毕业论文设计手机外壳塑料模具设计.docx
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毕业论文设计手机外壳塑料模具设计
1绪论
1.1塑料成型模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状成型具有一定形状和尺寸的制造工具。
成型塑料制品的模具叫做塑料模具.
全面要求是:
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品.从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。
塑料模具影响着塑料制品的质量.首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大.在大批量生产塑料制品时，应尽量减少分模.合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和自动顶出机构。
在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落.另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。
除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五万件。
当批量不大的时候，模具费用在制件成本中所占比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本.
现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。
高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥基效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提.由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑料模具生产不断向前发展.
1.2塑料成型模具发展趋势
随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大.从模具设计和制造技术角度来看,模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：
1。
2.1加深理论研究
在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计阶段逐渐向理论计算方面以发展。
1.2.2高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期;各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射出模具等.高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大作用。
1.2.3大型、超小型及高精度
由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具,为了满足这些要求,研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热性能优异的制模材料.
1。
2。
4革命模具制造工艺
为了更新产品花式和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺研究。
1。
2.5标准化
开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批生产塑料成型模具。
1。
2.6开发计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）
随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。
构成该环节的CAD或CAM或CAE.
1、塑件设计
塑件的设计包括塑件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。
塑件设计方面的计算机辅助技术有：
塑件CAD、塑料、辅料、辅件选择的专家系统。
2、注射机的使用
常见注射机的使用方面的计算机辅助技术有：
注射机选择专家系统：
注射机故障诊断系统。
（1）注射模使用状况的好坏直接影响到注射质量,在对于高技术注射模来说，都要对注射模在使用过程中进行监控或对注射模的服役模拟仿真，由此知注射模的工作状况。
（2）注射工艺注射工艺方面的计算机辅助技术有：
注射工艺制定的专家系统；塑件质量故障诊断。
（3）注射模设计注射模设计主要完成注射模的结构尺寸、精度、表面性能等方面的设计，并选择模具的材料等.计算机在注射模设计方面的工作有:
注射划CAD:
注射模材料、辅料、辅件选择专家系统；工装选择专家系统；注射模CAPP；
1.3软件简介
本设计中主要为模具的设计与计算,为后面完成装配图作好资料准备。
装配图用AutoCAD来完成其三个视图的显示。
零件为本人设计的触屏手机的上壳和下壳的上盖，整体由曲面构成。
零件图的绘制在AutoCAD中也较难画出.在此，采用UG绘图软件来形成三维图,最后将得到的三维图转换成二维文件，在AutoCAD中生成其三视图，再作修改。
1。
3。
1总装配图的建立
计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简写为CAD），是指利用计算机的计算功能和高效的图形处理能力，对产品进行辅助设计分析、修改和优化。
它终合计算机知识和工程设计知识的成果,并随计算机软硬件的不断提高而逐渐完善。
AutoCAD的最大特点是让设计者更为轻松，设计者或绘图者几乎可不必离开屏幕就能连续地完成工作。
AutoCAD适合于工程制造、建筑设计、装潢设计等各行业技术人员作为设计依据,完成图纸上的工作.
AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一种通用CAD软件。
1982年首次推出了AutoCADR1。
0版本，经过十余次的版本更新,AutoCAD已从一个简单的绘图软件发展成为包括三维建模在内的功能十分强大的CAD系统，是世界上最流行的CAD软件,现已广泛应用于机械、电子、建筑、化工、汽车、造船、轻工及航空航天等领域。
1.3。
2零件模型设计与加工
UGngineer是美国PTC参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成熟使用参数化特征造型技术的大型CAD/CAM/CAEA集成软件.这是我们零件模型设计与加工过程中的主要工具。
下面是一些简单的介绍：
UGngineer包括三维实体造型，装配模拟，加工仿真NC自动编程，板金设计,电路布线，装配管路设计等专有模块，ID反求工程,CE并行工程等先进的设计方法和模式。
其主要特点是参数化的牲造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中的相应图形和数据也会自动更新.它的性能优良，功能强大，是一套可以应用于工业设计，机械设计，功能仿真，制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。
UGngineer自动化自1988年问世以来，10多年来已成为全世界最普及的3DCAD/CAM系统的标准软件，UGngineer在今日俨然已成为3DCAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，自行车,航天，家电,玩具等各行各业。
UGngineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化，基于特征的实体造型系统,并且具有单一的数据库功能.
2制件分析
2.1手机外壳分析
在进行手机外壳注塑模具设计之前，首先对制品图及形状结构分析,其内容主要包括以下几个方面：
1.手机上壳（见制件图）。
制品的几何形状:
本次设计的制品为形状象诺基亚8250款式，平均壁厚为1。
0mm，属轻质薄壁制品。
2.制品的尺寸精度和表面粗糙度:
塑料的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动和模具制造误差。
本次塑料制品的尺寸按4级精度取值。
塑件的表面粗糙度主要取决于模具粗糙度,一般情况下,塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高1～2级。
3.制品的脱模斜度:
脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定，以塑件内孔型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由扩大方向取得；塑件外形，以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由缩小方向取得。
一般情况，脱模斜度不包括塑件的公差范围内.本设计采用1°脱模斜度.
4.根据产品的形状和结构特点，本次设计中，流道形式采用非平衡式，上壳采用侧浇口进胶，下壳采用针点式浇口进胶。
2.2零件材料选择及性能
ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）和苯乙烯（Styrene）三种化学单体合成。
其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
其化学分子结构方式如下：
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度.
从形态上看，ABS是非结晶性材料.三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯—丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、刚特性，燃烧缓慢，离火后仍继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的ABS材料。
ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异,因此以下的试验数据仅供参考.
（1）物理力学性能
ABS具有优良的物理力学性能,如不透水,但略透水蒸气，冲击强度较高，尺寸稳定性好等.ABS有极好的冲击强度，即使在低温也不迅速下降。
但是它的冲击性能与树脂中所含橡胶的多少、粒子大小、接枝率和分散状诚有关，同时也与使用环境有关、如温度越高则冲击强度越大.当聚合物中丁二烯橡胶含量超过30%时，不论冲击、拉伸、剪切还是其它力学性能都迅速下降（见表5—5和5-6）.
（2）热性能。
ABS制品的负荷变形温度约为93℃,若能对制品进行退火处理,则还可增加10℃左右。
（3）电性能。
ABS聚合物的电绝缘性受温度和湿度的影响很小，且在很大频率变化范围内保持恒定。
（4）耐环境性
ABS聚合物几乎不受水、无机盐、碱、酸类的影响，但在酮、醛、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，它不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但长期与烃接触会发生软化溶胀.ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化学药品的锓蚀会引起应力开裂。
（5）耐候性
ABS聚合物的最大不足之处是耐候性较差，这是由于分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故.经受350nm以下波长的紫外线照射，氧化作用更甚。
氧化速度与光的强度及波长的对数成正比。
ABS是一种成型加工性能优良的热塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工.
（6）ABS的流变性
ABS聚合物在熔融状态下流动特性属于假塑型液体。
虽然ABS的熔体流动性与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。
因此在成型过程中可以采用提高剪切速率来降低熔体粘度，改善熔体流动性。
ABS属一无定形聚合物，无明显熔点,成型后无结晶，成型收缩率为0。
4%～0.5％。
在成型过程中，ABS的热稳定性较好,不易出现降解或分解，但温度过高时，聚合物中橡胶相有破坏的倾向。
（7）ABS的吸水性
ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3％~0。
8％范围。
成型时如果聚合物中含有水分，制品上就会出现斑痕、云纹、气泡等缺陷，因此在民型前,需将聚合物进行干燥处理,使其含水量降到0。
2%左右。
（8）ABS制品的后处理
一般情况下很少出现应力开裂，所以除了使用要求较为苛刻的制品，通常不作制品的后处理.注射速度对ABS的熔体流动性有一定影响,注射速度快，制品表面光洁度不佳；注射速度慢,制品表面易出现波纹、熔接痕等现象,因而除了充模有困难的情况下，一般以中、低速为宜。
在制品要求表面光泽较高时,模具温度可控制在60-80℃对一般制品可控制在50—60℃。
表2。
2 ABS的主要性能指标
力
学
性
能
屈服强度/Mpa
50
热性能及电性能
玻璃化温度/C
拉伸强度/Mpa
38
熔点（粘流温度）/C
130—160
断裂伸长率/%
35
热变形温度/C
45N/cm3
180N/cm3
90—108
83—103
拉伸弹性模量/Gpa
1。
8
线膨胀系数/（10—5/C）
7.0
弯曲强度/Mpa
80
比热容/〈J/（kg＊K）〉
1470
弯曲弱性模理/Gpa
1。
4
热导率/〈W/（m＊K）〉
0。
263
件质量冲击强度/kJ/m2
无缺口
缺口
261
燃烧性/（cm/min）
慢
11
体积电阻/Ω＊cm
6.9*1016
布氏硬度/HBS
9.7R121
击穿电压/（kV/mm）
物理性能
密度/（g/cm3）
1.02—1。
16
吸水性/％（24h）
0.2—0。
4
比体积/（cm2/g）
1.02-1.06
透明度或透光率
不透明
ABS的成型工艺参数
温度
料筒一区/℃
150-170
二区/℃
180—190
三区/℃
200-210
喷嘴/℃
180—190
模具/℃
50-70
压力
注射/Mpa
60-100
保压/Mpa
40—60
时间
注射/s
2—5
保压/s
5—10
冷却/s
5-15
周期/s
15—30
后处理
方法
红外线烘箱
温度/℃
70
时间/h
0。
3-1
3模具制造
3。
1 模具加工精度的确定
本次设计的手机是日常用品,其外壳要能承受磨损。
对于制件的外观要求合表面精度等级要求比较高。
现初定制品精度等级为4级。
经分析,现确认模具的制造加工精度为IT7级，而型芯和型腔的加工精度均为IT6,型腔采用机械粗加工后电火花精加工，其它采用机械加工。
模具的尺寸公差按GB—180079,IT7.
3。
2 模具结构分析
3.2。
1标准模架的选择
上壳选用的模架尺寸:
表3.2。
1.1上壳模架尺寸
单位:
mm
模板宽度
300
模板长度
300
动模板厚度
40
座板宽度
350
座板厚度
25
定模板厚度
40
垫块宽度
58
垫块厚度
70
—
推板厚度
20
推板宽度
180
推杆固定板厚度
25
导柱直径
30
导套直径
30
复位杆直径
8
沉头螺钉
8-M14
－
－
－
－
下壳所选用的模架尺寸：
表3。
2.1。
2上壳模架尺寸
单位：
mm
模板宽度
300
模板长度
300
动模板厚度
35
座板宽度
350
座板厚度
25
定模板厚度
35
垫块宽度
58
垫块厚度
60
动模垫板
35
推板厚度
30
推板宽度
180
推杆固定板厚度
20
导柱直径
30
导套直径
30
复位杆直径
20
沉头螺钉
4—M14
拉杆直径
30
浇口板厚度
20
3。
2。
2模具闭合高度校核
根据注射机的参数,
而根据所选标准模架组合尺寸所得,对于手机上壳而言：
H=25+70+40+40+25=200mm
〈H〈
因此,满足要求。
对于手机下壳：
H=25+60+35+35+35+20+25=235mm
〈H〈
因此，满足要求.
3。
2.3开模行程的校核
开模行程＝H1+H2+5～10
其中：
H1――脱模距离（顶出距离）;
H2――制作高度包括浇注系统在内。
XS—Z—500注射机的模板行程700mm，合格。
3。
2.4模板尺寸的校核
所选注射机的模板尺寸为550mm＊650mm，而本次两个注射模采用的是300mm＊300mm.
合格。
3.2.5喷嘴尺寸校核
本模具主流道始端的球面半径为R20,略大于XS-Z-500注射机的喷嘴球半径R18。
合格。
3。
3浇注系统设计
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道.浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响颇大
3。
3.1浇注系统的设计原则：
1.结合型腔的布置考虑,尽可能采用平衡式分流道布置。
2.尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失,缩短充模时间.
3.浇口尺寸位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体的流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气。
4.避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击,防止变形和位移的产生。
5.浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或易于切除和修整.
6.熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态以及以制品质量的影响。
7.尽量减小因开设浇注系统而造成的塑料用量。
8.浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇注口应有IT8以上的精度要求。
9.设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
10.应尽可能使主流道中心与模板中心重合。
若无法重合也应使两者的距离尽量缩小。
主流道衬套选择标准件：
图3.3。
1（a） 上壳主流道套
图3。
3.1（b）下壳主流道衬套：
3。
3.2主流道的设计：
为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径D应大于注射机的喷嘴直径d,通常为：
D=d+（0。
3-1）mm
D=7.5+0.5=8mm
主流道入口的凹坑球面半径R2也应该大于注射机喷嘴球面头半径R1，通常为：
R2=R1+（1—2）mm
R2=18+2=20mm
主流道半锥角通常为锥度
～
，过大会产生湍流或涡流产生空气，过小使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。
主流道内壁表面粗糙度应在Ra0.8um以下，抛光时沿轴而进行。
主流道的长度L一般按模板厚度确定.为了减少熔体充模时的压力损失,应尽可能缩短主流道的长度,L一般控制在60mm以内.
3。
3.3分流道的设计
分流道是指主流道与浇口之间的通道.其作用是使熔融塑料过渡和转向。
由于圆截面加工困难。
本次设计上壳采用半圆形断面分流道。
根据以上原则和零件的实际情况,决定选用双点浇口形式，这种浇口适用于成型壳、盒、罩和容器等制品，是应用广泛的浇口形式.它的优点为：
由于浇口小,熔体通过点浇口时流速增大,前后压差大,提高了充模的速度，从而可获得外表清晰，有光泽的制品；熔体流过点浇口时由于摩擦阻力使部分能量转变为热量，使熔体温度略升高，粘度下降，改善了流动性，这对薄壁制品是有利的;其缺点：
浇口尺寸小,充模阻力大，对熔体粘度较高的塑料会产生充填不满的缺陷；为了取出点浇口式浇注系统凝料，要增加一个分型面,模具具有两个分型面的三板式结构，结构比较复杂。
3。
3。
4浇口形式
选择浇口形式应该遵循以下原则：
1.尽可能采用平衡式设置；
2.型腔排列进料均衡；
3.型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；
4.确保耗料量小；
5.不影响塑件外观.
根据以上原则和零件的实际情况，为了使从主流道来的熔融塑料能均衡地以最短的流程到达各浇口并同时充满各型腔，本设计上壳采用非平衡式的分流道布置形式，下壳决定选用针点浇口进胶，这种浇口适用于成型壳、盒、罩和容器等制品,是应用广泛的手机成型的浇口形式。
它的优点为：
由于浇口小，熔体通过点浇口时流速增大，前后压差大，提高了充模的速度，从而可获得外表清晰，有光泽的制品；熔体流过点浇口时由于摩擦阻力使部分能量转变为热量,使熔体温度略升高，粘度下降，改善了流动性，这对薄壁制品是有利的；其缺点：
浇口尺寸小，充模阻力大,对熔体粘度较高的塑料会产生充填不满的缺陷；为了取出点浇口式浇注系统凝料，要增加一个分型面,模具具有两个分型面的三板式结构，结构比较复杂。
图3。
3.4.（a） 上壳主流道,分流道，及浇口的设计
图3.3.4（b） 下壳主流道，分流道，及浇口的设计
图3.3。
4（c） 下壳主流道，分流道，及浇口的设计
3.4成型零部件设计
成型零件是与塑料接触的决定制品几何开关的模具零件.它包括凹模、凸模、型芯、成型镶块及壁厚等，是塑料模具的主要组成部分。
3.4.1型腔分型面设计
合理选择分型面，有利于制品的质量提高，工艺操作和模具的制造.因此，在模具设计过程中是一个不容忽视的问题，选择分型面一般根据以下的原则：
1.分型面应该选择在制品最大截面处，这是首要原则.
2.尽可能使制品留在动模的一侧。
3.尽可能满足制品的使用要求.
4.尽可能减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。
5.不应影响制品尺寸的精度和外观。
6.尽量简单，避免采用复杂形状，使模具制造容易.
7.不妨碍制品脱模和抽芯。
8.有利于浇注系统的合理设置。
9.尽可能与料流的末端重合，有利于排气
由于上壳采用侧浇口,因此手机上壳以内表面及其延伸界面为分型面.下壳采用针点式浇口,因此以手机外表面投影面积最大处为分型面.
图3.4.1（a）上壳分型面设计
图3.4。
1（b）壳分型面设计
3。
4。
2排气槽的设计
排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。
该注射模属于小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，无需另外开排气槽。
3。
4。
3成型零件设计计算
该塑模的成型零件表面的工作尺寸用平均收缩率方法计算。
1.型腔或型芯的径向尺寸计算
型腔的径向尺寸:
DM=［DS+DS·SCP-3/4△］+δZ
型芯的径向尺寸：
DM=[DS+DS·SCP+3/4△]—δZ
其中:
DS—塑件名义尺寸，型芯和型腔各自对应.
SCP—塑件的平均收缩率
△—塑件允许的公差值
δZ—模具制造公差,本设计是按塑件公差的1/3—1/6来取的。
2。
型腔和型芯的高度尺寸计算
型腔深度尺寸：
HM=［HS+HS·SCP–2/3△］+δZ
型芯高度尺寸：
HM=[HS+HS·SCP+2/3△］–δZ
其中：
HS-塑件高度名义尺寸
SCP、△和δZ均与上述意义相同。
3.型芯之间或成型孔之间中心距尺寸计算
LM=[LS+LS·SCP］±1/2δZ
其中：
LM—模具中心孔或型芯中心距尺寸
LS-塑件中心距名义尺寸
此外，凸台高度、起伏凸边高度、起伏凸边位置、非配合圆弧等，一切距离位置尺寸都属于双向公差的计算.
ABS的收缩率为0.3％～0.8%,平均收缩率为：
表2。
5.3成型零件表面工作尺寸的计算
类别
模具零件
塑料制品
计算公式
型腔或型芯
公差等级
公差种类
尺寸
工作尺寸
公差等级
型腔的计算
型腔内形尺寸
MT2
A
1000-0。
42
Lm=[LP（1+εSCP）—（3/4）△］+δm0
φ100.185+0.0870
IT7
MT2
580—0.30
φ58.065+0.0740
30-0。
1
φ3。
015+0.0360
型腔深度尺寸
MT2
B
50-0。
22
Hm=[HP（1+εscp）—（2/3）△]+δm0
4.878+0。
0300
IT7
60—0.24
5.870+0。
0300
型芯的计算
型芯外形尺寸
MT2
A
96+0.380
lm=[lP（1+εscp）+（3/4）△]0—δm
96。
7650—0.087
IT7
46+0.260
46。
0350-0.062
54+0。
300
54.4950-0.076
φ5+0.120
5。
1150-0。
030
φ9+0。
140
φ9.15+0.0360
型芯高度尺
寸
MT2
B
0.6+0.20
hm=[hP（1+εscp）+（2/3）△]0
升级会员 