安全帽的注塑模具設計及成型工藝-抽芯塑料注射模含9張CAD圖帶開題
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安全帽的注塑成型工藝及模具設計
摘 要
這是一篇有關于安全帽的注塑加工成型的一篇論文，內(nèi)容里面包括了有關制品材料的一個選擇和材料性能的分析。里面還有注射機如何去選用，還有澆注系統(tǒng)是什么樣的原理。在這次設計過程中，我們還涉及到了成型零件的冷卻系統(tǒng)，和成型零件的抽芯機構。除此之外，還有關于模具型腔的CAD部分的一個制作，用到了國外一些比較先進的軟件將其加工部分直接生成文本模式，方便讀者更好的去理解安全帽的內(nèi)部構造。在工業(yè)技術發(fā)展中，注射加工成型的好壞代表著國家塑料制品加工水平，同時也反映了模具設計和制造的水平。這一篇文章詳細地介紹了安全帽注塑加工成型模具設計的整個過程。首先是通過對安全帽塑件的結構分析，再考慮到成型工藝的分析，從而就確定了塑件的分型面和澆口的內(nèi)部結構。再進行模具零件相關方面的設計，比如有成型零件，脫模機構等等。同時在整個設計過程中，還要通過計算機輔助工具Pro/E進行輔助設計。重點闡述了如何去利用Pro/E軟件，將注射成型中塑料熔體在型腔內(nèi)充填模擬，通過對模擬結果的分析與評判，有效預防了原模具設計方案用于實際生產(chǎn)時可能出現(xiàn)的問題，以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。
關鍵詞：安全帽；注塑模；CAD；Pro/E
Abstract
This is an article on the injection molding of the helmet, which includes a selection of the products and the analysis of the properties of the material. There are also how to choose the injection machine, and what is the principle of gating system. In this design process, we also involved the cooling system of the molding parts and the core pulling mechanism of the molding parts. In addition, there is a production of the CAD part of the mold cavity, which uses some of the more advanced software abroad to generate text mode directly to facilitate the reader to understand the internal structure of the helmet better. In the development of industrial technology, the quality of injection molding represents the level of national plastic products processing, and also reflects the level of mold design and manufacture. This article introduces in detail the whole process of safety cap injection molding design. First, through the structural analysis of the plastic parts of the safety helmet, and then taking into account the analysis of the forming process, the internal structure of the parting surface and the gate of the plastic part is determined. Further design of mold parts related aspects, such as molding parts, ejection mechanism and so on. At the same time, in the whole design process, computer aided tool Pro/E is also needed for aided design. The paper focuses on how to use Pro/E software to simulate the plastic melt filling in the injection molding. Through the analysis and evaluation of the simulation results, it effectively prevents the problems that may arise when the original mold design is used in actual production, so as to produce qualified products.
Key Words: safety helmet；injection module；CAD/CAM；Pro/E
目 錄
摘要……………………………………..............................................................................II
ABSTRACT III
第一章 緒論 1
第二章 零件材料的選擇及材料性能分析 2
第三章 注射機的選用及校核 3
3.1注射機的選用 3
3.2注射機有關工藝參數(shù)的校核 4
第四章 澆注系統(tǒng)設計 7
4.1按制品特點選擇澆注形式 7
4.2澆口套的設計 7
4.3定位圈的設計 8
第五章 成型零件的設計 9
5.1型腔數(shù)的確定 9
5.2成型零件的結構設計 9
5.3分型面的確定 11
第六章 合模導向機構的設計 16
6.1導柱直徑的計算及選用 16
6.2導套的選用 17
第七章 脫模機構的設計 18
第八章 排溢、引氣系統(tǒng)的設計 21
第九章 冷卻通道的理論計算 22
第十章 側(cè)向分型與抽芯機構設計 25
第十一章 模腔三維造型CAD/CAM 27
致 謝 29
參考文獻 30
-III-
第一章 緒論
這是一篇有關于安全帽的注塑加工成型的一篇論文，內(nèi)容里面包括了有關制品材料的一個選擇和材料性能的分析
在塑料制品的發(fā)展過程中，塑料模具設計成型工藝已經(jīng)成為制造塑料制造品的主要方式之一，而且它的發(fā)展很大程度上決定了一個國家的經(jīng)濟水平。實際上，塑料產(chǎn)品在我們的生活中無處不在，比如塑料盤，塑料桶，垃圾袋，塑料泡沫，手機殼等等。塑料制品的發(fā)展慢慢的普遍到了人們的生活，為大家?guī)砹撕芏嗟谋憷?，下面我就給大家介紹一下安全帽的模具設計。
安全帽主要是用來防止沖擊物傷害頭部的一種防護用品，它主要是由帽殼、帽襯、下臉頰帶這幾個部分組成。帽殼呈半球形，表面堅固、光滑并具有一定彈性，它能夠去承受一些打擊物的沖擊，起到了一定的抗壓和防護作用。在帽殼和帽襯之間會去保留一定的空間，目的是為了緩沖和分散瞬時間的沖擊力，從而可以實現(xiàn)減輕對頭部的直接傷害。在一些大大小小的施工單位，必須嚴格要求好員工佩戴安全帽，這樣可以盡量的避免突如其來的傷害。在此，希望大家能夠為了自己的安全著想，遵守安全法則，這樣才能避免無法預料到的外來傷害。
在這篇論文中，首先講述了有關零件的選擇以及材料性能的的分析，選好了材料后，再根據(jù)數(shù)據(jù)的計算分析，選擇合適的注射機，緊接著就是對澆筑系統(tǒng)的設計，按照在制品的特點，選擇合適的設計方案，并且確定好型腔圖，把導套和導柱裝上，然后設計一個排溢、引氣系統(tǒng)，畫出CAD三維圖，轉(zhuǎn)化為NC文本模式，這樣的一整個工藝就這么加工完成了，下面會去詳細的介紹每塊內(nèi)容。
第二章 零件材料的選擇及材料性能分析
2.1 塑料制品的設計依據(jù)及選材依據(jù)
安全帽、安全帶、防護網(wǎng)，它在施工地段常常被稱為安全防護的三大保護。在許多建筑工地，地處環(huán)境是比較復雜的，因而漏洞會比較多，在許多時候一些不注意的小細節(jié)，會出現(xiàn)小意外，佩戴安全帽，既可以防止落物，又可以防止碰撞。在很多事故案例中，安全帽在關鍵時候都會發(fā)揮比較大的作用。因此我們對安全帽的性能要求就很明確：要求硬度高,不破損,不擦傷。不過其使用要求也較高：外形美觀漂亮，而且完全符合國標GB2811-89制作標準。經(jīng)過-10℃～+50℃，高低溫及淋水處理后，沖擊吸收性能，耐穿透性能，剛性強度，電絕緣性能，均能達到或超過安全使用要求。
本設計帽殼所采用的是昂貴的日本進口超高抗沖ABS工程塑料，它的特點是彈性好，強度高，安全性能好。而且在成形時還可控制料溫、模溫及注射壓力、注射速度等。我們在其中加寬帽沿，是為了使帽殼整體更堅固。帽殼前后還會有透氣孔，佩戴起來通風，使人感覺舒適。ABS（Acrylonitrile/butadiene/styrene compolymer）也可稱為改性聚苯乙烯，即在聚苯乙烯分子中導入了丙烯腈、丁二烯等異種單體。然后通過加熱后成為改性共聚物，相比聚苯乙烯它有更加優(yōu)越的使用性能和工藝特性。其流動性中等，但隨溫度變化較大：當料件溫度升高是流動性變強，可以利用成型時調(diào)節(jié)溫度來控制流動性。模具設計主要值得就是料件的流動性，然后去選擇合理的材料，最后得到想要的聚合物，其具體的成型條件如下表2-1所示：
表2-1 ABS塑料成型條件
適用
注射機
類型
密度
(g/cm)
注射壓力
(MPa)
螺桿轉(zhuǎn)速
(r/min)
計算收縮率
(%)
模具溫度
(0C)
預熱
吸水率24h
(%)
拉伸屈服強度(MPa)
抗拉屈服強度(MPa)
噴嘴溫度
(0C)
螺桿
柱塞式
均可
1.03～1.07
60～
100
30
0.3～0.8
50～80
溫度0C
時間
/h
0.3
1800
50
170～180
80～85
2～3
2.2 塑件體積估算
根據(jù)在制品尺寸要求，在 CAD制造工程師軟件中畫出零件實物圖，然后單機工具選項查詢它的零件屬性，就可以得出在制品所需要的塑件體積為297285.996。
2.3 塑件質(zhì)量計算
ABS的密度為1.03～1.07 g/cm 取=1.05 g/cm
塑件質(zhì)量M=V=1.05 g/cm297285.996 cm=311.85 g
第三章 注塑機的選用
3.1 注射機類型的選擇
3.1.1 從生產(chǎn)率考慮
依本產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領（大批量生產(chǎn)），為提高生產(chǎn)率，擬選用臥式注射機。其優(yōu)點如下：
開模后塑件按自重落下，便于實現(xiàn)自動化操作；
螺桿式注射裝置塑化能力大、均勻，注射壓力可達7000——8000，壓力損失小，塑件內(nèi)壓力、定向性小，減少變形和開裂傾向。
3.1.2 從制品材料的成型條件
從材料的角度分析，以及成型條件分析可以知道注射機類型為螺桿式或柱塞式兩種方式均可適用。柱塞式注射機的結構相對簡單，使用方便，通過利用料筒和活塞達到塑化與注射可以實現(xiàn)，但是在控制溫度和壓力一方面是比較難控制的。螺桿式注射成型機由一個螺桿和一個料筒組成。而塑料依靠螺桿在料筒內(nèi)的轉(zhuǎn)動而加熱塑化，提高了注射成型質(zhì)量，并可增大注射量，擴大了注射成型塑料的范圍。因此就這兩個選材，后者得到了廣泛的應用。
3.1.3 由制品體積計算注射機的最大注射量
設計模具時，應使成型制品每次所需注射量總量小于注射機的最大注射量。即
式中： —塑件與澆注系統(tǒng)的體積（）；
—注射機的注射量（）；
—最大注射容量的利用系數(shù)。
而由上知為297285.996（合297.3，所以可得：
/
通過計算可得：
371.6。
從上面的計算內(nèi)容可以看出，我們應該只能選擇螺桿式注射機。根據(jù)本國目前的一個國情，初步考慮選用國產(chǎn)的XS-ZY-1000注射機這個型號。這個注射機，它的一個主要技術參數(shù)如下表3-1所示：
表3-1：XS-ZY-1000型臥式注射機主要技術參數(shù)
最大理論注射量（）
注射
方式
最大開模行程
注射速率
（g/s）
最大模具厚度（）
螺桿直徑
（）
最小模具厚度
（）
注射壓力（Mpa）
鎖模力
（KN）
模具定位孔直徑（mm）
噴嘴球半徑
（）
1000
螺桿式
700
70
700
70
300
10800
4500
150
18
3.2注射機有關工藝參數(shù)的校核
3.2.1注射壓力的校核
塑件成形所需的注射壓力應小開或等于注射機的額定注射壓力，其關系按下式校核
式中 —塑件成型所需的注射壓力（Mpa）
—所選注射機的額定注射壓力（Mpa）
已知 =60～100(Mpa); =10800（Mpa）
所以滿足
3.2.2 鎖模力的校核
模具所需的最大鎖模力應小于或等于注射機的額定鎖模力，其關系按下式校核：
（）
式中 ——安全系數(shù)，常取=1.1～1.2，這里取值1.1;
——熔融塑料在型腔內(nèi)的平均壓力（。根據(jù)經(jīng)驗，型腔內(nèi)平均壓力常取20～40。這里取30；
A——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積（cm）；
—注射機額定鎖模力。
已知A
式中 a——橢圓長半軸，取140mm;
b——橢圓短半軸，取130mm， 所以
A=即：
F
所選注射機的鎖模力F=4500 >1886.84 ,所以所選注射機滿足鎖模力要求。
3.2.3 模具閉合厚度的校核
模具閉合時的厚度在注射機，動、定模板的最在閉合高度和最小閉合高度之間，其關系按下式校核：
式中 ——注射機允許的最小模具厚度（mm）
——模具閉合厚度（mm）
——注射機允許的最大模具厚度(mm)
已知= 300 mm，=700 mm，
初步可設
=
式中 ——定模的高度，比制品高度高，初取為200mm；
——推桿行程，比制品高度略高，初取為170mm；
——動模不包括制品型腔部位的高度，初取為40；
——其他厚度包括動定模板厚度、支承板厚度等，取為200mm。
代入上述數(shù)據(jù)可得：=200+170+40+200=610(mm)
所以模具閉合時的厚度能滿足要求，即：
=300=610<=700（mm）
3.2.4 開模行程校核：
～
式中 ――脫模距離（），這里為＝157.5；
——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的制品高度（），這里為＝190；
――注射機開模行程（即移動模板行程）（）。
已知所選注射機最大開模行程=700,故而可知
157.5+190+5.5＝353（）,能滿足要求。
液壓－機械式鎖模機構的最大開模行程由連桿機構的最大行程決定。而與模具厚度無關。
第四章 澆注系統(tǒng)的設計
4.1 按制品特點選擇澆注形式
簡單的說下澆注系統(tǒng)的一個形成過程，它的形成是在熔融下，從注射機噴嘴處注入高溫熔融物質(zhì)，在經(jīng)過型腔出來，這個過程直接決定了一個材料質(zhì)量加工的好壞，這是注射設計中十分重要的一個組成部分。在做在制品中添加這樣一個環(huán)節(jié)是為了使塑料平穩(wěn)、有序地填充到型腔中，從而獲得組織致密、外形清晰、美觀的制品，并且它還能把壓力充分地傳遞到各個部位。
根據(jù)安全帽的結構特點，為此擬定除了直接澆口類型。直接澆口系統(tǒng)是直接和主流道經(jīng)過連接的，然后由主流道處開始進料。因為這個澆口的尺寸是比較大的，所以導致了熔體壓力的進料快，損失小，流動阻力小，這個是的的確確是適用于很多塑料的。因為流程比較短，壓力傳遞好，所以熔體從上端流向分型面（底端），是有利于排氣和消除熔接痕。
根據(jù)直澆口的特點（加工薄壁塑件時，澆注在制品根部的直徑最多等于塑件壁厚的兩倍）確定注在制品根部直徑為。
把主流道左邊設計成帶凸臺的圓盤，讓它的高度定義為5到10mm，這里是取值為8mm，并且我們要把注射機的一端固定和定位孔的間隙完美的配合好。在圖形的右邊我們嘗試取3～5mm，這個凹坑取值為4mm。半錐角～，這里取。主流道大端處應呈圓角，其半徑常取～，這里取2mm。
已知注射機相關參數(shù)如下：注射機固定模板的定位孔半徑R=75mm,機床噴嘴孔徑，噴嘴圓弧半徑，那么澆口套主要尺寸可計算得：
～,～。如附圖圖4-1注射機。
在保證塑件成型良好的前提下，主流道的長度L要盡量短，否則將會使主流道凝料增多，塑料耗量大，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射成型通常主流道長度L可小于或等于60mm。
圖4-1 注射機
4.2 澆口套的設計
關于澆口套的設計，主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所以模具的主流道部分通常設計成可拆卸更換的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材（如T8A等）單獨加工和熱處理（硬度為53～57HRC），或用45，50，55等鋼表面淬火（55HRC）。其主要作用是：
第一,使模具安裝時進入定位孔方便而在注塑機很好地定位，與注塑機噴嘴孔吻合，并能經(jīng)受塑料的反壓力，不致被推出模具；
第二,作為澆注系統(tǒng)的主流道，將料筒內(nèi)的塑料過渡到模具內(nèi)，保證料流有力暢通地到達型腔，在注射過程中不應有塑料溢出，同時保證主流道凝料脫出方便。
4.3 定位圈的設計
其直徑D為與注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔走私確定。直徑D一般比注射機定位孔直徑小0.1～以便于安裝。定位圈一般采用45或Q235鋼。用兩個以上的M6-M8的內(nèi)六角螺釘固定在模板上。
第五章 成型零件的設計
5.1 型腔數(shù)的確定
型腔數(shù)的確定是根據(jù)在制件的幾何形狀，材料以及注射類型還有生產(chǎn)批量，通過經(jīng)驗圖從而確定型腔數(shù)為單腔；為避免出現(xiàn)飛邊，要求注射壓力以及鎖模力作用在主流道中心。
5.2 成型零件的結構設計
5.2.1 凹模（型腔）結構設計
凹模結構設計是成形塑件外形的主要部件，結構會隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。這次設計中的制品形狀比較簡單，成完全整體凹模，其特點是強度、剛度好，結構簡單，牢固可靠，不易變形，成型的塑件相關質(zhì)量會較好。
5.2.2 凸模（型芯）結構設計
凸模結構設計是成型塑件內(nèi)形的成型零件，結構會隨成型塑件上孔的成型零件，兩者并無嚴格的區(qū)別。這次設計中的制品形狀特點：四周均布有4個方孔，兩側(cè)有48個小孔。故而應設計成完全整體式凸模+局部鑲拼嵌入，即在大凸模上又局部鑲拼嵌入了小凸模。48個小孔的型芯與模板的連接方式見下圖示。
5.3分型面的確定
從在制品的形狀角度出發(fā)，確定分型面。主要是從以下四個方面來進行考慮的：
為了確保塑件表面：分型面應盡可能選擇在不影響塑件外觀的部位以及塑件外觀的要求，而且分型面處所產(chǎn)生的飛邊應容易修整加工。
為了考慮鎖模力：盡可能減少塑件在分型面上的投影面積。模具的分型面尺寸在保證一定的型腔不溢料邊距的情況下，應盡可能減小分荊需接觸面積，從而可以增加分型面的接觸應力，防止溢料，并簡化分型面的加工。
為了考慮模板間距：該塑件的高度為160mm，而底 圖5.3-1 分型面面橢圓尺寸為280mm260mm。故選擇高度方向可將模板間距減小到最小。
排溢：主要是為了有利于氣體的排出，分型面盡可能與料流的末端重合。
綜合以上四點，根據(jù)制品的形狀，應選用單分型面，以制品的最大端面作為分型面。所示圖形如圖5.3-1所示。
5.4 成型零件工作尺寸的計算
制品尺寸能否達到圖紙尺寸要求與型腔、型芯的工作尺寸的計算有很大的關系。成型零件工作尺寸的計算有很多，這里以塑件平均收縮率為基準的計算方法計算成型零件的工作尺寸。
計算模具成型零件最基本的公式為：
式中 ――模具成型零件在室溫（20） 時的尺寸（）；
――塑料制品在室溫時的尺寸（）；
――塑料的平均收縮率，對于ABS為0.5%～0.8%，這里取0.6%
5.4.1 型腔內(nèi)徑尺寸的計算
模具的開腔內(nèi)徑尺寸是由制品的外徑尺寸所決定。設制品的外徑名義尺寸為D是最大尺寸，其公差為負偏差（如非應進行轉(zhuǎn)換）。制品的平均徑向尺寸?。―－。考慮到收縮率，其收縮量為（D－。
設型腔內(nèi)徑名義尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差，則其平均值為+?？紤]到型腔工作過程中最大磨損量，取平均值為，則有：
+＝（D－+（D－－
對于中小型制品，可?。?，＝，代入上式，得：
+＝（D－+（D－－
對上式化簡可得：
＝D+D－－
因為與其它各項相比很小，可略去，加上制造偏差，則得模具型腔內(nèi)徑計算公式為：
＝（D+D－）（）
式中 ――型腔的內(nèi)徑尺寸（）；
D――制品的最大尺寸（）；
――制品公差，這里?。?.48；
――塑料的平均收縮率（%），這里取＝0.6%；
3/4――系數(shù)，可隨制品精度變化。一般取0.5～0.8之間。若制品偏差大則取小值 ，若制品偏差小則取大值。這里取0.6；
――模具制造公差，一般?。?/6～1/4）。這里取0.2。
由上式易得：
制品總長： ＝（280+280－0.60.48）＝281.4（）；
橢圓短軸長：＝（205+205－0.60.48）＝205.9（）；
橢圓長軸長：＝（226+226－0.60.48）＝227.1（）。
同理可得如下計算公式，推導過程從略。
5.4.2 型腔深度尺寸的計算（凹模深度計算）
式中 ――型腔深度尺寸（）；
――制品高度最大尺寸（）。
其余參數(shù)同上。
代入各數(shù)據(jù)可得：＝（160+160）＝160.6（）。
5.4.3 型芯徑向尺寸的計算（凸模徑向尺寸）
（）
式中 ――型芯外徑尺寸（）；
――制品內(nèi)徑最小尺寸（）。
代入各數(shù)據(jù)可得：
橢圓短軸長：＝（200+200＝201.5（）；
橢圓短軸長：＝（221+221＝222.6（）。
5.4.4 型芯高度尺寸的計算
式中 ――型芯高度尺寸（）；
――制品深度最小尺寸（）。
代入各數(shù)據(jù)可行：
＝（157.5+157.5＝158.8（）。
5.5 側(cè)壁的理論寬度計算
（1）按剛度計算
A 求系數(shù)c:
C=
式中 c——系數(shù)；
h——凹模型腔的深度（cm）；
——凹模型腔的寬度（cm）；
注：計算c時，先確定h，的值，然后單擊h/文本框，再單擊c文本框自動通過曲線圖計算出系數(shù)c。
因為h=15.75 cm, =22.6 cm。代入可求得c=0.1315
B 求系數(shù)
φ=
式中 φ——系數(shù)；
——凹模型腔短邊長度（cm）；
——凹模型腔長邊長度（cm）；
注：計算φ時，先確定，的值，然后單擊/文本框，再單擊φ文本框自動調(diào)用曲線圖計算出系數(shù)φ。
因為=21.6cm;=22.6cm.。代入可求得φ= 0.6053.
C 求凹模側(cè)壁的理論寬度
b=h
式中 b——凹模側(cè)壁的理論寬度（cm）；
h——凹模型腔的深度（cm）；
p——凹模型腔內(nèi)的熔體壓力（MPa）；
y——凹模長邊側(cè)壁的允許彈性變形量（cm）；
一般塑件 y=0.005；
精密塑件 y≤塑件壁厚的成形收縮量；
尼龍塑件 y=0.0025～0.003；
c——系數(shù)
φ——系數(shù)
E——鋼材的抗拉彈性模量，一般中碳鋼E=2.1× MPa；
預硬化塑料模具鋼 E=2.2×
因為h=15.75cm,p=30MPa,y=0.005cm。代入可求得：
b=7.14cm=71.4mm
（2）按強度計算
式中 ——凹模型腔內(nèi)孔半徑，為110mm；
——材料許用應力，為320；
其余參數(shù)同上。代入計算可得：b=12.03mm。所以應取71.4mm。
5.5.2 型腔的理論底部厚度計算
A 按剛度計算
各參數(shù)同上。代入可得：h=41.25mm。
B按強度計算
各參數(shù)同上。代入可得：h=29.17mm。所以應取h=41.25mm，但是由于型腔還有定模固定板支承，故其不會懸空，因而可不必取這么厚尺寸，與定模固定板聯(lián)結總尺寸大于41.25mm即可。
5.6 模具鋼的選擇
5.6.1 選擇模具鋼的原則
A塑件的生產(chǎn)批量
模具是高效率的生產(chǎn)工具。每一付模具的使用壽命，直接關系到制件的成本。而每一種產(chǎn)品的預計產(chǎn)量，又因市場需求而定。
在考慮設計模具時，除了每模的型腔婁之外，就要考慮其使用壽命。最理想的情況是當模具壽命終了時，該產(chǎn)品正好退出市場。但這實際很難推斷，因為市場需求是變化莫測的。
批量小，則對鋼材的要求可以低些；而批量大時，必須選擇優(yōu)質(zhì)鋼材，以延長使用壽命而避免重復制做模具。
B塑件的尺寸精度
塑件的尺寸精度，有50%取決于模具。而模具的制造精度及耐磨損性能又決定制件的合格率。對于要求高精度（SJ1372—78的3、4級精度）以及超高精度（SJ1372—78的1、2級精度）的塑件，既使產(chǎn)量極低，也應選用優(yōu)質(zhì)模具鋼。
C制件的復雜程度
制件越復雜，型腔的加工就越難，因而必須選用切削性能好的鋼材。制件復雜程度高，表現(xiàn)在制件圖樣上的尺寸數(shù)目多，加工部位多。因而加工的應力變形必須考慮。
D 制件的體積大小
制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削時，切削應力也大。因而對于大制件的模具最好選用易切鋼。制件小時，型腔體積小，所用的刀具（主要是銑刀）強度低，切削量很小。選擇鋼材時應選用質(zhì)地均勻，合金碳化物分布細而均稱的鋼材。小模具多先作預硬化處理后加工，要考慮加工的可能性。
E制件的光觀要求
塑件如為外觀裝飾件，則表面的質(zhì)量好壞能很大程度上影響產(chǎn)品的銷售，凡對塑件外觀有嚴格要求的塑件，最好選用真空熔煉或電渣熔煉鋼，以達到最好的型腔拋光效果。
5.6.2 本設計模具鋼的選擇
基于上述各個原則并逐次考慮之，結合制件為大批量生產(chǎn)、塑件尺寸精度要求較高、制件形狀相對簡單、體積較大以及制件要求外觀比較光滑等特點，從經(jīng)濟性、加工性等方面進行綜合考慮，本設計決定選用3Cr2Mo(P20)模具鋼。
3Cr2Mo(P20)屬預硬化鋼，為我國引進美國通用的塑料模具鋼，預硬化后硬度HRC36～38。用于中、小型熱塑性塑料注射模。真空熔煉的品種可以拋光成鏡面光澤。抗拉強度約為1330。
第六章 合模導向機構的設計
6.1 導柱直徑的計算及選用
有關注射模的導向機構，設計主要有導柱導套導向和錐面定位這兩種類型。其中導柱導套導向機構主要是用于動模和定模的開合模導向以及脫模機構的運動導向。因為 生產(chǎn)批量大，采用導柱與導套配合的導向類型。
另外一種就是導柱固定孔直徑與導套固定孔直徑相等，便于兩孔同時加工，確保同軸度，導柱采用帶儲油槽階梯形，其帶油槽便于潤滑，使用壽命長。
因?qū)е璩惺軇幽５闹亓浚瑒t其直徑應先用下式進行估算：
式中 ——每根導柱承受的模板重力（）；
——模板重心距導柱根部的距離（）；
——材料的彈性模量，。而：
=
式中 ——模具鋼的的密度，對于合金鋼=；
——動模的近似體積（）；
——重力加速度，。而
=
其中為上半球半徑，為100mm, 、分別為下半部分近似圓柱體底圓半徑和高，其值分別為106mm和60mm, 分別為動模不參與成型部分長方體支承的長、寬和高，其值分別為560mm,430mm和40mm，分別為動模中空腔圓柱體的底圓半徑和高，其值分別為20mm和132mm。代入以上各數(shù)據(jù)可得：
=11605004=11605.004cm ,則
===224.6（）
所以 =44.6()
由[1]表5-3選有肩導柱（GB4169.5-84），其其主要參數(shù)如下：(單位：)
材料為20鋼，滲碳0.5～0.8mm厚淬硬到HRC56-60。
6.2 導套的選用
圖6-2A 導套 圖6-2B 導柱
由導柱的尺寸查標準GB4169.3-84，得導套的尺寸，選用帶頭導套I型， 其具體參數(shù)如下：(單位：)
導套A：
導套B：
第七章 脫模機構的設計
7.1 結構形式設計
為了取節(jié)約成本，在這次設計的那個里面，采用了一種特殊的方式，就是把注射機的液壓定出裝置機構，主要是為了提高它的一個生產(chǎn)率，當它的生產(chǎn)率提高了，生產(chǎn)量就會大幅度的提升，從而能夠有效地去降低它的成本。在這次脫膜結構的設計中，采用的就是這種機械脫模，把注射機的液壓頂出裝置機構，然后在模具開模之后，讓這個磨具就從這個里面脫落，從而實現(xiàn)了裝置在這個注射機頂桿的驅(qū)動下完成整個脫模動作，從而是其實現(xiàn)了這個功能。
7.2 頂桿布置形式
頂桿的設計是放在脫模主力打的部分，主要是便于頂桿的阻力大能夠讓其脫落，在這個型芯的內(nèi)部結構中，應該注意的問題是：要盡量的去靠近側(cè)壁而且還要分布均勻，這樣的好處是避免塑料局部發(fā)生裂紋的產(chǎn)生。
關于頂桿與型芯頂桿孔，一般情況下，它的一個比例為：H8/H7，配合的長度是頂桿直徑的2倍，而且頂桿的側(cè)壁一般是在3毫米以上配合的頂桿直徑至少不少于15mm。
7.3 脫模力的計算
經(jīng)過注射機的高壓注射塑料在模具內(nèi)冷卻定型，此時塑料收縮將型芯包緊，這一包緊力是開模后塑件脫出時所必須克服的，此外還有不通孔帶來的大氣壓力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及機構本身運行時所產(chǎn)生的摩擦阻力。開始脫模時的瞬時阻力最大，脫模力的計算一般總是計算初始脫模力。
由t/D=2.5/226=1/90.4<1/20(塑件壁厚與其內(nèi)孔直徑之比)，所以應按薄壁塑件來計算脫模力：
式中 ——脫模力（）；
——塑料的拉伸模量，為2000；
——塑料成型的平均收縮率,為0.6%；
——塑件的壁厚,為2.5；
——被包型芯的長度，為157.5；
——脫模斜度（）,一般為1～2,這里取1；
——塑料與鋼材之間的摩擦系數(shù)，為0.3；
——塑料的泊松比，對于ABS為0.35；
——由和決定的無因次系數(shù)，約等于1。
——塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（），當塑件底部有通孔時，10視為零。這里=
所以可得： =11981.3
7.4 推桿長度計算
推桿總長度：
式中 ——凸模的總高度，為188；
——動模墊板的厚度，為80；
——頂出行程，為175；
——頂桿固定板的厚度，為20
——富裕量，一般為（0.05～0.1），這里取0.08;
——頂出行程富裕量，一般為3～6，這里取4，以免頂出板直接頂?shù)絼幽|板。
代入上述各數(shù)據(jù)，可得推桿總長度：
=467.08 ,取468。
7.5 推桿強度計算與應力校核
7.5.1 圓形推桿直徑
式中 ——圓形推桿直徑（cm）；
——推桿長度系數(shù)0.7;
——推桿長度，為46.8cm;
——推桿數(shù)量,定為4根；
——推桿材料的彈性模量（），鋼 =；
——總脫模力，為11981.3N。
代入各數(shù)據(jù)可得圓形推桿直徑：
=0.64cm=6.4mm。
因推桿比較長，應適當增大其直徑以提高其剛度。
由[1]表5-10選擇推桿尺寸（GB4169.1 —84）如下（單位：）：
因推桿需參與成型，故應做成異型推桿，經(jīng)上述標準修補而成。
7.5.2 推桿應力校核
式中 ——推桿應力（）；
——推桿鋼材的屈服強度，對于45鋼，=32000。
所以 =（）,
能保證推桿的正常工作。
7.6 推板厚度計算
式中 H——推板厚度（cm）；
L——推桿間距，為9.6cm；
Q——總脫模力，為11981.3N；
E——鋼材的彈性模量，對于45鋼為E=2.1×10N/cm
B——推板寬度，為36cm；
y——推板允許最大變形量，為0.005cm。
代入以上各數(shù)據(jù)，可算得：
H=7.615cm=76.15mm，取80mm。
第8章 排溢、引氣系統(tǒng)的設計
8.1 排溢設計
模具在高溫過程中，會填充熔融的塑料，除了在這個型腔系統(tǒng)中，在填充過程中除了將原有的空氣排進去以外，還會有塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，在高速注射成型時，考慮到了排氣是很重要的，所以在塑料充填的同時，必須將氣體排出模外，可以采用開設排氣槽等辦法否則，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的高溫，引起塑件局部碳化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良而引起塑件強度降低，甚至阻礙塑料填充等。為了使這些氣體從型腔中及時排出，可以采用開設排氣槽等辦法。
8.2 引氣設計
本設計制品為深腔殼形塑件,注射成型后,整個型腔由塑料填滿,型腔內(nèi)氣體被擠出,此時塑件的包容面與型芯的被包容面基本上構成真空。當塑件脫模時，由于受到大氣壓力的作用造成脫模困難，如采用強行脫模，勢必使塑件發(fā)生變形或損壞，影響塑件質(zhì)量。
本設計中，除了四根頂桿的間隙可以引氣之外，在動模也有四個鑲塊（用螺釘聯(lián)結）,其間隙可作引氣之用。
第9章 冷卻系統(tǒng)的設計
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200C左右,而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在600C以下。熱塑性顏料在注射成型后,必須對模具進行有效的冷卻,使熔融塑料的熱量盡快傳給模具,以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
冷卻介質(zhì)采用冷卻水,這是因為水的熱容量大,傳熱系數(shù)大,成本低,且低于室溫的水也容易取得.用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設冷卻水通道,利用循環(huán)水將熱量帶走,維持恒溫。
9.1 冷卻通道的理論計算
9.1.1 熱量計算
模具的熱量是由輻射傳熱、對流散熱、向模板的傳熱和與注射噴嘴的傳熱等很多因素綜合作用的結果。要精確計算是十分困難的?，F(xiàn)僅考慮冷卻介質(zhì)在管內(nèi)強制對流的散熱，而忽略其它傳熱因素。假設由熔融塑料放出的熱量全部付給模具，其熱量為
(J/h)
式中 ——每小時注射次數(shù)（次/小時）；
——每次注射的塑料質(zhì)量（千克/次）；
——塑料的比熱容（J/kg0C）,查表8-26可得ABS的比熱容是1047（J/kg0C）；
——熔融塑料進入模腔的溫度（0C）；
——制品脫模溫度（0C）。
每小時注射次數(shù)與注射周期有關，而注射周期（每兩次閉模的時間間隔）包括：
式中 ——充模時間，查表5-49得=6.8s;
——升壓及保壓時間，=,當壁厚s=2.5mm時，代入可得=4.5s;
——冷卻時間，對于ABS塑料，查表5-51得壁厚為2.5mm時=13.7s；
——其余時間，包括脫模取件及開閉模時間。這一段時間基本上與模內(nèi)塑件的冷卻無甚關系。因而時間不能固定，與人為因素有關系，所以計算冷卻系統(tǒng)時，可不考慮。
代入上述數(shù)據(jù)可計算得：
所以可得每小時注射次數(shù)為：，查可得其余各項值如下：
=316.3千克/每次，=1900C ，=550C。
所以可得：
6437868.98（J/h）
9.1.2 冷卻水量和管徑的計算
冷卻時所需要的冷卻水量:
式中 ——通過模具的冷卻水質(zhì)量（）；
——出水溫度（0C），這時定為400C；
——進水溫度（0C），這里定為室溫200C；
——導熱系數(shù)（J/0C），查表8-26可得ABS的導熱系數(shù)為1055 J/0C。
代入各數(shù)據(jù)可得：
=（）
根據(jù)冷卻水處于湍流狀態(tài)下的流速與水管道直徑的關系，確定模具模具冷卻水管道直徑。
因為
故有
式中 ——通過模具的冷卻水質(zhì)量（）；
——管道內(nèi)冷卻水的流速，一般取0.8～2.5m/s,這里取1.5m/s；
——水的密度，10。
所以可得：
=，這時取=15。
第10章 側(cè)向分型與抽芯機構設計
10.1 側(cè)向分型與抽芯機構的選用
為了把生產(chǎn)量提高，我們選用機動側(cè)向分型和抽芯機構，主要通過把模力作為一個動力的源泉，通過斜導槽和滾筒等零件，讓力作用于側(cè)向成型零件而把活動型芯從塑料制品中抽出，合模時又靠它使側(cè)向成型零件復位。
因制品兩側(cè)有小孔，模具上成型該處的型芯必須制成可側(cè)向移動的活動型芯，在塑件脫模前先將活動型芯抽出，否則就無法脫模。
10.2 抽心距的計算
抽芯距是指側(cè)型芯從成型位置抽到不妨礙塑件取出位置時，側(cè)型芯在抽撥方向所移動的距離。抽芯距一般應大于塑件的側(cè)孔深度2～3mm。
+（2～3 ）()
式中 ——抽芯距（）；
——塑件側(cè)孔深度，為2.5。
所以可得：
=2.5+2.5=5()。
10.3 抽芯機構各尺寸的確定
式中 ——斜導槽的工作長度（）；
——抽芯距，由上知=5；
——斜導槽的傾斜角，實踐證明取22最為理想；
——與抽芯距對應的開模距（）。
代入上述各數(shù)據(jù)可得：
=13，=12。
10.4 抽芯力及抽芯所需開模力的計算
10.4.1 抽芯力的計算
式中 ——抽芯力（）；
——側(cè)型芯成型部分的截面平均周長，為5；
——側(cè)型芯成型部分的高度，為2.5；
——塑件對側(cè)型芯的收縮應力（包緊力），其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成型工藝有關，一般情況下模內(nèi)冷卻的塑件=（0.8～1.2）,取1。
代入以上各數(shù)據(jù)可得：
=20.32。
兩側(cè)共有48個小孔，故其總需抽芯力為：
10.4.2 抽芯所需開模力的計算
式中 ——側(cè)抽芯時斜導槽所受的彎曲力（）；
——側(cè)抽芯時的脫模力，=（）；
——側(cè)抽芯時所需的開模力（）。
所以可得：
=530，=400。
由計算可知抽芯時所需的開模力并不大，斜導槽所受的彎曲力也很少。故而斜導槽的尺寸可按模具的結構取一合理值即可。
10.5 型芯結構布置設計及選材
型芯結構布置如附圖5所示。組成斜導槽的零件對硬度和耐磨性都有一定的要求，一般情況下。常用材料為45鋼。為了便于加工和防止熱變形，常常調(diào)質(zhì)至28—32HRC后銑削成形。蓋板的材料用T8鋼，要求硬C50。斜導槽與滑塊配合部分的表
圖10-5 型芯
第十一章 模腔三維造型CAD/CAM
11.1 構建零件實體造型
安全帽的實體構成很簡單，可以把帽體看成一個橢圓形，讓它的長半軸設計為113mm，短半軸設計為108mm的半橢圓，再加上一個高度為60的圓臺空腔。在帽子的頂部有3個強肋，為了整體上呈現(xiàn)一個曲面型。
使用CAXA制造工程師構建零件實體主要過程如下:旋轉(zhuǎn)增料完成帽腔(只有外腔,內(nèi)腔有待抽殼完成)部分 ,同樣采用旋轉(zhuǎn)增料工具生成帽檐部分,只是此時草圖繪制的平面須與前面作草圖的平面垂直,同時使用截剪命令得到帽舌形狀。然后新建兩個平面,通過拉伸增料在此二新建平面完成帽頂三條加強肋。同理可得到帽側(cè)身的六塊加強板肋。最后再應用拉伸除料可得到帽前后的通孔。直至此,安全帽實體就基本上完成構建了。如圖11.1-A，圖11.1-B所示。
圖11.1-A：安全帽背面 圖11.1-B：安全帽正面
11.2 模腔分模
分型面取在零件的最大截面處。首先應將側(cè)孔用曲面擋住。然后在CAXA制造工程師中應用“型腔”命令并取X軸正負方向型腔壁厚均為150，Y軸正負方向型腔壁厚分別取為135、145，Z軸正負方向型腔壁厚分別取為45，40。最后在其中一側(cè)面繪制一個草圖（沿著帽的底邊投影線），應用“分?！泵睿謩e選取開模方向即可得上下型腔。如附圖11.2-A，圖11.2-B所示。
圖11.2-A：模腔凹模 圖11.2-B：型腔凸模
11.3 模腔模擬加工
本設計主要對凹模進行銑削仿真加工。
零件的加工一般分為粗加工、半精加工和精加工三個階段進行。由于本設計零件表面及尺寸均要求不高，故這里只進行粗加工和精加工兩部分。保證表面粗糙度Ra3.2，精度要求為8級。
11.3.1 零件的粗加工
本設計中的模腔凹模特點為深又大，故粗加工的目的是切除大部分的材料，刀具受力必然很大，因而需選用直徑較大的刀具。這里選用的球銑刀。
11.3.2 零件的精加工
精加工的目的是保證精度，因此，精加工切削余量小，刀具的直徑須選用較小值，這里選用球銑刀。
仿真加工后零件如圖11.3.2所示。
通過cad的圖紙轉(zhuǎn)化，最后生成NC文件。
圖11.3.2：模腔加工
致 謝
首先，衷心感謝老師在畢業(yè)設計全過程對本人的悉心指導！
在這漫長而又短暫的學學習中，我絲毫不敢放松自己的設計工作：從資料收集到模具總體結構方案的設計，運用CAD和PROE輔助設計軟件進行產(chǎn)品零件設計到模具的分模、型腔的仿真加工以及生成NC文件等全過程本人都盡力而為之，力求做得最好！
通過這次畢業(yè)設計，深刻體會到了學以致用的樂趣所在。畢業(yè)設計好比一個大熔爐，它熔煉了幾乎大學期間所有的基礎知識。使本人在重溫以前學過的基本知識的同時，鞏固了本身的技能，更開闊了本人的視野。因為設計的需要，在查閱大量的設計資料與手冊、雜志讀本的同時，本人深感自己專業(yè)知識的膚淺與狹窄，不但深知“革命尚未成功，同志仍需努力”，自己更暗下決心：一定要不斷學習前進，超越自我！
在本次畢業(yè)設計期間，本人大膽使用現(xiàn)代設計制造技術方法，特別是計算機輔助設計技術，通過運用CAD還有PROE來畫出機械圖紙，這些都是課本上所學的東西，第一次把這些知識轉(zhuǎn)化為實際應用的東西，在這個過程中學習到了很多。遇到一些不懂的問題，我會去查找一些相關的資料，從而去解決問題。
由于本人知識水平有限，在設計過程中難免有不足甚至錯誤的地方，希望老師和同學能給我提出批評和建議！多謝指教！
最后，再次衷心感謝老師在畢業(yè)設計全過程對本人的悉心指導！
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