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PA66罩殼注塑模具設計說明書 19
1前言
隨著社會的經(jīng)濟技術不斷地在向前發(fā)展，對注塑成型的制品質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與模具設計和制造有關，對塑料制品的要求就是對模具的要求。而我作為一名機械系材料成型與控制工程的學生，本身的學習和研究方向就是模具設計及其制造，這個PA66罩殼注塑模具的設計不僅僅能夠把我大學四年所學的知識用到實處，也對我們進入崗位研究創(chuàng)新有非常巨大的意義。
注塑成型制品在整個塑料制品所占的數(shù)量最多，模具結構也多樣、復雜，根據(jù)老師給我們的相關資料參考文獻和專業(yè)老師的指導以及對塑料形狀和材料特性的分析，我們還是很順利的進入了完成了注射機的選擇、分型面的選擇、澆口的選擇、型芯的設計、型腔的設計、模架的選擇、冷卻系統(tǒng)地設計等一系列工作。
2塑件材料及工藝分析
圖2.1所示為塑料罩殼，材料為PA66，PA66堅韌、耐磨、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水大，適用于一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件以及化工、電器、儀表等的外殼零件。
圖2-1 塑料罩殼
2.1 PA66成型特性分析
PA66聚酰胺，在聚酰胺材料中有較高的熔點。它是一種半晶體-晶體材料。PA66在較高溫度也能保持較強的強度和剛度。PA66具有優(yōu)秀的韌性，耐磨性，自潤滑性，耐油性，耐化學性、氣體透過性，耐水性和抗酶菌。為了提高PA66的機械特征，常常加入各種各樣的改性劑。這個性質可以用來加工很薄的元件。它的粘度對溫度變化很敏感。其成型特性如下：
（1）PA66在成型后仍舊具有吸濕性，其程度重要取決于材料的組成、壁厚以及環(huán)境條件。在產(chǎn)品設計時，一定要考慮吸濕性對幾何穩(wěn)定性的影響。
（2）為了提高PA66的機械特征，常常加入各種各樣的改性劑。玻璃就是最常見的添加劑，有時為了提高抗沖擊性還加入合成橡膠，如epdm和sbr等。
（3）PA66的粘性較低，因此流動性很好（但不如PA6）。這個性質可以用來加工很薄的元件。它的粘度對溫度變化很敏感。
（4）PA66的收縮率在1%~2%之間，加入玻璃纖維添加劑可以將收縮率降低到0.2%~1%。收縮率在流程趨勢和與流程趨勢相垂直趨勢上的相異是較大的。
（5）PA66對許多溶劑具有抗溶性，但對酸和其它一些氯化劑的反抗力較弱。
（6）干燥處理：假如加工前材料是密封的，那么就沒有必要干燥。然而，假如儲存容器被打開，那么建議在85℃的熱空氣中干燥處理。假如濕度大于0.2%，還需要進行105℃，12小時的真空干燥。
（7）熔化溫度：260~290℃。對玻璃添加劑的產(chǎn)品為275~280℃。熔化溫度應避免高于300℃。
（8）模具溫度：建議80℃。模具溫度將影響結晶度，而結晶度將影響產(chǎn)品的物理特征。對于薄壁塑件，假如應用低于40℃的模具溫度，則塑件的結晶度將隨著時間而變化，為了保持塑件的幾何穩(wěn)定性，需要進行退火處理。
（9）注射壓力：通常在750~1250bar，取決于材料和產(chǎn)品設計。于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產(chǎn)品。
（10）注射速度：高速（對于增強型材料應稍低一些）。流道和澆口:由于PA66的凝固時間很短，因此澆口的位置非常主要。澆口孔徑不要小于0.5*t（這里t為塑件厚度）。假如應用熱流道，澆口尺寸應比應用常規(guī)流道小一些，因為熱流道能夠幫助阻止材料過早凝固。假如用潛入式澆口，澆口的最小直徑應當是0.75mm。由參考文獻[1]。
2.2塑件成型方法及原料對成型設備的要求
2.2.1塑件成型方法確定
根據(jù)對塑件及其材料的分析該塑件采用注射機注射成型。
2.2.2塑件原料對成型設備的要求
結晶性塑料，熔融溫度范圍窄，熔融狀態(tài)熱穩(wěn)定性差，料溫，滯留時間超過30分鐘即分解，較易吸濕，須預熱烘干。流動性較好，溢邊值為0.02mm，易溢料。成型收縮率范圍大、收縮率大，取向性明顯，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，成型條件應穩(wěn)定。融料冷卻速度對潔凈度影響較大，對塑件結構及性能有明顯的影響，故應正確控制模溫，一般為按模厚選擇，模溫低易發(fā)生縮孔、潔凈度低等現(xiàn)象。對要求伸長率高、透明度高、柔韌性好的薄壁塑件宜選用低模溫;對要求硬度高、耐磨性好，以及在使用的厚壁塑件宜選用高模溫。
2.3注塑機的選擇1
2.3.1注射量的計算
通過計算或Pro/E建模分析
圖2-2塑料罩殼三維模型
塑件質量,塑件體積。流道疑料的質量還是個未知數(shù)，可按塑件質量的0.6被來估算。從上述分析中確定為一模一腔，所以澆注系統(tǒng)疑料體積為。
該模具一次注射所需塑料PA如下：
體積：
質量：
2.3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積為A2，在模具設計前還是個未知數(shù)，根據(jù)單型腔的統(tǒng)計分析，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.1~0.3倍，因此可用0.3來進行估算，所以
=16250 （=12500）
= (=35)
2.3.3選擇注射機
根據(jù)每一周期的注射量和鎖模力的計算值選用參考文獻[1]中SZ-200/1000立式注射機，其主要技術參數(shù)表2.1所示。
表2.1 XS-ZY-125注射機主要技術參數(shù)
理論注射容量cm3
210
鎖模力/KN
1000
注射壓力/MPa
150
拉桿空間/mm
315×315
噴嘴孔直徑/mm
4
模板行程/mm
300
噴嘴球半徑/mm
12
最大模厚/mm
350
最小模厚/mm
150
定位孔直徑/mm
100
2.3.4注射機有關參數(shù)的校核
（1）注塑容量的校核：
注塑機的額定注射量 V=210cm3
最小實際注射量Vmin=0.25V=0.25×210=52.5cm3
每次注射的實際容積注射量為V0=173.94 Vmin≤V0≤V
所以注塑容量的校核合格。
（2）注射機壓力的校核
式中k’取1.2,P0取120MPa，而P注=150MPa。故注射壓力的校核合格。
（3）鎖模力的校核
取K=1.15，而F=1000KN，所以鎖模力校核合格。
3注射模具型腔及分型面的設計
3.1型腔的數(shù)量和布置
該塑件尺寸較大，精度要求較高，綜合考慮到模具的制造安裝及占地面積等，因素合理分析參考文獻[1]和參考文獻[3]相關內(nèi)容后采用一模一腔的形式該模具采用一模一腔的形式，型腔中心與模具的中心重合。
3.2確定分型面
根據(jù)塑件結構形式，分型面選在塑件的底平面。如圖3-1所示：
圖3-1模具分型面
4 注射模具澆注系統(tǒng)的設計
4.1主流道設計
4.1.1主流道尺寸
根據(jù)所選注射機及參考文獻[1]，則主流道小端尺寸為d=注射機噴嘴尺寸+（0.5~1）=4+1=5mm；主流道球半徑為SR=噴嘴球面半徑+（1~2）=12+2=14mm。
4.1.2主流道結構形式
對于POM塑料，成型模具的主流道要短而粗。為了便于加工和縮短主流道長度，襯道和定位圈還是設計成分體式，主流道長度取40mm，約等于定模板型腔上部+定模固定板的厚度，材料采用T8A鋼，熱處理淬火后表面硬度為53HRC~57HRC并進行表面鍍鉻處理。主流道結構形式如圖4-1所示：
圖4-1主流道結構
4.1.3主流道凝料體積
4.2分流道設計
該模具為單腔模具，且制品為罩殼類塑件，所以采用的是單腔分流道中心進料的澆注方式，即不設分流道，凝料從主流道經(jīng)澆口直接進入型腔。如圖4-2所示
4.3澆口設計
由于單型腔模具中，塑料熔體直接流入型腔，因而壓力損失小，進料速度快，成型比較容易，綜合分析參考文獻[1]和參考文獻[3]選用直澆口。另外，它傳遞壓力好，保壓補縮作用強，，模具結構簡單緊湊，制造方便，適合各種塑料成型，尤其是加工熱敏性以及高黏度材料，成型搞質量的大型及深腔殼體，箱型塑件，但去除澆口比較困難。如圖4-2所示：
圖4-2直澆口
4.4主流道冷料穴和脫模鉤料裝置的設計
主流道冷料穴用于存儲注射間歇期間噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料，冷凝穴直徑應稍大于主流道大端直徑，冷凝穴與塑件結合，其中d為的主流道大端直徑，該模具取半徑比大端大1mm左右的球形冷凝穴。
4.5排氣槽的設置
塑件的尺寸較大，所需的物料的體積也較大為173.94cm3,如果有氣體存在可能無法經(jīng)過分型面或其它空隙快速排出從而降低充模速度出現(xiàn)填充不滿或在塑件中產(chǎn)生氣泡、接縫以及表面輪廓不清等缺陷，故在模具的分型面凹模一側設置排氣槽，槽深0.02mm，槽寬3mm。
5注射模具成型零件和模體的設計
5.1注射模具成型零件的結構及尺寸設計
5.1.1凹模結構設計
根據(jù)參考文獻[1]及塑件形狀分析采用整體式凹模，整體式凹模是由整塊材料加工制成的，結構簡單，強度和剛度都相對較高，不易變形，成型的塑件表面無鑲拼接縫的痕跡，由參考文獻[2]材料為8CrMn鋼淬火處理硬度達到53～58HRC，結構如圖5-1所示。
圖5-1型腔
5.1.2型芯結構設計
型芯是由主型芯和小型芯兩部分組成的。因主型芯形狀簡單故將其和動模板做成一體，此種型芯強度和剛度都比較好；塑件四周的小孔由小型芯成型，小型芯采用臺肩固定的形式底部設有墊板防止型芯脫出。型芯根部采用左右的斜面相配，起推件板復位時的定位作用，并與推件板采用H8/f8的間隙配合。材料為8CrMn鋼淬火處理硬度達到53～58HRC，結構如圖5-2所示。
圖5-2型芯
5.1.3成型零件工作尺寸的計算
塑件尺寸公差按照圖示要求和給定尺寸計算，對應的模具成型零件按對應的等級IT9級選取。
由PA66的平均收縮率：
（1）型腔尺寸
型腔的徑向尺寸計算公式為：
（5-1）
型腔的深度尺寸計算公式為：
（5-2）
其中為塑件外徑尺寸；為塑件高度尺寸；
為修正系數(shù)（?。?；為塑件公差值；為制造公差（?。?
（2）主型芯尺寸
型芯長度尺寸的計算公式為：
（5-3）
型芯的高度尺寸計算公式為：
（5-4）
其中為塑件外徑尺寸；為塑件高度尺寸；
為修正系數(shù)（取）；為塑件公差值；為制造公差（取）。
中心距（雙向公差）尺寸計算公式為：
（5-5）
其中：（mm）為塑件中心距的基本尺寸；為成型零件的制造偏差。
5.2型腔側壁厚度和底板厚度的計算
5.2.1型腔側壁厚度
根據(jù)由參考文獻[2]強度校核（按整體式距型凹模計算）
(5-6)
式中：p為型腔壓力； h為凹模型腔的深度；查表的=0.415；為材料的許用應力。
5.2.3動模墊板厚度計算
根據(jù)由參考文獻[2]強度校核
（5-7）
式中：b為凹模型腔的內(nèi)孔短邊；查表得=0.7015
5.2.4支撐板的厚度
在選定模架后，選取標準的支撐板尺寸為。
5.3模體的設計
5.3.1 模架的確定和各部分尺寸選擇
圖5-3模架
根據(jù)塑件的形狀特點及模具的分型面選擇情況，該模具的模架結構選擇帶有推件板的A4標準模架。該結構的模架適用于薄壁殼體類塑料制品的成型及脫模力大的制品表面不允許有推出痕跡的注射型模具。再考慮到單型腔的布局及塑件尺寸，整體式型腔最小尺寸為，又根據(jù)型腔側壁最小厚度為21.5mm，再考慮到導柱，到套及連接螺釘布置應占的位置等各方面問題，確定選用的模架，如圖5-3所示。
各模板尺寸的確定如下：
（1）A板尺寸：由于型腔為整體式，所以A板就為型腔，通過計算型腔高度及型腔頂部厚度之后通過模架標準尺寸選取A板厚度為90mm，所以。材料為8CrMn鋼淬火處理硬度達到5358HRC。
（2）B板尺寸：B板通過模架標準尺寸選取厚度為25mm，所以。材料為45鋼調質處理硬度達到220250HB。
（3）C板尺寸：動模板通過模架標準尺寸選取厚度為25mm，所以。材料為8CrMn鋼淬火處理硬度達到5358HRC。
（4）D支撐板尺寸：選取尺寸為32mm，所以。材料為45鋼調質處理硬度達到220250HB。
（5）E墊塊尺寸：墊塊的高度主要決定于注塑機行程和必須的頂出距離，塑件的高度為75，高度尺寸選取，根據(jù)模架的標準尺寸墊塊的寬度取為50，所以。材料為Q235A鋼。
（6）定模座板F、動模座板G的厚度都為25mm，所以。材料為Q235A鋼。
（7）推板的尺寸：按照標準模架尺寸選取。材料為45鋼。
5.3.2模架尺寸的校核
模具平面尺寸315×250 440×340（拉桿間距），合格；模具厚度為320mm，200 332 340合格；開模行程為180260（注射機開模行程），合格。所以本模具所選注射機完全滿足使用要求。
5.3.3導向機構
已標準化選取，不另作設計。
6注射模具頂出機構的設計
制品為薄壁罩殼類深腔塑件，脫模較困難，故適合采用推件板脫模機構推出，該機構頂出力均勻、平穩(wěn)、頂出力大、塑件不易變形，而且表面不留頂出痕跡。機構主要由頂板、推桿、推件板和頂桿固定板組成，推桿推動推件板把塑件從型芯上頂出，結構如圖6-1所示：
圖6-1頂出機構 7溫度調節(jié)系統(tǒng)設計
PA66的成型溫度和模具及溫度分別在250 ~280 、50 ~80 ，且黏度低、流動性好，成型工藝要求模具溫度都不是很高，所以常用常溫水對模具冷卻，易對模具進行有效地冷卻，使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。在單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時所放出的熱量應等于冷卻水所帶走的熱量，模具溫度設為
（1）冷卻水的體積流量
(7-1)
式中：為單位時間內(nèi)注入模具中的塑料質量，按每分鐘注射2次，即；
為單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量；為冷卻水的密度； 為冷卻水的比熱容； 為冷卻水出口溫度； 為冷卻水入口溫度。
（2）冷卻管道直徑
為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，查表得。
（3）冷卻水在管道內(nèi)的流速
(7-2)
大于最底流速，直徑大少符合要求。
（4）冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)
(7-3)
（5）冷卻管道的總傳熱面積
(7-4)
（6）模具上應開設的冷卻水孔數(shù)
（7-5）
所以冷卻水道取2
L為合模長度
（7）冷卻裝置的布置
根據(jù)塑件的形狀以及塑件釋放的散熱量不大，只在模具型腔周開設冷卻水道即可，位置在模具型腔中部。
8結束語
通過本次的塑料注射模具的設計，加深了我對大三大四時候所學的專業(yè)課程《高分子材料成型加工》、《塑料成型機械》和《塑料模具設計》等的了解和掌握，系統(tǒng)地整理了我們在大學所學的專業(yè)知識并進一步運用到這次的設計實踐中，提高了我的專業(yè)知識水平以及動手能力。在這次的注射模具的設計中，我根據(jù)指導書的以及老師的指導，基本知道了注射模設計的步驟通過對本次的注射模設計，掌握了注射模的整個設計流程，了解了如何根據(jù)才廠家的要求，塑件的形狀，材料的性能來設計模具從而最終生產(chǎn)處滿足要求的產(chǎn)品的模具。在整個設計過程中，我們運用到了非常專業(yè)的知識，所以我們必須查找各種公式，數(shù)據(jù)，雖然這個過程是繁瑣的、枯燥的、乏味的甚至到了讓我想放棄的地步，但是為了設計出合格的模具，我還是堅持了下來。在設計過程中我犯過很多錯誤甚至懶惰到不想設計，最后我設計出了基本合乎要求的模具。作為一個模具設計人員，不僅需要扎實的專業(yè)知識，更需要勤懇做事、吃苦耐勞的精神，以及一顆負責任的心，整個過程下來之后讓我做事 做人更加積極。另外一方面由于設計中基本都要體現(xiàn)在圖紙上面，讓我把已忘記的AUTOCAD知識學了一遍，對我們以后進入公司或者企業(yè)走上工作崗位具有很大的幫助。
雖然我最后終于做出了這個設計，但由于專業(yè)知識的不是掌握的很牢靠，以及時間的限制，在設計過程中有一些細節(jié)并不是很詳細，希望以后能得到機會去學習提高。
參考文獻
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