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一、塑料的工艺分析

材料名称:聚酰胺6(尼龙6或PA6) GF30%

比重:PA6-1.14克/立方厘米

成型收缩率:PA6-0.8-2.5%

适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,电器,仪表等零件

(1)、注塑模工艺条件:

干燥处理：由于PA6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意。如果材料是用防水材料包装供应的，则容器应保持密闭。如果湿度大于0.2%，建议在80℃以上的热空气中干燥16小时。如果材料已经在空气中暴露超过8小时，建议进行105℃，8小时以上的真空烘干。

熔化温度：230~280℃，对于增强品种为250~280℃。

模具温度：80~90℃。模具温度很显著地影响结晶度，而结晶度又影响着塑件的机械特性。对于结构部件来说结晶度很重要，因此建议模具温度为80~90℃。对于薄壁的，流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度，但却降低了韧性。如果壁厚大于3mm，建议使用20~40℃的低温模具。对于玻璃增强材料模具温度应大于80℃。

注射压力：一般在750~1250bar之间（取决于材料和产品设计）。

注射速度：高速（对增强型材料要稍微降低）。

流道和浇口:由于PA6的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5*t（这里t为塑件厚度）。如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm。

(2)、化学和物理特性:

PA6的化学物理特性和PA66很相似，然而，它的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。它的抗冲击性和抗溶解性比PA66要好,但吸湿性也更强。因为塑件的许多品质特性都要受到吸湿性的影响，因此使用PA6设计产品时要充分考虑到这一点。为了提高PA6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。对于没有添加剂的产品，PA6的收缩率在1%到1.5%之间。加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到0.3%（但和流程相垂直的方向还要稍高一些）。成型组装的收缩率主要受材料结晶度和吸湿性影响。实际的收缩率还和塑件设计、壁厚及其它工艺参数成函数关系。

(3)、成型性能 ：     

1.结晶料,熔点较高熔融温度范围窄,热稳定性差,料温超过300度、滞留时间超过30min即分解。较易吸湿,需干燥,含水量不得超过0.3%.

2.流动性好,易溢料。宜用自锁时喷嘴,并应加热。

3.成型收缩范围及收缩率大,方向性明显,易发生缩孔、变形等。

4.模温按塑件壁厚在20-90度范围内选取,注射压力按注射机类型、料温、塑件形状尺寸、模具浇注系统选定，成型周期按塑件壁厚选定。树脂粘度小时，注射、冷却时间应取长，并用白油作脱模剂。

5.模具浇注系统的形式和尺寸，增大流道和浇口尺寸可减少缩水。      

1、塑件工艺分析

（膜片夹片）

1）结构分析:

该塑件外形类似壳类零件，要求外表美观xx点无熔接痕，表面粗糙度可取Ｒa1.6,而塑件的内部没有较高的精度要求．所以型腔的设计与制造需要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证其达到精度要求．

2）成型工艺分析:

(1)塑件的尺寸精度分析：

　　　 24.7              3.7 为MT2

 其余未注公差等级公差尺寸均按MT5级公差标准:

      R      5.5     0.9

(2) 脱模斜度:

该塑件的壁厚约为1.4～1.6mm

脱模斜度的大小主要取决于塑件的收缩率,塑件的形状、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知PA的脱模斜度：内表面为25´～40´，外表面为20´～40´。

脱模斜度的选择原则:

①   当塑件有特殊要求或精度要求较高时，应选取小的脱模斜度。

②   高度不大的塑件也可以不要脱模斜度。

③   收缩率大的塑件应取大的脱模斜度。

④   塑件形状复杂、不易脱模的，应取大的脱模斜度。

⑤   塑件上的凸起或加强筋单边应有4°～5°的斜度。

⑥   侧壁带皮革花纹的应有4°～6°。

而该塑件不高且外壁精度要求相当高，所以脱模斜度应选小斜度。PA6的流动性很好，又加了10%石墨有利于脱模，所以综上，塑件外壁不设脱模斜度，这样有利于尺寸精度的保证。而内表面取小的斜度25´。

3)塑件的体积和质量:

 根据图样尺寸，利用画图软件建立塑件三维模型，经分析得：

  塑件体积：V塑≈1215.68mm3

      塑件质量: m塑＝ρV塑＝14.2×1215.68×10-3≈17.2g

4）注射机型号的确定:

注射机型号的初步确定，主要是根据塑件的体积、质量以及数量       来确定的，据以上可知，塑件的体积在上面已计算过。

      塑件体积：V塑≈1215.68mm3

      塑件质量: m塑＝ρV塑＝14.2×1215.68×10-3≈17.2g

采用一模四腔，按预选型腔数来选择注射机。

模具所需塑料熔体注射量：m＝nm塑+m2或

                    V＝nV塑+V2

     n—初步选定的型腔数

     m/V—一副模具所需塑料的质量或体积

     m2/ V2—浇注系统的质量或体积

首先m2/ V2是未知数，据经验可知，流动性好的塑料浇注系统凝料的质量或体积为塑件的15%～20%，而流动性不好的塑料则是塑件的20%～{bfb}。PA6为流动性好的塑料，我们设计时一般按塑件的0.6倍计算，所以m＝1.6nm塑或V＝1.6nV塑

由此可知，模具注射一次的注射熔料为

  V＝1.6nV塑＝1.6×4×1215.68＝7780.352mm3

  m＝1.6nm塑＝1.6×4×17.2＝110g

选择注射机型号：

注射机的{zd0}注射量G≥ （G≥ ）（m/V为一次注射所需的熔体质量或体积）

α为注射系数，无定型塑料为0.85，结晶型塑料为0.75。

PA6为结晶型塑料，取0.75。

所以注射机{zd0}注射量G≥ = =10373.8026㎜3≈10.37㎝3

二、注射机的型号和规格选择及校核

根据以上计算，初步选定注射机型号为XS-ZY-125。该型号注射机为国产注射机。 

注射机XS-ZY-125的技术参数如下：

模具结构形式及注射机的初步确定

（1）注射机主要参数校核：

  1）{zd0}注射量：注射机的{zd0}注射量是指注射机螺杆或柱塞以{zd0}注射行程时，一次所能达到的塑料注射量。

   =Vρ=125×1215.68×10-3≈151.9g

               ≤

2）琐模力：

塑料溶体在注射压力下充入模腔，经过注射机喷嘴核模具浇注系统时虽有压力损失，进入芯腔时仍有较高的压力，模腔沿分型面处就会产生很大的是模具涨开力。注射机的琐模机构应该提供足够的琐紧力，使动、定模两部分在注射过程中保持紧密结合。

在注射充模时，分型面张开的总力不能超过这一额定琐模力，

  A=2238.9    

      F≥2238.9×71.4=159857.46N=159.857KN

ⅲ对注射机有关安装尺寸的校核

可安装的模具厚度  

3）开模行程校核校：

由于注射机是采用机械式和液压联合起作用，开模行程不受模具安装厚度的影响，移动模板的后移距离就是开模的行程。

由于本模具是双分型面结构的模具，按下列关系校核开模行程：

  S>9.2+10+35+10=64.2  (mm)

三、分型面设计与型腔布局

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向倾斜。

(1)模具分型面的选择原则：

①   分型面应选在塑件{zd0}截面处。

②   不影响塑件外观质量，尤其是对外观质量有明确要求的塑件更应注意。

③   有利于保证塑件的精度要求。

④   有利于模具的加工，特别是型腔的加工。（尽可能使模具结构简便）

⑤   有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。

⑥   便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。

⑦   尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。

⑧   便于嵌件的安装。

⑨   长型芯应置于开模方向。

为了能够更好的把塑件从型芯上取出，我们要采用推杆推出.

分型面的开设如图:（如图一：）

（如图一：）

(2)、型腔数目的确定

型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。

根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n ，即

             n

式中  F——注射机额定锁模力（N）

P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）

A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）

大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模四腔

（3）、型腔的布局

考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：

四、浇注系统设计

一.浇注系统和浇口的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通浇注系统和热流道浇注系统。

设计浇注系统时，应将流道设计的尽量少弯折，表面粗糙度Ra值为0.8μm～1.6μm。

设计浇注系统应遵循以下基本原则:

  I   适应塑料的工艺性;

  II  排气良好;

  III 流程要短;

  V   避免料流直冲型芯或嵌件;

  VI  防止塑件变形;

  VII 浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小,容积也应尽量少,这样既能减少塑料耗量,又能减少所需锁模力.

(1)主流道的设计

主流道是指连接喷嘴与分流道的塑料熔体通道。一般情况下我们选择垂直主流道。主流道通常有一定锥度，小端尺寸d应与所选注射机相匹配。注射机喷嘴尺寸为4mm。

d=注射机喷嘴的尺寸+（0.5～1）mm    取d=5mm.

主流道长度L一般情况下取小于60mm

主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2）mm,

锥角 一般在2°～4°范围内选取；在此 取4°在此模具中取SR0=12mm。

主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易磨损件，对材料要求高，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独加工和热处理。材料常采用T8A或T10A，热处理硬度为50HRC～55HRC。

衬套形式如下：

      (2)冷料井的设计

1)主流道冷料井的设计

应将主流道中的凝料拉出，所以冷料井直径应稍大于主流道大端直径。深度约为直径的1～1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料井的体积。冷料井有6种形式，而常用的是端部带Z字形拉料杆的形式该模具就可采用这种形式的冷料井。如图：      

1 — 定位圈   2 —定模座板  3 —冷料穴   4 —拉料杆  

 2) 分流道冷料井的设计

     对于热塑性塑料注射模来说，模具温度对塑料熔体都是冷却的，在分流道中流动的前锋塑料熔体温度都不太高，这股前锋冷料若进入型腔，对塑件质量有一定影响，特别是对于薄壁塑件或精度要求高的塑件，所以分流道需设计冷料井。而一般的分流道冷料井都是将分流道稍微超出下级分流道。

(3)分流道的设计

分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同有布置形式，但应遵循以下两个原则：一是排列紧凑、缩小模具板面尺寸；二是流程尽量短，锁模力力求平衡。该模具采用平衡式。

分流道的形状及尺寸

为了方便加工以及凝料脱落，分流道多数设在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形或矩形，而工程上一般选用梯形截面，因为其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力较小。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用梯形分流道，如图：

                     分流道截面形式

因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率{zg}的，固选它。                             

但对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑料，可用此经验公式确定梯形下底：           D=0.2654     

      M=17.2 g    L=40+40+45=125mm

     D取4mm     H取3mm  R取0.75mm

（4）浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好地高质量地注射成型。因此浇口位置的选择应注意以下几个方面：

①：浇口的位置应该设在制品的壁厚处，使塑料由壁厚流向壁薄，并保持浇口至型腔各处流程一致；

    ②：防止浇口处产生喷射而在充填过程中产生蛇星流

③：尽量缩短流动距离；

④：考虑分子定向的影响；

⑤：减少熔接痕，提高熔接强度；

此外还要注意到实际塑件型腔的排气问题以及塑件外观的质量问题。

  按浇口的类型浇口可分为：直浇口，中心浇口，侧浇口，环形浇口，轮辐式浇口，爪形浇口，点浇口，潜伏浇口。根据对塑件以及图纸的由分析得出：本塑件所用的浇口为点浇口。

点浇口的特征如下：

①              浇口位置能够自由选定，不受限制；

②              剪切速率高，能使流程比增大，但剪切速率过高时，浇口附近易引起熔体破裂、白化；

③              可用于热浇道；

④              浇口附近变形小；

⑤              加工比较难。

⑥              多点进料或多腔时容易进行平衡；

⑦              浇口必须用三板模切断；

点浇口与分浇道的连接要通过一个储料井，其形式如下图所示:

点浇口的截面为圆d常为0.5~1.8mm

浇口长L常为0.5~0.2mm  α为12~13度

五、成型零件的设计

一、凹模的结构形式：

凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们

可选用组合式凹模其结构如图所示：

二、凸模的结构设计

1、凸模的结构形式：

凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常xx为整体式和组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成，如图七所示：

                 凹模                  凸模

三、成型零件的工作尺寸计算

1、凹模径向尺寸计算（此题公差为自己标注）

现设制品的名义尺寸LS是{zd0}尺寸，其公差按规定为负值“-Δ”； 凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得：

式中，“Δ”前的系数（此处为3/4）可随制品的精度和尺寸变化，一般在0.5～0.8之间，制品偏差大则取小值，偏差小则取大值。

      S=(0.35+0.45)/2=0.4      

mm              

mm                    mm

凹模高等尺寸计算

mm                

mm

mm

凸模径向尺寸计算

设塑件内型腔尺寸为ls，公差为正值“+Δ”，制造公差为负值“-δZ”，经过与上面凹模径向尺寸相似推理，可得：

现在可算得：（由于这里塑件为圆，故公式中为d）

mm

mm

mm

凸模高等尺寸计算

= mm

型芯的结构及尺寸如图

六、导柱导向机构的设计

为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。

导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如图：                                 

我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：

⑴、导柱应合理地均布在模具分型   面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

⑵、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。                        

⑶、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。

⑷、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。

⑸、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。

⑹、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。

⑺、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。

⑻、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。

七.脱模机构的设计

1、何为脱模机构

在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。

2、脱模机构的分类及选用

脱模机构的分类分多，我们采用的是混合分类中的一种：推杆一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。所谓一次脱模就是指在脱模过程中，推杆就需要一次动作，就能完成塑件脱模的机构。它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。

3、脱模机构的设计原则

设计脱模机构时，应遵循以下原则：

（1）结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。

（2）保证塑件不变形、不损坏。

（3）保证塑件外观良好。

（4）尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。

4、推杆的结构形式及形状

因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。其结构形式见图:

  5、推杆的固定方式见图:

6、斜滑块侧向抽心机构的设计

   由于塑件侧凹较浅，所需的抽芯距不大，但侧凹的成型面较大，因而需较大的抽芯力时，可采用斜滑块机构进行侧向抽芯，它是利用推出机构的推力驱动斜滑块运动。在塑件被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向

八.模架的选择

  模架选用A2型号的。A2型模具定模均采用两块模板，设置推出机构。适用于直接浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成型模具。

九、模具开模动作过程

先开A1-A1    然后开A2-A2

塑料成型工艺卡片

定模板

    动模板

推板固定板                   

支承板

推件板

 斜滑块

           浇口套                   型芯

装配图

设计感言

当拿到毕业课题的那天，就开始在想，这模具怎么办，心里没有一点儿底，一片空白，经过大量的查阅资料，与动手画图后，才找到点信心。

几次给老师的查阅，和聊天中，了解了设计的流程，怎么样去完成任务书，和在设计中要注意的问题与解决方案，比如，成型零件的结构设计中，凹模采用组合式可以简化复杂的机加工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复；图纸的明细表中应有零件的材料、规格、数量、备注等一些内容；开模次序的确定,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现。

    人生只有在慢慢的进步过程中才会长大，假如你不做这个设计，从而现在收获还是从零开始，或许哪天自己真真踏上这设计的旅程，肯定来不急后悔。在这我忠心感谢老师的指导和同学的热情帮助。

 参考资料

1、《塑料模具设计制造与应用实例》模具实用技术丛书编委员编机械工业出版社

2、《塑料模具设计》卜建新主编，中国轻工业出版社

3、《塑料模具设计》申树义、高济编，机械工业出版社

4、《塑料模具设计手册》《塑料模具技术手册》编委会，编机械工业出版社

5、《塑料制品成型及模具设计》叶久新、王群主编，湖南科学技术出版社