安全帽注射模设计毕业设计论文.pdf

毕毕 业业 设设 计计（论论 文文） 题目：安全帽注射模设计 （英文）： The design of injection mould for a safety helmet 院别：机电学院 专业： 机械设计制造及其自动化 姓名：XXX 学号：2008094143026 指导教师：XXX教授 日期：2012 年 5 月 摘要摘要 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、CAXA 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：关键词：安全帽；注塑模 Abstract 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 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 目录目录 第 1 章绪论 1.1 塑料模具现状及发展趋势 1.2 我国塑料模的现状 1.3 塑料模具钢的开发状况 1.4 塑料成型模具的分类 1.5 塑件的结构设计 小结 ： 第 2 章零件材料的选择及材料性能分析 2.1 塑料制品的设计依据及选材依据 1 . 2.2 塑件体积估算. 2.3 塑件质量计算. 第 3 章注塑机的选用 3.1 注射机类型的选择 1 . 3.2 注射机有关工艺参数的校核 第 4 章浇注系统的设计 4.1 按制品特点选择浇注形式. 4.2 浇口套的设计. 4.3 定位圈的设计. 第 5 章成型零件的设计 5.1 型腔数的确定. 5.2 成型零件的结构设计. 5.3 分型面的确定 5.4 成型零件工作尺寸的计算. 5.5 模具型腔侧壁和底板厚度的计算. 5.6 模具钢的选择. 第 6 章 合模导向机构的设计 5 . 6.1 导柱直径的计算及选用. 6.2导套的选用. 第 7 章脱模机构的设计 5 . 7.1 结构形式设计. 7.2 顶杆布置形式. 7.3 脱模力的计算. 7.4 推杆长度计算. 7.5 推杆强度计算与应力校核 1 . 7.6 推板厚度计算. 第 8 章排溢、引气系统的设计 8.1 排溢设计. 8.2 引气设计. 第 9 章冷却系统的设计 3 . 9.1 冷却通道的理论计算. 第 10 章侧向分型与抽芯机构设计 5 . 10.1 侧向分型与抽芯机构的选用. 10.2 抽心距的计算. 10.3 抽芯机构各尺寸的确定. 10.4 抽芯力及抽芯所需开模力的计算. 10.5 型芯结构布置设计及其它部件选材. 第 11 章模架选择 第 12 章模腔三维造型 12.1 构建零件实体造型. 12.2 模腔分模. 12.3 模腔模拟加工. 12.4 生成 NC 文件. 参考文献 致谢 附录 安全帽注塑模具设计 第第 1 章章绪论绪论 这是一篇关于安全帽注塑模具设计的毕业设计论文。 随着塑料工业的发展，塑料注射模已经成为制造塑料制造品的主要手段之一，且发 展成为最有前景的模具之一。实际上，塑料制品是目标，塑料注射模是实现目标的一种 手段，所以不能“孤立地为模具而只考虑模具” ，应从系统工程角度出发，把塑料注射 模作为塑料注射成型加工系统中的一个环节，这样在设计与制造塑料注射模时，就应把 这个系统中的其他环节作为塑料注射模设计与制造的考虑因素。本文从零件出发，详细 讲述了模具设计各部分，直到模腔三维造型的仿真加工完成这整一个过程。 1.1 塑料模具现状及发展趋势 1、现状 模具的特点决定了模具工业的快速发展， 模具制造水平是衡量一个国家机械制造业 水平的重要标志。 我国已经具备制造大型、精密、复杂、长寿命模具的能力。如：硬质合金多工 位级进模，步距精度0.005mm,成形表面粗糙度达 0.4-0.1m,镶件的重复定位精度 0.005mm,互换性好,模具寿命达 1 亿冲次,具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、计数分组 和安全保护功能。 又如： 大型的塑料模， 重达 10 吨以上， 尺寸精度为 0.01mm,型腔 Ra=0.1 m,模具寿命达 30 万次以上。达到国际同类模具产品的技术水平。 2、发展状况 （1） 制造设备水平的提高促进模具制造技术的发展 先进的模具加工设备拓展了机械加工模具的范围，提高了加工精度，降低了表 面粗糙度，大大提高了生产效率。如：数控仿形铣床、加工中心、精密坐标磨床、数控 坐标磨床、数控电火花成形机、慢走丝线切割、精密电加工机床、三坐标测量机、挤压 研磨机、激光快速成形机等。 （2） 模具新材料的应用促进模具制造技术的发展 模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素，目前我国 模具寿命仅为发达国家的 1/5-1/3，而其中材料和热处理原因占 60以上。随着新型优 质模具钢的不断开发（如：65Nb、LD1、HM1、GR 等）以及热处理工艺和表面强化处理工 艺的进一步的完善和发展， （如：组织预处理、高淬低回、低淬低回、低温快速退火等 热处理工艺以及化学热处理、气相沉积、渗金属、电火花强化等新工艺、新技术） 。都 广东技术师范学院毕业设计（论文） 将极大地促进和提高模具制造技术的快速发展。 （3）模具标准化程度的提高促进模具制造技术的发展 模具的标准化程度是模具技术发展的重要标志，目前我国的标准化程度约占 30，而发达国家为 7080，标准化促进了模具的商 品化，商品化推动了模具生产 的专业化。从而提高模具制造质量，缩短制造周期，降低 制造成本，也促进新材料、 新技术的应用。 （4）模具现代设计和制造技术促进了模具制造技术的发展 CAD/CAM/CAE 技术的发展，使模具设计与制造向着数字化方向发展，尤其在成形 零件方面软件（如 UG、Pro/E）的广泛应用，实现了模具设计与制造的一体化，极大 的提高了模具制造技术和制造水平，也是未来模具制造技术的主要发展方向。 3、发展趋势 社会快速发展，产品不断增多，更新换代加快，模具质量和生产周期尤为重要， 从而决定了模具制造技术的发展趋势： （1）粗加工向高速加工发展 （2） 成形表面的加工向精密、自动化方向发展 （3） 光整加工向自动化方向发展 （4）反向制造工程制模技术的发展 以三坐标测量机和快速成形技术为代表的反向制模技术是以复制为原理的制造技 术，是模具制造技术的又一重要发展方向，特别适用于多品种、小批量、形状复杂的 模具制造。 （5）模具 CAD/CAM/CAE 技术将有更快的发展 从模具结构设计模具工作状态的模拟自动加工程序的生成自动化加 工、自动检测。实现设计到制造的一体化是模具制造业发展的必然趋势。 1.2 我国塑料模的现状 1、模具业发展现状 模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市 场竞争力的重要手段， 已越来越受到各工业部门的重视。 随着工业技术不断向前发展， 要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越高，使用寿命越来 越长。为了满足这些要求，国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力，也 在这方面取得了不少成果。 安全帽注塑模具设计 目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。 我国2004年模具产值为530亿元， 模具出口 4.91 亿美元， 同时还进口 18.13 亿美元。 我国已成为世界上净出口模具最多 的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖 件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距， 特别是模具寿命低的问题非常突出。 如： 国外硅钢片冲模总使用寿命在 500 万次以上， 而国内一般为 50 万-60 晚次，最高 150 万次。国内热锻模使用寿命 50 万次，国内只 有 3-5 万次。国外热锻模使用寿命 12000 次以上，国内一般为 3000-5000 次。影响模 具寿命的因素较多，但模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。 国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研制出许多高性能模具钢， 但大多数是上世纪 70-80 年代研制的，因种种原因，真正使用的量较少，钢种也不多。 每年使用量不足 1 万吨。 故在生产上使用的仍然是老钢种为主， 如冷模用 CrWMn、 Crl2、 Crl2MoV 等，热模用 3CrW8V、6542 等，另外，由于模具钢的改锻效果差、选材与热处 理不当等原因，也造成模具的寿命低。现从塑料模具钢方面，扼要分析国内模具钢的 研究开发情况。 近年来，中国塑料模具发展速度相当快。目前，塑料模具在整个模具行业中所占 比重约为 30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材迅速发展，预计在未来模 具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。 以汽车工业为例，随着汽车产销量高速增长，汽车模具潜在市场十分巨大。据介绍， 在生产汽车时，各种功能性零部件都要靠模具成型，仅制造一款普通轿车约需 200 多 件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具，从 模具行业生产能力看，目前满足率仅约 50%。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材 料也是大势所趋，预计 2010 年全国塑料门窗和塑管普及率将达到 30%50%，塑料排 水管市场占有率将超过 50%，都会大大增加对模具的需求量。应该说，塑料模具的应 用潜力是不可低估的。专家预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍 欢迎。 全国塑料加工业区域分布相类似， 珠三角、 长三角的塑料制品加工业位居前列，浙 江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到 70。现在，这 3 个 省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。 然而由于塑料零配件形状复杂、设计灵活，对模具材料、设计水平及加 工设备均有较高要求，并不是人人都可以轻易涉足的。专家认为，目前中国与国外水 广东技术师范学院毕业设计（论文） 平相比还存在较大差距，眼前需尽快突破制约模具产业发展的三大瓶颈：一是加大塑 料材料与注塑工艺的研发力度；二是塑模企业应向园区发展，加快资源整合；三是模 具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上，否则塑料模具发展将受到制约。 专家指出，面对国外先进技术与高质量制品的挑战，中国塑模企业不仅要加快产 业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设和产业链后端 的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料 模具企业在发展中必须解决的重要问题。 1.3 塑料模具钢的开发状况 塑料模具钢是国内发展得较滞后，到目前为止仍未成完整系列的钢种。国内常用 的塑料模具钢仍然是含 0.4-0.6%碳的碳素结构钢，如 45 和 40Cr，另外再以 TIOA、 GCr15、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Cr12MoV 等作补充。二十世纪九十年代以 后，国内先后开发了十余种新型塑料模具钢。 预硬化型塑料模具钢 3Cr2Mo 是国内较早开发的塑料模具钢，与 AISIP20 相 当，目前已在许多钢厂生产。在使用时，一般是先进行预硬处理，然后再进行切削加 工。该钢适用于制造大、中型精密塑料模具，如：电视机、洗衣机壳体等塑料模具， 并已获得较大量应用。另外，也可用于制造锌合金压铸模具。 除 3Cr2Mo 钢外，国内 先后开发的 5CrNiMnMoVSCa（简称 5NiSCa） 、8Cr2MnWMoVS （简称 8Cr2）40CrMnVBSCa （简称 P20BSCa） 、Y55CrNiMnMoV（代号 SMI）等是易切削型预硬塑料模具钢，此类钢 不仅适用于制造大、中型精密注塑模具，还可用于制造精密冷作模具。 时效硬化型塑料模具钢 根据制造高精度、 复杂塑料模具的需要， 国内先后开发了 几种时效硬化型塑料模具钢，如 10Ni3MnCuAI（代号 PMS） 、25CrNi3MoAI、 Y20CrNi3IMnMo（代号 SM2） 、 06Ni6CrMoVTiA1（代号 06）等。此类钢切削加工性能好， 加工后再时效处理，由于时效温度低，时效过后模具变形很小，所以适用于制造高精 度、复杂的热塑性塑料模具。 10Ni3MnCuAI，代号 PMS，该钢具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度可达 Ra0.05um，适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制品模具，如光学仪器 镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。 Y20CrNi3AIMnMo，代号 SM2，含 0.1左右的 S，切削加工性能得到了改善， 是一种易切削型时效塑料模具钢。 当较大批量地生产聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料 安全帽注塑模具设计 等塑料制品时，模具需要耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀，为此需在模具表面镀铬或 直接采用耐腐蚀钢。 国内开发的耐腐蚀塑料模具钢 OCr16Ni4Cu3Nb（代号 PCR）属于 马氏体沉淀硬化不锈钢，该钢在含有氟、氯等离子的腐蚀性介质中的耐蚀性明显优于 17-4PH（OCr17Ni4Cu4） ，适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。 3.4 非调质塑料模具钢 非调质钢在锻、轧后即可达到预硬，不需再进行调质处理，为 改善切削加工性能，有些钢种还添加了适量的 P、S 和 Ca。国内对非调质塑料模具钢 的开发较晚，25CrMnVTiSCaRE （代号 FT） 、2Cr2MnMoVS 和 2Mn12CrVCaS 即是近几年开 发的新钢种。锻、轧空冷后，FT 钢100mm 圆钢的硬度可以达到 HRC30-35 1.4 塑料成型模具的分类 不相同的塑料成型方法，要求使用不同原理和结构特点的成型模具。按成型加工方 法的不同，塑料成型模具分为以下几类： 1 1、注塑成型模具：塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，然后在注塑机螺杆或 活塞的推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，最后在型腔中硬化定型，这就 是注射成型的简单过程，而注塑成型所用的模具就叫注塑成型模具。注塑模具主要用于 热塑性塑料制品的成型，不过近年来亦越来越多用于热固性塑料的成型。注塑成型在塑 料制品的成型中占有极大的比例，因而塑料成型模具的生产中约有一大半都是注塑模 具。 2 2、挤出成型模具：又叫作机头。让处于粘流状态的塑料在高温高压下通过具有特 定截面形状的口模，然后在较低温度下冷却定型，用来生产具有所需截面形状的连续型 材的成型方法叫挤出成型，而用于塑料挤出成型的模具就叫挤出成型模具。 3 3、中空制品吹塑成型模具：把挤出或注塑出来的尚处于塑化状态的管状坯料，趁 热放入模具成型腔内，立即在坯料中心通入压缩空气，使管坯膨胀并紧贴在模具型腔壁 上， 冷却硬化后就成了中空制品。 这种成型方法所用的模具就是中空制品吹塑成型模具。 4 4、真空或压缩空气成型模具：这是一个单独的阴模或阳模。将预先制成的塑料片 材四周紧压在模具周边上，加热使其软化，然后在紧靠模具的一面抽真空，或在反面充 压缩空气，让塑料片材紧贴在模具上；冷却定型后就得到了制品。这种成型方法的模具 受力较小，要求不高，甚至可以用非金属材料制作。 5 5、压制成型模具：简称压模。将塑料原料直接加入敞开的模具型腔中，再将模具 闭合，塑料在热与压力的作用下成为流动状态并充满型腔；然后由于化学或物理变化使 塑料硬化定型，这种方法就叫压制成型，而所用的模具叫作压制成型模具。这种模具大 广东技术师范学院毕业设计（论文） 多用于热固性塑料的成型加工，也有用于热塑性塑料的。另外还有不加热的冷压成型压 制模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。 6 6、压铸成型模具：又称传递成型模具。将塑料原料加入预热的加料室，然后向压 柱施加压力， 塑料在高温高压下熔融， 并通过模具的浇注系统进入型腔， 逐渐硬化成型， 这种成型方法叫作压铸成型，所用的模具叫压铸成型模具。这种模具多用于热固性塑料 的成型。 除此之外，还有泡沫塑料成型模具、玻纤增强塑料低压成型模具等等。 1.5 塑件的结构设计 1、功能结构设计 塑件设计的核心问题，是要保证其使用功能要求。在充分分析塑件使用功能的基础 上确定塑件的整体结构、各组成部分几何形状、尺寸、材质和外观要求及强度等。塑件 的结构，应在满足其功能要求的前提下，力求简单、可靠。因为简单的塑件结构容易满 足其功能要求，达到经济、适用、安全的目的。 在设计塑件时，应当了解它是单独使用，还是与其它零件组合起来使用，在使用过 程中它的主要功能和辅助功能是什么。如果它是与其它零件组合起来使用，那么它的哪 些部分、结构形状、尺寸受其它零件制约、不可变动，哪些部分可通过直观判断、试验 后加以修正。 2、工艺结构设计 要想获得合格的塑料制件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工 艺性。只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，达到提高生 产率和降低成本的目的。 在塑件功能结构设计的基础上，为实现加工制造的可能性和简捷性，必须进行工艺 结构设计。因此，在设计塑件时，要选择合适的材料，以保证在使用过程中的可靠性及 加工过程中的可行性，用以确定成型方法及成型工艺对塑件提出的工艺结构要求。 塑件工艺结构设计的主要内容如下：塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度，内外表面 结合处，加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设计成圆角。塑件壁 厚要均匀，加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计要保证其强度，利于其成型 和脱模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求，与塑件连接牢固性要求，成型时便与在模 具中装固，成型后容易从模具中脱出。塑件表面的花纹、图案、文字、符号等的设计要 考虑成型与脱模、使用中的损伤、模具加工等问题。此外处于塑件外形轮廓最大部分得 安全帽注塑模具设计 分型线痕迹，不影响其工作特性及表观质量。 因此在塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能，又要熟悉材料的性能 特点，成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计，才能保证塑件顺利成型、脱模， 确保塑件质量，避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、银纹、等一系列成型缺陷， 增强塑件的使用中的可靠性及持久性。 3、造型结构设计 塑件造型设计是指按照美的法则，如对比与调合、概括与简单、对称与平衡，安定 与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、色彩及其相互的结 合进行设计，通过视觉给人以美的感觉。工业制品的结构设计，是一门技术与艺术相结 合的多元交叉科学。 塑件制品种类繁多，外形也千奇百怪。对于这些制品，都要通过外部造型设计加以 装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下，总是喜欢购置外形美观的制品，因为 外形设计独特的制品更容易吸引观众的眼球。 对于单独使用的塑件或壳体制品，一定要认真的进行造型设计，以满足其使用机能 要求， 是现代制品设计的根本目的， 满足人的心理需要是制品使用功能设计的根本依据。 “实用、经济、美观”是制品造型设计的基本原则。使人们在使用塑件时有一种美的享 受，同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安全、可靠、舒适。 小结 ： 本章主要讨论了塑料注射模的现状和发展趋势。塑料的工艺特性和成形特点等， 还介绍了模具生产制造的特点和模具的功能结构、工艺结构、造型结构的一些情况。 广东技术师范学院毕业设计（论文） 第第 2 章章零件材料的选择及材料性能分析零件材料的选择及材料性能分析 2.1 塑料制品的设计依据及选材依据 1 安全帽、安全带、防护网，被称为施工安全防护的“三宝” 。建筑工地的环境比较 复杂，漏洞比较多，佩戴安全帽，可以防止落物，又可以防止碰撞。很多事故案例表明， 关键时候安全帽会发挥很大的作用。因此对安全帽的性能要求就很明确：硬度高,不破 损,不擦伤。 其使用要求也较高： 不仅漂亮潇洒、 造型美观， 而且完全符合国标 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/mi n) 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) 螺杆 柱塞式 均可 1.03 1.07 60 10030 0.3 0.85080 温度 0C 时间 /h 0.3180050 170 180 80 85 23 2.2 塑件体积估算 按制品尺寸要求在 “CAXA 制造工程师”软件画出零件实体，然后点击 “工具” “查询”“零件属性”即可得出制品所需的塑件体积为 297285.996 3 mm。 2.3 塑件质量计算 ABS 的密度为 1.031.07 g/cm 3 取=1.05 g/cm 3 安全帽注塑模具设计 塑件质量 M=V=1.05 g/cm 3 297285.996 3 10cm 3=311.85 g 广东技术师范学院毕业设计（论文） 第第 3 章章注塑机的选用注塑机的选用 3.1 注射机类型的选择 1 3.1.1 从生产率考虑 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 2 cm N，压力损失 小，塑件内压力、定向性小，减少变形和开裂倾向。 3.1.2 从制品材料的成型条件 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。 3.1.3 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 件 V小于注射机的最大注射量 注 V。即 件 V%80 注 V 式中： 件 V塑件与浇注系统的体积（ 3 cm） ； 注 V注射机的注射量（ 3 cm） ； %80最大注射容量的利用系数。 而由上知 件 V为 297285.996 3 mm（合 297.3) 3 cm，所以可得： 注 V 件 V/%80 通过计算可得： 注 V371.6 3 cm。 安全帽注塑模具设计 综上所述，只能选择螺杆式注射机（ 注 V60 3 cm） 。结合本国国情，初选国产 XS-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 （ 3 cm） 注射 方式 最大 开模 行程 注射速 率 （g/s） 最大模 具厚度 （mm） 螺杆直 径 （mm） 最小模具 厚度 （mm） 注射压 力 （Mpa） 锁模力 （KN） 模具定 位孔直 径 （mm） 喷嘴球 半径 （mm） 1000螺杆 式 700707007030010800450015018 3.2 注射机有关工艺参数的校核 3.2.1 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 成 p 注 p 式中 成 p塑件成型所需的注射压力（Mpa） 注 p所选注射机的额定注射压力（Mpa） 已知 成 p=60100(Mpa); 注 p=10800（Mpa） 所以满足 成 p 注 p 3.2.2 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： 1000 AkpC F（kN） 式中k安全系数，常取k=1.11.2，这里取值 1.1; C p熔融塑料在型腔内的平均压力（)MPa。根据经验， 型腔内平均压力 C p常取 2040MPa。这里取 30MPa； 广东技术师范学院毕业设计（论文） A塑件与浇注系统在分型面上的总投影面积（cm 2 ） ； F注射机额定锁模力。 已知 Aab 式中a椭圆长半轴，取 140mm; b椭圆短半轴，取 130mm，所以 Aab=),(12.5717713014014. 3 2 mm即： F)(84.1886 1000 12.57177301 . 1 kN 所选注射机的锁模力 F=4500kN1886.84kN,所以所选注射机满足锁模力要求。 3.2.3 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： min H m H max H 式中 min H注射机允许的最小模具厚度（mm） m H模具闭合厚度（mm） max H注射机允许的最大模具厚度(mm) 已知 min H= 300 mm， max H=700 mm， 初步可设 m H= 其他动推杆行程定 hhhh 式中 定 h定模的高度，比制品高度高，初取为 200mm； 推杆行程 h推杆行程，比制品高度略高，初取为 170mm； 动 h动模不包括制品型腔部位的高度，初取为 40； 其他 h其他厚度包括动定模板厚度、支承板厚度等，取为 200mm。 代入上述数据可得： m H=200+170+40+200=610(mm) 所以模具闭合时的厚度能满足要求，即： 安全帽注塑模具设计 min H=300 m H=610 max H=700（mm） 3.2.4 开模行程校核 3 ： 5HHL 21 （）（mm10 式中 1 H脱模距离（mm） ，这里为 1 H157.5mm； 2 H包括浇注系统在内的制品高度（mm） ，这里为 2 H 190mm； L注射机开模行程（即移动模板行程） （mm） 。 已知所选注射机最大开模行程L=700mm,故而可知 L157.5+190+5.5353（mm）,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。 广东技术师范学院毕业设计（论文） 第第 4 章章浇注系统的设计浇注系统的设计 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。 4.1 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 mm5 。 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 1 3，这里取 2。主流道大端处应呈圆角，其半径常取1rmm3，这里取 2mm。 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 ,3 1 mmD，喷嘴圆弧半径mmR18 1 ，那么浇口套主要尺寸可计算得： 1 ( 12 RRmmmm19)2,5 . 0( 12 DD mmmm5 . 3) 1。如附图 4.1.1 所示。 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。 附图 4.1.1 4.2 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 53 安全帽注塑模具设计 57HRC） ，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； 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。 4.3 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确定。直径 D 一般比注射机定位孔直径小 0.1mm3 . 0以便于安装。定位圈一般采用 45 或 Q235 钢。 用两个以上的 M6-M8 的内六角螺钉固定在模板上。 广东技术师范学院毕业设计（论文） 第第 5 章章成型零件的设计成型零件的设计 5.1 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。 5.2 成型零件的结构设计 5.2.1 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。 5.2.2 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：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。 5.3 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： 5.3.1 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。 5.3.2 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，应尽可能减小分型需接触面积，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。 5.3.3 考虑模板间距：该塑件的高度为 160mm，而底附图 5.3.1 面椭圆尺寸为 280mm260mm。故选择高度方向可将模板间距减小到最小。 5.3.4 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 5.3.1 所示。 安全帽注塑模具设计 5.4 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： AQA m A 式中 m A模具成型零件在室温（20C） 时的尺寸（mm） ； A塑料制品在室温时的尺寸（mm） ； Q塑料的平均收缩率，对于 ABS 为 0.5%0.8%，这里取 0.6% 5.4.1 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） 2 。考虑 到收缩率，其收缩量为（D） 2 Q。 设型腔内径名义尺寸 M D为最小尺寸，其公差 Z 为正偏差，则其平均值为 M D+ Z 。 考虑到型腔工作过程中最大磨损量 C ，取平均值为 2 C ，则有： M D+ 2 Z （D） 2 +（D） 2 Q 2 C 对于中小型制品，可取 Z 3 ， C 6 ，代入上式，得： M D+ 32 Z （D） 2 +（D） 2 Q 62 C 对上式化简可得： M DD+DQ 2 Q 4 3 因为 2 Q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算公 式为： M D（D+DQ 4 3 ） Z （mm） 广东技术师范学院毕业设计（论文） 式中 M D型腔的内径尺寸（mm） ； D制品的最大尺寸（mm） ； 制品公差，这里取0.48mm； Q塑料的平均收缩率（%） ，这里取Q0.6%； 3/4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； Z 模具制造公差，一般取（1/61/4）mm。这里取 0.2mm。 由上式易得： 制品总长： ML D（280+280%6 . 00.60.48） 2 . 0 281.4 2 . 0 （mm） ； 椭圆短轴长： MD D（205+205%6 . 00.60.48） 2 . 0 205.9 2 . 0 （mm） ； 椭圆长轴长： MC D（226+226%6 . 00.60.48） 2 . 0 227.1 2 . 0 （mm） 。 同理可得如下计算公式，推导过程从略。 5.4.2 型腔深度尺寸的计算（凹模深度计算） Z Qhh ) 3 2 H 11M（ 式中 M H型腔深度尺寸（mm） ； 1 h制品高度最大尺寸（mm） 。 其余参数同上。 代入各数据可得： M H（160+160 2 . 0 48. 0 3 2 %6 . 0 ）160.6 2 . 0 （mm） 。 5.4.3 型芯径向尺寸的计算（凸模径向尺寸） Z QDDdM ) 4 3 ( 11 （mm） 式中 M d型芯外径尺寸（mm） ； 1 D制品内径最小尺寸（mm） 。 代入各数据可得： 椭圆短轴长： MD d（200+200 2 . 0 48. 06 . 0%6 . 0 ）201.52 . 0（mm） ； 安全帽注塑模具设计 椭圆短轴长： CM d（221+221 2 . 0 48. 06 . 0%6 . 0 ）222.62 . 0（mm） 。 5.4.4 型芯高度尺寸的计算 Z QHHhM ) 3 2 ( 11 式中 M h型芯高度尺寸（mm） ； 1 H制品深度最小尺寸（mm） 。 代入各数据可行： M h（157.5+157.5 2 . 0 48. 0 3 2 %6 . 0 ）158.8 2 . 0 （mm） 。 5.5 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 塑料模在注射成型过程中，由于注射成型压力很高，型腔内部承受熔融塑料的 巨大压力，这就要求型腔要有一定的强度和刚度，如果模具型腔的强度和刚度不足，则 会造成模具的变形和断裂。 实践证明，在型腔壁厚计算中，对于大尺寸型腔来说，刚度是主要矛盾，应按刚度 计算；对于小尺寸型腔而言，因为在发生大的弹性变形以前，其内应力往往超过许用应 力，所以强度是主要矛盾，应按强度计算。但由于分界尺寸不明确，故只好刚度、强度 均作计算值并取其大值。 5.5.1 侧壁的理论宽度计算 5.5.1.1 按刚度计算 7 A求系数 c: C= 1 l h f 式中c系数； h凹模型腔的深度（cm） ； 1 l凹模型腔的宽度（cm） ； 注：计算 c 时，先确定 h， 1 l的值，然后单击 h/ 1 l文本框，再单击 c 文本框自动通 过曲线图计算出系数 c。 因为 h=15.75 cm, 1 l=22.6 cm。代入可求得 c=0.1315 广东技术师范学院毕业设计（论文） B求系数 = 1 2 l l f 式中系数； 2 l凹模型腔短边长度（cm） ； 1 l凹模型腔长边长度（cm） ； 注：计算时，先确定 1 l， 2 l的值，然后单击 2 l/ 1 l文本框，再单击文本框自动 调用曲线图计算出系数。 因为 2 l=21.6cm; 1 l=22.6cm.。代入可求得= 0.6053. C求凹模侧壁的理论宽度 b=h3 yE cph 式中b凹模侧壁的理论宽度（cm） ； h凹模型腔的深度（cm） ； p凹模型腔内的熔体压力（MPa） ； y凹模长边侧壁的允许弹性变形量（cm） ； 一般塑件y=0.005； 精密塑件y塑件壁厚的成形收缩量； 尼龙塑件y=0.00250.003； c系数 系数 E钢材的抗拉弹性模量，一般中碳钢 E=2.1 5 10 MPa； 预硬化塑料模具钢E=2.2 5 10 因为 h=15.75cm,p=30MPa,y=0.005cm。代入可求得： b=7.14cm=71.4mm 5.5.1.2 按强度计算 2 安全帽注塑模具设计 ) 1 2 ( p rb P P 式中r凹模型腔内孔半径，为 110mm； P 材料许用应力，为 320MPa； 其余参数同上。代入计算可得：b=12.03mm。所以应取 71.4mm。 5.5.2 型腔的理论底部厚度计算 2 5.5.2.1 按刚度计算 3 4 1758. 0 P E pr h 各参数同上。代入可得：h=41.25mm。 5.5.2.2 按强度计算 P pr h 4 3 2 各参数同上。代入可得：h=29.17mm。所以应取 h=41.25mm，但是由于型腔还有定模 固定板支承，故其不会悬空，因而可不必取这么厚尺寸，与定模固定板联结总尺寸大于 41.25mm 即可。 5.6 模具钢的选择 5.6.1 选择模具钢的原则 5.6.1.1 塑件的生产批量 模具是高效率的生产工具。每一付模具的使用寿命，直接关系到制件的成本。而每 一种产品的预计产量，又因市场需求而定。 在考虑设计模具时，除了每模的型腔娄之外，就要考虑其使用寿命。最理想的情况 是当模具寿命终了时，该产品正好退出市场。但这实际很难推断，因为市场需求是变化 莫测的。 批量小，则对钢材的要求可以低些；而批量大时，必须选择优质钢材，以延长使用 寿命而避免重复制做模具。 5.6.1.2 塑件的尺寸精度 塑件的尺寸精度，有 50%取决于模具。而模具的制造精度及耐磨损性能又决定制件 的合格率。对于要求高精度（SJ137278 的 3、4 级精度）以及超高精度（SJ137278 广东技术师范学院毕业设计（论文） 的 1、2 级精度）的塑件，既使产量极低，也应选用优质模具钢。 5.6.1.3 制件的复杂程度 制件越复杂，型腔的加工就越难，因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度 高，表现在制件图样上的尺寸数目多，加工部位多。因而加工的应力变形必须考虑。 5.6.1.4 制件的体积大小 制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削时，切削应力也大。因而对于大 制件的模具最好选用易切钢。制件小时，型腔体积小，所用的刀具（主要是铣刀）强度 低，切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀，合金碳化物分布细而均称的钢材。小模 具多先作预硬化处理后加工，要考虑加工的可能性。 5.6.1.5 制件的光观要求 塑件如为外观装饰件，则表面的质量好坏能很大程度上影响产品的销售，凡对塑件 外观有严格要求的塑件， 最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢， 以达到最好的型腔抛光效果。 5.6.2 本设计模具钢的选择 基于上述各个原则并逐次考虑之， 结合制件为大批量生产、 塑件尺寸精度要求较高、 制件形状相对简单、体积较大以及制件要求外观比较光滑等特点，从经济性、加工性等 方面进行综合考虑，本设计决定选用 3Cr2Mo(P20)模具钢。 3Cr2Mo(P20)属预硬化钢，为我国引进美国通用的塑料模具钢，预硬化后硬度 HRC3638。用于中、小型热塑性塑料注射模。真空熔炼的品种可以抛光成镜面光泽。 抗拉强度约为 1330 2 /mmN。 安全帽注塑模具设计 第第