六角螺母注塑模设计-毕业论文.doc

计 算 及 说 明 备 注
目 录
前言
绪论
1. 塑件的工艺分析……………………… …… …………1
1.1 塑件材料特性……………………………………2
1.2 塑料材料成型性能…… ………………………4
2. 塑件的成形工艺参数确定………………………………4
3. 模具的基本结构及模架选择…………………………6
3.1模具的基本结构………………………………………6
（2）选择模距………………………………………………10
4. 模具的结构设计计算……………………………11
（1）型腔结构……………………………………………11
（2）型心结构…………………………………………………12
（3）导柱、滑块结构………………………………………12
（4） 模具的导向机构……………………………………12
5. 模具成形尺寸设计计算……………………………12
6. 模具的加热、冷却系统……………………………15
7. 型腔厚壁的确定………………………………………16
8. 冷料穴和拉料杆的确定……………………… ……17
9. 排气方式设计………………………………………17
10. 模具成形零件的结构………………………………16
11． 注射机参数的校………………………………………18
12. 模具成形零件工作尺寸要素考虑因素…………20
13. 零件刚度和强度校核………………………………22
14. 模具装配图及模具的装配试模……………………23
14.1.1 试模前的准备………… ………………………26
14.1.2 模具的安装与调试…… ………………………26
14.1.3 试模……………………………………………28
14.1.4 检验……………………………………………31

六角螺母注塑模设计
1. 塑件的成形工艺性分析：
塑件如图1.1所示

产品名称：六角螺母 产品材料：增强PA
产品数量：大批量生产 塑料尺寸：如图1.1所示
塑件颜色：黑色
塑料要求：塑料外侧表面光滑，下端外沿不允许有浇口痕迹。

图1.1
1.1 塑料材料特性
①基本特征：
PA塑料（聚酰胺）通称为尼龙（Nglon）尼龙是含有酰胺基的线型热塑性树脂，尼龙的这一类塑料的总称。根据原料的不同，常见的尼龙品种有尼龙1010，尼龙610，尼龙66，尼龙6，尼龙9，尼龙11等。
②使用特性及用途：
尼龙有优良的力学性能，抗拉，抗压，耐磨，经过拉伸定向处理的尼龙，其抗拉强度很高，接近于钢的水平，因尼龙的结晶性很高，表面硬度大，摩擦系数小，故具有十分突出的耐磨性和自润滑性，它的耐磨性高于一般用做轴承材料的铜，铜合金，普通钢等。尼龙耐碱，弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙。尼龙的缺点是吸水性能强，收缩率大，常常因吸水而引起尺寸变化，其稳定性较差，一般只能在80°c ~100°c之间使用。
为了进一步改善尼龙的性能，常在尼龙中加入减摩剂，稳定剂，润滑剂，玻璃纤维填料等，以克服尼龙存在的一些缺点，提高机械强度。
尼龙广泛用于工业上制作各种机械，化学和电器零件。如轴承，齿轮，辊轴，滚子，滑轮，泵叶轴，风扇叶片。蜗轮，高压密封扣圈，垫片，输油管，储油容器，绳索，传动带，电池箱，电器线圈等零件，还可将粉状尼龙热喷到金属表面上，以提高耐磨性或作为修复磨损零件之用。
1.2塑料材料成形性能
尼龙原料较易吸湿因此在成形加工前必须进行干燥处理，尼龙的热稳定性差，干燥时为避免材料高温时氧化，最好采用真空干燥法；尼龙的熔体黏度较低，流动性好，有利于组成强度特别好的薄壁塑件，但容易产生飞边，故模具必须使用最小间隙，熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生降解使塑料性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留过长时间，尼龙成形收缩率范围及收缩率大，方向性明显，易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷，因此应严格控制成形工艺条件。
2 塑件的成形工艺参数确定
查有关手册得到PA（增强）塑料的成形工艺参数如下：
注射机类型：螺杆式
螺杆转速 20~40rpm
密度 1.4 ~1.6g /cm³
收缩率 0.3%~0.5 %
预热时间 2~3h
料筒温度 后段210°c~225°c
中段230°C~250°c
前段235°c~255°c
喷嘴温度 240°c~255°c
模具温度（℃） 50~80
注射压力 90~130Mpa
烘干温度 90°c~110°c
烘干时间 6~12h
保压压力 50~70 MPa
成形时间 注射时间 15~40s
保压时间 0~5 s
冷却时间 20~150 s
3.模具的基本结构及模架选择
（1）模具的基本结构
①确定成形方法
塑件采用注射成形法生产，为保证塑件表面质量，使用侧浇口成型，因此模具应为单分型面注射模。
②型腔分布
塑件形状较简单，质量较小，生产批量大，所以应采用多型腔注射模具，此模具采用一模三腔平衡布置，这样吗尺寸较小，制造方便，生产率高，塑件成本低，其布置如图所示：

③确定分型面
塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，因此采用如图所示分型面：

④选择浇注系统
塑件采用侧浇口系统，其浇注系统如图所示，侧浇口的宽度为1.5mm，侧浇口长度为0.5mm，分流道采用半圆截面流动，其半径R为3~3.5mm，主流道为圆锥形，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径为φ6~φ8mm。
⑤确定推出方式
由于塑件形状为六边形且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用，所以选模内自动脱螺纹机构，这种方法能尽量保证塑件在动模一侧推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。
⑥模具的结构形式
模具结构为单分型面注射模，采用螺纹拉杆控制分型面A.A的打开距离，其最大分型面应大于40mm，方便取出制件，模具分型面的打开顺序由螺纹拉杆控制。

1—定模座板 2—轴
3—中间板 4.10—导柱
5.9—导套 6.8—导柱
7—动模座板
⑦选择成型设备
选用G—54—3240/400型卧式注射机，其有关参数：
额定注射量 200/400 m³ 注射压力 109Mpa
锁模力 2540KN 最大注射面积 645 cm³
模具厚度 165~406mm 最大开合模行程 260mm
喷嘴圆弧半径 18mm 喷嘴孔直径 4mm
拉杆间距 290mm×368mm
（2）选择模距
①模架的选择
模架的选择如图所示
②模架安装尺寸校核
模具外形尺寸为长300mm，宽120mm，高150mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便的安装在注射机上。

4.模具的结构设计计算
（1） 型腔结构
如图所示，型腔由定模板，定模镶件，滑块共三部分构成。定模板和滑块构成塑件的侧壁，定模镶件成形塑件的顶部，而且侧浇口开在定模镶件上，这样使加工方便，有利于型腔的抛光，定模镶件可以更换，提高模具的使用寿命。
（2）型心结构
如图所示，型芯是由动模板上的孔固定，型芯于推板采用锥面配合，以保证配合的紧密，防止塑件产生飞边。另外锥面配合可以减少推件板在推件动时与型芯之间的磨损，型芯中心开有冷却水孔，用来冷却型芯。
（3）导柱、滑块结构
如图装配图所示
（4） 模具的导向机构
为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分和动模部分采用导柱和导套导向定位，推件板上装有导套，推出推件时，导套在导柱上运动，保证了推件板的运动精度。定模板上装有导柱，为浇口凝料推板和定模座板的运动导向。
5. 模具成形尺寸设计计算
（1）取PA的平均收缩率为0.4%，塑件未注公差按照STBT2中8级精度公差值选取。
ａ.型腔径向尺寸
模具最大磨损量选取塑件公差的1/6，模具的制造公差，取
①

②

ｂ.型腔深度尺寸
模具最大磨损量选取塑件公差的1/6，模具的制造公差，取
公式
式中Hs—塑件的高度最大尺寸
①

②

ｃ.型芯径向尺寸
型芯径向尺寸计算公式为：
式中Ls—塑件内形的最小尺寸，最大磨损量选取塑件公差的1/6，模具的制造公差，取

ｄ.型芯高度尺寸
型芯高度尺寸计算公式为：
式中Hs—塑件的内形深度最小尺寸，最大磨损量取塑件公差的1/6，模具的制造公差，取

6.模具的加热、冷却系统
① 模具加热
一般生产PA材料塑件的模具不需要外加热。
② 模具冷却
为了循环模具成形的生产周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完成后通循环水到靠近型腔的零件孔内，以便迅速使模具冷却，设计水道要注意到以下几点：
冷却数量（水道）尽可能多，孔径尺寸能大，冷却水孔中心线与型腔壁的距离为冷却通道直径的1～2倍，冷却通道之间的中心距为水孔直径的３～５倍，通道直径一般在８mm以上。
冷却水孔至型腔表面的距离，应尽可能相等，当塑件厚壁均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应相等，塑件厚壁不均匀时，应在厚壁处强化冷却。
浇口处需强化冷却。
冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部分，以防漏水。
冷却水孔应避免设计在塑料的熔接痕处。
进出水口管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常设在注射机的背面。
7.型腔厚壁的确定
型腔厚壁的确定从理论上讲是通过力学的刚度及强度公式进行计算的，刚度不足将产生过大的弹性变形而产生溢料间隙，强度不足将会产生塑料变形，并可能破裂。
由于塑件成形受温度压力，塑件特性及塑件复杂程度等因素的影响，所以理论计算并不能完全确定真实的反映结果，所以通常模具型腔厚壁不通过计算，通过经验确定。
8.冷料穴和拉料杆的确定
冷料穴是浇注系统内的结构构成之一，冷料穴的作用是容纳浇注系统道中的前锋冷料，以免让冷料注入型腔，多型腔模具分型面上有几个冷料穴。
9.排气方式设计
（1）排气槽设计
多种排气方式对于中型塑件的模具，对于本模具不必设计。
（2）行型面排气
对于本模具可以加以利于
（3）利于型芯，顶杆，镶拼块等间隙排气，本模具主要型芯，顶杆，镶件的间隙排气。
10.模具成形零件的结构
（1）型芯的结构设计
由于塑件结构复杂，尺寸较小，因此本模具的型芯由几个型芯镶块拼合组成，才能保证塑件的成形。
（2）镶块的设计
镶块是组成型腔的一部分，镶块之间用楔块连接。
11．注射机参数的校核
1.最大注塑量的校核
M机≥M实/ =（nM 塑+M浇）/
式中M机—注射机的最大注塑量
M实—实际注塑量
—注塑系数，一般取为0.8
n—型腔个数
M 塑—每个塑件的质量
M浇—浇注系统的质量
当实际注塑量以注塑容量V实表示时，有
实= V实
式中实—注塑塑料密度为时的实际注塑量
V实—实际注塑量
—C
式中—注塑塑件在常温下的密度
C—塑化温度和压力下塑料密度变化的校正系数，对结晶型塑料，C=0.85，对于非结晶型塑料C=0.93.
当实际注塑量以注塑量M实表示时，有
实= M实（/ ）
式中—聚酰胺在常温下的密度
V机—200~400
而 V塑—12×8.5=102
V浇—40
V机—102+40/0.8=177.5
而选定的注射机注塑量大于177.5，所以满足要求。
2.模具与注射机安装部分相关尺寸校核
（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注射机模板尺寸和拉杆间距相适合。
模具长×宽＜拉杆面积
模具的长为300mm，宽为120mm
注射机拉杆间距为290mm×368mm
故满足要求
（2）模具闭合高度
模具实际高度 H模=150mm
注射机最小闭合高度 Hmin=140mm
则H模＞Hmin故满足要求
（3）开模行程校核
注射机的最大行程与模具厚度相关，故注射机的开模行程应满足下式：
S机—（H模-Hmin）＞H1+H2+（S-10）mm
式中H1—顶出距离
H2—包括浇注系统在内的塑件高度
S机—注射机的最大行程m
S机—（H模-Hmin）=260-(150-140)
=250mm
H1+H2+（S-10）mm=10+50+10
=70mm
故可以满足要求
则S机—（H模-Hmin）＞H1+H2+（S-10）mm
12.模具成形零件工作尺寸要素考虑因素
（1）塑件收缩率的波动
按一般要求塑件收缩率的波动所引起的误差应于塑件公差的1/3
（2）模具成形零件的制造误差
模具成形零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一，该模具成形零件的制造精度公差值取塑件公差值的1/3.
（3）模具成形零件的磨损
对于脱模方向垂直的成形零件表面磨损量应该取最小值，甚至可以不考虑磨损量，而与脱模方向平行的成形零件最大磨损可以取塑件公差的1/6。
成形零件的最大磨损量用表示，一般取=1/6。
（4）塑件的总误差
塑件在成形过程中产生的最大尺寸误差应该是各种误差的总数，即

式中—塑件的成形误差
—塑件收缩率的波动引起的误差
—模具成形零件的最大磨损量
—模具成形零件的最大磨损量
—模具安装配合间隙的变化而引起的塑件尺寸误差
塑件的成形误差值应小于塑件公差值。
即
（5）塑件尺寸和精度的原则
一般情况下，塑料收缩率波动，成形零件的制造公差和成形零件的磨损是影响塑件尺寸和精度的主要原因，该零件属小型件，成形零件的制造公差即磨损对塑件尺寸公差影响最大，应提高模具精度等级和减小磨损来减小塑件的成形误差。
13.零件刚度和强度校核
型腔在成形过程中受到塑料落体的高压作用，应该具有足够的刚度和强度，理论分析和实践证明。大尺寸型腔刚度不是主要矛盾，型腔应该以满足刚度条件为准，（即型腔的弹性变形不超过允许变形量max[]）;而对于小尺寸的型腔强度不是主要矛盾，型腔以满足强度条件为准，（即型腔的各种受力形式F的应力值不得超过模具材料的许用应力）。
强度不足，会使模具发生塑料变形，并可能破裂。因此强度计算的条件是满足受力状态下的许用应力。
而刚度不足，导致型腔尺寸扩大，其结果会使塑件的精度降低或脱模困难，因此，刚度计算的条件从以下几个方面来考虑它的尺寸精度。
保证塑件的尺寸精度
当塑件要求整体或部分较高的精度时，模具就必须有很好的刚度，以保证塑件熔体在注入型腔的过程中不产生过大的弹性变形。
防止溢料
当熔体注入型腔中时，型腔的某些配合产生的间隙，间隙过大则会产生溢料，在不产生溢料前提下，将允许最大间隙值作为型腔的刚度条件。
保证塑件顺利脱模
如果凹模的刚度不足，在熔体高压作用下会产生过大的弹性变形，当变形量超过塑件的收缩量时，塑件被包住而难以脱模，强制顶出则易使塑件划分或破裂，因此，型腔允许的弹性变形量应小于塑件厚壁的收缩值，即：。
14.模具装配图及模具的装配试模
模具的总装图见下页
模具的装配要求，塑料注射模具的数量，质量，取决于模具零件的加工制造质量和装配质量，因此提高装配质量是非常重要的，在模具装配时应该注意以下几个方面：
成形零件及浇注系统
成形零件的形状尺寸必须符合图样的要求
一般型腔应该尽量取下偏差尺寸。型芯尽量取上偏差尺寸，以延长模具的使用寿命。
成形零件及浇注系统的表面平装，光洁
成形零件表面要经过抛光面或镶铭，使表面平装，光洁，抛光时抛光纹路应与脱模方向一致。
③互相接触承压零件应有适当的间隙或合理的承压面积可以防止模具使用时零件互相挤压而损坏。
型腔的分型面
型腔的分型面处，浇口及进料口处应保持锐边，一般不能修成圆的。
推出系统零件
①推出系统在模具打开时，能顺利打开并推出制件，并方便取出制件和废料，闭模时能准确回复到初始位置。
②推出系统零件动作要求
各推出零件，在装配后要动作平衡，灵活，不得有卡位等现象。
滑块及活动零件
保证装配精度
滑块及活动零件装配后间隙适当，起止位置要安装正确，不能产生歪斜现象。
保证运动精度
滑块及活动零件运动时要保证运动平衡，可靠，动作灵活，协调。
保证装配垂直度
导柱，导套，在安装后要垂直于模座，不得歪斜。
导后机构
保证配合精度
导柱，导套的导向精度要满足设计图样要求。
加热与冷却系统
①冷却水路要畅通，不漏水，阀门控制可靠。
②加热系统要绝缘良好，孔漏光现象，并安全可靠，能达到模具所要求的温度。
模具外观
①为搬运，安装方便，模具上应有起重孔或吊环。
②模具装配后闭合高度，安装尺寸等要素符合设计图的要求。
③模具闭模时，分型面，承压面之间要闭合严密，模具外露部分的棱边也要倒角。
④模具装配后，动，定模座板安装面对分型面，平行度在300mm范围内不大于0.05mm。
⑤装配后的模具应打印标记，编号及合模标记
装配后的模具应在生产条件下试模，直到生产出满足质量要求的产品。
4.1模具的安装调试
模具的安装调试是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改、补充和和调整是对于模具设计的补充。
14.1.1 试模前的准备
试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与注射机各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。
14.1.2 模具的安装及调试
模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。
1）模具的安装方位要满足设计的要求。
2）模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。
3）当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。
4）模具带有液压油路接头，气路接头，热流道元件接线板时，尽可能放在非操作一侧，以免操作不方便。
模具在注射机上的固定多采用螺钉，压板的形式，如图4.1所示。一般每侧4～8块压板，对称布置。
模具在注射机上之后，要进行循环调整，并且检查模上各运动机构是否可靠，灵活，定位装置是否能够有效使用。

图4.1 模具的固定
1-压板； 2—螺钉； 3—模具； 4—注射机模面
要特别注意以下几个方面：
1）合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。、
2）活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确可靠。
3）开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。
4）冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。
14.1.3 试模
模具安装调试后既可以进行试模
加入原料
原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成形性能应符合相关标准的规定。
调整设备
按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成形时间、成形温度等工艺参数。
试模
将模具安装在注射机上，选用合格的原料，根据推荐的工艺参数调整好注射机，采用手动操作。
缺陷原因
制件不足
溢边
凹陷
银丝
熔接痕
气泡
裂纹
料桶温度太高

√
√
√

√

料桶温度太低
√

√

√
注射压力太高

√

√
√
注射压力太低
√

√

√
√

模具温度太高

√

模具温度太低
√

√

√
√
√
注射速度太慢
√

注射时间太长

√
√

注射时间太短
√

√

√

成型周期太长

√

√

加料太多

√

加料太少
√

√

原料含水分过多

√

分流道或浇注太小
√

√
√
√

模穴排气不好
√

√
√
√

制件太薄
√

制件太厚或变化太大

√

√

注射机能力不足
√

√
√

注射机锁模力太不足

√

试模过程中，应进行详细记录，将结果填入试模记录卡，并保留试模的样件。

14.1.4 检验
通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，试模合格的模具，应清理干净，涂防锈油入库保存。

参 考 文 献

1. 齐卫东. 塑料模具设计与制造. 北京：高等教育出版社，2004
2. 阎亚林. 塑料模具图册 北京：高等教育出版社，2004
3. 甑瑞麟. 模具制造实训教程 北京 ：机械工业出版社，2006
4. 屈华昌. 塑料成形工艺与模具设计 北京： 高等教育出版社，2001
5. 付丽. 实用模具技术手册. 北京：机械工业出版社， 2002
6《塑料成型工艺与模具设计》，屈华昌主编，机械工业出版社，2005
7《塑料模具设计》，朱光力等编，清华大学出版社，2003
8《塑料模具设计》，陈志刚主编，机械工业出版社，2002
9《塑料模具设计》，李秦蕊主编，西北工业大学出版社，1988
10《塑料成型模具》，申开智编，中国轻工业出版社，2004
11《塑料成型工艺学》，黄锐主编，中国轻工业出版社，2000
12《塑料工程手册》，黄锐主编，机械工业出版社，2000
13《塑料成型工艺与模具设计》，孙玲主编，清华大学出版社，2008
14《塑料加工流变学及其应用》，林师沛，赵洪，刘芳主编，-国防工业出版社，2008
15《塑料模具设计实例教程》，孙晓林编，清华大学出版社，2008　
16廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社，1991

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