手机电池后盖注塑模具设计.docx
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手机电池后盖注塑模具设计
编号
毕业设计（论文）
题目手机电池后盖注塑模具设计
二级学院应用技术学院
专业机械制造及其自动化
班级10621470118
学生姓名学号18
指导教师
评阅教师
时间
摘要…………………………………………………………………………………3
Abstract……………………………………………………………………………4
1绪论5
1.1课题背景及意义5
1.2我国塑料模具现状及发展方向5
1.2.1我国塑料模具的发展现状5
1.2.2我国塑料模具的发展方向6
2塑件工艺分析7
2.1塑件的工艺分析7
2.1.1分型面的选择7
2.2塑件的材料分析8
2.3塑件的表面分析10
2.4塑件的尺寸精度10
2.5塑件的壁厚分析10
2.6塑件的脱模角度分析10
2.7塑件的圆角分析10
2.8塑件的孔尺寸设计10
2.9塑件的注塑工艺参数设置11
3模具设计11
3.1整体设计11
3.1.1模架结构选择11
3.1.2注塑机的选择12
3.2系统设计12
3.2.1浇注系统设计12
3.2.2排气系统设计14
3.2.3模温系统设计14
3.3合模导向机构的设计15
3.3.1导套15
3.3.2导柱16
3.4侧向分型抽芯机构17
3.4.1抽芯距S17
3.4.2侧抽芯力FC17
3.4.3斜滑块设计17
3.5成型零件的设计与计算17
3.5.1成型镶块17
3.5.2成型零件工作尺寸的计算19
3.5.3推出机构设计19
3.6注射机校核20
3.6.1注射量校核20
3.6.2最大锁模力校核20
3.6.3注射压力的校核21
3.6.4模具厚度校核21
3.6.5开模行程的校核21
4总装配图21
5结论23
致谢24
参考文献25
摘要
本文主要是关于手机盖的注塑工艺的分析及模具设计。
首先，对注塑工件进行了结构和工艺分析，确定了最佳成形方案；对整个塑件成形过程进行了模拟分析，预测了成形过程中可能出现的问题。
根据分析结果，利用UG,完成了注塑模设计。
关键词：
手机盖；UG；注塑模
关键词：
手机盖；UG；注塑模
Abstract
Thispaperfurtherdividesincentivebatterybuckleofmobilephoneasanexample,akindofjnjeceionmouldwithtwosymmetricalsidesisintroduced.Moreover,thispaperdesceriblestheprocessandkey-pointeofauto–designforthemouldbasedonUGMoldWizard.
Keywords:
BatteryBuckleofMobilePhone;InjectionMoule;UG
1绪论
1.1课题背景及意义
本课题为手机盖的注塑辅助工艺分析及注塑模设计。
图1.1手机电池后盖
随着塑料等非金属材料在工业产品中的广泛应用，模具工业在国民经济中的作用也越来越大。
在机械、电子等行业中，有一半以上的产品是采用模具制造的方法。
利用模具成型的生产方法很多，其中注塑成型具有制成品精度高、生产效率高和可以用来生产几何形状非常复杂的产品等特点，在整个塑料制品生产行业中具有非常重要的地位。
模具是塑料成型加工的重要装备，其设计周期、生产效率和质量直接影响产品的进度、成本和效率。
故很有必要利用现有软件技术对其制造前期进行模拟分析及设计。
1.2我国塑料模具现状及发展方向。
1.2.1我国塑料模具的发展现状
模具工业是国民经济的基础工业，受到国家和企业界的高度重视，发达国家就有“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说。
当今“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认可。
我国模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂点共有2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元。
进口约l0亿美元。
当前，我国模具行业的发展具有如下特征：
大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。
从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区。
南方的发展快于北方。
目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60％以上。
我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。
（1）成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。
（2）产品结构方面，我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展。
模具水平有了较大提高，但与国外相比仍有较大差距（表1.1）。
项目
国外
国内
注塑模型腔精度
型腔表面粗糙度
非淬火钢模具寿命
淬火钢模具寿命
热流道模具使用率
标准化程度
中型塑料模生产周期
0.005～0.01mm
Ra0.01～0.05μm
10～60万次
160～300万次
80%以上
70～80%
一个月左右
0.02～0.05mm
Ra0.20μm
10～30万次
50～100万次
总体不足10%
小于30%
2～4个月
表1.1国内外塑料模具技术比较表
（3）制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如填充和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:
P20、3Cr2Mo、PMS等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。
塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。
1.2.2我国塑料模具的发展方向
（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。
由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及高生产率的要求。
（2）在塑料模模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准,积极生产价廉高质量的元器件,是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且其常用于较复杂的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成型流动分析软件,显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度,继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。
（4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。
为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;再次是要进一步增加标准件规格品种。
（6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
2塑件工艺分析
2.1塑件的工艺分析
该塑件为壳体且壁厚均匀，塑件的尺寸不大且结构也较为复
杂。
在塑件的外壁和内壁上都分布有侧孔，这给塑件的脱模造成较大的难度。
通过对塑件的结构分析，设计出合理的工艺方案是模具设计的前提。
2.1.1分型面的选择
为了能够方便顺利的脱模，一定要设计出合理的分型面。
通过对塑件结构分析，设置如图2.1所示分型面。
图2.1分型面取产品最大轮廓处有利于脱模
2.2塑件的材料分析
和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-1所示。
塑料品种
性能特点
成型特点
模具设计注意事项
使用温度
主要用途
聚苯乙烯
（非结晶型）
透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂
因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件
—30℃~80℃
装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等
有机玻璃
（非结晶型）
透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂
流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高
合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解
收缩率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等
聚碳酸酯
（非结晶型）
透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯
耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好
尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度〉2•
〈130℃脆化温度为—100℃
在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等
表2-2材料的性能和成型特性比较
ABS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。
三种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。
PP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。
这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。
这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。
密度（g/㎝
）
1.05-1.08
收缩率
0.3-0.7
后处理
方法
油、水、盐
温度（℃）
90～100
时间（h）
4
注射机类型
螺杆式
螺杆转速，（r/min）
30－60
喷嘴形式
直通式
喷嘴温度（℃）
180－190
料筒温度（℃）
前
200－210
中
210－230
后
180～200
模具温度（℃）
50－70
注射压力（MPa）
70～90
保压力（MPa）
50－70
成型时间（s）
注射时间
3～5
保压时间
15～30
冷却时间
15～30
成型周期
40～70
表2.2ABS注射成型的主要工艺参数
ABS的主要成型特点：
（1）可用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等成型加工方法。
（2）收缩率小,可制得精密塑料。
（3）吸湿性较大,成型前应干燥处理。
（4）流动性中等，溢边值0.04mm，溶体粘度强烈依赖于剪切速率，因此模具设计大都采用浇口形式。
（5）熔融温度较低，熔融温度范围固定，宜采用高料温、高模温和高注射压力,有利于成型。
（6）浇注系统流动阻力小，注意浇口形式和位置应合理，防止产生熔接痕或减小熔接痕数量。
脱模斜度不宜过小。
（7）要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60℃，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60～80℃。
PP材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。
主要应用范围:
汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。
工艺
条件
干燥处理
熔化温度
模具温度
注射压力
注射速度
ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。
建议干燥条件为80～90℃下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%。
210～280℃；建议温度：
245℃。
25～70℃
500～1000bar
中高速度
表2.2注塑模工艺条件
2.3塑件的表面分析
塑件的用途可知，其外表面要求光洁，故开设分型面应尽量使工件处于一个型腔里以及设置浇口应避免开设在其外表面；另外设置好注塑工艺参数，就可以实现了。
2.4塑件的尺寸精度
注塑件没有精度要求,但由于尺寸较小，因此取最低精度5级。
以保证该零件的尺寸精度，对应的模具相关的零件加工可以保证。
2.5塑件的壁厚分析：
塑件的壁厚首先取决于塑件的使用要求，即强度、结构、重量、电气性能、尺寸稳定性能、以及装配等要求。
另外，还应尽量使其各部壁厚均匀，避免太薄，否则会因引起收缩不均匀使塑件变形或产生气泡、凹陷等成型质量问题。
塑件壁厚一般在1~6mm范围内，而通常用的数值2~3mm,大型塑件的壁厚也有比6mm更大的，这都随塑料类型及塑件大小而定。
2.6脱模斜度的分析
使用脱模斜度为了使塑件便于脱模，但对于高度不大的塑件，可以不取斜度，本产品是属于小型塑件，高度不大，因此没有设置脱模斜度。
这样不会对于塑件有太大的影响，可以忽略不考虑。
2.7塑件的圆角分析
为了避免应力集中，提高塑件强度，改善塑件的流动情况及便于脱模，在塑件的各面或内部连接处，应采用圆弧过度。
这样尤其对增强塑件更有利于填充型腔。
另外，塑件的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度，也是有利的，塑件的各连接处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角。
2.8塑件上孔的设计
塑件上的孔是用模具的型芯成型的，从理论上说，可以成型任何形状的孔，但是形状复杂的孔，其模具制造困难，成本较高。
因此，用模具成型的孔，应采用工艺上易于加工的孔。
塑件上常用的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔等。
这些孔均应设置在不易削弱塑件强度的地方。
在孔之间和孔与边缘之间均应留有足够的距离（一般大于孔径）。
塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可设一凸边来加强。
本塑件是一个平行的通孔，结构简单，也便于设置。
2.9塑件注射工艺参数的确定：
查找《塑料模设计手册》和参考工厂的实际应用的情况，ABS的成型工艺参数可作如下选择。
注塑机型号
XS-ZY-350
注射量/cm3
350
螺杆直径/mm
160
注射压力/Mpa
250
注射行程/mm
400
注射时间/s
6
注射方式
螺杆式
锁模力/KN
350
最大成型面积/cm2
400
模板最大行程/mm
300
模具厚度/mm
100-400
拉杆空间/mm
350*350
模板尺寸/mm
350*350
锁模方式
液压-机械
喷嘴球径/mm
SR16
喷嘴孔径/mm
Φ15
3模具设计
3.1整体设计
3.1.1模架结构选择
通过对塑件的结构分析，该塑件结构复杂，并且有比较多的侧抽和内抽所以适合做一模两腔。
故采用GB/T1225.6～12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》中A3型模架定模采用两块模板，动模采用一块模板，设置推件板推出机构。
适用于薄壁壳体类塑料制品的成形以及脱模力大、制品表面不允许留有推出痕迹的注射成形模具。
采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。
如图4.1所示。
根据塑件的尺寸初选300×300㎜的模架。
图3.1A3型模架
3.1.2注塑机的选择
由于塑件形状不规则，根据对塑件的属性分析，测得其体积为：
V件=6.284cm3
浇注系统的体积取塑件的18%,
则：
V浇注=6.284×18%=1.13mm3
V总=V件+V浇=7.414cm3
因为
=1.03～1.07g/cm3，在此取
=1.05g/cm3，所以塑件和浇注系统的塑料质量m为：
m=V总
=7.414×1.05=7.78g
由V总≤80%V注；
即塑件总的注射量小于等于注塑机额定注射量的百分之八十；又采用一模两腔，故注塑量为20g。
注塑机的注射量表示法是指用注塑机的注射容量（单位㎝3）表示注射机的规格，以标准螺杆注射时的80%理论注射量表示[5]。
容易得知，塑件需要的注塑机理论注塑量大于500㎝3；由第三章的推荐注塑压力不能小于500MPa。
3.2系统设计
3.2.1浇注系统设计
浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道。
因此它应保证熔体迅速顺利有序地充满行腔各处，获取外观清晰、内在质量优良的塑料件。
对浇注系统的具体要求是：
模腔的填充迅速有序，并且同时充满各个型腔；
热量和压力损失较小，尽可能消耗较少的塑料；
能够使型腔顺利排气；
冷料不能进入模具型腔；
浇注流道凝料容易与塑件制品分离或切除，浇口痕迹对塑料件外观影响很小。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。
（1）主流道的设计：
主流道为一圆锥孔，其小端正对注射机的喷嘴，因喷嘴端为球面，所以主流道小端的外形应为一凹球面。
为了配合紧密，防止溢流，凹球面的半径比喷嘴的球面半径大2㎜～3㎜。
图3.2主浇道
（2）分流道的设计：
分流道长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。
从减少输送熔体是压力损失和热量损失的要求去发，应力求缩短长度。
分流道截面尺寸取决于多种因素，其中包括塑件质量、壁厚、塑料黏度和分流道本身的长度。
分流道截面面积应保证行腔充满并补充因腔内塑件收缩所需的熔体后方可冷却凝固。
因此，分流道的截面直径或厚度应大于塑件的壁厚。
为了便于加工和凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。
圆形流道比表面积小，热量损失和流动阻力较小，对于流动性不太好的塑料或薄壁塑件，通常采用圆形流道，这样可以减小熔体的流动阻力和热量损失。
但是流道应开设在动、定模两个部分，所以对机械加工精度要求比较高。
（3）浇口的设计：
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。
除了直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。
浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。
根据本方案的特点以及ABS材料的性能满足，浇口形式采用侧浇口。
侧浇口又称边浇口，浇口一般开始在产品侧面上，塑料熔体于型腔的上面充模，其截面形状多为长方形，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。
这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置。
图3.4浇口尺寸
（4）冷料穴设计
冷料穴位于主流道出口一端，对于立、卧式注塑机用模具，冷料穴位于主分型面的动模一侧，冷料穴是注流道自然延伸[5]。
因为立、卧式注塑机所用模流道在定模一侧，模具打开时，为了将注流道凝料能够拉向动模一侧，并在推出行程中将它脱出模外，动模一侧应设有拉料杆。
应根据脱模机构的不同，正确选取冷料图穴与Z形拉料杆匹配方式。
图3.5冷料穴与Z形拉料杆匹配
3.2.2排气系统设计
从第三章的分析可以看出，由于塑件本身产生的气穴都分布在塑件的上表面，即开设的分型面上；又因为该模具型腔结构简单,属于小型模具。
因此可以利用其分型面、同时利用配合间隙排气。
同时还可以利用内抽斜滑块和推杆进行排气。
3.2.3模温系统设计
在注射成形工艺过程中，模具温度直接影响塑件的充模和塑件的定形，也直接影响注射周期和塑件质量，因此，必须对模具进行有效冷却，使其温度保持在一定范围内。
因骗PP要求的模温为40℃～70℃，不超过80℃，故无须设置加热装置。
只需要对其冷却系统进行设计。
冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质充分吸收成形塑件所传导的热量，使模具成形表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，并且做到使冷却介质的回路系统内流动畅通，无滞留部位。
注塑成型中常用的冷却剂用常温（25℃）的水作为模具冷却介质，取其出口温度为28℃，并且冷却水在通道内呈湍流状态。
已知模具温度为60℃。
模具宽度为320mm。
根据热平衡原理，单位时间内塑料熔体凝固释放的热量应等于冷却水所带走的热量。
于是有：
Qin=
式中Qin——塑料传给模具的热量
N——每小时注射次数
G——每次的注射量（Kg）
m——每小时注射的塑料量（Kg）
Δ——塑料的热焓量之差（KJ/Kg）
取Δ=400KJ/Kg
设注射周期为60s,则：
n=3600÷60=60
Qin=400×60×1.05×3.835×0.001=96.6KJ·h-1
又有Qout=mwCw（tout－tin）
式中Qout——冷却水每小时从模具携走的热量（KJ/h）
mw——冷却水每小时的用量（kg/h）
Cw——冷却水的比热容4.2KJ·Kg-1·ºC
Tout——模具的出水温度ºC
Tin——模具的进水温度ºC
由热平衡
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