手機外殼的注塑模具設計與加工

手機外殼的注塑模具設計與加工,手機外殼,注塑,模具設計,加工 編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目：手機外殼的注塑模具設計與加工 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　　 0923275　　　　 學生姓名： 陳　 兵 指導教師： 　 王士同 （職稱：教授 ） （職稱： ） 2012年5月25日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 手機外殼的注塑模具設計與加工 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械96 學 號： 0923275 作者姓名： 2012 年 5 月 25 日  無錫太湖學院 信 機 系 機械工程及其自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： １、 題目 機械設備模具的計算機設計與加工 ２、專題 手機外殼的注塑模具設計與加工 二、課題來源及選題依據(jù) 該設計來源于某模具公司，該產品為手機背面外殼，要求設計一套模具來生產它，預估產量比較大，所以設計為一模兩腔，在隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展的同時，市場對模具的需求量也不斷的增長。人們已經(jīng)越來越清楚認識到產品質量、成本和新產品開發(fā)能力的重要性。模具設計與制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定了企業(yè)的生存空間?，F(xiàn)在，模具設計與制造行業(yè)追求的目標是提高產品質量及生產效率、縮短設計及制造周期，降低生產成本、最大限度提高模具制造業(yè)的應變能力，滿足用戶需求。而手機模具設計與加工更是模具設計與加工的主流。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1．熟悉模具設計與加工的發(fā)展歷程； 2．熟練掌握模具設計所需`要的軟件CAD、UG等； 3．熟練掌握模具各零件所用鋼材的種類以及注塑原料種類與特性； 4．掌握模具設計與加工的一般流程并了解模具結構； 5．能夠根據(jù)產品結構設計出符合要求的模具撰寫畢業(yè)設計論文； 四、接受任務學生： 機械96 班 姓名 陳兵 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月12 日 至 2013年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 〔學科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名 2012年11月12 II 摘 要 隨著經(jīng)濟全球化的不斷深化，模具工業(yè)在一部分國民經(jīng)濟中起著越來越明顯的作用。產品的質量的好壞以及生產效率的高低與模具水平的高低息息相關。 首先此次畢業(yè)設計主要完成手機外殼注射模具的設計，設計中分析了手機外殼零件的結構及工藝性，確定該塑件的注塑成型方案并進行了注射模設計方面的相關計算。其次利用UG軟件的CAD模塊對手機外殼注射模進行三維曲面造型。本模具主要難點是采用了側抽芯。模具結構緊湊、工作可靠、操作方便、運轉平穩(wěn)、冷卻效果好、勞動強度低、生產效率高、生產的塑件精度高、生產成本低。本文從型腔數(shù)量和布局的確定、注射機選擇、流道的設計、模板及其標準件的選用、冷卻系統(tǒng)、成型部件的設計等給出了詳細的設計過程。 注射模具設計是一個需要很多的經(jīng)驗的模具設計，所以我們可以利用各種設計經(jīng)驗與理論相結合的方式使得該設計更加完美。UG軟件是一個極好的工具，可用于現(xiàn)代的成型加工與模具設計。 關鍵詞：注塑模；三維曲面造型；UG；CAD Abstract With the deepening of the economic globalization, the die industry Plays a more and more obvious part in the national economy. Closely related to the level of quality of the product is good or bad, as well as the level of production efficiency and the level of mold. I finished the design of the injecting mold of Mobile phone shell firstly. The process includes the analyzing of the structure and crafts of the cellular Mobile phone shell, deciding the way of the injecting and doing certain calculation relating to the injecting-mold. Then make the modeling of the machinery in the way of three-dimension camber making use of the CAD part from UG The main difficulty of the mold is a side core. Advanced cohesive, working, reliable, easy to operate, smooth operation, good cooling effect, low labor intensity, production efficiency, the integrated production of high accuracy, low cost of production. The number and layout from Xingqiang identification, injection machine selection, flow Road design, the choice of standards and templates, cooling systems, shaped components of the design gives detailed design process. The design of the injecting mold is one which need lots of experience, so we can make use of various of designing experience that must be combined with the theory ,which is the way making the design more perfect. The software of UG is a excellent tool used in the design of modern molding and machining. Keywords: injecting mold; three-dimention camber mold; UG; CAD 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1 本課題研究的內容和意義 1 1.2 模具工業(yè)國內外發(fā)展的概況 1 1.3 本課題應達到的要求 2 2 手機外殼的設計及其成型工藝的分析 3 2.1 產品功能分析 3 2.2 塑件背面外殼分析 3 2.2.1 結構分析如下 4 2.2.2 成型工藝分析 4 2.3 塑料的選材及性能分析 4 2.3.1 使用特點： 4 2.3.2 成型特性： 4 2.3.3 ABS的主要性能指標 4 2.4 ABS塑料的注射過程及工藝 5 2.4.1 注射成型過程 5 2.4.2 ABS的注射工藝參數(shù) 5 2.5 ABS的主要缺陷及消除措施 6 2.5.1 龜裂 6 2.5.2 熔接縫 6 2.5.3 收縮 6 2.5.4 燒焦紋 6 3 模具設計方案的確定 8 3.1 分型面方案的確定 8 3.1.1 分型面的選擇原則 8 3.1.2 分型面確定 8 3.2 型腔數(shù)量確定及排列形式 8 3.2.1 多型腔模具排列形式設計的要點： 8 4 模具設計 10 4.1 注塑機選型 10 4.1.1 注射量計算 10 4.1.2 注射機型號的選定 10 4.1.3 型腔數(shù)量的校核及注射機有關工藝參數(shù)的校核 11 4.2 模具澆注系統(tǒng)設計和澆口的設計 13 4.2.1 主流道的設計 13 4.2.2 分流道與澆口的設計 15 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 15 4.3.1 型芯 16 4.3.2 型腔 17 4.3.3 型腔零件剛度和強度校核 18 4.3.4 成型零件鋼材的選用 18 4.4 模架的確定和標準件的選用 18 4.5 合模導向機構和定位機構 19 4.5.1 導向機構的總體設計 19 4.5.2 導柱設計 20 4.5.3 導套設計 20 4.6 脫模推出機構的設計 21 4.6.1 推出機構的組成 21 4.6.2 推出機構的分類 21 4.6.3 脫模推出機構的設計原則 21 4.6.4 塑件的推出機構 21 4.6.5 脫模力的計算 22 4.7 斜頂與抽芯機構設計 23 4.7.1 側向分型與抽芯機構類型的確定 23 4.7.2 斜頂?shù)脑O計 23 4.7.3 各項尺寸的計算與校核 23 4.8 排氣系統(tǒng)設計 24 4.9 冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計 24 4.9.1 加熱系統(tǒng) 24 4.9.2 冷卻系統(tǒng) 24 4.9.3 冷卻裝置布置方案 26 4.10 模具材料例表 27 4.11 尼龍膠釘 27 4.11.1 特點 27 4.11.2 型號 28 5 塑膠模具的加工方法及工藝 29 5.1 常用加工工具及機器 29 5.2 加工方法及工藝 29 6 模具裝配 30 6.1 塑料模具裝配的技術要求 30 6.2 塑料模具裝配過程 30 6.2.1 裝配動模部分 30 6.2.2 裝配定模部分 31 7 模具的試模與修模 33 7.1 制品的粘著 33 7.2 成型缺陷 33 7.3 注射填充不足 34 7.4 注射工藝不足 34 7.5 次品分析 35 8 結論與展望 36 8.1 結論 36 8.2 展望 36 致 謝 37 參考文獻 38 附 錄 39 VII 手機外殼的注塑模具設計與加工 1 緒論 近年來,我國塑料模具行業(yè)發(fā)展相迅猛，當前隨著模具制造行業(yè)的不斷發(fā)展，許多企業(yè)開始追求，縮短設計周期及制造周期,提高產品質量及生產效率,降低生產成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力等目標。塑料模具在整個模具行業(yè)中約占35%左右，而注塑模具在整個塑料模具市場需求量最大。本課題研究的是手機外殼的注塑模具設計與加工！ 1.1 本課題研究的內容和意義 隨著我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，一些新興產業(yè)取得了長足的進步。模具是工業(yè)生產的基石，在機械、汽車、航空以及通信等領域有著廣泛的應用。伴隨著人民生活水平的提高，日常生活中使用的物品基本上都用到了模具。目前，模具生產水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造水平高低的重要標志。 當前，計算機技術和網(wǎng)絡技術取得了突破性的成就，模具技術的發(fā)展都離不開CAD/CAM/CAE技術、數(shù)控加工技術以及快速成型技術提供的有力的技術支持。在此同時，模具材料當中的高分子塑料不斷的被開放出來，這些材料種類繁多，性能優(yōu)良，價格低廉，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供了有力的幫助。 本設計主要是為讓讀者們能夠清楚地了解到塑料注射模的設計過程，能夠對模具設計過程中所使用的各種基本工具，例如UG，CAD等等，具有一個詳細的了解。本設計主要是對我設計的手機的后蓋進行設計，從零件的尺寸確定，模具設計，模架設計，向讀者們展示手機塑料模具的整個設計過程。 隨著UG的不斷完善，借助于UG設計軟件，我們可以比較輕松地完成一些復雜的設計工作，同時也可以全面地提高設計效率和設計質量。 1.2 模具工業(yè)國內外發(fā)展的概況 在討論注塑模設計之前，先要對國內外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個較清晰的了解，這也就使我們對本課題的意義有所了解。首先要對模具有一個整體的認識。模具成為當今工業(yè)的最基本，它的使用壽命的長短，本身精密度的高低，以及質量的好壞，會對其他行業(yè)產生巨大的影響，肯定也會對國家經(jīng)濟產生一定的影響。 模具行業(yè)在世界各個發(fā)達國家的影響非常巨大，其中在美國被譽為工業(yè)上的基石，在德國被稱作為最主要的工業(yè)；在歐洲則更是被給予更高的價值，說是可以比金子還貴，簡直可以是點塑成金。當然在日本也擁有很高的地位，目前在日本就模具這一行業(yè)給其帶來14000億日元的年產值。因此日本將其放在及其高的位置。由上我們可以看到模具行業(yè)的魅力所在，它雖然是一最基本的行業(yè)，但價值不可小覷。它而且還可是一項高新技術產業(yè)。另外，在整個模具行業(yè)中，沖壓模具基本上占據(jù)了半壁江山，然后就是塑料模具了，差不多是三分之一，剩下的就是壓鑄模具，差不多6%，最后其他的剩9%。 塑膠這一行業(yè)它算是比較新的行業(yè)的，它的發(fā)展還會影響著其他一些行業(yè)的發(fā)展，其中就很大程度的影響著塑料模具行業(yè)的發(fā)展。塑料模具正是因為他的原料來源廣泛，而且便宜，此外制作又非常的方便快捷，所以現(xiàn)在他的地位越來越高，越來越受人們的青睞，現(xiàn)在在某種程度上已經(jīng)可以取代有色金屬了，以及其他的一些黑色金屬等等。當今在各行各業(yè)發(fā)揮著不可或缺的作用，人們越來越離不開它了。 現(xiàn)在這個社會在大多數(shù)部門，行業(yè)都使用者塑料制成的產品，小到學生用的筆，大到家里的家具，塑料制品在我們的生活中無處不在。同時它的工藝也越來越好，現(xiàn)在在航空行業(yè)也有大部分的塑料制品了，我們知道這一行業(yè)可是尖端高精密行業(yè)，由此可知，塑料制件的地位有何等的高，何等的重要。根據(jù)有關部門統(tǒng)計，現(xiàn)在塑料制品的產量都已經(jīng)超過了金屬的總產量了。 現(xiàn)代社會，模具行業(yè)的生產總值，在內地制造工業(yè)所占的比例相當之大，據(jù)統(tǒng)計，差不多在2000年，其在模具市場差不多需求為370億，而且還在不斷增長。當今形勢下，社會已經(jīng)不滿足于以前的低精度，小質量，短壽命，超簡單的模具了，它趨于向其反方向發(fā)展。而且他的需求每年還在不斷的增長?，F(xiàn)在在我國家電這一行業(yè)，其市場份額相當之大，比如家里的彩電，空調，冰箱，電話，插頭等等無一不跟其相關。他促使家電行業(yè)飛速發(fā)展，因為其使之可以實現(xiàn)自動化生產，提高的生產效率，還解放了大量的勞動力。其次，在其他行業(yè)如通訊，建筑，電子信息等行業(yè)所發(fā)揮的作用也越來越明顯，其對模具行業(yè)的需求也日益增長，相信對我國的經(jīng)濟領域的發(fā)展以及生產技術的提高會產生極其巨大的影響[1]。 1.3 本課題應達到的要求 大家知道現(xiàn)在人們出門必帶的三樣東西是鑰匙、手機、錢包。由此可知手機的重要性，它已經(jīng)成為人們的一個生活必須品，從最古老防身磚頭到現(xiàn)在厚度不足5.9mm的超薄，從簡單的通話功能，到能上網(wǎng)、能看電視、手機電影，視頻聊天等等。手機的功能在不斷增多，而手機價格則在不斷下降，它已經(jīng)從一個奢侈品成為一件生活必需品，現(xiàn)在如果誰沒有手機在年輕人眼里是一件不可想象的事情。本畢業(yè)設計首先對模具需有整體的了解，不管是模具發(fā)展史，還是以后模具發(fā)展的方向都需有很多的了解。通過畢業(yè)設計首先鞏固了所學的專業(yè)知識，熟悉有關軟件，如：AUTOCAD,UG等等，樹立正確的設計思想，掌握設計方法，培養(yǎng)學生的實際工作能力。本次設計主要難點為塑件內表面有凸出結構，其成型零件必須制成可側向移動的，否則塑件無法脫模。在此就必須設計可帶動側向成型零件側向移動的整個機構：側向分型與抽芯機構。本抽芯為內部抽芯，可以設計斜頂柱或者內縮滑塊，考慮到模具設計成本，難度，精度等等。此次設計用斜頂柱來解決側向抽芯問題，使模具能順利脫模，生產出符合要求的模具產品。 2 手機外殼的設計及其成型工藝的分析 2.1 產品功能分析 下圖為手機整體效果圖，它的上面有開四個凹槽，其功能從左向右依次為，手機電視信號接收器，3.5MM耳機孔，充電/數(shù)據(jù)線接口，電源開關；其左側從上往下分別為音量鍵，高清視頻輸出接口；其右側為攝像頭一鍵開關；背面分別為攝像頭孔與揚聲器孔，正面上方為攝像頭，中間為4.0英寸的屏幕,該屏幕是當下一款概念手機的屏幕,整個屏幕有一定弧度,可以放大字體,并且真正擁有240度最大可視角度。因為屏幕弧度很小，使用者完全不會感到不適，手感非常好。 圖2.1 手機整體效果圖 以上為該產品的整體設計效果圖，不過在此我們主要研究該手機背面外殼。 2.2 塑件背面外殼分析 圖2.2 手機背面外殼 上圖2.1所示是手機背面外殼零件。 2.2.1 結構分析如下 該塑件為殼體，殼體具有一定的深度，表面光滑，在模具設計和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度。另外手機背面外殼四周采用圓弧設計使使用者將手機握在手中時，手機與人體手掌擁有極大的接觸面積，從而非常舒服，手感極佳。 除此之外，塑件的外觀要求較高的表面粗糙度應該較低。這是除了從過程中盡可能地避免莫爾條紋的冷傷痕等缺陷，根據(jù)模具型腔的表面粗糙度，以確保外部的成型。粗糙度要求低1?2個，比一般塑膠模具配件。塑料件，表面粗糙度一般為0.8?0.2米之間。因為在模腔的過程中留下的表面粗糙度增加磨損，應始終拋光恢復。透明塑料腔和型芯的表面粗糙度相同，并且不透明的塑料部件的要求，根據(jù)使用情況，以確定其表面粗糙度 殼體內部凹下的膠位是為了插入時能配合緊密，所以必須也具備一定的制造精度。 2.2.2 成型工藝分析 采用一般精度等級5級，大量生產。 該塑件壁厚約為1.0mm左右，考慮到殼體較淺，塑件內表面不設脫模斜度；由于有斜頂，型腔將被做成鑲拼式所以塑件外形放了脫模斜度。 2.3 塑料的選材及性能分析 該殼用于手機外殼，經(jīng)常用手觸摸，必須耐酸、對電絕緣，化學穩(wěn)定性要好；抗拉強度、硬度、耐磨性要突出，綜合機械性能要好。具備這些條件的塑料一般首選：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene ，簡稱：ABS）。 2.3.1 使用特點： (1）綜合力學性能好,抗沖擊強度高,耐化學穩(wěn)定性強,而且電性能非常優(yōu)越。 (2）與有機玻璃的熔接性良好，可表面鍍鉻,以及噴漆處理。 (3）高抗沖、高耐熱、高阻燃、高增強、高透明。 (4）流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。 2.3.2 成型特性： (1）其流動性屬于中等,吸濕性比較大,對于表面要求光澤的塑件，使用前須長時間預熱干燥。 (2）適宜取高料溫,高模溫。對于精度較高的塑件,模溫宜取 50-60度,對于高光澤耐熱塑件,模溫宜取60-80度。 (3）需提高材料的流動性或者改變入水位等方法才能解決夾水紋。 (4）要是成形阻燃級材料，在生產3-7天以后模具表面會殘存塑料的分解物，這將導致模具表面變的很亮，這時需對模具進行清理，同時模具表面還需增加排氣位置。 2.3.3 ABS的主要性能指標 表2-1 ABS的技術指標見下[2] 密度 1.02～1.16 比體積 0.86～0.98 吸水率 0.2～0.4 收縮率s 0.4～0.7 熔點 130～160 硬度HB 9.7 R121 抗拉屈服強度 50 拉伸彈性模量 體積電阻率 彎曲強度 80 熱變形溫度 t/c 0.46MP 90～108 沖擊韌度 無缺口 261 0.185MP 83～103 缺口 11 2.4 ABS塑料的注射過程及工藝 2.4.1 注射成型過程 (1）成型制備，干燥ABS。ABS塑料是水，在室溫下，24小時的吸水率為0.2％-0.35％，雖然這個水不會對機械性能有顯著的效果，但如果濕度超過0.2％的噴射，在塑料表面將受大的影響，所以對ABS成型，一定要預干燥少雨的水分含量應小于0.2％。ABS，干燥方法：在大氣壓力下的空氣干燥80-85℃2-4小時;真空空氣干燥80℃1-2小時。 (2）注射過程中注塑機加熱，塑化達到流動狀態(tài)，到模腔中成型的壓鑄系統(tǒng)，模具填充過程可以劃分，壓實，壓力，回流，冷卻五個階段。 2.4.2 ABS的注射工藝參數(shù) (1)螺桿類別：標準螺桿（直通式噴嘴）。 (2)回料轉速(rpm)：30。 (3)注射機料筒溫度:前段180～200℃；中段165～180℃；后段150～170℃。 (4）噴嘴：170～180℃。 (5）模具：50～80℃，玻纖增強制品取75℃。 (6）注射壓力:60～100℃。 (7）注射速度、注射壓力: 一般ABS制品采用高速及多級注射，但是對于阻燃品級，要慢速注射，可以避免注射料的分解，耐熱ABS也要快速注射(可減少內部應力)，注射壓力在75MPa左右，保壓時可低些。 (8）熔膠溫度:190℃。 (9）成型時間():注射時間:20～90；高壓時間:0～5；冷卻時間:20～120；總周期:50～220。 在265℃溫度下，物料在機筒內停留時間最多不能超過5-6分鐘，若溫度為280℃，則物料在機筒內停留時間就不能超過2-3分鐘。 (10）后處理:把塑件放在紅外線或者烘箱下,溫度設為70度烘干2～4小時。 2.5 ABS的主要缺陷及消除措施 2.5.1 龜裂 殘余應力引起開裂。然后，如果由殘余應力引起的裂縫，可能是以下三個條件，即填充剝離剩余的發(fā)射和金屬嵌件。如果開裂是由于產能過剩所造成的填充，我們可以從以下這些方面來解決這個問題： (1）如果因為直澆口產生壓力很小時，則我們可以采用多點分布的點澆口或者側澆口及潛伏澆口方式。 (2）適當?shù)奶岣咚芰蠝囟瓤梢越档驼扯?，提高塑料的流動性，同時也可以降低注射壓力以減小應力。 (3）當模溫較低時一般容易產生應力，這時適當提高溫度。但如果注射速度較高時，即便模溫低，也可降低應力的產生。 (4）適當縮短保壓時間或進行多次保壓[3]。 2.5.2 熔接縫 如焊縫通常形成由薄的熔體流和單獨的地方連接在一起。主要的原因是因為流體方面是不統(tǒng)一的融合，從而在低光點。在此，聚合物可以被添加到產生的色素斑，這是因為有顯著不同的取向。熔合線的數(shù)目和位置的數(shù)目和定位的柵極。流體前鋒的角度遇到更多的時間，焊縫更明顯。在大多數(shù)情況下，不可能完全避免調試過程中焊縫。能做到這一點是要降低其亮度，或將它們移動到一個不顯眼的地方或完全看不見。一般改善方法，如下列情況： (l）增加注射速度； (2）提高料筒溫度； (3）增加模具溫度； (4）增加保壓； (5）重新定位澆口并將其移到不可見的地方。 2.5.3 收縮 因塑件表面材料堆積區(qū)域有凹痕。大都是因為當制品冷卻時，此時收縮發(fā)生，另外表層緊模壁的地方先凍結，所以在制品中心形成內應力。我們可以通過以下措施來來改良： (l）增加保壓； (2）降低模壁溫度； (3）降低熔料溫度； (4）增加料頭橫截面； (5）增加噴嘴孔徑； (6）避免材料堆積。 2.5.4 燒焦紋 產品表面出現(xiàn)棕色和銀色的比較暗的條紋。一般是由于熔料過于熱降解而造成的。我們可以通過以下措施來改善： (1）降低料筒溫度； (2）檢查熱流道溫度，降低熱流道溫度； (3）采用小直徑料筒； (4）減小注射速度：采用多級注射：快-慢。 3 模具設計方案的確定 3.1 分型面方案的確定 分型面是用來去除塑料模具和鑄造系統(tǒng)可分離的接觸表面材料稱為子面，分型面的模具設計和選擇最有影響力的方式，分型面的設計是合理的塑料件及模具的質量有很大的上的復雜性的影響。本質上是子類型的臉應該是一種模具設計，所以離別的選擇決定了整體的模具設計[4]。 3.1.1 分型面的選擇原則 (1）保證塑料制品能夠脫模。 (2）使分型面容易加工。 (3）盡量避免側向抽芯。 (4）使側向抽芯盡量短。 (5）有利于排氣。 (6）有利于保證塑件的外觀質量。 (7）盡可能使塑件留在動模一側。 (8）盡可能滿足塑件的使用要求。 (9）盡量減少塑件在合模方向的投影面積。 (10）長型芯應置于開模方向。 (11）有利于簡化模具結構。 3.1.2 分型面確定 分型面與開模方向垂直,如圖3.1所示。定模型芯利用開模動作從塑件中抽出，塑件倒扣利用斜推桿來成型，整個塑件成型精度比較高，模具結構還算簡單。 圖3.1 分型面形式與位置 3.2 型腔數(shù)量確定及排列形式 由于生產批量大，本套模具采用一模兩腔。 3.2.1 多型腔模具排列形式設計的要點： (1) 盡可能地在一個平衡的安排，以確保產品質量的一致性和穩(wěn)定性； (2）型腔布置和對稱部位應努力防止模具承受偏載而產生的現(xiàn)象，多余的材料； (3）腔體布置成盡可能緊湊，以減少模具的尺寸。 如圖3.2所示。 圖3.2 型腔排列方式 4 模具設計 4.1 注塑機選型 注射機是安裝在注射機上使用的設備，因此設計注射模應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。 注塑機塑料件的規(guī)格主要是根據(jù)模腔的大小和安排確定，在開始我們的第一個初步估計的尺寸，然后設計人員響應注塑模具所需的夾緊力的大小，注射壓力低，桿間距的長度，最大厚度和最小厚度的模具，引進的形式的選擇，引入位置確定，介紹了中風的數(shù)量，計算出從模具中。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一根火柴，注塑機，那么設計師必須進行檢查，如果他們不能滿足要求，你還必須進行調整或調整后與用戶協(xié)商得到滿足要求[5]。 4.1.1 注射量計算 該產品為ABS，查書《設計與制造實訓》得知其密度為1.08~1.10g.cm-3，收縮率為0.4%~0.7%，計算其平均密度為1.09，平均收縮率為0.55%，通過計算得： 塑件體積為： ； 塑件的質量： ； 澆注系統(tǒng)體積： ； 澆注系統(tǒng)質量： ； 故得總體積和總質量為： ； 。 4.1.2 注射機型號的選定 注射機的選擇： 完整的注射成型工藝過程，按其先后順序應包括：成型前的準備、注射過程、塑件的后處理等。 (1)成型前的準備：為使注射成型過程能順利進行，并保證塑料制件的質量，在成型前應做一些必要的準備工作，包括：a.原料的檢驗和預處理，在成型前應對原料進行外觀（如色澤、顆粒大小、均勻度）及工藝性能（如流動性、熱穩(wěn)定性、收縮性、水分含量等）的檢驗;b.料筒的清洗；c.嵌件的預熱；d.脫模劑的選用。 (2)注射過程：完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模幾個步驟。其流動的情況又可分為充型、保壓、倒流和澆口凍結后的冷卻四個階段。 (3)處理后的部件用塑料：塑料部件在成型過程中，由于不均勻或由于在空腔中，定向和冷卻不均勻引起的收縮的塑料部件的各個部分的增塑的塑料的結晶不一致，或其他原因使不可避免地內部的塑料部件，有一些內部的應力，這會導致在使用過程中的開裂或變形。因此，往往需要進行適當?shù)暮筇幚恚韵嬖诘膬炔繎?，提高塑件的性能和提高尺寸穩(wěn)定性。主要方法是退火和調濕處理。 根據(jù)以上的計算初步選定型號為XZ-125/630型臥式注射機，其主要技術參數(shù)見表4.1。 表4-1 XZ-125/630型注射機主要技術參數(shù)[6] 螺桿直徑/mm 40 拉桿內間距/mm 370x320 推動行程/mm 550 最大模具厚度/mm 300 理論容量/ 140 最小模具厚度/mm 150 注射速度 /(g/s) 110 頂出桿根數(shù) 1 塑化能力/(g/s) 16.8 定位孔直徑/mm 125 額定注射壓力/MP 126 頂出中心孔直徑/mm 35 螺桿轉速/(r/min) 14~200 頂出力/KN 1500 鎖模力/KN 530 噴 嘴 球半徑SR/mm 15 開模行程/mm 300 孔直徑/mm 4.1.3 型腔數(shù)量的校核及注射機有關工藝參數(shù)的校核 4.1.3.1 型腔數(shù)量的校核[7] （1）由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量 （4.1） ，t取60s,符合要求。 式中: K—注射機最大注射量的利用系數(shù)，非結晶型塑料一般取0.8； M—注射機的額定塑化量，該注射機為16.8g/s； T—成型周期，因塑件還比較大，取30s； m1—單個塑件的質量，取7.3g； m2—澆注系統(tǒng)的質量，取7.2g。 （2）按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 (4.2) 符合要求。 式中： —注射機允許的最大注射量，該注射機為140g。其他符號意義與取值同前。 （3）按注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)量 殼體正反兩面產生的脹模力由內模殼抵消；左右兩行位壓力由導柱和前模板的斜面抵消，取這兩處力的一半為正壓力： 分型面合模處的作用面積： 塑料熔體對型腔的成型壓力是，一般是注射壓力的30%-65%， 取平均壓力為： (4.3) (4.4) 符合要求。 4.1.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核[8] （1）注射量的校核 注射量以容積表示最大注射容積為： (4.5) 而 符合要求。 （2）鎖模力的校核 前面計算過，符合要求。 （3）最大注射壓力的校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力： 應該大于注射成型所需調用的注射壓力的即： 式中； 為70—90； 代入數(shù)據(jù)計算，符合要求。 （4）安裝尺寸的校核 最大與最小模具厚度 模具厚度H應滿足： 式中 該套模具厚度 H=401mm。 很明顯，選擇該注射機不能滿足模具設計的要求。 （5）開模行程校核 ——注射機動模板的開模行程，取300mm，見表4.2； ——塑件推出行程取9mm； ——為包括流道凝料在內的塑件高度； 代值計算發(fā)現(xiàn)開模行程能滿足。 由于安裝尺寸不能達到要求，在這里我們采用更大型號的注塑機子XZ-500，我們再次進行安裝尺寸的校核 最大與最小模具厚度 模具厚度H應滿足 式中 該套模具厚度H=401mm，完全符合。 很明顯，選擇該注射機可以滿足模具設計的要求。 4.2 模具澆注系統(tǒng)設計和澆口的設計 澆注系統(tǒng)是引導凝料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能[9]。 4.2.1 主流道的設計 主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，具有一定的錐度，以便熔體的流動和開模時主流到凝料的順利拔除。 4.2.1.1 主流道尺寸和澆口的設計 （1）主流道的小端直徑、：D=注射機噴嘴直徑+（0.5~1） =3+（0.5~1），取D=3.5mm。 （2）主流道的球面半徑：SR =注射機噴嘴球頭半徑+（1~2） =15+（1~2），取SR=16mm 。 （3）球面的配合高度：，取h=3mm 。 （4）主流道的長度取：L=76mm。 主流道大端直徑：（半錐角） 取 澆口套總長： 4.2.1.2 澆口套的設計 豎流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬于容易損件的地方，因此對材料要求必須很高，因而模具部分常設計成可拆卸更換的豎流道襯套形式，以便有效的選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理，以節(jié)省材料，降低成本。常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC~55HRC,如圖4.1所示。 圖4.1 主流道襯套 4.2.1.3 定位環(huán)的設計與固定 為了便于模具在注射機上安裝以及模具澆口套與注射機的噴嘴孔精確定位，應在模具上（通常在定模上）安裝定位圈，用于與注射機定位孔匹配。定位圈除了完成澆口套與噴嘴孔的精確定位之外，還可以防止?jié)部谔讖哪然?。但由于該模具主流道比較長，定位圈和襯套設計成分體式，注射機定位孔尺寸為，定位圈尺寸取，兩者之間呈較松的間隙配合。 定位圈結構尺寸如圖4.2所示。 圖4.2 定位圈 4.2.1.4 水口勾針 水口勾針藏進水口推板內﹐以防阻礙熔融塑料的流動。其大小一般為?4.0,其中心與豎直分流道中心重合,見下圖4.3所示。 圖4.3 水口勾針 4.2.2 分流道與澆口的設計 一級分流道采用梯形，設置在專門的分流道板上，二級分流道采用圓錐形點到分行面處。由于本產品為高檔手機外殼，表面光潔度高，在設計結構允許的情況下，盡量不能設置澆口在正外表面，所以我們在小窗口處進膠，澆口采用側澆口，因為這個側澆口比較小，完全可以實現(xiàn)流道和澆口的自動脫落，而且側澆口比較簡單，尺寸容易準確控制。如圖4.4。 圖4.3 側澆口的設置形式 4.3 成型零件工作尺寸的設計和計算 塑料部件注塑模具確定的幾何形狀和尺寸的零件的模制零件，通常含有上模芯，到啟動子，形成引腳和成型環(huán)。當模塑部件的工作，他們是在直接接觸的塑料，塑料熔體壓力，流侵蝕，噴射會發(fā)生及塑料部件之間的摩擦。因此，成型零件應該有正確的形狀，精度高，表面粗糙度低，此外，還構建成型零件，具有高強度，高硬度和耐磨性。 成型零件的設計，你應該確定塑料和塑料部件的結構和需求的特點，然后選擇分型面和門的位置，然后最后確定剝離的方法，排氣部件等的基礎上，模制零件的加工，熱處理等結構的模制零件的設計要求，形成的主要成型部件，但也為檢查的強度和剛度計算的工作尺寸的一部分。 工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。 ABS的成型收縮率為0.4%--0.7%所以平均收縮率取 s=0.55%。 塑件尺寸公差按SJ1372--78標準中的5級精度成型[10]。 4.3.1 型芯 圖4.4 型芯 （1）采用盲孔的形式，用壓入法嵌入模板后，下底面與動模壓緊，然后直接用螺釘固定。 （2）塑件的尺寸公差源自《塑料成型工藝與模具設計》的塑件公差數(shù)值表。 塑件尺寸：，，。 型芯徑向尺寸計算： (4.6) (4.7) 型芯高度尺寸計算： (4.8) 式中： ——塑料的平均收縮率，ABS為0.55%； ——塑件內表面的徑向基本尺寸； ——修正系數(shù)（取0.5~0.75）； ——塑件內表面徑向基本尺寸的公差； ——模具制造公差，當尺寸小于50mm時，；當塑件尺寸大于50mm 時，。 ——模具型芯高度基本尺寸； ——塑件孔或凹槽深度尺寸。 4.3.2 型腔 圖4.5 型腔 （1）模仁為嵌入式，通過沉頭螺釘固定在母模板上。 （2）尺寸計算。塑件的尺寸公差源自《塑料成型工藝與模具設計》的塑件公差數(shù)值表3-1。 塑件尺寸：，， 型腔徑向尺寸計算： (4.9) (4.10) 型腔深度尺寸計算： (4.10) 式中： ——塑料的平均收縮率，ABS為0.55%； ——塑件外表面的徑向基本尺寸； ——修正系數(shù)（取0.5~0.75）； ——塑件外表面徑向基本尺寸的公差； ——模具制造公差，當尺寸小于50mm時，；當塑件尺寸大于50mm 時，； ——模具型腔深度基本尺寸； ——塑件凸起部分高度基本尺寸。 4.3.3 型腔零件剛度和強度校核 由于使用塑料零件成型模具的一部分，然后打開箱子從模板到模具鑲件，用螺絲擰緊。成型模具的一部分，以滿足了條件，從一個預定的距離（20?25毫米），但也圍繞該模板將模具從滿意的距離的條件，因此，模腔部分，完全可滿足要求的強度和剛度，沒有人檢查。在動模板，因為它的垂直成型壓力，下方不打算采取為了節(jié)約材料支撐板[11]。 4.3.4 成型零件鋼材的選用 對于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點要求： (1）機械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。 (2）拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達到鏡面，Ra≤0.05μm。要求鋼材硬度在HRC35～40為宜。過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應均勻致密，極少雜質，無疵斑和針點。 (3）耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長期保持型腔的尺寸精度，達到所計劃批量生產的使用壽命期限。 (4）具有耐腐蝕性。對有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。 SM45是碳鋼塑料模具鋼，其化學成分和高強度碳優(yōu)質鋼——45號鋼相似，但波動范圍較窄鋼的碳含量較高的清潔度，機械性能更加穩(wěn)定。SM45鋼正火或淬火和回火處理后，具有一定的硬度，強度和耐磨性，且價格便宜，良好的切削加工性能，適用于制造塑料模具形狀簡單的小或精度較差，壽命長不長霉菌。綜上所述，根據(jù)塑料部件 - 用于日用品，生產批次介質的手機外殼，模制零件的設計，這里取45鋼。 4.4 模架的確定和標準件的選用 根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結合標準模架，選用結構形式為DCI3540 70 100 120 01 S。即采用數(shù)量為1的標準模架。 (1）定模座板（400mm x 400mm、厚為45mm） 定模座板是模具與注射機連接固定的板，材料為45鋼。 通過4個M12的內六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過2個M6的內六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H8/f8配合[11]。 (2）定模板（350mm x 400mm，厚70mm） 用于固定型芯、導套。固定板應有一定的厚度，并有足夠強度，一般用45號鋼，調質到230HB~270HB。其上的導柱和導套一端采用H7/m6配合，另外一段采用H7/f7配合；定模板與澆口套采用H7/m6配合[11]。 (3）動模座板（400mm x400mm、厚為30mm） 材料為45鋼，其上的注射機頂孔為。 (4）動模板（350mm x 400mm，厚100mm） 斜頂通過連接斜頂座，然后固定在上頂出板上，以完成側向分型，材料為45鋼。其上的導柱和導柱孔為H7/m6配合[11]。 (5）墊塊(63mm x 400mm 厚120mm) 1）主要作用 在動模座板與動模板之間形成推出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。 2）結構形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。 3）墊塊材料 墊塊材料為Q235A，也可以用HT200、球墨鑄鐵等。該套模具采用Q235A制造。 (6）推板（220mm x 400mm，厚度20mm） 材料為45鋼。用M6的內六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。 (7）推桿固定板（220mm x 400mm，厚度25mm） 鋼材為45鋼。 模架如圖（4.6）所示： 圖4.6 模架 4.5 合模導向機構和定位機構 采用標準模架，模架本身帶有導向裝置，按模架規(guī)格選取即可。 4.5.1 導向機構的總體設計 (1）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部分，其中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的精度，防止壓入導柱和導套后變形。 (2）該導套采用4根導柱，其布置為等直徑導柱不對稱布置。 (3）導柱安裝在定模固定板上，導套安裝在流道板，動模板，定模板上。 (4）為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應只有承屑槽，在導柱孔口倒角。 (5）在合模時，保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。 (6）動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。 4.5.2 導柱設計 (1）采用帶頭導柱，加油槽，如圖4.7所示。 (2）導柱長度必須比凸模端面高度高出6mm~8mm。 (3）為了使導柱能順利地進入導向孔，導柱端部常做成圓錐形的先導部分。 (4）導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定，應保證有足夠的抗彎強度。 (5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/k6配合，導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7間隙配合[11]。 (6）導柱工作部分的表面粗糙度為0.2um。 (7）導柱應具有堅硬耐磨的表面、不易折斷的內芯。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經(jīng)淬火處理，硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調質、表面淬火、低溫回火、硬度為50HRC以上。 圖4.7 導柱 4.5.3 導套設計 導套與安裝在另外一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，以保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套常用的結構形式有兩種：直導套、帶頭導套。 (1）采用帶頭導套，如圖4.8所示。 (2）導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內剩余空氣。 (3）導套孔的的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合，表面粗糙度為0.4um。 導套外徑與模板一端采用H7/m6配合；另外一端采用H7/e7配合鑲入模板。 (4）導套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，該模具中采用T8A。 圖4.8 導套 4.6 脫模推出機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也常稱為推出機構。推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿或液壓缸來完成的[13]。 4.6.1 推出機構的組成 推出機構主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構的導向與復位部件等組成。推出機構中，凡直接與塑件相接觸、并將塑件推出型腔的零件稱為推出零件。常用的推出零件有推桿、推管、推件板、成型推桿等。 4.6.2 推出機構的分類 一般可以被劃分為移動的推動機構，手動釋放機構，氣動和液壓釋放機構。手動釋放機制是在模具，塑料件，塑料件最滯留在一旁固定模具的情況下由人工引種機動發(fā)射機構推出的模具，以達到驅動的注塑機模具變動塑件的自動噴射;設置在注塑機的液壓和氣動噴射機制依賴于特殊的液壓和氣動設備，將推出或吹入從模具中的塑料部分。彈射機制，也可以啟動的部分類別，一般可分為推管噴射機制，把彈射機制，形成棒（塊）發(fā)起機構，推件板彈射機制，沒有較為全面地介紹機構。另外，根據(jù)模具的分類的結構。 4.6.3 脫模推出機構的設計原則 塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的，應遵循以下原則。 (1）推出機構應盡量設置在動模一側； (2）保證塑件不因推出而變形損壞； (3）機構簡單，動作可靠； (4）良好的塑件外觀； (5）合模時的準確復位。 4.6.4 塑件的推出機構 該套模具的塑件采用推板推出，推桿的形式為圓形。 (1）推桿如圖4.9所示，共6根推桿。 圖4.9 帶肩圓筒推桿 (2）推桿應設置在脫模阻力大的地方。 (3）推桿應布置均勻。 (4）推桿應設在塑件強度、剛度較大的地方。 (5）推桿直接與模板上的推桿空采用H8/f8間隙配合。 (6）通常推桿裝入模具后，其端面應與型腔地面平齊或高出型腔底面0.05mm~0.10mm。 (7）推桿與推桿固定板，通常采用單邊0.5mm的間隙，這樣可以降低加工要求，又能在多推桿的情況下，不因各板上的推桿孔加工誤差引起軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn)象。 (8）推桿的材料常用T8、T10碳素工具鋼，熱處理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度為u=0.8um。 4.6.5 脫模力的計算 脫模力被驅動的模具所需的外部施加的力，需要克服塑件的夾緊力，真空吸，粘附性和耐釋放機構本身的運動的核心程序包的主要核心擠出塑料部件的一側。主要是計算的設計受力的核心包緊形成防霉脫模阻力。 當開始脫模時，模具所受的阻力最大，推桿剛度及強度應按此時計算，亦即無視脫模斜度（a=0）。 由于制品是薄壁矩形件： （kN） 式中：Q—脫模時最大阻力（kN）； t—塑料產品的平均壁厚（cm）； E—塑料產品的彈性模量（）； S—塑料毛坯的成型收縮率（）； —包容凸模長度（cm）； f—塑料產品與鋼之間的摩擦系數(shù)； m—泊松比，一般為0.38~0.49。 查表得：S=0.005，E=1.8×10 已知，t0.12cm，=4.5cm，f=0.28 --摩擦阻力（N）； --摩擦系數(shù)，一般取0.15～1.0，本設計取0.4； --因塑件收縮對型芯產生的正壓力（N）； --塑件對型芯產生的單位正壓力，一般取8～12MPa,本設計取中間值10Mpa； --塑件包緊型芯的側面積。 4.7 斜頂與抽芯機構設計 當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時，塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的活動型芯，