103-手機外殼注塑模具的設計

103-手機外殼注塑模具的設計,103,手機外殼,注塑,模具,設計 本科畢業(yè)設計（論文） 題目：手機外殼注塑模具設計 手機外殼注塑模具設計 摘?? 要 在現(xiàn)實生活里，手機已經(jīng)成為人們的一個生活必須品。本次設計的制品為手機外殼注射模設計，利用Pro/E軟件CAD軟件對手機外殼及模具進行三維造型，模架選取，裝配圖和零件圖。從塑料產(chǎn)品成型特征、分型面的選擇、澆注系統(tǒng)設計、型芯和型腔結構設計，推出機構設計、冷卻系統(tǒng)設計、導向機構設計等多方面詳細闡述了手機外殼注塑模具的設計過程。同時合理地選擇了注塑機，并對注塑壓力，?鎖模力，頂出力等注射工藝參數(shù)進行校核，進一步保證了設計的合理性。如此設計出的結構可確保模具工作運用可靠。最后對模具結構與注射機的匹配進行了校核，并用Pro/e繪制了一套模具裝配圖和零件圖。 關鍵詞：?手機；注塑模具；裝配圖 ????? I Mobile?Phone?Casing?Plastic?Mold?Design Abstract ?In?real?life,?the?mobile?phone?has?become?one?of?the?necessities?of?life.?The?design?of?products?for?the?mobile?shell?injection?mould?design,?use?Pro/E?software?CAD?software?of?cell?phone?shell?and?die?for?3?d?modeling,?formwork?selection,?and?the?assembly?drawing.?From?plastic?moldingcharacteristics,?classification,?the?selection?of?gating?system?design,?cores?and?cavity?structure?design,?roll?out?mechanism?design,?cooling?system?design,?steering?mechanism?design?and?so?on?various?details?a?cell?phone?casing?injection?mold?design?process.?At?the?same?time?for?reasonable?selection?of?the?plastic?injection?machine,?and?the?injection?pressure,?clamping?force,?top,?the?output?and?injection?process?parameters,?check?the?further?ensure?that?the?rationality?of?the?design.?So?the?structure?of?the?design?to?ensure?reliable?mould?work.?Finally?in?mould?structure?and?the?matching?of?the?injection?machine,?check?the?Pro/e?and?draw?a?mold?assembly?drawing?and?drawing.? Key?Words:Mobile?Phone；Injection?Mould；Assembly?Drawings? II 主要符號表 K 安全系數(shù) E 材料彈性模量 Smax 塑料的最大收縮率 Smin 塑料的最小收縮率 Δs 塑件公差 Φ 安全系數(shù) Qcp 塑料平均收縮率 S頂 頂出行程 Ds 塑件內形基本尺寸 α 傾斜角 Hs 塑件內形深度基本尺寸 Q 抽拔阻力 P1 動模受的總壓力 P 斜導柱所受的彎曲力 F 塑件的投影面積 ε 塑件收縮率 P 型腔壓力 f 摩擦系數(shù) K 修正系數(shù) μ 塑料泊桑比 III I 目 錄 1 緒論 2 2 工藝分析 4 2.1塑件的材料分析 4 2.1.1材料使用性能分析 4 2.1.2材料成型性能分析 4 2.2塑件的尺寸精度和表面質量分析 4 3 設備的確定 6 3.1型腔數(shù)目以及布局確定 6 3.1.1型腔數(shù)目確定 6 3.1.2布局確定 6 3.1.3注射成型過程 7 3.2注射機初選 7 3.2.1塑件體積和質量計算 7 3.2.2選定的注射機型號和工藝參數(shù) 8 4 分型面的確定 9 5 成型零件的設計 11 5.1型腔板側壁的厚度確定 11 5.2型腔板尺寸確定 11 5.3成型尺寸計算 11 5.3.1型腔尺寸計算 12 5.3.2型芯尺寸計算 13 6 澆注系統(tǒng)的設計 14 6.1主流道設計 14 6.1.1主流道尺寸 15 6.2分流道的設計 15 6.2.1分流道的截面形狀 16 6.2.2分流道的截面尺寸 16 6.3澆口設計 16 6.3.1澆口類型確定 17 6.3.2澆口尺寸確定 17 7 結構零件的設計 18 7.1導柱導套的設計 18 7.2定位圈的設計 18 7.3墊塊的設計 18 8 推出機構的設計 19 8.1脫模力計算 19 8.2推出機構的類型確定 19 8.3機動分型抽芯機構 19 8.4側抽機構的分類 19 8.5復位桿的結構設計 20 8.5.1復位桿的作用 20 8.5.2復位桿的結構 20 9 冷卻系統(tǒng)設計 21 9.1冷卻介質 21 9.2澆口的設計 23 10 標準模架選擇 24 11 注射機工藝參數(shù)及安裝尺寸校核 25 11.1鎖模力校核 25 11.2最大注射容量校核 25 11.3安裝尺寸以及有關尺寸的校核 25 11.3.1模具閉合高度校核 25 11.3.2最大開模行程校核 26 12 典型零件加工工藝過程 27 13 結論 28 參考文獻 29 致 謝 30 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 31 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 32 V 緒論 16 1 緒論 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬件。工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。塑料作為現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎材料之一，已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域，并且直接影響著塑料制品的質量、性能與生產(chǎn)周期。先進的制造技術（如CAD/CAM/CAE等）制造生產(chǎn)注塑模具，不僅省時省力，更是實現(xiàn)了無圖紙化加工，增加了制品的準確性，縮短模具的設計及生產(chǎn)周期。注塑模成型與信息技術緊密相連。未來注塑模具制造將是以計算機輔助技術為主導技術，以信息流暢作為所要備件的有極強應變能力于競爭力的技術。 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。 自改革開放以來，到目前為此制造業(yè)在中國國民經(jīng)濟中占的比重已占到45%，制造業(yè)部門成為GDP增長的主要支撐力量。模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經(jīng)濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設備，提高模具加工質量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義?，F(xiàn)代模具行業(yè)是技術，資金密集性的行業(yè)，模具行業(yè)的發(fā)展，可以帶動制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著輻射性的影響。 我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)迅速。據(jù)統(tǒng)計，我國（未包括香港、臺灣、澳門）現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近2萬家，從業(yè)人員約50萬人，2000年總產(chǎn)值為270億元，占世界總量的5%，但從總體上看，自產(chǎn)自用占主導地位，商品化模具僅為1/3左右，國內模具生產(chǎn)仍供不應求，特別是精密、大型、復雜、長壽命模具，仍主要依賴進口。目前，就整個模具市場來看，進口模具約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進口比例達40%。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點放在精密、大型、復雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進口量下降，模具技術和水平也有長足的進步。 隨著塑料成型工藝的不斷發(fā)展與改進，氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展，標準件的應用將日益廣泛。模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質量和就降低模具制造成本。模具的精度將越來越高，10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達到2~3微米，1微米精度的模具也將上市。隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高，快速經(jīng)濟模具的前景也是十分廣闊。以塑代鋼、以塑代木的進程一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機械零件的復雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。多功能復合模具和熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也提出了越來越高的要求，模具技術含量不斷提高。 2 工藝分析 2.1塑件的材料分析 2.1.1材料使用性能分析 該制品所用材料為ABS塑料，其是由三種單體聚合而成，故而它有三種單體的綜合性能。ABS塑料具有較高的沖擊強度和表面硬度以及耐磨性，適合手機外殼的使用需求。另外，它具有化學穩(wěn)定性和良好的節(jié)電性能，制品的尺寸穩(wěn)定性好，表面光澤，可拋光和電鍍。 2.1.2材料成型性能分析 a. ABS性能特點：沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工。 b. ABS塑料性質：無毒、無味，外觀呈牙色半透明或透明顆?；蚍蹱睢Ｃ芏葹?.05~1.18g/cm3，收縮率為0.3%~0.8%，彈性模量值為0.2GPa，泊松比值為0.394，吸濕性<1%，熔融溫度217~237℃，熱分解溫度>250℃。 c. ABS力學性能：有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉速下的軸承。 d. ABS耐熱性能：熱變形溫度為93~118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內使用。 e. ABS用途特點：廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。 f. ABS電學性能：電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。 g. ABS注塑工藝：吸水性比較高，加工前需進行干燥處理，干燥溫度為70~85℃，干燥時間為2~6h，注塑成型溫度160~220℃之間，注射壓力在70~130MPa之間，模具溫度為55~75℃。 2.2塑件的尺寸精度和表面質量分析 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一 定的設備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應將制品的結構設計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。 該制品的尺寸精度為4級，即MT4。任務書中未標注表面質量，取Ra3.2，即可滿足要求。 綜上所述，該制品有較好的工藝性能，適合注射模塑成型。 3 設備的確定 利用Pro∕E計算得: V=53.15 cm；V=2.66 cm； (3.1) A=303.69 cm；查表3.1知ABS塑料的成型條件為： 表3.1 ABS材料形成條件 注射成型機的類型 螺桿式 注射壓力 60～100 螺桿轉速（r∕min） 30 密度(g∕cm) 1.03～1.07 收縮率 0.3～0.8 模具溫度 50～80 預熱 溫度℃ 80～85 分解溫度 ＞250℃ 噴嘴溫度 170～180 時間h 2～3 成型時間 （s） 注射時間 20～90 后處理 方法 紅外線燈、烘箱 料筒溫度 （℃） 后段 150～170 高壓時間 0～5 中段 165～180 冷卻時間 20～120 溫度℃ 70 前段 180～200 總周期 50～120 時間（h） 2～4 3.1型腔數(shù)目以及布局確定 3.1.1型腔數(shù)目確定 在確定模腔數(shù)量時，必須兼顧經(jīng)濟及技術各方面諸多因素，在確定模腔數(shù)量時因考慮以下因素。 塑料制品精度：由于分流道和澆口的制造誤差，即使分流道采用平衡布置方式，也很難將各腔的注射工藝參數(shù)同時調整到最佳值，從而無法保證各型腔塑料制品的收縮率均勻一致。每增加一個型腔尺寸精度就下降到5%。 經(jīng)濟性：型腔數(shù)越多，模具外形尺寸就越大，與之匹配的注射劑也 必須增大，從而制造費用增加。 實際生產(chǎn)中，型腔的數(shù)目是通過工廠現(xiàn)有注射機的鎖模力和最大注射容量確定的。本次設計中，假定有各種各樣的注射機，故可根據(jù)制品精度和經(jīng)濟性確定。塑件精度為4級，屬于小型塑件，注射用的塑料為成型性能良好的ABS，考慮到模具的制造和設備的運轉費用等，初步擬定采用一模兩腔。 3.1.2布局確定 一模多腔時，型腔在模板上通常采用圓形、H形、直線以及復合排布。在設計時應注意以下幾點： 盡可能采用平衡式排布，以便構成平衡式澆注系統(tǒng)，保證制品質量的均一和穩(wěn)定； 型腔布置和澆口開設部位應力求對稱； 盡可能使型腔排列緊湊，以便減少模具外形； 本設計的型腔布置如圖3.2： 圖3.2 型腔布置 3.1.3注射成型過程 (1) 成型前準備對ABS的色澤、粒度和均勻度進行檢驗，ABS塑料的吸水性大，成型前必須干燥，干燥時采用負壓沸騰干燥。 (2) 注射過程中塑料在注射機料筒內經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程大致可以分為充模、壓實、倒流和冷卻五個階段。 (3) 塑件的后處理（退火）處理辦法為紅外線燈、烘箱，處理溫度為70℃，處理時間為2h～4h。 3.2注射機初選 3.2.1塑件體積和質量計算 （1） 制品總體積（包括流道）： (3.2) （2） 制品總質量（包括流道）： (3.3) 3.2.2選定的注射機型號和工藝參數(shù) 根據(jù)塑件的質量和體積，查注射機的有關資料，初步選定的注射機為SZ-1250/ZT，其各項工藝參數(shù)如下3.1： 型號SZ-1250 參 數(shù) 注射量（cm3） 200 注射壓力（Mpa） 166 螺桿直徑（mm） 45 注射行程（mm） 350 合模力（KN） 1250 最大成型面積（cm2） 1000 模板尺寸（mm） 375×410 模具厚度（mm） 最大 425 定位直徑（mm） 最小 175 噴嘴球直徑（mm） SR15 噴嘴口直徑（mm） 模板最大開距（mm） 775 推出方式 中心推出和兩側推出（530） 表3.1 工藝參數(shù) 4 分型面的確定 分型面為定模和動模的分界面，每個塑件的分型面可能有一種，也可能有幾種選擇。合理的選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面應考慮以下幾個原則： (1) 分型面應選在制品最大截面處；（首要原則） (2) 分型面的痕跡不影響制品的外觀； (3) 澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理安排； (4) 有利于排氣； (5) 使推桿的痕跡不露在塑件的外觀表面上； (6) 使塑件開模后留在動模上，便于推出機構的設置； (7) 盡可能滿足使用要求且容易脫模； (8) 盡量減小制品在合模方向上的投影面積，以減小所需的鎖模力； (9) 有利于簡化模具結構，保證制品的尺寸精度； 分型面方案如下： 方案一：在手機外殼表面選取為分形面如圖： 圖4.1 分型面1 方案二：將分形面設置在塑件底邊中間如圖： 圖4.2 分型面2 兩種方案都保證了制品的脫模、質量以及嵌件的安放，但是方案一與方案二比較，方案二影響了制品的外觀，而且形成飛邊不易處理，不利于排氣，型芯的制造上浪費材料，加大了成本。 5 成型零件的設計 成型零件的大部分表面直接與塑料接觸，其形狀復雜，精度與表面租糙度要求也高，因此在設計時除考慮保證塑件成型外，還要求便于加工制造與維修。 5.1型腔板側壁的厚度確定 由理論和生產(chǎn)實踐，在塑料熔體的高壓作用下，小尺寸模具主要是強度問題，首先要防止模具的塑性變形和斷裂破壞，故用強度條件計算公式進行型腔側壁厚度和墊塊的尺寸計算，再用剛度條件計算公式進行校核；對于大尺寸的模具主要是剛度問題，要防止模具產(chǎn)生過大的彈性變形，故需先確定不同情況下的許用變形量，用剛度條件計算公式進行型腔側壁厚度和墊板的厚度的尺寸計算，再用強度條件計算公式進行校核。本次設計的模具為小尺寸模具，故用強度條件計算，用剛度條件校核。 本副模具的型腔為整體式長方形，屬于小尺寸模具，故選用強度計算公式。 根據(jù)公式4-27知型腔板側壁的厚度為： (5.1) 根據(jù)公式4-29知型腔底板的厚度為： (5.2) 5.2型腔板尺寸確定 型腔的尺寸是模架選用的一個依據(jù)，該模具為一模兩腔，對稱分布，故型腔板為正方形型腔板，型腔與型腔之間的距離一般為15mm～50mm。由于塑件的最大尺寸為106mm，故取45mm。根據(jù)上述計算以及塑件的尺寸和型腔與型腔的距離，可初步確定型腔板大小為200mm355mm左右。 5.3成型尺寸計算 整體式型腔是直接在一整塊材料上加工而成的凹模即為整體式凹模，其特點是牢固，不易變形，有較高的強度和剛度，成型的塑件表面不會有模具接縫痕跡。當塑件結構簡單時，制作整體式凹模比較容易，塑件形狀復雜時，整體式凹模的加工工藝性較差，需要采用電火花、電鑄等特殊加工手段，制作周期較長且費用 較高，零件尺寸較大時加工和熱處理都較困難，消耗貴重模具鋼多。整體式結構適用于形狀簡單的中小型塑件。 整體嵌入式型腔是將凹模做為整體式，再嵌入模具的模板內，它在單腔和多腔模具中均可應用。這種凹模結構的好處是: 1) 加工單個型腔的凹模方便，同時零件的熱處理變形比在一塊材料上制作多個型腔的小。 2) 節(jié)省貴重鋼材，根據(jù)工作性質，凹模和固定板可分別采用不同的材料制作。 3) 易于維修更換，采取鑲嵌式安裝形式便于更換失效了的凹模，兒不影響生產(chǎn)進。 4) 各型腔凹模單獨加工利于縮短制模周期。 成型零件中與塑件熔體接觸并決定制品幾何形狀的尺寸稱為成型尺寸。如何準確計算成型零件的成型尺寸是注射模設計的一項十分重要的工作。對制品和成型零件尺寸有如下規(guī)定： (1) 制品外形尺寸采用單向負偏差，基本尺寸為最大值；與制品外形尺寸對應的型腔尺寸采用單向正偏差基本尺寸為最小值。 (2) 制品的內形尺寸采用單向正偏差，基本尺寸為最小值；與制品內形尺寸相應的型芯尺寸采用單向負偏差，基本尺寸為最大值； (3) 制品和模具上的中心距離均采用雙向等值正負偏差； (4) 對于精度高的制品尺寸，成型零件相應尺寸取小數(shù)點后第二位，第三位四舍五入；精度要求低的制品成型零件相應尺寸取小數(shù)點后第一位，第二位四舍五入； 采用公式（4-6、4-7、4-10、4-11、4-16～4-19），按平均尺寸法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照任務書中給定的精度等級計算。（模具制造公差，查表1-4知ABS塑料的收縮率為0.3～0.8，取0.4%） 5.3.1型腔尺寸計算 表5.1 型腔尺寸計算表 類型 塑件尺寸/mm 公式 型腔尺寸/mm 徑向尺寸 高度尺寸 5.3.2型芯尺寸計算 表5.2 型芯尺寸計算 類型 塑件尺寸/mm 公式 型芯尺寸/mm 徑向尺寸 高度尺寸 6 澆注系統(tǒng)的設計 注射模的澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機的噴嘴開始到型腔為止的流動通道。澆注系統(tǒng)的設計正確與否是注射成型能否順利進行，能否得到高質量塑料制品的關鍵，其可分為普通澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類。考慮多方面原因，本設計選用普通澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應能夠順利的引導熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內在質量優(yōu)良的塑件[4]。對澆注系統(tǒng)設計的具體要求是： a. 對模腔的填充迅速有序； b. 可同時充滿各個型腔； c. 對熱量和壓力損失較小； d. 盡可能消耗較少的塑料； e. 能夠使型腔順利排氣； f. 澆注道凝料容易與塑料分離或切除； g. 不會使冷料進入型腔； h. 澆口痕跡對塑料外觀影響很小。 設計注射模，澆注系統(tǒng)應該遵守以下原則： 1) 結合型腔布置考慮，盡可能采用平衡式分流道布置； 2) 盡量縮短熔體的流程，以便降低壓力損失，縮短充模時間； 3) 澆口位置、尺寸和數(shù)量，應有利于熔體的流動，避免產(chǎn)生湍流、渦流、噴射和蛇形流動，并有利于排氣和補縮； 4) 避免高壓熔體對模具產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移的產(chǎn)生； 5) 澆注系統(tǒng)凝料脫出應方便可靠，凝料應易于和制品分離或易于切除和修整； 6) 要預先考慮到熔接痕的部位、形態(tài)以及對制品質量的影響； 7) 盡可能使主流道中心與模板中心重合,若無法重合也使兩者的偏離盡可能??； 8) 盡量減少因開設澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量； 9) 澆注系統(tǒng)的模具工作表面應達到所需硬度、精度和表面粗糙度，其澆口應有IT8以上的精度要求； 10) 應考慮儲存冷料的措施； 6.1主流道設計 主流道的形狀為圓錐形，便于熔體的流動與開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的錐度常取2°～4°，若錐度過大會產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣；若過小會使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大,本設計中取2°,由于主流道與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，故在注射模中主流道部分設計成拆卸更換的澆口套。主流道的內壁的表面粗糙度應在Ra0.8以下，拋光時沿軸進行。 6.1.1主流道尺寸 為避免高壓塑料熔體溢出，凹坑球半徑應比噴嘴球半徑大1～2mm；主流道小端直徑比噴嘴孔直徑大0.5～1mm；端口處圓角r=d/8, 故：SR=15.5mm；d=3.5mm；r=0.5mm 圖6.1 噴嘴與主流道襯套連接關系 6.1.2、主流道襯套形式 主流道襯套有兩種標準形式，本設計中采用GB/T4169.19-2006中的標準尺寸。 6.2分流道的設計 在分流道設計時，應考慮盡量減小在流道內的壓力損失，避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。分流道是主流道與澆口之間的通道。多型腔膜局一定要設置分流道，大型塑件由于使用多澆口進料也許設置分流道。 分流道斷面形狀的選擇 分流道的斷面形狀有圓形、六邊形、半圓形、梯形、矩形、U形等。斷面的比表面積直接關系到熔體的熱量損失和流動阻力，在其它條件相同時，比表面積越大則熱量損失和流動阻力也越大；反之亦然。 為減少流道內的壓力損失，希望流道的截面積大；從熱傳導角度考慮，為減少熱損失，要求流道的比表面及（截面積與外周之比）最小。因此，用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率。各種截面的效率為：圓形0.25D，正方形0.25D，六角形0.217D，U字型0.153D，梯形0.195D，D為截面大端寬度。當分型面為平面時，可采用圓形或六角形截面的分流道；當截面不是平面時，常采用梯形或半圓形截面的流道[5]。塑料熔體在流道中流動時，表層冷凝凍結，其絕緣作用，熔體僅在流道中心部分流動，一次分流道的理想狀態(tài)是其中心與澆口中心一致，圓形截面流道可實現(xiàn)這一點，而梯形截面流道就難以實現(xiàn) 6.2.1分流道的截面形狀 一般當分型面為平面時通常采用圓形截面的流道。當分型面不為平面時，考慮加工的困難，常采用梯形或半圓形截面的流道。查表5-42可知圓形的流道截面熱量損失小，流動阻力小，加工性能較困難，是最佳的流道形狀。本設計的分型面為平面，故選用半圓形的截面。 6.2.2分流道的截面尺寸 一般分流道的直徑在3～10mm范圍內，高黏度物料的分流道直徑可達13～16mm，分流道的截面尺寸可根據(jù)制品所用的塑料品種、重量、壁厚來選定。本設計中，所用塑料為ABS塑料，中等粘度，查表5-39和5-40知：ABS塑料允許的最小分流道尺寸為7.6mm，推薦尺寸為4.8～9.5mm，故取6mm。 6.3澆口設計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道。它的形狀、位置和尺寸對制品的影響很大，澆口的主要作用為： (1) 熔體充模后，首先在澆口處凝固，當注射機螺桿抽回時可防止熔體向流道回流； (2) 易于切除澆口尾料； (3) 能用來平衡進料，還能用以控制熔接痕在制品中的位置； 澆口位置的選擇應遵循以下原則： (1) 澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使起流程最短。 (2) 澆口的位置應保證塑料流入型腔時對著型腔中寬暢、厚壁部位以便塑料順利地流入。 (3) 避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁、型心使塑料能盡快流入到型腔各部位并避免型心變形。 (4) 盡量避免使制品產(chǎn)生熔接痕,或使其熔接痕產(chǎn)生在制品不需要的部位。 (5) 澆口位置及其流入方向應使塑料在流入型腔時，能沿著型腔平行方向均勻地流入，并有利于型腔內氣體排出。 (6) 澆口位置應在制品最易清除的部位，同時盡可能不影響制品的外觀。 (7) 模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格初步試模后還需進一步修改 6.3.1澆口類型確定 本設計為一模兩腔，根據(jù)以上原則和不同澆口的適用范圍，選用側澆口。 6.3.2澆口尺寸確定 查表[1]5-6知適合本設計的澆口尺寸為：h=1.2～1.5mm，取h=1.5mm；b=(3～10)a，取b=5mm； 故本設計的澆口尺寸為：h=1.5mm；b=5mm； 7 結構零件的設計 7.1導柱導套的設計 導柱導套除了有導向的作用外，還有定位和承受側壓力的作用。其設計應符合以下原則： 1) 導向零件應均勻合理地分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心線至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。 2) 導柱安裝在動模板上，導套安裝在定模板上。 3) 合模時應保證導向零件首先接觸，避免型芯先進入型腔，導致模具損壞，因此導柱應高出型芯端面6～8mm。 4) 為確保分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應制有承料槽，如在導套的孔口倒角。 5) 導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定，應保證模具具有足夠的抗彎強度，根據(jù)標準模架選用的導柱和的導套。 6) 導柱導套的安裝形式：導柱滑動部分，其與導套的配合為H7/f6，導柱的固定部分與模板孔采用H7/m6的配合，導套與模板孔采用H7/m6配合，另一端采用H7/e7配合鑲入模板。 7) 導柱應具有堅硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內芯。多采用低碳鋼淬火處理或碳素工具鋼T8A或T10A經(jīng)淬火處理，導套采用淬火處理的T8A。 7.2定位圈的設計 定位圈與注射機定模固定板中心的定位孔相配合，其作用是為了使模具主流道與噴嘴和料筒對中。 7.3墊塊的設計 墊塊高度=推出行程+推板厚度+推管固定板厚度+嵌件定位桿固定板+（5～10）。 根據(jù)計算墊塊厚度C取80mm。 33 8 推出機構的設計 在注射成型的每一循環(huán)中，都必須使制品從模具型腔和型芯上脫出，這種脫出制品的機構稱為推出機構。推出機構在設計時的原則有以下幾點： (1) 盡可能使制品滯留在動模一側以便借助開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作； (2) 防止制品變形或損失，正確分析制品對型腔的粘附力大小及其位置，有針對性的選擇，使推出重心與脫模阻力中心相重合； (3) 盡量選制品內部或對制品外觀影響不大的部位； (4) 結構合理可靠，運動靈活，制造方便，更換容易； 8.1脫模力計算 脫模力的大小是推出機構確定的依據(jù)，是選擇合適推出機構的保障。根據(jù)公式2.6-13知： (8.1) 查表2.6-2知：E=2Gpa；f=0.45；T=95；；；t=6mm；h=26mm，故脫模力為： 8.2推出機構的類型確定 推出機構根據(jù)推出零件可分為推桿推出機構、推管推出機構、推板推出機構、凹?；虺尚屯茐K（桿）推出機構、多元綜合推出機構等。 推桿推出機構是最簡單、最常用的一種形式。因推桿加工簡單，更換方便，推出效果好故在生產(chǎn)中應用廣泛。 推桿的設置應保證塑件脫模時受力均勻，整件平穩(wěn)脫落。因此推桿設置在手機殼側壁、拐角，在較薄片下方設圓形推桿。 8.3機動分型抽芯機構 以設備的開模力或頂出力為動力，自動完成側向抽芯動作的機構叫做機動抽芯機構，簡稱抽芯機構。 8.4 側抽機構的分類 彈簧抽芯機構、斜導柱分型抽芯機構、斜滑塊抽芯機構、斜推桿導滑塊分型抽芯機構跟齒輪齒條抽芯機構。本模具采用了斜滑塊外側分型抽芯機構。 工作原理：將側型芯鑲塊與斜向安裝的推桿（矩形或圓形斷面均可）相連接，斜桿的根部安裝在推出機構上，推出時，斜桿沿著斜孔一面上升一面做側向移動，完成抽芯動作。此機構優(yōu)點是站位小，機構簡單缺點是斜桿剛度差，故在抽拔距短的場合下廣泛應用。設計時，斜桿應采用較小的傾角常取3度到15度。 8.5復位桿的結構設計 8.5.1復位桿的作用 反推桿的作用是使推出機構恢復原位，當開模時推桿在推板的推動下將塑料制品推出，反推桿也同時凸出模板表面[12]。當再次注射時，在模具閉合過程中，定模表面與反推桿接觸，并使反推桿推動推出機構一起返回原始位置。 8.5.2復位桿的結構 桿復位桿的結構如下圖所示： 圖8.1 復位桿 9 冷卻系統(tǒng)設計 模具的溫度對塑料制品的質量和生產(chǎn)率是至關重要的，冷卻系統(tǒng)的設計原則如下： 1) 盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； 2) 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； 3) 盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5～3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8～1.5B。最小不要小于10mm; 4) 澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； 5) 應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5； 6) 冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔; 7) 合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 冷卻時熱量的途徑有冷卻水傳熱、模具向空氣對流傳熱、模具向空氣輻射傳熱、模具通過上下底板向注塑機傳熱。一般情況下，塑料熔體帶入熱量的90%～95%由冷卻介質帶走的，因此在作冷卻水道設計時可粗略地按照熔體帶入熱量全部由冷卻水道帶走進行計算，這在工程計算中是合理的，所設計的冷卻系統(tǒng)比較安全。 一般注射到模具內的塑料溫度為200左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在65以下。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。 9.1冷卻介質 冷卻介質有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低。故用水冷卻，即在模具凹模內開設冷卻水道。 冷卻水的體積流量計算 (9.1) 式中： ——冷卻水的密度，為1×103kg/ m3； ——冷卻水的比熱容，為4.187 kJ/（kg·）； ——冷卻水出口溫度，取25℃(一般認為普通模具出入水溫差應在5℃范圍之內，精密模具在2℃左右，如果出入水溫相差過大，會使模具溫度分 布不均，特別是大型制品型腔和模板尺寸很大時)。 ——冷卻水入口溫度，取20℃； 代入數(shù)據(jù)得： 為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=10mm 求冷卻水在管道內的流速 （9.2） 大于最低流速1.32m/s 求冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù) （9.3） 式中： ——水流速（m/s） ——水密度（kg/ m3） d——管內徑（m） ——與冷卻介質溫度有關的物理常數(shù)，取 代入數(shù)據(jù)得： 求冷卻管道總傳熱面積 (9.4) 式中： △θ—模具溫度與冷卻水溫度之間的平均溫差（℃），模具溫度取80℃ 代入數(shù)據(jù)得： 求模具上應開設的冷卻管道的孔數(shù) （9.5） 式中：為模具長度，在此取330mm 從計算結果看，單位時間注射量小，所需冷卻水道也比較小，但一條冷卻水道是不可取的，會導致冷卻不均，所以這里在動模板設計2條冷卻水道。 9.2澆口的設計 澆口是連接分流道和型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），是塑料熔體進入型腔的入口。它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的形狀、數(shù)量、位置及尺寸對塑件的成型性能及成型質量影響很大。合理選擇澆口的位置是提高塑件質量的重要環(huán)節(jié)，澆口位置不同，也將直接影響模具的結構以及塑件的成型質量。 澆口作用：澆口對充模流動和補料時間起著控制性作用。 澆口斷面面積約為分流道斷面面積的3%~9%，澆口越小，即比表面積越大大，熔體流經(jīng)澆口時的熱量損越大，澆口處的流動阻力也越大，但由于澆口尺寸很小，導致熔體流經(jīng)澆口時剪切速率明顯升高，這使得熔體表觀粘度降低，從而又使流體流動變得容易，一定程度上抵消了因澆口尺寸變小而增加的流動阻力，另外因熔體通過澆口時有明顯的粘性發(fā)熱現(xiàn)象，使進入型腔的熔體溫度升高，反而使充模更容易，充模效果優(yōu)于大澆口。常見的澆口形式及各自優(yōu)缺點。[6] a．側澆口（又名標準澆口、邊緣澆口）：屬小澆口的一種，斷面接近矩形，便于機械加工且易保證精度；可以分別調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間。 b．扇形澆口和平縫式澆口：能使物料在橫向得到均勻分配，降低了塑件的內應力，特別是減少應取向而產(chǎn)生的翹曲，常用于成型寬度較大的薄片狀制品，但成型后去除澆口后加工量大。 c．點澆口：澆口尺寸很小，開模時容易自動切斷，熔接痕小。點澆口適用于表觀粘度對剪切速率敏感的塑料熔體和粘度較低的塑料熔體。 d．護耳澆口：適用于用小尺寸澆口會產(chǎn)生噴射場合，但成型后加工余量大。 e．直澆口：注塑壓力和熱量損失最小，固化時間長，延長了補料時間，補縮效果好。但澆口附近容易產(chǎn)生殘留內應力，澆口處易產(chǎn)生縮孔。 澆口的選擇分析：由于塑件表面質量的要求和模具結構的要求，澆口采用點澆口。通常，采用小尺寸澆口填棄薄型腔比采用大尺寸澆口更為有力。 10 標準模架選擇 模具的大小主要取決于塑件的大小和結構，對于模具而言，在保證足夠強度和剛度的條件下，結構越緊湊越好。為節(jié)約模具鋼材和便于熱處理，根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸，可以確定鑲件（模仁）的外形尺寸，確定鑲件的尺寸后，就可以大致確定模架的大小。模架如下圖： 圖10.1 標準模架 11 注射機工藝參數(shù)及安裝尺寸校核 11.1鎖模力校核 鎖模力是指注射機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力，其必須大于型腔內熔體壓力與塑料制品以及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積，故： （11.1） 式中： F―注射機的最大鎖模力 P―型腔內的熔體平均壓力（ABS取0.3-0.48MP） A—塑料制品以及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 查表5-2知：本設計中P取34Mpa，鎖模力為： 故設備滿足使用要求。 11.2最大注射容量校核 最大注射量和制品的質量或體積有直接關系，兩者必須相適應，不然會影響制品的產(chǎn)量和質量。為保證正常的注射成型，注射機的最大注射量應稍大于制品的質量或體積，通常注射劑的實際注射量最好在注射劑最大注射量80%以內。 按體積校核： （11.2） 在初選設備時，用Pre/E已經(jīng)計算出體積為：；； 故設備滿足使用要求。 11.3安裝尺寸以及有關尺寸的校核 11.3.1模具閉合高度校核 模具安裝在設備上，模具的閉合高度必須在設備允許的最大和最小模具高度之間，即；本設計中的模具高度為250mm,所選的設備允許的模具 高度為175～425mm之間，故設備符合要求。 11.3.2最大開模行程校核 模具的開模行程為塑件的頂出距離加上澆注系統(tǒng)和塑件的總高度再加5～10mm；本設計中模具的開模行程為117mm，設備允許的開模行程為350mm，故設備符合要求。 12 典型零件加工工藝過程 動模板的加工工藝過程 材料：45 硬度：230-270HRC 表12.1 加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內容 1 備料 備305×255×35的矩形板料 2 銑削 銑削基準面 3 鉗工 劃線確定各孔的位置 4 鉆削 ①鉆直徑15的孔 ②鉆導柱孔 ③鉆型腔孔，留0.3-0.5mm磨削余量 5 銑削 ①銑削型芯放置長方形型腔 ②留余量0.3-0.5進行精加工 6 熱處理 調質硬度達到230-270HRC 7 磨削 ①磨內型腔孔，達尺寸要求 ②磨削上下表面 8 檢驗 13 結論 通過對手機外殼注塑模具的塑料模具設計，使我對常用塑料在成型過程中對模具的工藝要求有了更深一層的理解，掌握了塑料注射模具的結構特點及設計計算方法，對獨立設計模具具有了一次新的鍛煉。 本次手機外殼注塑模具的塑料模具設計，綜合了成型工藝分析，模具結構設計，能達到較好學以致用的效果。在設計該模具的同時總結了以往模具設計的一般方法、步驟，模具設計中常用的公式、數(shù)據(jù)、模具結構及零部件。把以前學過的基礎課程融匯到綜合應用本次設計當中來。在設計該次設計中使用到了AutoCAD、Pro/E等機械設計軟件，使我能更好熟練的使用這些軟件為以后的工作和學習打下堅實的基礎。 本次模具設計的難點：因塑件含有側孔，需增設側向抽芯機構，本次設計中提出了三種可行的設計方案，雖然理論上都是可行的，但各有優(yōu)點和缺點，最終選擇方案三。選取原則如下：確保塑件的成型質量；盡量使模具結構簡單化以降低制模成本；確保能夠實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，以降低工人的勞動強度和生產(chǎn)成本。隨著設計的逐步進行，會發(fā)現(xiàn)先前確定的很多尺寸（如模仁大小，模架大?。霈F(xiàn)問題，必須對該尺寸做相應調整或重新設計，如我們可能需要重新設計模仁大小，重新選擇模架型號。這因為我們沒有經(jīng)驗，不可能在一開始就把所以的可能出項的問題都預見，這是我們需要通過的更多設計來加強的。另外，在設計模具結構的過程中一定要考慮到工藝問題，用軟件設計的再完美，如果無法加工也是枉然，所以切忌不可脫離實際，應讓設計出來的模具元件既能滿足性能要求又便于加工。 在這次設計中我覺得最值得我們去思考的是脫模機構的可行性方案設計，因為這是最能夠發(fā)揮我們的想象力和創(chuàng)造了的地方，當然這也是本次設計中最困難的地方，需要我們加倍努力的地方。 參考文獻 [1] 翁其金《塑料模塑成型技術》.北京：機械工業(yè)出版社，2010.11 [2] 《塑料模設計手冊》編寫組編著.《塑料模設計手冊》第二版. 北京：機械工業(yè)出版社 [3] 李德群，唐志玉，中國模具協(xié)會，中國機械工程學會.《模具工程大典第三卷》.電子工業(yè)出版社 [4] 魏春雷，朱三武，章南.《模具專業(yè)畢業(yè)設計手冊》.天津：天津大學出版社，2010.1 [5] 徐秀娟.《互換性與測量技術》.北京：北京理工大學出版社，2009.1 [6] 劉航.《模具制造技術》.西安：西安電子科技大學出版社，2006.1 [7] 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