云呢拿安全帽注射模设计概述

2020年12月30日发(作者：初生婴儿胀气有什么症状)
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毕业设计(论文)




安全帽注射模设计
Safety helmet injection mold design





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本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名： 日期： 年 月 日

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论文作者签名： 导师签名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
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摘要
本文主要介绍了安全帽注塑模设计。设计的容包括产品材料选择及材料性能分析、注
射机选用、成型零件、浇注系统、冷却系统和抽芯机构的设计等部分，除此之外，还包含
模具型 腔的CADCAM设计，并使用特定软件将其加工部份直接生成NC文件。本文强调使
用先进计算机辅助 设计制造技术，使用ProE、CAXA等国外著名设计软件进行辅助设计。
又确保了产品的质量，还大 提升了制造的生产率，缩短了产品生产更新的周期。

关键词：安全帽；注塑模；CADCAM























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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 CADCAM 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 ProE,
CAXA, to design. Through this, it not only guarantees the performance, but also
raises working efficiency greatly and shortens the production cycle.

Keywords

safety helmet injection mould CADCAM





















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目 录
摘要 ......................................... ............................... I
Abstract ... .................................................. .............. II
目 录 .................. ............................................... 1
1 绪论 ........................................ ............................. 1
2 制造零件材料的选择及其材料性能的分析 ..................................... 2
2.1 塑料产品的设计依据及选材依据 .......................... 错误!未定义书签。
2.2 产品体积估算 .......................................... 错误!未定义书签。
2.3 产品质量计算 .......................................... 错误!未定义书签。
3 注塑机的选用 ........................... ................................... 2
3.1 注射机类型的选择 ...................................... 错误!未定义书签。
3.1.1 从生产率考虑 ....................................... 错误!未定义书签。
3.1.2 从产品材料的成型条件 ............................... 错误!未定义书签。
3.1.3 通过产品的体积算出注射机的最大注射量 ............... 错误!未定义书签。
3.2注射机有关工艺参数的校核 ............................... 错误!未定义书签。
3.2.1注射压力的校核 ..................................... 错误!未定义书签。
3.2.2 锁模力的校核 ....................................... 错误!未定义书签。
3.2.3 模具闭合厚度的校核 ................................. 错误!未定义书签。
3.2.4 开模行程校核： ..................................... 错误!未定义书签。
4成型零件的设计 ..................................... ....................... 3
4.1 型腔数的确定 ......... ................................................. 3
4.2 成型零件的结构设计 .............................. ...................... 3
4.2.1 凹模结构设计 ........ ............................................... 3
4.2.2 凸模结构设计 ................................. ...................... 4
4.3分型面的确定 .......... ................................................ 4
4.3.1 保证产品的表面的要求： ............................................. 4
4.3.2 考虑锁模力： ................................. ...................... 4
4.3.3 考虑到模板之间的距离： ............................................. 4
4.3.4 有利于排溢： ................................. ...................... 4
4.4 成型零件工作尺寸计算 .................................................. 5
4.4.1 型腔径尺寸的计算 ............................. ...................... 5
4.4.2 型腔深度计算 ........ ............................................... 6
4.4.3 型芯径向大小计算 ............................... .................... 6
4.4.4 型芯高度计算 .......... ............................................. 6
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4.5 模具型腔四壁及底板厚度的计算 .......................................... 7
4.5.1 侧壁理论宽度计算 ............................... .................... 7
4.5.2 型腔底部厚的计算 ........ ........................................... 8
4.6 模具钢的选择 ................................... ....................... 8
4.6.1 选择模具钢原则 ...... ............................................... 9
4.6.2 本设计模具钢选择 ............................... .................... 9
5模架选择 ................. ................................................ 10
6浇注系统的设计 .................................. ......................... 11
6.1 按照产品的特点来选择浇注的形式 ....................................... 11
6.2 浇口套设计 ............................................ ............... 12
6.3 定位圈设计 ................. .......................................... 12
7侧向分型与抽芯机构设计 ................................. .................. 13
7.1 侧向分型与抽芯机构的选用 ............................................. 13
7.2 抽心距的计算 ................................... ...................... 13
7.3 抽芯机构各尺寸的确定 ................................................. 14
7.4 抽芯力及抽芯所需开模力计算 ........................................... 14
7.4.1 抽芯力的计算 ................................. ..................... 14
7.4.2 抽芯所需开模力计算 ................................................ 14
7.5 型芯结构布置设计及其它部件选材 ....................................... 15
8合模导向机构的设计 ................................... .................... 15
8.1 导柱直径的计算及选用 ................................................. 16
8.2导套的选用 .................................. .......................... 16
9脱模机构的设计 ....... .................................................. .. 17
9.1 结构形式设计 ............................. ............................ 17
9.2 顶杆布置形式 ... .................................................. .... 18
9.3 脱模力计算 ............................ ............................... 18
9.4 推杆长度计算 .................................................. ....... 18
9.5 推杆强度计算与应力校核 ............................................... 19
9.5.1 圆形推杆直径 ................................. ..................... 19
9.5.2 推杆应力校核 ........ .............................................. 19
9.6 推板厚度计算 ................................... ...................... 20
10 排溢、引气系统设计 ....... ............................................... 20
10.1 排溢设计 .................................... ........................ 20
10.2 引气设计 ........ .................................................. .. 21
11冷却系统的设计 .............................. ............................ 21
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11.1 冷却通道的理论计算 .................................................. 21
11.1.1 热量计算 ............................... .......................... 22
11.1.2 冷却水量和管径计算 ............................................... 22
12模腔三维造型CADCAM ............................... ...................... 23
12.1 构建零件实体造型 ...... .............................................. 23
12.2 模腔分模 .................................... ........................ 24
12.3 模腔模拟加工 ...... .................................................. 25
12.3.1 零件的粗加工 ............................. ........................ 25
12.3.2 零件的精加工 .... ................................................. 25
12.4 生成NC文件 ............................... .......................... 25
结论 ............. .................................................. ........ 26
致 ............................ ......................................... 27
参考文献 ......................................... .......................... 28




















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1 绪论
本毕业设计说明书主要讲述的是关于安全帽注塑模具设计及其模腔三维造型
CADCAM。 < br>现如今模具与我们的生活息息相关，主要体现在生活中的许多用品都需要用模具进行
制造。由于可 大批量生产的特点，随着特殊化产品和难加工的产品越来越多，模具的种类
将会被不断丰富，技术上也会 得到不断的革新。
模具对产品的质量有着至关重要的影响，是产品市场占有率和高科技模具研发能力提
升的基石。模具工业已步入快速发展的阶段，一个国家的制造水平的高低取决于其模具工
业的发 达程度。随着现今我国塑料工业的快速发展，塑料注射模已经成为了制造塑料制造
品的重要也是主要方法 之一，且也发展成为了最有前景的模具种类之一。近两年由于我国
模具行业快速发展，技术水平有所提高 ，模具产品生产总量已排到世界第3（前2名为美
国和日本），但模具质量上与发达国家还存在显著差距 。一方面因为相关技术水平还不够
完善，另一方面是因为人才的储备不足以支撑整个模具工业的进一步发 展，技术含量低的
模具早已供过于求，而发达模具又因为自身水平不够不能进行生产需向欧美进口。当然 我
国模具工业已经渡过了最为艰苦的时期，今后的发展前途还是令人值得期待的。今后模具
也将 朝着高精度、高质量、寿命长、成本低等方向发展。
在实际情况中，产品是目的，塑料注射模只是为了 达到目的使用的一种途径，因此不
能够“单独的为了模具而仅仅考虑模具”，而应该从整体的角度出发， 使塑料注射模作成
为塑料注射成型加工中的一个重要方式，所以如果设计与制造塑料注射模的话，就必须 考
虑整个过程中的其他环节作为塑料注射模设计与制造。本文以零件为出发点，详明地说明
了模 具的设计各个部份，直致模腔的三维造型仿真加工实现的这一整个过程。
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2 制造零件材料的选择及其材料性能的分析

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。













3 注塑机的选用
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。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。






















4成型零件的设计
4.1 型腔数的确定
按照制件所用的材料、形状、注射的种类 及其生产数量，再依据经验知晓型腔的数目
为单腔；为了防止飞边情况的发生，所以注射造成的压力和锁 模力都必须要作用在主流道
的中心。
4.2 成型零件的结构设计
4.2.1 凹模结构设计

凹模是产品外形成型的重要部分，构造随着产品的外形及模具加工处理的方法的 变化
而发生变化。此次设计里的产品外形相对来说较简易，适宜设计成为一个完整的凹模，它
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的主要特点就是强度较高、刚度比较好，结构相对较简单，坚固不容易形变，产品在成型
时 的质量相对来说比较好。
4.2.2 凸模结构设计

凸模是产品部形状成形所需的 成型零件，型芯用于成形产品的上孔，它们之间没有苛
刻的区分。简单了解一下产品外形的分布特点：周 围均匀分布着4个方孔，共有48个小
孔分布在两边。因此它应该设计成整体式凸模加上局部镶拼嵌入， 也就是于大凸模上局部
镶入小凸模。型芯上的48个小孔和模板之间的相连方法，见图1所示。
4.3分型面的确定
选择分型面时要遵循一下原则：
（1）应便于脱模。
（2）应有利于侧向抽芯。
（3）应有利于保证塑件的外观质量。
（4）应有利于保证塑件的精度要求。
（5）应便于模具加工制造。
图4-1
在产品外形的情况下，拟定分型面应遵从几个原则：
4.3.1 保证产品的表面的要求
分型面应该尽量选择在不影响到产品表面的位置和产品的外表，如果分型面的位 置有
飞边，最好便于修整和加工。
4.3.2 考虑锁模力
< br>尽可能的减少产品于分型面上投影的面积。模具的分型面的大小在确保型腔中的塑料
部溢出的边距 时，应该尽量使分型面之间的接触面积变小，能够使得分型面的接触应力变
大，预防塑料溢出，并且使分 型面的加工简单了。
4.3.3 考虑到模板之间的距离
该产品的高度约为160mm， 而底面尺寸约为280mm
?
260mm。故而选择高度方向可将模
板间距减小到最小 。
4.3.4 有利于排溢
为了空气能够顺利的排放，分型面尽量和材料的尾端重叠在一起。
依照以上四个要求，按照产 品的外貌，选择单分型面，把产品最大的一个面选做分型
面。见图4-1。
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4.4 成型零件工作尺寸计算

该产品的大小是否能够满足图纸上大小的要求和型腔、型芯的大小的计 算有着非常大
联系。成型零件尺寸的计算非常多，现在就用产品的平均收缩率做为根本的计算方法来推< br>算成型零件大小。
计算成形零件见式（4-1）：


A
m
?A?AQ
式（4-1）
（mm）
（20?C）
式中
A
m
——成形零件于正常温度下 大小；

A
——塑料产品于正常温度时大小
(mm）
；

Q
——塑料平均收缩率，一般情况下ABS大约为
0.5%~0.8%
，现在拟定选为
0.6%
4.4.1 型腔径尺寸的计算

产品的外部直径的大小决定了模 具的开腔部直径的大小。假如产品的外部直径名义上
的尺寸为D，它的公差为负数（如果不是应该进行变 换）。产品的平均的径向的尺寸选择
为（D-△2）。但是想到收缩率的大小，它的收缩量是（D-△2 ）V。
假如型腔部直径的尺寸D
M
是最小的尺寸，那么它的公差δz就是正数，那么 它的平均
值就是D
M
+δz。想到型腔在工作的时候磨擦损失最大量δc，此处选平均 值是，就有：
??
?
?
C
Z
??(D?）?(D?)Q?
D
M
2222
但是如果是中小型的产品，就选择δz＝△3，δc＝△6，将数值 带到上式，可知：
D
M
?
化简得：
??
?(D?)?(D?)Q?
?
C

2?3222?6< br>?
Z
D
M
?D?DQ?
?3
Q??

24
由于Q*△2对别的项来说非常小，就直接省略，同时于制造的时候会偏差，那么可
以得 到型腔里面直径公式见式（4-2）：
3

D
M
?

（D?DQ??)?
?
Z
(mm)
式（4-2）
4
式中 D
M
：型腔里面值径大小mm；
D；产品最大尺寸mm；
△：产品的公差，这里拟定选取△＝0.48mm；
Q：塑料的平均收缩率（%），这里取Q＝0.6%；
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34：系数，可以随着产品的精度的变化而变化。一般情况下取0.5～0.8之
间。假如产品的偏差很 大就选小一点的值 ，如果产品的偏差很小就选大一点的值。这里
拟定选取0.6；
δz：模具制造公差，一般取（16～14）mm。现选为0.2mm。
由上面可得：
2< br>（280?280?0.6%-0.6?0.48）
?0.2
?281.4
?0 .
（mm）
产品全部长度：
D
ML
?
；
（20 5?205?0.6%-0.6?0.48)
椭圆短轴长度：
D
MD
?
?0.2
2
?205.9
?0.
（mm）
；
?0.2< br>2
（226?226?0.6%-0.6?0.48）　
?227.1
?0.< br>（mm）
椭圆长轴长度：
D
MC
?
。
以相同的道理可以得下面计算式子，过程略。
4.4.2 型腔深度计算

2

H
M
＝（h1
?h
1
Q??)
?
?
Z
式（4-3）
3
式中 H
M
——型腔深度大小mm；
h
1
——产品最大高度mm。
别的参数与上面一样。
2
?0.2
将各个数据带入可得到：
H
M
?
。 < br>（160?160?0.6%??0.48））?160.6
?0.2
（mm）
3
4.4.3 型芯径向大小计算

3

d
M
?(D
1
?D
1
Q??)
?
（
式（4-4）
mm）
Z
4
（mm）
式中
d
M
——型芯外径大小；
（mm）

D
1
——产品最小经。
各数据带进去知；
椭圆短轴长；
d
MD
?（200?0.6?0.48?200?0.6%）
?0.2
?201.5
?0.2
(mm)
；
椭圆短轴长；
d
MC
?(221?0.6?0.48?221?0.6%）
?0.2
?
222.6
?0.2
(mm)
。
4.4.4 型芯高度计算
2

h
M
?(H
1
?H
1
Q??)
?
?
Z
式（4-5）
3
（mm）
式中
h
M
——型芯高度；
（mm）

H
1
——产品最小深度。
带各数据得：
h
M
2
?(157.5?157.5?0.6%?? 0.48）
?0.2
?158.8
3
?0.2
(mm)
?0 .2
。
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4.5 模具型腔四壁及底板厚度的计算

由于注射成型的时候压力会非常高， 所以塑料模具在注射成型的时候，型腔的部所
经受熔融塑料所产生的压力也会非常大，所以需要型腔得有 非常高强度及刚度，但是假如
模具型腔的刚度及强度不满足要求，就很有可能发生模具形变甚至裂开的后 果。
事实证明，在求型腔四壁的厚度的时候，就尺寸较大的型腔而言，刚度是最根本的问
题， 得按刚度为基准来算；对于尺寸较小的型腔来说，因为其部的应力比许应力大的时候，
会发生比较大的弹 性变形，所以强度是对于尺寸较小的型腔来说最根本的问题，应该依照
强度的大小来求。但由于区分处的 尺寸不是很明确，故只能够刚度、强度全都作为计算值，
取它的较大的值计算。
4.5.1 侧壁理论宽度计算

4.5.1.1 照刚度计算
A 求系数c见式（4-6）:

C?f?
式中 C——系数；
H——凹模型腔深度
(mm)
；
（mm)
；
l
1
——凹模型腔宽度
h
式（4-6）
l
1
注：计算c的时候，一定得先确定h，l
1
的大 小，然后点击hl
1
的文本框，然后再点
击c文本框，就可以通过曲线图自动计算出系 数c的值。
由于h=15.75 cm, l
1
=22.6 cm。将数值代入上式就可求得c=0.1315
B 求系数
?
见式（4-7）

??f?
式中 φ——系数；

l
2
——凹模型腔短边长
(cm)
；

l
1
——凹模型腔长边长
(cm)
；
注：计算φ的时候， 必须得先确定
l
1
，
l
2
的大小，然后点击
l2

l
1
的文本框，然后再点
击φ文本框，就可以调用曲线图自动 计算出系数φ的值。
因为
l
2
=21.6cm;
l
1
=22.6cm.。将数值代入上式就可求得φ= 0.6053.
C 求凹模四周宽度

b?h?
3
cph
式（4-8）
E
?
y
l
2
式（4-7）
l
1
式中 b——凹模侧壁理论宽度
(cm)

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H——凹模型腔深度
(cm)
；
P——凹模型腔中熔融塑料压力
(MPa)
；
Y——凹模长壁最大弹性变形量
(cm)
；
一般产品 y=0.005；
精密产品 y≤产品壁成型收缩量；
尼龙产品 y=
0.0025~0.003
；
C：系数
Φ；系数
E；钢材抗拉弹性模量，一般情况下中碳钢
E?2.1?
10
MPa；
预硬化塑料模具钢
E?2.2?10
5

由
h?15.75c m，p?30MPa,y?0.005cm
，将数值代替上面式子就可以知：

b?7.14cm?71.4mm

4.5.1.2 按强度计算
b?r(
5
?
P
?
P
?2p
?1)
式（4-9）
式中
r
——凹模型腔里面孔半径，为
110mm
；

?
P
——材料许用应力，为
320MPa
；
剩余 参数由上述可知。将数值代替上面式子中字母就可算得：b=12.03mm。因此取值
是71.34m m。
4.5.2 型腔底部厚的计算

4.5.2.1 按刚度计算
0.1758pr
4

h?
3
式（4-10） < br>E
?
P
剩余参数由上可知。把数值代入知：
h?41.25mm
。
4.5.2.2 按强度计算
3pr
2

h?
式（4-11）
4
?
P
参数从上面可以知道。把数值代到上式可得：h=29.17mm。那么该取 值h=41.25mm，可
是于实际情况中型腔还有定模固定板作为支承，所以型腔不会悬空挂着，因而 没有必要用
这么厚的尺寸，与定模固定板只要在联结后的总尺寸大于41.25mm就形了。
4.6 模具钢的选择

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4.6.1 选择模具钢原则

4.6.1.1 产品生产批量
模具的特点之一就是生产效率很高 。一个模具能坚持时间长短，直接和厂商利润联系
在一起。而每一种产品生产的多少，又会根据市场需求 而改变。
在设计模具的时候应该想到，不仅要琢磨模具的型腔数，还有就是要想到它能使用时
间的长短。最完美的情况就是该产品正好退出市场的时候，模具的寿命也刚好终了了。但
这在实际中很难 达到，因为市场需无法进行预测的。
如果生产的量较小，那么就降低钢材要求；当量比较大的时候，那 么就得选择比较好
点的钢材，来达到延长寿命的目的从而防止反复制做模具造成的麻烦。
4.6.1.2 产品尺寸精度
产品尺寸精度，其中一半是模具决定。而模具耐磨能力的好坏 及制造精度的高低又决
定了制件是否合格。如果是那些精度要求比较高的（SJ1372—78的3、4 级精度）和超高
精度要求（SJ1372—78的1、2级精度）产品，即便产量非常低，也要选择使用 质量好的
钢材。
4.6.1.3 制件的复杂程度
型腔加工的难易程度取决于产品 结构的繁琐程度，所以必须要使用切削性能特别好的
钢材。制件的复杂程度越高，展现在产品图样上的尺 寸数目就越多，加工部位就越多。因
而加工的时候必须考虑到应力变形。
4.6.1.4 制件的体积大小
制造零件体积越大，那么型腔的切削量也就越多。如果切削是使用大吃刀量，切削应< br>力会跟着变大。因而切削体积较大的产品的模具应选择使用易切钢。制造零件体积越小，
那么型腔 体积也就越小，所使用的刀具（一般情况下为铣刀）要求强度较低，切削量少。
所以决定使用钢材的时候 应尽量用质地较好，分布匀称的钢材，合金碳化物就是一种分布
均称的钢材。小型的模具一般都先进行预 硬化的处置然后再处理，主要是保证加工的可行
性。
4.6.1.5 制件的光观要求 产品如果是作为装饰品而设计，那么外表的质量越好，很有可能会带动产品卖的数量
的上升，凡是外 观要求很苛刻的产品，一定要是在真空中熔炼或者用电渣熔炼钢，能达到
最好的抛光效果。
4.6.2 本设计模具钢选择

将上面各个原则一个个考虑，考虑到产品是大批量生 产、产品外形相对来说简单、产
品尺寸精度要求相对较高、体积则较大以及制件的外观要求比较光滑等特 点，从各方面进
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行考虑，本次设计决定使用模具钢3Cr2Mo(P20)。
3Cr2Mo(P20)类 属于预硬化钢，是我国从美国通用引进的钢材，预硬化后的硬度
HRC28～35。中、小型热塑性的塑 料模具多用它来做。真空熔炼能够抛光形成镜面光泽。
抗拉伸强度大约为1330Nmm
2。













5模架选择

根据产品的体积、型腔的分 布和模具总体的构造，则可选用标准模架A
3
型
(GBT12556.1～12556 .2-1990),它的标记为:
A3—560*630—20—Z2—GBT 12556—1990
但由于产品深度太大，且带有侧抽芯机构，所以不能完全按其标准，则一个个的 选用
标准模板。各标准零件标记如下：
定模座板：模板
630?560?50GBT4169.8?84
，材料为45钢 GBT 699—1999；
动模座板：模板
630?560?50GBT4169.8?84
，材料为45钢 GBT 699—1999；
垫块：
100?560?200GBT4169.6?1984
，材料为Q235A钢 GBT 700—1988；
推板：
360?560?25GBT4169.7?1984
，材料为45钢 GBT 699—1999；
限位钉
8GBT4169.9?1984
，材料为45钢 GBT 699-1999。

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6浇注系统的设计
融化的塑料自注射 机流出来后到型腔之前于模具中流过的道路叫做浇注系统，它和产
品成型时的难易程度及产品的质量有很 大的关系，属于注射模设计里非常重要的一部分。
共有普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。它的功用 就是让熔融的塑料有顺序的、稳定
的填充型腔和使压力完全地转移到别的不同的位置，来达到组织致密， 外形漂亮、新颖的
产品。
6.1 按照产品的特点来选择浇注的形式
安全帽构造的 最大特点就是大而且深的壳体。因此选用直接浇口类型。直接浇口的结
构是和主流道相连接，塑料通过主 流道直截进去。因为浇口处的尺寸较大，熔体损失的压
力较小，流动时的阻力相对较小，进料速度较快， 成型时较容易，任何塑料都可以使用。
由于流动的行程较少，压力传送相对来说较好，融化的塑料自上面 流到下面，便于气体的
.DOC资料.
.
排出和接痕的消除。
直浇口最大的特点就是加工四壁较薄的产品时候，浇品底部的直径不 大于产品壁厚的
双倍，因此知道了浇品低部的直径为
?5mm
。
主流道的一 边一般情况下设计成为一个带凸台的圆盘，它的高度一般情况下为
5~10mm，现在拟定为8mm，并 且和注射机的固定模板上的定位孔的配合为间隙配合。衬套
上的凹坑一般情况下取3~5mm，现在拟定 为4mm。
半锥角
?
?1?~3?
，这里拟定为
2
?
。主流道的较
大的一端应该呈现圆角形，它半径的值通常取
r?1~3mm
，而今拟 定为2mm。
注射机参数如下：
注射机于固定模板上定位孔半径为
R?75mm
,
机床嘴部直径为
D
1
?
?
3mm,

喷嘴圆弧半径为
R
1
?18mm
，
那么浇口套一些尺寸就能可以算得到：
图6-1
< br>R
2
?R
1
?(1~2）mm?19mm，D
2
?D
1
?(0.5~1）mm?3.5mm
，就如图6-1。
在确保产品成型良 好为前提，主流道的长度L应尽可能的短，否则凝料会在主流道增
加，塑料的消耗量变大，还提高了压力 的损失，让塑料温度下降的太多从而影响到注射成
型，一般情况下主流道的长度L不大于60mm。
6.2 浇口套设计

因为主要的流道经常要和温度很高的塑料及嘴部碰触，因此模具 的主流道一般情况
下设计成为可以拆装更替的衬套，所以选择质量好的钢材（比如T8A）加工与热处理 （硬
度要求为53～57HRC），也可用45，50，55等钢材表面淬火（≥55HRC）。其主要 作用是：
首先,装载模具时能轻松的放入定位孔，和注塑机的喷嘴孔更好的契合，并且能够承
受住塑料的反压力，以防止被挤出模具；
其次,做为主流道，作用是把料筒中的料运送至模具中，且确 保料流有足够的动力、
能够畅通地抵达型腔，在整个的注射过程当中不能够有料流出来，同时要确定于主 要的流
道料凝固后轻松脱离。
6.3 定位圈设计

定位圈直径为了和注射 机定位孔的直径相配，那么就要按照使用的注射机的定位孔来
确保。直径在普通情况下相对注射机的定位 孔直径小0.1~0.3mm，这样装卸的时候很便利。
定位圈通常情况下都是45或Q235钢。拿三 个或三个以上的M8六角螺钉钉在模板上。

.DOC资料.
.















7侧向分型与抽芯机构设计

在产品的两侧存在两个 小孔，所以在设计模具的时候，成型小孔的型芯必须是可以侧
向移动的活动型芯，在产品脱模之前先将型 芯拿出来，不然不能脱模。
7.1 侧向分型与抽芯机构的选用
为了使生产率能够提高，选 用抽芯机构和机动侧向分型，运用注射机产生的开模力当
做动力，通过斜导槽、滚筒和滑块等零件，使力 作用于侧向成型零件上从而把型芯从塑料
产品中拿出来，合模的时候再利用其让侧向成型零件回到原来位 置。
7.2 抽心距的计算
抽芯距就是说型芯以开始的位置移到不影响产品拿出位置时，在 抽离方向上运动的长
短。抽芯距通常来说应该比产品的侧孔深度大2～3mm。

s?h
+（2～3 ）(
mm
) 式
.DOC资料.
.
（7-1）
式中
s
——抽芯距（
mm
）；

h
——产品侧孔深度，为2.5
mm
。
所以可得：
s
=2.5+2.5=5(
mm
)。
7.3 抽芯机构各尺寸的确定


L?ssin
?
H?scos
?
式（7-2）
式中
L
——斜导槽工作长度（
mm
）；

s
——抽芯距，由上知
s
=5
mm
；

?
——斜导槽倾斜角度，一般取
?
取
22?33'
最为理想 ；

H
——与抽芯距
s
对应的开模距（
mm
）。
代入上述各数据可得：
L
=13
mm
，
H
=12
mm
。
7.4 抽芯力及抽芯所需开模力计算
7.4.1 抽芯力的计算

F
c
?chp(ucos
?
?sin
?
)
式（7-3）
式中 F
c
——抽芯力（
N
）；

c
——侧型芯在成形部份处截面的平均周长，为5
?10< br>?3
m
；

h
——侧型芯在成形部份处的高，为2.5
?10
?3
m
；
p——产品对于侧型芯收缩应力，它的数值合产品的几何形态及塑料的用
料 、工艺等有关系，通常的时候模产品
p?(0.8~1.2)?
10
Pa
，现 取值1
?10
7
Pa
。
u——于热状态下塑料 对钢的摩擦系数，正常情况下
u
=0.15～0.2，现选
7
u
=0 .18。

?
——侧型芯脱模斜度，取
?
=
1
?

代入以上各数据可得：
F
c
=20.32
N
。
因其两边共有48个小孔，所以总共需抽芯力是：
F
c总
?20.32N?48?975.4
N

7.4.2 抽芯所需开模力计算
.DOC资料.
.
F
t

2cos
?
式（7-4）F
k
?F
t
tan
?
F
w
?
式中
F
w
——斜导槽于侧抽芯时受到的弯曲力（
N
）；

F
t
——侧抽芯时脱模力，
F
t
=
F
c总
（
N
）；

F
k
——侧抽芯时需要的开模力（
N
）。
所以可得：
F
w
=530
N
，
F
k
=400
N
。
图7-1从上述计算可知晓抽芯时所需要的开模
力并不是很大，斜导槽受到的 弯曲力也不是很大。所
以斜导槽的尺寸只需按照模具的构造自取一合理的数
值就行。
图7-1

7.5 型芯结构布置设计及其它部件选材

型芯构造 安排样式如附图5。斜导槽的组成零件对硬度和耐磨性能都有一定量的需求。
一般情况下。常用材料为4 5钢。以便于处理及防止热形变，常调质到28—32HRC再铣削。
盖板的材料常用T8钢，要求硬C ≥0.5。斜导槽与滑块接触部分的表面要求较高，表面粗
糙度Ra≤0.8um。



8合模导向机构的设计

导向机构的作用：
（1）导向作用。
（2）定位作用。
承受一定的侧向压力
合模导向机构分为导柱导向与锥面定位。导 柱的导向机构主要用于动模和定模的开合
模导向，锥面定位机构用于动模定模之问的精密对中定位。由于 生产的量比较大，选用导
柱和导套互相协作的导向种类。
导柱固定孔的直径和导套固定孔的直 径两者之间是一样的，以方便这两个孔可以一起
加工，保证能够轴度相同，导柱选用阶梯形的储油槽，这 种带油槽可以方便润滑，能够用
的时间相对来说较长。
.DOC资料.
.
8.1 导柱直径的计算及选用

半径和高，其值分别为20mm和132mm。代入以上各数据可得：
V
=11605004
mm
3
=11605.004cm
3
,则
7.9?11605.004?9.8?10
?3
W
===224.6（由于动模的重量须由导柱承受，那
4
4
么其直径要先进行估算， 估算公式如下式（8-1）：
?
Vg?10
?3
3
64WL

d?
4
式
3E
??
（8-1）
式中
W
——每一根导柱须承受模板重力（
N
）；

L
——模板重心距离导柱底部距离（
mm
）；

E
——材料的弹性模量，
2.1?10
5
MPa
。而：
?
Vg

W
= 式（8-2）
4
式中
?
——模具钢的的密度，合金钢为
?
=
7.9gcm
3
；

V
——动模的近似体积（
cm
3
）；

g
——重力加速度，
g?9.8Nkg
。
14
22
而
V
=?
?
r
1
?
?
R
2
h
1?l
1
l
2
h
2
?
?
r
2< br>h
3

23
式中
r
1
是上面半球的半径，大 小约是100mm,
R
、
h
1
是下面底圆的半径和高，它们是
106mm、60mm,
l
1
、l
2
和h
是动模中和成型部分没特定关系的长方体支承的长、宽 和高，它们
的值是560mm,430mm及40mm，
r
2
、h
3
是动模中空腔圆柱体底圆
N
）
3
64?224.6?140
所以
d?
4
=44.6(
mm
)
5
3?2.1?10 ?
?
?0.005
由表5-3挑选肩导柱
(GB4169.5?84)
，它的主要参数如下所示：(单位：
mm
)
0.025?0.021?0.060 00?1.0
d?50
?
?0.050
,d
1
?63
?0.002
,d
2
?63
?0.090
,D?71
?0 .2
,s?8,L?315
?1.5
,L
1
?80
?2.0

材料为20钢，渗碳厚度为0.5～0.8mm。淬硬到HRC56-60。
8.2导套的选用



图 8-1

图 8-2

.DOC资料.
.
通过导柱的 尺寸到标准GB4169.3-84查询，可以得到导套的大小，拟定使用带头导套
I型， 它的参数如下：(单位：
mm
)
?0.0250.021?0.060000
,d
1
?63
?
导套1：
d?50
0?0.002
,d
2
?63
?0.090
,D?71
?0.2
,s?8
?0.10
,L?125
?0.10
,L
1
?100

导套2：
?0.0250.021?0.060000
d?50
0,d
1
?63
?
?0.002
,d
2
?63< br>?0.090
,D?71
?0.2
,s?8
?0.10
,L? 46
?0.10
,L
1
?38














9脱模机构的设计
9.1 结构形式设计

推出机构的设计原则：
（1）因为推出机构的动作是通过装在注塑机合模机构上的顶杆来驱动的，所以通常
推出机构应尽量设 置在动模一侧。
（2）为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，推出力应作用在塑件强度和刚度
最大的部位
考虑到提高生产率，本设计不采用手动脱模、液压和气动推出等机构，而是采用机动
脱模，运用 注射机于开模时的动作来带动模具上的推出机构，从而达到产品自动脱落。本
脱模机构采用顶出板、顶出 固定板及异型顶杆成的特定顶出机构。开模后，产品还停留在
.DOC资料.
.
动模上，当 模具打开之后产品和浇品凝料会停留在动模上，这是为了方便模具脱模装置能
够在注射机顶杆的驱动帮助 下完成脱模的一系列动作。
9.2 顶杆布置形式

顶杆顶出处理论上来说必须设置 在脱模上摩擦力较大的位置。在型芯的部设计放置顶
杆时，应尽可能的靠近型芯的侧壁而且还需要分布均 匀。顶杆到型芯侧壁长度一般是3mm
以上。由于产品的顶部有加强筋，故而应在加强筋的底部设计增加 顶杆，来防止产品产生
裂纹影响质量。
型芯顶杆孔与顶杆的配合通常为H8h7,配合长度通 常为顶杆直径的1.5~2倍，但不能
够小于15mm。
9.3 脱模力计算
塑料经过注射机高压注射于模具中温度慢慢下降而定型，而此时塑料缩紧将型芯紧紧
包裹，这种力暂 叫做包紧力，它是开模后产品脱落时所必须克服的，此外所需克服的还有
塑料及型芯的粘附力，不通孔带 来大气压力，摩擦力及机构本身运转所遇到的各种阻力。
所以在开始脱模的时候的瞬间是阻力最大的时候 ，脱模力的计算通常情况下总是计算初始
的脱模力。
t2.511
??
通过
?
,即产品的壁厚与其本身孔直径比值，所以应该按照薄壁产品
D22690.420
来计算脱模力见式（9-1）：
2
?
E
?
tLcos?(f?tan?)
?10B
式（9-1）
Q?
(1?
?
)K
（N）
式中
Q
——脱模力；

E
——塑料拉伸模量，是
2000MPa
；

?
——塑料成型时平均收缩率,约是
0.6%
；

t
——产品壁厚,约为2.5
mm
；

L
——被包型芯长度，约为157.5
mm
；

?
——脱模斜度（）,一般为1～2,这里取1；

f
——塑料和钢材摩擦系数，为0.3；

?
——塑料泊松比，对于ABS为0.35；

K
——由
f
和
?
决定的无因次系数，约等于1。

B
——产品在与开模方向垂直的平面上的投影面积（
mm
2
），如果 在产品的
底部有孔的情况下，10
B
视为0。这里
B?
?
? 113?108?38340mm
2

则：
Q?11981.3N

???
9.4 推杆长度计算
.DOC资料.
.
推杆总长度见式（9-2）：

h
杆
?(h
凸
?
?
1
)?h
动垫
?(S
顶
?
?
2
)?h
顶固
式（9-2）
式中
h
凸
——凸模总高度，约
188mm
；

h
动垫
——动模垫板厚度，
80mm
；

S
顶
——顶出的距离，
175mm
；

h
顶固
——顶杆固定板厚度，
20mm


?
1
——富裕量，通常
（0.05~0.1）mm
，现选
0 .08mm
;

?
2
——顶出距离多余的量，通常 情况下是3～6
mm
，这里拟定选取4
mm
，
避免顶出板碰撞动模垫 板情况发生。
将值代入上式，算得推杆总长度：
h
杆
?467.08mm
,选468。
9.5 推杆强度计算与应力校核

9.5.1 圆形推杆直径

22
64
?
l
?Q(cm)
式（9-3）
d?
4
n
?
3
R
（cm）
式中
d
——圆形推杆直径；

?
——推杆长度系数
?
0.7;

l
——推杆长度，46.8cm;

n
——推杆数量,4根；

E
——推杆材料的弹性模量（
Ncm
2
），钢
E
=
2.1?10
7
；

Q
——总脱模力，约11981.3N。
将值带到上式可知圆形推杆直径：
d?0.64cm?6.4mm
。
由推杆比较长，则要增大直径来增加它的刚度。
由表5-10选择推杆的尺寸
GB4 169.1?84
,如下（单位：
mm
）：
0.01300?2.0
d?16
?

?0.022
,D? 22
?0.2
,S?7
?0.05
,L?468
0
因推杆在 过程中需要参与成型的工作，为满足要求所以要做成异型推杆，综上述标准
而修改形成。
9.5.2 推杆应力校核

?
?
式中
?
——推杆应力（
Ncm
2
）；

?
s
——推杆钢材屈服强度，45钢为
?
s
?32000N
cm
。
2
4Q
?
?
s
式（9-4）
n
?
d
2
.DOC资料.
.
那么
?
?
4?11981.3
2
(N)
,
?33.2 ?
?
?32000
s
cm
2
4?
?
?10
能满足推杆正常工作要求。
9.6 推板厚度计算


H?0.54L
3
（cm）
式中 H——推板厚度；
Q
式（9-5）
EBy
L——推杆间距，
9.6cm
；
Q——总体脱模力，约
11981.3N
；
E——钢材弹性模量，45钢为
E?2.1?
10
N
cm

B——推板宽度，
3.6cm
；
Y——推板所允许最大变形量，约
0.005cm
。
由以上各数据，得：
H?7.615cm?76.15mm
取H=80mm。







72
10 排溢、引气系统设计

10.1 排溢设计

塑料流入产品型腔的时候，于产 品型腔中有大量气体，除此之外塑料从高温到低温凝
固所挥发的气体特别是高速注射成形时，所以在这时 考虑排出气体是必须要做的一件事
情。通常情况下是填充塑料的时候，必须要把空气弄出来，否则会使空 气滞留于型腔使气
体温度上升。温度很高的气体会烧焦产品的一部分，也可能造成产品部存在气泡，也会 造
成产品的融接不好造成产品质量问题，更有可能造成塑料流入型腔时的阻碍。让型腔的气
体能 够快速的排出，我们可利用的一种方式就是开排气槽。
排气槽需设计于型腔塑料结束时才填充的地方。这样可以运用分型面来排出气体。
.DOC资料.
.
10.2 引气设计

设计的产品的特点为深腔壳形,注射成形完成,型腔全部被 塑料填充,型腔中的气体全,
这时产品的包容面和型芯的被包容面之间就是真空。当产品脱模时，大气所 造成的压力使
得脱模很困难，如过强行地脱模的话，很有可能造成产品发生形变甚至损坏，严重地影响< br>了产品质量。
在本设计中，除了加入的四根顶杆的间隙可以引入气体外，在动模上也有四个镶块 ,
之间的间隙也可引入气体。













11冷却系统的设计

通常情况下塑料刚注射入模具中的时候的温度大约为200?C
,但是产品凝固将其从模
具型腔里拿出来时候它的温度在60
?C
以 下。热塑性的颜料在等到注射成型以后,必须要将
模具及时的冷却,这样就使得熔融塑料的热量通过模具 散发出去,可以让产品快速得冷却
和定形并且能够轻易脱模,进一步的提升产品定形时的质量及效率。
冷却的介质通常情况下都采用水,主要是由于水的比热容比较大,热传导系数较大,价
格低廉, 比室温温度低的水较轻松的获得，用水冷却是在模具型腔的四周或者型腔中开出
一个通道,运用水不断的 流动把热量吸收,起到冷降温的作用。
11.1 冷却通道的理论计算
.DOC资料.
.
11.1.1 热量计算
模具的热量主要是通过对流散热、热辐射散热及向模板传热等多种原 因作用的后果。
欲十分精确地计算出来特别困难。现在只是计算冷却介质于管道中对流时散出的热量，其
它因素都省去。如果模具接收了熔融塑料释放全部热量，那么这个热量见式（11-1）

Q?nmC(T
1
?T
2
)
(Jh) 式
（11-1）
式中
n
——一小时注射次数
(次h)
；

m
——每次塑料注射重量
(kg次)
；
（Jkg??C）（Jkg??C）

C
——塑料比热容,查表8-26可得ABS比热容
1047
；
（?C）

T
1
——融塑在流进模腔时温度；
（?C）

T
2
——产品脱模温度。
一小 时注射次数
n
和注射周期有关系，注射周期
T
见式（11-2）：

T?T
i
?T
n
?T
c
?T
r
( s)
式（11-2）
式中
T
i
——充模所需时间，查表5-49可得
T
i
?6.8s


T
n
——升压以及保压时间，
T
n< br>?0.3(s?2s
2
)
,当壁厚
s?2.5mm
时，值代入 可
得到
T
n
?4.5s


Tc< br>——冷却所需时间，对于ABS塑料而言，查表5-51可得当壁厚为2.5mm
时
Tc ?13.7s


Tr
——别的时间，包括开闭模时间和脱模 取件。这些时间原则上和产品的冷
却没有多大关系。因此
Tr
的时间不能不变，与人为 因素有很多关系，所以在计算冷却系统
时候，就不考虑
Tr
的大小。
将数值上述式子可计算得：
T?25(s)

60?60
?144(次)
，查
[1]
可以知晓其余的 由此可计算得一小时注射的次数为：
n
T
各值如下所示：
m?316.3x
10
kg次

T
1
?1900C

T
2
?550C

3
由此得：
Q?144?316.3?10
?3
?1047?(1 90?55)?6437868.98（Jh）

11.1.2 冷却水量和管径计算
冷却时所需要冷却水量见式（11-3）:
Q

M?
式（11-3）
?
(T
3
?T
4
)
.DOC资料.
.
式中
M
——通过模具时水的总重量（
kg
）；
（?C）（?C）

T
3
——水出来时的温度，暂定为40；
（?C）（?C）

T
4
——水刚进去时的温度，暂定为室温20；
（Jm??C)
，查
[3]
表8-26得到ABS的导热系数是1055
?
——水导热系数
（Jm??C)
。
将数值带到式子中算出：
M
=
6437868.98
?305.11
（
kg
）
1055?(40?20)
依照水流在正常状态下的流速
v
和管道直径< br>d
之间的联系，则能算出冷却水管道直径
d
。
由
?
4
d
2
v
?
?M

那么
d?
4?10
3
M
(mm)
式（11-4）
?
v
?
式中
M
——流过模具水的总重量（
kg
）；

v
——管道中水的流动的速度，一般情况下取0.8～2.5
ms
,这里拟定选取1.5
ms
；

?
——水的密度，10
3
?kgm
3
。
所以可得：
4?10
3
?305.11
d
=
?1 6.0(mm)
，这时取
d
=15
mm
。
3
3.14?1.5?10



12模腔三维造型CADCAM

12.1 构建零件实体造型

对 产品的零件图进行分析可知,帽体和帽檐两个部
分组成了安全帽。其中帽体是由一个113mm的长半轴 ，
108mm的短半轴的半椭圆腔再加上一个60mm高的圆台
空腔组成的，其中安全帽的顶端 有三个加强肋，安全帽
的侧面有六个加强板肋，前后共有48个小孔。
用CAXA构造零件三维图的主要过程如下:旋转完
.DOC资料.
.
成帽外腔部分(腔通过抽壳来完成) ,同样采用旋转生成帽檐的部分,只是此时绘制草图时
选 择的平面要和前面做图时选择的平面互相垂直,再使用截剪命令可得到帽舌的形状。然
后再另外新建两绘 图平面,通过使用拉伸工具在这两新建平面上完成帽顶三条加强肋的绘
制。同样的方法可绘制帽侧身的六 块加强板肋。这时再应用拉伸除料工具可绘制出安全帽
上的通孔。到这时,安全帽的实体绘制就差不多完 成。见附图12-1，附图12-2。










图12-1 安全帽的背面 图12-2 安全帽的正面
12.2 模腔分模

分型面的选取是在零件最大截面处 。先用曲面将侧孔挡住。然后在CAXA软件中使用
“型腔”工具，选取X轴的正负方向上的型腔的壁厚 为150mm，在Y轴的正负方向上的型
腔的壁厚分别取135mm和145mm，在Z轴的正负方向上 的型腔的壁厚分别取为45mm和
40mm。最后于其中一个侧面绘制一个草图，此草图须沿着安全帽的 底边投影线，应用“分
模”工具，分别选择开模的方向就可以得到上下型腔。如附图12-3，附图12 -4所示。












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图12-3 模腔凹模 图12-4 型腔凸模
12.3 模腔模拟加工

本次工作为对凹模铣削仿真加工处理。
零件的加工可以分为粗加工、半精加工与精加工三个阶 段。由于设计的表面及尺寸要
求不高，所以这里只选用了粗加工和精加工两个部分。只要确保表面粗糙度 Ra3.2，精度
要求等级是8级。
12.3.1 零件的粗加工

模腔凹 模的最大特点是大而且深，所以粗加工的作用是切掉大部分的材料，刀具在这
过程中肯定受很大的力，因 此要用直径比较大的刀具。
?
20
的球铣刀很适合。
12.3.2 零件的精加工

精加工是为了确保精度，因此，精加工的切削余量比较小，刀具的选用必须是直 径较
小的，
?
8
的球铣刀很适合。
仿真加工后零件如附图10所示。







图12-5模腔加工

12.4 生成NC文件
在CAXA软 件中直接点击：应用，然后再点击后置处理，再点击生成G代码。即可得
可直接用于机床上的NC文件。



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结论
本次设计对各种塑料 进行了各方面的性能对比，最终选择ABS作为本次设计的首选材
料。接下来通过对材料的工艺分析，确 定了制品的尺寸，并初步拟定加工成型过程。通过
考虑制品的材料、形状、注射的种类及其生产量等因素 确定型腔数目。接下来通过从生产
率考虑、从产品材料的成型条件、通过产品的体积算出注射机的最大量 等方面，并初步选
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取注射机型号，选取模架。在分型面的分布问题上，通过对保证产品的表面要求、考虑锁
模 力、考虑模板之间的距离和是否有利于排溢等诸多因素的考虑，将分型面设置在塑件外
形最大轮廓处。对 主流道、分流道、冷料井进行设计，构成完整的浇注系统，在设计过程
中主要考虑流道截面形状、流道长 度、浇口位置等问题，通过查阅书籍这些问题都已经解
决。将推杆设计在动模处构成推出机构。在抽芯机 构设计过程中合理确定了抽芯距以避免
出现干涉现象。为了方便制品的成型加工，就需要设计温度调节系 统，设计时主要考虑冷
却水道的长短，密集程度和冷却效果。本次设计排气系统是利用分型面间隙进行排 气。最
后使用CAD绘制装配图和零件图，并编写技术要求。
本次设计也存在错误，对产品质量、成本考虑还不彻底，制品尺寸可能存在一定的误
差。


















致







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参考文献
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