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摩托车 头盔 模具设计 毕业设计

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第一章 绪论 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等。 近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件。 日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。所以在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低； 1.1 塑料与塑料模具概述 1.1.1 塑料的优缺点 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状不发生变化。 组成：聚合物合成树脂（40%——100%）。 辅助材料：增塑剂 填充剂 稳定剂 润滑剂 着色剂 发泡剂 增强材料除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等。辅助材料作用：改善材料的使用性能与加工性能，节约树脂材料。 作为日常用品，塑料的用途已经广为人知，但由于它们的一些特殊优点，塑料在工业中的应用也已经非常普遍，主要有以下几个方面： 1 密度小、质量轻 2 比强度高 3 绝缘性能好、介电损耗低 4 化学稳定性高 5 减摩、耐磨性能好 6 减振、隔音性能好 塑料的缺点： 1耐热性差，高温下强度下降； 2有的塑料燃烧时，释放处刺激性、腐蚀性等有害气体； 3导热差，膨胀系数大，高温下易变形； 4在日光、大气、高温作用下产生老化； 5有的塑料制品，机械强度低。 从精度方面讲，塑料制品的使用范围也受到一定限制。换句话说就是，如果采用成型加工的方法生产塑料制品，要达到某一精度所遇到的加工难度要比金属制品成形时来得大。因此，在目前的塑料成型加工行业中，塑料制品的精度（即公差等级）有其自己单独的标准。 1.2 塑料的组成 塑料是以聚合物为主体，添加各种助剂的多组分材料。根据不同的功能，塑料所用的助剂可分为：增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、增强剂、交联剂、着色剂、发泡剂等。 1.3 塑料的分类 根据合成树脂在受热后所表现的性能不同来划分，一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。 常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、有机玻璃(聚甲基丙烯酸酯)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龙)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)等。常见的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醋酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)等。 若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。 1.4 塑料制品与塑料模具 1.4.1 塑料制品 塑料制品就是塑料用各种不同的模具和各种不同的成型工艺制造出来的，具有一定形状，一定使用功能和一定使用价值的产品。到目前为止，塑料已经成为在钢铁、木材、水泥之后的第四大工业基础材料。 1.4.2 塑料模具 塑料模具是一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。塑料模具包括：注射模（也称注塑模）、压缩模、传递模、挤出模 中空吹塑模、真空成型模、压缩空气成型模、旋转成型模、发泡成型模、空气辅助成型模、水辅助成型模等多种塑料成型模具。 在上述各种塑料模具中，由于注射模具有高效精密、可成型各种复杂制品，工艺先进等诸多其它成型模具所不及的特点，而成为塑料制品成型工艺中最重要的并且起主导作用的是模塑成型工艺装备。 1.5 塑料的注塑成型 注塑成型的简单过程为：将粒状或粉状塑料经注塑机的料斗加到加热的料筒内，塑料受热熔融，在注塑机的螺杆或活塞的压力推动下，经喷嘴进入模具型腔，塑料充满型腔，经冷却硬化定型，脱模后而得到具有一定形状的塑件。 塑料的成型方法有注塑、挤压、吹塑、发泡膨胀、压缩、压延、热成型等，其中应用最广泛的是压延、挤压和注塑成型三种。 第二章 注塑模结构 2.1 注塑成型原理及注塑过程 注(射模)塑(或称注射成型)是塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，而后由柱塞或往复式螺杆将熔体推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。它不仅可在高生产率下制得高精度，高质量的制品，而且可加工的塑料品种多和用途广，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。 注塑成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件的后处理。 2.2 注射模具结构组成及典型结构 一般认为，注塑模由八部份组成。 1成型零部件2合膜导向机构3浇注系统4顶出脱模机构5侧向分型与侧向抽芯机构6排气机构7温度调节系统8支撑零部件 注塑模具典型结构： 1、两板模（大水口）：分流道开设在分型面上。 2、三模版（细水口）：多个分型面，包括垂直分型和水平分型面。应用：1）细点入水的单型腔或多型腔。2）侧向分型抽芯在定模一侧。3）塑件结构特殊，需要顺序分型。 3、斜顶、滑块模，活动镶块：塑件带有内侧凹凸槽或螺纹。 4、牙模或转苛模：塑件有内、外螺纹（注意产品要防转动） 5、定模设顶出机构：产品开模后留于定模，前模设有顶出机构：拉杆，拉板，液压系统。 6、热流道模具：节省塑料，提高生产效率，自动化生产，塑件质量高，生产批量大。 2.3 热塑性塑料注射模的特点 由于所成型的制品材料的不同，成型时模具温度也各不相同。因此，有的模具要进行冷却降温，而有的模具则需要加热升温。 常用热塑性塑料成型时的模具温度可见表2-1所示。 模具所需温度，一般地，在注射成型时由射入模具的高温塑料传导而得，不需另外加热升温。当连续注射成型一段时间后，模具超过所需的范围，则需冷却降温。当模具温度要求超过100℃时，比如成型聚砜制品时，要求模具温度达到130℃～150℃，尤其是在南方的冬季，成型车间无空调、室温较低时，模具的冷却水道改为注入50℃～100℃的水或油为模具加热升温就非常必要了。 表2-1 常用热塑性塑料成型时的模具温度 塑料名称 缩写 模具温度 塑料名称 缩写 模具温度 醋酸纤维素 CA 20—80 氯化聚醚 CPT 80—110 聚氯乙烯(硬) PVC 30—60 聚碳酸酯 PC 90—110 聚苯乙烯 PS 32—65 聚甲醛共聚 POM 90—120 改性聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 40—60 聚三氟氯乙烯 F-3 110—130 尼龙1010 N1010 40—80 聚全氟乙丙烯 F-46 110—130 苯乙烯-丁烯-丙烯睛共聚 ABS 50—80 聚苯醚 PPO 110—150 低压聚乙烯 PE 60—70 聚砜 PSF 130—150 塑料是在注射机料筒内加热、在恒温中塑化成为熔融状态的粘流体后射入模具内的。料筒温度和模具温度都是可以调节的，但调好后是恒定的，其温差一般在3℃～5℃之间。 第三章 塑件设计及分析 3.1 制品材料性能 本塑件采用ABS材料，下面对其成型特性进行分析。 ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS塑料-名称化学名称 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料 英文名称 Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic 3.1．1 ABS塑料性能 一般性能 ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。 力学性能 　　ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 热学性能 　　ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。 电学性能 　　ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 环境性能 　　ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 加工性能 　　ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 　　ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 　　ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。 3.1．2 ABS塑料的分类 　　ABS根据冲击强度可分为：超高抗冲型、高抗冲击型、中抗冲型等品种； 　　ABS根据成型加工工艺的差异，又可分为：注射、挤出、压延、真空、吹塑等品种； ABS依据用途和性能的特点，还可分为：通用级、耐热级、电镀级、阻燃级、透明级、抗静电、挤出板材级、管材级等品种。 1、性能特点 　　ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。它不透明，一般呈浅象牙色，能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品，电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰。通用级ABS不透水、燃烧缓慢，燃烧时软化，火焰呈黄色、有黑烟，最后烧焦、有特殊气味，但无熔融滴落，可用注射、挤塑和真空等成型方法进行加工。 2、级别与用途 　　ABS按用途不同可分为通用级(包括各种抗冲级)、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、电话等外壳和玩具等；阻燃级用于制造电子部件，如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品；结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等；耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳等；电镀级用于制造汽车部件、各种旋钮、铭牌、装饰品和日用品；透明级用于制造度盘、冰箱内食品盘等。 　　ABS在汽车内饰的要求条件：汽车内饰追求的重要目标包括美观、低气味、机械性能、耐热、耐候等。亚太国际ABS汽车材料能够满足各种内饰部件的使用要求，材料具备以下条件： 　　1.良好的流动性 　　2.优异的抗冲击性 　　3.易加工成型 　　4. 易着色、喷涂 　　5.低气味 　　6.良好的耐腐蚀性 　　7.亚光效果 3.1．3 ABS塑料涂装工艺 　　近年来塑料制品在工业产品上得到了广泛的应用。塑料质量轻、耐腐蚀性优越，传热导电性差，易压制成形状复杂的器件。在产品结构上可代替部分有色金属和轻金属。为了消除塑料表面的压制印迹及色泽不均，往往需要对塑料表面进行涂装。涂装既可改善外观，又可以延长塑料的使用寿命。 1. ABS塑料的性能和表面状态 　　ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯所组成的三元共聚物。它具有苯乙烯热塑性塑料的机械加工性、丁二烯的橡胶韧性、丙烯腈的耐化学腐蚀性。三者的含量配比可根据产品需要进行调整。塑料压制成型后表面状态对外观质量有很大的影响。要求成型后的表面平整光滑，均匀一致，不应有划伤、飞边、毛刺、凹坑、斑点、气泡和明显的熔接线。 　　2. ABS塑料表面预处理 　　为了提高涂料在塑料表面的附着力和改善塑料外观，涂装前必须对塑料表面进行预处理。 　　（1）退火 　　塑料成型时易形成内应力，涂装后应力集中处易开裂。可采用退火处理或整面处理，消除应力。退火处理是把ABS塑料成型件加热到热变形温度以下，即60℃，保温2h。为了减少设备投资，可采用整面处理来改善表面状况。整面处理配方及工艺如表1所列。 　　表1 整面处理配方及工艺 项目 工艺参数 丙酮/份 1 水/份 3 温度/℃ 室温 处理时间/min 15—20 　 （2） 除油 ABS塑料件表面常沾有油污、手汗和脱模剂，它会使涂料附着力变差，涂层产生龟裂、起泡和脱落。涂装前应进行除油处理。对ABS塑料件通常用汽油或酒精清洗，然后进行化学除油。工艺配方如表2所列。 表2 除油工艺配方及工艺 项 目 工艺参数 氢氧化钠(S/L) 50～70 磷酸钠(S/L) 20～30 碳酸钠(S/L) 10～20 表面活性剂(S/L) 5～10 温度/℃ 50～60 处理时间/min 10～15 　（3） 除电和除尘 　　塑料制品是绝缘体，表面电阻一般在1013Ω左右，易产生静电。带电后容易吸附空气中的细小灰尘而附着于表面。因静电吸附的灰尘用一般吹气法除去十分困难，采用高压离子化空气流同时除电除尘的效果较好。 　　3. ABS塑料涂料 　　ABS塑料涂料的性能特点如表3所列。 表3 ABS塑料涂料的性能特点 项目 AP-1 塑料黑漆 塑－1 清漆 塑－1 各色磁漆 丙烯酸金属闪光漆 丙烯酸彩色透明漆 特性 能常温干燥、涂膜坚硬耐磨、防潮 漆膜光亮，坚硬耐磨，附着力好 漆膜颜色鲜艳，耐水、耐磨，附着力好 漆膜光亮，耐磨，附着力好 漆膜光亮透明，耐磨性好 用途 用于ABS、PS、PVC、HIPS 塑料涂装 用于ABS、PS塑料涂装 用于ABS、PS塑料涂装 用于ABS 塑料涂装 用于ABS 塑料涂装 外观 黑色 透明 各色 各色 透明 硬度 0.6 0.5 0.5 0.6 0.6 光泽 <10 8～14 10～15 耐水性/h 24 24 24 24 24 耐醇性/次 60 20 20 50 50 　 3.1.4 ABS的成型特性与工艺参数 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。 ABS塑料主要的性能指标： 密度 (Kg.dm-3) 1.13——1.14 收缩率 % 0.3~0.8 熔 点 ℃ 130~160 热变形温度 45N/cm 65~98 弯曲强度 Mpa 80 拉伸强度 MPa 35~49 拉伸弹性模量 GPa 1.8 弯曲弹性模量 Gpa 1.4 压缩强度 Mpa 18~39 缺口冲击强度 kJ/㎡ 11~20 硬 度 HR R62~86 体积电阻系数 Ωcm 1013 击穿电压 Kv.mm-1 15 介电常数 60Hz3.7 3.12 ABS的注射成型工艺参数: 注塑机类型：螺杆式 喷嘴形式： 通用式 料筒一区 150——170 料筒二区 180——190 料筒三区 200——210 喷嘴温度 180——19 模具温度 50——70 注塑压 60——100 保压 40——60 注塑时间 2——5 保压时间 5——10 冷却时间 5——15 周期 15——30 后处理 红外线烘箱 温度（70） 时间（0.3——1） 3.1.5 收缩率 ABS具有较高的机械强度，流动性好，易于成型，成型收缩率小，理论计算收缩率为0.55%，溢料值为0.04mm，比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。 3．2 制件分析 3.2.1 制品形状 摩托车头盔的结构如图。从外形上看，该制品大部分由圆弧组成。 3.2.2 尺寸精度 根据制品图可知，该制品的复杂程度一般，尺寸精度为3～5级。壁厚均匀，整体较薄，有利于成形。 3.2.3 表面质量 该制品的外表要求光滑、无毛刺、耐磨，没有其他特殊要求，是比较容易实现的。通过以上分析可知，制品的总体要求不是很高，加工和成形都可以得到保证。本次设计塑件如图。 图3-1 第四章 成型件设计 4.1 成型件的结构设计 注塑模具闭合时,成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。在上万次、甚至几十万次的注塑周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 4.1.1 凹模的结构设计 凹模又名阴模，是成型塑件外表面的部件。在注射成型中，因多装在注射机的定压板（或叫静压板）上，所以，习惯上叫定模（或叫定模）； 凹模按照其结构的不同可以分为： (1)整体结构的凹模； (2)整体镶入结构的凹模； (3)局部镶拼结构的凹模； (4)四壁镶拼结构的凹模； (5)两瓣组合结构的凹模； (6)螺纹型环结构的凹模。 整体结构的凹模，结构简单易于制造，牢固，不易变形。制品上无镶拼结构留下的拼接痕，成型制品的外观质量较好，制造中省去了镶拼组合所需的工时和费用。相同的钢材截面尺寸、比强度较高。 整体结构的凹模适于形状比较简单或形状虽比较复杂但可用仿形机床等特殊加工方法加工出来，精度要求不高，使用寿命可成型几千至一万左右次的中、小型模具。基于整体结构凹模的这些特点和塑件形状及结构特点，本次设计的凹模采用整体结构的凹模，材料选用45#钢调质加工。凹模结构见图 图4-1 4.1.2 凸模的结构设计 凸模又名阳模，是成型内表面的部件，在注射成型中，通常多装在注射机的动压板上，所以，习惯上叫动模。由于注射成型中常常让塑件留在凹模上，所以，凸模上装有顶出机构，以便塑件脱模。 凸模可以分为： （1）整体结构的凸模； （2）整体镶入结构的凸模； （3）镶拼组合结构的凸模三种。 由源文件零件图可知有两个圆孔。故采用整体结 构的凸模，见图 图4-2 4.2 成型件的材料选择 （1）机械加工性能良好。 （2）抛光性能优良。 （3）耐磨性和抗疲劳性能好。 在实际模具设计中可参考表4-1选择合适的模具钢材。 本产品采用的原材料ABS为一般性热塑性塑料。因此，其使用比较广泛，对ABS的几种应用环境及所选用的钢材进行对比后，并在其中选择比较适合本次设计的材料，因此应该选用的钢材型号为45钢。由于塑料模具形状往往比较复杂，据统计塑料模具的钢材成本费用占整个模具制造成本不到20%，而切削加工成本占绝大部分（约75%），因此选择模具材料时应考虑其加工性能，所以本次设计采用的钢材型号为45钢。 表4-1 塑料模具用钢及适应的工作条件 钢的类型 牌号 适应的工作条件 渗碳钢 12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、20Cr2Ni4A 生产批量大，承受较大动载荷，受磨损较重的模具 10、20 生产批量较小，精度要求不高，尺寸不大的模具 调质钢 45、55 3Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、4Cr5MoVSi、4Cr5MoVISi、35SiMn2MoVA 大型、复杂、生产批量较大的塑料注塑模或挤压成型模 高碳工具钢 Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、9CrWMn、Cr6WV、Cr4W2MoV、GCr15、SiMnMo 热固性塑料模具，生产批量较大，精度要求高及要求高强度、高耐磨的塑料注塑模 耐蚀钢 4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV 要求耐腐蚀及表面要求较高的模具 沉淀硬化不锈钢 17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-350、AM-355 马氏体时效钢 Ni18Co8Mo5TiAL、Ni20Ti2AINb、Ni25Ti2AlNb、Cr5Ni12Mo3TiAl 复杂、精密、耐磨、耐腐蚀、超镜面的模具 4.3 成型件钢材的热处理成型 （1）成型件用的钢材均应进行调质处理以消除内应力； （2）成型表面有粗糙度要求的非亚光面的零件材料，其热处理后的表面硬度最低不的底于HRC32，一般均应达到HRC45以上，否则难以达到抛光效果； （3）精密、复杂、小型的型腔、型芯、镶件可选用65Nb、CG-2和012Al。 4.4 型腔、型芯工作部位尺寸的确定 查手册知ABS塑料的收缩率是0.3%～0.8%，则ABS塑料的平均收缩率为 Scp = ( 0.3% + 0.8% ) / 2 = 0.55% 。下表为计算的尺寸。 类别 模具名称 塑件尺寸 计算公式 型腔芯尺寸 型腔的计算 凹模 287 L m +δz 0 = [（1+ Scp）LS – 3/4△]+δz0 283.3 170 Hm+δz0 = [（1+ Scp）HS – 2/3△]+δz0 170.94 型芯的计算 凸模 200 lm0 –δz = [（1+ Scp）lS + 3/4△]-δz0 201.1 166 hm0 –δz = [（1+ Scp）hS + 2/3△] -δz0 166.91 按照下列公式计算型腔、型芯工作部位尺寸： 型腔径向尺寸 L m +δz 0 = [（1+ Scp）LS – 3/4△]+δz0 型腔深度尺寸 Hm+δz0 = [（1+ Scp）HS – 2/3△]+δz0 型芯径向尺寸 lm0 –δz = [（1+ Scp）lS + 3/4△]-δz0 型芯高度尺寸 hm0 –δz = [（1+ Scp）hS + 2/3△] -δz0 中心距尺寸 Cmδz/2=(1+ Scp)CSδz/2 式中：LS — 塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）； lS — 塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）； HS — 塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）； hS — 塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（mm）； CS — 塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）； △— 塑件制品公差（mm），可查塑件制品尺寸公差数值表（SJ1372-78）获得； △δz — 模具制造公差，按制品公差的1/4-1/3选取。根据制品的精度要求，确定模具的制造公差为制品公差的1/4，即δz=1/4△。通常，制品中1 mm和小于1 mm并带有大于0.05 mm公差的部位以及2 mm和小于2 mm并带有大于0.1 mm公差的部位不需要进行收缩率计算。 4.5 壁厚的计算 塑料注射模具的成型零件必须有足够的强度和刚度，如壁厚度不够表现刚度不足，即型腔产生过大的弹性变形，可能会发生溢料或使制品精度降低；也可表现为强度不够，即型腔发生塑性变形甚至破裂。理论分析和实践证明，对于大尺寸的型腔，主要为刚性不足为主，应按刚度条件计算；而小尺寸型腔则以强度不足为主，应按强度条件计算。刚度计算的条件则由于模具特殊性，可以从以下几方面加以考虑： （1）要防止溢料： （2）应保证塑件精度； （3）要有利于脱模。 上述要求在设计模具时其刚度条件应以这些项中最苛刻者（允许最小的变形值）为设计标准，但也不宜无根据地过分提高标准，以免浪费材料，增加制造困难。型芯的强度、刚度计算相当于杆类零件的校核计算。 型腔壁和底版厚度的计算比较复杂且繁琐，为了简化模具设计，一般采用经验数据或查有关的模具设计手册。 根据矩形型腔壁厚尺寸的经验数据，得出矩形型腔短边尺寸b<102时，整体式型腔底壁厚为T=（0.12~0.13）b=0.12*20mm≈2.4mm。型腔压力/Mpa<49(注塑)时型腔侧壁厚度S/mm=0.2L+17，L为型腔大尺寸，其侧壁厚度取S/ mm=0.2L+17 ≈74mm。 第五章 分型面的设计 5.1 制品在分型面的位置 制品在模具中的位置，直接影响到模具结构的复杂程度、模具分型面的确定、浇口的设置、制品的尺寸精度和质量等。因此，开始制定模具方案时，首先必须正确考虑制品在其中的位置，然后再考虑具体生产条件（包括模具制造的）、生产批量所需的机械化和自动化程度等其他设计问题。 5.2 分型面的形式 分开模具以便能取出制品和浇注系统冷料的面，称为分型面。 模具设计开始的第一步，就是选择分型面的位置。分型面的选择受到塑件形状，壁厚，成型方法，后处理工序，塑料外观，塑件尺寸精度，塑件脱模方法，模具类型，型腔数目，模具排气，嵌件，浇口位置与形状以及成型机的结构等的影响。 在模具制造不良或锁模力不足的情况下，模内熔融塑料会通过分型面溅出，在塑件上形成较厚的飞边，经修整后还会留下明显的残痕。 分型面有多种形式，常见的有： （1）水平分型面； （2）斜分型面； （3）曲面分型面； （4）阶梯分型面； （5）垂直分型面。 本次设计采用曲面分型面。 5.3 分型面的选择原则 确定分模面的一般原则： （1） 分型面应选在塑件的最大截面处，否则无法脱模和加工型腔，无论塑料以何方位布置型腔，都应将此作为首要原则。 （2）尽可能将塑件留动模一侧, 因为动模一侧设置和制造脱模机构简便易行，为了让塑件留在动模一侧，将型芯设在动模边，依靠薄壁塑件对型芯足够的包紧力，但遇到厚壁塑件或没有型芯，将塑件型腔设在动模侧。 （3）有利于保证塑件精度。 （4）有利于保证外观质量。 （5）考虑满足塑件的使用要求。 （6）尽量减小塑件在合模平面上投影面积，以减小所需锁模力。 （7）长型芯应置于开模方向。 （8）有利于排气，应将分型面置于熔体充模流动的末端。 （9）应有利于简化模具结构，为此在按排制件在型腔中方位时，尽可能避免侧向分型或抽芯。特别是避免在定模部分侧向抽芯。 （10）非平面分型面的选择应有利于型腔加工和脱模方便。应注意分型面上力的平衡。 （11）便于加工：能平面分模不斜面分模，能斜面分模不曲面分模。一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。 （12）斜面分模或曲面分模时，分模面要定位。 5.4 分型面的选择 根据该塑件的结构，为了凝料的取出及制件的合理落料，分型面一般选在塑件的最大截面处。 第六章 浇注系统的设计 浇注系统的作用是将熔融状态的塑料填充到模具型腔内，并在填充及凝固过程中将注射压力传递到塑料个部位，而得到所要求的塑件。注射模的浇注系统和热塑性挤塑模相似，一般由主浇道（浇口）1、分流道（浇道）2、进料口3、冷料穴4四部分组成。 6.1 浇注系统设计原则 1.确保塑料充满整个型腔 2.保证塑料熔体流动平稳 3.应尽量减短流程 4.流道表壁的粗糙度要低 5.防止制品变形和翘曲 6.防止型芯变形和嵌件位移 7.去除浇口应尽量方便，且不影响制品质量 8.合理设计冷却穴 6.2 主流道设计 主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形。 6.2.1 主流道设计要点 1.为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射机喷嘴直径d，通常为 D=d+（0.5~1）mm； 2.主流道内壁的表面粗糙度应在Ra0.8um以下，抛光时沿轴向进行。主流道的长度L，一般按模板厚度确定。为了减少充模时的压力损失和物料损耗，主流道长度，越短越好，L一般控制在60mm以内； 3.主流道锥角α一般为2～4，过大的锥角会产生涡流，卷入空气。过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。粘度大的可选3～6（但应力求与铰刀的斜度一致）。 4.主流道入口的凹坑球面半径R2也应大于注射机喷嘴球头半径R1，通常为R2=R1+（1~2）mm。 5.主流道的出口端应有较大的圆角，其半径r约为1/8D。 为了便于主流道凝料拔出，初步设计主流道形状尺寸，主流道设计成圆锥型，其锥角为2～6，因为ABS塑料流动性较好，所以锥角取4，内壁粗糙度Ra取0.4μm。主流道的长度L由定模座板厚度确定，一般L不超过60 mm。 6.2.2浇口套的设计 浇口套的设计：为标准件可选购。浇口套常用钢材是T8A、T10A。热处理要求：50～55HRC。设计时应注意： （1）进料口处为球面（SR）； （2）配合要求H7/J7或H6； （3）粗糙度：Ra（0.4～0.8）μm。 本次设计采用浇口套件图 图6-1 6.3 浇口的设计 6.3.1 浇口的选择 浇口按照结构形式和特点，常用的浇口可分为以下几种形式：直接浇口,中心浇口,侧浇口,环形浇口,轮幅式浇口点浇口。 由于侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充满模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。并根据本次设计塑件选用的材料，及制品的使用环境与性能要求，且分型面将模具分成动模和定模两部分，采用侧浇口，一模两腔，一次成型两个塑件制品。可应用在立式或卧式注射机上。 6.3.2 浇口位置选择 合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计环节。另外，浇口位置的不同还会影响模具的结构。因此，在开设浇口时应注意以下几点 1.避免熔体破裂在塑件上产生缺陷 2.考虑分子定向对塑件性能的影响 3.有利于流动、排气和补缩 4.在多腔模中，各个型腔浇口方位必须保持一致 5.减少熔结痕和提高熔结痕的强度 6.校核流动距离比 7.浇口位置应使浇口便于修整 8.防止料流将型芯或嵌件挤歪变形 综上所述，本次设计浇口采用的形式是侧浇口，其位置设置在制品的凹边中间处且浇口槽开在定模上。 第七章 注塑机与标准模架的选择 7.1 注塑机简述 注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。 7.2 注塑机的类型 注塑机的类型有:立式、卧式、全电式，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个： （1）加热塑料，使其达到熔化状态； （2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。 7.3 注塑机的组成 注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。 7.4 注塑机的参数 由MOLDFLOW分析得出注塑机参数 最大注塑机锁模力 = 7.0002E+03 tonne 最大注射压力 = 1.8000E+02 MPa 最大注塑机注射率 = 5.0000E+03 cm^3/s 注塑机液压响应时间 = 1.0000E-02 s 注塑机规格: 最大压力: 180.0000 MPa 螺杆增强比率: 10.0000 注塑机响应时间: 0.010 s 注塑机最大锁模力: 7000.2198 tonne 温度设置 熔体温度: 255.0000 C 模具型腔侧温度: 55.0000 C 模具型芯侧温度: 55.0000 C 注射设置 注射控制方法: 注射时间 注射时间: 1.8000 s 名义流动速率: 243.2208 cm^3/s 保压时间 压力(s) (MPa) 0.0000 5.5974 10.0000 5.5974 冷却时间: 20.0000 s 7.5选择模架 模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。 根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。 模板厚度：A=230mm B=65mm 动模板厚度：B=40mm 垫块厚度： C=180mm 模架厚度： H模 =(230+65+40+180+80) mm =595mm 模架外形尺寸：450mm*400mm*595mm=107100000mm^3 模具厚度满足关系式： Hmin ≤ H ≤Hmax 式中： Hmin — 允许使用的模具最小厚度； Hmax — 允许使用的模具最大厚度。 第八章 推出结构的设计 8.1 合模导向机构的设计 合模导向是保证动、定模或在上、下模合模时，正确地定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，通常采用导柱导向定位。 导向机构的作用有以下三点： (1) 定位作用 (2) 导向机构 (3) 承受一定的侧向压力 8.2 推出机构的组成及各部分作 在注射成型的每一个环节中，塑件必须从型腔或型芯上脱出，脱出塑件的机构称为推出机构。推出机构主要由以下零件组成：复位杆、推杆固定板、推杆等组成。其它形式的推出机构，组成部件有所不同。 在此推出机构中，推杆与塑件相接触，并将塑件推出模外，推板与推杆固定板由螺钉联接，用来固定推出零件。 对推杆推出机构来说，为了保证推杆推出塑件后在合模时能回到原来的位置，需要设置复位机构，即复位杆。 8.3 推出机构的分类 1. 按动力来源分： （1）手动推出机构 开模后靠人工操作推出机构来推出塑件。 （2）机动推出机构 利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。 （3）液压与气动推出机构 利用注射机上的专用液压和气动装置，将制件推出或从模具中吹出。 2. 按模具的结构特征分，推出机构可分为： （1）简单的推出结构； （2）两次推出的推出机构； （3）双向推出机构即动定模均有简单推出零件的机构； （4）顺序推出机构即制品结构复杂，有几个分型面必须按一定的顺序分型才能使制品顺利推出机构，又称点浇口自动脱模机构。 （5）螺纹制品的模内旋转推出机构。 本次采用机动推出机构且简单的推出推出机构。 8.4 推出机构的设计原则 （1）推出机构的直径不易过细，应有足够的强度承受推力，一般推杆直径为￠2.5~12，对于3以下的推杆，尽量要制成阶梯形，以增强其强度。 （2）推杆的端面装配后应比型腔或镶件的高处0.08~0.1mm。 （3）顶管的厚度（顶出塑料的厚度）一般不小于1.5mm。 （4）推杆与推管与模体的配合间隙不应太大，以避免产生飞边。 （5）推板、推板、推管应淬火处理。 8.5 确定推出方式及推杆位置 根据制品本身的结构特点，本次设计主要采用简单的脱模结构，确定在制品的每个型芯底部采用两个普通的圆形推杆，推杆见图。推杆只起推出制件的作用，本身仅端面参与成型。推出机构为机动推出，形式简单。 8.6 复位杆的设计 复位就是将推出制品使之脱模的零部件回复到合模注射时的正确位置的全过程。复位结构有：有复位杆复位；有推杆兼作复位杆复位；有的利用推板复 位或用弹簧复位。这些复位结构都是模具设计制造中和实际生产中应用最广泛也是最普通最常用的结构。 本设计采用复位杆与推出杆为一体的设计。 图8-1 第九章 排气槽的位置及排气方式 在设计注射模时，应在模具结构中设计有排气系统，其作用是：将型腔中原有的空气及成形过程中产生的气体顺利排出，以免塑件产生气泡，疏松等缺陷。常用的排气方式主要有两种，其一是利用模具的排气系统排气；其二是利用模具的分型面及各部分零件的配合间隙排气，如图10-1所示为利用分型面排气方法。本次设计采用分型面排气方法。 9.1 排气槽位置的确定 在设计模具系统排气时，应遵循的原则是： （1）排气槽尽量开设在分型面上。 （2）排气槽最好设计在塑料流出的末端，以利于排气。 （3）排气槽一般开设在凹模一侧 （4）排气槽的槽深一般为0.025~0.1mm，槽宽取1.5~6.0mm，以不产生飞边为原则。 （5）排气位置最好不要位于操作者一边，以免溢料溅出发生危险。 9.2 注射模的排气方式 注射模通常采用以下几种方式排气： （1） 利用配合间隙排气 对于简单型腔的模具，可以利用推杆、活动型芯、活动镶件以及双支点固定的型芯端部与模板的配合间隙进行排气。这种类型的排气方式，其配合间隙不能超过0.05 mm，一般为0.03～0.05 mm，视成型塑料的流动性性能的好差而定。 （2） 在分型面上开设排气槽 分型面上开设排气槽（一般在0.03 mm以内）是注射模排气的主要形式，其形状可设计成燕尾形。 （3）利用排气塞排气 如果型腔最后充填的部位不在分型面上，而其附近又没有活动型芯或推杆，可在型腔处镶入排气塞。 本次设计的零件结构相对简单，排气量不大，且推出杆比较多，因此直接利用分型面和推杆的配合间隙排气的排气方式即可，而不必另设排气槽。 第十章 制品的脱模设计 10.1 脱模结构的设计原则 脱模机构设计一般应遵循如下原则： （1）尽量使制品留在动模一侧，借助开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 （2）防止制品变形或损坏，正确分析制品对型腔的粘附力大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模机构。使推出重心与脱模阻力中心相重合。 （3）力求良好的制品外观。在选择推出位置时，应尽量选择制品的内部或对制品外观影响不大的部位。 （4）结构合理可靠，运动灵活，制造方便，推杆应具有足够的强度好刚度。 10.2 脱模结构的分类 （1）按动力源分类 1） 手动脱模 2） 机动脱模 3） 液压脱模 4） 气动脱模 （2）按结构分类 1） 简单脱模机构 2） 二级脱模机构 3） 双脱模机构 4） 顺序脱模机构 5） 螺纹制品脱模机构 综上所述，并结合本身塑件的结构特点，本次设计主要采用简单的脱模结构即普通推杆，只起推出塑件的作用，本身仅端面参与成型。推出机构为机动推出，形式简单。全部采用顶杆顶出。 总结 本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状，随着经济的发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则，对塑件的特性做了说明。从实际来看，几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容，注塑模具无外乎包括四大系统：浇注系统、顶出系统和脱模机构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸；顶出系统着重推杆的设计；该模具属于简单脱模机构，做完这些工作后，该模具的设计到此结束。 通过完成毕业设计，全面地对大学所学的知识复习了一遍，并巩固了塑料成形工艺、注塑模具设计，以及运用所学知识解决实际问题，提高了分析问题、解决问题的能力。掌握了对各种手册、文献资料的查询方法。 感谢 感谢我的导师李彬老师。李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，查阅资料，设计草案的确定和修改，等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩李老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢同小组的同学，他们在本次设计中帮我克服了许多困难来完成此次毕业设计，如果没有他们热心帮助，此次设计的完成将变得非常困难。 然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢广东石油化工学院几年来对我的大力栽培。祝愿各位老师和同学在今后的工作和学习中，万事如意。 参考文献 [1] 邹继强 . 塑料制品及其成型模具设计. 北京：清华大学出版社，2005.2 [2] 王卫卫 . 材料成型设备. 北京：机械工业出版社，2004.8 [3] 屈华昌 . 塑料成型工艺与模具设计. 北京：高等教育出版社，2001.8 [4] 王树勋 .典型模具结构图册. 广州:华南理工大学出版社, 2005.4 [5] 许发樾. 模具结构设计. 北京：机械工业出版社，2003 [6] 陈剑鹤. 模具设计基础.北京：机械工业出版社，2003 [7] 彭建声. 模具设计与加工速查手册. 北京：机械工业出版社，2005 [8]彭建声. 秦晓刚. 模具技术问答。北京：机械工业出版社，2003.4 [9]柳燕君. 秦涵. 型腔模具设计与制造实例 北京：高等教育出版社，2007.6 [10]李云程. 模具制造工艺学 北京：机械工业出版社，2008 [11]李志刚. 中国模具设计大典 江西科学技术出版社，20003.1 [12]谢昱北. 模具设计与制造 北京大学出版社，2005.4 [13]徐炜炯. 模具设计 中国轻工业出版社，1988.12 [14]马金俊. 塑料模具设计 中国科学技术出版社，1994 [15]牛玉丽. 机械设计基础 中国轻工业出版社，2006.3 [16]魏全玲 . 机械设计课程设计指导书 航空工业出版社，96.8 [17]吕守祥. 王一延.机械制图 重庆大学出版社，2004.2 附录：科技英文 Design and Technology of the Injection Mold 1、3D solid model to replace the center layer model The traditional injection molding simulation software based on products of the center layer model. The user must first be thin-walled plastic products abstract into approximate plane and curved surface, the surface is called the center layer. In the center layer to generate two-dimensional planar triangular meshes, the use of these two-dimensional triangular mesh finite element method, and the final result of the analysis in the surface display. Injection product model using3D solid model, the two models are inconsistent, two modeling inevitable. But because of injection molding product shape is complex and diverse, the myriads of changes from a three-dimensional entity, abstraction of the center layer is a very difficult job, extraction process is very cumbersome and time-consuming, so the design of simulation software have fear of difficulty, it has become widely used in injection molding simulation software the bottleneck. HSCAE3D is lar

内容简介：

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