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XXXX學校
本科生畢業(yè)論文（設計）書
題目
安全帽注塑模具
設計及模腔造型CAD/CAM
（中英文）
Injection Mould Design and Modeling for Safety Helmet by using CAD/CAM
作者姓名
所在專業(yè)
機械設計制造及其自動化
所在班級
申請學位
指導教師
職稱
答辯時間
年 6 月 15 日
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題 目：
安全帽注塑模具設計及模腔三維造型CADCAM
學生姓名：
學 號：
院（系）：
專業(yè)班級：
指導教師：
201 年 月 日
開題報告填寫要求
1.開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2.開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3.有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2011年4月26日”。
一、課題來源、選題依據、課題研究目的、應用價值
安全帽注塑模具，是生活中的的必需品。結構較為簡單。而且充電電池座成型精度要求不高，較適合作為學生們的畢業(yè)設計。
研究該項目是為了對塑料模具設計過程進一步的熟悉，熟練運用軟件，例如UG，AUTO CAD。通過此次畢業(yè)設計，學生將對塑料模有更進一步的了解。
對于本次設計，學生將綜合運用所學知識，完成材料的選用、材料的工藝分析、模具結構設計、型腔型芯的結構尺寸，繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。在以后的設計模具時，學生就知道怎樣去以經濟較合理的方式去設計模具，讓學生對注塑模具的設計有進一步的了解。
二、課題研究的基本思路、研究的關鍵問題和研究手段（途徑）
對于安全帽注塑模具設計來說，我們首先要考慮我們所設計的產品是否符合制造要求，然后運用塑料模具設計基礎以及成型工藝的基礎知識，分析塑料件的性能要求，選擇出符合該制件的材料。之后型芯型腔尺寸與結構的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。
再此期間，我們將遇到很多問題，其中要研究的關鍵問題主要有塑料件材料的選用；型芯型腔尺寸與結構的確定；壓力機的選擇。
還有一些細節(jié)方面，也是我們此次設計中將遇到的的問題。比如開模行程，澆注系統的結構設計，開模時的限位方式。
通過老師的對塑料模相關知識的講解和翻閱很多有關塑料模具設計的書籍、文獻，我們會對上述的關鍵問題逐一解決。
三、論文的主體框架和主要內容概述
想要設計出一個較為完整的設計，必須掌握塑料模具設計基礎及塑料成型工藝的基礎知識，設計一套完整的塑料模設計一般按以下的步驟來完成：
1、塑件分析：1）塑件材料分析2）外形尺寸精度分析3）表面質量分析
2、成型工藝分析：1）塑件選材2）塑件的成型工藝參數確定
3、模具結構設計：1）分型面的選擇 2）型腔布局3）澆注系統的結構4）推出機構設計5）模架類型的選擇6）冷卻系統設計7）排氣系統設計8）開模順序設計
4、模具尺寸計算與注塑機選擇1）型芯型腔結構尺寸計算 2）模具結構尺寸計算3）初選注射機4）校核注塑機
5、模具裝配圖繪制
以上5點基本上包括了設計一套模具所需的步驟和要求。同時，在之后的設計過程中，我們將通過查閱大量資料、手冊、標準等，結合教材上的知識也對塑料模具的組成結構有了系統的認識。
四、論文工作進度與安排
起訖日期
工作內容
達到要求
畢業(yè)設計輔導，學生進行相關準備工作，選題并審批。
審批完成
教師統一下發(fā)任務書，學生根據任務書收集資料。
審核完成
學生撰寫開題報告，上交開題報告。教師指導。
初稿完成
學生完成畢業(yè)設計，并上報周記5次，教師指導
定稿完成
學生提交畢業(yè)設計材料（電子稿與紙質稿）。
材料上交完成
畢業(yè)設計答辯。
五、指導教師意見
指導教師：
年 月 日
六、所在專業(yè)負責人審查意見
專業(yè)負責人：
年 月 日
七、參考文獻閱讀清單（要求8篇以上）
序號
題 目（及作者）
出處
（書籍及出版社、期刊名及期刊卷期號等）
1
注塑模具應用設計（黃曉燕.許強）
電子工業(yè)出版社 2014
2
注塑成型實用手冊（劉朝福）
化學工業(yè)出版社2013
3
注塑模具設計基礎（王靜）
電子工業(yè)出版社2013
4
注塑成型工藝與模具設計（池成忠）
化學工業(yè)出版社2010
5
模具制造工藝（祁紅志）
化學工業(yè)出版社2015
6
注塑模具復雜結構100例（張維合）
化學工業(yè)出版社2010
7
注塑模具設計與制造技術300問（石世銚）
機械工業(yè)出版社2011
8
模具設計與制造簡明設計（馮炳堯）
科學技術出版社 2015
安全帽注塑模具設計及模腔三維造型CAD/CAM班級：4/23/20234/23/20231 1一 主要工作 模具結構設計。包括模具結構設計。包括:注射機的選擇，總體方注射機的選擇，總體方案設計，零部件的設計與選擇等方面。案設計，零部件的設計與選擇等方面。三維造型。包括：用三維造型。包括：用CAXA制造工程師在計制造工程師在計算機中構造安全帽零件實體并將模腔分模；算機中構造安全帽零件實體并將模腔分模；對模腔進行仿真加工；生成對模腔進行仿真加工；生成NC文件等。文件等。實體裝配。包括：使用實體裝配。包括：使用CAXA實體設計繪出實體設計繪出模具各零部件的實體；進行各零部件的裝配；模具各零部件的實體；進行各零部件的裝配；將裝配全過程及開合模、自動落料過程做成將裝配全過程及開合模、自動落料過程做成動畫。動畫。4/23/202324/23/20234/23/20233 3本設計的關鍵本設計主要需解決以下關鍵點:側孔的抽芯問題。包括：型芯布置方式,開合模與側向抽芯不干涉問題側面加強筋的形成問題:采用成型鑲塊，與動模板分開加工模具鋼的選擇與模腔的加工關系的問題:型腔較深,應選擇切削性能好的鋼材等4/23/20234二二 塑料制品的設計依據及選材塑料制品的設計依據及選材 1.建筑工地的環(huán)境比較復雜，漏洞比較多，佩戴安全帽，可以防止落物，又可以防止碰撞。因此對安全帽的性能要求就很明確：高強度,表面要硬，不易破損,不易擦傷。當然還要保證其造型美觀等要求。2.本設計采用ABS工程塑料。其特點是“堅韌、質硬、剛性”，而且原料易得，價格便宜。ABS即為在聚苯乙烯分子中導入了丙烯腈、丁二烯等異種單體后成為改性共聚物，也可稱為改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯優(yōu)越的使用性能和工藝特性。4/23/20234/23/20235 5三 注塑機的選用 從生產率考慮從生產率考慮n n依本產品的生產綱領（大批量生產），為提高生產率，依本產品的生產綱領（大批量生產），為提高生產率，擬選用臥式注射機。開模后塑件按自重落下，便于實擬選用臥式注射機。開模后塑件按自重落下，便于實現自動化操作；現自動化操作；從制品材料的成型條件考慮從制品材料的成型條件考慮 從制品材料的成型條件知其適用注射機類型為從制品材料的成型條件知其適用注射機類型為螺桿式或柱塞式均可。螺桿式或柱塞式均可。柱塞式注射機結構簡單，使用柱塞式注射機結構簡單，使用方便，通過料筒和活塞達到塑化與注射兩個基本作用。方便，通過料筒和活塞達到塑化與注射兩個基本作用。但控制溫度和壓力比較困難。但控制溫度和壓力比較困難。由制品體積計算注射機的最大注射量由制品體積計算注射機的最大注射量 制品所需注射量為制品所需注射量為371.6 371.6 立方厘米立方厘米綜上，選用綜上，選用XS-ZY-1000XS-ZY-1000型臥式注射機型臥式注射機 4/23/20234/23/20236 6四四 澆注系統的設計澆注系統的設計 安全帽的結構特點是大而深的殼體零件。為此擬定直接澆口澆注。直接澆口是直接和主流道連接，由主流道直接進料。由于澆口尺寸大，熔體壓力損失小，流動阻力小，進料快，容易成型，適用于任何塑料。因流程短，壓力傳遞好，熔體從上端流向分型面（底端），有利于排氣和消除熔接痕。4/23/20237五 分型面的確定 u從制品的形狀出發(fā)，確定分型面主要從以下四個方面進行考慮：確保塑件表面要求：分型面應盡可能選擇在不影響塑件外觀的部位以及塑件外觀的要求，而且分型面處所產生的飛邊應容易修整加工。考慮鎖模力：盡可能減少塑件在分型面上的投影面積。模具的分型面尺寸在保證一定的型腔不溢料邊距的情況下，應盡可能減小分型面接觸面積，從而可以增加分型面的接觸應力，防止溢料，并簡化分型面的加工?？紤]模板間距：該塑件的高度為160mm，而底面橢圓尺寸為280mmX260mm。故選擇高度方向可將模板間距減小到最小。便于排溢：為了有利于氣體的排出，分型面盡可能與料流的末端重合。綜上四點，根據制品的形狀，應選用單分型面，以制品的最大端面作為分型面。4/23/20238六六 模具鋼的選擇原則模具鋼的選擇原則塑件的生產批量塑件的生產批量 模具是高效率的生產工具。每一付模具的使用壽命，直接模具是高效率的生產工具。每一付模具的使用壽命，直接關系到制件的成本。而每一種產品的預計產量，又因市場關系到制件的成本。而每一種產品的預計產量，又因市場需求而定。需求而定。在考慮設計模具時，除了每模的型腔數之外，就要考慮其在考慮設計模具時，除了每模的型腔數之外，就要考慮其使用壽命。最理想的情況是當模具壽命終了時，該產品正使用壽命。最理想的情況是當模具壽命終了時，該產品正好退出市場。但這實際很難推斷，因為市場需求是變化莫好退出市場。但這實際很難推斷，因為市場需求是變化莫測的。測的。塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度 塑件的尺寸精度，有塑件的尺寸精度，有50%50%取決于模具。而模具的制造精度取決于模具。而模具的制造精度及耐磨損性能又決定制件的合格率。及耐磨損性能又決定制件的合格率。4/23/20234/23/20239 9 制件的復雜程度制件的復雜程度 制件越復雜，型腔的加工就越難，因而必須選用切削性能好的鋼材。制件越復雜，型腔的加工就越難，因而必須選用切削性能好的鋼材。制件復雜程度高，表現在制件圖樣上的尺寸數目多，加工部位多。制件復雜程度高，表現在制件圖樣上的尺寸數目多，加工部位多。因而加工的應力變形必須考慮。因而加工的應力變形必須考慮。制件的體積大小制件的體積大小 制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削時，切削應力也制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削時，切削應力也大。因而對于大制件的模具最好選用易切鋼。制件小時，型腔體積大。因而對于大制件的模具最好選用易切鋼。制件小時，型腔體積小，所用的刀具（主要是銑刀）強度低，切削量很小。選擇鋼材時小，所用的刀具（主要是銑刀）強度低，切削量很小。選擇鋼材時應選用質地均勻，合金碳化物分布細而均稱的鋼材。小模具多先作應選用質地均勻，合金碳化物分布細而均稱的鋼材。小模具多先作預硬化處理后加工，要考慮加工的可能性。預硬化處理后加工，要考慮加工的可能性。制件的光觀要求制件的光觀要求 塑件如為外觀裝飾件，則表面的質量好壞能很大程度上影響產品的塑件如為外觀裝飾件，則表面的質量好壞能很大程度上影響產品的銷售，凡對塑件外觀有嚴格要求的塑件，最好選用真空熔煉或電渣銷售，凡對塑件外觀有嚴格要求的塑件，最好選用真空熔煉或電渣熔煉鋼，以達到最好的型腔拋光效果。熔煉鋼，以達到最好的型腔拋光效果。4/23/20234/23/20231010選用模具鋼：選用模具鋼：3Cr2Mo(P20)加工前先進行調質處理,硬度為2835HRC（即預硬化）P20為我國引進美國通用的塑料模具鋼，預硬化后硬度HRC2835。用于中、小型熱塑性塑料注射模。真空熔煉的品種可以拋光成鏡面光澤?？估瓘姸燃s為1330。4/23/20234/23/20231111七 抽芯機構設計 為提高生產率，選用機動側向分型與抽芯機構，利用注射機開模力作為動力，通過斜導槽、滾筒和滑塊等零件，使力作用于側向成型零件而把活動型芯從塑料制品中抽出，合模時又靠它使側向成型零件復位。4/23/202312零件實體造型設計零件實體造型設計4/23/202313九九 模腔分模模腔分模 4/23/202314十十 模腔模擬加工模腔模擬加工 零件的加工一般分為粗加工、半精加工和精加工三個階段進行。由于本設計零件表面及尺寸均要求不高，故這里只進行粗加工和精加工兩部分。保證表面粗糙度Ra3.2，精度要求為8級。12.3.1 零件的粗加工本設計中的模腔凹模特點為深又大，故粗加工的目的是切除大部分的材料，刀具受力必然很大，因而需選用直徑較大的刀具。12.3.2 零件的精加工精加工的目的是保證精度，因此，精加工切削余量小，刀具的直徑須選用較小值。球銑刀。4/23/202315十一 模具分模4/23/20234/23/20231616致 謝 衷心感謝XX老師和XX老師在畢業(yè)設計全過程對本人的悉心指導4/23/20234/23/20231717結尾歡迎各位老師指教！謝謝！4/23/20234/23/20231818模具設計任務書
畢業(yè)論文（設計）任務的內容和要求
（包括原始數據、技術要求、工作要求）
一、設計題目：
二、設計依據：1、生產綱領：大批量生產
2、產品零件圖
3、國家有關注射模具設計標準
三、設計要求：
一）成形的模具能自動脫模
1、 選擇所用注射機
2、 合理選擇總體設計方案，在滿足生產效率的條件下，力求結構設計簡單緊湊，工藝性好、經濟性好。
3、 為了經濟地生產注射模具，要熟悉國家有關標準，盡量選用標準零部件，或利用大量已被加工至接近合格尺寸的標準零部件。
4、 對模具總體設計中所涉及到非標準零件要進行適當設計。
二）模腔的計算機輔助設計/制造
1、用三維CAD軟件構建零件的實體模型
要求所構建的模型美觀、無錯誤。
2、合理選擇分模面，對所構建的模型正確分模。
3、 CAM軟件對上下模型腔進行銑削模擬加工，生成刀具路徑。需確保所生成的刀具路徑能完善地加工出上下模腔，不允許有粗劣的刀路，保證一定的加工精度。
要求：（1）較好地構建加工輔助線、面。
（2）確定合理的粗、精加工工序數。
（3）對每道加工工序，正確地選擇加工方法，并正確地選擇刀具和加工參數，如刀具半徑、刀具轉速、進給速度、走刀刀距、走刀方向、切削深度等。
（4）查看刀具路徑，能從中發(fā)現三維造型或加工中的錯誤，并進行修正。
4、 對所生成的刀具路徑進行模擬仿真。
5、 對刀具路徑進行后置處理，生成NC文件。
圖紙內容及張數
產品零件圖 1張
模具總體裝配圖 1張
凹、凸模零件圖 1張
非標準零件圖 若干張
補充零件加工圖 若干張
實物內容及要求
無
其 他
1、設計說明書（10000字左右） 1份
2、零件和整體模具的三維CAD、型腔CAM和NC加工程序的電子文件 1套
3、總設計圖紙兩張左右零號圖
參考文獻
1.《塑料模具設計》
機械工業(yè)出版社
2.《模具標準應用手冊》
機械工業(yè)出版社
3.《實用塑料注射模設計與制造》
機械工業(yè)出版社
4.《模具設計與制造簡明手冊》
上?？萍汲霭嫔?
5.《注射成型模具設計108例》
中國輕工業(yè)出版社
6.《機械零件設計手冊》
冶金工業(yè)出版社
7.《機械設計手冊》
化學工業(yè)出版社
8.《模具技術》
上海交通大學出版社
9.《CAXA制造工程師ＸＰ用戶手冊》
北京北航海爾軟件有限公司
10.CAXA三維電子圖板使用案例教程
機械工業(yè)出版社
畢業(yè)論文（設計）進度計劃
起訖日期
工 作 內 容
備注
3.28~4.10
調研、資料收集、熟悉設計任務、繪制產品零件圖
4.11~4.17
模具總體結構方案設計
4.18~4.27
模具具體數據的設計計算
4.28~5.7
設計模具總體裝配圖和非標準零件圖
5.8~5.15
使用三維輔助設計軟件進行產品零件設計
5.16~5.24
自動生成模型型腔及型芯，使用CAM軟件進行仿真加工、生成NC文件
5.25~5.31
整理說明書
6.1
交全部設計資料，準備答辯
說明：各位同學需根據自己的具體題目另做進度計劃，本計劃僅供參考。
摘 要 本文主要講述了安全帽注塑模的設計。內容包括制品材料的選擇及材料性能的分析、注射 機的選用、澆注系統、成型零件、冷卻系統和抽芯機構的設計等部分。除此之外，還包括模具 型腔的 CAD/CAM 部分，并利用先進軟件將其加工部分直接生成 NC 文件。本文強調利用現代 計算機輔助設計制造技術，運用了 Pro/E、CAXA 等國內外著名軟件進行輔助設計。既保證了產 品的質量，還大大地提高了制造生產率，縮短了產品更新的周期。 關鍵詞：安全帽；注塑模；CAD/CAM。 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 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 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維造型 CAD/CAM 目 錄 目 錄............ ................................................................................................................................... 中文摘要.................. ...................................................................................................................................2 Abstract.....................................................................................................................................................3 第 1 章 緒論 .............................................................................................................................................4 第 2 章 零件材料的選擇及材料性能分析 .............................................................................................4 2.1 塑料制品的設計依據及選材依據 ......................................................................................................4 2.2 塑件體積估算 ......................................................................................................................................5 2.3 塑件質量計算 ......................................................................................................................................5 第 3 章 注射機的選用及校核 .................................................................................................................5 3.1 注射機的選用 ......................................................................................................................................5 3.1.1 按生產率 ....................................................................................................................................5 3.1.2 按成型條件 ................................................................................................................................5 3.1.3 按制品體積 ................................................................................................................................5 3.2 注射機有關工藝參數的校核 ..............................................................................................................6 3.2.1 注射壓力的校核 ........................................................................................................................6 3.2.2 鎖模力的校核 ............................................................................................................................6 3.2.3 模具閉合厚度的校核 ................................................................................................................6 3.2.4 開模行程校核 ............................................................................................................................7 第 4 章 澆注系統設計 .............................................................................................................................7 4.1 按制品特點選擇澆注形式 ..................................................................................................................7 4.2 澆口套的設計 ......................................................................................................................................8 4.3 定位圈的設計 ......................................................................................................................................8 第 5 章 成型零件的設計 .........................................................................................................................8 5.1 型腔數的確定 ......................................................................................................................................8 5.2 成型零件的結構設計 ..........................................................................................................................8 5.2.1 凹模（型腔）結構設計 ............................................................................................................9 5.2.2 凸模（型芯）結構設計 ............................................................................................................9 5.3 分型面的確定 ......................................................................................................................................9 5.3.1 確保塑件表面要求 ....................................................................................................................9 5.3.2 考慮鎖模力 ................................................................................................................................9 5.3.3 考慮模板間 ................................................................................................................................9 5.3.4 便于排溢. ...................................................................................................................................9 5.4 成型零件工作尺寸的計算 ..................................................................................................................9 5.4.1 型腔內徑尺寸的計算. ...............................................................................................................9 5.4.2 型腔深度尺寸的計算（凹模深度計算）. .............................................................................10 5.4.3 型芯徑向尺寸的計算（凸模徑向尺寸）. .............................................................................10 5.4.4 型芯高度尺寸的計算. .............................................................................................................10 5.5 模具型腔側壁和底板厚度的計算 ....................................................................................................11 5.5.1 側壁的理論寬度計算. .............................................................................................................11 5.5.1.1 按剛度計算. ...........................................................................................................................11 5.5.1.2 按強度計算. ...........................................................................................................................12 5.5.2 型腔的理論底部厚度計算. .....................................................................................................12 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 5.5.2.1 按剛度計算. ...........................................................................................................................12 5.5.2.2 按強度計算. ...........................................................................................................................12 5.6 模板設計 ............................................................................................................................................12 第 6 章 合模導向機構的設計 ...............................................................................................................13 6.1 導柱直徑的計算及選用 .....................................................................................................................13 6.2 導套的選用 .........................................................................................................................................14 第 7 章 脫模機構的設計 .......................................................................................................................15 7.1 結構形式設計 ....................................................................................................................................15 7.2 頂桿布置形式 ....................................................................................................................................15 7.3 脫模力的計算 ....................................................................................................................................15 7.4 推桿長度計算 ....................................................................................................................................16 7.5 推桿強度計算與應力校核 ................................................................................................................16 7.5.1 圓形推桿直徑 ...........................................................................................................................16 7.5.2 推桿應力校核 ...........................................................................................................................16 7.6 推板厚度計算 ....................................................................................................................................17 第 8 章 排溢、引氣系統的設計 ...........................................................................................................17 8.1 排溢設計 ......................................................................................................................................17 8.2 引氣設計 ......................................................................................................................................17 第 9 章 冷卻系統的設計 .......................................................................................................................17 9.1 冷卻通道的理論計算 ........................................................................................................................18 9.1.1 熱量計算 ..................................................................................................................................18 9.1.2 冷卻水量和管徑的計算.................. ........................................................................................18 第 10 章 側向分型與抽芯機構設計 .....................................................................................................19 10.1 側向分型與抽芯機構的選用 ...........................................................................................................19 10.2 抽心距的計算 ...................................................................................................................................19 10.3 抽芯機構各尺寸的確定 ...................................................................................................................19 10.4 抽芯力及抽芯所需開模力的計算 ...................................................................................................20 10.4.1 抽芯力的計算 ........................................................................................................................ 20 10.4.2 抽芯所需開模力的計算 .........................................................................................................20 10.5 型芯結構布置設計及其它部件選材 ...............................................................................................20 第 11 章 模架選擇 .................................................................................................................................21 第 12 章 模腔三維造型 CAD/CAM .....................................................................................................21 12.1 構建零件實體造型 ..........................................................................................................................21 12.2 模腔分模 ..........................................................................................................................................21 12.3 模腔模擬加工 ..................................................................................................................................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 鳴 謝 .....................................................................................................................................................23 參考文獻 ...................................................................................................................................................24 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 專業(yè)：模具設計與制造 學號：071014130 姓名：吳曦陽 指導老師：秦立慶 第 1 章 緒論 這是一篇關于安全帽注塑模具設計及模腔三維造型 CAD/CAM 的畢業(yè)設計說明書。 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料注射模已經成為制造塑料制造品的主要手段之一，且發(fā)展成為 最有前景的模具之一。實際上，塑料制品是目標，塑料注射模是實現目標的一種手段，所以不 能“孤立地為模具而只考慮模具” ，應從系統工程角度出發(fā)，把塑料注射模作為塑料注射成型加 工系統中的一個環(huán)節(jié)，這樣在設計與制造塑料注射模時，就應把這個系統中的其他環(huán)節(jié)作為塑 料注射模設計與制造的考慮因素。本文從零件出發(fā)，詳細講述了模具設計各部分，直到模腔三 維造型的仿真加工完成這整一個過程。 第 2 章 零件材料的選擇及材料性能分析 2.1 塑料制品的設計依據及選材依據 1 安全帽、安全帶、防護網，被稱為施工安全防護的“三寶” 。建筑工地的環(huán)境比較復雜，漏 洞比較多，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，關鍵時候安全 帽會發(fā)揮很大的作用。因此對安全帽的性能要求就很明確：硬度高,不破損,不擦傷。其使用要求 也較高：不僅漂亮瀟灑、造型美觀，而且完全符合國標 GB2811-89 要求。經過+50-10， 高低溫及淋水處理后，沖擊吸收性能，耐穿透性能，剛性強度，電絕緣性能，均能達到或超過 安全使用要求。 本設計帽殼采用昂貴的日本進口超高抗沖 ABS 工程塑料，彈性好，強度高，安全性能特好。 加寬帽沿加強肋，使帽殼整體更堅固。帽殼前后還有透氣孔，佩戴起來通風，使人感覺舒適。 ABS（Acrylonitrile/butadiene/styrene compolymer）即為在聚苯乙烯分子中導入了丙烯腈、丁 二烯等異種單體后成為改性共聚物，也可稱為改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯優(yōu)越的使用性能 和工藝特性。其流動性中等，隨溫度變化較大：料溫高則流動性增大。所以成型時宜調節(jié)溫度 來控制流動性。模具設計時應根據所用塑料的流動性，選用合理的結構。成形時也可控制料溫、 模溫及注射壓力、注射速度等因素來適當地調節(jié)成型需要。其具體的成型條件如下表 1 所示： 表 1：ABS 塑料成型條件 適用 注射機 類型 密度 (g/cm )3 注射 壓力 (MPa) 螺桿 轉速 (r/min) 計算收 縮率 (%) 模具溫 度 (0C) 預熱 吸水率 24h (%) 拉伸屈 服強度 (MPa) 抗拉屈 服強度 (MPa) 噴嘴 溫度 (0C) 溫度 0C 時間 /h 螺桿 柱塞式 均可 1.031. 07 60 100 30 0.30. 8 5080 808 5 23 0.3 1800 50 170 180 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 2.2 塑件體積估算 按制品尺寸要求在 “CAXA 制造工程師”軟件畫出零件實體，然后點擊 “工具”“查 詢”“零件屬性”即可得出制品所需的塑件體積為 297285.996 。3m 2.3 塑件質量計算 ABS 的密度為 1.031.07 g/cm 取 =1.05 g/cm33 塑件質量 M= V=1.05 g/cm 297285.996 cm =311.85 g10 第 3 章 注塑機的選用 3.1 注射機類型的選擇 1 3.1.1 從生產率考慮 依本產品的生產綱領（大批量生產） ，為提高生產率，擬選用臥式注射機。其優(yōu)點如下： 開模后塑件按自重落下，便于實現自動化操作； 螺桿式注射裝置塑化能力大、均勻，注射壓力可達 70008000 ，壓力損失小，塑2cmN 件內壓力、定向性小，減少變形和開裂傾向。 3.1.2 從制品材料的成型條件 從制品材料的成型條件知其適用注射機類型為螺桿式或柱塞式均可。柱塞式注射機結構簡 單，使用方便，通過料筒和活塞達到塑化與注射兩個基本作用。但控制溫度和壓力比較困難。 螺桿式注射成型機由一個螺桿和一個料筒組成。塑料依靠螺桿在料筒內的轉動而加熱塑化，提 高了注射成型質量，并可增大注射量，擴大了注射成型塑料的范圍。因此得到了廣泛的應用。 3.1.3 由制品體積計算注射機的最大注射量 設計模具時，應使成型制品每次所需注射量總量 小于注射機的最大注射量 。即件V注V件 %80注 式中： 塑件與澆注系統的體積（ ） ；件V3cm 注射機的注射量（ ） ；注 最大注射容量的利用系數。%80 而由上知 為 297285.996 （合 297.3 ，所以可得：件 3)3c /注V件 %80 通過計算可得： 371.6 。注 3cm 綜上所述，只能選擇螺桿式注射機（ 60 ） 。結合本國國情，初選國產 XS-ZY-注 1000 型臥式注射機。該注射機的主要技術參數如下表 2 所示： 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 表 2：XS-ZY-1000 型臥式注射機主要技術參數 最大理論 注射量（ ）3cm注射方式 最大 開模 行程 注射速 率 （g/s） 最大模 具厚度 （ m ） 螺桿直 徑 （ ） 最小模具 厚度 （ m ） 注射壓 力 （Mpa ） 鎖模力 （KN ） 模具定 位孔直 徑 （mm ） 噴嘴球 半徑 （ m ） 1000 螺桿 式 700 70 700 70 300 10800 4500 150 18 3.2 注射機有關工藝參數的校核 3.2.1 注射壓力的校核 塑件成形所需的注射壓力應小開或等于注射機的額定注射壓力，其關系按下式校核 成p注 式中 塑件成型所需的注射壓力（Mpa）成 所選注射機的額定注射壓力（Mpa）注 已知 =60100(Mpa); =10800（Mpa）成p注 所以滿足 成p注 3.2.2 鎖模力的校核 模具所需的最大鎖模力應小于或等于注射機的額定鎖模力，其關系按下式校核： （ ）10AkpCFkN 式中 安全系數，常取 =1.11.2，這里取值 1.1; 熔融塑料在型腔內的平均壓力（ 。根據經驗，型腔內Cp )MPa 平均壓力 常取 2040 。這里取 30 ；CpMPaPa A塑件與澆注系統在分型面上的總投影面積（ cm ） ；2 注射機額定鎖模力。 F 已知 A b 式中 a橢圓長半軸，取 140mm; b橢圓短半軸，取 130mm， 所以 A = 即：),(12.573014. m F )(84.6. kN 所選注射機的鎖模力 F=4500 1886.84 ,所以所選注射機滿足鎖模力要求。kNk 3.2.3 模具閉合厚度的校核 模具閉合時的厚度在注射機，動、定模板的最在閉合高度和最小閉合高度之間，其關系按 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 下式校核： minHmax 式中 注射機允許的最小模具厚度（mm）in 模具閉合厚度（mm） 注射機允許的最大模具厚度(mm)ax 已知 = 300 mm， =700 mm，minHm 初步可設 =H其 他動推 桿 行 程定 hh 式中 定模的高度，比制品高度高，初取為 200mm；定h 推桿行程，比制品高度略高，初取為 170mm；推 桿 行 程 動模不包括制品型腔部位的高度，初取為 40；動 其他厚度包括動定模板厚度、支承板厚度等，取為其 他 200mm。 代入上述數據可得： =200+170+40+200=610(mm)mH 所以模具閉合時的厚度能滿足要求，即： =300 =610< =700（mm ）inax 3.2.4 開模行程校核 ： 3 5L21（）） （ m0 式中 脫模距離（ ） ，這里為 157.5 ；1 1H 包括澆注系統在內的制品高度（ ） ，這里為 190 ；2H2Hm 注射機開模行程（即移動模板行程） （ ） 。 已知所選注射機最大開模行程 =700 ,故而可知 157.5+190+5.5353（ ）,能滿足要求。L 液壓機械式鎖模機構的最大開模行程由連桿機構的最大行程決定。而與模具厚度無 關。 第 4 章 澆注系統的設計 澆注系統是熔融塑料從注射機噴嘴到型腔的必經通道，它直接關系到成型的難易和制品的 質量，是注射模設計中的重要組成部分。其作用是使熔融塑料平穩(wěn)、有序地填充到型腔中去且 把壓力充分地傳遞到各個部位，以獲得組織致密、外形清晰、美觀的制品。 4.1 按制品特點選擇澆注形式 安全帽的結構特點是大而深的殼體零件。為此擬定直接澆口類型。直接澆口是直接和主流 道連接，由主流道直接進料。由于澆口尺寸大，熔體壓力損失小，流動阻力小，進料快，容易 成型，適用于任何塑料。因流程短，壓力傳遞好，熔體從上端流向分型面（底端） ，有利于排氣 和消除熔接痕。 由直澆口的特點（加工薄壁塑件時，澆品根部的直徑最多等于塑件壁厚的兩倍）確定澆品 根部直徑為 m5。 主流道的一端常設計成帶凸臺的圓盤，其高度為 510mm ，這里定為 8mm，并與注射機固 定模板的定位孔間隙配合。襯套的球形凹坑嘗試常取 35mm ，這里取 4mm。半錐角 1 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM ，這里取 。主流道大端處應呈圓角，其半徑常取 ，這里取 2mm。32 1rm3 已知注射機相關參數如下：注射機固定模板的定位孔半徑 R=75mm,機床噴嘴孔徑 ，噴嘴圓弧半徑 ，那么澆口套主要尺寸可計算得：,1mDmR18 , (2R9) 5.0(2D 。如附圖 1 所示。5.3) 在保證塑件成型良好的前提下，主流道的長度 L 盡量短，否則將會使主流道凝料增多，塑料耗量 大，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射 成型通常主流道長度 L 可小于或等于 60mm。 4.2 澆口套的設計 由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞， 所以模具的主流道部分通常設計成可拆卸更換的主流 附圖 1 道襯套，以便選用優(yōu)質鋼材（如 T8A 等）單獨加工和熱處理（硬度為 5357HRC） ，或用 45，50，55 等鋼表面淬火（ 55HRC） 。其主要作用是： 第一,使模具安裝時進入定位孔方便而在注塑機很好地定位，與注塑機噴嘴孔吻合，并能經 受塑料的反壓力，不致被推出模具； 第二,作為澆注系統的主流道，將料筒內的塑料過渡到模具內，保證料流有力暢通地到達型 腔，在注射過程中不應有塑料溢出，同時保證主流道凝料脫出方便。 4.3 定位圈的設計 其直徑 D 為與注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔走私確定。直徑 D 一 般比注射機定位孔直徑小 0.1 以便于安裝。定位圈一般采用 45 或 Q235 鋼。用兩個以m3.0 上的 M6-M8 的內六角螺釘固定在模板上。 第 5 章 成型零件的設計 5.1 型腔數的確定 根據制件的幾何形狀、材料、注射類型及生產批量通過經驗圖確定型腔數為單腔；為避免 出現飛邊，要求注射壓力以及鎖模力作用在主流道中心。 5.2 成型零件的結構設計 5.2.1 凹模（型腔）結構設計 凹模是成形塑件外形的主要部件，結構隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。本設計中 的制品形狀比較簡單，宜設計成完全整體凹模，其特點是強度、剛度好，結構簡單，牢固可靠， 不易變形，成型的塑件質量較好。 5.2.2 凸模（型芯）結構設計 凸模是成型塑件內形的成型零件，型芯是成型塑件上孔的成型零件，兩者并無嚴格的區(qū)別。 分析制品的形狀特點：四周均布有 4 個方孔，兩側有 48 個小孔。故而應設計成完全整體式凸模 +局部鑲拼嵌入，即在大凸模上又局部鑲拼嵌入了小凸模。48 個小孔的型芯與模板的連接方式見 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 下圖示。 5.3 分型面的確定 從制品的形狀出發(fā)，確定分型面主要從以下四個方 面進行考慮： 5.3.1 確保塑件表面要求：分型面應盡可能選擇在不 影響塑件外觀的部位以及塑件外觀的要求，而且分型面 處所產生的飛邊應容易修整加工。 5.3.2 考慮鎖模力：盡可能減少塑件在分型面上的投 影面積。模具的分型面尺寸在保證一定的型腔不溢料邊 距的情況下，應盡可能減小分型面接觸面積，從而可以 增加分型面的接觸應力，防止溢料，并簡化分型面的加 工。 5.3.3 考慮模板間距：該塑件的高度為 160mm，而底 附圖 2 面橢圓尺寸為 280mm 260mm。故選擇高度方向可將模板間距減小到最小。 5.3.4 便于排溢：為了有利于氣體的排出，分型面盡可能與料流的末端重合。 綜上四點，根據制品的形狀，應選用單分型面，以制品的最大端面作為分型面。如附圖 2 所示。 5.4 成型零件工作尺寸的計算 制品尺寸能否達到圖紙尺寸要求與型腔、型芯的工作尺寸的計算有很大的關系。成型零件 工作尺寸的計算有很多，這里以塑件平均收縮率為基準的計算方法計算成型零件的工作尺寸。 計算模具成型零件最基本的公式為： AQm 式中 模具成型零件在室溫（20 ） 時的尺寸（ ） ；mACm 塑料制品在室溫時的尺寸（ ） ； 塑料的平均收縮率，對于 ABS 為 0.5%0.8%，這里取 0.6%Q 5.4.1 型腔內徑尺寸的計算 模具的開腔內徑尺寸是由制品的外徑尺寸所決定。設制品的外徑名義尺寸為 D 是最大尺寸， 其公差為負偏差（如非應進行轉換） 。制品的平均徑向尺寸?。― 。考慮到收縮率，其收）2 縮量為（D 。）2Q 設型腔內徑名義尺寸 為最小尺寸，其公差 為正偏差，則其平均值為 + ?？紤]MZMZ 到型腔工作過程中最大磨損量 ，取平均值為 ，則有：C2C 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM + （D +（D M2Z））2QC 對于中小型制品，可取 ， ，代入上式，得：Z3C6 + （D +（D M2）2） 62C 對上式化簡可得： D+D Q43 因為 與其它各項相比很小，可略去，加上制造偏差，則得模具型腔內徑計算公式為：2Q （D+D ） （ ）MDZm 式中 型腔的內徑尺寸（ ） ； D制品的最大尺寸（ ） ； 制品公差，這里取 0.48 ； 塑料的平均收縮率（%） ，這里取 0.6%；QQ 3/4系數，可隨制品精度變化。一般取 0.50.8 之間。若制品偏 差大則取小值，若制品偏差小則取大值。這里取 0.6； 模具制造公差，一般取（1/61/4） 。這里取 0.2 。Z m 由上式易得： 制品總長： （280+280 0.6 0.48） 281.4 （ ） ；MLD6.02.02.0 橢圓短軸長： （205+205 0.6 0.48） 205.9 （ ） ； 橢圓長軸長： （226+226 0.6 0.48） 227.1 （ ） 。C%... 同理可得如下計算公式，推導過程從略。 5.4.2 型腔深度尺寸的計算（凹模深度計算） ZQh)32H1M （ 式中 型腔深度尺寸（ ） ；m 制品高度最大尺寸（ ） 。1h 其余參數同上。 代入各數據可得： （160+160 ）160.6 （ ） 。M2.0483%6.0） 2.0m 5.4.3 型芯徑向尺寸的計算（凸模徑向尺寸） （ ）ZQDd)(1 式中 型芯外徑尺寸（ ） ；Mm 制品內徑最小尺寸（ ） 。1 代入各數據可得： 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 橢圓短軸長： （200+200 201.5 （ ） ；MDd2.0486.%.0） 2.0m 橢圓短軸長： （221+221 222.6 （ ） 。C ） 5.4.4 型芯高度尺寸的計算 ZQHhM)3(1 式中 型芯高度尺寸（ ） ；m 制品深度最小尺寸（ ） 。1H 代入各數據可行： （157.5+157.5 158.8 （ ） 。Mh2.0483%6.0） 2.0m 5.5 模具型腔側壁和底板厚度的計算 塑料模在注射成型過程中，由于注射成型壓力很高，型腔內部承受熔融塑料的巨大壓 力，這就要求型腔要有一定的強度和剛度，如果模具型腔的強度和剛度不足，則會造成模具的 變形和斷裂。 實踐證明，在型腔壁厚計算中，對于大尺寸型腔來說，剛度是主要矛盾，應按剛度計算； 對于小尺寸型腔而言，因為在發(fā)生大的彈性變形以前，其內應力往往超過許用應力，所以強度 是主要矛盾，應按強度計算。但由于分界尺寸不明確，故只好剛度、強度均作計算值并取其大 值。 5.5.1 側壁的理論寬度計算 5.5.1.1 按剛度計算 7 A 求系數 c: C= 1lhf 式中 c系數； h凹模型腔的深度（cm） ； 凹模型腔的寬度（cm） ；1l 注：計算 c 時，先確定 h， 的值，然后單擊 h/ 文本框，再單擊 c 文本框自動通過曲線1l 圖計算出系數 c。 因為 h=15.75 cm, =22.6 cm。代入可求得 c=0.13151l B 求系數 = 12lf 式中 系數； 凹模型腔短邊長度（cm） ；2l 凹模型腔長邊長度（cm） ；1 注：計算 時，先確定 ， 的值，然后單擊 / 文本框，再單擊 文本框自動調用曲1l 2l1 安全帽注塑模具及注塑模腔三維造型 CAD/CAM 線圖計算出系數 。 因為 =21.6cm; =22.6cm.。代入可求得 = 0.6053.2l1l C 求凹模側壁的理論寬度 b=h3yEcph 式中 b凹模側壁的理論寬度（cm） ； h凹模型腔的深度（cm） ； p凹模型腔內的熔體壓力（ MPa） ； y凹模長邊側壁的允許彈性變形量（cm） ； 一般塑件 y=0.005； 精密塑件 y塑件壁厚的成形收縮量； 尼龍塑件 y=0.00250.003； c系數 系數 E鋼材的抗拉彈性模量，一般中碳鋼 E=2.1 MPa；510 預硬化塑料模具鋼 E=2.2 510 因為 h=15.75cm,p=30MPa,y=0.005cm。代入可求得： b=7.14cm=71.4mm 5.5.1.2 按強度計算 2 )12(prbP 式中 凹模型腔內孔半徑，為 110mm；r 材料許用應力，為 320 ；PMa 其余參數同上。代入計算可得：b=12