摩托车头盔模具设计毕业设计说明Word格式.docx
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常见的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂（EP）、氨基树脂、醋酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯（PUR）等。
若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。
1.4塑料制品与塑料模具
1.4.1塑料制品
塑料制品就是塑料用各种不同的模具和各种不同的成型工艺制造出来的，具有一定形状，一定使用功能和一定使用价值的产品。
到目前为止，塑料已经成为在钢铁、木材、水泥之后的第四大工业基础材料。
1.4.2塑料模具
塑料模具是一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。
模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。
可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。
塑料模具包括：
注射模（也称注塑模）、压缩模、传递模、挤出模中空吹塑模、真空成型模、压缩空气成型模、旋转成型模、发泡成型模、空气辅助成型模、水辅助成型模等多种塑料成型模具。
在上述各种塑料模具中，由于注射模具有高效精密、可成型各种复杂制品，工艺先进等诸多其它成型模具所不及的特点，而成为塑料制品成型工艺中最重要的并且起主导作用的是模塑成型工艺装备。
1.5塑料的注塑成型
注塑成型的简单过程为：
将粒状或粉状塑料经注塑机的料斗加到加热的料筒，塑料受热熔融，在注塑机的螺杆或活塞的压力推动下，经喷嘴进入模具型腔，塑料充满型腔，经冷却硬化定型，脱模后而得到具有一定形状的塑件。
塑料的成型方法有注塑、挤压、吹塑、发泡膨胀、压缩、压延、热成型等，其中应用最广泛的是压延、挤压和注塑成型三种。
第二章注塑模结构
2.1注塑成型原理及注塑过程
注（射模）塑（或称注射成型）是塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，而后由柱塞或往复式螺杆将熔体推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。
它不仅可在高生产率下制得高精度，高质量的制品，而且可加工的塑料品种多和用途广，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。
注塑成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件的后处理。
2.2注射模具结构组成及典型结构
一般认为，注塑模由八部份组成。
1成型零部件2合膜导向机构3浇注系统4顶出脱模机构5侧向分型与侧向抽芯机构6排气机构7温度调节系统8支撑零部件
注塑模具典型结构：
1、两板模（大水口）：
分流道开设在分型面上。
2、三模版（细水口）：
多个分型面，包括垂直分型和水平分型面。
应用：
1）细点入水的单型腔或多型腔。
2）侧向分型抽芯在定模一侧。
3）塑件结构特殊，需要顺序分型。
3、斜顶、滑块模，活动镶块：
塑件带有侧凹凸槽或螺纹。
4、牙模或转苛模：
塑件有、外螺纹（注意产品要防转动）
5、定模设顶出机构：
产品开模后留于定模，前模设有顶出机构：
拉杆，拉板，液压系统。
6、热流道模具：
节省塑料，提高生产效率，自动化生产，塑件质量高，生产批量大。
2.3热塑性塑料注射模的特点
由于所成型的制品材料的不同，成型时模具温度也各不相同。
因此，有的模具要进行冷却降温，而有的模具则需要加热升温。
常用热塑性塑料成型时的模具温度可见表2-1所示。
模具所需温度，一般地，在注射成型时由射入模具的高温塑料传导而得，不需另外加热升温。
当连续注射成型一段时间后，模具超过所需的围，则需冷却降温。
当模具温度要求超过100℃时，比如成型聚砜制品时，要求模具温度达到130℃～150℃，尤其是在南方的冬季，成型车间无空调、室温较低时，模具的冷却水道改为注入50℃～100℃的水或油为模具加热升温就非常必要了。
表2-1常用热塑性塑料成型时的模具温度
塑料名称
缩写
模具温度
醋酸纤维素
CA
20—80
氯化聚醚
CPT
80—110
聚氯乙烯（硬）
PVC
30—60
聚碳酸酯
PC
90—110
聚苯乙烯
PS
32—65
聚甲醛共聚
POM
90—120
改性聚甲基丙烯酸甲酯
PMMA
40—60
聚三氟氯乙烯
F-3
110—130
尼龙1010
N1010
40—80
聚全氟乙丙烯
F-46
苯乙烯-丁烯-丙烯睛共聚
ABS
50—80
聚苯醚
PPO
110—150
低压聚乙烯
PE
60—70
聚砜
PSF
130—150
塑料是在注射机料筒加热、在恒温中塑化成为熔融状态的粘流体后射入模具的。
料筒温度和模具温度都是可以调节的，但调好后是恒定的，其温差一般在3℃～5℃之间。
第三章塑件设计及分析
3.1制品材料性能
本塑件采用ABS材料，下面对其成型特性进行分析。
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
ABS塑料-名称化学名称丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料
英文名称AcrylonitrileButadieneStyreneplastic
3.1．1ABS塑料性能
一般性能
ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。
ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。
ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。
力学性能
ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；
ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
热学性能
ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度围使用。
电学性能
ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。
环境性能
ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。
ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；
于户外半年后，冲击强度下降一半。
加工性能
ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。
ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；
ABS的流动特性属非牛顿流体；
其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。
ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。
ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；
对特殊要求的制品（如电镀）的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。
ABS制品在加工中易产生应力，应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；
如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱2~4h，再冷却至室温即可。
3.1．2ABS塑料的分类
ABS根据冲击强度可分为：
超高抗冲型、高抗冲击型、中抗冲型等品种；
ABS根据成型加工工艺的差异，又可分为：
注射、挤出、压延、真空、吹塑等品种；
ABS依据用途和性能的特点，还可分为：
通用级、耐热级、电镀级、阻燃级、透明级、抗静电、挤出板材级、管材级等品种。
1、性能特点
ABS在一定温度围具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。
它不透明，一般呈浅象牙色，能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品，电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰。
通用级ABS不透水、燃烧缓慢，燃烧时软化，火焰呈黄色、有黑烟，最后烧焦、有特殊气味，但无熔融滴落，可用注射、挤塑和真空等成型方法进行加工。
2、级别与用途
ABS按用途不同可分为通用级（包括各种抗冲级）、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。
通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、等外壳和玩具等；
阻燃级用于制造电子部件，如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品；
结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等；
耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳等；
电镀级用于制造汽车部件、各种旋钮、铭牌、装饰品和日用品；
透明级用于制造度盘、冰箱食品盘等。
ABS在汽车饰的要求条件：
汽车饰追求的重要目标包括美观、低气味、机械性能、耐热、耐候等。
亚太国际ABS汽车材料能够满足各种饰部件的使用要求，材料具备以下条件：
1.良好的流动性
2.优异的抗冲击性
3.易加工成型
4.易着色、喷涂
5.低气味
6.良好的耐腐蚀性
7.亚光效果
3.1．3ABS塑料涂装工艺
近年来塑料制品在工业产品上得到了广泛的应用。
塑料质量轻、耐腐蚀性优越，传热导电性差，易压制成形状复杂的器件。
在产品结构上可代替部分有色金属和轻金属。
为了消除塑料表面的压制印迹及色泽不均，往往需要对塑料表面进行涂装。
涂装既可改善外观，又可以延长塑料的使用寿命。
1.ABS塑料的性能和表面状态
ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯所组成的三元共聚物。
它具有苯乙烯热塑性塑料的机械加工性、丁二烯的橡胶韧性、丙烯腈的耐化学腐蚀性。
三者的含量配比可根据产品需要进行调整。
塑料压制成型后表面状态对外观质量有很大的影响。
要求成型后的表面平整光滑，均匀一致，不应有划伤、飞边、毛刺、凹坑、斑点、气泡和明显的熔接线。
2.ABS塑料表面预处理
为了提高涂料在塑料表面的附着力和改善塑料外观，涂装前必须对塑料表面进行预处理。
（1）退火
塑料成型时易形成应力，涂装后应力集中处易开裂。
可采用退火处理或整面处理，消除应力。
退火处理是把ABS塑料成型件加热到热变形温度以下，即60℃，保温2h。
为了减少设备投资，可采用整面处理来改善表面状况。
整面处理配方及工艺如表1所列。
表1整面处理配方及工艺
项目
工艺参数
丙酮/份
1
水/份
3
温度/℃
室温
处理时间/min
15—20
（2）除油
ABS塑料件表面常沾有油污、手汗和脱模剂，它会使涂料附着力变差，涂层产生龟裂、起泡和脱落。
涂装前应进行除油处理。
对ABS塑料件通常用汽油或酒精清洗，然后进行化学除油。
工艺配方如表2所列。
表2除油工艺配方及工艺
项目
氢氧化钠（S/L）
50～70
磷酸钠（S/L）
20～30
碳酸钠（S/L）
10～20
表面活性剂（S/L）
5～10
50～60
10～15
（3）除电和除尘
塑料制品是绝缘体，表面电阻一般在1013Ω左右，易产生静电。
带电后容易吸附空气中的细小灰尘而附着于表面。
因静电吸附的灰尘用一般吹气法除去十分困难，采用高压离子化空气流同时除电除尘的效果较好。
3.ABS塑料涂料
ABS塑料涂料的性能特点如表3所列。
表3ABS塑料涂料的性能特点
AP-1塑料黑漆
塑－1清漆
塑－1各色磁漆
丙烯酸金属闪光漆
丙烯酸彩色透明漆
特性
能常温干燥、涂膜坚硬耐磨、防潮
漆膜光亮，坚硬耐磨，附着力好
漆膜颜色鲜艳，耐水、耐磨，附着力好
漆膜光亮，耐磨，附着力好
漆膜光亮透明，耐磨性好
用途
用于ABS、PS、PVC、HIPS塑料涂装
用于ABS、PS塑料涂装
用于ABS塑料涂装
外观
黑色
透明
各色
硬度
0.6
0.5
光泽
<
10
8～14
耐水性/h
24
耐醇性/次
60
20
50
3.1.4ABS的成型特性与工艺参数
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；
苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。
因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。
同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。
ABS塑料主要的性能指标：
密度（Kg.dm-3）1.13——1.14
收缩率%0.3~0.8
熔点℃130~160
热变形温度45N/cm65~98
弯曲强度Mpa80
拉伸强度MPa35~49
拉伸弹性模量GPa1.8
弯曲弹性模量Gpa1.4
压缩强度Mpa18~39
缺口冲击强度kJ/㎡11~20
硬度HRR62~86
体积电阻系数Ωcm1013
击穿电压Kv.mm-115
介电常数60Hz3.7
3.12ABS的注射成型工艺参数:
注塑机类型：
螺杆式
喷嘴形式：
通用式
料筒一区150——170
料筒二区180——190
料筒三区200——210
喷嘴温度180——19
模具温度50——70
注塑压60——100
保压40——60
注塑时间2——5
保压时间5——10
冷却时间5——15
周期15——30
后处理红外线烘箱
温度（70）
时间（0.3——1）
3.1.5收缩率
ABS具有较高的机械强度，流动性好，易于成型，成型收缩率小，理论计算收缩率为0.55%，溢料值为0.04mm，比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。
3．2制件分析
3.2.1制品形状
摩托车头盔的结构如图。
从外形上看，该制品大部分由圆弧组成。
3.2.2尺寸精度
根据制品图可知，该制品的复杂程度一般，尺寸精度为3～5级。
壁厚均匀，整体较薄，有利于成形。
3.2.3表面质量
该制品的外表要求光滑、无毛刺、耐磨，没有其他特殊要求，是比较容易实现的。
通过以上分析可知，制品的总体要求不是很高，加工和成形都可以得到保证。
本次设计塑件如图。
图3-1
第四章成型件设计
4.1成型件的结构设计
注塑模具闭合时,成型零件构成了成型塑料制品的型腔。
成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。
成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。
在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。
在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。
在上万次、甚至几十万次的注塑周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。
成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许值之。
成型零件的结构、材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。
4.1.1凹模的结构设计
凹模又名阴模，是成型塑件外表面的部件。
在注射成型中，因多装在注射机的定压板（或叫静压板）上，所以，习惯上叫定模（或叫定模）；
凹模按照其结构的不同可以分为：
（1）整体结构的凹模；
（2）整体镶入结构的凹模；
（3）局部镶拼结构的凹模；
（4）四壁镶拼结构的凹模；
（5）两瓣组合结构的凹模；
（6）螺纹型环结构的凹模。
整体结构的凹模，结构简单易于制造，牢固，不易变形。
制品上无镶拼结构留下的拼接痕，成型制品的外观质量较好，制造中省去了镶拼组合所需的工时和费用。
相同的钢材截面尺寸、比强度较高。
整体结构的凹模适于形状比较简单或形状虽比较复杂但可用仿形机床等特殊加工方法加工出来，精度要求不高，使用寿命可成型几千至一万左右次的中、小型模具。
基于整体结构凹模的这些特点和塑件形状及结构特点，本次设计的凹模采用整体结构的凹模，材料选用45#钢调质加工。
凹模结构见图
图4-1
4.1.2凸模的结构设计
凸模又名阳模，是成型表面的部件，在注射成型中，通常多装在注射机的动压板上，所以，习惯上叫动模。
由于注射成型中常常让塑件留在凹模上，所以，凸模上装有顶出机构，以便塑件脱模。
凸模可以分为：
（1）整体结构的凸模；
（2）整体镶入结构的凸模；
（3）镶拼组合结构的凸模三种。
由源文件零件图可知有两个圆孔。
故采用整体结构的凸模，见图
图4-2
4.2成型件的材料选择
（1）机械加工性能良好。
（2）抛光性能优良。
（3）耐磨性和抗疲劳性能好。
在实际模具设计中可参考表4-1选择合适的模具钢材。
本产品采用的原材料ABS为一般性热塑性塑料。
因此，其使用比较广泛，对ABS的几种应用环境及所选用的钢材进行对比后，并在其中选择比较适合本次设计的材料，因此应该选用的钢材型号为45钢。
由于塑料模具形状往往比较复杂，据统计塑料模具的钢材成本费用占整个模具制造成本不到20%，而切削加工成本占绝大部分（约75%），因此选择模具材料时应考虑其加工性能，所以本次设计采用的钢材型号为45钢。
表4-1塑料模具用钢及适应的工作条件
钢的类型
牌号
适应的工作条件
渗碳钢
12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、20Cr2Ni4A
生产批量大，承受较大动载荷，受磨损较重的模具
10、20
生产批量较小，精度要求不高，尺寸不大的模具
调质钢
45、55
3Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、4Cr5MoVSi、4Cr5MoVISi、35SiMn2MoVA
大型、复杂、生产批量较大的塑料注塑模或挤压成型模
高碳工具钢
Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、9CrWMn、Cr6WV、Cr4W2MoV、GCr15、SiMnMo
热固性塑料模具，生产批量较大，精度要求高及要求高强度、高耐磨的塑料注塑模
耐蚀钢
4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV
要求耐腐蚀及表面要求较高的模具
沉淀硬化不锈钢
17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-350、AM-355
马氏体时效钢
Ni18Co8Mo5TiAL、Ni20Ti2AINb、Ni25Ti2AlNb、Cr5Ni12Mo3TiAl
复杂、精密、耐磨、耐腐蚀、超镜面的模具
4.3成型件钢材的热处理成型
（1）成型件用的钢材均应进行调质处理以消除应力；
（2）成型表面有粗糙度要求的非亚光面的零件材料，其热处理后的表面硬度最低不的底于HRC32，一般均应达到HRC45以上，否则难以达到抛光效果；
（3）精密、复杂、小型的型腔、型芯、镶件可选用65Nb、CG-2和012Al。
4.4型腔、型芯工作部位尺寸的确定
查手册知ABS塑料的收缩率是0.3%～0.8%，则ABS塑料的平均收缩率为Scp=（0.3%+0.8%）/2=0.55%。
下表为计算的尺寸。
类别
模具名称
塑件尺寸
计算公式
型腔芯尺寸
型腔的计算
凹模
287
Lm+δz0=[（1+Scp）LS–3/4△]+δz0
283.3
170
Hm+δz0=[（1+Scp）HS–2/3△]+δz0
170.94
型芯的计算
凸模
200
lm0–δz=[（1+Scp）lS+3/4△]-δz0
201.1
166
hm0–δz=[（1+Scp）hS+2/3△]-δz0
166.91
按照下列公式计算型腔、型芯工作部位尺寸：
型腔径向尺寸Lm+δz0=[（1+Scp）LS–3/4△]+δz0
型腔深度尺寸Hm+δz0=[（1+Scp）HS–2/3△]+δz0
型芯径向尺寸lm0–δz=[（1+Scp）lS+3/4△]-δz0
型
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