PA66罩壳注塑模具设计说明书

PA66罩壳注塑模具设计说明书
1前⾔
随着社会的经济技术不断地在向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提⾼。

塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关，对塑料制品的要求就是对模具的要求。

⽽我作为⼀名机械系材料成型与控制⼯程的学⽣，本⾝的学习和研究⽅向就是模具设计及其制造，这个PA66罩壳注塑模具的设计不仅仅能够把我⼤学四年所学的知识⽤到实处，也对我们进⼊岗位研究创新有⾮常巨⼤的意义。

注塑成型制品在整个塑料制品所占的数量最多，模具结构也多样、复杂，根据⽼师给我们的相关资料参考⽂献和专业⽼师的指导以及对塑料形状和材料特性的分析，我们还是很顺利的进⼊了完成了注射机的选择、分型⾯的选择、浇⼝的选择、型芯的设计、型腔的设计、模架的选择、冷却系统地设计等⼀系列⼯作。

2塑件材料及⼯艺分析
图2.1所⽰为塑料罩壳，材料为PA66，PA66坚韧、耐磨、耐油、耐⽔、抗霉菌，但吸⽔⼤，适⽤于⼀般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件以及化⼯、电器、仪表等的外壳零件。

图2-1 塑料罩壳
2.1 PA66成型特性分析
PA66聚酰胺，在聚酰胺材料中有较⾼的熔点。

它是⼀种半晶体-晶体材料。

PA66在较⾼温度也能保持较强的强度和刚度。

PA66具有优秀的韧性，耐磨性，⾃润滑性，耐油性，耐化学性、⽓体透过性，耐⽔性和抗酶菌。

为了提⾼PA66的机械特征，常常加⼊各种各样的改性剂。

这个性质可以⽤来加⼯很薄的元件。

它的粘度对温度变化很敏感。

其成型特性如下：
（1）PA66在成型后仍旧具有吸湿性，其程度重要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。

在产品设计时，⼀定要考虑吸湿性对⼏何稳定性的影响。

（2）为了提⾼PA66的机械特征，常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。

（3）PA66的粘性较低，因此流动性很好（但不如PA6）。

这个性质可以⽤来加⼯很薄的元件。

它的粘度对温度变化很敏感。

（4）PA66的收缩率在1%~2%之间，加⼊玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%~1%。

收缩率在流程趋势和与流程趋势相垂直趋势上的相异是较⼤的。

（5）PA66对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其它⼀些氯化剂的反抗⼒较弱。

（6）⼲燥处理：假如加⼯前材料是密封的，那么就没有必要⼲燥。

然⽽，假如储存容器被打开，那么建议在85℃的热空⽓中⼲燥处理。

假如湿度⼤于0.2%，还需要进⾏105℃，12⼩时的真空⼲燥。

（7）熔化温度：260~290℃。

对玻璃添加剂的产品为275~280℃。

熔化温度应避免⾼于300℃。

（8）模具温度：建议80℃。

模具温度将影响结晶度，⽽结晶度将影响产品的物理特征。

对于薄壁塑件，假如应⽤低于40℃的模具温度，则塑件的结晶度将随着时间⽽变化，为了保持塑件的⼏何稳定性，需要进⾏退⽕处理。

（9）注射压⼒：通常在750~1250bar，取决于材料和产品设计。

于汽车⼯业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和⾼强度要求的产品。

2.2塑件成型⽅法及原料对成型设备的要求
2.2.1塑件成型⽅法确定
根据对塑件及其材料的分析该塑件采⽤注射机注射成型。

2.2.2塑件原料对成型设备的要求
结晶性塑料，熔融温度范围窄，熔融状态热稳定性差，料温，滞留时间超过30分钟即分解，较易吸湿，须预热烘⼲。

流动性较好，溢边值为0.02mm，易溢料。

成型收缩率范围⼤、收缩率⼤，取向性明显，易发⽣缩孔、凹痕、变形等缺陷，成型条件应稳定。

融料冷却速度对洁净度影响较⼤，对塑件结构及性能有明显的影响，故应正确控制模温，⼀般为按模厚选择，模温低易发⽣缩孔、洁净度低等现象。

对要求伸长率⾼、透明度⾼、柔韧性好的薄壁塑件宜选⽤低模温;对要求硬度⾼、耐磨性好，以及在使⽤的厚壁塑件宜选⽤⾼模温。

2.3注塑机的选择
2.3.1注射量的计算
通过计算或Pro/E建模分析
图2-2塑料罩壳三维模型
塑件质量1m =123.95g ,塑件体积31m1123.95V =108.711.02
cm ρ==。

流道疑料的质量2m 还是个未知数，可按塑件质量的0.6被来估算。

从上述分析中确定为⼀模⼀腔，所以浇注系统疑料体积为3210.665.23V V cm =?=。

该模具⼀次注射所需塑料PA 如下：
体积：3012173.94V V V cm =+=
质量：00194.81m V g ρ==
2.3.2塑件和流道凝料在分型⾯上的投影⾯积及所需锁模⼒的计算
流道凝料（包括浇⼝）在分型⾯上的投影⾯积为A 2，在模具设计前还是个未知数，根据单型腔的统计分析，A 2是每个塑件在分型⾯上的投影⾯积A 1的0.1~0.3倍，因此可⽤0.31nA 来进⾏估算，所以
121110.35 1.3A nA A nA nA nA =+=+==162502mm （1A =12500）
m F AP =型=1625035=568.75KN ? (P 型=35)
2.3.3选择注射机
根据每⼀周期的注射量和锁模⼒的计算值选⽤参考⽂献[1]中SZ-200/1000⽴式注射机，其主要技术参数表2.1所⽰。

表2.1 XS-ZY-125注射机主要技术参数
喷嘴球半径/mm 12 最⼤模厚/mm 350
最⼩模厚/mm 150 定位孔直径/mm 100
2.3.4注射机有关参数的校核
（1）注塑容量的校核：
注塑机的额定注射量
最⼩实际注射量
每次注射的实际容积注射量为
所以注塑容量的校核合格。

（2）注射机压⼒的校核
式中k’取1.2,P0取120MPa，⽽P注=150MPa。

故注射压⼒的校核合格。

（3）锁模⼒的校核
取K=1.15，⽽F=1000KN，所以锁模⼒校核合格。

3注射模具型腔及分型⾯的设计
3.1型腔的数量和布置
该塑件尺⼨较⼤，精度要求较⾼，综合考虑到模具的制造安装及占地⾯积等，因素合理分析参考⽂献[1]和参考⽂献[3]相关内容后采⽤⼀模⼀腔的形式该模具采⽤⼀模⼀腔的形式，型腔中⼼与模具的中⼼重合。

3.2确定分型⾯
根据塑件结构形式，分型⾯选在塑件的底平⾯。

如图3-1所⽰：
图3-1模具分型⾯
4 注射模具浇注系统的设计
4.1主流道设计
4.1.1主流道尺⼨
根据所选注射机及参考⽂献[1]，则主流道⼩端尺⼨为d=注射机喷嘴尺⼨+（0.5~1）=4+1=5mm；主流道球半径为SR=喷嘴球⾯半径+（1~2）=12+2=14mm。

4.1.2主流道结构形式
对于POM塑料，成型模具的主流道要短⽽粗。

为了便于加⼯和缩短主流道长度，衬道和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40mm，约等于定模板型腔上部+定模固定板的厚度，材料采⽤T8A钢，热处理淬⽕后表⾯硬度为53HRC~57HRC并进⾏表⾯镀铬处理。

主流道结构形式如图4-1所⽰：
图4-1主流道结构
4.1.3主流道凝料体积
4.3浇⼝设计
由于单型腔模具中，塑料熔体直接流⼊型腔，因⽽压⼒损失⼩，进料速度快，成型⽐较容易，综合分析参考⽂献[1]和参考⽂献[3]选⽤直浇⼝。

另外，它传递压⼒好，保压补缩作⽤强，，模具结构简单紧凑，制造⽅便，适合各种塑料成型，尤其是加⼯热敏性以及⾼黏度材料，成型搞质量的⼤型及深腔壳体，箱型塑件，但去除浇⼝⽐较困难。

如图4-2所⽰：
图4-2直浇⼝
4.4主流道冷料⽳和脱模钩料装置的设计
主流道冷料⽳⽤于存储注射间歇期间喷嘴前端由散热造成温度降低⽽产⽣的冷料，冷凝⽳直径应稍⼤于主流道⼤端直径，冷凝⽳与塑件结合，其中d为的主流道⼤端直径，该模具取半径⽐⼤端⼤1mm左右的球形冷凝⽳。

4.5排⽓槽的设置
塑件的尺⼨较⼤，所需的物料的体积也较⼤为173.94cm3,如果有⽓体存在可能⽆法经过分型⾯或其它空隙快速排出从⽽降低充模速度出现填充不满或在塑件中产⽣⽓泡、接缝以及表⾯轮廓不清等缺陷，故在模具的分型⾯凹模⼀侧设置排⽓槽，槽深
0.02mm，槽宽3mm。

5注射模具成型零件和模体的设计
5.1注射模具成型零件的结构及尺⼨设计
5.1.1凹模结构设计
根据参考⽂献[1]及塑件形状分析采⽤整体式凹模，整体式凹模是由整块材料加⼯制成的，结构简单，强度和刚度都相对较⾼，不易变形，成型的塑件表⾯⽆镶拼接缝的痕迹，由参考⽂献[2]材料为8CrMn钢淬⽕处理硬度达到53～58HRC，结构如图5-1所⽰。

图5-1型腔
5.1.2型芯结构设计
型芯是由主型芯和⼩型芯两部分组成的。

因主型芯形状简单故将其和动模板做成⼀体，此种型芯强度和刚度都⽐较好；塑件四周的⼩孔由⼩型芯成型，⼩型芯采⽤台肩固定的形式底部设有垫板防⽌型芯脱出。

型芯根部采⽤左右的斜⾯相配，起推件板复位时的定位作⽤，并与推件板采⽤H8/f8的间隙配合。

材料为8CrMn钢淬⽕处理硬度达到53～58HRC，结构如图5-2所⽰。

图5-2型芯
5.1.3成型零件⼯作尺⼨的计算
塑件尺⼨公差按照图⽰要求和给定尺⼨计算，对应的模具成型零件按对应的等级IT9级选取。

由PA66的平均收缩率：
（1）型腔尺⼨
型腔的径向尺⼨计算公式为：
()()
00
1z
z
δ+
+??
=+-?
（5-1）型腔的深度尺⼨计算公式为：()()
00
1z
z
M s
H s H x
δ
δ+
+??
=+-?
（5-2）其中s
L为塑件外径尺⼨；
s
H为塑件⾼度尺⼨；
x为修正系数（取
3
4
）；?为塑件公差值；δ为制造公差（取3
）
()0.010.01
10
3
10.0151000.04101.05
4
M
L
+
=+?-?=
()0.020.02
20
3
10.015950.0795.98 4
M
L
+
+
=+?-?=
()0.020.02
30
3
10.015890.0789.89 4
M
L
+
+
=+?-?=
()0.020.02
10
10.015700.0570.66
4
M
H
+
+
=+?-?=
()0.020.02
10
3
10.015670.0667.62
4
M
H
+
+
=+?-?=
（2）主型芯尺⼨
型芯长度尺⼨的计算公式为：()()
00
1z
z
M s
L s L x
δ
δ+
+??
（5-3）型芯的⾼度尺⼨计算公式为：()()
00
1z
z
M s
H s H x
δ
δ+
+??
=+-?
（5-4）其中s
L为塑件外径尺⼨；
s
H为塑件⾼度尺⼨；
x为修正系数（取
3
4
）；?为塑件公差值；δ为制造公差（取3
）。

()00
10.01
0.01
3
10.015900.0491.80
4
M
l
-
-
=+?+?=
()00
0.02
0.02
3
10.015640.0665.31
4
M
h
-
-
=+?+?=
中⼼距（双向公差）尺⼨计算公式为：
（5-5）其中：（mm）为塑件中⼼距的基本尺⼨；δ为成型零件的制造偏差。

5.2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算
5.2.1型腔侧壁厚度
根据由参考⽂献[2]强度校核（按整体式距型凹模计算）
[]11
220.4153570.6621.5140c p t h mm ασ==?≈ ? ? ????? (5-6) 式中：p 为型腔压⼒； h 为凹模型腔的深度；查表的α=0.415；
[]σ为材料的许⽤应⼒。

5.2.3动模垫板厚度计算
根据由参考⽂献[2]强度校核
[]1
1
22
'0.701535101.0542.32140h p t b mm
ασ
==?
≈ ? ? ?????
（5-7）式中：b 为凹模型腔的内孔短边；查表得'α=0.7015
5.3模体的设计
5.3.1 模架的确定和各部分尺⼨选择
图5-3模架
根据塑件的形状特点及模具的分型⾯选择情况，该模具的模架结构选择带有推件板的A4标准模架。

该结构的模架适⽤于薄壁壳体类塑料制品的成型及脱模⼒⼤的制品表⾯不允许有推出痕迹的注射型模具。

再考虑到单型腔的布局及塑件尺⼨，整体式型腔最⼩尺⼨为，⼜根据型腔侧壁最⼩厚度为21.5mm，再考虑到导柱，到套及连接
螺钉布置应占的位置等各⽅⾯问题，确定选⽤的模架，如图5-3所⽰。

各模板尺⼨的确定如下：
（1）A板尺⼨：由于型腔为整体式，所以A板就为型腔，通过计算型腔⾼度及型腔顶部厚度之后通过模架标准尺⼨选取A板厚度为90mm，所以。

材料为8CrMn钢淬⽕处理硬度达到5358HRC。

（2）B板尺⼨：B板通过模架标准尺⼨选取厚度为25mm，所以。

材料为45钢调质处理硬度达到220250HB。

（3）C板尺⼨：动模板通过模架标准尺⼨选取厚度为25mm，所以。

材料为8CrMn钢淬⽕处理硬度达到5358HRC。

（4）D⽀撑板尺⼨：选取尺⼨为32mm，所以。

材料为45钢调质处理硬度达到220250HB。

（5）E垫块尺⼨：垫块的⾼度主要决定于注塑机⾏程和必须的顶出距离，塑件的⾼度为75，⾼度尺⼨选取，根据模架的标准尺⼨垫块的宽度取为50，所以。

材料为Q235A钢。

（6）定模座板F、动模座板G的厚度都为25mm，所以。

材料为Q235A钢。

（7）推板的尺⼨：按照标准模架尺⼨选取。

材料为45钢。

5.3.2模架尺⼨的校核
模具平⾯尺⼨315×250 <440×340（拉杆间距），合格；模具厚度为320mm，200 <332 <340合格；开模⾏程为180<260（注射机开模⾏程），合格。

所以本模具所选注射机完全满⾜使⽤要求。

5.3.3导向机构
已标准化选取，不另作设计。

6注射模具顶出机构的设计
制品为薄壁罩壳类深腔塑件，脱模较困难，故适合采⽤推件板脱模机构推出，该机构顶出⼒均匀、平稳、顶出⼒⼤、塑件不易变形，⽽且表⾯不留顶出痕迹。

机构主要由顶板、推杆、推件板和顶杆固定板组成，推杆推动推件板把塑件从型芯上顶出，结构如图6-1所⽰：
图6-1顶出机构
7温度调节系统设计
PA66的成型温度和模具及温度分别在250 C ?~280 C ?、50 C ?~80 C ?，且黏度低、流动性好，成型⼯艺要求模具温度都不是很⾼，所以常⽤常温⽔对模具冷却，易对模具进⾏有效地冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以使塑料可靠冷却定型
()()2
3131120.39 6.4100.04/10 4.18726.525v WQ q m mm c ρθθ??===-??- (7-1)
式中：W 为单位时间内注⼊模具中的塑料质量，按每分钟注射2次，即194.8120.39/min Kg ?=；
1
Q 为单位质量的塑件在凝固时所放出的热量26.410/KJ kg ?；ρ为冷却⽔的密度； 1c 为冷却⽔的⽐热容； 1θ为冷却⽔出⼝温度； 2θ为冷却⽔⼊⼝温度。

（2）冷却管道直径
为使冷却⽔处于湍流状态，查表得14d mm =。

（3）冷却⽔在管道内的流速
2440.047.63/143.14601000v q v m s d π?===???? ??? (7-2)
⼤于最底流速2.53/m s ，直径⼤少符合要求。

（4）冷却管道孔壁与冷却⽔之间的传热膜系数
()
()()0.80.8320.20.2107.633.6 3.67.2251655.1/141000v h f KJ m h C d ρ?=??=????? ??? (7-3)
（5）冷却管道的总传热⾯积
22
160600.39 6.4102198026.52551655.1402WQ A mm h θ===??+?- ? (7-4)
（6）模具上应开设的冷却⽔孔数
21980 2.033.1425014A n dL π=
==?? （7-5）所以冷却⽔道取2
L 为合模长度
（7）冷却装置的布置
根据塑件的形状以及塑件释放的散热量不⼤，只在模具型腔周开设冷却⽔道即可，位置在模具型腔中部。

8结束语
通过本次的塑料注射模具的设计，加深了我对⼤三⼤四时候所学的专业课程《⾼分⼦材料成型加⼯》、《塑料成型机械》和《塑料模具设计》等的了解和掌握，系统地整理了我们在⼤学所学的专业知识并进⼀步运⽤到这次的设计实践中，提⾼了我的专业知识⽔平以及动⼿能⼒。

在这次的注射模具的设计中，我根据指导书的以及⽼师的指导，基本知道了注射模设计的步骤通过对本次的注射模设计，掌握了注射模的整个设计流程，了解了如何根据才⼚家的要求，塑件的形状，材料的性能来设计模具从⽽最终⽣产处满⾜要求的产品的模具。

在整个设计过程中，我们运⽤到了⾮常专业的知识，所以我们必须查找各种公式，数据，虽然这个过程是繁琐的、枯燥的、乏味的甚⾄到了让我想放弃的地步，但是为了设计出合格的模具，我还是坚持了下来。

在设计过程中我犯过很多错误甚⾄懒惰到不想设计，最后我设计出了基本合乎要求的模具。

作为⼀个模具设计⼈员，不仅需要扎实的专业知识，更需要勤恳做事、吃苦耐劳的精神，以及⼀颗负责任的⼼，整个过程下来之后让我做事做⼈更加积极。

另外⼀⽅⾯由于设计中基本都要体现在图纸上⾯，让我把已忘记的AUTOCAD知识学了⼀遍，对我们以后进⼊公司或者企业⾛上⼯作岗位具有很⼤的帮助。

虽然我最后终于做出了这个设计，但由于专业知识的不是掌握的很牢靠，以及时间的限制，在设计过程中有⼀些细节并不是很详细，希望以后能得到机会去学习提⾼。

参考⽂献
[1]中国机械⼯程学会，中国模具设计⼤典编委会.中国模具设计⼤典.南昌：江西科学技
术出版社，2003.
[2]冯炳尧，韩泰容.模具设计与植草简明⼿册.上海：上海科学技术出版社，1998.
[3]杨占尧，⽩柳.塑料模具典型结构设计实例.北京：化学⼯业出版社，2009.
[4]李秦芯.塑料模具设计.西安：西北⼯业出版社，2006.
[5]朱辉.画法⼏何及⼯程制图.上海：上海科学技术出版社，2006.
[6]伍先明，王辉，庞佑霞.塑料模具设计指导.北京：国防⼯业出版社出版社，2009 .。