安全帽注塑模具设计及模腔三维造型CADCAM说明书

目目 录录 目 录. 中文摘要.2 Abstract.3 第 1 章 绪论.4 第 2 章 零件材料的选择及材料性能分析.4 2.1 塑料制品的设计依据及选材依据.4 2.2 塑件体积估算.5 2.3 塑件质量计算.5 第 3 章 注射机的选用及校核.5 3.1 注射机的选用.5 3.1.1 按生产率.5 3.1.2 按成型条件.5 3.1.3 按制品体积.5 3.2 注射机有关工艺参数的校核.6 3.2.1 注射压力的校核.6 3.2.2 锁模力的校核.6 3.2.3 模具闭合厚度的校核.6 3.2.4 开模行程校核.7 第 4 章 浇注系统设计.7 4.1 按制品特点选择浇注形式.7 4.2 浇口套的设计.8 4.3 定位圈的设计.8 第 5 章 成型零件的设计.8 5.1 型腔数的确定.8 5.2 成型零件的结构设计.8 5.2.1 凹模（型腔）结构设计.9 5.2.2 凸模（型芯）结构设计.9 5.3 分型面的确定.9 5.3.1 确保塑件表面要求.9 5.3.2 考虑锁模力.9 5.3.3 考虑模板间.9 5.3.4 便于排溢.9 5.4 成型零件工作尺寸的计算.9 5.4.1 型腔内径尺寸的计算.9 5.4.2 型腔深度尺寸的计算（凹模深度计算）.10 5.4.3 型芯径向尺寸的计算（凸模径向尺寸）.10 5.4.4 型芯高度尺寸的计算.10 5.5 模具型腔侧壁和底板厚度的计算.11 5.5.1 侧壁的理论宽度计算.11 5.5.1.1 按刚度计算.11 5.5.1.2 按强度计算.12 5.5.2 型腔的理论底部厚度计算.12 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 5.5.2.1 按刚度计算.12 5.5.2.2 按强度计算.12 5.6 模板设计.12 第 6 章 合模导向机构的设计.13 6.1 导柱直径的计算及选用.13 6.2 导套的选用.14 第 7 章 脱模机构的设计.15 7.1 结构形式设计.15 7.2 顶杆布置形式.15 7.3 脱模力的计算.15 7.4 推杆长度计算.16 7.5 推杆强度计算与应力校核.16 7.5.1 圆形推杆直径.16 7.5.2 推杆应力校核.16 7.6 推板厚度计算.17 第 8 章 排溢、引气系统的设计.17 8.1 排溢设计.17 8.2 引气设计.17 第 9 章 冷却系统的设计.17 9.1 冷却通道的理论计算.18 9.1.1 热量计算.18 9.1.2 冷却水量和管径的计算.18 第 10 章 侧向分型与抽芯机构设计.19 10.1 侧向分型与抽芯机构的选用.19 10.2 抽心距的计算.19 10.3 抽芯机构各尺寸的确定.19 10.4 抽芯力及抽芯所需开模力的计算.20 10.4.1 抽芯力的计算. 20 10.4.2 抽芯所需开模力的计算.20 10.5 型芯结构布置设计及其它部件选材.20 第 11 章 模架选择.21 第 12 章 模腔三维造型 CAD/CAM.21 12.1 构建零件实体造型.21 12.2 模腔分模.21 12.3 模腔模拟加工.22 12.3.1 零件的粗加工. 22 12.3.2 零件的精加工. 22 12.4 生成 NC 文件.22 鸣 谢.23 参考文献.24 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 中英文摘要 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、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；CAD/CAM。 AbstractAbstract 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. 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 专业：机械设计制造及其自动化 学号： 姓名：诸进才 指导老师：赵仑、刘璨 第 1 章 绪论 这是一篇关于安全帽注塑模具设计及模腔三维造型 CAD/CAM 的毕业设计说明书。 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。 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 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,不破損,不擦傷。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/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. 07 60 10030 0.30. 85080 808 5 23 0.3180050 170 180 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 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.996。 3 mm 2.3 塑件质量计算 ABS 的密度为 1.031.07 g/cm 取=1.05 g/cm 3 3 塑件质量 M=V=1.05 g/cm.996 cm =311.85 g 3 3 10 3 第 3 章 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，压力损失小，塑 2 cm N 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小于注射机的最大注射量。即 件 V 注 V 件 V%80 注 V 式中： 塑件与浇注系统的体积（） ； 件 V 3 cm 注射机的注射量（） ； 注 V 3 cm 最大注射容量的利用系数。%80 而由上知为.996（合 297.3，所以可得： 件 V 3 mm) 3 cm / 注 V 件 V%80 通过计算可得： 371.6。 注 V 3 cm 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 XS-ZY- 注 V 3 cm 1000 型卧式注射机。该注射机的主要技术参数如下表 2 所示： 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 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 塑件成型所需的注射压力（Mpa） 成 p 所选注射机的额定注射压力（Mpa） 注 p 已知 =60100(Mpa); =10800（Mpa） 成 p 注 p 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 FkN 式中 安全系数，常取=1.11.2，这里取值 1.1;kk 熔融塑料在型腔内的平均压力（。根据经验，型腔内 C p)MPa 平均压力常取 2040。这里取 30； C pMPaMPa A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 Aab 式中 a椭圆长半轴，取 140mm; b椭圆短半轴，取 130mm， 所以 A=即：ab),(12.5717713014014 . 3 2 mm F)(84.1886 1000 12.57177301 . 1 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求。kNkN 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 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 下式校核： min H m H max H 式中 注射机允许的最小模具厚度（mm） min H 模具闭合厚度（mm） m H 注射机允许的最大模具厚度(mm) max H 已知= 300 mm，=700 mm， min H max H 初步可设 = m H 其他动推杆行程定 hhhh 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 h 动模不包括制品型腔部位的高度，初取为 40； 动 h 其他厚度包括动定模板厚度、支承板厚度等，取为 其他 h 200mm。 代入上述数据可得：=200+170+40+200=610(mm) m H 所以模具闭合时的厚度能满足要求，即： =300=610=700（mm） min H m H max H 3.2.4 开模行程校核： 3 5HHL 21 （）（mm10 式中 脱模距离（） ，这里为157.5； 1 Hmm 1 Hmm 包括浇注系统在内的制品高度（） ，这里为190； 2 Hmm 2 Hmm 注射机开模行程（即移动模板行程） （） 。Lmm 已知所选注射机最大开模行程=700,故而可知Lmm 157.5+190+5.5353（）,能满足要求。Lmm 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。 第 4 章 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 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM ，这里取。主流道大端处应呈圆角，其半径常取，这里取 2mm。 3 21rmm3 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：,3 1 mmDmmR18 1 ,1 ( 12 RRmmmm19)25 . 0( 12 DD 。如附图 1 所示。mmmm5 . 3) 1 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。 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 附图 1 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； 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 Q235 钢。用两个以mm3 . 0 上的 M6-M8 的内六角螺钉固定在模板上。 第 5 章 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：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 安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型 CAD/CAM 下图示。 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