手机翻盖注射模设计.docx
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手机翻盖注射模设计
UNIVERSITY
本科毕业论文（设计）
题目：
手机翻盖注射模设计
学院：
姓名：
学号：
专业：
机械设计制造及其自动化
年级：
指导教师：
职称：
助教
二○一二年五月
摘要
随着科技发展与人民生活水平提高，手机已成为人们生活必不可少的工具。
庞大的需求量促进了手机行业发展，手机不同形态展示在人们面前，翻盖手机便是各种形态中的一大热门机型。
翻盖手机上盖是体现整个手机外形的主要地方，上盖的形态不仅于设计师有关，很大方面也与加工过程有关，手机翻盖上盖可用的材料很多，这里主要讨论塑料材料。
为确保生产效率等因素，翻盖上盖一般采用塑料成型模具成型，塑料成型模具的种类繁多，结构特点、使用条件、使用设备等各异。
可以说塑料成型模具是一个十分庞大的家族，其成员之多是难以想象的。
本设计主要采用注射模具进行设计。
此次设计我采用Pro/E软件，辅助进行模具分型以及模架设计，采用AutoCAD进行辅助注释和交流。
关键词：
手机翻盖，塑料，注射模，Pro/E,AutoCAD
Abstract:
Withthetechnologicaldevelopmentandpeople'slivingstandardsimprove,themobilephonehasbecomeanindispensabletoolforpeople'slives.Promotethedevelopmentofthemobilephoneindustryforthehugedemandformobilephonesofdifferentformsofdisplayinfrontofpeople,theflipphoneisoneofthehottestmodelsinvariousforms.
Themainplacestoreflecttheshapeoftheentiremobilephoneisaclamshellmobilephonecover,atoptheformnotonlydesigners,largeisalsorelatedtotheprocessing,cellphoneflipcovermaterialsavailableherefocusesontheplasticmaterial.
Inordertoensureproductionefficiencyandotherfactors,theflipcovercommonlyusedmoldforplasticsmolding,plasticmoldofawiderangeofstructuralcharacteristics,conditionsofuse,useofequipmentdifferent.Itcanbesaidthattheplasticmoldisaverylargefamilyanditsmembersasmuchasisunimaginable.Thisdesign,injectionmolddesign.
ThedesignIusedPro/Esoftware,auxiliarymoldpartingaswellasmolddesign,assistedannotationandexchangeusingAutoCAD.
Keywords:
clamshellphone,plasticinjectionmold,Pro/E,AutoCAD
前言
塑料，由于具有一系列优异的物理力学性能、化学性能和易成形加工工艺性能而在轻工、农业、国防航天航空、机械制造、建筑材料、交通运输等部门及与人们的日常生活密切相关的诸多方面都得到了非常广泛的应用。
塑料制品在人们的日常生活中及现代化工业生产领域中得到日益广泛的应用。
随着塑料工业的发展，社会对塑料制品的需求愈来愈大。
据统计，在现代化工业生产中，60%～90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已经成为工业发展的基础[2]。
而塑料注射模在模具中所占的分量越来越大，其发展也非常迅速，大有凌驾其它模具之上的趋势。
专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。
近10年来，由于塑料具有的良好特性，使得塑料制品获得愈来愈广泛的应用，塑料模具已成为广泛使用的一类模具。
据统计，塑料制品总重量大约35%是用于注射成型，80%以上的工程塑料制品都要采用注射成型方式生产。
注射模具是一种用来生产塑料零件的模具。
它被安装在塑料注塑机上，由塑料注塑机将塑料颗粒融化成热熔体，经过合模、高压注塑、高压冷却定型、开模、推出制件等工序，获得所需的塑料制品。
生活用品的塑料模具占了很大比例，在市场竞争白热化的今天，电器外壳设计成为产品质量的重要一环，最为突出和典型的就是手机，手机翻盖注射模具成为目前注射模制造行业最为复杂的模具之一，是手机结构件制造的难点。
因此，研究手机翻盖注射模具的设计制造，具有较高的生产实用价值。
手机翻盖外观要求很高，而且整机体积小、结构复杂，因而对注射成型模具和成型工艺的要求极高。
手机翻盖注射模具设计制造的最大难点在于浇注系统、脱模机构。
研究手机翻盖注射模具的整体结构设计，浇注系统中浇道、浇口的形式、位置选择，排溢系统的设计，塑件主要部位的脱模推出方式，以及制造方法和工艺要点。
本次设计，将详解以上问题。
1设计内容及目的
1.1设计内容
塑件的选择：
手机翻盖
本人负责的部分是翻盖部分，翻盖部分的特点是上盖采用复杂曲面设计，上下盖的分型面都比较复杂，而且下盖还需要侧向抽芯，还有倒钩与内孔，需要设计斜顶机构。
图1-1
一般来说，现在国际上比较经典的塑料模具设计步骤如下：
（1）首先了解塑料制品所用塑料的品种、塑料的特性、收缩率及塑料流动特性等。
（2）对塑料制品进行工艺分析，着重分析塑料制品的结构合理性及成型条件等。
（3）根据塑料制品的重量和塑料制品投影面积及模具结构类型等，选择合适的注射成型机。
（4）进行模具结构设计
1）选择塑料制品成型位置和模具分型面；
2）确定型腔数目和排列方式；
3）浇注系统设计；
4）成型零件结构设计；
5）抽芯机结构设计和推出机构设计；
6）加热系统设计和冷却系统设计；
7）绘制模具结构图。
1.2设计目的
1.掌握注射模设计的一般方法；
2.了解注射机的工作原理；
3.了解模具的加工方法；
4.进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程。
2塑件的工艺分析
2.1塑件成型的基本过程
要设计一副先进的塑料模具，首先需要有高水平的设计思路，而且还必须对制品工艺性、塑料材料的特性及用途、模具钢材的选用、加工方法和模具结构设计，以及成型方案和注塑机的型号等多方面进行研究。
其中，从模具设计和注塑成型的角度研究模具设计的工艺性是非常必要的，其目的是为了减少因模具工艺性差，影响注塑成型的效果。
塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被注射成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。
塑料在性能上不仅具有质量轻、强度好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、制品可加工成任意形状等优点，而且具有生产效率高、价格低廉等优点。
1．塑料的组成
塑料制品应用的广泛性离不开它自身的性质和特点。
塑料的主要成分是树脂，而树脂又分为天然树脂和合成树脂两种。
常见的塑料都是由合成树脂和根据不同的需要而增添相应的添加剂所组成的。
树脂树脂主要作用是将塑料的其他成分加以粘合，并决定塑料的主要性能，如机械、物理、电、化学等性能。
树脂在塑料中的比例一般为40%～65%。
填充剂填充剂又称为添料，其作用是调整塑料的物理化学性能，提高材料的强度。
正确地选择填充剂，可以改善塑料的性能并扩大它的使用范围，填充剂的用量为塑料组成的40％以下。
增塑剂有些树脂的可塑性很小，柔软性也很差，为了降低树脂的熔融粘度和熔融温度，改善其成型加工性能，改进塑料的柔韧性、弹性以及其他各种必要的性能，通常加入能与树脂相容的、不易挥发的、高沸点的有机化合物，这类物质称为增塑剂。
着色剂着色剂又称为色料，主要起美观和装饰作用，满足塑件使用上的美观要求。
一般使用有机颜料、无机颜料和染料作为着色剂。
润滑剂润滑剂可改善塑料熔体的流动性，减少或避免对设备或模具的摩擦和粘附，改进塑件的表面光洁度，常用的润滑剂为硬脂酸及盐类等。
2．塑料的分类
根据成型工艺性能，塑料可分为热固性塑料和热塑性塑料两类。
其中热固性塑料的特点是在受热或其他条件作用下能固化成不溶性物料，大多数是以树脂为主，加入各种添加剂制成。
热塑性塑料的特点是在特定的温度范围内能反复加热软化或冷却凝固，主要由聚合树脂制成。
由于塑料的名称大都冗长繁琐，说与写均不方便，所以常用国际通用的英文缩写字母表示，表1-1所示为常用的塑料名称及英文代号。
表1-1常用塑料缩写代号与中文对照
塑料种类
代号
塑料名称
塑料种类
代号
塑料名称
热塑性塑料
ABS
丙烯腈-丁二烯
-苯乙烯共聚物
热塑性塑料
PPO
聚苯醚
PA
聚酰胺（尼龙）
PPS
聚苯硫醚
PC
聚碳酸脂
PEC
氯化聚乙烯
PE
聚乙烯
PVC
聚氯乙烯
PP
聚丙烯
热固性塑料
PF
酚醛
PS
聚苯乙烯
UF
脲醛
PMMA
聚甲基丙烯酸甲酯
MF
三聚氰胺甲醛
PSF
聚砜
EP
环氧
HDPE
高密度聚乙烯
UP
不饱和聚醛
2.2塑件制品分析
2.2.1材料分析
塑料制件的设计主要根据使用要求进行，由于塑料有特殊的物理性能，在设计塑件时必须考虑以下几个方面的因素：
1.塑料的物理性能，如强度、刚性、韧性、吸水性以及对力的敏感性；
2.塑料的成型工艺性，如流动性；
3.塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料制品）或快速受热固化（热固性塑料制品）；
4.塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异；
5.模具的总体结构，特别是抽心与脱出塑件的复杂程度；
6.模具零件的形状及其制造工艺。
综合考虑以上的因素，本塑件采用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯聚合物，英文全称为：
Acrylonitrile-butadiene-styrene）作为原料。
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工型和染色性能。
ABS价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。
ABS的特点：
无毒、无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽、不透明。
既有极好的抗冲击强度，又有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定和电气性能。
成型收缩率为：
0.3%～0.7%，
吸湿性为：
0.05%～0.06%
密度为：
1.03～1.07g/
其成型特性有：
1.易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
因此，成型加工应进行干燥处理；
2.在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率的影响极小。
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，模具温度可控制在60～80℃；
3.比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2.2.2塑件结构分析
塑件的尺寸
图2-1塑件结构
3模具结构设计与参数计算
3.1注塑机的选择
根据《简明塑料模具设计手册》第三章表3-4部分国产常用注射机的主要技术参数选择SYS-10注射机，它的主要参数如下：
表3-1注射机参数
注射机型号
XS-Z-125
螺杆直径
42mm
最大理论注射容量
125
注射压力
122Mpa
锁模力
500KN
最大注射面积
320
最大模具厚度
300mm
最小模具厚度
200mm
模板行程
180mm
喷嘴
球半径
12mm
孔半径
2mm
定位圈直径
110mm
3.2注射机的校核
3.2.1注射量的校核
根据《简明塑料模具设计手册》可知：
塑件的体积应小于注射机的注射容量，通常按如下公式进行校核
V件≤0.8v注=0.8×10
=8
式中：
V件————塑件与浇注系统的体积总和;
v注————注射机容量
0.8————最大注射量的利用系数
经PRO/E体积分析可知：
V件≈5.07
所以V件=5.07
3.2.2锁模力的校核
由式：
式中：
F——注射机公称锁模力，N；
Pm——注射时型腔内注射的压力，Mpa；
nAz+Aj——塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和，
。
因：
查《简明塑料模具设计手册》表3-5，Pm=30Mpa
估算：
Az=3795
Aj=329
F=500KN
所以：
F=500﹥30×（3795+329）=121.02KN合格
3.2.3注射机安装模具部分的尺寸校核
主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。
其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。
由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。
浇口套的选用：
进料口直径：
D=d+（0.5～1）mm=2+0.5=2.5mm
式中d为注塑机喷嘴口直径。
球面凹坑半径：
R=r+（0.5～1）mm=12+0.5＝12.5mm
式中r为注塑机喷嘴球头半径。
所选浇口套的立体图如图3.1所示：
定位环尺寸：
模具定模板上的定位圈或主流道衬套与定位圈的整体式结构的外径尺寸与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合。
模具厚度的校核：
模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间。
根据所选择的标准模架可知Hm=250mm
而注射机的模具最大厚度为Hmax=300mm
模具最小厚度为Hmin=200mm
所以Hmin﹤Hm﹤Hmax合格
开模行程的校核：
由于模具有导柱侧向抽芯机构，且Hc=180mm>H1+H2=15+10=35mm
由式Smax≥S=Hc+（5～10）
式中：
Smax——注射机最大开模行程
Hc——抽芯距
H1——塑件脱模距离
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度
得：
Smax=180≥S=15+10+10=35合格
4分型面的确定
4．1分型面概念与选取原则
分型是动、定模分开的平面，分型面的选取直接决定工件的质量和之后的模架选取方案等，由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1．分型面应选在塑件的最大截面处。
在选择分型面时，这是首要原则。
2．尽可能使塑件留在动模一侧，因为注射模的推出机构设在动模一侧，塑件留在动模一侧有利于脱模机构的设置。
3.有利于保证塑件的尺寸精度。
4.满足塑件的外观质量要求。
5.便于模具制造加工。
6.尽量减少塑件在合模方向上的投影面积。
7.有利于排气。
8.注意对侧抽芯的影响。
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。
：
4.2工件分析以及分型面选取
根据塑件的结构形状以及分型面的选择原则，我们先对工件进行分析：
工件比较复杂，外形轮廓为非圆弧自由曲线形状，且工件下表面具有大量加强筋，还有很多孔，中间是空的，因此可以用作分型面的一部分，工件两大难点在于连接翻盖与机身的孔难以脱模，需要设计侧抽芯机构；而且两边圆孔形态不一需要设计不同的抽芯体积块，再深入思考，为方便脱模，应该把抽芯机构设在动模还是定模上？
经过长期思考与实践操作分型，决定把抽芯结构设在动模上。
另外一个难题：
工件上有8个位置是以一般方式难以顶出的，这八个内勾和内孔需要设计斜顶机构，有了斜顶机构，这个问题就解决了。
经过PRO\E软件设计分型面，得出分型面。
5浇注系统设计
5.1浇注系统基本概念
粘液流态的塑料由于受到注塑机螺杆的压力作用，从注塑机的射嘴内高压高速喷入模具的主流道内，再进入分流道、支流道，通过进料口流入型腔，冷却定型、脱模后成为塑胶产品。
从主流道开始到产品型腔之前的这一段统称为浇注系统。
5.1.1浇注系统的组成
普通流道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。
5.1.2浇注系统的作用
将粘流状态的塑料引入模具型腔，将注射机的压力传递到模具型腔的各个部位，以获得组织致密的塑胶产品
5.1.3浇注系统的形式
（1）大水口类分为直浇口和侧交口两种
（2）点浇口类
5.1.4浇注系统的设计原则
浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。
对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：
1.结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。
2.采用尽量短的熔体流程，以减少热量与压力损失。
3.浇注系统的设计应有利于良好的排气。
4.避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止型芯变形和嵌件位移。
5.浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和修整。
6.设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
7.流动距离比和流动面积比的校核。
5.2主流道设计
主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。
其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。
由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。
在选用浇口套时要注意：
1）浇口套孔小端直径必须大于注塑机射嘴孔直径
2）浇口套孔的截面大小影响熔体塑料的流速和充模时间。
截面形状过小，熔体流动困难，冷却块、注射压力损耗大；截面形状过大，浪费塑料，冷却慢。
流动性好的小件塑料，浇口套内孔过大，产品极易出现毛边，一般取大端直径5-8mm。
3）根据产品塑胶量大小和塑料流动性选择浇口套。
塑胶量大、塑料流动性差的，选截面直径大的浇口套；反之就选择直径小的浇口套。
4）浇口套小端端面应做到与A板分形面一样平，为了防止浇口套上的分流道转向前而与前模芯上的分流道错位，应在大端上做定位定向销，用销钉定向，保证每次装配的时候浇口套上的流道都不会错位
5.3分流道设计
1.分流道的截面面形状
常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。
要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。
圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为5°～10°的梯形流道。
浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面不为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。
从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面。
2.分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置形式应遵循两方面的原则，一是排列紧凑，缩小模具板面尺寸，二是流程尽量短，锁模力力求平衡。
布置形式如图所示：
图5-3流道分布
5.4浇口的设计
浇口是是流道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。
由于工件高度不大，属于较扁的工件，所以采用直接浇口。
5.5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井（冷料穴）。
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，推杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构连用。
冷料井的孔设计成钩形，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6-5主流道冷料井的设计
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。
6排溢系统的设计
模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑料局部炭化烧焦，或使塑料产生气泡，或使塑料熔接不良而引起缺陷。
通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：
1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷发而发生工伤事故：
2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出：
3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便;
4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；
5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；
6）若型腔最后充满部位不在分型而上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；
7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，课使气体连续派出；
若制作具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制作表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件容易变形或损坏。
热固性塑料制件在型腔内的收缩小，特别是不采用镶拼结构的深型腔，在开模时空气无法进入型腔与制件之间，使制件附粘在型腔的情况比热塑性制件更甚，因此，必须引入气系统
7成形零件的设计
7.1成形零件应具备的性能
由于成形零件的质量直接影响到塑件的质量，且与高温高压的塑料熔体接触，所以必须具备以下性能：
（1）具有足够的强度和刚度，以承受塑料熔体的高温和高压；
（2）具有足够的硬度和耐磨性，以成熟流料的摩擦和磨损；
（3）具有良好的抛光性能和耐腐蚀性能；
（4）零件的加工性能好，可淬性良好，热处理变形小；
（5）成形部位须有足够的位置精度和尺寸精度。
7.2成形零件的工作尺寸设计
成形零件工作尺寸是指成形零件上直接用来成形塑件部位的尺寸。
它主要有型腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔和型芯的位置尺寸。
（1）影响塑件尺寸和精度的因素主要有：
1成形收缩率
2模具成形零件的制造误差
3模具成形零件的磨损
4模具安
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