手機(jī)后蓋注塑模具的設(shè)計【一模四腔】【說明書+CAD+PROE】

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隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對零件的材料提出愈來愈苛刻的要求，一種材料不但要求某一種技術(shù)性能好，而且要求它同時具備多種優(yōu)良的技術(shù)性能，以滿足多種技術(shù)需要。塑料作為現(xiàn)代工業(yè)中較為常見的材料之一，在性能上具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色等特點(diǎn)，其制品可加工成任意形狀，且具有生產(chǎn)效率高、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用日益廣泛，在汽車、儀表、化工等工業(yè)中，塑料已經(jīng)成為金屬零件的良好代用材料。與相同重量的金屬零件比，塑料件能耗小，且成型加工方法簡單，易組織規(guī)模生產(chǎn)，只需一臺自動化注射機(jī)，配上合適模具，就能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。塑料模具是利用其形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具，它對塑料零件的制造質(zhì)量和成本起著決定性影響。在生產(chǎn)過程中，對塑料模具的要求是能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用的角度要求高效率、自動化、操作簡單；而從模具制造角度要求結(jié)構(gòu)合理，制造容易，成本低廉。現(xiàn)代塑料制品的生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少的三個重要因素，尤其是塑料模具對實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求、塑料制品使用要求和造型設(shè)計起著重要的作用。高效的自動化設(shè)備只有配上相適應(yīng)的模具才能發(fā)揮作用，隨著塑料制品的品種和產(chǎn)品需求量的增大，對塑料模具也提出越來越高的要求，促使塑料模具不斷向前發(fā)展。目前，模具的設(shè)計已由經(jīng)驗設(shè)計向理論設(shè)計的方向發(fā)展，采用高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)以適應(yīng)大量生產(chǎn)的需要，采用高精度模具的加工技術(shù)以減少鉗工等手工操作工作量。為減少加工后的修整，以“一次試模成功”為標(biāo)準(zhǔn)，模具測量向高精度、自動化方向發(fā)展。同時，在模具行業(yè)開展CAD/CAM的研究和應(yīng)用，采用CAD/CAM技術(shù)能夠減少試模、調(diào)整及修整工時、提高可靠性、簡化設(shè)計與制圖、縮短設(shè)計制造時間，從而使估價及成本合理化。顯然，今后的模具制造將以計算機(jī)信息處理和數(shù)控機(jī)床加工為中心。注塑成型是塑料工業(yè)中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，注塑成型加工產(chǎn)量高，適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)到生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)自動化、高速化，因此具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。注塑模具作為注塑成型加工的主要工具之一，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的根本利益。模具制造業(yè)存在成本高、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助加工技術(shù)的發(fā)展，從根本上改變了模具生產(chǎn)的面貌，可靠地保證了模具所需要的精度和質(zhì)量。另外，模具標(biāo)準(zhǔn)件和以標(biāo)準(zhǔn)件為基體的特殊定制零件的普及，明顯的縮短了模具制造周期，使塑料模具的設(shè)計水平進(jìn)入了新階段。盡管模具工業(yè)本身的特殊性是模具制造顯得很復(fù)雜，但與其他行業(yè)一樣，它也有一定的規(guī)律。注塑模具設(shè)計之前首先應(yīng)對塑料制品進(jìn)行工藝分析，研究塑料制件的工藝性是否符合注塑加工原理，然后應(yīng)設(shè)計模具結(jié)構(gòu)，確定模具材料和選定標(biāo)準(zhǔn)件，最后進(jìn)行零件加工、模具組裝和試模。表面縮坑是注塑過程中經(jīng)常遇到的問題，如果制品的壁厚過大或明顯的薄厚不均，再成型時會因固化速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這是由于制品壁較厚的部位在表層的塑料已經(jīng)冷凝時，其芯部的塑料仍然處于熔融狀態(tài)，當(dāng)芯部的塑料也固化后，會因其收縮而對表面的塑料施以拉力，導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)縮坑。然而，在實(shí)際中要使制品的壁厚設(shè)計成完全一致是不大可能的。例如，許多制品由于要與其他零件裝配或為加強(qiáng)本身的強(qiáng)度，往往沒有筋、槽或柱等，這時制品的壁厚則出現(xiàn)明顯不均。因此，為滿足制品的要求，而又能使外觀缺陷得到改善，除了在成型過程中采用增加保壓壓力和延長冷卻時間等措施控制之外，在設(shè)計制品結(jié)構(gòu)時，必須對這些筋、槽及柱有明確的限制。對于壁厚明顯不均的制品，單單靠調(diào)整成型工藝來解決表面縮坑問題幾乎是不可能的，因此在設(shè)計制品結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分重視這一問題。在本次設(shè)計中，由于手機(jī)后蓋上有許多孔、槽結(jié)構(gòu)，在模具中必須采用芯子，這一結(jié)構(gòu)改變會給模具和成型在其他方面帶來麻煩。 按照一般的設(shè)計步驟，應(yīng)先對選取的塑件實(shí)體進(jìn)行測繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并對其進(jìn)行工藝分析，確定模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，然后設(shè)計注塑模具，繪制出其裝配圖及零件圖，對各零件進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配，同時對模具中的主要零件進(jìn)行工藝分析，編寫工藝卡，完成型腔的仿真加工。通過以上工作的完成，我對一套模具從設(shè)計到加工的全過程有了清醒而直觀的認(rèn)識，了解了注塑模的工作原理，對模具中型腔、型芯等主要零件的設(shè)計及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗知識，能夠?qū)δ＞咴O(shè)計中常出現(xiàn)的問題提出合理的解決方法，能夠正確地選取注射機(jī)、確定模架的結(jié)構(gòu)及尺寸、確定型腔數(shù)。在模具設(shè)計中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。1. 注射?？傮w設(shè)計1.1 注射模基本總體結(jié)構(gòu)方案的比較與選取注射模的基本結(jié)構(gòu)是由注射機(jī)的形式和塑件復(fù)雜程度等因素決定的。注射模的分類方法很多，按注射模的總體結(jié)構(gòu)可分為單分型面注射模、雙分型面注射模、帶活動鑲件的注射模和自動卸螺紋的注射模等，對于不同的塑件可選用不同的注塑結(jié)構(gòu)。單分型面注射模是最簡單的一種。在該結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成型腔的一部分在定模上，型芯部分在動模上，主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上，開模后塑件與流道凝料一起留在動模一側(cè)。雙分型面注射模與單分型面注射模相比多了一個可移動的澆口板，它用于針點(diǎn)澆口進(jìn)料的單（雙）型腔模具。開模時，澆口板與定模座板作定距離分型，以便取出凝料。帶活動鑲件的注射模上帶有活動螺紋型芯、側(cè)向型芯和活動鑲件等，開模時，活動鑲件連同塑件一起脫出模后，再通過人工使鑲件與塑件分開。當(dāng)塑件有螺紋部分并要求自動脫模時，可采用自動卸螺紋的注射模。該結(jié)構(gòu)利用注射機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動螺紋型芯或螺紋型環(huán)轉(zhuǎn)動，使塑件按規(guī)定的螺距推出。在具體選用模具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合考慮塑件結(jié)構(gòu)，盡量做到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。設(shè)計中由于塑件實(shí)體是手機(jī)后蓋，其結(jié)構(gòu)較簡單，沒有螺紋及需要側(cè)向分型的結(jié)構(gòu)，且不需要針點(diǎn)澆口，所以可選單分型面模具結(jié)構(gòu)。1.2 制品的測繪1.2.1 制品材料的工藝分析本注塑模設(shè)計中選用的制品材料為ABS，它是一種現(xiàn)代工業(yè)中經(jīng)常用到的材料，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，通常情況下其密度為1.0-1.0克/立方厘米，壓縮比為1.8-2.0，比熱容為0.35-0.4，其模具冷卻溫度范圍在32-65之間。了解了ABS的以上性能，對我們進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及選材將大有幫助。1.2.2 實(shí)體測繪根據(jù)設(shè)計要求及設(shè)計方案，按照模具設(shè)計的基本步驟，首先應(yīng)對制品實(shí)樣進(jìn)行測繪分析，選擇合理的精度要求，確定分型面，選取正確的定位基準(zhǔn)，為型腔及模具的設(shè)計建立最基本的條件。由于制品實(shí)體為玩具手機(jī)外殼，所以其精度要求不算太高，表面粗糙度設(shè)定在Ra=1.6即可，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定其長度方向尺寸精度小于0.50mm,厚度方向小于0.10mm,選用的測量器具為千分尺、螺旋測微器、平臺、高度尺、天平稱等，并根據(jù)測量的基本原理進(jìn)行多次測量求平均值，這樣可測得制品長度方向最大尺寸為L=63.24mm,寬度方向最大尺寸為D=39.98mm,高度方向最大尺寸為H=5.00mm,制品重量m=3mg,測得的結(jié)果參見圖1-1所示手機(jī)后蓋零件圖。 圖1-1 手機(jī)后蓋零件測繪圖1.3 注射機(jī)的選擇在注塑模設(shè)計過程中，注射機(jī)的選擇是必不可少的，也是至關(guān)重要的。根據(jù)注塑模具的基本結(jié)構(gòu)及注射機(jī)的尺寸與型號規(guī)格，本設(shè)計采用臥式注塑機(jī)，其注塑方向與給模方向一致，且占地面積小，安裝、拆卸方便，嵌件便于安裝。此外，注塑機(jī)型號的選擇還應(yīng)考慮以下幾個方面：1.3.1 注射量通常情況下，注射機(jī)的注射量應(yīng)超過被成型制品重量的20%30%以上，現(xiàn)設(shè)定注射量是制品重量的25%，又因經(jīng)測量知制品重量為3毫克，所以注射機(jī)相對一個制品的注射量為： S=(1+25%)m=(1+25%)3g=3.75g1.3.2 鎖模力被成型制品在成型時所需要的鎖模壓力必須小于注塑機(jī)的額定鎖模力。制品在成型時所需要的鎖模壓力，即在注射和保壓時保證動、定模不分離所應(yīng)給予的力，一般可采用公式： F=PA計算，其中F-制品成型時所需要的鎖模力。A- 制品的投影面積。P-型腔內(nèi)部壓力。通過測繪得到的數(shù)據(jù)，由分割法計算可求得制品的投影面積為： A=57.1639.98+223+12.082.04-257.161.49 =2151.56(mm)又因為制品材料為ABS,所以可選取P=350/9.810Pa,所以 F=PA=350/9.810Pa2151.56mm =75.3N 另外，根據(jù)注射機(jī)與模具安裝尺寸（即拉桿間距、模板間最大與最小閉合高度、頂出行程、噴嘴球半徑、定位孔直徑等），查國產(chǎn)注射機(jī)技術(shù)規(guī)格，可選用XS-ZS-22型注射機(jī)。 1.3.3 注塑能力的校核 注塑能力是指在一個成型周期中，注射機(jī)對給定塑料的最大注射容量或重量。本設(shè)計選用的注塑機(jī)屬于柱塞式注塑機(jī)，其注塑能力是以一次性注射聚苯乙烯的最大重量為準(zhǔn)的。在注射聚苯乙烯時，塑料的總重量與澆注系統(tǒng)的塑料重量之和一般不超過注塑機(jī)注塑能力的80%，當(dāng)注塑其它塑料時，注塑機(jī)的最大注射重量應(yīng)按下式換算： m=m 式中 m-注射機(jī)注射其它塑料的最大重量（g）; m-注塑機(jī)規(guī)定的最大注塑重量（g）; -注射塑料在常溫下的密度（g/cm）; -聚苯乙烯在常溫下的密度（g/cm）. 已知ABS在常溫下的密度為1.0g/cm,注射機(jī)的最大注射量為15mg,所以ABS的最大注射重量為 m=1514.2g 1.4 分型面的選定 為將塑件從密閉的模腔中取出，以及為了安裝嵌件或取出澆注系統(tǒng)等，必須將模具分成兩個或幾個部分，通常情況下我們稱分開模具能取出塑件的面為分型面。同時，以分型面為界，模具分成兩大部分，即動模和定模部分。 分型面的方向采用與注射成型機(jī)開模方向垂直的方向，其選擇是一個比較復(fù)雜的問題，因為它受到塑件的形狀、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置及其形狀、嵌件在模具內(nèi)的成型位置、頂出方法、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、模具排氣、模具制造等各種因素的影響。1.4.1 留模方式為便于塑件脫模，應(yīng)使塑件在脫模時留在下?；騽幽２糠郑驗樗芗捻敵鰴C(jī)構(gòu)設(shè)置在下?；騽幽２糠帧Ｈ鐖D2-2所示，開模后塑件留在動模一邊，易于脫模，使模具結(jié)構(gòu)簡化。 圖1-2 型芯部分頂桿設(shè)置手機(jī)外殼外形簡單，但內(nèi)部有較多的孔、槽結(jié)構(gòu)，塑件成型收縮后必然留在型芯上，此時，將型腔設(shè)定在定模上，開模后即可用推桿頂出塑件。1.4.2 塑件的脫模斜度 選擇分型面時應(yīng)考慮減小由于脫模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差異。若將分型面設(shè)在塑件中部，并選用較小的脫模斜度，將有利于脫模，但這種方式僅適用于塑件對外觀無嚴(yán)格要求的情況下。對于手機(jī)外殼這種對表面有一定精度要求的塑件，一般將型腔設(shè)在模具的一側(cè)，這樣可保證塑件外觀精美，使飛邊盡量留在殼內(nèi)。綜上所述，可選擇機(jī)殼與機(jī)體的配合面為分型面。1.5 制品收縮率制品的收縮率一般是根據(jù)所用塑料收縮率的平均值來計算的，而實(shí)際上制品在成型過程中其塑件分子并不是在制品中任何方向上都是一樣收縮的，并且大多數(shù)塑件的收縮是在制品成型完成后再經(jīng)過數(shù)小時才能安全穩(wěn)定下來，因此，制品的實(shí)際收縮與按其材料平均值計算的收縮是有一定差距的。目前尚無準(zhǔn)確計算制品成型過程中實(shí)際收縮率的方法，在模具設(shè)計時可采用比平均收縮率低1%的計算方法。對于ABS塑件，其收縮率為0.4%0.6%，設(shè)計中確定其收縮率為0.5%。另外，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位，以及2mm和小于2mm帶有大于0.1mm公差的部位不需要進(jìn)行收縮率計算。1.6 卡鉤的結(jié)構(gòu)設(shè)計手機(jī)后蓋上卡鉤的功能是與殼體相連接。在設(shè)計這種卡鉤時應(yīng)避免模具中出現(xiàn)側(cè)向分型結(jié)構(gòu)，通常是在鉤子的下放設(shè)計成通孔形式并采取動、定模對插結(jié)構(gòu)。但該制品中的卡鉤其下放不允許有通孔出現(xiàn)，制品的這類形狀要采用成型頂桿的方法來實(shí)現(xiàn)。手機(jī)后蓋卡鉤部分有一圓弧過渡段，其尺寸相對較小，而又必須設(shè)置頂出機(jī)構(gòu)，因此，在制品設(shè)計時應(yīng)充分考慮頂桿強(qiáng)度及頂桿孔加工難易的問題，應(yīng)盡量在制品細(xì)小部位的周圍留出用于頂出的余量。1.7 脫模斜度的設(shè)置為使制品在成型過程中能夠順利地從型腔中脫出，以及能夠順利地從型心中被頂出，制品必須設(shè)有脫模斜度。脫模斜度的大小由制品表面粗糙度、制品形狀及尺寸而定，通常情況下不低于0.5度。由于手機(jī)后蓋表面有一定的光亮度要求，在脫模過程中制品外表面不能被劃傷，其脫模斜度最小不應(yīng)低于2度。又由于在制品中有凹臺、凸臺、槽等結(jié)構(gòu)，塑料對制品透孔的芯子有較大的抱緊力，因此可設(shè)定脫模斜度為2度。1.8 型腔數(shù)的確定注塑模的型腔數(shù)與注射機(jī)的注射量和塑件重量有關(guān)。注射量是注射機(jī)每次注射的塑件的最大體積或重量，它與塑件重量有直接關(guān)系，兩者若不相適應(yīng)，就會影響塑件的質(zhì)量，如注射量小于塑件質(zhì)量，就會造成塑件缺料、內(nèi)部組織疏松、機(jī)械強(qiáng)度下降等缺陷；反之，就會造成原料和電能浪費(fèi)，注射機(jī)利用率降低。因此，為保證正常的注射成型，塑件的重量應(yīng)低于注射機(jī)的注射量。由前面所述可知，注射機(jī)的注射量應(yīng)超過被成型制品重量的20%-30%以上，由此可求的注塑機(jī)的最大注射量為S=15mg,所以模具的型腔數(shù)為： N=(0.05S-R)/W =(0.0515-0.75)/3=4所以，在注塑模設(shè)計中可采用一模四腔結(jié)構(gòu)。2 注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 模具材料的選用模具的耐用性除取決于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及其使用、維護(hù)外，最根本的原因是模具材料的基本性能是否與模具的加工性能與使用條件相適應(yīng)。因此，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選用制模材料是模具設(shè)計的首要任務(wù)。根據(jù)制品的光潔度及尺寸精度的要求，結(jié)合各種材料的物理、化學(xué)性能，本設(shè)計中的注塑模選用鋼材作為材料。因為模具零件較復(fù)雜，淬火后加工較困難，而鋼材在熱處理后變形很小，且拋光性能好，能夠滿足模具各零部件特別是型腔的性能要求。同時，鋼材耐磨性和耐腐蝕性能好，能是模具具有很高的耐磨性和耐腐蝕性，從而提高了模具的使用壽命。鋼材中常見品種有碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等，若從性能和價格方面綜合考慮，選用碳素鋼比合金鋼更為經(jīng)濟(jì)。碳素結(jié)構(gòu)鋼中的45鋼具有良好的切削性能，可作為各種模板的材料；碳素工具鋼中的T8A可作為導(dǎo)柱、拉料桿、頂桿、導(dǎo)套等零件的材料。2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)是指模具中從噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動通道，它的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔的各個部位，以獲得所要的塑件。注射模澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2-1 澆注系統(tǒng)示意圖 2.2.1 主流道的設(shè)計 主流道是指噴嘴口起至分流道入口處的一段通道，它與注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，熔料在主流道中并不改變方向。 本設(shè)計中為便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計成圓錐形，錐角=3，內(nèi)壁粗糙度為Ra=0.63，大端處呈圓角，其半徑為r=2.5mm,以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。實(shí)際設(shè)計中，應(yīng)使主流道的長度L盡量短，以免使主流道凝料增多、塑料耗量大，因此取L=55mm.另外，為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道和注射機(jī)的噴嘴緊密對接，為此，選取其半徑為R=12mm,小端直徑d=3mm.由于主流道要與高溫塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的澆口套，如圖3-2所示，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理。 圖2-2 澆口套結(jié)構(gòu)示意圖9