手机外壳注塑模具设计及型腔仿真加工Word下载.docx

1、 injection mould; processing simulation; parting plane； 1 前言1.1 课题意义模具是工业生产的重要工艺设备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在各种材料加工工业中广泛地使用各种模具，每种材料成型模具按成型方法不同又分为若干种类型。其中塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。模具作为发展新产品的重要装备，不仅市场需要量大，而且技术含量高。对于模具的精度、寿命、交货期等要求也非常务实，模具行业的竞争也非常

2、激烈。本专业是机械设计制造及其自动化，对制品的模具设计使得我们把以前所学的相关知识都运用到其中了，对模具设计手册、机械设计手册、模具制造工艺、中国模具工程大典的查找使得我对设计有了更进一步的认识和了解，能熟练运用PRP/E软件进行制品的造型和模具的装配，还有Mastercam型腔的仿真加工都得到了掌握。1.2 国内外发展现状近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/m

3、in以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得

4、了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。热点模具网国

5、外近年来发展的速度也比较快，在高速铣削加工方面，机床主轴转速可达40000r/min -100000r/min，快速进给速度可达到30m/min-40m/min，加速度可达19，换刀时间可提高到1s2s。这样就大幅度提高了加工效率，并可获得Ra0.08m的加工表面粗糙度。另外，还可加工硬度达60HRC 的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低（加工工件只升高3）、热变形小等优点。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。国外在模具生产中，计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）技术已得到十

6、分成功的应用。三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的，它大幅度的缩短了模具的生产周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。1.3 设计前提及主要问题本课题为手机外壳注塑模具设计及型腔仿真加工，结合生产实际，进行手机前盖制品测绘、模具设计、工艺分析及数控编程及加工仿真。设计原始数据: 1）制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向

7、小于0.10；2）制品材料：ABS；3）制品表面粗糙度：不低于实物表面；4）制品生产批量：5万；5）制品其他要求：符合设计规范。运用三维绘图软件Pro/E进行制品的模型构造。PRO/E是一个高效的三维机械设计工具，可绘制任意复杂形状的零件。本设计中主要是用PRO/E生成平面。其方法有：拉伸、旋转、镜像等。它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。它的功能很强大，可以应用与工业设计、机械设计、功能仿真、制造和数据管理等领域，涉及从设计到生产的全过程。对于型腔的加工则采用Mastercam 软件仿真加工。Mastercam系统中，

8、型腔铣削、轮廓铣削和点位加工的刀具路径与被加工零件的模型是相关一致的。当零件几何模型或加工参数修改后，Mastercam能迅速准确的自动更新相应的刀具路径，无须重新设计和计算刀具路径。Mastercam能加工简单和复杂的2D、2.5D零件，它提供了数控加工所需要的所有工具，可迅速编制出优质可靠的数控程序，极大的提高了工作效率和机床利用率。Mastercam提供多种先进的粗加工技术，零件加工的效率和质量高。Mastercam曲面精加工功能丰富，零件经粗加工后，表面仍残留有未除去的材料，若用手工修整，需要花很多的时间和精力。而且能自动清除零件表面的剩余材料，使被加工零件的表面更加光滑。1.4 解决

9、的主要问题和总体设计思路本设计主要完成手机前盖制品测绘、模具设计、工艺分析及数控编程及加工仿真。本设计主要考虑模具型腔数目的确定，浇注形式的选择，模具的顶出机构，动定模板及各模板的尺寸和厚度的确定，锁紧装置的选择与布置等问题。由于条件的限制, 手机前盖的测绘主要是手工测量和绘制，采用PRO/E绘制制品的三维实体模型。根据使用寿命和经济方面考虑，本模具采用一模两腔，选用点浇口，动定模尺寸根据手册选BL=140170的模板，采用顶杆作为顶出机构的元件总体设计思路：原始数据收集绘制品工程图三维实物模型模具设计型腔数控仿真加工1.5 预期成果和实际价值所设计的模具能满足其工作状态的质量要求,使用时安全

10、可靠,易于维修，在注塑成型时有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性。在预定时间内可以完成设计任务，把所设计的手机前盖模具可以在模拟中生产出来。在整个设计过程中不断增强有关模具方面的知识以及软件的应用，并在实践中得到了更进一步的提高。2 总体方案论证本设计是模具的设计及仿真加工,来源于生产实际。主要设计内容为:手机前盖制品测绘、注塑模具设计、模具型腔工艺分析、数控编程及加工仿真。首先进行制品的测绘,由于条件的限制,采用了游标卡尺测绘,测绘时采用多次测量取平均值。厂家提供的注塑机型号是XS-Z-60,由于模具成本和型腔数目的关系,考虑到生产批量和经济效益，还有塑件的精度

11、等级等等, 本设计采用了一模两腔的结构。之后对注射量、锁模力、模具高度与注射机闭合高度关系、开模行程等方面进行校核。本制品内腔存在很多孔和凸台，结构相当复杂，所有通孔从中间分型。由于制品有侧孔，因此还设计了斜导柱侧向分型抽芯机构。针对侧向抽芯距离比较短的情况设计了二次分型滑动抽芯的独特结构。然后设计浇注系统:浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道采用平衡式排列，确保熔融塑料几乎能同时到达每个型腔的进料口。浇口采用点浇口,

12、点浇口的优点在于：适用于成型壳盒形零件，是一种常见的浇口形式，能自动切断浇口溢料。冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。冷料穴常设计在主流道的末端，即主流道正对面的动模上（卧式或立式注射模），直径稍大于主流道大端直径，以利于冷料的流入。再进行冷却系统的设计,在模板上直接设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀、快速。本设计采用了循环式水道。然后对模架进行设计，模具设计好后进行型腔仿真加工。3 具体设计说明3.1 塑件测绘手机前盖材料为ABS，用游标卡尺对零件进行

13、测绘。该制品是模具生产出来的成千上万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对制品尺寸误差进行修正，然后绘出零件的草图。该制品有很多圆孔，形状并不规则，所以需要多次测量求平均值。该制品外形尺寸为80mm398mm ,手机前盖主要几何尺寸如图3-1所示：图3-1 手机前盖基本尺寸3.2 塑件三维实体造型机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。根据零件的测绘图，对零件进行三维造型。三维造型选用Pro/E软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。打开三维软件Pro/E，新建名为SJWK.prt的文

14、件,先后用到的方法有拉伸、阵列、抽壳等等工具,最后保存文件。制品的三维造型如图3-2所示：图3-2 手机前盖外轮廓3.3 材料的选择3.3.1制品材料本设计模具为手机前盖，材料采用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物），属于热塑性材料。ABS使用性能：综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成形和机械加工。ABS成型性能：A. 无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为0.04毫米左右。B. 吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥。C. 成型时易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为250）。对于精

15、度较高的塑件，模温宜取5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取6080。注塑压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为10001400kgf/cm3。用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为7001000 kgf/cm 3。3.3.2模具材料的选择塑料模具由于成型方法，结构形式，使用要求模具大小及制品产量多少，制品外观光泽要求等有许多不同，因此模具选材应依据模具实际情况合理的选择。要求快速出模，快速出样品，这就不允许按常规要求，型腔选用号钢材，经调质氮化或淬火，按模具寿命可以使用50万次要求精工细做。而应符合市场规律，只有当产品定型，并占有市场一定数额时，在

16、有把握的情况下，才能投入高质量、高寿命的模具制造。A. 定模板、动模板、定模固定板、动模固定板、定位圈、推板、推板固定板、动模垫板等零件均要经过调质处理才能应用,所以采用45号钢，且45号钢用途最广、最经济实惠。B. 导柱、导套、复位杆、浇口套等零件采用材料T8A。C.拉料杆采用T10A材料,其优点是抛光性能好，可以抛成镜面光泽。3.4 注塑机的校核3.4.1注塑设备的确定塑料注塑机按用途可以分为热塑性塑料通用注塑机和专用注塑机；按外形可以分为卧式注塑机、立式注塑机和直角式注塑机；按塑料在料筒内的塑化方式可以分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。由于厂家提供XS-Z-60型号的注塑机。热塑性塑料注射

17、机型号：XSZ60具体参数如下表：表3-1 注塑机参数 型号螺杆（柱塞）直径mm42最大注射容量/ cm360注射压力/（ 105Pa）120锁模力/（kN）900最大注射面积/ cm2250模具厚度最大/mm300最小/mm200模板行程/mm喷嘴孔直径/mm4球半径/mm12定位孔直径/mm100注射时间s1.6顶出形式机械顶出、两侧顶杆3.4.2注塑机有关工艺参数的校核注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出的最大容积，它决定了一台注射机的所能成型塑件的最大体积。一台注射机的最大注射量受注射成型工艺条件的影响而有些波动，因而在实际生产中常用公称注射量或是理论注射量来间接的表示注射机的加

18、工能力。公称注射量是指在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞作一次最大注射行程时注射机所能达到的最大注射量，它近似于注射机的实际能够达到的最大注射量。所以塑件及浇注系统的总体积小于注射机最大注射量，该注射适合注射成型条件。A. 型腔数量的选择 首先必须考虑采用单型腔还是多型腔模，并决定型腔数量的多少。考虑的主要因数有：现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期。起决定作用的因数很多，它既有技术方面的因数，也有生产管理方面的因数。当尺寸精度要求很高时，应尽量减少型腔的数量。模具成本与型腔数目的关系。通常认为，模具中每增加一个型腔，所成型的制品的精度就会下降4，对精度要求高的制品，随着型腔

19、数目的增加，模具的制品精度也势必随之增加，因而导致其制造成本的加大。以机床的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%。 （3-1）式中 N型腔数； S注射机的注射量，g；浇注系统的质量，g；塑件质量，g；塑件体积=9.383 cm3 ； 塑件质量=10.32 g ；浇注系统体积=15.79 cm3 ；=15.791.117.89 g ；经计算：N2 ，因此型腔数确定为一模两腔。B额定锁模力的校核 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%70%；而有预塑装置

20、的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为2550MPa。锁模力和成型面积的关系由下式确定： （3-2）式中：锁模力，kN；型腔压力，一般取4050 MPa ； A 浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；计算：A=12275=9150 mm2A/1000=5091501000=457.5 KN=900KN所以：A/1000 公式成立C. 注射压力的校核 ABS成型所需注射压力 MPaD. 模具高度与注射机闭合高度关系的校核（3-3） E.

21、 开模行程校核3.5 分型面的设计分型面的设计要便于模具加工制造，应尽量选择平直的分型面，这样的分型面壁较好处理，对于分型面不在同一平面的模具，为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞，以及减小模具制造的难度可以利用一些角度很小的角作为分型面发生变化的部位。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：A. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处；B. 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；C. 保证塑件的精度要求；D. 满足塑件的外观质量要求；E. 便于模具加工制造；F. 对成型面积的影响；G. 对排气效果的影响；H. 对侧向抽芯的影响。由于制品有侧孔，采用了侧向抽芯机构，所以特地设置了两个分型面，一次分型完成侧向抽芯动作，二次分型是为了拉断点浇口，塑件包紧在凸模型芯上；然后注射机推动推杆固定板，推杆发生作用，推出塑件脱落，同时拉料杆将凝料推出自动脱落。如图3-3所示：图3-3 分型面3.6 浇注系统设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔化充满型腔,并将注射压力传递到模腔的各个部位,以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。3.6.1浇注系统