手机外壳上部分注塑模具设计毕业论文.docx

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手机外壳上部分注塑模具设计毕业论文

手机外壳上部分注塑模具设计毕业论文

一塑件的成形工艺性分析1

1.1塑件材料的选择及其结构分析1

1.2ABS的注射成型工艺1

1.2.1注射成型工艺过程1

1.2.2ABS的注射成型工艺参数2

二模具结构形式的拟定2

2.1确定型腔数量及排列方式2

三注塑机型号的确定3

3.1有关塑件的计算3

3.2注射机型号的确定4

3.3注射机及型腔数量的校核4

3.4注射机及参数量的校核4

3.4.1注射量的校核4

3.4.2型腔数量的确定和校核5

3.4.3塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核5

3.4.4最大注射压力校核6

3.4.5模具与注射机安装部份的校核6

3.4.6开模行程校核6

四分型面位置的确定6

4.1分型面的形式7

4.2分型面的设计原则7

4.3分型面的确定7

五浇注系统的形式和浇口的设计9

5.1主流道的设计9

5.1.1主流道的尺寸9

5.1.2主流道衬套的形式10

5.2冷料井的设计12

5.2.1主流道冷料井的设计12

5.2.2分流道冷料井的设计12

5.3分流道的设计12

5.3.1分流道的截面尺寸12

5.3.2分流道的长度13

5.3．3分流道的布置形式13

5.3．4分流道向浇口过渡部分的结构14

5.4浇口的设计14

5.4.1浇口尺寸的确定15

5.4．2分流道的平衡15

5.4．3浇口的平衡16

5.5浇注系统断面尺寸计算16

六模架的确定和标准件的选用17

6.1定模固定板18

6.2定模板18

6.3动模固定板18

6.4动模板18

6.5动模垫板18

6.6垫块18

6.7推杆固定板18

6.8推板19

七合模导向机构的设计19

7.1导柱的设计19

7.2导套的设计19

7.3导柱与导套的配合形式20

八脱模推出机构的设计20

8.1脱模阻力计算20

九侧向分型抽芯机构的设计21

9.1侧型芯具体尺寸的确定22

9.1.1侧抽芯的基本尺寸22

9.1.2侧抽芯的导滑形式23

9.1.3弹簧顶销23

十．凹模部分的设计23

10.1凹模部分的结构设计23

10.1.1凹模的结构形式23

10.1.2凹模尺寸的计算23

10.2凸模部分的结构设计25

10.2．1凸模尺寸的计算25

10.3凸模形状的确定26

设计总结27

参考文献28

一塑件的成形工艺性分析

1.1塑件材料的选择及其结构分析

一、塑件（手机外壳）模型图：

图1-1塑件图

二、塑件材料的选择：

选用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。

三、色调：

黑色。

四、生产批量：

大批量。

五、塑件的结构与工艺性分析：

（1）结构分析

塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。

（2）工艺性分析

精度等级：

采用5级低精度

脱模斜度：

塑件外表面40´－1°20´塑件表面30´－1°（脱模斜度不包括在塑件的公差围，塑件外形以型腔大端为准，塑件形以型芯小端为准。

）

1.2ABS的注射成型工艺

1.2.1注射成型工艺过程

（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→冷却--→脱模--→塑件送下工序

（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射

1.2.2ABS的注射成型工艺参数

（1）注射机：

螺杆式

（2）螺杆转速（r/min）：

30——60（选30）

（3）预热和干燥：

温度（°C）80——85

时间（h）2——3

（4）密度（g/cm³）:

1.02——1.05

（5）材料收缩率（℅）：

0.3——0.8

（6）料筒温度（°C）：

后段150——157

中段165——180

前段——200

（7）喷嘴温度（°C）：

170——180

（8）模具温度（°C）：

50——80

（9）注射压力（MPa）：

70——100

（10）成形时间（S）：

注射时间20——90

高压时间0——5

冷却时间20——120

总周期50——220

（11）适应注射机类型：

螺杆、柱塞均可

（12）后处理：

方法红外线灯、烘箱

温度（°C）70

时间（h）2——4

二模具结构形式的拟定

2.1确定型腔数量及排列方式

该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构。

型腔的排列方式如下图：

图2-1型腔排列方式

三注塑机型号的确定

除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。

3.1有关塑件的计算

1、体积=3.9420934（cm³）

曲面面积=8.7216837（cm2）

密度=1.05（g/cm³）

质量=4.1391980（g）

3.2注射机型号的确定

根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。

3.3注射机及型腔数量的校核

1、主流道的体积约为：

V（cm³）=3.14×0.632×2.5=3.988

2、分流道与浇口的体积约为：

V（cm³）=13×1.1304=14.6952

3、该模具总共需填充塑件的体积约为：

V（cm³）=2×3.9420934+3.988+14.6952=26.5672

3.4注射机及参数量的校核

3.4.1注射量的校核

注射机一个注射周期所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以。

在一个注射成形周期，需注射入模具的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即

V=nVz+Vj

或M=nmz+mj

式中V（m）——一个成形周期所需射入的塑料容积或质量（cm³或g）；

n——型腔数目

Vz（mz）——单个塑件的容量或质量（cm³或g）。

Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量（cm³或g）。

故应使

nVz+Vj≤0.8Vg

或nmz+mj≤0.8mg

式中

Vg（mg）——注射机额定注射量（cm³或g）。

根据容积计算

nVz+Vj=26.5672≤0.8Vg

可见注射机的注射量符合要求

3.4.2型腔数量的确定和校核

型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。

可根据注射机的最大注射量确定型腔数n

式中K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；

mN——注射机允许的最大注射量；

m2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³）；

m1——单个塑件的质量或体积（g或cm³）。

所以需要

n=2符合要求

3.4.3塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核

注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。

如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。

因此，设计注射模时必须满足下面关系：

nA1+A2﹤A

式中A——注射机允许使用的最大成型面积（mm2）

其他符号意义同前。

注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：

（nA1+A2）p﹤F

式中符号意义同前。

所以需要

2×40×95+9×80=83200﹤A

查得ABS的平均成型压力为30（cm2/MPa）

（2×4×9.5+0.9×8）×30=83.2×30=2.5﹤F

符合要求

3.4.4最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即：

pmax﹥Kp0

很明显，上式成立，符合要求。

3.4.5模具与注射机安装部份的校核

喷嘴尺寸注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。

模具厚度模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：

Hmin﹤H﹤Hmax

式中Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；

Hmax——注射机允许的最大模厚。

注射机允许厚度

150﹤H﹤250

符合要求。

3.4.6开模行程校核

开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。

注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：

Smax≥s=H1+H2+5—10mm

式中H1——摧出距离（脱模距离）（mm）；

H2——包括浇注系统凝料在的塑件高度（mm）。

开模距离取H1=20

包括浇注系统凝料在的塑件高度取H2=40

余量取8

则有：

Smax≥s=20+20+28=68

符合要求。

四分型面位置的确定

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

4.1分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

4.2分型面的设计原则

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

1分型面应选在塑件外形最大轮廓处

2确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

3保证塑件的精度

4满足塑件的外观质量要求

5便于模具制造加工

6注意对在型面积的影响

7对排气效果

8对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

4.3分型面的确定

根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图：

第一次分型：

图4-1第一分型面

第二次分型：

图4-2第二分型面

（1）

图4-3第二分型面料

（2）

五浇注系统的形式和浇口的设计

浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具流经的通道。

浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。

浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。

该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

5.1主流道的设计

主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。

在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为2°——6°。

5.1.1主流道的尺寸

（1）主流道小端直径

主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+2～3

=3+2～3取d=5（mm）。

（2）主流道的球半径

主流道的球半径SR=10+1～2取SR=12（mm）。

（3）球面配合高度

球面配合高度为3～5取3（mm）。

（4）主流道长度

主流道长度L，应尽量小于60mm，，上标准模架及该模具结构，取

L=32（mm）

（5）主流道锥度

主流道锥角一般应在2°——6°，取α=4°，所以流道锥度为α/2=2°。

（6）主流道大端直径

主流道大端直径D=d+2Ltg（α/２）（α=4°）

≈6.3（mm）

（7）主流道大端倒圆角

倒角D/8≈0.6（mm）

根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如下图：

图5-1主流道形式

5.1.2主流道衬套的形式

主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。

一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。

主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。

图5-2主流道的位置

主流道衬套的形式有两种：

一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定的模板上。

该模具尺寸较小，主流道衬套可以选用整体式。

主流道衬套的固定形式如下图：

图5-3衬套的固定形式

5.2冷料井的设计

5.2.1主流道冷料井的设计

主流道冷料井设计成带有推杆的冷料井，底部由一根推杆组成，推杆装于摧杆固定板上，与推杆脱模机构连用。

冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉出。

当其被推出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。

主流道冷料井的设计如下图所示：

图5-4主流道冷料井的设计

5.2.2分流道冷料井的设计

当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井，以储存前锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。

5.3分流道的设计

5.3.1分流道的截面尺寸

分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。

（1）对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，可用下述公式确定分流道的直径：

D=0.2654W

L

其中D——流道直径（mm）；

W——塑件的质量（g）；

L——分流道的长度（mm）。

此式计算的分流道直径限于3.2～9.5mm。

根据前面的计算数据，有

D=0.265×4.

×55

≈1.5（mm）

故不在适应围。

（2）根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和《塑料成形工艺与模具设计》表5-3，再考虑到ABS的成型工艺性能，可确定分流道直径为6mm.

因此，分流道截面形状如下图所示：

图5-5分流道截面

5.3.2分流道的长度

分流道的长度应尽量短，且少弯折。

分流道长度为

L=（50+15）×2=110（mm）

5.3．3分流道的布置形式

分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模两腔，采用平衡式布置。

该模具分流道为圆形截面，在定模座板和定模板上都开有分流道。

其形式如下图：

图5-6分流道的设计

5.3．4分流道向浇口过渡部分的结构见下图：

圆形分流道与矩形浇口的连接形式

图5-7浇口形状

5.4浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。

浇口的主要作用是：

1型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；

2易于切除浇口凝料；

3对于多型腔的模具，用以平衡进料；

浇口的面积通常为分流道面积的0.03～0.09。

浇口的截面有矩形和圆形两种。

浇口长度约为0.5～2mm左右。

浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。

5.4.1浇口尺寸的确定

浇口结构尺寸可由经验公式，并由《塑料模具技术手册》之《轻工模具手册之一》中图3-31查得，浇口深度h=0.5～2.0

h=nt=0.8取h=1（mm）

式中h——浇口深度（mm）;

n——塑料系数，由塑料性质决定；

t——塑件壁厚（mm）.

浇口宽度b=1.5～5.0

取b=1.8（mm）

式中A——塑件型腔表面积。

浇口长度l=0.5～1.75

为了去除浇口方便，浇口长度l也可取0.7～2.5。

所以可取l=1.0（mm）

注：

其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。

5.4．2分流道的平衡

在多腔模具中，熔体在主流道与各分流道，或各分流道之间的体积流量是不会相同的，但可以认为他们的流速是相等的，以此达到各型腔同时充满的目的。

为此各流道之间应以不同的长度或截面尺寸来达到流量不等，经分析可推导，可用下式进行平衡计算：

式中Q1，Q2——熔融树脂分别在流道1和流道2中的流量，cm3/s；

d1,d2——分流道1和分流道2的直径，cm;

L1，L2——分流道1和分流道2的长度，cm。

上式没有考虑分流道转弯局部阻力的影响，以及模具温度不均的影响。

实际上尚须对这些因素作校正，才能达到充模时间相等的目的。

当分流道作平衡布置，且各型腔所需之填充量又相等时，则各流道的长度变化、长度尺寸等均应相同。

5.4．3浇口的平衡

对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下：

BGV=

式中

Sg——浇口的截面积，mm2;

Lg——浇口的长度，mm;

Lr——分流道的长度，mm。

浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截面积之比SG/SZ取0.07~0.09。

该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，显然是平衡式的。

5.5浇注系统断面尺寸计算

对工业上使用较合理的30多副注射模具，根据所用注射机的技术规格，作了几种塑料熔体的充模计算，结果认为主流道和分流道的剪切速率γ=5

10²～5

10³s-1，浇口剪切速率γ=104~105s-1，平衡系统的充模过程近似于等温流动。

γ=f（Q，Rn）的关系式可用如下的经验公式表达：

式中γ——熔体在流道中的剪切速率（s-1）

Q——熔体在流道中的体积流率（cm3/s）

Rn——浇注系统断面当量半径（cm）

1.确定适当的剪切速率γ

浇注系统各段的γ值如下：

（1）主流道：

γs=5

10³s-1

（2）分流道：

γr=5

10²s-1

（3）点浇口：

γQ=105s-1

（4）其它浇口：

γQ=5

10³～5

104s-1

2、确定体积流率Q

浇注系统中各段的Q值是不同的。

（1）主流道的Qs

根据模具成型塑件的体积和所用注射机的技术规格，由下式计算：

（cm3/s）

式中Qs——主流道的体积流率（cm3/s）；

——注射时间（s）；

QP——模具成型塑件的体积，通常取QP=（0.5～0.8）Qn；

Qn——注射机的分称注射量。

由《塑料模具技术手册》之《轻工模具手册之一》中表3-10，可根据注射机的公称注射量查得注射时间

=1.0s。

所以

=24.3064/1≈24.3（s）

（2）分流道的QR和浇口处的QG

对于多点进料的单腔模，或各型腔相同的多腔模，若分流道采用平衡式布置，则各分流道及浇口中的体积流率为：

QR=QG=Qs/m（cm3/s）

式中QR，QG——分流道或浇口中的体积流率（cm3/s）；

m——分流道的数目。

所以

QR=QG=24.3/2=12.15（cm3/s）

由上述经验公式可算出

（1）主流道

（2）分流道

（3）浇口

以上浇注系统断面的确定也可以根据γ—Q—Rn关系曲线图直接查得。

六模架的确定和标准件的选用

两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。

分模隙常见形式如下：

图6-1分模隙

（1）

图6-2分模隙

（2）

6.1定模固定板（定模座板）（250

315，厚25mm）

6.2定模板（200

315，厚25mm）

6.3动模固定板（250

315，厚25mm）

6.4动模板（200

315，厚32mm）

6.5动模垫板（又称支承板）（200

315，厚32mm）

6.6垫块（40

315，厚63mm）

6.7推杆固定板（118

315，厚16mm）

固定推杆。

6.8推板（118

315，厚20mm）

七合模导向机构的设计

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。

导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。

7.1导柱的设计

1、该模具采用带头导柱，且不加油槽；

2、导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm；

3、为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分；

4、导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为ø20；

5、导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。

导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合；

6、导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm；

7、导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯。

多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。

7.2导套的设计

1、结构形式：

采用带头导套（Ⅰ型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度；

2、导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔剩余空气；

3、导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。

导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；

4、导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。

7.3导柱与导套的配合形式

导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如下图所示：

图7-1导柱与导套的配用

八脱模推出机构的设计

8.1脱模阻力计算

塑件壁厚与其孔直径之比小于1/20，为薄壁壳体形塑件，且塑件断面为矩环形，故所需脱模力的计算公式如下：

式中E——塑料的拉伸模量（MPa）（可由表查得ABS的拉伸模量为1.91～1.98）；

——塑料成型平均收缩率（%）（可由表查得ABS成型平均收缩率为0.4～0.7）；

t——塑件的平均壁厚（mm）；

L——塑件包容型芯的长度（mm）；

——塑料的泊松比（可由表查得ABS的泊松比为0.38）；

￠——脱模斜度（该模具脱模斜度选定为2°）；

f——塑料与钢材之间的磨擦系数（可查得ABS与钢材的磨擦系数为0.20～0.25）；

r——型芯大小端平均半径（mm）；

B——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部上有孔时，10B项应视为零；

K1——由f和￠决定的无因次数，可由下式计算：

≈1

也可根据塑料与钢材的磨擦系数和脱模斜度由表查得K1=1.0070。

代入计算，得

=3.64kN