基于ProE的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工

摘 要注射成型加工质量的优劣是塑料加工业技术发展水平的标志之一，同时反映了模具设计和制造的水平。详细介绍了安全帽注塑模具设计的整个过程。首先通过对塑件的结构和成型工艺分析，确定塑件的分型面与浇口结构；然后再进行模具零件设计，如成型零件、脱模机构等等。同时在整个设计过程中，还要通过计算机辅助工具 Pro/E 进行设计。重点阐述如何利用 Pro/E 软件，将注射成型中塑料熔体在型腔内充填模拟，通过对模拟结果的分析与评判，有效预防了原模具设计方案用于实际生产时可能出现的问题，以生产出合格的产品。 。本文主要讲述了安全帽注塑模的设计。内容包括制品材料的选择及材料性能的分析、注射机的选用、浇注系统、成型零件、冷却系统和抽芯机构的设计等部分。除此之外，还包括模具型腔的 CAD/CAM 部分，并利用先进软件将其加工部分直接生成 NC 文件。本文强调利用现代计算机辅助设计制造技术，运用了 Pro/E、CAD/CAM等国内外著名软件进行辅助设计。既保证了产品的质量，还大大地提高了制造生产率，缩短了产品更新的周期。关键词：安全帽；注塑模；CAD/CAM；Pro/E基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工ABSTRCTInjection molding procesing quality is the one of symbols of the quality that plastic procesing industry and technogical devlepment.Also deflected the mold design and manufacturing level.Details on the entire procesing of the Brush Block Injection Mold Design.At the first,the structure of the parting line and sprue was determined based on the analysis of the structure and forming technology of the plastic.Then design for the mold parts,such as molding parts,demoulding mechanism,and so on.At the same time throughout the design process, through the computer aided design CAD and PROE tools.Details on how to use PROE tool.For simulating the filling process of plastic melts in the cavity of injection moulds. The analysis on the analog result can help effectively modify the design scheme and prevent the problems that may occur in the production And in the design of structure,The key points in designing the side core-pulling mechanism with gears and rack were stated in detail. The mould is compact in structure and effective in operation.This text mainly narrates the design of injection mould for a safety helmet, including the selection of product material and its property analysis, the selection of injection machine, the design of feed system, shaping part, cooling system and core pulling, etc. Besides this, it also covers the CAD/CAM for the mold cavity, and generating G-Code instructions for CNC machine by the advanced software. In this text, the author emphasizes the use of modern computer assisted design and manufacturing technology, and apply some famous software, such as Pro/E, CAXA, to design. Through this, it not only guarantees the performance, but also raises working efficiency greatly and shortens the production cycle.Key Words: safety helmet; injection mould; CAD/CAM. ；Pro/E目录1 塑料成型制品工艺性1.1 塑料制品的设计依据及选材依据.41.2 塑件的尺寸和精度.51.3 塑件体积与质量估算.52 注塑机的选用及校核.62.1 注塑机类型的选择.62.2 注塑机有关工艺性参数的校核.63 浇注系统设计.93.1 按制品特点选择浇注形式.93.2 交口套是设计.94 成型零件的设计.114.1 型腔数是确定.114.2 成型零件的结构设计.114.3 分型面的确定.114.4 成型零件工作尺寸的设计.115 合模导向机构的设计.145.1 导柱直径的计算及选用.155.2 导套的设计.156 脱模机构的设计.166.1 结构形式设计.166.2 顶杆布置形式.166.3 脱模力的计算.176.4 推杆长度的计算.176.5 推板厚度计算.176.6 推杆强度计算与应力校核.177 冷却系统.197.1 冷却通道的理论计算.198 侧向分型与抽芯机构设计.218.1 侧向分型与抽芯机构的选用.218.2 抽芯距的计算.218.3 抽芯机构各尺寸的确定.218.4 抽芯力及抽芯所需开模力的计算.228.5 型芯机构布置设计及其它部件选材.229 模架选择.23结论.24参考文献.25鸣谢.26基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工1、塑料成型制品工艺性对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面，实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后用 ProE 软件进行三维造型。主要采用拉伸、旋转、扫描、混合及抽壳等步骤造型。造型结束后进行模具设计。下面选择注塑机，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的 80。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线应在同一条直线上。另外由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。接着是排气系统的设计。本模具采用间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。下面是推出机构的设计。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模。接着是推出机构的设计。本模具设计采用塑件留在动模，要保证塑件不应推出变形或损坏，还要保证塑件的良好外观和结构可靠。1.1 塑料制品的设计依据及选材依据按照国标 GB2811-89 要求。经过+50-10，高低温及淋水处理后，冲击吸收性能，耐穿透性能，刚性强度，电绝缘性能，均能达到或超过安全使用要求。本设计帽壳采用昂贵的日本进口超高抗冲 ABS 工程塑料，弹性好，强度高，安全性能特好。加宽帽沿加强肋，使帽壳整体更坚固。帽壳前后还有透气孔，佩戴起来通风，使人感觉舒适。ABS（Acrylonitrile/butadiene/styrene compolymer）即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯优越的使用性能和工艺特性。其流动性中等，随温度变化较大：料温高则流动性增大。所以成型时宜调节温度来控制流动性。模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成形时也可控制料温、模温及注射压力、注射速度等因素来适当地调节成型需要。其具体的成型条件如下表 1 所示：表 1：ABS 塑料成型条件适用注射机类型密度(g/cm )3注射压力(MPa)螺杆转速(r/min)计算收缩率(%)模具温度(0C)预热吸水率24h(%)拉伸屈服强度(MPa)抗拉屈服强度(MPa)喷嘴温度(0C)温度0C时间/h螺杆柱塞式均可1.031.0760100 300.30.8 5080 808523 0.3 1800 501701801.2 塑件的尺寸和精度塑件为电话机听筒下盖，材料为 ABS，用游标卡尺对零件进行测绘。我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。量具：游标卡尺（0300、0.02） ，曲线测量仪等注意做到以下几点：a测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；b采用多次测量求平均值；c正确地读取数据。测量的主要尺寸如下图 1：图 1.1 安全帽制品图1.3 塑件体积与质量估算按制品尺寸要求在 PRO/E 软件画出零件实体，然后点击 “工具”“分析”“零件体积”即可得出制品所需的塑件体积为 297285.996 。3mABS 的密度为 1.081.2 g/cm 取 =1.1g/cm33塑件质量 M= V=1.1g/cm 297285.996 cm =327.01 g10基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工2、注塑机的选用2.1 注射机类型的选择(1)、依本产品的生产纲领（大批量生产） ，为提高生产率，拟选用卧式注射机。其优点如下：开模后塑件按自重落下，便于实现自动化操作；螺杆式注射装置塑化能力大、均匀，注射压力可达 70008000 ，压力2cmN损失小，塑件内压力、定向性小，减少变形和开裂倾向。(2)、从制品材料的成型条件知其适用注射机类型为螺杆式或柱塞式均可。柱塞式注射机结构简单，使用方便，通过料筒和活塞达到塑化与注射两个基本作用。但控制温度和压力比较困难。螺杆式注射成型机由一个螺杆和一个料筒组成。塑料依靠螺杆在料筒内的转动而加热塑化，提高了注射成型质量，并可增大注射量，扩大了注射成型塑料的范围。因此得到了广泛的应用。(3)、由制品体积计算注射机的最大注射量设计模具时，应使成型制品每次所需注射量总量 小于注射机的最大注射件V量 。即注V(2-1)件V%80注式中： 塑件与浇注系统的体积（ ） ；件 3cm注射机的注射量（ ） ；注最大注射容量的利用系数。80而由上知 为 297285.996 （合 297.3 ，所以可得：件V3)3c/注V件 %80通过计算可得：371.6 。注 3m综上所述，只能选择螺杆式注射机（ 60 ） 。结合本国国情，初选国产注 cXS-ZY-1000 型卧式注射机。该注射机的主要技术参数如下表 2 所示：表 2 XS-ZY-1000 型卧式注射机主要技术参数最大理论注射量（）3cm注射方式最大开模行程注射速率（g/s）最大模具厚度（ m）螺杆直径（）最小模具厚度（ m）注射压力（Mpa）锁模力（KN）模具定位孔直径（mm）喷嘴球半径（ m）1000 螺杆式700 70 700 70 300 10800 4500 150 182.2 注射机有关工艺参数的校核（1） 、注射压力的校核塑件成形所需的注射压力应小开或等于注射机的额定注射压力，其关系按下式校核（2-2）成p注式中 塑件成型所需的注射压力（ Mpa）成所选注射机的额定注射压力（ Mpa）注已知 =60100(Mpa); =10800（Mpa）成p注所以满足 成p注(2)、锁模力的校核模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按下式校核：（ ） (2-3)10AkpCFkN式中 安全系数，常取 =1.11.2，这里取值 1.1;熔融塑料在型腔内的平均压力（ 。根据经验，)MPa型腔内平均压力 常取 2040 。这里取 30 ；CpMPaPaA塑件与浇注系统在分型面上的总投影面积（cm ） ；2注射机额定锁模力。 F已知 A ab式中 a椭圆长半轴，取 140mm;b椭圆短半轴，取 130mm， 所以A = 即：),(12.573014. mF )(84.6. kN所选注射机的锁模力 F=4500 1886.84 ,所以所选注射机满足锁模力要kNk求。(3)、模具闭合厚度的校核模具闭合时的厚度在注射机，动、定模板的最在闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按下式校核： minHmax式中 注射机允许的最小模具厚度（mm）i模具闭合厚度（mm）注射机允许的最大模具厚度(mm)ax已知 = 300 mm， =700 mm，minHm初步可设= (2-4)H其 他动推 杆 行 程定 hh基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工式中 定模的高度，比制品高度高，初取为 200mm；定h推杆行程，比制品高度略高，初取为 170mm；推 杆 行 程动模不包括制品型腔部位的高度，初取为 40；动其他厚度包括动定模板厚度、支承板厚度等，取其 他为 200mm。代入上述数据可得： =200+170+40+200=610(mm)mH所以模具闭合时的厚度能满足要求，即：=300 =610 =700（mm）minax(4)、开模行程校核 ： 35L21（） （10式中 脱模距离（ ） ，这里为 157.5 ；1 1Hm包括浇注系统在内的制品高度（ ） ，这里为2H190 ；2H注射机开模行程（即移动模板行程） （ ） 。L已知所选注射机最大开模行程 =700 ,故而可知m157.5+190+5.5353（ ）,能满足要求。液压机械式锁模机构的最大开模行程由连杆机构的最大行程决定。而与模具厚度无关。3、浇注系统的设计浇注系统是熔融塑料从注射机喷嘴到型腔的必经通道，它直接关系到成型的难易和制品的质量，是注射模设计中的重要组成部分。其作用是使熔融塑料平稳、有序地填充到型腔中去且把压力充分地传递到各个部位，以获得组织致密、外形清晰、美观的制品。3.1 按制品特点选择浇注形式安全帽的结构特点是大而深的壳体零件。为此拟定直接浇口类型。直接浇口是直接和主流道连接，由主流道直接进料。由于浇口尺寸大，熔体压力损失小，流动阻力小，进料快，容易成型，适用于任何塑料。因流程短，压力传递好，熔体从上端流向分型面（底端） ，有利于排气和消除熔接痕。由直浇口的特点（加工薄壁塑件时，浇品根部的直径最多等于塑件壁厚的两倍）确定浇品根部直径为 m5（图 2） 。主流道的一端常设计成带凸台的圆盘，其高度为 510mm，这里定为 8mm，并与注射机固定模板的定位孔间隙配合。衬套的球形凹坑尝试常取 35mm，这里取 4mm。半锥角 ，这里取 。主流道大端处应呈圆角，其半径常取 ，12 1rm3这里取 2mm。 图 3.1 浇注口已知注射机相关参数如下：注射机固定模板的定位孔半径 R=75mm,机床喷嘴孔径 ，喷嘴圆弧半径 ，那么浇口套主要尺寸可计算得：,31mDmR18 , 。如附图 1 所示。(2R19)25.0(2Dm5.3)在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度 L 尽量短，否则将会使主流道凝料增多，塑料耗量大，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型通常主流道长度 L 可小于或等于 60mm。3.2 浇口套的设计由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，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，以便选用优质钢材（如 T8A 等）单独加工和热处理（硬度为 5357HRC） ，或用 45，50，55 等钢表面淬火（ 55HRC） 。其主要作用是：第一,使模具安装时进入定位孔方便而在注塑机很好地定位，与注塑机喷嘴孔吻合，并能经受塑料的反压力，不致被推出模具；基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工第二,作为浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具内，保证料流有力畅通地到达型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证主流道凝料脱出方便。3.3 定位圈的设计其直径 D 为与注射机定位孔配合直径，应按选用注射机的定位孔走私确定。直径 D 一般比注射机定位孔直径小 0.1 以便于安装。定位圈一般采用 45 或m3.0Q235 钢。用两个以上的 M6-M8 的内六角螺钉固定在模板上。4、成型零件的设计4.1 型腔数的确定根据制件的几何形状、材料、注射类型及生产批量通过经验图确定型腔数为单腔；为避免出现飞边，要求注射压力以及锁模力作用在主流道中心。4.2 成型零件的结构设计（1） 、凹模（型腔）结构设计凹模是成形塑件外形的主要部件，结构随塑件的形状和模具的加工方法而变化。本设计中的制品形状比较简单，宜设计成完全整体凹模，其特点是强度、刚度好，结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好。（2） 、凸模（型芯）结构设计凸模是成型塑件内形的成型零件，型芯是成型塑件上孔的成型零件，两者并无严格的区别。分析制品的形状特点：四周均布有 4 个方孔，两侧有 48 个小孔。故而应设计成完全整体式凸模+局部镶拼嵌入，即在大凸模上又局部镶拼嵌入了小凸模。48 个小孔的型芯与模板的连接方式见图 3 所示。4.3 分型面的确定从制品的形状出发，确定分型面主要从以下四个方面进行考虑：确保塑件表面要求：分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求，而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。考虑锁模力：尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。模具的分型面尺寸在保证一定的型腔不溢料边距的情况下，应尽可能减小分荆需接触面积，从而可以增加分型面的接触应力，防止溢料，并简化分型面的加工。 图 3 分型面考虑模板间距：该塑件的高度为 160mm，而底面椭圆尺寸为 280mm 260mm。故选择高度方向可将模板间距减小到最小。便于排溢：为了有利于气体的排出，分型面尽可能与料流的末端重合。综上四点，根据制品的形状，应选用单分型面，以制品的最大端面作为分型面。如附图 2 所示。基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工4.4 成型零件工作尺寸的计算制品尺寸能否达到图纸尺寸要求与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大的关系。成型零件工作尺寸的计算有很多，这里以塑件平均收缩率为基准的计算方法计算成型零件的工作尺寸。计算模具成型零件最基本的公式为：（4-1）AQm式中 模具成型零件在室温（ 20 ） 时的尺寸（ ） ；mACm 塑料制品在室温时的尺寸（ ） ；塑料的平均收缩率，对于 ABS 为 0.5%0.8%，这里取 0.6%Q（1） 、型腔内径尺寸的计算模具的开腔内径尺寸是由制品的外径尺寸所决定。设制品的外径名义尺寸为 D是最大尺寸，其公差为负偏差（如非应进行转换） 。制品的平均径向尺寸取（D 。考虑到收缩率，其收缩量为（D 。）2）2Q设型腔内径名义尺寸 为最小尺寸，其公差 为正偏差，则其平均值为 +MZM。考虑到型腔工作过程中最大磨损量 ，取平均值为 ，则有：Z C2C+ （D +（D M2Z） Q对于中小型制品，可取 ， ，代入上式，得：Z3C6+ （D +（D M2）2） 62C对上式化简可得：D+D （ ） （4-2）Q43m因为 与其它各项相比很小，可略去，加上制造偏差，则得模具型腔内径计2Q算公式为：（D+D ） （ ） （4-3）MD43Z式中 型腔的内径尺寸（ ） ；mD制品的最大尺寸（ ） ；制品公差，这里取 0.48 ；塑料的平均收缩率（ %） ，这里取 0.6%；QQ3/4系数，可随制品精度变化。一般取 0.50.8 之间。若制品偏差大则取小值，若制品偏差小则取大值。这里取 0.6；模具制造公差，一般取（1/61/4 ） 。这里Z m取 0.2 。m由上式易得：制品总长： （280+280 0.6 0.48） 281.4 （ ） ；MLD%6.02.02.0椭圆短轴长： （205+205 0.6 0.48） 205.9 （ ） ；椭圆长轴长： （226+226 0.6 0.48） 227.1 （ ） 。C. . .同理可得如下计算公式，推导过程从略。（2） 、型腔深度尺寸的计算（凹模深度计算）（ ） （4-4）ZQh)32H1M （ m式中 型腔深度尺寸（ ） ；制品高度最大尺寸（ ） 。1其余参数同上。代入各数据可得： （160+160 ）160.6 （ ） 。M2.0483%6.0） 2.0m（3） 、型芯径向尺寸的计算（凸模径向尺寸）（ ） （4-5）ZQDd)(1m式中 型芯外径尺寸（ ） ；M制品内径最小尺寸（ ） 。1代入各数据可得：椭圆短轴长： （200+200 201.5 （ ） ；Dd2.0486.%.0） 2.0m椭圆短轴长： （221+221 222.6 （ ） 。CM）（4） 、型芯高度尺寸的计算（4-6）ZQHh)3(1式中 型芯高度尺寸（ ） ；Mm制品深度最小尺寸（ ） 。1代入各数据可行：（157.5+157.5 158.8 （ ） 。Mh 2.0483%6.0） 2.0m基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工5、合模导向机构的设计注射模的导向机构平方根有导柱导套导向和锥面定位两种类型。导柱导套导向机构用于动模和定模的开合模导向以及脱模机构的运动导向。因生产批量大，采用导柱与导套配合的导向类型。导柱固定孔直径与导套固定孔直径相等，便于两孔同时加工，确保同轴度，导柱采用带储油槽阶梯形，其带油槽便于润滑，使用寿命长。5.1 导柱直径的计算及选用因导柱需承受动模的重量，则其直径应先用下式进行估算：（5-1）436EWLd式中 每根导柱承受的模板重力（ ） ；N模板重心距导柱根部的距离（ ） ；m材料的弹性模量， 。而：MPa510.2= 4Vg式中 模具钢的的密度，对于合金钢= ；3/9.7cmg动模的近似体积（ ） ；3cm重力加速度， 。而gkgN/8.9=V32212134hrlhRr其中 为上半球半径，为 100mm, 、 分别为下半部分近似圆柱体底圆半径和1r高，其值分别为 106mm 和 60mm, 分别为动模不参与成型部分长方体支承的hl和21长、宽和高，其值分别为 560mm,430mm 和 40mm， 分别为动模中空腔圆柱体的32r底圆半径和高，其值分别为 20mm 和 132mm。代入以上各数据可得：=11605004 =11605.004cm ,则V3m= = =224.6（ ）W4103g4109.8.6059.73N所以 =44.6( )4530.1.23.dm由1表 5-3 选有肩导柱（GB4169.5-84） ，其其主要参数如下：(单位： )0.1205.102.06.9201.1025. 8,3,871,3,6, LsDdd材料为 20 钢，渗碳 0.50.8mm 厚淬硬到 HRC56-60。5.2 导套的选用图 3 导柱 图 4 导套由导柱的尺寸查标准 GB4169.3-84，得导套的尺寸，选用带头导套 I 型， 其具体参数如下：(单位： )m导套 1： 10,25,8,71,63,50 0.01.02.0.9201.2. LsDdd导套 2： 38,46, .0.06.0.015.基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工6、脱模机构的设计6.1 结构形式设计为提高生产率，本设计采用机动脱模，即应用注射机的液压顶出装置或机械顶出机构，在模具开模后，通过模具中的顶出机构将塑件从模具中脱出。本脱模机构采用异型顶杆、顶出固定板和顶出板组成的顶出机构。开模时，塑件滞留于动模，模具开启后使塑件及浇品凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便模具脱模装置在注射机顶杆的驱动下完成脱模动作。6.2 顶杆布置形式顶杆的顶出位置应该设在脱模阻力大的部位。在型芯内部设置顶杆时，应尽量靠近侧壁而且要均匀分布。顶杆距离侧壁一般为 3mm 以上。因塑件顶部有加强筋，故而应在筋的底部增设顶杆，以防止塑件局部产生裂纹。顶杆与型芯顶杆孔的配合一般为 H8/h7,配合长度一般为顶杆直径的（1.52）倍，但至少不小于 15mm。6.3 脱模力的计算经过注射机的高压注射塑料在模具内冷却定型，此时塑料收缩将型芯包紧，这一包紧力是开模后塑件脱出时所必须克服的，此外还有不通孔带来的大气压力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及机构本身运行时所产生的摩擦阻力。开始脱模时的瞬时阻力最大，脱模力的计算一般总是计算初始脱模力。由 t/D=2.5/226=1/90.41/20(塑件壁厚与其内孔直径之比)，所以应按薄壁塑件来计算脱模力：（ N） （6-1）BKftLEQ10)1()tancos2式中 脱模力（ N） ；塑料的拉伸模量，为 2000 ；MPa塑料成型的平均收缩率,为 0.6%；塑件的壁厚 ,为 2.5m；t被包型芯的长度，为 157.5 ；L脱模斜度（ ）,一般为 12 ,这里取 1；f塑料与钢材之间的摩擦系数，为 0.3； 塑料的泊松比，对于 ABS 为 0.35；由 和 决定的无因次系数，约等于 1。KfB塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ ） ，当塑2m件底部有通孔时，10 视为零。这里 =B238401所以可得： =11981.3QN6.4 推杆长度计算推杆总长度：（6-2）顶 固顶动 垫凸杆 hShh)()(21式中 凸模的总高度，为 188 ；凸 m动模垫板的厚度，为 80 ；动 垫顶出行程，为 175 ；顶S顶杆固定板的厚度，为 20顶 固h1富裕量，一般为（0.050.1） ，这里取 0.08;m顶出行程富裕量，一般为 36 m，这里取24 ，以免顶出板直接顶到动模垫板。代入上述各数据，可得推杆总长度：=467.08 ,取 468 。杆hm6.5 推板厚度计算（6-3 ）354.0EByQLH式中 H推板厚度（cm） ；L推杆间距，为 9.6cm；Q总脱模力，为 11981.3N；E钢材的弹性模量，对于 45 钢为E=2.110 N/cm72B推板宽度，为 36cm；y推板允许最大变形量，为 0.005cm。代入以上各数据，可算得：H=7.615cm=76.15mm，取 80mm。6.6 推杆强度计算与应力校核1、圆形推杆直径 d（cm） （6-4）4326QRnl式中 d圆形推杆直径（cm） ；基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工推杆长度系数 0.7;推杆长度，为 46.8cm;l推杆数量,定为 4 根；nE推杆材料的弹性模量（ ） ，钢 =2/cmNE；710.2总脱模力，为 11981.3N。Q代入各数据可得圆形推杆直径：=0.64cm=6.4mm。d因推杆比较长，应适当增大其直径以提高其刚度。由1表 5-10 选择推杆尺寸（GB4169.184）如下（单位： ）：m0.205.02.013.2 468,7,6 LSD因推杆需参与成型，故应做成异型推杆，经上述标准修补而成。2、推杆应力校核（6-5）sdnQ24式中 推杆应力（ ） ；/cmNs推杆钢材的屈服强度，对于 45 钢， =32000 2/cmN。s所以 = （ 2/cN）,320.1043.982s能保证推杆的正常工作。7、冷却系统的设计一般注射到模具内的塑料温度为 200C 左右,而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在 600C 以下。热塑性颜料在注射成型后,必须对模具进行有效的冷却,使熔融塑料的热量尽快传给模具,以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模,提高塑件定型质量和生产效率。冷却介质采用冷却水,这是因为水的热容量大,传热系数大,成本低,且低于室温的水也容易取得.用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道,利用循环水将热量带走,维持恒温。7.1 冷却通道的理论计算（1）量计算模具的热量是由辐射传热、对流散热、向模板的传热和与注射喷嘴的传热等很多因素综合作用的结果。要精确计算是十分困难的。现仅考虑冷却介质在管内强制对流的散热，而忽略其它传热因素。假设由熔融塑料放出的热量全部付给模具，其热量为(J/h) （7-1）)(21TnmCQ式中 每小时注射次数（次/小时） ；n每次注射的塑料质量（千克/次） ；m塑料的比热容（ J/kg 0C）,查表 8-26 可得 ABS 的比热容是C1047（J/kg 0C） ；熔融塑料进入模腔的温度（ 0C） ；1T制品脱模温度（0C） 。2每小时注射次数 与注射周期有关，而注射周期 （每两次闭模的时间间隔）nT包括 ：1 )(sTrcni式中 充模时间，查表 5-49 得 =6.8s;iTi升压及保压时间， = ,当壁厚 s=2.5mm 时，代入n 23.0可得 =4.5s;n冷却时间，对于 ABS 塑料，查表 5-51 得壁厚为 2.5mm 时c=13.7s；Tc其余时间，包括脱模取件及开闭模时间。这一段时间基本上Tr与模内塑件的冷却无甚关系。因而 时间不能固定，与人为因素有关系，所以计算Tr冷却系统时，可不考虑 。基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工代入上述数据可计算得： )(25sT所以可得每小时注射次数为： ，查 可得其余各项值n)(1460次1如下：=316.3 千克/每次， =1900C ， =550C。m3101T2所以可得：6437868.98（J/h）)590(470.643Q（2）却水量和管径的计算冷却时所需要的冷却水量:（7-2）)(43TQM式中 通过模具的冷却水质量（ ） ；kg出水温度（0C） ，这时定为 400C；3进水温度（0C） ，这里定为室温 200C；4导热系数（J/ 0C） ，查 表 8-26 可得m3ABS 的导热系数为 1055 J/ 0C。m代入各数据可得：= （ ）M1.305)24(10598.637kg根据冷却水处于湍流状态下的流速 与水管道直径 的关系，确定模具模具冷vd却水管道直径 。d因为 d24故有 （7-3）)(103mv式中 通过模具的冷却水质量（ ） ；Mkg管道内冷却水的流速，一般取 0.82.5m/s,这里取 1.5m/s；v水的密度， 10 。33/所以可得：= ，这时取 =15 。d)(0.165.14303mdm8、侧向分型与抽芯机构设计因制品两侧有小孔，模具上成型该处的型芯必须制成可侧向移动的活动型芯，在塑件脱模前先将活动型芯抽出，否则就无法脱模。8.1 侧向分型与抽芯机构的选用为提高生产率，选用机动侧向分型与抽芯机构，利用注射机开模力作为动力，通过斜导槽、滚筒和滑块等零件，使力作用于侧向成型零件而把活动型芯从塑料制品中抽出，合模时又靠它使侧向成型零件复位。8.2 抽心距的计算抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍塑件取出位置时，侧型芯在抽拨方向所移动的距离。抽芯距一般应大于塑件的侧孔深度 23mm。+（23 ）( ) (8-1)hsm式中 抽芯距（ ） ；塑件侧孔深度，为 2.5 。m所以可得：=2.5+2.5=5( )。s8.3 抽芯机构各尺寸的确定(8-2)cosin/HL式中 斜导槽的工作长度（ ） ；m抽芯距，由上知 =5 ；ss斜导槽的倾斜角，实践证明 取 22 最为理3想；与抽芯距 对应的开模距（ ） 。s代入上述各数据可得：=13 ， =12 。LmH8.4 抽芯力及抽芯所需开模力的计算1、抽芯力的计算(8-3)sinco(uhpFc基于 Pro/E 的安全帽注塑模具设计及型腔仿真加工式中 抽芯力（ ） ；cFN侧型芯成型部分的截面平均周长，为 5 ；310m侧型芯成型部分的高度，为 2.5 ；h塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力） ，其值与塑件的几p何形状及塑料的品种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件 =（0.81.2）p,取 1 。Pa70a70塑料在热状态时对钢的摩擦系数，一般u=0.150.2，取 =0.18。u侧型芯的脱模斜度，取 =1代入以上各数据可得：=20.32 。cFN两侧共有 48 个小孔，故其总需抽芯力为： 4.975832.0c总2、抽芯所需开模力的计算(8-4)tanosktwF式中 侧抽芯时斜导槽所受的弯曲力（ ） ；w N侧抽芯时的脱模力， = （ ） ；t t总cF侧抽芯时所需的开模力（ ） 。k所以可得： =530 ， =400 。wFNk由计算可知抽芯时所需的开模力并不大，斜导槽所受的弯曲力也很少。故而斜导槽的尺寸可按模具的结构取一合理值即可。8.5 型芯结构布置设计及其它部件选材型芯结构布置如附图 5 所示。组成斜导槽的零件对硬度和耐磨性都有一定的要求，一般情况下。常用材料为 45 钢。为了便于加工和防止热变形，常常调质至 2832HRC 后铣削成形。盖板的材料用 T8 钢，要求硬 C 50。斜导槽与滑块配合部分的表面要求较高，表面粗糙度。mRa8.0图 8.1 型芯机构9、模架选择根据制品的大小、型腔的布局和模具的总体的结构，可知应选用标准模架(GB/T12556.112556.2-90)型,其其标记为:3AA3560*63020Z2GB/T125561990但由于制品深度太大，且带有侧抽芯机构，故无法完全按其标准，只好依次选用标准模板。各标准零件标记如下：定模座板：模板 630 560 50 GB/T4169.884，材料：45 钢 GB/T 6991999；动模座板：模板 630 560 50 GB/T4169.884，材料：45 钢 GB/T 6991999；垫块：100 560 200 GB/T 4169.61984，材料：Q235A 钢 GB/T 7001988；推板：360 560 25 GB/T 4169.71984，材料：45 钢 GB/T 6991999；