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畢業(yè)設(shè)計（論文）
諾基亞手機(jī)上殼體注塑模具設(shè)計
The injection modeling design for the Nokia mobilephone upper shell
學(xué)生姓名
所在院系
所學(xué)專業(yè)
所在班級
指導(dǎo)教師
教師職稱
完成時間
： 張維俏
： 機(jī)電學(xué)院
： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
： 機(jī)制0444班
： 李曉冬
： 講師
： 2008年6年20日
長 春 工 程 學(xué) 院
2004級本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目：諾基亞手機(jī)上殼體注塑模具設(shè)計
姓 名： 張維俏 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機(jī)制0444班 學(xué) 號: 04A413405
指 導(dǎo) 教 師： 李曉冬 職 稱/學(xué) 歷： 講師/博士
長春工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院
二００ 八 年 四 月 八 日
1.1課題研究的目的與意義??
目的與意義:
隨著塑料成型加工機(jī)械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。從模具設(shè)計和制造技術(shù)角度來看，模具的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面：
??????? 1、?? 加深理論研究??? 在模具設(shè)計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計已經(jīng)由經(jīng)驗設(shè)計階段逐漸向理論計算方面以發(fā)展。
????? ??2、 高效率、自動化??? 大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)，如高效冷卻以縮短成型周期；各種能可靠地自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機(jī)構(gòu)；熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等。高速自動化的塑料成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對提高生產(chǎn)效率，降低成本起了很大作用。
??????? 3、?? 大型、超小型及高精度? 由于模料應(yīng)用的擴(kuò)大，塑料制件已應(yīng)用到建筑、機(jī)械、電子、儀器、儀表等各個工業(yè)領(lǐng)域，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工，熱處理變小、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料。
??????? 4、? 革命模具制造工藝??? 為了更新產(chǎn)品花式和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，除大力發(fā)展高強(qiáng)度、高耐磨性的材料外，同時又重視簡易制模工藝研究。
??????? 5、?? 標(biāo)準(zhǔn)化??? 開展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，使模板，導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具。
通過本次諾基亞8610手機(jī)前殼體注塑模具設(shè)計，使自己能夠?qū)臅局袑W(xué)到的理論知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合，進(jìn)一步強(qiáng)化自己對注塑模具設(shè)計設(shè)計流程的熟悉，能夠熟練查閱注塑模具設(shè)計手冊及相關(guān)書籍，熟練掌握pro/e軟件的操作過程。熟練掌握繪圖和編寫技術(shù)文件的能力。手機(jī)已成為日益普遍的通訊工具，因此其注塑模具的需求也日益增多，市場前景廣泛，而且根據(jù)不同手機(jī)的外形的不同，注塑模具也就有了很大的不同。因此通過對這款手機(jī)外殼模具的設(shè)計，增強(qiáng)了自己獨立設(shè)計注塑模具的能力。
在網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化迅猛發(fā)展的今天，手機(jī)已經(jīng)成為引領(lǐng)消費(fèi)時尚的異軍突起的工業(yè)產(chǎn)品。2007年國內(nèi)手機(jī)產(chǎn)量有望突破4億部，占全球總產(chǎn)量的50％，手機(jī)出口額達(dá)到133億美元。因此手機(jī)外殼注射模具的設(shè)計有廣泛的市場應(yīng)用前景。
1.2文獻(xiàn)綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）
國外方面：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的技術(shù)革命不斷取得新的進(jìn)展和突破，技術(shù)的飛躍發(fā)展已經(jīng)成為全世界經(jīng)濟(jì)增長的重要因素。市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力，產(chǎn)品的開發(fā)周期、生產(chǎn)周期越來越短，于是對制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備—模具的要求越來越苛刻。
國外注塑成型技術(shù)在向多工位、商效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。因此．模具向高精度復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展．例如：組合模、即鈑金和注塑一體注塑鉸鏈一體注塑、活動周轉(zhuǎn)箱一體注塑；多色注塑等；向高效率、高自動化和節(jié)約能源降低成本的方向發(fā)展 例如：疊模的大量制造和應(yīng)用．水路設(shè)計的復(fù)雜化、裝夾的自動化、取件全部自動化。
國外模具工廠運(yùn)行的現(xiàn)狀介紹。21世紀(jì)模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率?？s短設(shè)計周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力滿足用戶需求。
國內(nèi)方面：
80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億，至2002年我國模具總產(chǎn)值約為360億元，其中塑料模約30%右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。
我國塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津的津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺北極星Ⅰ.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá)0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá)10～30萬次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
近年來我國通過引進(jìn)國際的先進(jìn)技術(shù)和加工設(shè)備，使塑料模具的制造水平比十年前進(jìn)了一大步，然而由于基礎(chǔ)薄弱、對引進(jìn)技術(shù)的吸收、掌握，尚有一段距離，而且發(fā)展也十分不平衡，因而，我國塑料模具總體水平與世界先進(jìn)技術(shù)尚有一定差距。塑料成型模具可分為三大類，即注射成型模具、中空成型模具和擠出成型模具。我國現(xiàn)在的制造水平，以注射成型模具為最高，中空成型具為最低，如化妝品用瓶子的吹塑模具，無論從造型以及質(zhì)量上遠(yuǎn)不能適應(yīng)出口要求。
從注塑工藝來說，氣體輔助注射成型、結(jié)構(gòu)泡沫成型、反應(yīng)注射成型、共注射成型、推-拉成型、注射-壓縮成型、低壓注射成型、交變注射成型、熔芯注射成型、動態(tài)保壓注射成型等引入了模內(nèi)反應(yīng)、發(fā)泡、振動和氣輔等關(guān)鍵技術(shù)，大大豐富了傳統(tǒng)注塑工藝的內(nèi)容，使塑料的流動特性、制品的力學(xué)性能、外觀質(zhì)量都得到有效的控制。當(dāng)然，這些新型注塑工藝所要求的注塑機(jī)和模具系統(tǒng)等機(jī)械、壓力和電氣系統(tǒng)控制也有別與傳統(tǒng)注塑機(jī)。
近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距。
當(dāng)今，中國塑料工業(yè)已步人世界塑料先進(jìn)大國的行列，塑料機(jī)械與模具、塑料制品與應(yīng)用，塑料樹脂與助劑，總的生產(chǎn)量和消費(fèi)量都分別躍居世界的第一、第二、第三位，為世人所關(guān)注。因為，從此結(jié)束了我國塑料工業(yè)長期 利用國產(chǎn)裝備生產(chǎn)高精密塑料制品的歷史!宣告我國塑料制品行業(yè)已真正步入精密化、微型化時代!
1.3采用的設(shè)計方案（基本理論）與技術(shù)路線
方案確定
經(jīng)分析，根據(jù)塑件的表面粗糙度，及生產(chǎn)的規(guī)模，選用單分型面注射模，一模一件。
單分型面注射模 型腔在定模上；主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上，開模后塑件連同流道內(nèi)的凝料一起留在動模一側(cè)；動模上設(shè)有頂出機(jī)構(gòu)，用以頂出塑件和流道內(nèi)的凝料。可能的澆口形式有：直接澆口、側(cè)澆口、重疊澆口等，從中選擇點澆口。
技術(shù)路線
1. 進(jìn)行產(chǎn)品工藝性分析：(1)材料性能(2)成型特性及條件(3)結(jié)構(gòu)工藝性(4)批量生產(chǎn)(5)零件體積及質(zhì)量估算。
2. 初選注塑機(jī)型號和規(guī)格。
3. 確定模具基本結(jié)構(gòu)（單分型面注射模）。
4. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：(1)確定型腔數(shù)目及配置(2)選擇分型面(3)確定澆注系統(tǒng)尺寸(4)校核計算(5)確定型腔、型芯的結(jié)構(gòu)(6)確定頂出機(jī)構(gòu)類型(7)側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(8)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(9)排氣機(jī)構(gòu)。
5. 繪制模具裝配草圖。
6. 校核加工性能；核算輔助工具的主要工作尺寸并拆畫零件圖。
7. 試模及修模。
1.4研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題：
1. 模具的冷卻和加熱問題。
2. 進(jìn)澆點和分型面的選擇問題。
3. 注塑機(jī)的合理選擇。
4. 模具總體結(jié)構(gòu)和零件形狀要簡單合理；模具應(yīng)具有適當(dāng)?shù)木?、剛度和?qiáng)度。
5. 易于制造和裝配。
1.5參考文獻(xiàn)
(1) 陸 寧. 實用注塑模設(shè)計. 北京：中國輕工業(yè)出版社, 1997.5.
(2)《塑料模設(shè)計手冊》編寫組. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2006.3.
(3) 齊曉杰.《塑料成型工藝及模具設(shè)計》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.10.
(4) 屈華昌.《塑料成型工藝與模具設(shè)計》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.3.
(5) 洪慎章.《實用注塑成型及模具設(shè)計》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1.
(6) 徐佩弘.《塑料制品與模具設(shè)計》.北京：中國輕工業(yè)出版社,2001.7.
(7)《模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書》編委會.《模具結(jié)構(gòu)設(shè)計》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.6.
(8) 關(guān)興舉.《Pro/ENGINEER塑料產(chǎn)品設(shè)計》.北京：人民郵電出版社,2006.1.
(9) 樊增輝. 凸模吸塑成型抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計[J]. 模具工業(yè) ,2005.(11).
(10) 劉金楚. 注塑模的擺動抽芯機(jī)構(gòu)[J]. 模具工業(yè) , 2006.(01).
(11) Johnson L, Olley P, Coates PD. Plast Rubber Compos 2000:29-31.
(12) D.F. Mielewski, D.R. Bauer, P.J. Schmitz, H. Van, Weld line morphology of injection molded polypropylene, Polymer Engineering and Science 38 (1998) :2020–2028.
2、答辯組論證結(jié)論
（1）方案可行，技術(shù)路線清晰 □ （2）方案可行，技術(shù)路線基本清晰 □
（3）方案基本可行，技術(shù)路線不很清晰 □ （4）方案和技術(shù)路線不很清晰 □
（5）方案和技術(shù)路線不清晰 □
3、指導(dǎo)教師意見： 教研室主任意見：
指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：
年 月 日 年 月 日
注：(1) 開題報告是用文字體現(xiàn)的設(shè)計（論文）總構(gòu)想，篇幅不必過大，但要把計劃設(shè)計的課題、如何設(shè)計、理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀等主要問題說清楚；
(2) 字?jǐn)?shù)不少于3000字，參考文獻(xiàn)不少于6篇，印刷字符在10萬印刷符以上。
1 前 言
1.1 課題的目的、意義及設(shè)計任務(wù)
改革開放20多年來，塑料工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)之一，其年平均增長速度高于國民經(jīng)濟(jì)總的增長速度，達(dá)到兩位數(shù)以上。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，中國塑料工業(yè)取得了令世人矚目的成就，實現(xiàn)了歷史性的跨越。蓬勃發(fā)展的中國塑料工業(yè)，在中國現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著越來越大的作用。手機(jī)已成為日益普遍的通訊工具，因此其注塑模具的需求也日益增多，市場前景廣泛，而且根據(jù)不同手機(jī)的外形的不同，注塑模具也就有了很大的不同。因此通過對這款手機(jī)外殼模具的設(shè)計，增強(qiáng)了學(xué)生獨立設(shè)計注塑模具的能力，使學(xué)生能運(yùn)用PRO/E軟件設(shè)計一般產(chǎn)品并能做出其注射模具，能夠運(yùn)用所學(xué)的模具設(shè)計知識，進(jìn)行注射模具設(shè)計的整體實踐，培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際的能力；掌握注射模具設(shè)計的方法和步驟；能夠熟練查找和利用標(biāo)準(zhǔn)資料、技術(shù)手冊等有關(guān)技術(shù)資料；掌握繪圖特別是利用CAD軟件進(jìn)行制圖的能力和編寫技術(shù)文件的能力。
本課題是設(shè)計諾基亞8610手機(jī)上殼注塑模具，通過注塑機(jī)注塑形成零件，需要選用注塑機(jī)。本產(chǎn)品是批量生產(chǎn)，具有很重要的現(xiàn)實意義，主要應(yīng)該完成對模具的整個設(shè)計過程，包括模具的選材，型腔的機(jī)構(gòu)設(shè)計，以及對模具的校核，并介紹模具在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景。
本次設(shè)計所選用的手機(jī)材料為ABS,形狀總體為長方形，長為102mm，寬為45mm，高為9mm，壁厚為1.5 mm。塑件表面質(zhì)量要求手機(jī)上殼的外表面要求較高，不能有任何缺陷、毛刺或飛邊存在，此處采用5級精度。表面粗糙度Ra為0.5um；內(nèi)表面要求無明顯質(zhì)量缺陷。
工作內(nèi)容是：在教師指導(dǎo)下完成方案設(shè)計與總體設(shè)計；相對獨立的完成詳細(xì)設(shè)計和必要的設(shè)計計算；獨立完成工程圖紙繪制和設(shè)計計算說明書撰寫；獨立翻譯與設(shè)計題目相關(guān)的外文文獻(xiàn)資料并撰寫本題目的外文摘要。
1.2 我國塑料模具發(fā)展趨勢分析
隨著塑料成型加工機(jī)械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。從模具設(shè)計和制造技術(shù)角度來看，模具的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面：
1、加深理論研究??? 在模具設(shè)計中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計已經(jīng)由經(jīng)驗設(shè)計階段逐漸向理論計算方面以發(fā)展。
2、高效率、自動化??? 大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)，如高效冷卻以縮短成型周期；各種能可靠地自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機(jī)構(gòu)；熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等。高速自動化的塑料成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對提高生產(chǎn)效率，降低成本起了很大作用。
?3、大型、超小型及高精度? 由于模料應(yīng)用的擴(kuò)大，塑料制件已應(yīng)用到建筑、機(jī)械、電子、儀器、儀表等各個工業(yè)領(lǐng)域，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工，熱處理變小、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料。
4、革命模具制造工藝??? 為了更新產(chǎn)品花式和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，除大力發(fā)展高強(qiáng)度、高耐磨性的材料外，同時又重視簡易制模工藝研究。
5、標(biāo)準(zhǔn)化??? 開展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，使模板，導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具。
6、開發(fā)計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制造（CAD/CAM）
我國塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺北極星Ⅰ.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá)0.02mm～0.05mm，表面粗糙度0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá)10～30萬次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
近年來我國通過引進(jìn)國際的先進(jìn)技術(shù)和加工設(shè)備，使塑料模具的制造水平比十年前進(jìn)了一大步，然而由于基礎(chǔ)薄弱、對引進(jìn)技術(shù)的吸收、掌握，尚有一段距離，而且發(fā)展也十分不平衡，因而，我國塑料模具總體水平與世界先進(jìn)技術(shù)尚有一定差距。塑料成型模具可分為三大類，即注射成型模具、中空成型模具和擠出成型模具。我國現(xiàn)在的制造水平，以注射成型模具為最高，中空成型具為最低，如化妝品用瓶子的吹塑模具，無論從造型以及質(zhì)量上遠(yuǎn)不能適應(yīng)出口要求。
從注塑工藝來說，氣體輔助注射成型、結(jié)構(gòu)泡沫成型、反應(yīng)注射成型、共注射成型、推-拉成型、注射-壓縮成型、低壓注射成型、交變注射成型、熔芯注射成型、動態(tài)保壓注射成型等引入了模內(nèi)反應(yīng)、發(fā)泡、振動和氣輔等關(guān)鍵技術(shù)，大大豐富了傳統(tǒng)注塑工藝的內(nèi)容，使塑料的流動特性、制品的力學(xué)性能、外觀質(zhì)量都得到有效的控制。當(dāng)然，這些新型注塑工藝所要求的注塑機(jī)和模具系統(tǒng)等機(jī)械、壓力和電氣系統(tǒng)控制也有別與傳統(tǒng)注塑機(jī)。
近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距。
當(dāng)今，中國塑料工業(yè)已步人世界塑料先進(jìn)大國的行列，塑料機(jī)械與模具、塑料制品與應(yīng)用，塑料樹脂與助劑，總的生產(chǎn)量和消費(fèi)量都分別躍居世界的第一、第二、第三位，為世人所關(guān)注。因為，從此結(jié)束了我國塑料工業(yè)長期 利用國產(chǎn)裝備生產(chǎn)高精密塑料制品的歷史!宣告我國塑料制品行業(yè)已真正步入精密化、微型化時代！
1.3 注射成型原理及工藝
1.3.1 注射成型原理
把塑料加入到注射機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔融，在注射機(jī)的螺桿或柱塞的推動下，經(jīng)噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具的型腔，塑料冷卻硬化成型。熱塑性塑料注射的成型周期短、生產(chǎn)效率高、模具使用壽命長、能大批量地成型形狀復(fù)雜、尺寸精度高的塑件。
1.3.2 注射成型工藝過程
注射過程一般包括加料、塑化、注射、冷卻和脫模幾個步驟。
(1)加料 由于注射成型是一個間歇過程，因而需定量加料，以保證操作穩(wěn)定，塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。
(2)塑化 加入的塑料在料筒中進(jìn)行加熱，由固體顆粒轉(zhuǎn)換成粘流態(tài)并且具有良好的可塑性的過程成為塑化。
(3)注射 不論何種形式的注射機(jī)，注射的過程可分為充模、保壓、倒流、澆口冷結(jié)后的冷卻和脫模等幾個階段。
(4)冷卻 冷卻過程從塑料注入型腔起就開始了，它包括從充模完成、保壓到脫模前的這一段時間。
(5)脫模 塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑料制件推出模外。[1]
2 注塑產(chǎn)品分析
2.1 塑件的工藝性分析
塑件原材料的選擇：
由于手機(jī)外殼更新?lián)Q代較快所以應(yīng)屬于小批量生產(chǎn)。并且所選塑料必須對人的健康沒有影響，為生產(chǎn)企業(yè)著想必須為生產(chǎn)效率高；生產(chǎn)成本低的塑料。同時還要滿足外殼的顏色多樣性和很好的綜合物理化學(xué)性能，經(jīng)過仔細(xì)分析丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）塑料為最佳選擇（以下簡稱ABS）。
ABS樹脂為微黃色或白色不透明顆粒料，無毒無味；具有突出的力學(xué)性能和良好的綜合性能,ABS塑料的表面可以電鍍，但它的使用溫度不高，不超過80℃，由于是吸濕性塑料，其流動性稍差，成型前需要干燥，用紅外線烘箱70℃烘2～4小時。ABS塑料廣泛用于制造汽車內(nèi)飾件、電器外殼、手機(jī)、電話機(jī)殼、儀表盤、容器等，也可生產(chǎn)板料、管料等產(chǎn)品。[2]
以下是其注塑成型條件：
料筒溫度：180～260℃
注塑壓力：49～196
模具溫度：50～70℃
比重:1.05克/立方厘米
成型收縮率：0.003～0.008
性質(zhì)如下：
密度：1.02～1.07（g/cm）
拉伸強(qiáng)度：3234～5782 /P×10
拉伸彈性模量：1568～2940 / P×10
沖擊韌性：300～4700 /（N·m/cm）
透明度：半透明
物料性能如下：
1、綜合性能較好,沖擊強(qiáng)度較高,化學(xué)穩(wěn)定性,電性能良好.
2、與372有機(jī)玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理. 適于制作一般機(jī)械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件.
3、有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明等級別。
4、流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。
2.2 塑件的結(jié)構(gòu)尺寸及表面質(zhì)量分析
2.2.1 結(jié)構(gòu)分析：
該塑件的結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，曲面倒角比較多，側(cè)面有孔，正面有孔，內(nèi)表面有凸臺，分型面設(shè)定時比較困難?？傮w為長方形，長為102mm，寬為45mm，壁厚均勻。形狀如圖2-1和圖2-2：
圖 2-1 手機(jī)上殼
圖 2-2 手機(jī)上殼
2.2.2 塑件表面質(zhì)量分析：
塑件的外表面要求沒有缺陷；毛刺，內(nèi)部不能有導(dǎo)電雜質(zhì)，因為要對外表面進(jìn)行電鍍，所以外表面應(yīng)比較光滑即外表面粗糙度較低，其內(nèi)表面無特別要求。
2.3 塑件體積和質(zhì)量的計算
該產(chǎn)品材料為ABS塑料，其密度為1.02～1.07（g/cm），收縮率為0.003～0.008，計算其平均密度為1.0475（g/cm）；平均收縮率為0.0055。
2.3.1 計算塑件體積：
使用Pro/e軟件對塑件三維模型進(jìn)行分析得塑件體積為=6.42cm
2.3.2 計算塑件質(zhì)量：
由公式==6.42×1.0475 =6.71g。
3 選擇注射機(jī)
因為手機(jī)外殼體積小，質(zhì)量輕，所以，所需成型模具應(yīng)為小型注塑模，可與立式注塑機(jī)配合使用。
根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注射機(jī)的實際注射量應(yīng)在額定注射量的80%以內(nèi)，ABS材料的塑件又要求有較高的注射壓力，
=+
式中—— 一個成形周期內(nèi)所需注射的塑料容積；
—— 型腔數(shù)目；
—— 單個塑件的容積；
—— 澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料容量。
故應(yīng)使
+0.8
式中—— 注射機(jī)額定注射量。
所以，初選額定注射量60㎝3的SZ-60/40 型立式注射機(jī)。
該注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表3-1。[3]
表3-1 注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
注
塑
裝
置
螺桿直徑 / mm
35
螺桿轉(zhuǎn)速 / (r·mim -1)
0~200
理論注塑容量 / cm
60
注塑壓力 / MPa
180
注塑速率 / (g·s -1)
70
塑化能力 / (kg· h-1)
35
鎖
模
裝
置
鎖模力 / kN
400
拉桿間距(H·V) / (mm·mm)
220×300
模板行程 / mm
250
模具最小厚度 / mm
150
模具最大厚度 / mm
250
定位孔直徑 / mm
80
定位孔深度 / mm
10
噴嘴伸出量 / mm
20
噴嘴球直徑 / mm
10
頂出行程 / mm
70
頂出力 / kN
12
電
氣
油泵電機(jī)功率 / kW
11
加熱功率 / kW
4.7
其
他
機(jī)器質(zhì)量 / t
3
外形尺寸(L·W·H) / (m·m·m)
4.0×1.4×1.6
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注塑模具設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它是塑料熔體自注射機(jī)的噴嘴射出后，到進(jìn)入模具型腔以前所流經(jīng)的一段路程的總稱。澆注系統(tǒng)一般主要由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。用注塑成型方法加工塑料制品時,注塑機(jī)噴嘴中熔融的塑料經(jīng)過主流道,分流道,最后通過澆口進(jìn)入模具型腔,然后經(jīng)過冷卻固化,得到所需要制品。注塑模具的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動的通道。澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位,它的設(shè)計合理與否直接對制品的成型起到?jīng)Q定的作用。
4.1 主流道設(shè)計
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔時最先經(jīng)過的部分，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔。
主流道為圓錐體，錐度為～，對于粘度較大的熔體可以增大到。由于ABS塑料流動性稍差，所以主流道進(jìn)口端的截面直徑取稍大些。主流道小端直徑應(yīng)比注塑機(jī)噴嘴的直徑約大0.5~1mm，根據(jù)《塑料模具設(shè)計手冊》表5-41可知：型號為SZ-60/40。注塑機(jī)的噴嘴直徑為：d=4mm。根據(jù)《塑料模具設(shè)計》的公式：D=d+(0.5～1)mm 可知：D=d+(0.5～1)=4mm+(0.5～1)mm=4.5mm～5mm ，取D=5mm ，下端直徑D=8mm。主流道如圖所示。
圖 4-1 主流道
4.2 分流道設(shè)計
1、分流道截面形狀
分流道截面形狀可以是圓形、U型、半圓型、梯形和矩形。在分流道設(shè)計中既要減少熔體流動的壓力損失；又要流道的截面積小，以減少熔體的傳熱損失。因此，常用流道的截面積與周長之比來表示流道的效率。該值越大，表示流道的效率越高，常用幾種流道效率表4-1所示。[4]
表 4-1 流道效率
效 率
0.025D
0.025D
0.153D
0.195D
d=
D/2
0.166D
D/4
0.100D
D/6
0.071D
分流道的截面尺寸可根據(jù)塑件的尺寸、塑件品種、注射速率及分流道的長度而定。要求分流道截面尺寸應(yīng)滿足良好的壓力傳遞，保證合理的填充時間。由次確定分流道的截面尺寸如圖4-2所示。
圖 4-2 分型面截面尺寸
2、分流道設(shè)計要點如下：
（1）在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體順利充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)以圓弧過渡。
（2）當(dāng)分流道較長時，在分流道末端應(yīng)開設(shè)冷料井。
（3）分流道的位置可單獨開設(shè)在定模板上或動模板上，也可以同時開設(shè)在動、定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）分流道與澆口連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過度。
4.3 澆口的設(shè)計
澆口又稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔之間的一段短流道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其主要作用是：
（1）型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結(jié)，防止其倒流。
（2）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。
澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它起著調(diào)節(jié)、控制料流速度、補(bǔ)料時間，防止倒流及在多型腔中起著平衡進(jìn)料的作用。在澆口設(shè)計時一般要求澆口截面小，長度短，這樣可提高料流的剪切速率，有利于充滿型腔；同時有利于快速冷卻封閉；且便于塑件與澆注系統(tǒng)冷凝料的分離，保證塑件的外觀形狀。澆口位置的選擇原則如下：
（1）澆口的位置應(yīng)使填充型腔的流程最短。
（2）澆口設(shè)置應(yīng)有利于排氣和補(bǔ)縮。
（3）澆口位置的選擇要避免塑件變形。
（4）澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕。
（5）澆口的位置應(yīng)避免側(cè)面沖擊細(xì)長型芯或嵌件
澆口形式有很多種，常見的有側(cè)澆口、直澆口、點澆口、潛伏式澆口和護(hù)耳式澆口。根據(jù)各個澆口的特點及塑件的形狀，我選擇點澆口。[5]
點澆口的截面形狀小如針點，應(yīng)用范圍非常廣泛，它具有如下優(yōu)點：
（1）由于澆口非常小，顯著提高熔體的剪切速率敏感的塑料熔體特別有效，如ABS、PS、AS等。
（2）熔體經(jīng)過小澆口時由于劇烈的摩擦生熱，熔體溫度升高，熔體的粘度再次下降，使熔體的流動性更好。
（3）由于小澆口很小，便于塑件與冷凝料的分離，有利于自動化生產(chǎn)；同時，小澆口在塑件上留下的痕跡很小，有利于修整。
（4）由于點澆口模具多了一塊分流道板，所以可以較自由地選擇澆口位置。對于大投影面積或或易于變形的塑件，可采用多點進(jìn)料，以便于提高塑件的成型質(zhì)量；而對于一模多腔的，易實現(xiàn)各型腔的平衡進(jìn)料。
由于手機(jī)外殼形狀不均勻，一點進(jìn)料不能使材料同時充滿型腔各個部分，所以這里選擇兩點進(jìn)料的形式。
4.4 定位環(huán)及澆口套
根據(jù)注射機(jī)定模板中心孔尺寸，選取定位環(huán)直徑為55mm ，高度10mm，澆口套公稱直徑為16mm，長度為40mm。澆口套應(yīng)與主流道一起貫穿定模坐板與拉料板。定位環(huán)公稱直徑55mm，高度10mm,嵌入上模座，壓緊澆口套,用內(nèi)六角圓柱頭螺釘固定。澆口套與模板的配合采用H7/m6，澆口套與定位環(huán)的配合采用H7/ m6 , 定位環(huán)與上模座配合采用H7/m6。澆口套如圖4-3。
圖 4-3 澆口套
5 分型面和型腔數(shù)目的確定
5.1 選擇分型面
模具閉合時型腔與型芯相接觸的表面稱之為分型面。選擇設(shè)計分型面的基本原則是：分型面應(yīng)選擇在塑件斷面輪廓最大的位置，以便順利脫模。同時再選擇設(shè)計分型面時還應(yīng)考慮以下因素：
（1）分型面的選擇應(yīng)便于塑件脫模并簡化模具結(jié)構(gòu)；
（2）分型面的選擇應(yīng)考慮塑件的技術(shù)要求；
（3）分型面應(yīng)盡量選擇在不影響塑件外觀的位置；
（4）分型面的選擇應(yīng)有利于排氣；
（5）分型面的選擇應(yīng)便于模具零件加工；
（6）分型面的選擇應(yīng)考慮注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)。
根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合以上原則，選定手機(jī)外殼的外表面作為分型面。
5.2 型腔數(shù)的確定
（1）按注塑機(jī)的最大注塑量確定行腔數(shù)N：
—注塑機(jī)最大注塑量的利用系數(shù)，一般取0.8；
—注塑機(jī)的最大注塑量取60cm；
—澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑料質(zhì)量或體積取4cm；
—單個制品的質(zhì)量或體積取6.42cm。
經(jīng)過計算可知型腔數(shù)不能超過7個若采用一模兩件,生產(chǎn)效率較高,模具結(jié)構(gòu)簡單,但由于零件上存在有內(nèi)側(cè)凸臺,還有外側(cè)凸臺，一模具兩件的布局將使內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜,所以不采用該方案。重新選擇方案如下:
采用一模一件,生產(chǎn)效率偏低,但也能適應(yīng)中小批量的生產(chǎn)要求,點澆口上端進(jìn)料,料流比較順暢,流程較短,零件質(zhì)量較好,且塑件脫模后不需要去除澆口。經(jīng)過分析采用一模一件。
6 成型零件設(shè)計
6.1 型腔及型芯的設(shè)計
6.1.1 凹模的設(shè)計
凹模也可以稱為型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外形輪廓。整體嵌入式凹模是將結(jié)構(gòu)尺較小的整體式凹模嵌入到凹模固定板中進(jìn)行使用，除具有整體式凹模的優(yōu)點外，還可以節(jié)約貴重模具材料和便于熱處理，其結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，整體嵌入式凹模最常用的固定方法凸肩墊板法，如圖6-1（a）和沉孔嵌入法，如圖 6-1（b）。
（a）
（b）
圖 6-1 整體嵌入式凹模
根據(jù)手機(jī)外殼塑件的結(jié)構(gòu)特征，同時考慮到加工的難易程度和模具的成本問題，采用圖6-1(a)所示的整體嵌入式結(jié)構(gòu)
6.1.2 凸模的設(shè)計
凸模用于成型塑件內(nèi)表面的零部件，與凹模配合，直接接觸成型塑料內(nèi)表面或上下端面。與凹模相類似，凸模也可以分為整體式、整體嵌入式等不同類型。整體式凸模就是把凸模與模板做成整體，結(jié)構(gòu)牢靠、不易變形、成型質(zhì)量好，但當(dāng)塑件內(nèi)表面形狀復(fù)雜時難加工，材料消耗量大，適用于內(nèi)表面形狀簡單的小型凸模。
同理，如前所述，根據(jù)外殼塑件的結(jié)構(gòu)特征，同時考慮到加工的難易程度和模具的成本問題，的凸模也采用整體嵌入式結(jié)構(gòu)。如圖6-2所示。
圖6-2 整體嵌入式凸模
6.2 工作尺寸計算
6.2.1 凹模的工作尺寸計算
其工作尺寸屬于包容尺寸，盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。
徑向尺寸計算公式：
高度尺寸計算公式：
其中: —塑件外形最大尺寸；
—塑件的平均收縮率0.0055；
—塑件的尺寸公差；
—模具制造公差,取塑件尺寸公差的1/3-1/6；
—塑件高度方向的最大尺寸。
計算結(jié)果如下：
6.2.2 凸模的工作尺寸計算
其工作尺寸屬于被包容尺寸，盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
徑向尺寸計算公式：
高度尺寸計算公式：
其中: —塑件外形最大尺寸；
—塑件的平均收縮率0.0055；
—塑件的尺寸公差；
—模具制造公差,取塑件尺寸公差的1/3-1/6；
—塑件高度方向的最大尺寸。
計算結(jié)果如下：
6.2.3 型腔側(cè)壁計算
按強(qiáng)度計算
側(cè)壁公式：
式中系數(shù)取0.321查《塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計》表4-14
—模腔壓力80 MPa；
—凹模行腔深度9mm；
—材料許用應(yīng)力180 MPa（材料選為 Cr12Mov）。
代入公式進(jìn)行計算得：
,但為了設(shè)計斜滑塊，故取凹模尺寸為130mm×70mm×25mm。[8]
7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計
導(dǎo)向件的作用是保證模具在進(jìn)行裝配和調(diào)模試機(jī)時，保證動定模之間一定的方向和位置。導(dǎo)向零件應(yīng)承受一定的側(cè)向力，起了導(dǎo)向和定位的作用。
7.1 導(dǎo)柱與導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是利用導(dǎo)柱與導(dǎo)柱孔之間的間隙配合來保證模具的對合精度，根據(jù)所選擇模架提供的尺寸，確定導(dǎo)柱與導(dǎo)套的尺寸，
分別如圖7-1和圖7-2。
圖 7-1 導(dǎo)柱
圖 7-2 導(dǎo)套
7.2 導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計原則
（1）導(dǎo)柱應(yīng)導(dǎo)向零件應(yīng)合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)
有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生變形。
（2）根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要2～4個導(dǎo)柱。如果模具的凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導(dǎo)柱，或用兩個直徑相同，但錯開位置的導(dǎo)柱。
（3）由于塑件通常留于凸模，所以為了便于脫模導(dǎo)柱通常安裝在凹模。
（4）導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)有承屑槽。
（5）導(dǎo)柱、導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行。
（6）合模時，應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免凸模先進(jìn)入模腔，損壞成型零件。
根據(jù)上述原則，選擇等直徑不對稱布置。如圖7-3。
圖 7-3 等直徑不對稱布置
8 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計
從模具中推出塑件及澆注系統(tǒng)凝料的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)或推出機(jī)構(gòu)，其基本機(jī)構(gòu)包括推桿、 推桿固定板、推板導(dǎo)套、推板導(dǎo)柱、推板、支承釘和復(fù)位桿組成。事實上，脫模機(jī)構(gòu)的分類因成型塑件的形狀 復(fù)雜程度以及注射機(jī)推出機(jī)構(gòu)形式的不同而異，如按推出零件的類別對機(jī)構(gòu)分類，可以分為推桿推出 推管退出 推件板推出 推塊退出和多元件聯(lián)合推出等；如按機(jī)構(gòu)的推出動作特點來分類，可以分為簡單脫模推出、二次推出、順序推出、雙脫模推出、定模推出以及帶螺紋制品的脫模機(jī)構(gòu)等不同類型；另外還可以按推出動作的動力源，可以分為手動脫模、機(jī)動脫模、液壓和氣壓推出等不同類型。
8.1 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則
8.1.1 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則：
（1） 頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要準(zhǔn)確，可靠，靈活，無卡死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度和強(qiáng)度，足以克服托模阻力。
（2） 保證在頂出過程中塑件不變性，這是對頂出機(jī)構(gòu)的最基本的要求。在設(shè)計時要正確估計塑件對模具粘附力的大小和所在位置，合理的設(shè)計頂出部位，使頂出力能均勻合理的分布，要讓塑件能平穩(wěn)的從模具中脫出而不會產(chǎn)生變型。頂出力中大部分是用來克服因塑料收縮而產(chǎn)生的包緊力，這個力的大小與塑料品種性能，以及塑件的幾何形狀復(fù)雜程度，型腔深度，壁厚還有模具溫度，定出時間，脫模斜度，模具成型零件的表面粗糙度等因素有關(guān)，其影響因素較為復(fù)雜，很難進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。一般原則是塑料收縮率越大，塑件壁越厚，型芯尺寸越大，形狀越復(fù)雜，型芯深度越深，脫模斜度越小，模具溫度越低，冷卻時間越長，成型零件表面粗糙度越大，其對模具的包緊力就會越大，此時就應(yīng)選擇頂出力較大的頂出方式。
（3） 頂出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯，且定出面積應(yīng)盡可能大，以防塑件被破壞。
（4） 頂出力應(yīng)作用在不易使塑件產(chǎn)生變形的位置，如加強(qiáng)筋，凸緣，厚壁處等。應(yīng)盡量避免使頂出力作用在塑件的平面位置上。
（5）若頂出部位需設(shè)在塑件使用或裝配的基準(zhǔn)面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位出凹進(jìn)塑件0.1mm左右，而頂出桿端面則應(yīng)高于基準(zhǔn)面，否則塑件表面會出現(xiàn)凸起，影響基準(zhǔn)面的平整和外觀。[5]
8.2 頂出力的計算
注塑成型過程中，型腔內(nèi)熔融塑料因固化收縮包在型芯上，為使塑件能自動脫落，在模具開啟后就需要在塑件上施加一頂出力。頂出力的作用點應(yīng)盡量靠近型芯，并且頂出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度的最大的部位，如凸緣或加強(qiáng)筋等處作用面積也盡可能大一些。頂出力是確定頂出機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和尺寸的依據(jù)，它與塑料種類，塑件包容在型芯上的面積以及塑件的熱收縮率等有關(guān)。
計算公式：
式中：
—頂出力；
—塑料彈性模量1800MP；
—塑料包容在型芯的徑向面積2408mm；
—塑料與鋼之間的摩擦因數(shù)0.21；
—型芯直徑45mm；
—塑件平均壁厚1.5mm；
—塑件材料的泊松比0.4；
—塑件在徑向的熱收縮；
；
—塑料熱膨脹系數(shù)7×10 ；
—注入型腔的熔融塑料溫度180℃；
—塑件出模溫度60℃；
代入得： ＝0.4
8.3 脫模力計算
計算公式為：
式中：
—查《塑料成形加工與模具》表8－3得1.0035；
—矩形制件的平均壁厚1.5mm；
—塑料的彈性模量1800 MPa；
—塑料平均成型收縮率0.005；
—制件對型芯的包容長度9mm；
—模具型芯的脫模斜度1°；
—制件與型芯的摩擦因數(shù)0.21；
—塑料的泊松比0.4；
頂出力滿足要求。
8.4 推桿直徑確定
柔度定義：
因為=65.529 所以屬于大柔度推桿
計算公式：
式中：
—脫模阻力341；
—推桿材料彈性模量；
—推桿數(shù)量8個；
—安全系數(shù),1.4～1.8；取1.5；
—推桿直徑；
故選推桿直徑為3mm。
根據(jù)上述原則及本零件的形狀，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)：推桿脫模機(jī)構(gòu)是典型的簡單脫模機(jī)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)簡單，制造容易且維修方便。它是由推桿，推桿固定板，推桿墊板，支承釘和復(fù)位桿所組成。在動模一邊施加一次頂出力，就可實現(xiàn)塑件脫模的機(jī)構(gòu)稱為簡單脫模機(jī)構(gòu)。這是一種最簡單的脫模機(jī)構(gòu)，這些推桿一般只起頂出作用。有時根據(jù)塑件的需要，推桿還可以設(shè)計成塑件的某一部相同形狀或作為型芯。推桿多用T8A或T10A材料頭部淬火硬度答50HRC以上，表面粗糙度值取0.8。和頂桿孔成H7/f8配合。推桿如圖8-1。
圖 8-1 推桿
推桿頂出塑件后，必須回到頂出前的初始位置，才能進(jìn)行下一循環(huán)工作。因此還必須設(shè)計復(fù)位桿來實現(xiàn)這一動作。復(fù)位桿有稱回程桿如圖8-2。有時，頂出機(jī)構(gòu)中的推桿較多，推桿較細(xì)，或頂出力不均衡，頂出后推桿可能發(fā)生偏斜，造成推桿彎曲或折斷，此時，應(yīng)考慮設(shè)計頂出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向位置。見裝配圖。
圖 8-2 復(fù)位桿
9 模架的選擇
9.1 各模板尺寸的確定。
①.A板尺寸
A板是定模行腔板，塑件高度為9mm，分型面呈梯形，則處于A板中的尺寸為5mm，在末班上還開設(shè)冷卻水道離型腔應(yīng)有一定的距離，因此A板厚度取20mm。
②.B板尺寸
B板作為推桿，考慮到推桿與型芯的關(guān)系，塑件有20mm還處于推桿范圍內(nèi)，因此B板厚度取32 mm。
③.C墊塊尺寸
墊塊=推出行程＋推板厚度+推桿固定板厚度+（5～10）=10+20+15+（5～10）=50～60mm，設(shè)計取54 mm；
確定模架的外形尺寸：長×寬×高=250×160×186 mm / mm / mm;
9.2 模架的確定
根據(jù)型腔的布局可以看出，型腔嵌件分布尺寸為115×195，又根據(jù)型腔側(cè)壁的最小厚度為18、24，再考慮到導(dǎo)柱、導(dǎo)套及連接螺釘應(yīng)占有的位置和采用推桿推出等各方面的問題，確定模架的板面為160×250 mm / mm.確定選用模架序號為3號，選用模架的型號為GB/T4169.3。 結(jié)構(gòu)圖參照《塑料模具設(shè)計指導(dǎo)》中《塑料注射模零件》表7-1。[6]
圖 9-1 模架
10 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計
在成型有側(cè)孔、側(cè)凹或有側(cè)凸臺的塑件時，通常采用側(cè)向分型方法將成型側(cè)孔、側(cè)凹或側(cè)凸臺的部位做成側(cè)型芯或側(cè)型腔，在塑件脫模前先將側(cè)型芯或側(cè)型腔抽出，然后再從模具中頂出塑件。能將側(cè)型芯或側(cè)型腔抽出和復(fù)位的機(jī)構(gòu)叫側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
10.1 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的分類和特點
（1）手動側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 手動抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，但勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，故僅適用于塑件的小批量生產(chǎn)。
（2）液動或氣動側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu) 側(cè)向活動型芯的移動不受開模時間和頂出時間的影響，傳動平穩(wěn)但由于受模具結(jié)構(gòu)和體積的限制，液壓缸的尺寸往往不能過大。
（3）機(jī)動側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 利用注射機(jī)的開模運(yùn)動和動力，通過傳動零件將側(cè)型芯或側(cè)型腔抽出。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但抽芯不需要人工操作，生產(chǎn)效率高。根據(jù)傳動零件的不同，機(jī)動抽芯又可分為斜導(dǎo)柱抽芯、斜滑塊抽芯、彎銷抽芯、斜導(dǎo)槽抽芯、彈簧抽芯、齒輪齒條抽芯等多種抽芯形式。
斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是利用斜導(dǎo)柱等零件把開模力傳遞給側(cè)型芯或側(cè)向成型塊，使之產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動完成抽芯與分型動作。這類側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、動作完全可靠、加工制造方便，是設(shè)計和制造注塑模抽芯時常用的機(jī)構(gòu)，但它的抽芯力和抽芯距受到模具結(jié)構(gòu)的限制，一般使用于抽芯力不大及抽芯距小于60～80mm的場合。
根據(jù)本零件的結(jié)構(gòu)特點，需要有斜導(dǎo)柱抽芯、斜滑塊抽芯。
10.2 抽拔力的計算
塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，而將型芯或凸模包緊，塑件在脫模時，必須克服這一包緊力及抽芯機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的磨擦力才能抽出活動型芯。在開始抽拔的瞬時所需的抽拔力成為初始抽拔力，以后抽拔所需的力成為相繼抽拔力。初始抽拔力比相繼抽拔力大，所以，在設(shè)計計算時總是考慮初始抽拔力。
抽拔力可用下式計算：
式中：
—塑件的收縮應(yīng)力，模具冷卻的塑件P=19.6MPa，模具冷卻的塑件P=39.2MPa；
—塑件包圍型芯的側(cè)面積1970 mm；
—摩擦系數(shù)，一般=0.15～1.0，取0.6；
—脫模斜度 1°；
—抽拔力；
=39.2×1970×COS(0.6-tan15°)/(1+0.6sin1°×COS1°)=763N
斜導(dǎo)柱受彎曲力為：
式中：
—斜導(dǎo)柱的傾斜角15°；
—斜導(dǎo)柱所受彎曲力。
10.3 抽芯距
將型芯從成型位置抽至不妨礙塑件脫模的位置，型芯或滑塊所移動的距離稱為抽芯距。一般來說，抽芯距等于側(cè)孔深度加2 mm～3 mm的安全距離。
其計算公式為：
式中 :設(shè)計抽芯距2 mm；
：抽芯距；
=4 mm
10.4 斜導(dǎo)柱傾斜角
傾斜角的大小關(guān)系到斜導(dǎo)柱所承受的彎曲力和實際達(dá)到的抽拔力，也關(guān)系到斜導(dǎo)柱的工作長度，抽芯距和開模行程。為保證一定的抽拔力及斜導(dǎo)柱的強(qiáng)度，取小于25度，一般12～25度內(nèi)選取。取15°。
10.5 斜導(dǎo)柱的直徑
根據(jù)材料力學(xué)可以推導(dǎo)出斜導(dǎo)柱直徑計算公式：
式中：
—斜導(dǎo)柱的傾斜角15°；
—斜導(dǎo)柱所受彎曲力794N；
—斜導(dǎo)柱的有效工作長度14.5 mm；
—斜導(dǎo)柱的直徑；
—彎曲許用應(yīng)力，對于碳鋼可以取140MPa。
mm，
故可取直徑為12 mm。[7]
10.6 斜導(dǎo)柱的長度和最小開模行程的計算
斜導(dǎo)柱的有效工作長度L與抽芯距S，斜導(dǎo)柱傾斜角及滑塊與分型面傾角有關(guān)。通常為零。所以， 。
斜導(dǎo)柱的總長度還與導(dǎo)柱直徑，固定板厚度有關(guān)，通常，斜導(dǎo)柱的有關(guān)參數(shù)計算主要是掌握傾斜角與抽芯距及斜導(dǎo)柱長度，開模行程的關(guān)系計算。其它，諸如抽拔力，斜導(dǎo)柱直徑等一般憑經(jīng)驗確定。斜導(dǎo)柱如圖10-1。
圖 10-1 斜導(dǎo)柱
最小開模行程mm
10.7 導(dǎo)滑部分設(shè)計
導(dǎo)滑部分通常采用H7/g7配合。導(dǎo)滑槽與滑塊還要保持一定的配合長度?；瑝K的滑動配合長度通常要大于滑塊的寬度的1.5倍，滑塊完成抽拔動作后，保留在導(dǎo)滑槽內(nèi)的長度不應(yīng)小于導(dǎo)滑配合長度的2/3。
10.7.1 滑塊
滑塊分整體式和組合式兩種。組合式是將側(cè)向型芯安裝在滑塊上，這樣可以節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材，且加工方便，應(yīng)用廣泛。
10.7.2 滑塊的定位裝置
滑塊的定位裝置在開模過程中用來保證滑塊停留在剛剛脫離斜導(dǎo)柱的位置，使合模時斜導(dǎo)柱能準(zhǔn)確地進(jìn)入滑塊上的斜導(dǎo)孔內(nèi)，不致?lián)p壞模具，本設(shè)計采用圓銷定位
10.7.3 壓緊塊
在塑料注塑過程中，活動型芯在抽芯方向上會受到塑料較大的推力作用，必須設(shè)計壓緊塊，使滑塊不致產(chǎn)生移動。[8]
10.7.4 抽芯時的干涉現(xiàn)象
斜導(dǎo)柱在定模，滑塊在動模時，該結(jié)構(gòu)形式設(shè)計應(yīng)予以注意，滑塊與推桿在合模復(fù)位過程中不能發(fā)生干涉現(xiàn)象。所謂干涉現(xiàn)象是指滑塊的復(fù)位現(xiàn)象先于推桿的復(fù)位致使活動型芯與推桿發(fā)生相碰撞，造成活動型芯或推桿損壞，為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，在塑件結(jié)構(gòu)允許的情況下，盡量避免將推桿設(shè)計在活動型芯的水平投影面相重合，否則，必須滿足條件，才能避免干涉現(xiàn)象。
10.7.5 斜滑塊內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)
特點是推出機(jī)構(gòu)工作時，斜滑塊在推桿的作用下推出塑件的同時又在動模板的導(dǎo)槽里向內(nèi)收縮而完成內(nèi)抽芯動作。
11 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
11.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則
為了提高冷卻系統(tǒng)的效率和使型腔表面溫度分布均勻，在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)遵守如下原則:
（1）在設(shè)計時冷卻系統(tǒng)應(yīng)先于推出機(jī)構(gòu)，也就是說，不要在推出機(jī)構(gòu)設(shè)計完成后才考慮冷卻回路的布置，而應(yīng)盡早將冷卻方式和冷卻回路的位置確 定下來，以便能得到較好的冷卻效果。將該點作為首要設(shè)計原則提出來 的依據(jù)是，在傳統(tǒng)設(shè)計中，往往推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計先于冷卻系統(tǒng)，冷卻系 統(tǒng)的重要性未能引起足夠的認(rèn)識。
（2）注意凹模和型芯的熱平衡。有些塑件的形狀能使塑料散發(fā)的熱量等量的被凹模和型芯所吸收。但是極大多數(shù)塑件的模具都有一定的高度型芯以及包圍型芯的凹模，對于這類模具，凹模和型芯所吸收的熱量是不同的。這是因為塑件在固化時因收縮包緊在型芯上，塑件與凹模之間會形成空隙，這時絕大部分的熱量將依靠型芯的冷卻回路傳遞，加上型芯布置冷卻回路的空間小，還有推動的干擾，使型芯的傳熱變得更加困難，因此，在冷卻的設(shè)計中，要把主要注意力放在型芯的冷卻上。
（3）對于簡單的模具，可先設(shè)置冷卻水出入口的溫差，然后計算冷卻水的流量，冷卻管道的直徑，保證湍流的流速以及維持這一流速所需要的壓力降便以足夠。
（4）生產(chǎn)批量大的普通模具和精密模具在冷卻方式上又差異，對于大批量生產(chǎn)的普通塑件可采用快冷以獲得較短的循環(huán)注射周期。所謂快冷就是使冷卻管道靠近型腔布置，采用較低的模具溫度。精密塑件需要有精密的尺寸公差和良好的力學(xué)性能，因此需采用緩冷，即模具溫度較高，冷卻管道的尺寸和位置也適應(yīng)緩冷的要求。
（5）模具中冷卻水溫度升高會使熱傳遞減小，精密模具中出入口水溫相差應(yīng)在5度。從壓力的損失觀點出發(fā)，冷卻回路的長度應(yīng)在1.2～1.5m以下，回路的彎頭數(shù)目不希望超過5個。
（6）由于凹模和型芯的冷卻情況不同，一般應(yīng)采用兩條冷卻俄回路分別冷卻凹模和型芯。
（7）當(dāng)模具僅設(shè)一個入水接口時，應(yīng)將冷卻管道進(jìn)行串聯(lián)連接，若采用并聯(lián)連接，由于各個回路的流動阻力不同，很難形成相同的冷卻條件。當(dāng)需要并聯(lián)連接時，則需要在每個回路中設(shè)置水量調(diào)節(jié)泵及流量計。
（8）采用多而細(xì)的冷卻水道，比采用獨大的冷卻管道好。因為多而細(xì)的冷卻管道擴(kuò)大了模溫的調(diào)節(jié)的范圍，但管道不可以太細(xì)，以免堵塞，一般取管道的直徑為8～25mm。在收縮率大的塑料制件的模具中，應(yīng)沿其收縮方向設(shè)置為冷卻回路。
（9）通模具的冷卻用水應(yīng)采用常溫下的水，通常調(diào)節(jié)水流量來調(diào)節(jié)模具的溫度。對于小型塑件，由于其注塑時間和保壓時間都較短，成型周期主要有冷卻時間決定，為了提高成型效率，可以采用經(jīng)過冷卻的水進(jìn)行冷卻，目前經(jīng)冷卻機(jī)冷卻的5～10度的水。用冷水進(jìn)行冷卻時，大氣中的水分會凝聚在型腔的表面以引起塑件的缺陷。對于流動距離長，成型面積大的塑件，為了防止填充不足或者變型，有時還得通熱水?？傊?，模溫最好同過冷卻系統(tǒng)或者專門的裝置能任意調(diào)節(jié)。
（10）確定冷卻管道的中心距以及冷卻管道與型腔壁的距離。冷卻管道與型腔壁的距離太大會使冷卻效率下降，而距離太小有會造成冷卻不均勻。根據(jù)經(jīng)驗，一般冷卻管道中心線與型腔壁的距離應(yīng)為冷卻管道直徑的1～2倍。冷卻管道的中心距應(yīng)為管道直徑的3～5倍。
（11）盡可能使所有冷卻管道孔分別到各處型腔表面的距離相等。當(dāng)制件壁厚均勻時，應(yīng)盡可能使所有的冷卻管道孔到各處的型腔表面的距離相等。
（12）應(yīng)加強(qiáng)澆口處的冷卻。熔體充模時，澆口附近的溫度最高。一般來說，據(jù)澆口越遠(yuǎn)溫度越低。因此，在澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，一般可將冷卻回路的入口設(shè)在澆口處，這樣可使冷卻水道首先通過澆口附近。
（13）應(yīng)盡量避免將冷卻水道開設(shè)在塑件熔合紋的部位。當(dāng)采用多澆口的進(jìn)料或者型腔形狀較復(fù)雜時，多股熔體在匯合處將產(chǎn)生熔合紋。在熔合紋的溫度一般較其它的溫度低，為了不致使溫度進(jìn)一步下降，保證熔合質(zhì)量，應(yīng)盡可能不在熔合紋部位開設(shè)冷卻水道。
（14）水管的密封問題，以免漏水。一般，冷卻管道應(yīng)避免穿過鑲塊，否則在接縫處漏水，若必須通過鑲塊時，應(yīng)加設(shè)套管密封。
（15）進(jìn)口，出口水管的接頭的位置應(yīng)該盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)。為了不影響操作，通常應(yīng)將進(jìn)口，出口水管接在設(shè)在注塑機(jī)背面的模具的一側(cè)。[9]
11.2 冷卻管道傳熱面積及管道數(shù)目的計算
（1） 冷卻介質(zhì)的體積流量計算
式中：
—冷卻介質(zhì)的體積流量；
—單位時間內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量；
—單位重量的塑料在凝固時所放出的熱量；
—冷卻介質(zhì)的密度；
—冷卻介質(zhì)的比熱容；
—冷卻介質(zhì)的20；
—冷卻介質(zhì)的27；
（2） 求冷卻管道直徑d查《塑料成型加工與模具》表10－1，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)取 d=6mm.
（3） 求冷水在管道內(nèi)的流速
（4） 求冷卻管道孔壁與冷卻介質(zhì)的傳熱膜系數(shù)
查表?。?.22（水溫30℃）
式中：
—水的密度0.996×10；
—推桿直徑3/1000m；
（5） 求冷卻管道總傳熱面積
（6） 求模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻管道孔數(shù)
12 有關(guān)參數(shù)校核
12.1 注塑機(jī)參數(shù)校核
注塑機(jī)的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積，通常注塑機(jī)的實際注塑量為注塑機(jī)最大注塑量的80％，塑件的體積 ,V=
注射機(jī)最大注射量
額定注射量大于實際注射量，滿足要求。
12.2 注塑機(jī)鎖模力校核
其校核公式：
—熔融塑料在型腔內(nèi)的壓力,由手冊查知=101～140MPa，由于一模一腔取108MPa；
—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積21 ；
—澆注系在分型面上的投影面6；
故滿足要求。
12.3 模具長寬尺寸的校核
模具長×寬為250×200（mm）< 注塑機(jī)拉桿的間距300×220（mm）故滿足要求。
12.4 模具閉合高度的校核
模具實際厚度 mm
注塑機(jī)最小閉合高度 mm
注塑機(jī)最小閉合高度 mm
即>>,故滿足要求。
12.5 開模行程校核
注塑機(jī)的開模行程應(yīng)大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式：
mm
式中 — 注射機(jī)行程（=250 mm）；
— 脫模距離 （=18 mm）；
— 塑件高度+澆注系統(tǒng)高度。 （= 9+50=59 mm）；
所以開模行程滿足要求。
總 結(jié)
通過完成本次畢業(yè)設(shè)計，以前所學(xué)的知識得到了進(jìn)一步鞏固，設(shè)計中本著勇于創(chuàng)新、全面開拓思路的原則，全面提高了我對模具的實際動手能力，讓我對注塑模具的設(shè)計流程有了一個形象的感知和體驗。
設(shè)計先從三維軟件造型開始，在實用的基礎(chǔ)上力求美觀。通過市場調(diào)研和性能考量，ABS因其抗沖擊性好，耐磨和尺寸穩(wěn)定的特點被選被制件的原材料。通過Pro/ENGINEER體積、質(zhì)量的數(shù)據(jù)估算，以“注射機(jī)實際注射量通常為理論注射量的20%至80%”的原理，在經(jīng)過嚴(yán)格校核后，選取了SZ-60/40型注射機(jī)。分型面的選擇方面，充分考慮了本次設(shè)計的實際情況，以便于脫模、不影響塑件外觀質(zhì)量和精度、便于側(cè)向抽芯的為主要原則。澆注系統(tǒng)和成型零部件設(shè)計方面，充分考慮了大批量低成本高效率的核心思想，依靠技術(shù)手冊，計算確定了各尺寸數(shù)據(jù)。其中，選取了點澆口，因為它進(jìn)料快，阻力小，傳遞壓力好，還便于補(bǔ)料和排氣；選取了梯型的分流道，它在現(xiàn)實生活中使用廣泛，而加工也不困難。凸凹模都選取了整體嵌入式。以注射機(jī)的模板尺寸和拉桿間距尺寸為依據(jù)，選取了標(biāo)準(zhǔn)模架。導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)都使用了標(biāo)準(zhǔn)件，這也是從互換性和設(shè)備壽命及其維護(hù)為出發(fā)點而考慮的。脫模機(jī)構(gòu)，設(shè)計使用推桿，其應(yīng)用廣泛，且所受限制很小，考慮到手機(jī)上殼的卡鉤，增設(shè)了斜滑塊進(jìn)行側(cè)向抽芯，依然使用推頂推出其運(yùn)動，由限位釘對其進(jìn)行限位，型腔板合模時，帶它進(jìn)行復(fù)位。冷卻系統(tǒng)方面，在模具中內(nèi)設(shè)記“井”字形的水管道。
畢業(yè)設(shè)計完全從制件的角度，分析了塑件的精度、工藝要求等方面。充分考慮了制件所需的各項要求，設(shè)計較為合理。闡述了模具的發(fā)展，模具材料的發(fā)展歷史，在機(jī)械制造工業(yè)中的地位及它們的發(fā)展趨勢；介紹了注射成型設(shè)備的選擇，模架的選擇，等等。同時也使我對繪圖軟件Pro/ENGINEER野火 2.0和AutoCAD 2007得到了充分的熟練運(yùn)用，大大提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率。
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回首畢業(yè)設(shè)計，這幾個月的每個日子都?xì)v歷在目。它們是令人難以忘懷的。畢業(yè)設(shè)計讓我變得很充實，這一點讓我很滿足。當(dāng)然，這離不開老師的指導(dǎo)及同學(xué)的幫助。在此，我向他們表示感謝。
本次設(shè)計在選題及設(shè)計過程中得到李曉冬老師的耐心指導(dǎo)。李老師多次詢問設(shè)計進(jìn)程和進(jìn)度，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。李老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。對李老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。
感謝所有在設(shè)計過程中對我?guī)椭c支持的老師和同學(xué)。感謝各位專家在百忙中為我的畢業(yè)設(shè)計提出衷心的建議。
附錄一:
凸模
凹模
上模座
模具
凹模固定板
凸模固定板
爆炸視圖
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