模具毕业论文

1南通航运职业技术学院毕业设计（论文）班级机制3111专业机械设计与制造题目汽车B柱上的安全带出口堵盖学生姓名石启鹏指导教师曹将栋2014年4月16日2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；3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4第一章塑料模具的发展现状一、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。5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：⑴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。⑵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。⑶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0.91～0.96g/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320mm×320mm，模具最小厚度为170mm，最大厚度为300mm。（1）腔数校核：VCGn/)(，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（0.75～0.45）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(0.2～1)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=（0.6G－C）/V=（0.6×100－0.6×5.2762）/5.2762=10.7＞86（2）锁模力校核：)(BnApF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2A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0.2—0.5倍。因此可用10.35nA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。7第三章分模设计3.1分型面的选择⑴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。⑵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83.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。9第四章脱模机构设计4.1弧抽芯滑块机构设计⑴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。⑵设计步骤①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②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③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④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。10图4-4弧形槽板⑤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⑥两腔设计。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11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①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12②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③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④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