智能手机后盖的成型工艺及其模具设计学位论文.docx
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智能手机后盖的成型工艺及其模具设计学位论文
毕业设计
题目智能手机后盖的成型工艺及其模具设计
学生姓名XXX
专业班级XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
学号XXXXXXXXXXX
院（部）XXXXXXXXXXX
指导教师（职称）XXXXXXXXX
完成时间2016年6月8日
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1国外模具发展现状1
1.2我国模具发展的现状及发展趋势1
1.3模具发展的主流方向2
2制品的成型工艺3
2.1智能手机后盖的选题背景3
2.2手机后盖结构3
2.3塑料原材料4
2.3.1塑件材料的选择4
2.3.2塑件材料性能分析4
3模具设计5
3.1选定型腔数量和排列方式5
3.2分型面的确立6
3.2.1分型面的选取原则6
3.2.2模仁尺寸的确定7
3.3选取模架8
3.4浇注系统10
3.4.1主流道的设计10
3.4.2冷料井和拉料杆的设计11
3.4.3分流道浇口的设计12
3.4.4浇口的设计13
3.5顶出系统14
3.5.1复位的设计15
3.6侧向分型与抽芯机构的设计15
3.7冷却系统16
3.7.1冷却管道的影响16
3.7.2冷却系统17
3.7.3冷却道开设原则17
3.7.4冷却水道的结构18
4模具的装配19
4.1组件型腔型芯和动模板的装配19
4.2推杆的装配要求20
4.3模具总装配程序20
4.4该模具的装配要求21
5Moldflow成型工艺分析21
5.1模流分析概述21
5.2对塑件进行网格划分22
5.3成型窗口分析23
5.4充填分析23
6结束语25
致谢26
智能手机后盖的成型工艺及其模具设计
摘要
塑料在当今世界使用非常广泛，塑料工业也在飞速发展，塑料工业的发展也带动了注塑模具的发展。
着重研究注塑模具对认识塑料产品的生产过程，以及提高产品质量有很大意义。
本次设计针对产品注射成型的基本过程。
首先选取合适的智能手机后盖，利用UG进行分模；方便模具制作滑块；设计浇注系统、冷却系统、顶出系统；制作模具装配图。
利用CAD绘制装配图及其零件图。
也相应的介绍了标准模架的选择。
另外有冲模时间，最佳浇口选择。
利用CAE软件及其CAD软件进行模具设计能够大大提高工作效率，在设计过程中可以提前预知设计效果，Moldflow可以预测产品性能，这些软件对今后模具设计依然有很大影响。
关键词：
塑料；注塑模具；模具结构
Smartphonebackcoverinjectionmolddesign
ABSTRACT
Plasticiswidelyusedintheworldtoday,theplasticsindustryisalsodevelopingrapidly,thedevelopmentoftheplasticsindustryhasalsoledtothedevelopmentofinjectionmolds.Itfocusesontheunderstandingoftheproductionprocessofplasticinjectionmoldplasticproducts,andimproveproductqualityhasagreatsignificance.
Thebasicdesignprocessforinjection-moldedproducts.First,selecttheappropriatesmartphonecover,useofUGparting;moldmakingeasyslider;designgatingsystem,coolingsystem,ejectionsystem;makingmoldassemblydrawing.TheuseofCADassemblydrawingandpartdrawing.Accordinglyitintroducedaselectionofstandardmold.DieAnothertime,choosethebestgate.
TheuseofCAEsoftwareandCADsoftwareformolddesigncangreatlyimproveefficiencyinthedesignprocess,designeffectscanbepredictedinadvance,Moldflowcanpredictproductperformance,molddesignsoftwareforthefuturestillhasagreatinfluence.
Keywords:
Plastic;Injectionmould;Themouldstructure
1绪论
1.1国外模具发展现状
高新技术的成熟得到广泛运用，其中模具发达的国家欧美利用高新技术不断谱写新的篇章，充分利用高新技术快速生产出优质的模具。
随着CAD/CAE/CAM的广泛应用，实现了信息技术带动模具工业的发展，并且大大提高其优越性。
目前模具相对发达的国家有美国，德国，日本等，对于高精度模具的开发以及复合性模具的开发都遥遥领先于其他国家。
同时培养出一大批精干的技术研发人员。
由于CAD/CAE/CAM的广泛运用，已经可以越过二维图阶段，3D设计已经达到60%~90%。
PRO/E、UG等软件运用很广泛，这些软件既能完成2D绘制，又能完成3D建模。
把信息化带入到工业生产中显著提高了其生产效率，使制造业进入到自动化时代，对精度有了极大的提升。
随着计算机的广泛应用，硬件也在不断提升，工业发达的国家CAD/CAE/CAM技术也不断提升，在计算机上进行成型过程分析有效的减少了模具报废以及返修的情况，模具的质量得到了提高，成本逐渐减少。
1.2我国模具发展的现状及发展趋势
我国塑料模具的发展极其迅速。
越来越多的人认识到模具的重要性，模具技术水平的高低可以衡量一个国家制造业水平高低。
我国也逐渐广泛使用CAD/CAE/CAM，目前我国是世界上最大的模具进口国。
相比模具发达国家我国模具在其技术上还是比较落后，专用模具钢材料钢品种太少，很大程度限制了我国模具制造。
CAD、CAE、FlowCool常用软件应用比例并不高；专业的模具工厂少；目前企业缺乏专业性，多数企业追求大而全。
只有提高模具设计水平及其制造水平才能有更好的国际竞争力。
近年来，我国模具行业结构也在不断调整，体制改革也在加快步伐。
我国注重了精密模具、复杂模具、中高档模具、大型模具、长寿命模具及其模具标准件的发展，使得发展速度超过了一般模具。
压铸模和塑料模的比例增大；专业的模具厂也在增多，生产能力也在增加。
“三资”及其私营企业的迅速发展等。
1.3模具发展的主流方向
科学技术的不断进步促使模具发展的步伐越来越快，塑件质量的要求也不断提高，模具技术也在向高效率、高精度、微型、大型、自动化、精密、高寿命的方向发展。
主要表现在以下方面：
（1）成型塑料理论的研究进展；
（2）新的成型方法不断出现；
（3）塑件趋向于精密化、超大型化以及微型化；
（4）开发出新型模具材料；
（5）模具CAD/CAM/CAE技术发展迅速；
（6）模具大量采用标准化。
2制品的成型工艺
2.1智能手机后盖的选题背景
随着科技的发展通讯已经成为了全世界必不可少的部分，手机自然也成为了我们的必需品。
手机的出现使得我们通讯更加方便，相比固定电话更容易携带，手机发展速度极快，每年都会有大量的新手机出现在市场，手机功能也由原来的只是用来打电话发短信时代过渡到智能时代，只能手机很大程度的方便了我们的生活，也成为了我们生活中必不可少的工具。
随着我们对手机的功能要求不断提高，也对机身外观以及手感不断提高要求，只有自己感觉漂亮而且手感又好的手机才能成为自己最好的通讯工具。
由此可见，智能手机后盖也是机身并不能忽视的部分，后盖决定手感。
在如今手机科技不断发展的时代里，手机配置都达到了顶峰，所以外观漂亮并且手感完美的手机会成为人们最佳选择。
综上所述，智能手机已经必不可少，手机后盖工艺也要得到提高，制造出完美的手感才是当今手机市场竞争的最大法宝。
2.2手机后盖结构
此设计塑件是智能手机后盖造型，塑件为长方体形状，由于是用在外面，所以对精度，尺寸的要求并不高，经过对此智能手机后盖分析，选择一般精度等级13级精度即可。
智能手机后盖塑件的形状如图2-1所示。
可以看出，此塑件轮廓相对规则，相对容易容易模塑，分模方向相对容易选择，其厚度也较小，比较容易脱模即采用单分型面。
图2-1智能手机后盖塑件图
该塑件长度约126mm，宽约86mm，高度约6.8mm。
为了减小成型时流动阻力并且能充满型腔，不浪费原材料，也能提高固化效率，壁厚不宜过大也不宜过小，即选择塑件壁厚为1mm合适。
2.3塑料原材料
2.3.1塑件材料的选择
市面上适用于手机后盖的材料有很多，主要有PP,PE,PVC,ABS等，根据市场调查，智能手机后盖选取ABS作为材料。
2.3.2塑件材料性能分析
ABS，热塑性塑料，英文全称为：
acrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer，中文：
上研发出来的一种新型塑料。
它是三元共聚物，其中三个单体分别是丙烯晴、丁二烯以及苯乙烯。
在性能方面表现极其优异，在其坚固、坚硬、坚韧等方面都有优良性能。
塑件材料选择也要兼顾经济效益，该材料价格较低，并且供给量很大，已经是应用范围最广泛，产量最高的工程材料。
3模具设计
3.1选定型腔数量和排列方式
模具型腔数量的确定
（1）塑件制品均已批量生产为主，并且还要在合理的交货期内完成生产加工，另外还有塑件成本的考虑。
批量生产适合选用多型腔来提高生产效率，但是多型腔的选择会给制品精度带来影响，根据调查增加一个型腔，会影响制品尺寸精度的4%。
（2）在质量要求方面，根据制品精度要求的高低选定型腔数量，对于精度要求过高的产品使用一模多腔未必有利，对于精度较低的制品采用一模多腔更有效率，所以应该严格根据精度要求来确定模腔数量。
（3）注塑机的选择对型腔数量也有影响，注塑机的能力很大程度决定塑料塑化效率，使得塑化塑料可以迅速到达型腔。
（4）根据塑件本身形状尺寸的大小以及品种来确定型腔数目。
模具型腔数目决定其生产效率，基于经济性考虑，并不能盲目选择型腔数目，另一方面精度也要有一定的保证。
经过分析本设计选择一模四腔比较合适。
型腔排列方式
（1）从加工生产效率方面来说，应该保证各型腔压力能够平均分的型腔总压力。
为了保证其性能以及尺寸尽可能相同，各型腔要满足尽可能均匀充满，补料时要尽可能的均衡。
（2）加工生产中会产生很多废料，减少废料的出现也是重要环节，其主流道到各型腔流程短会有效解决废料较多的问题。
（3）每个型腔之间应该保证尽可能大的间距，方便在空间内安装冷却水道推杆等，注射时要有足够大的截面积来承受注射压力。
针对本设计采取一模四腔，其型腔布局如图3-1所示。
图3-1型腔布局
3.2分型面的确立
3.2.1分型面的选取原则
在模具上，用来使塑件和凝料脱离模具的接触面称为分型面，也叫作分模面。
模具的结构形式取决于分型面的设计。
分型面的类型、形状及位置与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，不仅直接关系到模具结构的复杂程度，也关系到塑件的成型质量。
其确立原则如下：
（1）避免模具结构复杂化，便于塑件脱模；
（2）确保塑件外形美观和尺寸准确；
（3）便于侧向抽芯和分型；
（4）利于模具排气；
（5）利于避免溢料，产生飞边；
（6）便于成型零件的加工
模具的分型面取决于分型线，分型线的选择可利用三维制图软件确定。
设计分型面时应尽可能避免复杂化，使塑件易于脱模以及模具制造简单。
按照分型面的设计原则和塑料制品的原料特性，确定分型面如图3-2所示。
图3-2分型面
3.2.2模仁尺寸的确定
模仁又叫镶块，英文全称DIECORE。
塑件的成型部分在模仁内部，它是注塑模具中至关重要的组成部分。
塑件的形状变化不一，其对照的镶件结构难易程度也就大不相同。
如今模具厂家大部分选用镶件结构，在模具部件加工方面看，其实模仁的加工花费了大多数时间。
镶件尺寸的设计是由产品的形状大小和布局确定的。
在确保钢料高强度的必要条件下，镶件越紧凑越好。
设计模仁尺寸下列两种方法：
（1）计算法：
该方法一般通过相关的复杂公式对模腔壁厚进行校核及计算，即可得到模仁尺寸。
此方法不足之处的是实行困难由于产品的形状各式各样，但公式对应的却是统一标准的模型。
（2）估算法：
这是根据工厂中的实际生产经验，结合产品形态估算出模仁的大小。
这种方法，虽然无法得到精准的模仁数值，但是在实际生产中却能够节省大量的设计时间，提高生产效率。
针对本次设计的模仁尺寸为220x140mm，可采用倒R角形式。
其模仁尺寸如图3-3所示。
图3-3模仁尺寸
3.3选取模架
模架的选择是模具设计的重要环节，模架的大小是否合理直接影响了模具的质量，所以选择合适的模架把模具各个部分联系在一起是关键。
如图3-4所示是标准模架，可以看出模架的基本组成部分，其中包括：
定模座板，导柱导套，动模板，垫块，动模座板等部分组成。
模具的设计主要是形成塑件外形的动、定模零部件以及脱模顶出机构的设计，几乎模具上的所有零部件都是选择一定尺寸的标准件，尤其是模架。
图3-4模架
模架有严格的技术标准，主要在模具的设计过程中，模具的制造过程中，应该遵循其技术规范，还有基准及其准则。
它具有以下定义：
（1）可以减少很多设计人员的重复工作；
（2）打破了模具制造业追求“全”的生产局面，专业生产越来越多；
（3）标准化模具有利于CAD/CAM技术的运用；
（4）标准化模具更有国际地位，更有利于出口，也有利于国际交流。
查询资料，针对本设计选取模架。
具体数据如下：
模宽B1=300mm，模长L=350mm；
模板A=80mm，材料45钢；
模板B=90mm，材料45钢；
垫块C=9mm，材料45钢；
型芯固定板厚度25mm，推件板厚度20mm。
动模板材料选取45钢，高度为25mm，定模扳材料依然用45钢，高度为25mm。
模架的总高度计算得：
H=300
经过以上刚度和强度校核，可以看出都是满足要求的，所以选取标准模架作为本设计模架合适，其标准模架图如图3-5所示。
图3-5标准模架
3.4浇注系统
3.4.1主流道的设计
机台喷嘴至分流道口的一段料流道被称为主流通道,其通常被定位于模具的中心,是熔料进入腔体内部最先经过的部位.主流道就是浇口衬套里面的那个锥形通道。
一般情况下浇口套和定位环是结合使用的。
其设计原则:
（1）使凝料能够从主流通道中不受阻碍的被拔出来，主流道设计成
=2°~6°的圆锥状，锥度适当即可，太大会造成压力减小，容易混进空气产生气孔，锥度过小的话，会使液体的流速增大，造成注射的困难。
内壁光洁度应该小于Ra=0.8
，小端直径通常为4~8mm，凹坑R比喷嘴头半径大
，小端的直径应该大于喷嘴直径约
，否则主流道中的凝料将会无法顺利拔出。
（2）为了避免主流通道与熔融状态的材料和喷嘴重复的接触和撞击而损坏，主流道的设计要求是能够耐高温和摩擦，所以有必要设计成可拆卸衬里，因此，有必要使用高质量的材料来进行主流道的加工。
（3）套不同的模具结构考虑的选择，当浇口套与塑料接触面积比较大时，会造成腔衬里的抗压力很容易转向或退出模具，所以设计的房子。
（4）主流通道要尽量的减少拼块结构，以防止有液态塑料进入接缝中，使脱模时难度加大。
（5）流道要尽量设计的短一些，这样不仅能够节省材料，减少冷料的回收，还能减小压力和热量的损失。
（6）流道和喷雾相接触面积最大的地方，需要一个半球形的凹坑，深度一般取3-5mm，同时浇口直径一般比机喷嘴大约1至2mm，以防止过多的的材料残存积压，造成压力减小、溢胶以及浇口破裂。
针对本设计定位圈和衬套的工程图如图3-5所示
图3-6定位圈和衬套的工程图
3.4.2冷料井和拉料杆的设计
冷料存储通常被设计在动模板与主流通道向对的位置,避免冷料在腔体填充时因存在温差而使注塑零件的生产质量受到影响，同时也使存储的冷料具有在分模时将主流通道中凝固的材料从衬套中脱离，并残留在动模上。
本次冷料储存采用Z形拉料杆,其设计尺寸如图3-6所示。
图3-7冷料穴
3.4.3分流道浇口的设计
分流道是连接主流道与塑件腔的一段流道，它的存在是为了在最小压力损失的情况下，将黏流态原料速度很快的送到浇口处以便充模并减少回收的冷料量。
所以，分流道的截面积不会很大，同时也不能太小。
若分流道的截面积太小，会降低单位时间内输送的原料量，导致充模时间增长，塑件会出现烧焦、缺料、波纹、甚至产生前陷；而如果分流道的截面积太大，在模具型腔内容易残留气体，会造成产品上有缺陷，还会使冷料回收量增加，同时还加长了产品的冷却时间，会使生产效率产生很大程度的降低。
在实际应用中比较常用的类型有：
圆形、半圆形（U形）、矩形和梯形。
本次设计中分流道选择圆形，其直径为6mm，其结构如图3-8所示
图3-8分流道
3.4.4浇口的设计
浇注系统的结束部分就是浇口，浇口的形状一般为一段细而短的通道。
浇口的设计主要是为了使熔体能够迅速均匀的充满各个腔体，保证注塑零件的成型密度均匀,同时,浇口处的液态塑料能够在较短的时间内冷却凝固，防止熔体逆流,使凝料在塑件成型后能够容易分开,也不会产生特别明显的浇口,是零件外观质量受到影响.
另外，选择的浇口位置不合适，则会造成成型零件产生明显的熔接痕迹，其痕迹所在的部位机械强度大大降低，成为最薄弱的环节，所以，注塑产品在实际应用中受力的地方不能是浇口，一定要避免出现连接痕迹，这关乎到注塑零件能否被高质量的成型成功。
结合本次产品,选择侧浇口比较合适，浇口的设计如图3-9所示。
图3-9浇口的设计
3.5顶出系统
顶出系统的用途是在塑件成型冷却后，把制件从模具上顶出的系统；该系统的设计要求是：
不能和模具的任何部件发生冲突和摩擦；顶出顺利且简便。
并且顶出完毕后，能够有较好的定位。
顶出系统的结构及要点分析：
（1）顶杆的布局及相对尺寸要相互平衡，并不与模具上其他零部件相发生摩擦，碰撞。
（2）在制件冷却后顶出时顶出系统保持到动模的一旁。
（3）与顶杆相接处的部位是制件的非工作表面，用意是提高制件的表面质量和外观质量。
（4）顶杆的顶出力要均匀，顶出部位一般选在制件壁厚较厚强度较大的部位，防止由于顶力过大使制件变形和顶烂。
（5）顶出系统要设计的顶出方便，易于定位和复位。
本设计采用的是圆顶针顶出，其加工容易，造价也低廉，结构具有稳定性。
并且精度较高容易定位，摩擦力也不大，故选用圆形顶针顶出，如图3-10。
图3-10顶出系统
3.5.1复位的设计
制件在成型冷却后，推件板带动顶针将制件顶出模具的过程叫脱模。
在本设计中脱模就是利用推件板、顶针和滑块的联动使得制件脱离模具。
3.6侧向分型与抽芯机构的设计
当塑件上有和开模方向不同的侧孔时，在脱模之前必须先抽调侧型芯，不然无法完成脱模，能完成该过程的机构为侧向分型与抽芯机构。
针对本设计选用斜导柱分型与抽芯机构（如图3-11），其原理是利用斜导柱把开模力传给侧型芯，使得侧抽芯发生侧向移动完成抽芯动作。
1-楔紧块2-定模板3-斜导柱4-侧型芯
5-弹簧6-滑块7-螺钉8-限位挡板
图3-11斜导柱抽芯机构动作原理
斜导柱的形式主要有圆形断面和矩形断面（如图3-12）。
针对本设计选用图a圆形断面，其特点是装配容易，方便制造，应用广泛。
图3-12斜导柱的形式
滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零件，其结构主要有两种形式：
整体式和组合式。
针对本设计选择组合式，其滑块结构如图3-13所示。
图3-13滑块结构
3.7冷却系统
3.7.1冷却管道的影响
（1）根据物料的性能不同，模具需要适宜的温度才能保证塑件的正确成型；若温度过低，则模腔里的塑料不能完全融化，使得充模困难，增加了模腔的受力，浪费了充模压力；甚至不能充满模腔，造成制件表面有缺陷。
温度过高，会烧坏制件，使得制件扭曲变形。
（2）当模温不稳定时，会导致收缩率的突变，不仅会造成塑件的尺寸变化而且当收缩率浮动偏大时，会造成脱模困难，甚至会顶烂制件，影响生产效率。
（3）型腔和型芯设计的水路布置和设置要相同，防止两模的的温度不同会造成塑件的收缩率问题，使得制件上面有类似熔接痕的皱纹。
（4）合理模温有利成型，可以保证塑件的外观尺寸质量
（5）模温有过大的浮动时，会使制件的内应力增加，成型后会使制件变形甚至会裂开。
（6）冷却管道合理布置，使得模温正常，使得制件的表面光滑，色泽均匀。
3.7.2冷却系统
影响冷却时间的因素有如下：
（1）模具材料；
（2）冷却介质温度和及流动状态；
（3）模塑材料；
（4）塑件壁厚；
（5）冷却回路的设计；
（6）模具温度。
通常，注射机喷嘴喷出的塑件的温度都在190ºC以上，成型后塑件在温度约为65ºC，然后冷却，使得热量流失掉，才能固化成型，最后才能顺利脱模。
3.7.3冷却道开设原则
冷却系统的设计原则：
（1）冷却水管要布置均匀，保证冷却的面积能够满足要求
（2）每个冷却水路距离型腔和制件的相对位置要相同，保证模温各处基本相同
（3）浇口处多加水路冷却
（4）冷却水路的的进口处和出口处的水温要相对保持平衡
（5）应在制件收缩的趋势路线上放置水管
（6）易产生熔接痕的部位禁止设置水路
（7）冷却水管的接头位置要设置合理
3.7.4冷却水道的结构
根据本设计的手机后盖属于尺寸较大的片体零件，所以将水管的设计成R=8MM的内径，并有4个冷却水管设置在滑块上。
型芯，型腔冷却水道分别如图3-11,3-12所示
图3-14型芯冷却水道设计
图3-15型腔冷却水道
4模具的装配
本次模具设计以模板相邻的侧面作为该模具的装配基准，磨削模板相邻两侧面成90°，最后模具侧面为基准面，安装定模和动模上的剩余零件。
4.1组件型腔型芯和动模板的装配
通过该模具的结构可以得知，该模具结构采用埋入式型芯装配，另外固定板沉空和型芯的尾部是过度配合。
由于固定板沉孔在加工过程中一般都是采用立铣加工，所以在修整配合部分中，要注意其动模以及定模的相对位置，如果修配不当，会导致装配后的型芯与定模配合不能相互配合。
埋入型芯还用螺钉紧固。
其型腔则采用镶入法，在装配过程中选取合适的装配基准，保证其装配关系。
装配好后还打
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