PA66塑料模课程设计说明书.docx

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PA66塑料模课程设计说明书

前言

时间飞逝，大学四年的学习一晃而过，为具体的检验这四年来的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为塑料端盖的注塑模具。

本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，成型难度不太大，模具结构较为简单，对模具工作人员是一个很好的锻炼。

它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。

本次设计以注射塑料端盖模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。

能很好的学习致用的效果。

在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。

把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。

在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。

由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正。

绪论

{一}【模具在加工工业中的地位】

模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。

在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。

例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：

能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。

以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。

首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。

其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。

在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。

另外模具对制品的成本也有影响。

当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。

高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。

由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。

因此促进模具的不断向前发展

[二]【我国模具技术的现状及发展趋势】

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业十分重视技术发展。

加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。

此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。

今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。

与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。

今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

[三]【设计在学习模具制造中的作用】

通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。

在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。

毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。

1塑件的工艺分析

1.1【塑件成型工艺分析】如图1.1所示：

图1.1

塑料端盖的形状较简单，材料选用PA66，塑料端盖的中心决定了它的重心位置的所在。

所以我们必须很好的处理它壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。

由于塑料端盖的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。

在注塑的时候，所受到的力相差不大，不大容易造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用侧浇口。

1.2【塑料端盖原料（PA66）的成型特性与工艺参数】

　PA66又称尼龙66，俗称尼龙双6;该原料为半透明或不透明乳白包或带黄色颗粒状结晶形聚合物，具有可塑性。

密度（g/cm3）1．10-1．14；拉伸强度（MPa）60.0-80．0；洛氏硬度118；熔点252℃；脆化温度-30℃；热分解温度大于350℃；连续耐热80-120℃；冲击强度（kJ/m2）60-100；静弯曲强度（MPa）100-120；马丁耐热（℃）50-60；弯曲弹性模量（MPa）2000～3000；体积电阻率（Ωcm）1.83×1015；平衡吸水率2．5%；介电常数1．63。

　　化学式：

[-NH（CH2）6－NHCO（CH2）4CO]n－能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀

　　PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。

在产品设计时，一PA66的收缩率在1%~2%之间。

　　现在市面上流通很多用一次性水口通过改性，同样可以达到原厂料的物性，同时价格也相对来说比原料便宜很多，这样就给广大客商节约了一大笔成本，广大东莞静元塑化有限公司就是这样一家专业改性抽粒的厂家，在当地口碑很不错。

干燥处理：

加工前的干燥处理是必须的。

湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90~110℃，2~4小时。

熔化温度：

230~300℃。

模具温度：

50~100℃。

连续工作为70℃左右。

热变形温度为93℃左右。

注射压力：

取决于塑件。

注射速度：

尽可能地高。

工艺参数如表2-1所示：

PA66工艺参数

24小时吸水性

0.2 - 0.3 %

收缩

0.5 - 0.7 %

线性热膨胀系数

2.22 - 2.78 10^-5°F-1

   电性能

耗散因数

70 - 200 10^-4

介电常数

2.9 - 3.2 

介电刚性

381 - 1778 kV/in

耐电弧性

0 - 120 sec

体积电阻系数

14 - 17 10^XOhm.cm

   辐射电阻

伽玛辐射电阻

好

耐紫外光

良

   机械性能

弹性（弯曲模量）

290.08 - 333.59 ksi

低温韧性（低温缺口冲击强度）

1.4 - 10 ft-lb/in

断裂伸长率

60 - 85 %

拉伸强度

5801.51 - 7251.88 psi

拉伸屈服强度

6526.7 - 7977.07 psi

洛氏硬度

50 - 70 

屈服伸长

3 - 5 %

韧性（室温缺口冲击强度）

7.49 - 11.24 ft-lb/in

肖氏硬度D

85 - 90 

杨氏模量

290.08 - 319.08 ksi

硬度（弯曲模量）

290.08 - 333.59 ksi

   燃烧性能

可燃烧性

可燃

耐火性（LOI）

21 - 34 %

   使用温度

热变形温度（0.46Mpa）

221 - 266 °F

热变形温度（1.8Mpa）

212 - 230 °F

最高持续工作温度

158 - 230 °F

2注塑设备的选择

2.1【估算塑件体积】

估算塑件体积和质量：

该产品材料为PA66，查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为，计算其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。

使用UG软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。

另预置浇道凝料为2cm3

塑件体积为6.1cm3。

2.2【选择注射机】

根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为HASCO-E

注塑机的参数如下：

注塑机最大注塑量：

40cm3

注塑压力：

200/Mpa

注塑速率：

50（g/s）

塑化能力：

20（Kg/h）

锁模力：

2500KN

注塑机拉行间距：

250×250mm

顶出行程：

55mm

最小模厚：

130mm

最大模厚：

220mm

模板行程：

230mm

注塑机定位孔直径：

55mm

喷嘴球半径：

SR10

2.3【模架的选定】

根据塑件选定模架为：

HASCO-E类型为Typt1（F2M2）。

见图2.1：

图2.1塑件的模架

2.4【最大注射压力的校核】

塑料端盖的原料为PA66，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为200MPa，所以注射压力符合要求。

注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。

所以选用的注塑机最大注塑量应满足：

0.8V机≥V塑＋V浇

式中V机————注塑机的最大注塑量，40cm3

V塑————塑件的体积，该产品V塑＝6.1cm3

V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝2cm3

故V机≥（6.1+2）cm3

F锁﹥pA

式中p————熔融型料在型腔内的压力，该产品

A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=7850mm3

F锁————注塑机的额定锁模力。

故F锁＞pA=200Mpa×7850mm3

选定的注塑机的压力为2500KN，满足要求。

2.4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

A模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适

模具长×模具宽<拉杆面积

B模具闭合高度校核

Hmin————注塑机允许最小模厚=130mm

Hmax————注塑机允许最大模厚=220mm

H——————模具闭合高度=190mm

故满足Hmax＞H＞Hmin。

（1）开模行程校核

注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：

S机————注塑机最大开模行程，230mm;

H1———模具型芯高度，10.5mm；

H2————塑件高度，10.2mm;

a--------------定模固定板与动模型腔板分开的距离（应保证取出主流道凝料）（MM）

S机－（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）+a

因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。

故：

230－（180－130）＞20.7＋（5～10）+50

满足条件

3塑料件的工艺尺寸的计算

所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。

（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。

由于闹钟后盖须与前盖配合，所以只有闹钟后盖的边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有闹钟后盖与电池盖的配合，故需要计算相对于榫和铰链的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。

因PA66的成型收缩率为0.4～0.7%,所以平均收缩率取S=0.5%

3.1[型腔的径向尺寸]

（LM）0+δ=[（1+S）Ls-（0.5～0.75）△]0+δ=[1.005×Ls-0.75△]0+δ

其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。

塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δz为模具成型零件的制造公差取1/3～1/6△，模具型腔按五级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：

（一）、Ls=2mm.经计算得：

LM=1.810+0.09mm;

（二）、Ls=4mm.经计算得：

LM=3.710+0.09mm;

（三）、Ls=18mm.经计算得：

LM=18.720+0.11mm;

（四）、Ls=28mm.经计算得：

LM=27.690+0.07mm;

（五）、Ls=32mm.经计算得：

LM=29.670+0.21mm;

（六）、Ls=40mm.经计算得：

LM=39.630+0.09mm;

（七）、Ls=43mm.经计算得：

LM=39.610+0.15mm;

（八）、Ls=75mm.经计算得：

LM=74.570+0.15mm;

3.2[型芯的计算]

3.2.1芯径向尺寸的计算：

LM=[（1+S）Ls+3/4△]-Ó0

其各字母的含义与前相同，型芯按五级精度制造，根据型芯的基本尺寸，代入数据得：

（一）、Ls=2mm经计算得：

LM=2.0830-0.09mm;

（二）、Ls=10mm经计算得：

LM=10.150-0.09mm;

（三）、Ls=11mm经计算得：

LM=11.180-0.19mm;

（四）、Ls=12mm.经计算得：

LM=12.20-0.21mm

（五）、Ls=14mm.经计算得：

LM=14.240-0.09mm;

（六）、Ls=26mm.经计算得：

LM=26.350-0.15mm;

（七）、Ls=32mm.经计算得：

LM=32.410+0.08mm;

（八）、Ls=36mm.经计算得：

LM=36.450+0.09mm;

（九）、Ls=75mm.经计算得：

LM=75.650+0.09mm;

（十）、Ls=76mm.经计算得：

LM=75.660+0.09mm;

3.2.2型芯高度尺寸的计算：

HM=[（1+S）Hs+3/4△]-Ó0,按五级精度制造

Hs=38mm经计算得：

HM=38.480-0.10mm;

3.3[模具型腔壁厚的计算]

如果是利用计算公式的话比较烦琐，且不能保证在生产中的精确性，我们可以根据书中的经验值来取的。

成型零件材料选择。

为实现高性能的目的；选用模具材料应具有高耐磨性，高耐蚀睡，良好的稳定性和良好的导热性。

必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小，但不需要耐腐蚀性，因为PA66没有腐蚀性。

可以采用Cr12，经过调质，淬火加低温回火，正火。

HRC≥55。

可以取型腔壁厚为：

0.20L+17=31。

4浇注系统的设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：

（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。

（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。

（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：

尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。

（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。

（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。

（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

4.1【主流道设计】

主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为长圆锥形，流道宽度随着连接分流道的距离的减小而比增大，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。

主流道套通常用高碳工具钢制造并热处理淬硬。

塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。

采用带直流道的中心点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为3，内表面的粗糙度为Ra1微米,孔径为2.85毫米。

主流道的设计要点如下：

（1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因PA66的流动性为中性，故其锥度取3度，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R1微米。

（2）主流道大端呈圆角，其半径取r=1～3mm,以减少流速转向过渡的阻力，r=2mm.

（3）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。

（4）为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为r2=r1+（1～2）,其小端直径D=d+（0.5～1）,凹坑深度常取3～4mm。

在此模具中取r2=11～12mm。

（5）由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其小端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm。

同时因该塑料端盖采用PA66，需加热，所以在主流道处采用电加热以提高料温。

4.2【冷料井设计】

冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。

冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。

可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。

拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。

利用球头形的拉料杆配合冷料井。

4.3【分流道设计】

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。

分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。

但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。

4.3.1分流道设计要点：

（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。

（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。

对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。

（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。

（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。

4.3.2分流道的长度

分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。

4.3.3分流道的断面

分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。

因PA66的推荐断面直径为4.5～9.5（查表4-2），部分塑件常用断面尺寸推荐范围。

分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。

分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的份流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。

同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。

4.3.4分流道的布局

在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。

它要求各对应部位的尺寸相等。

这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。

而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。

4.4【浇口选择】

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。

其主要作用是：

（1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。

（2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。

浇口截面积约为分流道截面积的0.03～0.09，浇口的长度约为0.5mm～2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。

当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。

但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。

浇口位置的选择：

（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。

这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。

（2）浇口设置应有利于排气和补塑。

（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。

采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。

（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。

熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。

流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。

对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。

为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。

筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口