基于ug和vericut的手机壳零件数控加工仿真.doc

基于基于 UGUG 和和 VERICUTVERICUT 的手机壳零件数控加工仿真的手机壳零件数控加工仿真 摘摘 要要 注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本 设计是手机后盖塑料模具的设计，对零件结构进行了工艺分析，采用 ABS 作为塑件的材料。 采用单分型面，根据模具的型腔数目以及最大注塑量、注射压力、锁模力、模具的安装尺 寸等因素选择了注射机，选择成型零部件的尺寸；采用扇形浇口；利用直导柱导向，斜滑 顶杆顶料,斜滑顶杆侧抽，同时完成侧抽和顶出完成脱模，并对模具的材料进行了选择，如 此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。对模具结构与注射机的匹配进行了校核。用 UG 绘制出模具三维图形及 AutoCAD 绘制了一套模具装配图和零件图，最后利用 UG 对型 芯和型腔进行了加工仿真，制定了符合要求的数控加工工艺过程。 关键词关键词：手机后盖； UG；扇形浇口；数控加工； ABS；注塑模具； Injection molding is one of the key ways of thermoplasticity plastic molding which can mold precise plastic part with complex shape. The design is a plastic mould design of the back over of mobile, which analysis part structural with ABS as the material of plastic part. The design adopt single parting surface, choose injection machine, the dimension of molding parts according to the factors of the number of molding die cavity and the maximum injection, injection pressure, locking force and so on, adopt fan gate, use straight guide pillar guiding, slanting ejector to eject materials and side core pulling to side core pulling and ejecting, and choose the materials of mold, which can ensure the reliability of molding. This paper check the matching of the structure of molding and injection machine, draw the three dimension of molding with UG a set of molding assembly drawing and part drawing with AutoCAD, utilize UG to simulate machining of mould core and mould cavity and make qualified working process of numerical control. Key words: the back over of mobile UG fan gate numerical control ABS Injection mold： 目 录 1 1 绪论绪论 1 1 1.11.1 模具发展的现状模具发展的现状1 1 1.21.2 存在问题和主要差距存在问题和主要差距3 3 1.31.3 发展展望发展展望4 4 1.41.4 UGUG 的发展的发展 4 4 1.51.5 UGUG 的特点的特点 5 5 1.61.6 本毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果本毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果6 6 2 2 材料与塑件分析材料与塑件分析 7 7 2.12.1 塑件分析塑件分析7 7 2.22.2 塑件材料分析塑件材料分析8 8 2.32.3 确定塑件设计批量确定塑件设计批量9 9 2.42.4 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量9 9 3 3 选择塑件的分型面选择塑件的分型面 1111 4 4 标准件的选择标准件的选择 1212 4.14.1 标准模架的选取标准模架的选取1212 4.24.2 标准紧固件的选用标准紧固件的选用 1313 5 5 注塑机的选择注塑机的选择1313 5.15.1 注塑机的概述注塑机的概述1313 5.25.2 注塑机的选择注塑机的选择1515 5.35.3 注塑机的参数校核注塑机的参数校核1515 5.3.1 最大注塑量校核15 5.3.2 注射压力校核15 5.3.3 锁（合）模力校核16 5.3.4 模具安装尺寸的校核17 5.3.5 开模行程的校核17 6 6 浇注系统的设计浇注系统的设计1818 6.1 概述18 6.2 流道设计19 6.2.1 主流道设计18 6.2.2 分流道设计19 6.2.3 冷料穴和拉料杆的设计21 6.3 浇口设计21 7 7 冷却系统的设计冷却系统的设计2323 7.1 冷却时间计算23 7.2 冷却参数计算24 7.3 冷却回路的设计26 8 8 顶出和导向机构的设计顶出和导向机构的设计 2727 8.1 顶出机构的设计27 8.1.1 顶出机构的分类27 8.1.2 顶出机构的设计原则27 8.1.3 顶出机构的基本形式27 8.2 导向机构的设计29 8.2.1 导柱和导套的设计29 8.2.2 导柱和导套在模板上的布置30 8.3 复位机构的设计30 8.3.1 复位杆复位31 8.3.2 弹簧复位和顶杆兼作复位31 9 9 成型零件的设计成型零件的设计 3232 9.1 凹模的设计32 9.2 凸模的设计32 9.3 成型零件工作尺寸计算32 1010 成型零件的加工成型零件的加工 3333 10.1 模具数控加工的发展33 10.2 凸模和凹模的加工33 1111 模具设计总图模具设计总图 3838 11.1 模具动作过程38 11.2 模具图的绘制39 结结 论论4040 1 1 绪论绪论 1.1 模具发展的现状 从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有 120 年的历史。其 发展历史可分为三个阶段。 天然高分子加工阶段,这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工 为特征。1869 年美国人 J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可 制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。1872 年在美 国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外，还加工成马车和汽车的风挡和 电影胶片等，从此开创了塑料工业，相应地也发展了模压成型技术。 合成树脂阶段，这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。1909 年美国人 L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面，做出了突破性的进展， 取得第一个热固性树脂酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中，加入填料后， 热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。 1910 年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在 40 年代以前， 酚醛塑料是最主要的塑料品种，约占塑料产量的 2/3。主要用于电器、仪表、机 械和汽车工业。 大发展阶段，在这一时期通用塑料的产量迅速增大，聚烯烃塑料在 70 年代 又有聚 1丁烯和聚 4-甲基-1-戊烯投入生产。形成了世界上产量最大的聚烯烃 塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。19581973 年的 16 年中， 塑料工业处于飞速发展时期，1970 年产量为 30Mt。除产量迅速猛增外，其特 点是：由单一的大品种通过共聚或共混改性，发展成系列品种。如聚氯乙烯 除生产多种牌号外，还发展了氯化聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯乙烯 偏二氯乙烯共聚物、共混或接枝共聚改性的抗冲击聚氯乙烯等。开发了一 系列高性能的工程塑料新品种。如聚甲醛、聚碳酸酯、ABS 树酯、聚苯醚、聚 酰亚胺等。广泛采用增强、复合与共混等新技术，赋予塑料以更优异的综合 性能，扩大了应用范围。 21 世纪,塑料工业以前所谓有的速度高速发展。塑料,在各个领域、各个行业乃至国民 经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向 多品种、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开 发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛 刻。 一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面 企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周 短,成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快 速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效 益越来越显著。 目前，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求。在 2004 年，塑料 模具在整个模具行业中所占比例已上升到 30左右，未来几年中，塑料模具还将保持较高 速度发展。模具是工业生产中使用极为广泛的重要装备，采用模具生产制品及零件，具有 生产效率高，节约原材料，成本低廉，保证质量的一系列优点，是现代工业生产中的重要 手段和主要发展方向。 在我国塑料模具市场中，以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有 关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产 量均超过 1000 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台。统计表明，家电行业所需模具量年 增长率约为 10。一台电冰箱约需模具 350 副，价值约 4000 万元；一台全自动洗衣机约 需模具 200 副，价值 3000 万元；一台空调器仅塑料模具就有 20 副，价值 150 万元；单台 彩电大约共需模具约 140 副，价值约 700 万元，仅彩电模具每年就有约 28 亿元的市场。 随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、 精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁 制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。汽车工业近年来增长速度惊人，因此汽车模具潜在 市场巨大。每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元，而我国大型精密模具的制 造能力不足。据介绍，目前我国高档轿车的覆盖件模具几乎全部为进口产品。有专家预测， 在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将步提高，其发展速度将高于其他模 具。所以我们加强模具的设计就更加重要了 工程塑料具有优异的机械性能、电性能、耐热性、耐磨性、耐化学性和尺寸稳定性等。 工程塑料比金属材料轻，易成型加工，成型能耗少，可以代替某些金属做结构材料使用。 近年来工程塑料已被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备等行业，以塑代钢、以 塑代木已成为国际流行趋势。 虽然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大进步，但与国民经济发展的需 求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命的高档塑料模具每年仍需 大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，造成 极低的利润率。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器 的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的 UG、美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer 等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资 金，但在我国模具行业中，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，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长 寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大； 专业模具厂数量及其生产能力增加等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中 心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产 最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 1.2 存在问题和主要差距 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总 体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在 以下几方面： 1总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有 50% 左右。 2企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右， 而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而 国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 3模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。造成上述 差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机 制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因： （1）国家对模具工业的政策支持力度还不够。 （2）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少。 （3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。 （4）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差。 （5）模具材料及模具相关技术落后。 1.3 发展展望 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我 国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展， 另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。 因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好 的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的 行列迈进。 模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸 多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大 型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期 不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技 术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。 随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大， 技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有 较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、 精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行 业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应 快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短 模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此 对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。 1.4 UG 的发展 2002 年，Unigraphics 发布了 UG NX1.0.新版本继承了 UG18 的优点，改进和增加了许 多功能，使其功能更强大，更完美。 2003 年，Unigraphics 发布了新版本 UG NX2.0 。新版本基于最新的行业标准，它是一 个全新支持 PLM 的体系结构。EDS 公司同其主要客户一起，设计了这样一个先进的体系 结构，用于支持完整的产品工程。 2004 年，Unigraphics 发布了新版本的 UG NX3.0，它为用户的产品设计与加工过程提 供了数字化造型和验证手段，。它针对用户的虚拟产品的设计和工艺设计的需要，提供经 过实践验证的解决方案。 2005 年，Unigraphics 发布了新版本的 UG NX4.0.它是崭新的 NX 体系结构，使得开发 与应用更加简单和快捷。 2007 年 04 月， UGS 公司今天发布了 NX5.0 NX 的下一代数字产品开发软件，帮 助用户以更快的速度开发创新产品，实现更高的成本效益。 1.5 UG 的特点 Unigraphics CAD/CAM/CAE 系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从 设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG 面向过 程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品 以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行 工程。 该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而 且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计 的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程 序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言 UG/OPen GRIP，UG/open API 简 单易学，实现功能多，便于用户开发专用 CAD 系统。具体来说，该软件具有以下特点： l）具有统一的数据库，真正实现了 CAD/CAE/CAM 等各模块之间的无数据交换的自由 切换，可实施并行工程。 2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化 建模融为一体。 3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型 基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。 4）曲面设计采用非均匀有理 B 样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合 于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。 5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按 ISO 标准和 国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切 生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。 6）以 Parasolid 为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名 CAD/CAE/CAM 软件均以此作为实体造型基础。 7）提供了界面良好的二次开发工具 GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和 UFUNC（USER FUNCTION） ，并能通过高级语言接口，使 UG 的图 形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。 8）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自 动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。 1.6 本毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果 首先，要了解整个模具行业近十年来设计的发展概况以及应用水平，特别是注塑模具 设计的先进技术和方法。其次，熟练掌握 UG 应用软件，还要了解目前应用较为广泛的其 他应用软件，如 Pro/E、Mastercam、AutoCAD 软件等。再次，必须对成型材料的成型特性 有足够的了解；最重要的是掌握注塑模具的设计特点和结构特点。我要解决的主要问题是 设计手机外壳的注塑模具（特别是结构设计） ，最后需要利用 UG 软件绘出该零件注塑模具 的三维图，然后利用 UG 出工程图，在用 AutoCAD 修改完善工程图，以及利用 UG 对凸、 凹模进行加工仿真。 为了解决这些问题，我必须首先明确注塑模具的设计流程，并作出详细的工作进度计 划，在其间应了解各种软件的应用，特别要熟练掌握 UG 和 UGCAM 软件；掌握注塑模具 的设计程序、规范及结构特点；了解模具的标准件，以提高模具设计效率，减少设计周期。 还应掌握零件尺寸和公差与零件的设计的几何要求关系，因为在设计模具时，必须根据制 件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级，得到零件的工作尺寸；模 具的制作是在高温进行的，所以应了解模具的各种材料属性（要求其综合性能良好，冲击 韧性，力学强度较好，尺寸稳定，耐化学性、电化学性能良好） ，特别是它的收缩率。所有 这些资料必须通过图书馆查找期刊文献、会议文献以及专业书籍得到，所以还要熟练资料 的检索。 2 材料与塑件分析 2.1 塑件分析 如图 1.1,图 1.2 分别为手机后盖件的三维立体图和二维工程图，该产品用于抽风机上， 对抽风机起固定和保护作用，该产品形状如中空薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求较高， 不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的 脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较大、高度不大但是壁薄、 零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构特 定要求选择浇口位置在零件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求 顶出机构顶出均匀。 图 1.1 塑件三维立体图 图 1.2 塑件二维图 2.2 塑件材料分析 塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑 来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。 根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性 材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合 注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。 热塑性塑料还分为很多种，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和 ABS 等等，为 了选到合适的塑件材料，通过对塑件的分析和查阅有关资料可选择以下材料见表 2.1。 表 2.1 注塑塑料对比 塑料 名称 ABS聚乙烯 材料 特性 较大的机械强度和良好 的综合性能。 结晶部分多时，塑料硬度高、 韧性大、抗拉强度高，但整体尺 寸变小，耐冲击强度及断裂强度 底。 成型 工艺 特点 ABS 的吸湿性和对水分 子的敏感性较大，在加工前 必须进行充分的干燥和预热。 原料控制水分在 0.3%以下。 聚乙烯制件最显著的特点是 收缩率大，这与材料的可结晶性 和模具温度有关。定型后塑件在 强的收缩牵引作用下，可令制件 变形和翘曲。 注射 温度 ABS 塑料的温度与熔融 粘度的关系比较独特，在达 到塑化温度后在继续盲目升 温，必将 ABS 的热降解。 聚乙烯的注射温度一般在 120310之间，温度超过 300时，收缩率会明显增大。 注射 速度及压 力 ABS 采用中等注射速度 效果较好，注射时需要采用 较高的注射压力，其溢边料 为 0.04mm 左右。并需要调 配好保压压力和保压时间。 聚乙烯的注射压力一般选择 在 68.6137.2Mpa 之间。注射速 度不易过快，以保证结晶程度高。 模具 温度 ABS 的模具温度相对较 高，一般调节在 7585。 由于模具温度对收缩率影响 很大，因此要经常保持模具相对 恒定的温度，一般在 4080之 间。 经以上两种备选材料的性能对比，并考虑到制件的使用环境，本设计采用 ABS 材料。 由于材料的吸湿性强，含水量应小于 0.3% ，所以原料应充分干燥。ABS 的技术指标、注 射工艺参数具体看表 2.2 和表 2.3。 表 2.2 ABS 技术指标 密度1.021.0 5 比容0.860.9 8 吸水率0.20.4%收缩率0.40.7% 熔点130160 硬度9.7 HB ABS 技 术指标 拉伸弹1.8 3 10弯曲强80Mpa 性模量Mpa度 拉伸屈 服强度 50Mpa温度传 导系数 1.310 m /s 72 表 2.3 ABS 的注射工艺参数 注射机类型螺杆式螺杆转速30 60r/min 喷嘴形式直通式喷嘴喷嘴温度180190 模具温度50 70注射压力60 100Mpa 保压压力5 10 Mpa冷却时间5 15s 周期15 30s 后处理方法红外线烘箱温度 70时间 0.3 1h 备注原材料应预干燥 0.5h 以上 2.3 确定塑件设计批量 该产品为小批量生产，故设计的模具要有一定的注塑效率，由于塑件长宽度小，所以 采用一模两腔结构，浇口形式采用扇形浇口，采用两点进料，以利于均匀充满型腔。 2.4 计算塑件的体积和质量 该产品材料为 ABS,查手册或产品说明得知其密度为 1.03g1.07g/cm。收缩率为 0.4%0.6%。计算其平均密度为 1.05g/cm,平均收缩率为 0.5%。 使用 UG 软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积。当然也可根据形状 手动几何计算得到该零件的体积。 通过计算塑件的体积 V 塑=4.185cm，可得塑件的质量为 M 塑=V 塑 =1.055.24=4.394g，因为一模两腔所以 M=4.3942=8.788g 式子中 塑料密度 g/cm。 由浇注系统体积 V 浇=5.535cm可计算出浇注系统质量为 M 浇=V 浇=5.535g1.05=5.812g 因为一模两腔 故 V 总=2V 塑V 浇= 13.905cm M 总=M 塑M 浇=14.6 3 选择塑件的分型面 选择分型面时，应考虑到使模具结构简单，分型容易，并且应不影响塑件的外观及使 用。 在 UG 中分型面的选择操作如下： 4 标准件的选择 模具的标准化对于生产中提高效率，改善生产环节有着很重要的作用。近年来在模具 行业，特别是塑料模具行业，标准件的大量运用使生产更趋于标准化、简单化，对于生产 安全和高效起到很重要的作用，还有利于模具的国际交流和组织模具出口，打入国际市场。 41 标准模架的选取 模架是设计制造塑料注射模的基础部件，其他部件的设计与制造均依赖于它，选择模 架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数，本次设计因参照生产实例，工厂中 多采用上海龙记公司的模架，因此，本次设计也选用该公司产品，其模架标记为：AI 型， 外观尺寸 315300290 如图 3.1 所示。 图 3.1 模架的选择 42 标准紧固件的选用 标准紧固件主要是螺钉。螺钉是日常生活中最常用的标准件，将螺杆直接旋入被连接 件之一的螺孔内，螺钉头部即可将两被连接件紧固，其规格和尺寸均有相应的标准，本设 计的塑件模架中主要采用内六角螺钉，包括 M5，M6,M8 和 M10 M14 不等，但本设计一般 用 M10，M14 的螺钉较多，长度根据不同需要选取，如图 3.2 所示为 M10 的典型结构。 图 3.2 内六角螺钉 5 注塑机的选择 5.1 注塑机的概述 注塑机的全称应为塑料成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、 液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。如图 4.1 所示，工作时模 具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定板上，由合模机 构合模并锁紧，由注射装置加热、塑化、注射、待融料在模具内冷却定型 后由合模机构开模，最后由推出机构将塑件推出。 图 4.1 注塑机结构 注射机的工作原理：注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱 塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化 定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料 熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的 传动方式又可分为液压式、机械式和液压机械（连杆）式；按操作方式 分为自动、半自动、手动注塑机。其特点如表 3.1 表 3.1 立式卧式直角式 热塑性塑料注射机 固性塑料注射 机 形式容量一般为 3060g柱塞式 3060g 螺杆式 60cm3以 上 100500g 容量一般为 2045g 结构 特性 注射装置一般为 柱塞式、液压机 械式锁模机构、 顶出系统为机械 顶出 注射装置以螺杆为主， 液压机械式锁模，顶出 系统采用机械、液压或 两者兼备 除塑化加热系 统外，其他与 热塑性塑料用 螺杆式注射机 相似 注射装置与合 模装置的轴线 互相成垂直排 列，优点介于 立卧两种注射 机之间 优点 1.拆装方便 2.安装嵌件、活动 型芯方便 1.开模后，塑件自动落下便于实现自动化 操作 2.塑化能力大、均匀，注射压力大，注射 压力损失小，塑件内应力，定向性小， 可减小变形，开裂倾向 3.螺杆式可采用不同的螺杆，调节螺杆转 数、背压等用来加工不同的塑料及不同 要求的塑件 1.开模后，塑 件自动落下 2.使用双模， 可以减小循环 周期，提高生 产力 缺点 1.人工取件 2.注射压力损失大， 1.装模麻烦，安放嵌件及活动型芯不便， 易发生分解 1.嵌件、活动 型芯安放不便， 加工高粘度塑料 薄壁塑件时要求 成型压力高，塑 件内应力大，注 射速度均匀，塑 化不均匀 2.螺杆式加工低粘度塑料，薄壁，形状复 杂塑件时易发生回流，螺杆不易清洗， 贮料清洗不净，易发生分解 3.柱塞式结构也有立式结构所具有的特性 易倾斜落下 2.有柱塞式结 构的缺点 适用 范围 1.易于加工小，中 型及分两次进行 双色注射加工的 塑件 2.柱塞式不宜加工 流动性差，热敏 性、对应力敏感 的塑料及大面积， 薄壁塑件，宜加 工流动性好的中 小性塑件 1.螺杆式适应加工各种塑料，小型设备易 加工薄壁、精密塑件 2.螺杆式适应于掺和料、有填料，干着色 料的直接加工 3.柱塞式也具有立式注射机中柱塞式结构 具有的加工特点 1.适用加工小 型塑件，并装 有侧浇口模具 2.适用加工塑 件中心部位不 允许有浇口痕 迹的平面塑件 5.2 注射机的选择 本次设计已计算出塑件的总体积为 13.509cm，总质量为 14.6 g。根据塑料制品的体 积或质量查有关手册选定 XS-ZY-125 卧式注射机。 注射量（cm）125模具最大厚度 （mm） 300 螺杆直径 （mm） 42模具最小厚度 （mm） 200 注射压力 （MPa） 120拉杆空间 （mm） 290 注射行程 （mm） 115模具定位孔径 （mm） 15 0 锁模力（KN）900喷嘴孔直径 （mm） 4 最大成型面积 （cm） 320喷嘴球孔径 （mm） 12 模板最大行程 （mm） 300 5.3 注塑机的参数校核 为使注塑成形过程顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。 5.3.1 最大注塑量校核 我们通过学习知道注塑机的最大注塑量应大于制件的质量或体积（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为注塑机的最大注塑量的 80%，所以，本次设 计选用注塑机最大注塑量应 0.8V机V塑件+V浇 式中：V机注塑机的最大注塑量 cm V塑塑件的体积，cm该产品 V塑件=8.37cm V 浇浇注系统体积，cm该产品 V浇=5.535cm 故 V机（V塑件+V浇）/0.8=（8.37+5.535）/0.8=17.3812cm 在此选顶的注塑机注塑量为 125cm，所以满足本次设计的要求。 5.3.2 注射压力校核. 所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成形所需 注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻 力等因素有关。根据经验，现在对塑件的流动性和黏度做比较，可知道成形所 需注射压力大致如下： 1塑料熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚者所需注射压力一般小于 70MPa。 2塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般者，所需注射压力通 常选为 70 至 100 MPa。 3塑料熔体具有中等粘度（PS、PE 等） ，塑件形状一般，有一定精度要求者，所需注 射压力选为 100 至 140 MPa。 4塑料熔体具有较高粘度（PMMA、PPO、PC、PSF 等） ，塑件壁薄、尺寸大，或壁 厚不均匀，尺寸精度要求严格的塑件，所需注射压力约在 140 至 180 MPa。 本次的产品设计为手机后盖的塑件，整体结构为小型零件，对粘度的要求不高，所以 本次注射机的注射压力为 120MPa，应能满足此项要求。 5.3.3 锁（合）模力校核 高压塑料熔体充满模腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀力 等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须小 于注射机额定锁模力，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，可选 用的型腔压力也不同。型腔压力可根据经验取值，常取型腔压力为 2040Mpa，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，现在为了方便 我们对锁模力校核，对一些树脂平均压力作简单的比较。 表 41 型腔内树脂平均压力/Mpa 树脂 名称 一般 成型 重视表面质量 的成型 硬 质 PVC 3 0 40 软 质 PVC 2 5 35 ABS 3 0 40 PC 4 0 55 PP 3 0 40 根据上表，本塑件的材料为 ABS，可选择型腔压力 Pc=40Mpa，型 腔平均压力 Pc=40MPa 决定后，可以按下式校核射机的额定锁模力： c TKP A 式中 注射机额定锁模力； T 塑件和流道系统在分型面上的总投影面积（mm2） ；A 安全系数，通常取 1.11.2 K 本次设计所选注射机 T=900KN； 两个塑件在分型面上的投影面积为 6049.092mm2； 流道系统在分型面上的总投影面积为 552.4157mm2； =6049.092+552.4157=6497.114mm2 A =1.2；K =1.2401066497.11410-6 c KP A =311861.472N=311.86KN T=900KN 311.86KN; 故所选注射机满足此项要求。 5.3.4 模具安装尺寸的校核 模具厚度（闭合高度）必须满足下式： minmaxm HHH 式中：注射机允许的最小模具厚度（mm） ； min H 所设计的模具厚度（mm） ； m H 注射机允许的最大模具厚度（mm） ； max H = 200mm， = 290mm，= 300mm min H m H max H 200104为宜。 3.模塑材料（塑料） 塑料的热性能，对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低， 但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。 根据表 6-1 确定冷却时间（表 6-1 见塑料模具技术手册221 页表 3-42） 表 6-1 塑件壁厚与冷却时间的关系 冷却时间 （s）制件厚 度 （mm ） ABSPAHDPELDPEPPPSPVC 0.51.81.81.0 0.81.82.53.02.33.01.82.1 1.02.93.84.53.54.52.93.3 1.34.15.36.24.96.24.14.6 1.55.77.08.06.68.05.76.3 1.87.48.910.08.410.07.48.1 2.09.311.212.510.612.59.310.1 2.311.513.414.712.814.711.512.3 2.513.715.917.515.217.513.714.7 3.220.523.425.522.525.520.521.7 根据上表，本塑件材料为 ABS，壁厚为 1.2mm，故冷却时间为 2.9-4.1s。 7.2 冷却参数计算 1.计算所需冷却水体积流量： 应用公式：= 来计算； V 12 60() i G Ctt 式中： 冷却水的体积流量(m3/min)V 单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）G 塑料成型时在模内释放的热量（J/kg） i 冷却水的比热容(J/kgK)C 冷却水的密度（kg/m3） 冷却水的出口温度（） 1 t 冷却水的进口温度（） 2 t 塑件质量 M 塑=8.788g,用 UG 作出浇注系统的三维图，计算出浇注系统的总 质量为 5.812g，每小时注射 240 次， =（8.788+5.812） 240/1000=3.504Kg；G 计算得 =2.133105/60/103/4200/（25-20）=V 12 60() i G Ctt =0.834 10-3(m3/min) 参考塑料模具技术手册 ，选定冷却水道直径为 8mm 。 2.求冷却水在水孔内的传热速度v =40.83410-3/3.14/(6/1000)2/60=0.23(m/s)v 2 4V d 3.求冷却水孔与冷却水间的传热系数 =8.4(9960.61)0.8/0.0020.2 0.8 0.2 ()v d =1.04103（W/m2K） (=8.4) 4.传热水孔总传热面积的计算： 公式 A= 3600 () i w G TT 式中：A冷却水孔总传热面积(m2) G单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h） 冷却水的传热系数（W/m2K） C冷却水的比热容(J/kgK) 冷却水的密度（kg/m3） TW模具温度（） 冷却水的平均温度（）T 计算得： A = 3600 () i w G TT =3.5043105/3600/1.04/103/40-（25-20）/2 =0.009（m2） 则传热水孔总传热面积应为 0.009m2 5.冷却水孔总长度计算 公式 L= 0.8 3600()() i w G vdTT 式中 L冷却水孔总长度(m) L=1.51m 0.8 3600()() i w G vdTT 则冷却水孔总长度应为 1.51m 6.冷却水道孔数计算： 公式 n= A dl 计算 n=0.0024/3.14/0.002/0.29=1.32 A dl 因为模具采用的设计是一模两腔设计，选用铜管以防止漏水，会降低冷却 作用故采用 14 根水道。 7.3 冷却回路的设计 冷却系统的设计原则： （1）冷却水道数量尽量多、截面尺寸尽量大，以尽快使塑件凝固，防止产生残余应力。 （2）浇口处加强冷却，因为浇口附近温度最高，距离浇口越远温度越低。 （3）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等厚壁处冷却水道要靠近型腔，间距要小，一 般水道孔至型腔表面的距离大于 10mm，此处采用 12mm。 （4）冷却水道排列形式，由于手机后盖成型面积较大，为使加工方便，采用并联式直 接循环式水道，冷却管道中心距约为管径的 35 倍。 （5）冷却水道出、入口温差要尽量小。 根据本次设计的塑件形状及其所需冷却温度分布要求以及浇口位置等，设计出冷却回 路。冷却通道之间也可采用内部钻孔法沟通，用堵头使之形成规定的冷却回路。 冷却回路的水孔数量尽可能多、孔径尽可能大，一般的来说，冷却水孔中心线与型腔 的距离应为冷却通道直径的 12 倍（通常为 1215mm） ，冷却通道之间的中心距约为水 孔直径的 35 倍，通道一般在 8mm 左右以上。 冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔壁厚不 均匀时，应在厚壁处强化冷却。 合理确定冷却水接头位置，进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧面。为 了不影响操作，通常应设在注射机的背面，水管接头多采用自动密封接头。 综合以上冷却水孔的布置要点同时还要兼顾水道与其它件是否产生干涉， 本次设计的冷却水道采用直通式，不会与其他零件产生干涉，水道中插入铜管 防止漏水。 UG 的设计步骤： 8 顶出和导向机构的设计 8.1 顶出机构的设计计 8.1.1 顶出机构的分类 顶出机构按驱动形式分为：手动顶出、机动顶出、气动顶出。按模具结构形式分为： 一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。 8.1.2 顶出机构的设计原则 顶出设计的设计原则： （1）顶出机构应设置在动模一侧：因塑件一般均留在动模一侧以便顶出。 （2）顶出时与塑件的接触应为塑件内表面及其他不明显的位置，以保证塑件外观。 （3）顶出装置均匀分布，顶出力作用在塑件承受力最大的部位。以防变形和损伤。 （4）顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠，足够的强度、耐磨性，平稳顺畅无卡滞，并且 制造方便，易于维修。 8.1.3 顶出机构的基本形式 1.顶杆顶出机构和计算 基本形式：常用断面形状有圆形、矩形、腰形、半圆形、弓形和盘形等。本设计选用 斜滑顶杆，因为它有两方面作用既能做顶杆还能起内部侧抽的作用，能保证配合精度及互 换性，滑动阻力最好，不卡滞，应用很广。斜滑顶杆的结构形式如图 7.1。本次设计主要采 用下面的顶出形式，顶杆端部的端面要求抛光以符合塑件的粗糙度的要求。 图 7.1 斜滑顶杆的形式 斜顶杆行程=斜顶杆角度 tan(3- 22）顶出行程 本设计的斜顶杆角度为 15，行程为 7mm 最后得出：斜顶杆行程= tan157=1.8756mm 2.推件板顶出机构 推件板顶出机构是由一块与凹模按一定配合精度相配合的模板和推杆组成应用在比较 有规则的薄壁塑件。 根据本次设计的需要从塑件的结构特点，以及表面粗糙度等多原因考虑，选择推杆顶 出机构作为本次设计的顶出机构，镶嵌在模架的推杆固定板上，并利用小导柱对顶杆进行 导向。 在 UG 中的设计步骤： 8.2 导向机构的设计 导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，它能够保证注射模具准确的开合模，并在 模具中起定位、导向和承受一定侧压力的作用，导向机构的形式主要有导柱导向和精定位 装置。 8.2.1 导柱和导套的设计 导柱导向机构主要包括导柱和导套，其设计原则如下： （1）导柱应合理的均布于分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具 强度，防止模板变形。 （2）若模具凹凸模合模有方位要求，则应采用等直径导柱不对称或不等直径对称的布置方 式。 （3）导柱和导套应有足够的耐磨性。 （4）最好装在定模上以便脱模（特殊情况如推板由导柱导向推出塑件时，装在动模） 。 （5）各导柱、导套、导向孔的轴线应保证平行以确保合模准确性。 （6）导柱导向：有导柱和导套组成，导柱的导向部分的长度要应比型芯端面高出 8 12mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔与型腔发生碰撞而损坏。 （7）导柱前端要作成锥形或半圆形，以顺利进入导向孔。 （8）导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，设在定模一侧可以让塑件顺利脱模卸出。 此课题模具导向柱设在动模部分，以便于塑件顺利脱模卸出。 （9）因为模具的形状为方形，设置四个导柱在模具的四周均匀分布，保证动定模按照同一 方向合模，不致在合模时将方位弄错，导柱的布置通常有等直径不对称布置和不等直径对 称布置。导柱固定部分、导套与模板之间的配合为过盈配合，导柱和导套之间的配合为间 隙配合。 （10）动模板和推杆之间也要设置导柱和导套。 （11）锥面定位机构的结构是型芯模块