安全帽注塑模具及注塑模腔三维造型CAD-CAM毕业设计论文

1、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、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

3、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 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.

4、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

5、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 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

6、/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 f

7、eed 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

8、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 专业：模具设计与制造 第 1

9、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

10、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

11、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 )

12、 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 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

13、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

14、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 c

15、m / 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： 表 2：XS-ZY-1000 型卧式注射机主要技术参数 最大理论注射最大注射速最大模螺杆直最小模具注射压锁模力模具定喷嘴球 注射量（ ） 3 cm方式 开模 行程 率 （g/s） 具厚度 （mm ） 径 （mm ） 厚度 （mm ） 力 （Mpa ） （KN ） 位孔直 径 （mm ） 半径 （mm ） 1000螺杆 式 70070700703001080

16、0450015018 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

17、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 下式

18、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

19、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

20、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

21、 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 ，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

22、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，

23、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

24、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 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

25、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。 5.3.3 考虑模板间距：该塑件的高度为 160mm，而底 附图 2 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 2

26、所示。 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 式中模具成型零件在室温（20） 时的尺寸（） ； m ACmm 塑料制品在室温时的尺寸（） ；Amm 塑料的平均收缩率，对于 ABS 为 0.5%0.8%，这里取 0.6%Q 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

27、寸取（D。考虑到收缩率，其收） 2 缩量为（D。） 2 Q 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+。考虑 M D Z M D Z 到型腔工作过程中最大磨损量，取平均值为，则有： C 2 C +（D+（D M D 2 Z ） 2 ） 2 Q 2 C 对于中小型制品，可取，代入上式，得： Z 3 C 6 +（D+（D M D 32 Z ） 2 ） 2 Q 62 C 对上式化简可得： D+D M DQ 2 Q 4 3 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算公式为： 2 Q （D+D）（） M DQ 4 3 Z mm 式中 型腔的内径尺寸（） ； M

28、Dmm D制品的最大尺寸（） ；mm 制品公差，这里取0.48；mm 塑料的平均收缩率（%） ，这里取0.6%；QQ 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； 模具制造公差，一般取（1/61/4）。这里取 0.2。 Z mmmm 由上式易得： 制品总长： （280+2800.60.48）281.4（） ； ML D%6 . 0 2 . 02 . 0 mm 椭圆短轴长：（205+2050.60.48）205.9（） ； MD D%6 . 0 2 . 02 . 0 mm 椭圆长轴长：（226+2260.60.48）22

29、7.1（） 。 MC D%6 . 0 2 . 02 . 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（ 式中型腔深度尺寸（） ； M Hmm 制品高度最大尺寸（） 。 1 hmm 其余参数同上。 代入各数据可得：（160+160）160.6（） 。 M H 2 . 0 48 . 0 3 2 %6 . 0 ） 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 式中型芯外径尺寸（） ； M dmm 制品内径最小尺寸（） 。 1 Dmm 代入各数据可

30、得： 椭圆短轴长：（200+200201.5（） ； MD d 2 . 0 48 . 0 6 . 0%6 . 0 ）2 . 0mm 椭圆短轴长：（221+221222.6（） 。 CM d 2 . 0 48 . 0 6 . 0%6 . 0 ）2 . 0mm 5.4.4 型芯高度尺寸的计算 Z QHHhM ) 3 2 ( 11 式中型芯高度尺寸（） ； M hmm 制品深度最小尺寸（） 。 1 Hmm 代入各数据可行： （157.5+157.5158.8（） 。 M h 2 . 0 48 . 0 3 2 %6 . 0 ） 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

31、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） ； 凹模型腔的宽度（cm） ； 1 l 注：

32、计算 c 时，先确定 h，的值，然后单击 h/文本框，再单击 c 文本框自动通过曲线 1 l 1 l 图计算出系数 c。 因为 h=15.75 cm, =22.6 cm。代入可求得 c=0.1315 1 l B 求系数 = 1 2 l l f 式中 系数； 凹模型腔短边长度（cm） ； 2 l 凹模型腔长边长度（cm） ； 1 l 注：计算 时，先确定，的值，然后单击/文本框，再单击 文本框自动调用曲 1 l 2 l 2 l 1 l 线图计算出系数 。 因为=21.6cm;=22.6cm.。代入可求得 = 0.6053. 2 l 1 l C 求凹模侧壁的理论宽度 b=h3 yE cph 式中

33、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 MPa； 5 10 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 ) 1 2 ( p rb P P 式中 凹模型腔内孔半径，为 110mm；r 材料许用应力

34、，为 320； P MPa 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

35、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 的 1、2 级精度） 的塑

36、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

37、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 第 6 章合模导向机构的设

38、计 5 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。 6.1 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： 4 3 3 64 E WL d 式中 每根导柱承受的模板重力（） ；WN 模板重心距导柱根部的距离（） ；Lmm 材料的弹性模量，。而：EMPa 5 101 . 2 =W 4 Vg 式中 模具钢的的密度，对于合金

39、钢=； 3 /9 . 7cmg 动模的近似体积（） ；V 3 cm 重力加速度，。而gkgNg/8 . 9 =V 3 2 22211 2 2 1 3 4 2 1 hrhllhRr 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高，其值 1 rR 1 h 分别为 106mm 和 60mm, 分别为动模不参与成型部分长方体支承的长、宽和高，其值h、ll和 21 分别为 560mm,430mm 和 40mm，分别为动模中空腔圆柱体的底圆半径和高，其值分别为 32、h r 20mm 和 132mm。代入以上各数据可得： =11605.004cm ,则V 3 mm 3 =224

40、.6（）W 4 10 3 Vg 4 109.8004.160519 . 7 3 N 所以 =44.6() 4 5 3 005 . 0 101 . 23 140 6 . 22464 dmm 由1表 5-3 选有肩导柱（GB4169.5-84） ，其其主要参数如下：(单位：)mm 0 . 1 0 . 21 0 5 . 1 0 2 . 0 060 . 0 090 . 0 2 021 . 0 002 . 0 1 025. 0 050 . 0 80,315, 8,71,63,63,50 LLsDddd 材料为 20 钢，渗碳 0.50.8mm 厚淬硬到 HRC56-60。 6.2 导套的选用 附图 3

41、附图 4 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：)mm 导套 1： 100,125,8,71,63,63,50 1 0 10 . 0 0 10 . 0 0 2 . 0 060 . 0 090 . 0 2 021 . 0 002 . 0 1 025 . 0 0 LLsDddd 导套 2： 38,46,8,71,63,63,50 1 0 10 . 0 0 10 . 0 0 2 . 0 060 . 0 090 . 0 2 021 . 0 002 . 0 1 025 . 0 0 LLsDddd 第 7 章 脱模机构的设计 5 7.1

42、 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。 7.2 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/

43、h7,配合长度一般为顶杆直径的（1.52）倍，但至少不 小于 15mm。 7.3 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： B K ftLE Q10 )1 ( )tan(cos2 式中 Q 脱模力（N） ； 塑料的拉伸模量，为 2000；EMPa 塑

44、料成型的平均收缩率,为 0.6%； 塑件的壁厚,为 2.5mm；t 被包型芯的长度，为 157.5mm；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。Kf B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（ ） ，当塑件底部有通 2 mm 孔时，10视为零。这里=BB 2 38340108113mm 所以可得： =11981.3QN 7.4 推杆长度计算 推杆总长度： 顶固顶动垫凸杆 hShhh)()( 21 式中 凸模的总高度，为 188； 凸 hmm 动模垫板的厚度，为

45、80； 动垫 hmm 顶出行程，为 175； 顶 Smm 顶杆固定板的厚度，为 20 顶固 hmm 1 富裕量，一般为（0.050.1），这里取 0.08;mmmm 顶出行程富裕量，一般为 36mm，这里取 4，以免顶出 2 mm 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 468mm。 杆 hmm 7.5 推杆强度计算与应力校核 1 7.5.1 圆形推杆直径d )( 64 4 3 22 cmQ Rn l d 式中 d 圆形推杆直径（cm） ； 推杆长度系数0.7; 推杆长度，为 46.8cm;l 推杆数量,定为 4 根；n E推杆材料的弹性模量（ ） ，钢

46、=； 2 /cmNE 7 101 . 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：）：mm 0 . 2 0 0 05 . 0 0 2 . 0 013 . 0 022 . 0 468,7,22,16 LSDd 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。 7.5.2 推杆应力校核 s dn Q 2 4 式中 推杆应力（） ； 2 /cmN s 推杆钢材的屈服强度，对于 45 钢，=32000 2 /cmN 。 s 所

47、以 =（ 2 /cmN ）,32000 2 . 33 104 3 . 119814 2 s 能保证推杆的正常工作。 7.6 推板厚度计算 354 . 0 EBy Q LH 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/cm 72 B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。 第 8 章 排溢、引气系统的设计 8.1 排溢设计 模具型腔在塑料充填过程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑料受热

48、或凝固而产生的低 分子挥发气体尤其是在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般是在塑料充填的同时，必 须将气体排出模外。否则，被压缩的气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产 生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体从型 腔中及时排出，可以采用开设排气槽等办法。 排气槽应开设在型腔最后被充满的地方。这里利用分型面的配合间隙排气。 8.2 引气设计 本设计制品为深腔壳形塑件,注射成型后,整个型腔由塑料填满,型腔内气体被挤出,此时塑件 的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空。当塑件脱模时，由于受到大气压力的作用造成脱 模困难，如采用强行脱模，势必使塑

49、件发生变形或损坏，影响塑件质量。 本设计中，除了四根顶杆的间隙可以引气之外，在动模也有四个镶块（用螺钉联结）,其间 隙可作引气之用。 第 9 章 冷却系统的设计 3 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。 9.1 冷却

50、通道的理论计算 9.1.1 热量计算 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)( 21 TTnmCQ 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/kg0C）,查表 8-26 可得 ABS 的比热容是C 1047（J/kg0C） ； 熔融塑料进入模腔的温度（0C） ； 1 T 制品脱模温度（0C） 。 2 T 每小时注射次数与注射周期有关，而注射周期（每

51、两次闭模的时间间隔）包括：nT 1 )(sTTTTT rcni 式中 充模时间，查表 5-49 得=6.8s; i T i T 升压及保压时间，=,当壁厚 s=2.5mm 时，代入可得 n T n T)2(3 . 0 2 ss =4.5s; n T 冷却时间，对于 ABS 塑料，查表 5-51 得壁厚为 2.5mm 时=13.7s；TcTc 其余时间，包括脱模取件及开闭模时间。这一段时间基本上与模内塑件Tr 的冷却无甚关系。因而时间不能固定，与人为因素有关系，所以计算冷却系统时，可不考虑Tr 。Tr 代入上述数据可计算得： )(25 sT 所以可得每小时注射次数为：，查可得其余各项值如下：n)

52、(144 6060 次 T 1 =316.3千克/每次，=1900C ，=550C。m 3 10 1 T 2 T 所以可得： .98（J/h） )55190(104710 3 . 316144 3 Q 9.1.2 冷却水量和管径的计算 冷却时所需要的冷却水量: )( 43 TT Q M 式中 通过模具的冷却水质量（） ；Mkg 出水温度（0C） ，这时定为 400C； 3 T 进水温度（0C） ，这里定为室温 200C； 4 T 导热系数（J/0C） ，查表 8-26 可得 ABS 的导热系m 3 数为 1055 J/0C。m 代入各数据可得： =（）M11.305 )2040(1055 98

53、.6437868 kg 根据冷却水处于湍流状态下的流速与水管道直径的关系，确定模具模具冷却水管道直vd 径。d 因为 Mvd 2 4 故有 )( 104 3 mm v M d 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 /mkg 所以可得： =，这时取=15。d)( 0 . 16 105 . 114 . 3 11.305104 3 3 mm dmm 第 10 章 侧向分型与抽芯机构设计 5 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

54、脱模。 10.1 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。 10.2 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 ）()hs mm 式中 抽芯距（） ；smm 塑件侧孔深度，为 2.5。hmm 所以可得： =2.5+2.5=5()。smm 10.3 抽芯机构各尺寸的确定 cos sin/ sH sL 式中 斜导槽的工作

55、长度（） ；Lmm 抽芯距，由上知=5；ssmm 斜导槽的倾斜角，实践证明取 22最为理想； 33 与抽芯距对应的开模距（） 。Hsmm 代入上述各数据可得： =13，=12。LmmHmm 10.4 抽芯力及抽芯所需开模力的计算 10.4.1 抽芯力的计算 )sincos(uchpFc 式中 抽芯力（） ； c FN 侧型芯成型部分的截面平均周长，为 5；c 3 10m 侧型芯成型部分的高度，为 2.5；h 3 10m 塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力） ，其值与塑件的几何形状及塑p 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）,取pPa 7 10 1。Pa 7 10 塑料

56、在热状态时对钢的摩擦系数，一般=0.150.2，取=0.18。uuu 侧型芯的脱模斜度，取= 1 代入以上各数据可得： =20.32。 c FN 两侧共有 48 个小孔，故其总需抽芯力为： 4 . 9754832.20NFc总N 10.4.2 抽芯所需开模力的计算 tan cos2 tk t w FF F F 式中 侧抽芯时斜导槽所受的弯曲力（） ； w FN 侧抽芯时的脱模力，=（） ； t F t F 总c FN 侧抽芯时所需的开模力（） 。 k FN 所以可得： =530，=400。 w FN k FN 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

57、模具的结构取一合理值即可。 10.5 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 C50。斜导槽与滑块配合部分的表面要求较高， 表面粗糙度。mRa8 . 0 附图 5 第 11 章 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: 3 A A3560*63020Z2GB/T125561990 但由于制品深

58、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 GB/T4169.884，材料：45 钢 GB/T 6991999； 动模座板：模板 GB/T4169.884，材料：45 钢 GB/T 6991999； 垫块： GB/T 4169.61984，材料：Q235A 钢 GB/T 7001988； 推板： GB/T 4169.71984，材料：45 钢 GB/T 6991999； 限位钉 8 GB/T 4169.9-1984，材料：45 钢 GB/T 699-1999。 第 12 章 模腔三维造型 CAD/CAM 12.1 构建零件实体造型

59、 分析制品的零件图可知,安全帽主要由帽体和帽檐两大部分组成。而帽体主要由一个长半轴 为 113mm，短半轴为 108mm 的半椭圆腔加上一个高为 60 的圆台空腔构成，其中帽的顶部有三 条加强肋，侧面有六块加强板肋，前后各有 24 个小孔。 使用 CAXA 制造工程师构建零件实体主要过程如下:旋转增料完成帽腔(只有外腔,内腔有待 抽壳完成)部分 ,同样采用旋转增料工具生成帽檐部分,只是此时草图绘制的平面须与前面作草 图的平面垂直,同时使用截剪命令得到帽舌形状。然后新建两个平面,通过拉伸增料在此二新建 平面完成帽顶三条加强肋。同理可得到帽侧身的六块加强板肋。最后再应用拉伸除料可得到帽 前后的通孔

60、。直至此,安全帽实体就基本上完成构建了。如 附图 6，附图 7 所示。 附图 6：安全帽背面 附图 7：安全帽正面 12.2 模腔分模 分型面取在零件的最大截面处。首先应将侧孔用曲面挡住。然后在 CAXA 制造工程师中应用 “型腔”命令并取 X 轴正负方向型腔壁厚均为 150，Y 轴正负方向型腔壁厚分别取为 135mm 、145，Z 轴正负方向型腔壁厚分别取为 45，40。最后在其中一侧面绘制一个mmmmmmmm 草图（沿着帽的底边投影线） ，应用“分模”命令，分别选取开模方向即可得上下型腔。如附图 8，附图 9 所示。 附图 8：模腔凹模 附图 9：型腔凸模 12.3 模腔模拟加工 本设计主