【正文】 on mould for a safety helmet 院 別： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： 2021094143026 指導(dǎo)教師： XXX 教授 日 期： 2021 年 5 月 摘要 本文主要講述了安全帽注塑模的設(shè)計(jì)。既保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，還大大地提高了制造生產(chǎn)率，縮短了產(chǎn)品更新的周期。實(shí)際上，塑料制品是目標(biāo)，塑料注射 模是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的一種手段，所以不能“孤立地為模具而只考慮模具”，應(yīng)從系統(tǒng)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(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，這樣在設(shè)計(jì)與制造塑料注射模時(shí)，就應(yīng)把這個(gè)系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)作為塑料注射模設(shè)計(jì)與制造的考慮因素。如：硬質(zhì) 合金多工位級(jí)進(jìn)模，步距精度＜ ,成形表面粗糙度達(dá) m,鑲件的重復(fù)定位精度＜,互換性好 ,模具壽命達(dá) 1 億沖次 ,具有自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、扭角、計(jì)數(shù)分組和安全保護(hù)功能。 如：數(shù)控仿形銑床、加工中心、精密坐標(biāo)磨床、數(shù)控坐標(biāo)磨床、數(shù)控電火花成形機(jī)、慢走絲線切割、精密電加工機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、擠壓研磨機(jī)、激光快速成形機(jī)等。 （ 3）模具標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高促進(jìn)模具制造技術(shù)的發(fā)展 模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度是模具技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，目前我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)化程度約占30％，而發(fā)達(dá)國(guó)家為 70－ 80％，標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)了模具的商 品化，商品化推動(dòng)了模具生產(chǎn)的專業(yè)化。 （ 5）模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)將有更快的發(fā)展 從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— 模具工作狀態(tài)的模擬 —— 自動(dòng)加工程序的生成 —— 自動(dòng)化加工、自動(dòng)檢測(cè)。為了滿足這些要求，國(guó)內(nèi)外都在模具材料的研究和開(kāi)發(fā)上作了巨大的努力，也在這方面取得了不少成果。大型多工位級(jí)進(jìn)模、精密沖壓模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽車覆蓋件模具等雖已能生產(chǎn)，但總體技術(shù)水平不高，與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比，仍有很大差距，特別是模具壽命低的問(wèn)題非常突 出。影響模具壽命的因素較多，但模具材料是重要因素。每年使用量不足 1 萬(wàn)噸。目前，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比重約為 30%。在建筑領(lǐng)域，塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢(shì)所趨，預(yù)計(jì) 2021 年全國(guó)塑料門窗和塑管普及率將達(dá)到 30%～ 50%，塑料排水管市場(chǎng)占有率將超過(guò) 50%，都會(huì)大大增加對(duì)模具的需求量。現(xiàn)在，這 3 個(gè)省份的不少企業(yè)已意識(shí)到塑模業(yè)的無(wú)限商機(jī)，正積極組織模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)制造。這是塑料模具企業(yè)在發(fā)展中必須解決的重要問(wèn)題。 預(yù)硬化型塑料模具鋼 3Cr2Mo 是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)發(fā)的塑料模具鋼，與 AISIP20 相當(dāng)，目前已在許多鋼廠生產(chǎn)。 除 3Cr2Mo 鋼外，國(guó)內(nèi)先后開(kāi)發(fā)的 5CrNiMnMoVSCa（簡(jiǎn)稱 5NiSCa）、 8Cr2MnWMoVS （簡(jiǎn)稱 8Cr2） 40CrMnVBSCa（簡(jiǎn)稱 P20BSCa）、 Y55CrNiMnMoV（代號(hào) SMI）等是易切削型預(yù)硬塑料模具鋼，此類鋼不僅適用于制造大、中型精密注塑模具，還可用于制造精密冷作模具。 Y20CrNi3AIMnMo，代號(hào) SM2，含 ％左右的 S，切削加工性能得到了改善，是一種易切削型時(shí)效塑料模具鋼。國(guó)內(nèi)對(duì)非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼的開(kāi)發(fā)較晚， 25CrMnVTiSCaRE （代號(hào) FT）、 2Cr2MnMoVS 和 2Mn12CrVCaS 即是近幾年開(kāi)發(fā)的新鋼種。注塑成型在塑料制品的成型中占有極大的比例，因而塑料成型模具的生產(chǎn)中約有一大半都是注塑模具。這種成型方法所用的模具就是中空制品吹塑成型模具。 壓制成型模具：簡(jiǎn)稱壓模。 壓鑄成型模具：又稱傳遞成型模具。 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 功能 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑件設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，是要保證其使用功能要求。 在設(shè)計(jì)塑件時(shí)，應(yīng)當(dāng)了解它是單獨(dú)使用，還是與其它零件組合起來(lái)使用，在使用過(guò)程中它的主要功能和輔助功能是什么。 在塑件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)加工制造的可能性和簡(jiǎn)捷性，必須進(jìn)行工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。金屬嵌件要滿足塑件使用功能要求，與塑件連接牢固性要求，成型時(shí)便與在模具中裝固，成型后容易從模具中脫出。只有正確的工藝結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證塑件順利成型、脫模，確保塑件質(zhì)量，避免塑件在成型中出現(xiàn)裂紋、凹陷、氣孔、銀紋、等一系列成型缺陷，增強(qiáng)塑件的使用中的可靠性及持久性。對(duì)于這些制品，都要通過(guò)外部造型設(shè)計(jì)加以裝飾美化。使人們?cè)谑褂盟芗r(shí)有一種美的享受，同時(shí)又能保證使用者在使用它時(shí)感到方便、安全、可靠、舒適。建筑工地的環(huán)境比較復(fù)雜，漏洞比較多，佩戴安全帽，可以防止落物，又可以防止碰撞。經(jīng)過(guò) +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(qiáng)度，電絕緣性能，均能達(dá)到或超過(guò)安全使用要求。 ABS（ Acrylonitrile/butadiene/styrene polymer）即為在聚苯乙烯分子中導(dǎo)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。成形時(shí)也可控制料溫、模溫及注射壓力、注射速度等因素來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)成型需要。 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(jī)類型為螺桿式或柱塞式均可。塑料依靠螺桿在料筒內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)而加熱塑化，提高了注射成型質(zhì)量，并可增大注射量，擴(kuò)大了注射成型塑料的范圍。 而由上 知 件V 為 3mm （合 )3cm ，所以可得： 注V ? 件V / %80 通過(guò)計(jì)算可得： 注V ? 3cm 。 注p =10800（ Mpa） 所以滿足 成p ? 注p 鎖模力的校核 模具所需的最大鎖模力應(yīng)小于或等于注射機(jī)的額定鎖模力，其關(guān)系按下式校核： 1000AkpC ? F （ kN ） 式中 k —— 安全系數(shù)，常取 k =～ ，這里取值 。 已知 A ab?? 式中 a—— 橢圓長(zhǎng)半軸，取 140mm。 已知所選注射機(jī)最大開(kāi)模行程 L =700mm ,故而可知 ?L +190+＝ 353（ mm ） ,能滿足要求。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(gè)部位，以獲得組織致密、外形清晰、美觀的制品。由于澆口尺寸大，熔體壓力損失小，流動(dòng)阻力小，進(jìn)料快，容易成型，適用于任何塑料。襯套的球形凹坑嘗試常取 3～ 5mm，這里取 4mm。如附圖 所示。 定位圈的設(shè)計(jì) 其直徑 D 為與注射機(jī)定位孔配合直徑，應(yīng)按選用注射機(jī)的定位孔確定。 第 5 章 成型零件的設(shè)計(jì) 型腔數(shù)的確定 根據(jù)制件的幾何形狀、材料、注射類型及生產(chǎn)批量通過(guò)經(jīng)驗(yàn)圖確定型腔數(shù)為單腔；為避免出現(xiàn)飛邊，要求注射壓力以及鎖模力作用在主流道中心。分析制品的形狀特點(diǎn)：兩側(cè)有 48個(gè)小孔。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(yīng)盡可能減小分型需接觸面積，從而可以增加分 型面的接觸應(yīng)力，防止溢料，并簡(jiǎn)化分型面的加工。 綜上四點(diǎn)，根據(jù)制品的形狀，應(yīng)選用單分型面，以制品的最大端面作為分型面。 計(jì)算模具成型零件最基本的公式為： AQAm ??A 式中 mA ――模具成型零件在室溫（ 20C? ） 時(shí)的尺寸（ mm ）； A――塑料制品在室溫時(shí)的 尺寸（ mm ）； Q――塑料的平均收縮率，對(duì)于 ABS為 %～ %，這里取 % 型腔內(nèi)徑尺寸的計(jì)算 模具的開(kāi)腔內(nèi)徑尺寸是由制品的外徑尺寸所決定。 設(shè)型腔內(nèi)徑名義尺寸 MD 為最小尺寸，其公差 Z? 為正偏差，則其平均值為 MD + Z? 。這里取 ； Z? ――模具制造公差，一般?。?1/6～ 1/4） mm 。 型腔深度尺寸的計(jì)算（凹模深度計(jì)算） ZQhh ????? )32H 11M ＝（ 式中 MH ――型腔深度尺寸（ mm ）； 1h――制品高度最大尺寸（ mm ）。 代入各數(shù)據(jù)可得： 橢圓短軸長(zhǎng)： MDd ＝（ 200+200 % ???? ）＝ ? （ mm ）； 橢圓短軸長(zhǎng)： CMd ＝（ 221+221 % ???? ）＝ ? （ mm ）。 實(shí)踐證明，在型腔壁厚計(jì)算中，對(duì)于大尺寸型腔來(lái)說(shuō)，剛度是主要矛盾，應(yīng)按剛度計(jì)算；對(duì)于小尺寸型腔而言，因?yàn)樵诎l(fā)生大的彈性變形以前，其內(nèi)應(yīng)力往往超過(guò)許用應(yīng)力，所以強(qiáng)度是主要矛盾，應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算。代入可求得 c= B 求系數(shù) ? φ = 12llf? 式中 φ —— 系數(shù)； 2l —— 凹模型腔短邊長(zhǎng)度（ cm）； 1l—— 凹模型腔長(zhǎng)邊長(zhǎng)度（ cm）； 注：計(jì)算φ時(shí)，先確定1l， 2l 的值，然后單擊 2l /1l文本框，再單擊φ文本框自動(dòng)調(diào)用曲線圖計(jì)算出系數(shù)φ。代入可求得： b== 按強(qiáng)度計(jì)算 ]2[ )12( ??? prbPP? ? 式中 r —— 凹模型腔內(nèi)孔半徑，為 110mm； P? —— 材料許用應(yīng)力，為 320MPa ； 其余參數(shù)同上 。代入可得： h=。 模具鋼的選擇 選擇模具鋼的原則 塑件的生產(chǎn)批量 模具是高效率的生產(chǎn)工具。最理想的情況是當(dāng)模具壽命終了時(shí)，該產(chǎn)品正好退出市場(chǎng)。而模具的制造精度及耐磨損性能又決定制件的合格率。因而加工的應(yīng)力變形必須考慮。制件小時(shí)，型腔體積小，所用的刀具（主要是銑刀）強(qiáng)度低，切削量很小。 本設(shè)計(jì)模具鋼的選擇 基于上述各個(gè)原則并逐次考慮之，結(jié)合制件為大批量生產(chǎn)、塑件尺寸精度要求較高、制件形狀相對(duì)簡(jiǎn)單、體積較大以及制件要求 外觀比較光滑等特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、加工性等方面進(jìn)行綜合考慮，本設(shè)計(jì)決定選用 3Cr2Mo(P20)模具鋼?？估瓘?qiáng)度約為 1330 2/mmN 。 導(dǎo)柱固定孔直徑與導(dǎo)套固定孔直徑相等，便于兩孔同時(shí)加工，確保同軸度，導(dǎo)柱采用帶儲(chǔ)油槽階梯形，其帶油槽便于潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。代入以上各數(shù)據(jù)可得： V =11605004 3mm = 3 ,則 W = 410 3??Vg? = 4 3???? =（ N ） 所以 453 ???? ??? ?d=(mm ) 由 [1]表 53選有肩導(dǎo)柱（ ），其其主要參數(shù)如下： (單位： mm ) 80,315,8,71,63,63,50 ?????????? ??????? LLsDddd 材料為 20 鋼，滲碳 ～ 厚淬硬到 HRC5660。 頂桿布置形式 頂桿的頂出位置應(yīng)該設(shè)在脫模阻力大的部位。 頂桿與型芯頂桿孔的配合一般為 H8/h7,配合長(zhǎng)度一般為頂桿直徑的（ ～ 2）倍，但至少不小于 15mm。 B —— 塑件在與開(kāi)模方向垂直的平面上的投影面積（ 2mm ），當(dāng)塑件底部有通孔時(shí)， 10B 視為零。 推桿強(qiáng)度計(jì)算與應(yīng)力校核 ]1[ 圓形推桿直徑 d )(644 3 22 cmQRn ld ?? ?? 式中 d —— 圓形推桿直徑（ cm）； ? —— 推桿長(zhǎng)度系數(shù) ? 。 因推桿比較長(zhǎng)，應(yīng)適當(dāng)增大其直徑以提高其剛度。 推板厚度計(jì)算 EByQLH ? 式中 H—— 推板厚度（ cm）； L—— 推桿間距，為 ； Q—— 總脫模力，為 ； E—— 鋼材的彈性模量，對(duì)于 45 鋼為 E=107 N/cm2 B—— 推板寬度，為 36cm； y—— 推板允許最大變形量，為 。否則，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的高溫，引起塑件局部碳化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良而引起塑件強(qiáng)度降低，甚至阻礙塑料填充等。 引氣設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)制品為深腔殼形塑件 ,注射成型后 ,整個(gè)型腔由塑料填滿 ,型腔內(nèi)氣體被擠出 ,此時(shí)塑件的包容面與型芯的被包容面基本上構(gòu)成真空。熱塑性顏料在注射成型后 ,必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻 ,使熔融塑料的熱量盡快傳給模具 ,以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模 ,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)僅考慮冷卻介質(zhì)在管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流的散熱，而忽略其它傳熱因素。 Tc —— 冷卻時(shí)間，對(duì)于 ABS。 每小時(shí)注射次數(shù) n 與注射周期有關(guān)，而注射周期 T（每?jī)纱伍]模的時(shí)間間隔）包括 ]1[ ： )(sTTTTT ri ???? 式中 iT —— 充模時(shí)間，查表 549 得 iT =。 冷卻通道的理論計(jì)算 熱量計(jì)算 模具的熱量是由輻射傳熱、對(duì)流散熱、向模板的傳熱和與注射噴嘴的傳熱等很多因素綜合作用的結(jié) 果。 本設(shè)計(jì)中，除了四根頂桿的間隙可以引氣之外，在動(dòng)模也有四個(gè)鑲塊（用螺釘聯(lián)結(jié)） ,其間隙可作引氣之用。 排氣槽應(yīng)開(kāi)設(shè)在 型腔最后被充滿的地方。 第 8 章 排溢、引氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 排溢設(shè)計(jì) 模具型腔在塑料充填過(guò)程中，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體尤其是在高速注射成型時(shí)，考慮排氣是很必要的。 推桿應(yīng)力校核 sdn Q ??? ?? 24 式中 ?