玩具手机外壳注塑设计.docx

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玩具手机外壳注塑设计

论文编号：

0815

成人高等教育

毕业设计（论文）

题目玩具手机外壳注射模设计

学院机电工程学院

专业机械制造与自动化

年级

姓名李宝佳

指导教师张小清

（200年月）

广东技术师范学院继续教育学院制

塑料模毕业设计（论文）任务书

设计课题：

玩具手机外壳注射模设计

学生姓名：

李宝佳

班级：

2008模具技师1班

参与设计者：

李志华

附：

玩具手机外壳（塑件）零件图\

塑料材料：

ABS生产批量：

30万件/年

用户要求：

塑件表面无熔接痕、气泡、斑点、翘曲。

任务下达时间：

年月日

毕业设计（论文）开始与完成时间：

年月日至年月日

指导教师：

张小清时间：

前言

光阴似箭，在校的大学三年的学习一晃而过，为具体的检验这三年来的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为手机壳的注塑模具。

本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，模具结构较为简单，对模具工作人员提高理论联系实际的能力是一个很好的练习。

它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。

本次设计以手机壳注射模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。

能很好的学习致用的效果。

在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。

把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。

在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。

由于本人才疏学浅，知识根底不牢，缺少经验，在模具结构设计计算和编写

设计说明书的全工程中，得到张老师、钟老师以及其他机械、模具基础课的老师的细心指导，同时也得到同学的热情帮助和指点，在此谨以致谢。

敬请各位老师和同学批评指正，以促我在以后的工作中减少类似的错误，做出成绩，以报恩师的淳淳教诲和母校的培养。

前言

1、塑件的工艺分析……………………………………5

1.1．塑件原材料的分析……………………………………5

1.2．塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析…………………7

1.3．塑件体积的估算………………………………………7

1.4．塑件的注射工艺参数…………………………………8

2、拟定模具结构形式…………………………………8

2.1．确定型腔的数量及排列方式……………………………8

3、分型面位置的确定…………………………………9

4、浇注系统形式和浇口的设计……………………10

4.1．主流道的设计………………………………………10

4.2．分流道的设计………………………………………11

4.3．浇口的设计…………………………………………12

4.4．冷料穴的设计………………………………………13

4.5．浇注系统平衡………………………………………13

5、排气系统、冷却系统的设计……………………14

5.1．排气系统的设计……………………………………14

5.2．冷却系统的设计……………………………………14

6、成型零件的设计与加工工艺………………………15

6.1．型腔的设计与加工工艺………………………………15

6.2．型芯的设计与加工工艺………………………………16

6.3．斜顶的设计与加工工艺………………………………18

7、注射机的选择………………………………………19

7.1．由公称注射量选定注射机……………………………19

8、注射机与模具尺寸的关系校核…………………198.1.模架的选定………………………………………20

8.2.模具强度和刚度的校核………………………………21

9、模具的装配过程……………………………………22

10、模具的工作过程……………………………………23

11、结束语…………………………………………………24

12、总结与致谢词………………………………………24

13、参考文献……………………………………………25

附录1常用塑料收缩率标称参考表…………………34

附录2塑件公差数值表……………………………35

附录3不同截面形状分流道的流动…………………37

附录4标准公差表………………………………………38

附录5公制内六角螺钉…………………………………38

玩具手机壳注射模设计

2008模具技师1班

李宝佳

摘要：

本设计依据注射成型的基本原理，特别是注射模具的结构与工作原理，对注塑产品作出了详细的分析；本次设计采用了斜顶装置进行脱模，详细介绍了结构设计、注射模具浇注系统的设计过程，并对相关参数进行了校核计算。

通过本次设计，让我掌握查阅资料与手册的能力，能够熟练运用CAD模具设计；并且掌握了模具设计方法和步骤，了解模具的工艺过程。

关键词：

注塑模具；斜顶；加工工艺；分型面

引言：

本次设计以注塑玩具手机按键部分的外壳为主题，综合了成型工艺分析，模具结构设计，模具零件的加工工艺，到最后的模具装配等一系列模具的生产制造过程。

在设计该模具的过程中，总结了以往模具设计课程种的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。

把以往学过的基础课程知识综合的应用到本次设计当中。

1、塑件的工艺分析

1.1．塑件产品的材料分析

图

（1）产品图

根据该产品的结构要求和表面质量的要求，该产品的材料需要有一定的承受外载的能力，并且在较高或较低的温度下均能具有良好的机械性能和尺寸稳定性。

为此，该产品选择流动性适中且综合性能较好的非结晶性塑料――ABS，该塑料具有以下几种特性：

1）．丙烯腈―丁二烯―苯乙烯共聚物（简称ABS）是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。

这三种组成部分的各自特性，使ABS具有突出的力学性能和良好的综合性能。

丙烯腈使ABS拥有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS具有优越的柔性和韧性，苯乙烯使它有良好的加工性能和染色性能。

2）．ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料制件有较好的光泽。

拥有极好的抗冲击强度，且在低温下也不会迅速下降。

3）．ABS具有良好的力学强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。

水、机盐、酸、碱类等对ABS几乎没有影响。

4）．有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。

5）．经过调色可以配成任何颜色。

6）．ABS具有良好的电镀性能，是所有塑料原料中电镀性能最好的。

7）．ABS的流动性好，但容易产生啤塑披锋，溢边值为0.04mm。

8）．其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70℃左右，热变形温度约为93℃左右。

耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

根据ABS中三种组成成分的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用场合。

1.2．塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

1）．塑件的结构分析

本产品为玩具手机按键部分的上壳，零件的总体形状不规则。

因为产品是一个玩具零件，所以尺寸精度及形状精度的要求不高。

该产品选择一模两腔的成型方式，且每个产品都有三个倒扣，须加工同等数量的斜顶（即6个斜顶）。

2）．塑件尺寸精度的分析

根据产品的用途，模具采用一般的精度等级进行加工生产即可。

查书本《模具设计经验点评》附表H2，根据选择的塑料原料ABS，确定该产品的模具采用MT3级的制造精度进行加工生产。

MT3级属于一般的精度等级，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。

3）．表面质量的分析

该零件的外观表面要求较高，不可有油污、伤、缺胶、多胶、缩水、夹水纹以及披锋等缺陷。

另外外观表面是磨砂表面，而非光滑表面，使用时手感更佳。

所以要求模具在设计时要选择正确的进胶点以及在啤塑时需严格控制好啤塑参数。

综上所述，注塑时在工艺参数控制得好的情况下，制件的成型要求可以得到保证。

1.3．塑件体积的估算

计算塑件的体积是为了根据此参数选择适用的注塑机

通过Pro/E的高级功能对制件的体积进行估算得：

V≈8452mm³

因为该制件为一模两腔的成型方式，所以2V=16904mm³

1.4．塑件的注射工艺参数的确定

根据制件所采用的原材料ABS，选择正确的成型工艺参数。

参数如下：

ABS塑料原料的主要性能指标

密度　——　1.05g/cm³

收缩率　——　0.5%

熔点　——　130―160℃

热变形温度　——　65―9845N/cm

弯曲强度　——　80Mpa

拉伸强度　——　35―49Mpa

拉伸弹性模量　——　1.8Gpa

弯曲弹性模量　——　1.4Gpa

压缩强度　——　18―39Mpa

缺口冲击强度　——11―20KJ/㎡

硬度　——　R62―86HR

体积电阻系数　——　10Ωcm

击穿电压　——　15kv.mm﹣¹

介电常数　——　60Hz3.7

ABS塑料原料的注射成型工艺参数

注塑机类型：

螺杆式

螺杆转速（r·min）30―60

喷嘴形式：

通用式

料筒一区（℃）200―210

料筒二区（℃）210―230

料筒三区（℃）180―200

喷嘴温度（℃）180―190

模具温度（℃）50―70

注塑压力（Mpa）70―90

保压压力（Mpa）50―70

注塑时间（S）3―5

保压时间（S）15―30

冷却时间（S）15―30

成型周期（S）40―70

注：

此参数仅供参考，可根据实际应用情况做调整。

2、拟定模具结构形式

2.1．确定型腔的数量及其排列方式

该产品采用“一出二”的成型方式，及一模两腔。

考虑到模具成型零件和斜顶以及出模方式的设计，模具型腔的排列方式如图

（2）所示：

图

（2）模具型腔的排列方式

3、分型面位置的确定

如何确定分型面，需要考虑的因素比较多。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

3）保证塑件的精度要求。

4）满足塑件的外观质量要求。

5）便于模具加工制造。

6）对成型面积的影响。

7）对排气效果的影响。

8）对侧向抽芯的影响。

其中最重要的是第2点、第5点、第8点。

为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面、易于加工的分型面。

塑件为手机按键部分的上壳,为满足其外观要求应把塑件分到动定模一侧。

由于该塑件的结构形状并不是很复杂,大部分是曲面。

长度较中,高度较矮，把它分型到动模一侧。

通过综合考虑,将分型面设在塑件的内表面的最大轮廓处.如下图（3）所示：

图（3）塑件分型面

4、浇注系统形式和浇口的设计

4.1．主流道的设计

1）.主流道尺寸

主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

主流道小端尺寸为3～3.5mm。

2）.主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严格。

因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套，这里称为唧咀），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。

唧咀都是标准件，只需购买适用的就行了。

常用唧咀分为有托唧咀和无托唧咀两种，我们选择的是无托唧咀，如图（4）所示。

有托唧咀用于配装定位圈，无托唧咀与定位圈配合使用。

唧咀的有Φ12mm，Φ16mm，Φ20mm等多种规格。

这里选的唧咀为Φ12mm。

图（4）无托唧咀

4.2．分流道的设计

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。

它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。

因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

1）分流道的形状及尺寸

为了便于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。

常用的分流道截面形状一般可分为圆形、矩形、U形、半圆形及梯形等，这里选择的便是圆形。

分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构（大小和壁厚）、所使用塑料的工艺特性、成型工艺条件及分流道的长度更因素来确定。

由理论分析可知，圆形截面的流道总是比任何其他形状截面的流道更可取，因为在相同截面积的情况下，其比表面积（流道表面积与体积之比值）最小，即它在热的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供的接触面积最小，因此从流动性、传热性等方面考虑，圆形截面是分流道比较理想的形状。

这里我们选择的便是圆形的截面，分布如下图（5）所示：

图（5）分流道

4.3．浇口的设计

（1）．浇口位置的选择

浇口位置的选择浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。

除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，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。

点浇口又称针点式浇口、橄榄形浇口或菱形浇口，其尺寸很小。

这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表面粘度下降，流动性增加，有利于填充。

考虑到产品的外观问题，我们选用点浇口。

形状如图（6）所示：

图（6）点浇口

（2）．浇口位置的选择

一般在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构工艺及特征、成型质量和技术要求，并综合分析塑料熔体在模内的流动特性、成型条件等因素。

通常考虑以下几项原则：

1）．尽量缩短流动距离

2）．浇口应开设在塑件壁厚最厚处

3）．必须尽量减少或避免熔接痕

4）．应有利于型腔中气体的排出

5）．考虑分子定向的影响

6）．避免产生喷射和蠕动（蛇形流）

7）．不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口

8）．浇口位置的选择应注意塑件的外观质量

4.4．冷料穴的设计

在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。

位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。

为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，

常用的是端部为Z字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。

本模具中的冷料穴的具体位置和形状采用Z字形和拉料杆的形式。

实际上只要将分流道顺向延长一段距离就行了。

4.5．浇注系统平衡

对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到统一的充填和成型。

一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。

该产品基本是对称的形状，型腔采用并列对称排列。

显然，我们设计模具是平衡式的。

5、排气系统、冷却系统的设计

5.1．排气系统的设计

当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。

如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表部轮廓不清及充模缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。

注射模成型时的排气通常有以下四种方式进行：

1）利用配合间隙排气。

2）在分型面上开设排气槽排气。

3）利用排气塞排气。

4）强制性排气

考虑到本次设计的制件，采用了斜顶的结构，在这里采用第一种方式排气比较合适。

利用推杆，斜顶等与模板的配合间隙进行排气，这里取间隙值为0.03-0.05mm。

5.2．冷却系统的设计

注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。

注射模中设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。

冷却系统的设计原则有以下几项：

1）冷却水道应尽量的多、截面尺寸尽量的大

2）浇口处加强冷却

3）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等

4）冷却水道出、入口温度差应尽量小

5）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置

6）必须尽量避免接近塑件的溶接部位

7）防止冷却水的泄露，凡是易泄露的部位要加密封圈等

根据各设计原则，通过综合考虑，抓住主要矛盾，从而选择合理的冷却系统，其位置如图（7）所示，该模具的冷却水道较多，冷却效果较好，冷却时间较短。

且水道的加工也比较容易。

图（7）冷却系统的设计

6、成型零件的设计与加工工艺

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括型腔、型芯、镶块、成型杆和成型环等。

成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。

因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。

设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。

6.1.型腔的设计与加工工艺

该制件的型腔模设计为组合式。

型腔材料选择进口钢材718钢，硬度为35HRC；型腔板是根据Pro/E分模成形的，底面是平的，由于制件高度较小，型腔板受的压力较小。

据经验，厚度需设计厚点，另外还要考虑到固定型腔板的紧固螺丝孔的位置、运水（冷却水道）的布置、分流道孔、进胶位及冷料穴、各枕位等的加工方法。

设计前型腔板的总体尺寸为168×156×43mm。

最终设计结构如图（8）所示：

图（8）型腔板

成型零件结构设计完成，就可以开始为零件的毛胚下材料和加工制作等。

型腔板的设计尺寸为168×156×43mm，由于塑件为玩具手机外壳的按键上壳,表面要求美观。

相应的型腔的尺寸精度与表面粗糙度要求都比较高,成形表面的粗糙度为Ra0.1-0.2。

型腔的形状并不是十分复杂,主要以铣销为主，基本上数控铣床上都能够加工完成。

其加工路线为备料（锻造毛胚178×166×50mm长方体毛胚）-退火-数铣型腔板外形-磨长方体六面-加工型腔（铣削为主、电火花为辅）-钳工划线（螺纹孔线,冷水道线，）－钻导套孔及螺纹孔-钻冷水道－攻螺纹－加工出两个铜公（电极）在火花机上打火花出15°的圆锥台形的进胶口－淬火+低温回火－研磨型腔外形（分型面尤为重要）.（具体加工工艺附有加工工艺卡）

6.2．型芯的设计与加工工艺

型芯由型芯与型芯固定板组成。

型芯的硬度一般是比型腔板的硬度要软，这样做是为了防止在生产合模过程中型芯板撞坏型腔板。

这里选用国产718钢为材料对它进行制造,可以符合模具的要求,它在电火花加工成型之后,同样可以达到所需的使用要求,而且还具有高强度,耐腐蚀,防酸的效果。

型芯与型芯固定板也是根据Pro/E分模成形的，据经验厚度需设计厚点，另外还要考虑到固定型芯板的螺丝孔的位置、运水（冷却水道）的布置、分流道糟、顶针、斜顶及各枕位等的加工方法。

加工前模板的毛胚尺寸为178×166×30mm。

型芯板的设计结构如图（9）所示，其整个截面总体形状如图（9）左视图所示，中间凸起的部分即成型部位。

图（9）型芯板

由型芯板其设计尺寸与型腔板相对应。

型芯主要还是以铣销为主,电火花为辅加工尖角部分。

由于型芯有6个斜顶孔,所以还要用到线切割。

其加工路线为备料（锻造178×166×30mm长方体毛胚）-退火-铣长方体-磨长方体六面-成型部分的加工（铣削为主、电火花为辅、线切割加工斜顶通槽）-钳工划线（螺纹孔线,冷水道线,穿丝孔线）-钻导柱孔及螺纹孔-钻冷却水道孔-攻螺纹-淬火+低温回火-线切割斜顶孔-研磨型芯外形.（具体加工工艺附有加工工艺卡）

型芯镶件

6.3．斜顶的设计与加工工艺

斜顶的硬度和后模仁的硬度差不多，这里选用的是718，斜顶是外斜顶，运用于成品内的倒扣，随着成品的顶出，斜顶在不断地顶出，往角度方向移动，从而脱离倒扣，具体成型结构和形状如图（10）所示，斜顶的角度大小是根据产品的扣位长度和大小而定的，同时还根据顶出行程、脱模行程等计算确定的。

计算出斜顶的角度为5度，斜顶其设计尺寸为125×20×6mm，可以直接在线切割机床上完成加工。

图（10）斜顶

7、注射机的选择

7.1．由公称注射量选定注射机

由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取

）:

总体积V塑件=18.8cm

总质量M=18.8×1.05g≈19.74g

流道凝料V’=3V（流道凝料的体积（质量）是个未知数,根据手册取0.5V（0.5M）来估算,塑件越大则比例可以取的越小）；

实际注射量为:

V实=18.8×1.5=28.2cm

；

实际注射质量为M实=1.5M=19.74×1.5=29.61g；

根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：

0.8V公≧V实

V公=V实/0.8

=28.2÷0.8=35.25cm

；

7.2．由锁模力选定注射机

F锁

F胀=A分·P型

=2（πD2/2）×P型

=2×｛（3.14×942）/2｝×30×10

=832.3（KN）

式中F锁注射机的锁模力（N）；

A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；

P型型腔压力，P型取=30MPa

D取的是塑件的平均直径，D=（127+60）/2=93.5≈94mm

结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表3-5所示，查国产注射机主要技术参数表取XS-ZY-125,主要技术参数如下。

8．注射机与模具尺寸的关系校核

8.1．模架的选定

根据塑件大小及型腔排列的方式选定模架，这里我们的是龙记的标准模架CI-2930-A73-B55-C90如图（11）所示：

图（11）标准模架

1）.最大注塑量的校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。

所以选用的注塑机最大注塑量应满足：

0.8V机≥V塑＋V浇

式中V机————注塑机的最大注塑量，40cm

V塑————塑件的体积，该产品V塑＝20cm

V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝2cm

故V机≥（20+4）cm

2）.锁模力校核

F锁﹥PA

式中p————熔融型料在型腔内的压力，该产品p=200MPa

A————塑件