的種類較多 ,成型方法也多 ,有注射成型 ,壓注成型 ,壓縮成型 ,擠出成型 ,氣動(dòng)與液壓成型 ,泡沫 塑料的成型等。 該雨刮器選用螺桿式注塑機(jī)，型號(hào)為 xs-zy500。 3.2.2 成型的特點(diǎn) 注射成型又稱注射模塑 ,成型周期短 ,能一次成型外形復(fù)雜 ,尺寸精密 ,帶有嵌件的塑料制件。制品無(wú)需修整或僅需少量修正 ,可得到較窄的公差 ,廢料損耗最小 ,且生產(chǎn)效率高 ,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn) ,適于多件批量較大的塑件生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但是 ,產(chǎn)品質(zhì)量有時(shí)難短期穩(wěn)定 ,模具的結(jié)構(gòu)有時(shí)不宜高效成型等缺點(diǎn)。 3.2.3 成型的原理 在成型時(shí) ,塑料要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的轉(zhuǎn)換 :一是塑料未進(jìn)入料筒的顆粒狀態(tài)；二是塑料在料筒中的塑 化流動(dòng)而到熔融狀態(tài)；三是塑料通過(guò)模具澆注系統(tǒng)的充模流動(dòng)及冷卻定型。其成型原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中間 ,經(jīng)過(guò)加熱熔融塑化稱粘流態(tài)熔體 ,在注塑機(jī)的螺桿的高壓推動(dòng)下 ,以很大的流速通過(guò)噴嘴注入模具型腔 ,經(jīng)一定時(shí)間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀 ,然后開(kāi)模分型獲得成型塑件。這樣完成一次注射工作循環(huán)。 3.2.4 成型過(guò)程 其包括成型前的準(zhǔn)備，注射成型過(guò)程及塑件后處理。 1)、成型前的準(zhǔn)備 A、原料外觀的檢測(cè)合工藝性能的測(cè)定 包括對(duì)色澤、粒度、均勻、流動(dòng)性、 熱穩(wěn)定性及收縮率的檢測(cè)。 汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì) 5 B、物料的預(yù)熱和干燥 防止塑料表面出現(xiàn)斑紋和氣泡，甚至發(fā)生降解等。大批量生產(chǎn)宜采用沸騰干燥或真空干燥。 C、嵌件的預(yù)熱 以減少物料和嵌件的溫度差，降低嵌件周圍塑料的收縮應(yīng)力，保證塑件的質(zhì)量。 D、料筒的清洗 當(dāng)改變產(chǎn)品，更換原料及顏色時(shí)均需清洗料筒。螺桿式料筒可采用對(duì)空注射法清洗 。 E、脫模劑的選用 為順利脫模，通常使用脫模劑。該成型模具可以采用硬脂酸鋅。 2)、注射成型過(guò)程 包括加料、加壓、注射、保壓、冷卻、定型、脫模等工序。 3)、塑料的后處理 A、退火 將塑件在定溫的液體介質(zhì)（如熱水、若熱的礦物油、甘油、乙二醇和液體石蠟等）或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時(shí)間，然后慢慢冷卻到室溫。從而消除內(nèi)應(yīng)力，提高塑件的性能。退火溫度應(yīng)控制在塑件使用溫度 10 20 以上，或塑件的熱變形溫度以下 10 20 。退火處理時(shí)間決定與塑料的品種、加熱介質(zhì)的溫度、塑料形狀和成型條件，速度不能過(guò)快，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。 B、調(diào)濕處理 將脫模的塑件放入熱水中，以隔絕空氣，防止對(duì)塑件的氧化，加快吸濕平衡速度的一種后處理的方法。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 4 型腔數(shù)的確定及分型面的選擇 4.1 型腔數(shù)的確定 型腔數(shù)的確定有多種方法，本題采用注射機(jī)的注射量來(lái)確定它的數(shù)目。其公式如下： n2=(G-C)/V 式中： G注射機(jī)的公稱注射量 /cm3 V單個(gè)制品的體積 /cm3 C澆道和澆口的總體積 /cm3 生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量 G 的（ 0.75 0.45）倍，現(xiàn)取 0.7G 進(jìn)行計(jì)算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（ 0.2 1）倍，現(xiàn)取 C 0.3V 進(jìn)行計(jì)算。 n2=0.7G/1.3V=0.538G/V=(0.538500)/1.3*12.18 = 16.9 由以上的計(jì)算可知，可采用一模十六件的模具結(jié)構(gòu)。 4.2 分型面的選擇 4.2.1 分型面的主要選擇原則 （ 1）分型面的位置設(shè)在塑料橫截面尺寸最大的部位，以便脫模和加工型腔。 （ 2）有孔的同軸度要求、臺(tái)階間尺寸精度的要求，應(yīng)使塑件相關(guān)的部分全部在動(dòng)模部分成型，以保證塑件尺寸精度。 （ 3）在光滑憑證表面或圓弧曲面上盡量避免選擇分型面，防止在分型面產(chǎn)生，以保證塑件的外觀質(zhì)量。 （ 4）考慮保證塑件的使用要求，避免 由脫模斜度、推桿及澆口痕跡等缺陷影響塑件的功能。 （ 5）考慮鎖模力，盡量減小塑件在分型面的投影面積。 （ 6）盡可能將塑件留在動(dòng)模的一邊，易于設(shè)置和制造簡(jiǎn)便易行的脫模機(jī)構(gòu)。 （ 7）便于澆注系統(tǒng)的布置，利于排氣，模具零件易于加工等等。 在確定型心分模之前，應(yīng)該考慮好該型心放在模板上空間方位，要有利與冷卻水道的設(shè)計(jì)以及盡可能地減少不必要的材料。本設(shè)計(jì)分型面選擇如實(shí)例圖 4.1 圖 4.1 分型面選擇實(shí)例圖 汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì) 7 4.3 確定型腔的排列方式 本塑件在注射時(shí)采用一模十六件，即模具需要公母模仁各四塊。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素采用如下 圖 4.2 的型腔排列方式。 4.2 模具型腔排列方式 4.4 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)，對(duì)于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度的前提下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好。模架尺寸參照裝配圖 4.3 4.3 模架尺寸參照裝配圖無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 5 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 凸模設(shè)計(jì) 凸模用于成型塑料的內(nèi)表面，又稱型芯、陽(yáng)模或成型桿。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。為了便于加工和有利于排氣，運(yùn) 用組合式的型芯結(jié)構(gòu)，與整體式型芯相比，組合式型芯使加工和熱處理工藝大為簡(jiǎn)化。該設(shè)計(jì)中采用組合式凸模，其中公模仁的結(jié)構(gòu)如下 圖 5.1 圖 5.1 公模仁的結(jié)構(gòu) 5.2 凹模的設(shè)計(jì) 凹模用于成型塑件的外表面，又稱陰模、型腔。按照結(jié)構(gòu)的不同可以分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式和四壁鑲嵌式五種。該設(shè)計(jì)采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)，由整塊金屬材料直接加工成母模仁，其結(jié)構(gòu)如下 圖 5.2 圖 5.2 工成母模仁 汽車雨刮器的模具設(shè)計(jì) 9 5.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 本設(shè)計(jì)中零件工作尺寸的計(jì)算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，已給出這 PA66 的成型收縮率為 0.005，模具的制造公差取 z=/3。 5.3.1 模腔工作尺寸的計(jì)算 型腔的內(nèi)徑尺寸的計(jì)算 (253.841+253.8410.5% 0.015) 0.040 =253.95 0.040 。 型腔的深度尺寸的計(jì)算 （ 24.708 24.7080.5% 0.50） 0.040 24.33 0.040 5.3.2 型芯工作尺寸的計(jì)算 型芯高度的尺寸計(jì)算 （ 24.708 24.7080.5% 0.50） 00.04=(24.33)00.04 5.3.3 型腔側(cè)壁厚度和型腔底壁厚度的計(jì)算 1）型腔底壁 Th 厚度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 4-8(塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) )查得 Th=(0.12-0.13)b 2）型腔側(cè)壁厚度 Tc 的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為： Tc =0.20t+17 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意與注射機(jī)的注射口相符合，主流道、澆口套、定位圈等的各項(xiàng)參數(shù)與注射機(jī)的規(guī)格密切相關(guān)，由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸，所以模具的主流道部分通常設(shè)計(jì)成可拆卸 更換的主流道襯套，即澆口套。 對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循如下原則： A、了解塑料的成型性能 B、盡量避免或減少產(chǎn)生熔接痕 C、有利于型腔中氣體的排出 D、防止型心的變形和嵌件的位移 E、盡量采用較短的流程充滿型腔 6.1 主流道設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)手根據(jù)冊(cè)查得 szy-300 型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸如下： 噴嘴前端孔徑： d0=5mm 噴嘴前端球面半徑： R0 18mm 為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑 D 應(yīng)稍大于注射 噴