发展战略随着制造业和计算机软硬件的发展.docx
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发展战略随着制造业和计算机软硬件的发展
（发展战略）随着制造业和计算机软硬件的发展
摘要
随着制造业和计算机软硬件的发展，模具已经得到了快速发展和广泛的应用，因此对各种塑料制品的模具设计具有重要的理论意义和实际应用价值。
详细论述了热塑性材料成型塑件时所用的整套注塑模具的设计过程，包括塑件的成型工艺，分塑面的选择论证，浇注系统的设计、成型零件的尺寸计算、镶块的固定方式、脱模结构、推出机构、冷却系统以及排气系统等的设计。
论证了成型塑件的方式为注塑成型，采用浇注系统推杆推出的方式推出制件的好处，以及整套模具采用标准模架A1形式的好处。
关键词：
手机注塑模模具结构
Abstract
Alongwiththemanufacturinganddevelopmentofcomputerhardwareandsoftware,diehasbeentherapiddevelopmentandextensiveapplication,Soforvariousplasticproducts,themolddesignisofgreattheoreticalandpracticalvalue.
Detailedlyexpoundedthermoplasticlyplasticmaterialformingsmoldspiecehourthepersonwhoemploysemployscompletesetofmouldplasticpatterndesignprocess,consistsoftomoldtheformingtechnologyanalysesandbranchmouldtheselectiondemonstratesandpoursintoamouldthesystem,formingsparepartsdimensionscalculationandsetcakefixsmeans,drawingofpatternsorganizationadmittedlyandputsoutorganization,coolingsystemalongwithexhauststhedesignthatsystematicallyawaits.Demonstratedtheformingmoldspiecethemeansisthemouldplasticforming,themeansthatadoptspouringintoamouldthesystematicthrustingrodtoputoutatsparepartsalongwithwhystandardizedstandardshelfA4`sshapeofpatterntheadoptingadvantage.MoreoverbymeansofCADsimulatedeverypatternsparepartshologramalongwiththeirassemblyform.
KeywordPhoneInjectionMoldStructure
前言1
1塑件成形工艺性分析1
1.1塑件的工艺性分析1
1.2原材料的选择以及原材料的工艺性分析2
1.3塑料的成型特性分析及影响因素4
2型腔数目的确定以及型腔型芯尺寸的确定6
2.1影响模具型腔数目的因素6
2.2手机外壳注塑体积计算7
2.3.型腔、型芯工作部位尺寸的确定8
3浇注系统的设计12
3.1确定浇住系统的原则：
12
3.2主浇道的设计12
3.3分浇道的设计13
3.4主浇道和分浇道的几何形状13
3.5浇口的设计14
3.6排溢系统设计17
4注射机的选择和校核18
4.1注射机的分类：
18
4.2初选注射机：
19
4.3校核注射机21
5推出机构设计23
5.1脱模机构的选用原则23
5.2推出力计算23
5.3导向机构28
6冷却系统的设计30
6.1水路分布原则30
6.2冷却的基本原理31
6.3本设计的冷却水道计算34
7排气系统的设计39
结束语41
参考文献42
致谢43
前言
高分子材料科学是现代自然科学的结晶、是物质科学中的新科学和增长点。
高分子材料的问世改变了20世纪的物质文明，推动了人类社会的进步。
高分子材料已经在人们的衣食住行和国防建设，生态环境等众多领域得到了广泛的应用，并为21世纪物质文明谱写着更辉煌的篇章。
高分子材料包括塑料、合成塑胶和合成纤维。
作为高分子材料之一的塑料，集原料丰富，制造方便，加工容易、质地优良、轻巧耐用、用途广泛和投资效益显著等众多优点于一身，在人们的日常生活中及现代工业生产领域中占有很重要的地位。
采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的生产效率。
因此，在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域，塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用，出现了金属材料塑料化的趋势。
在工业发达国家，据最近数据统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%；韩国模具专业厂中，生产塑料模的43.9%，生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。
作为最有效的塑料成型方法之一的注射成型技术具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑件。
成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等优点，因此，世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。
在我国，模具制造属于专用设备制造业。
中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。
直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。
。
近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。
由此可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。
由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。
中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。
结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。
目前，塑料塑件在国民经济和日常生活中的应用日趋广泛，发挥着举足轻重的作用，塑料塑件的加工基本上是通过模具一次成型的。
在众多的成型方法中，注射成型占主导地位，塑料塑件的质量、生产的效率和成本和模具的结构、使用性能密切相关，因此，设计制造出结构合理，使用性能优良的注射成型模具已成为塑料生产厂家关注的焦点。
本次毕业设计题目是：
“手机外壳的注塑模设计”。
注塑模的设计是本专业的主攻方向，是集工程制图、机械工程材料、极限配合与公差、机械零件设计、模具设计基础等相关专业课的综合应用，与本专业的研究内容存在紧密联系。
本设计是对我本人专业课掌握程度的一个综合性的体现，由于理论水平，实践经验所限，本设计难免存在错误和考虑不足之处，敬请各位导师以及阅读者批评指正。
1塑件成形工艺性分析
图1（手机外壳零件图）
如图所示为手机外壳的塑料制件，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），收缩率0.3%~0.8%，其形状，尺寸如上图所示。
生产批量不大，为中小批生产。
该塑件为中小尺寸，一般精度等级，为保证精度，兼顾经济性，采用一模两腔，并不对制品进行后续加工。
为满足制品高光亮的要求与提高成型效率采用潜伏浇口。
为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用拼镶结构。
1.1塑件的工艺性分析
1.1.1使用性能、制件技术要求和生产要求
该塑件外形矩形，材料为：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。
要求材料有较好的机械性能，如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量都要求较高。
根据产品要求，该塑件为大批量生产，采用注塑成型。
1.1.2塑件尺寸精度
塑件中的各个尺寸精度要求为IT3，各尺寸可以按照自由尺寸的精度查取公差等级，因此在模具设计和制造中要按照IT3～IT4精度要求设计制造。
1.1.3塑件表面质量分析
①该塑件表面质量要求表面光泽，必须避免在塑件有飞边毛刺，缩孔，流痕等工艺缺陷。
②注意通孔处不出现锐边；
③表面粗糙度只有塑件外形要求Ra3.2，其它部位没有较高粗糙度要求。
1.2原材料的选择以及原材料的工艺性分析
塑料是以高分子量的合成树脂为主要成分。
它在一定的温度和压力的条件下具有可塑性，能够流动变形，其被塑造成制品之后，在一定的使用环境条件之下，能保持形状、尺寸不变，并满足一定的使用性能要求的材料。
塑料中的必要和主要成分是树脂，树脂是由高分子物质所组成，它是通过聚合反应而制成的，所以又叫聚合物或称高聚物。
塑料的主要成分是合成树脂，并加入填料、增塑剂、燃料、稳定剂等各种辅料组成。
其多组成分有：
树脂、填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂等。
塑料具有：
1.质量轻；2.化学稳定优越；3.电绝缘性能好；4.比强度高；5.减摩、耐磨性能优良，自润滑性好；6.成型加工方便；7.粘结性能好；８.光学性能好；9.着色性能较强；10.导热率低的特性。
但是在目前塑料的应用中，塑料也存在着一些缺点，使其应用受到一定限制。
一般塑料的机械强度均不如金属。
塑料成型时收缩率较高。
塑料对温度的敏感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的使用温度范围远较其它材料的窄。
塑料若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生“蠕变”，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。
所以，在选择塑料时要注意扬长避短。
塑料按照受热后的表现性能，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
前者的特点是在一定的温度下，经过一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反映而硬化。
硬化后的塑料化学结构发生变化，质地坚硬，不溶于溶剂，加热也不再软化，如果温度过高就分解。
后者的特点为受热后发生物态变化，由固体软化或者熔化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成为固体。
且过程可以多次反复，塑料本身的分子结构则不发生变化。
热塑性塑料和热固性塑料的性能对比如下表。
根据手机的外壳的对强度，刚度，柔韧性，热塑性等众多方面的考虑，我们决定塑件的材料采用ABS材料。
ABS材料特性如下：
ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物），于热塑性塑料，韧性大、脆性小，适用广泛，但是尺寸稳定性差和热稳定性差
1.2.1ABS物理和化学特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物三种化学单位合成，每种单体都有不同特性；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，另一个是聚丁二烯胶分散相。
这就决定了ABS材料的耐高温性、抗冲击性及易加工性等多种特性。
缩水率为0.5%
所有手机类轻巧系列产品都提供ABS作为选项，而接近90%的轻巧类塑件产品都是由这种材料制造的。
使用者报告说ABS的原型可以达到注塑ABS成型强度的80%，而它的属性，例如耐热性与抗化学性，也是近似或是相当于注塑成型的工件，其耐热度为93.3℃，这让ABS成为功能性测试应的广泛使用材料。
ABS材料的典型用途：
汽车（仪表板、工具船门、车轮盖、反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机、搅拌机、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、及喷气式雪橇车等）等众多领域。
塑料按照受热后的表现性能，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
abs为热塑性塑料，其特点是受热后发生物态变化，由固体软化或者熔化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成为固体，其过程可以多次反复，塑料本身的分子结构则不发生变化。
但热固性塑料在一定的温度下，经过一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反映而硬化，硬化后的塑料化学结构发生变化，质地坚硬，不溶于溶剂，加热也不再软化，如果温度过高就分解。
表1.ABS为热塑性塑料与热固性塑料的区别：
ABS为热塑性塑料
成型前，塑
料中树脂分
子结构
使制品固
化定型的
模具温度
条件
成型后，塑料中树脂分子结构
成型过程中树脂所发生的变化
制品的熔化，溶解性能
塑料的使用性
常采用的
成型方法
热塑性
塑料
线型或支链状线型聚合物分子
冷却
基本与成
型前的相同
物理变化
（可能有少
量分解或
交链现象
发生）
可熔化
可溶解
反复多次使用（可回收废料）
注射、挤
出、吹塑
等
热固性
塑料
线型聚合物分子
加热（提供交联反应温度
转变为体型分子
既有物理变化，又有化学变化。
有低分子析出
既不可熔化，也不可溶解
一次性使用，因成型过程不可逆
压缩或压
注。
有的
品种可以
采用注射
1.3塑料的成型特性分析及影响因素
（1）流动性
塑件形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。
流动性的优劣以流动性等级衡量，测定流动性的方法用标准测仪器测量，测定值越高，表明流动性越好。
人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念，所谓溢料间隙是指熔体塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值，流动性越好，溢料间隙要求越小。
（2）收缩性、收缩率、比容和压缩
收缩率与：
热胀冷缩、塑料品种、成型工艺（压力、温度、时间）、模具和塑件结构有关,所以设计模具时，需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。
比容是单位重量的松散塑料所占有的体积。
压缩率是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比。
用它们可计算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容积尺寸。
注射量是决定设备的主要条件。
（3）结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂
结晶性即指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。
聚合物的结晶性与它们的结晶度能力大小有关。
挥发物含量指塑料中的挥发物包括水、氯、空气、甲醛等低分子物质的含量。
热敏性指塑料的热稳定性差的性能。
（4）熔结痕、内应力、制品的后处理
减少熔结痕，可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。
产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。
减少应力措施：
注射压力不宜取得过高，使用较高的料温和模温，保压时间要适度，可采取降压保压方法，成型后将制品进行热处理。
制品的后处理（热处理）有退火处理和调温处理。
2型腔数目的确定以及型腔型芯尺寸的确定
注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件，模具按型腔数目可以分为两类：
（1）单型腔模具
该类型仅有一个型腔的模具，每次成型一个塑件。
（2）多型腔模具
该类型有两个或两个以上的型腔，可一模制成成型多个塑件。
目前常规设计都是单层腔。
另外也有双层型腔模具，它的优点是在模板面积大小基本不变，获的加倍数量产品，提高经济效益。
2.1影响模具型腔数目的因素
确定模具型腔数目时，我们可以从以下几个方面考虑：
（1）塑件大小与设备的关系
成型大或中型塑件时，一般采用单型腔。
这一方面是考虑、塑料的充模流动性，要保证塑料充满型腔，另一方面，设计多个型腔则模具体积大而重，加工难度增大。
中、小型塑件的成型模具设计多个型腔可以较好地发挥设备和模具能力，提高生产效率，实现经济化生产。
（2）充分利用现有设备
应优先考虑利用企业自己的生产资源，如成型设备，使生产更加经济。
（3）使塑件精度比较容易得到满足
一般，塑件精度要求不高时，对模具制造以及制品成型工艺的控制要求也较低。
在此情况下，可以根据设备的能力计算，确定型腔数目。
当塑件精度较高时，型腔过多会使制品质量难以保证，模具加工费过高，型腔数目愈多，对各个型腔的成型工艺条件控制的一致性也就愈差。
（4）不使模具结构复杂化
对形状较复杂或精度较高的塑件，有时为了增加一个型腔，模具结构会变得复杂得多，模具制造精度也提高了许多，所以考虑型腔数目要注意经济效益，不合算则予以避免。
（5）视塑件生产批量要求
当塑件生产批量不大时，为了降低成本，常常设计单型腔模具。
塑件生产批量较大或很大时，模具需达到完成相应任务的能力，所以常常设计多个型腔。
（6）降低模具制造费用
模具费用是构成制品成本的一因素，为了降低制品成本，常常对模具费用作一定限制。
复杂、精密塑件，其模具每增加一型腔，加工成本增大的数量十分可观。
总之，影响型腔数目因素较多且错综复杂，应统筹兼顾，切忌犯片面性错误
本模具的型腔布置图如下：
图2（型腔位置布置图）
图2型腔位置布置图
2.2手机外壳注塑体积计算
根据塑件的生产批量及尺寸和精度要求采用一模两件。
按照图如上塑料件图所示尺寸（小孔、沟槽等部位简化）近似计算：
由于这款手机的外形酷似一个矩形，所以其的外形尺寸可以简单的近似为一个长a为114㎜，宽b为60㎜。
厚h为0.6㎜的矩形片子，再简单的去掉中间的哪个大矩形和椭圆型，该塑件的基本外形尺寸就出来了。
（其中，零件中部的那个椭圆也可以根据矩形的体积进行简单的计算），该零件体积具体计算过程如下。
其中：
=a×b×h=114×60×0.06㎜=4104㎜=4.1㎝
=3.2×2.6×0.06㎝=0.50㎝
1.42.80.06㎝=0.235㎝
所以由上可得：
=4.1-0.50-0.235㎝
=3.365㎝
塑件体积V=3.365㎝
查表6—1塑料ABS的密度为1.15~2.00g/cm（注射时取密度为1.38g/cm）
单件塑件重量级m=3.3651.38g=4.64g
2.3.型腔、型芯工作部位尺寸的确定
查表6-4ABS塑料的收缩率为0.3%~0.8%。
平均收缩率S==0.55%；
型腔工作部件尺寸：
型腔径向尺寸=[（1+S）-x△]
型腔深度尺寸=[（1+S）Hs-x△]
型芯径向尺寸=[（1+S）ls-x△]
型芯高度尺寸=[（1+S）hs-x△]
式中Ls——塑件外形径向基本尺寸的最大尺寸（mm）;
ls——塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）;
Hs——塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）;
hs——塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（mm）
C——塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）；
x——修正系数，取0.5~0.75;
△——塑件公差（mm）;
——模具制造公差，取（1/3~1/4）0。
各工作部位尺寸计算结果如图2—20所示：
通常，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1公差的部位不需要进行收缩率计算。
图3加收缩率后制品尺寸图
塑料模成型零部件的设计
模具零件按照其作用可以分为成型零件和结构零件。
成型零件如凸模（型芯）凹模（型腔），镶件，成型杆，螺纹成型杆及型环等。
结构零件如导柱，导套，斜销，滑块，导板，锁紧块，定位圈，浇口套，推杆，推件板，推管，复位杆，拉料钩，垫块，固定板等。
成型零件的大部分表面直接与塑料接触，其形状往往比较复杂，精度与表面粗糙度要求也比较高，因此在设计时除了考虑保证塑件成型外，还要求便于制造与维修。
成型零件的结构设计
构成型腔的零件叫成型零件，由于成型零件受高温高压的塑料接触，受高速料流的冲刷，并在脱模时与塑件发生摩擦磨损，因此，制作材料要求具备足够的强度、刚度和耐磨性能。
1.凹模的结构设计
（1）.整体式凹模
直接在一整块材料上加工而成的凹模即为整体式凹模。
其特点是牢固，不易变形，成型出的塑件表面不会有模具接缝痕迹。
（2）.整体嵌入式凹模
将凹模做为整体式，再嵌入模具的模板内，叫做整体嵌入式凹模。
其特点：
加工单个型腔的凹模方便；
节省贵重钢材；
易于维修更换；
各型腔凹模单独加工利于缩短制模周期。
（3）.局部镶嵌式凹模
为了便于加工或对易损部位，应采取局部镶嵌式结构。
如图4—28所示a、b为镶嵌凹模侧壁的局部凸起结构；c、d为镶嵌凹模底部的局部结构；e为对凹模中带有筋的部位，用一个或两个镶件制作后，再放入整体式凹模内。
（4）.大面积镶嵌且合式凹模
为了便于机械加工、研磨、抛光和热处理，将凹模由几部分镶嵌组合而成。
最常见的是镶拼整个凹模底部。
如图4—29、图4—30所示。
（5）.四壁拼合的组合式凹模
对于大型和形状复杂的凹模，可以把它的四壁及底分别加工经研磨之后入模套内，如图4—31所示。
2.型芯的结构设计
型芯是用来成型塑件内表面的零件。
它也有整体式和镶拼组合式之分。
成型零件工作尺寸的计算
成型零件上用来成型制品的那一部分尺寸叫工作尺寸又称成型尺寸。
（一）影响塑料制品尺寸精度的因素
1.成型零件的制造公差
所以成型尺寸的精度应当高于制品相对各尺寸的精度，一般，模具制造误差取塑件尺寸公差的三分之一或四分之一。
2.成型收缩率的影响
它包括设计模具选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及成型塑件时由于工艺条件波动、材料批号发生变化而造成塑件收缩率值的波动，前者造成塑件尺寸系统误差，后者造成塑件尺寸的偶然误差。
3.成型零件的磨损量
塑料在型腔中高速流动而冲刷型腔壁，脱模时，塑件与型腔、型芯相摩擦。
由于成型过程中的磨损，凹模尺寸变得越来越大，型芯尺寸变得越来越小。
假设型芯周向为均匀磨损，故认为中心距尺寸基本保持不变。
4.安装配合误差
成型过程中无动作要求的成型零件，一般采用过渡配合安装。
要求动作的零件，如型芯，要求间隙配合安装，则对制品尺寸带来误差，动模与定模时，会产生合模位置误差。
5.水平溢边厚度的波动
采用溢式压缩成型塑件时，其水平溢边厚度常因工艺条件等因素的变化而波动，从而使制品高度尺寸误差增大。
因此将压缩成型塑件的高度尺寸视为受模具活动部分影响的尺寸。
综上所述，制品可能产生的最大误差δ为上述各种误差的综合，即
δ=δz+δc+δs+δj+δf
δz——成型零件制造误差
δc——型腔使用过程中的总磨损量
δs——塑料收缩率波动引起塑件尺寸变化值
δj——因配合间隙变化引起塑件尺寸的变化值
δf——压制件水平溢边厚度波动引起的塑件高度尺寸变化。
各种误差累积后的误差值δ应小于或等于塑件的尺寸工差Δ，即δ≤Δ
3浇注系统的设计
浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具的行腔以前所流经的一段路程的总称。
浇注系统包括：
主浇道分浇道冷料穴浇口等组成。
3.1确定浇住系统的原则：
塑料成型特性设计浇住系统应适用所有塑料的成型特性的要求，以保证塑件的质量。
塑件的大小和形状根据塑件的大小形状壁厚技术要求等因素，结合分形面同时考虑浇注系统的形式，进料口数量和位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接
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