手机外壳模具设计及其软件应用

毕业项目毕业项目毕业项目 2011 届 2011 年 05 月 10 日 项目类别： 工业案例工业案例 项目名称： 手机外壳模具设计及软件应用手机外壳模具设计及软件应用 专业名称： 模模具具设设计计与与制制造造 姓 名 ： AAAAAA 学 号 ： 00000 指导教师： AAAA 毕毕业业项项目目任任务务书书（个个人人表表） 系部： 毕业项目类别： 工业案例 毕业项目名称：手机外壳模具设计及软件应用 校内指导教师：职称：类别： 校外指导教师：职称：类别： 学 生：专业：班级： 1、毕业项目的主要任务及目标 主要工作有注射模 CAD/CAE/PRO/E 在国内外应用现状、手机外壳 常用材料的选用、手机外壳结构合理性分析、应用分析软件进行流动 分析优化设计方案、成型设备的选用、完成手机外壳注射模结构设计、 应用软件实现典型零件的数控化加工、试模分析缺陷及解决方法和结 论。 通过设计的研究过程可以看到，CAD/CAE/PRO/E 技术是提高产品 设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段。因 此，近年国内外的企业对 CAD/CAE/PRO/E 技术的发展及应用都十分重 视。 2、毕业项目的主要内容 CAD/CAE/PRO-E 应用现状分析 塑料模具设计流程 手机外壳使用塑料要求、外壳分析及注射机的选用 模具手机外壳构设计 关于手机外壳产生缺陷原因及解决方案的研究 续表： 3、主要参考文献（若不需要参考文献，可注明，但不要空白） 1张海筹.基于高速切削技术的模具制造方法探讨.模具制造，2004 2张宪立等.机械 CAD/CAM 技术.北京:电子工业出版社，2000 3申长雨等.塑料模 CAE 技术发展概况.模具工业，2001 4董斌斌等CAE 技术在注射模浇注系统设计中的应用.模具工业， 2000 5申长雨等.CAE 技术在注射模设计中的应用.模具工业，2004 6专业家组.第八届国际模展模具先进制造技术评述.模具工业，2000 4、进度安排 毕业项目各阶段任务起止日期 1课题确认，方案论证2010/11/62010/12/10 2资料收集 2010/12/112010/12/20 3论文撰写及修改 2010/12/212011/01/20 4后期完善 2011/01/212011/03/15 5 注注： 此此表表在在指指导导老老师师的的指指导导下下填填写写 摘摘 要要 注射模 CAD 技术偏重于产品的造型、绘图、模具设计和数控加工数据 的生成，而 CAE 技术是利用塑料加工流变学、传热学、数值计算方法和计 算机图形学等理论，对注射模浇口及流道的配置和尺寸、冷却管道的尺寸、 布置及联接方式、塑料熔体在模具中的流动、充填、冷却情况等进行定量 分析和模拟。利用该技术可在模具制造前，在计算机上对模具设计方案进 行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，为设计人员修 改设计、获得能实现最佳充填和冷却的模具结构提供科学的依据。CAE 技 术将工程设计、试验与分析贯穿于产品研制的每一个环节中去，以指导和 预测产品构思和设计。 本文主要工作有注射模 CAD/CAE/PRO/E 在国内外应用现状、手机外壳 常用材料的选用、手机外壳结构合理性分析、应用分析软件进行流动分析 优化设计方案、成型设备的选用、完成手机外壳注射模结构设计、应用软 件实现典型零件的数控化加工、试模分析缺陷及解决方法和结论。 关键词关键词: : 塑料注射模具，计算机辅助设计，计算机辅助制造，计算机 辅助工程 目目 录录 1.绪 论9 1.1 我国模具及 CAD/CAM/PRO/E 发展和应用 9 1.2 塑料模具设计流程 .10 1.2.1 客户要求11 1.2.2 塑料模具设计11 1.2.3 试模分析产品缺陷的产生和解决方案11 1.3 手机模具设计思路 .11 1.3.1 手机产品的形体结构设计12 1.3.2 手机产品的模具结构设计分析12 1.3.3 手机产品的模具结构设计12 2.手机外壳使用塑料要求、外壳分析及注射机的选用.13 2.1 壳体常用材料 .13 2.2 壳体常用材料在应用上需要注意事项 .14 2.3 客户成品图 .14 2.4 客户样品分析 .14 2.4.1 样品壁厚检查(料厚均匀性分析)14 2.4.2 样品分型面的确定(分型面分析)14 2.4.3 浇口进料形式确定(浇口分析)15 2.5 手机外壳注射机的选择 .16 2.5.1 选择注射机时应注意的问题16 2.5.2 模具的具体情况16 2.5.3 注射参数的确定17 2.6 本章小结 17 3. 手机外壳模具结构设计. 18 3.1 模具的开合模动作 .19 3.2 模仁设计 .19 3.2.1 模仁形状19 3.2.2 模仁镶件20 3.3 确定模板厚度. 21 3.3.1 确定公模板厚度21 3.3.2 确定母模板厚度22 3.4 确定模具冷却系统 .22 3.5 浇注系统设计 .23 3.6 计算模具闭合高度 .23 3.7 模架 .24 3.8 模具典型零件的选材与加工 .25 3.8.1 材料的选用25 3.9 装配 .26 3.9.1 装配图26 3.9.2 装配明细表27 3.9.3 装配27 3.10 试模 27 3.11 本章小结 28 4. 关于手机外壳产生缺陷原因及解决方案的研究.29 4.1 龟裂 .29 4.2 填充不足 .29 4.3 溢边 .30 4.4 翘曲变形 .30 4.5 其它缺陷 .30 4.6 本章小结 .31 5. 结论.32 6. 参 考 文 献:. 33 7. 致 谢 34 1 绪绪 论论 1.11.1 我国模具及我国模具及 CAD/CAM/PRO/ECAD/CAM/PRO/E 发展和应用发展和应用 模具是制造业中用量最大、影响面广的工具产品，工业产品的零件粗加工的 75%、精加工的 50%及塑料零件的 90%由模具来完成。随着钢铁时代向聚合物时代过渡，工业及生活中使用的工 程塑料、橡胶己远远超过钢铁，聚合物必须用模具成型，没有高水平的模具就没有高质量的产品;另 一方面，随着产品更新换代速度加快，模具成为新产品开发的关键。 计算机辅助设计(CAD)指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为辅 助工具，完 成产品的设计、分析、绘图等工作，一般包括零件设计、装配设计、复杂曲面设计、图样绘制等。 计算机辅助制造(CAM)指 NC 程序编制、包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及 NC 代码的生成等。 注射模计算机辅助工程(CAE)技术是利用塑料加工流变学、传热学、数值计算方法和计算机 图形学等理论，对注射模浇口及流道的配置和尺寸、冷却管道的尺寸、布置及联接方式、塑料熔 体在模具中的流动、充填、冷却情况等进行定量分析和模拟。 CAD、CAM 的概念是在 50 年代末 60 年代初，由美国麻省理工学院教授提出的。从 60 年代中 期到 70 年代中期，针对某个领域的 CAD 系统蓬勃发展。之后随着计算机的应用发展，深入到生 产各领域。欧美许多模具生产企业较早地将 CAD/CAM 应用到生产实际中 2l。国外 cAE 技术是 1943 年以后开始研发的，是 CAD/CAM 的进一步发展将高新技术应用于模具的设计与制造，已成 为快速制造模具的有力保证。 我国注射模成型工艺发展了近 50 年，但是由于塑料制品的多样性、复杂性和工程技术人员 经验的局限性，长期以来，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的 塑料材料和确定最优的工艺方案。传统模具开发流程为概念设计产品设计一模具设计模具制 造设置工艺参数试模生产。传统方法在开始大规模生产前由于仅凭经验设计模具，模具装配 完毕后，通常需要儿次试模，发现问题后，不仅要工艺师重新设置工艺参数，甚至还要设计师 调整塑料制品和模具设计方案，修改模具。重复各个步骤增加了生产成本，影响模具质量，同 时延长了制品生产时间。 我国的模具行业是应用 CAD/CAM 较早的一个领域，但就整个行业而言，至今具有较完备集 成环境的企业较少。目前在该行业具有代表性的是在设计、制造及管 理等部门部分或单独采用了 CAD、CAM 等技术。虽然这些技术在应用初期对提高产品设计水平、 增加企业活力起到了积极的促进作用，但随着产品更新换代速度不断加快、同行业竞争加剧及市 场不断扩大，客户对产品质量、成本、制造周期要求不断提高，原来分散独立使用已不适应发展 需要。 我国是制造业大国，在新一轮国际产业结构变革中，我国正逐步成为全球制造业的重要基地 之一。 “以信息化带动工业化，发挥后发优势，推动社会生产力的跨越式发展”是国家的发展战 略。应用高新技术，特别是信息技术改造传统产业、促进产业结构优化升级，将成为我国今后一 段时间制造业发展的主题之一。我国 CAD/CAE/CAM 等现代制造技术的研发与应用起步晚、基础差。 80 年代初，机械 CAE 技术中的有限元法被成功地应用到注射成型分析过程中，逐步形成了注射 模 CAE 系统。注射模 CAE 技术是力学、流体、热学、高分子材料、注射成型工艺、注射模设计、 有限元分析和计算机等多学科相交叉的新兴学科。国际市场上出现了一些商品化注射模 CAE 软件， 如美国 ACTech 一 noofgy 公司的 C 一 MOLD、澳大利亚 MF 公司的 MoldFlow 等。近十来年 CAE 技 术也已走向成熟。国内是在“八五”期间才开始注射模 CAE 技术的研究、开发工作，近年来也 陆续出现了有自主知识产权的注射模 CAE 软件，如郑州工业大学国家橡塑模具工程研究中心开发 的 Z 一 MOLD 等 Sll。 “九五”期间科技部同国家经贸委等部门实施“CAD 应用工程” ，现己成功地 实现了“甩图板” ，并在部分企业进行了 CAD 等技术的应用试点与示范，现代技术的开发和应用 有了良好的起步和发展， “十五”期间国家将投入 8 亿元实施信息化工程。同时在 CAD/CAE/CAM 等软件方面拥有了自主知识产权的软件，如北航海尔 CAXA 系列软件、上海交大申模公司的三维 有限元分析系统、吉林金网格模具工程研究所研究的模具 CAD/CAE/CAM 一体化等。虽然国外软件 的应用在我国模具行业中仍占主要地位，但可预计国产的 CAD/CAE/CAM 软件将在我国模具工业中 发挥越来越重要的作用6l。 在 CADC/CAECAM 研究及应用上，我国处于起步阶段，CAD 真正应用不超过十年，CAM 也仅是 近些年逐步开始应用，CAE 的应用仅限于为数不多的较大模具企业应用，还处于探索阶段。 随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞越发展已经成为推 动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越多品种、小批量、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一模具的要求越来越苛刻。没有计算机辅助技术的 支持，就不可能适应上 述两方面的要求。 本文的课题来源于企业生产实践，通过以手机外壳为例研究 CAD/CAE/CAM 在塑料制品及塑料 注射模设计、模拟、加工中集成设计的全过程的模式。以 AutoCAD、Pro/E 和 MdoelFlwo(CAE)三 种流行软件为主来设计手机外壳，完成设计全过程及设计模式。通过本文手机外壳精密模具设 计，可以看到模具行业中对设计人员及现代设计方法的要求。 1.21.2 塑料模具设计流程塑料模具设计流程 良好的设计流程是设计出准确合理的好产品的基础，制订模具设计流程是使模具设计规范化、 制程化的保证，是适应模具交货期短，缩短模具设计时间的必由之路。 塑料注射模计算机辅助设计制造流程:塑件三维建模 模流分析一塑料产品装配一 模具结 构设计-生成模具工程图一模具关键零件数控加工一关键零件数控电加工一模具装配调式 1.2.11.2.1 客户要求客户要求 （1）接到客户的执行单 从客户的模具执行单上审查客户对产品的所有要求，其中包括: 客户所传产品图; 客户要求产品的模穴数; 塑料材质; (2)接到客户产品 对客户的 2D 和 3D 产品图处理，包括: 如果接到客户传的产品图是 2D 图，则要必须先请客户的 2D 图转化为 3D 图(用 Pro/E 或 UG 软件)，即根据客户产品的 2D 图建构产品的 3D 模型图; 如果有了客户产品的 3D 模型图，模具 3D 设计人员必须检查 3D 模型图的外观, 成品的平 均肉厚是否有肉厚不均的地方会产生缩水，成品的拔模角是 有利于开 模，成品的结构是否 有利于产品成型。 如果客户产品的 3D 模型图有以上的问题存在，要通知客户修改成品的问题。 1.2.21.2.2 塑料模具设计塑料模具设计 经过以上的客户产品图处理之后转入模具设计阶段，包括: (1)产品成型分析 MoldFlow (CAE ); (2)2D 模具结构图绘制(AutoCAD ); (3)3D 模仁成型部分拆制(Pro/E ); (4)模具零件图的拆制: 模具零件图也就是所说的模具加工图，是根据模具 2D 图和 3D 图拆制的模具零件图。包括 模板图、滑块座图、斜撑销图、模仁图、滑块入子图、斜销图、入子 图 等，还有顶针备料明 细表、五金零件备料明细表、出图明细表等。其中前三部分工作同时进行。 1.2.31.2.3 试模分析产品缺陷的产生和解决方案试模分析产品缺陷的产生和解决方案 要预知将产生的缺陷，及补救方案，不能在产生缺陷后无法修改模具。手机外壳属薄壳件， 薄壳件加工成型的质量缺陷主要表现在塑件的翘曲变形、表面缩痕和流痕等问题上，对于这些 问题，合理地设置工艺参数起着决定性的作用。以翘曲变形为例进行分析: 影响塑件变形的因素(工艺参数)主要有:模具温度、熔体温度、浇口尺寸、注射速率、保压 压力、保压时间，同时还要考虑模具温度和熔体温度的交叉因素、熔体温度和浇口尺寸的交叉因 素对翘曲变形的影响。通过 cAE 模拟分析，找出上述这些因素最佳工艺参数的组合，以改善和消 除塑件的翘曲变形，提高塑件的质量。 1.31.3 手机模具设计思路手机模具设计思路 手机产品的机构设计是实现产品功能的关键，这不仅需要与产品外观相协调，更要考虑后 序的生产装配、喷涂、喷绘、模具设计制造等各方面。 1.3.11.3.1 手机产品的形体结构设计手机产品的形体结构设计 牵扯知识范围十分广泛，主要有材料的选用、模具结构设计、表面处理、加工手段、包装 装演几个方面，这此因素的运用直接影响着手机产品的生命和外观形象的变化。可以说设计 者的水平高低决定了产品的生命力和产品档次高低，高档次产品不一定是高造价，运用低造 价设计出高档次的产品是设计者水平高素质的体现。 1.3.21.3.2 手机产品的模具结构设计分析手机产品的模具结构设计分析 (1)要审查造型设计是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、结 构强度、电路安装(和电子工程人员配合)等是否合理; (2)根据造型要求确定制造工艺是否能实现，包括模具制造、产品装配、外观的喷涂、丝印、 材质选择、需采购的零件供应等; (3)确定产品功能是否能实现，用户使用是否最佳; (4)进行具体的机构设计，确定每个零件的制造工艺，要注意塑件的结构强度、安装定位、 筋骨方式、产品变形、元器件的安装定位、安装要求、确定最佳装配路线; (5)结构设计要尽量考虑模具设计和制造的难度，提高注射生产的效率，最大限度地减低模 具成本和生产成本; (6)确定整个产品的生产工艺，检测手段，保证产品的可靠性。 1.3.31.3.3 手机产品的模具结构设计手机产品的模具结构设计 对以上所需要清楚的东西，做好工艺排序，然后进入模具结构的设计一装配图的设计。 (1)3D 转 2D 的 DWG 图(CAD 图); (2)成品的开模分析，确定凸、凹模分模面; (3)成品的结构分析，确定机构，如有倒扣的，用斜销成型或侧滑块成型; (4)成品的进浇点的分析，借助 MoldFlow 软件，确定浇口的形状、位置等，及注射机的选用; (5)确定模具的结构(两板模、三板模、及热浇道)，有时候根据客户需求而确定; (6)成品的收缩率的确定(未加收缩的，给产品在 3D 图中放收缩); (7)确定成品的开模腔数(一模多腔，要注意注射模均衡); (8)成品放缩及镜射成品图; (9)确定成品的摆放位置(模腔的排配); (10)确定模仁的大小(由于手机模具结构复杂，模仁(模腔)需要单独加工); (11)画流道及浇口; (12)确定模座大小，调用模座(同一产品在不同的公司有不同的做法，不同的公司有自己规 定的标准，以减轻模具设计人员重复作业时间，提高生产率。); (13)匀将模仁放入模座中的适当位置; (14)画定位圈及注射浇口套; (15)画滑块及斜销等机构; (16画顶出机构; (17)画冷却水路; (18)画模座其它周边的结构; (19)标注模座的尺寸。 1. 2 手机外壳使用塑料要求、外壳分析及注射机的选用手机外壳使用塑料要求、外壳分析及注射机的选用 2.12.1 壳体常用材料壳体常用材料 手机中壳体的作用:是整个手机的支承骨架:对电子元器件定位及固定:承载 其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。 (1)ABS 由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。ABS 的特性主要取决于三种单 体的比率及分子结构，这在产品设计上具有较大的灵活性，并且由此产生了市场上 多种不同品质的 ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到 高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 (2) PC(聚碳酸脂) PC 是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗击强度、热稳定性、光泽度、抑制 细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，PC 的缺口冲击强度非常高，并且收缩率很低。 PC 有良好的机械性，但流动性较差，注射过程较困难。因此，如果塑件要求有 较高的抗冲击性，那么选低流动率的 PC 材料;反之，可以使用高流动率的 PC 材 料，这样可以优化注射过程。避免一味减少强度风险，什么部件都用 PC 料而导致成型困难和成 本增加。 (3) PC+ABS 综合了 PC 和 ABS 的性能，具有 ABS 的易加工性和 PC 的优良机械特性和热稳 定性(二者的比率将影响 PC+ABS 材料的热稳定性)。流动性好、强度不错、价格 适中，但容易发生熔体破裂。适用于绝大多数的手机外壳，只要结构设计比较优 化，强度是有保障的。较常用 GE CYCOLOY C1200HFo 本文手机外壳采用的是 PC+ABS 塑料。 2.22.2 壳体常用材料在应用上需要注意事项壳体常用材料在应用上需要注意事项 (1)避免一味减少强度风险，什么部件都用 PC 料而导致成型困难和成本增加; (2)在对强度没有完全把握的情况下，模具评审检查时应该明确告诉模具供应 商，可能会先用 PC+ABS 生产的产品，但不排除当强度不够时后续会改用 PC 料的 可能性。 2.32.3 客户成品图客户成品图 客户原始资料要求: (1)由 Pro/E 软件生成 3D 图; (2)塑料材质:PC+ABS； (3)模具腔数:一模两腔; (4)模具型式:冷流道模具(三板); (5)生产数量:预计生产 50 万件。 2.42.4 客户样品分析客户样品分析 此分析主要是在 Pro/E Pro/E:可进行产品设计、装配设计、模具设计、NC 加工、仿真等。本例对 3D 图进行分析看 它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、结构等，并大至分好分模面。 Pro/e 分析目的： (1)使产品的品质比以往所做的更好; (2)使产品成本降低; (3)在相同或更短的时间内制造更多的产品。 2.4.12.4.1 样品壁厚检查样品壁厚检查( (料厚均匀性分析料厚均匀性分析) ) 壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度、外观、成型及 成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。 壁厚检查包括成品壁厚分布、平均壁厚检查、是否有过薄难以充填或过厚处。对于塑 料件来说，壁厚不均会使其在注射成型时产生缩水现象。因此，当拿到客户样品时，应对其进行 壁厚检查。对于有壁厚不均的部位要及早通知客户，以及时寻求解决方案。 塑件的厚度不应过厚或过薄，对于手机塑件来说，肉厚常取 1.5 mm 左右，最厚处应 小于 2mm(根据经验)。另外，要查看是否存在薄厚悬殊处，若通过计算在某一部 分存在小于 0.4 的胶位，应建议客户加胶或自行处理。 2.4.22.4.2 样品分型面的确定样品分型面的确定( (分型面分析分型面分析) ) 样品的分型面应有利于产品的成型和脱模，并且分型线不应该存在有尖角的地方，否 则模仁(指成型部分，型腔、型芯单独做镶在模板里)无法加工，且产品也很难成型。因为产品较 大，外观光洁性要求很高，且 4 个侧面的外表面都有侧凹，故分型 面应为曲面，4 面为侧向抽芯，但为了外观要求，应做成整体滑块。如图所示粗线即为侧向抽芯 后在产品上形成的接合线(即夹线，镶拼痕迹。)，夹线沿着产品上曲面相交的交线和产品的外廓， 此处夹线不设计在虚线处是因为虚线处 将在矩形处产生夹线，影响产品的外观。模流分析夹线包围集中在中间小孔处，加 小型芯成型以利于排气，后部已用滑块成型。 模具分型线设计原则一般选在塑件的最大轮廓线上，因此采用切片法寻找最大 轮廓线。其具体思想是根据分型方向形成一系列切面然后计算出所有切面同塑件模 型相交的闭合轮廓线，再提取每个轮廓线上的最左和最右点，连接这些点形成塑件 轮廓的分型线。这种方法适合带有自由曲面的塑件，如手机壳表面。 经过分析该样品的分型线在其最大轮廓处经过分析该样品的分型线在其最大轮廓处 2.4.32.4.3 浇口进料形式确定浇口进料形式确定( (浇口分析浇口分析) ) 浇口的类型很多，常见的有侧浇口、点浇口、潜伏式浇口、扇形浇口等多种，根据其特性 来选择使用的不同场合。浇口一般都较细小，因此流动阻力很大，细微的变化都会对塑料熔体的 充填产生很大的影响。浇口设计主要有浇口的数目、位置、形状和尺寸的设计。浇口的数目和位 置主要影响充填模式，而浇口的形状和尺寸主要影响熔体流动性质。浇口的设计一方面应该保证 提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填模式，另一方面应该避免射流、滞流、凹陷等 现象。 2.52.5 手机外壳注射机的选择手机外壳注射机的选择 模具与设备必须配套使用，多数都是根据成型设备种类进行模具设计.设计模具之前，首先 要选好成型设备，了解其性能，如注射容量、锁模力、注射压力、模具安装尺寸、顶出方式和距 离、喷嘴直径和喷嘴球面半径、定位孔尺寸、模具最大最小厚度、模板行程、模具外形大小能否 安装等。 2.5.12.5.1 选择注射机时应注意的问题选择注射机时应注意的问题 (1)注射机的拉杆内间距应大于模具的宽度，以便模具能顺利安装: (2)应该使模具厚度处于注射机的最小装模厚度和最大装模厚度之间: (3)注射机喷嘴的球面半径应小于模具浇口套的球面半径; (4)注射机应有足够的顶出行程 总之，应根据模具的实际情况来选择注射机，如图 2.19 所示。 图图 2.192.19 注射机组成简图注射机组成简图 1.浇口 2.加热器 3.料斗 4.液压机构 5.螺杆 6.料管 7.模具冷却系统 8.锁模机构 2.5.22.5.2 模具的具体情况模具的具体情况 (1)最大外形尺寸为 108. 67mm X 94. 44mm X 34. 14mm; (2)产品成型约需 24cm 的融熔塑料，其中成品需 21 cm 浇注系统需 3 cm (3)顶出距离为 40mm 根据以上分析，拟选用绿点自己生产的生产的型号为 polypax-T150 的注射机，该注射机的 具体参数如下表 2.2 所示: 2.5.32.5.3 注射参数的确定注射参数的确定 经 PRO/E 模流分析，得: (1)注射压力为 100Mpa; (2)锁模力为 300KN; (3)开模行程为 140mm; 第一次开模行程为 95mm; 第二次开模行程为 5mm; 第三次开模行程为 40mm (4)顶出行程为 40nm; (5)模具温度为 700C 2.62.6 本章小结本章小结 本章分析了手机壳体的常用三种塑料 PC, ABS, PC+ABS 的性能，进行了综 合比较，最终选择了 PC+ABS 作为手机壳体的材料。PC/ABS 综合了 PC 和 ABS 的 优点，且可选不同比例混合获得优良的性能。另外，本章还提出了在成型过程中应 注意收缩率大小的选取的问题，并提出了解决的技术问题，以便获得好的配合质 量。Pro/E 可进行产品设计、装配设计、模具设计、NC 加工、仿真等。本例对 3D 档进行分析看它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、结构等，并大至分好分模 面。接下来就可进行模具设计了，在注塑成型模拟的帮助下设计型腔布置，便于优 化流道设计，减少开发时间和成本。型腔和流道布置对所需的合模力有极大的影 响。在某些情况下，通过注塑成型模拟，改进设计，可以把最初的合模力大大降 低。这具有重大的成本意义。 2.2. 3 手机外壳模具结构设计手机外壳模具结构设计 模具结构设计包括分模线位置、滑块夹线、浇口型式及位置、顶出方式及位置、定位方式、 冷却方式等。为了适应生产，常将模具做以下分解: (1)成型部分:包括模仁、滑块镶件、斜销等。 (2)模座:用机构件实现开合模动作，包括模板、模滑块座等。 之后在 PRO/E 中对产品放缩水，再转到 CAD 中画组立图，定浇道形式、模穴及排布形式。再 定出模仁的厚度及模座的大小。调用标准模座图成型、冷却、浇道、顶出等部分的结构。最后标 注。 3.13.1 模具的开合模动作模具的开合模动作 由图 3.1 手机壳体模具装配简图知，该模具属于三板模，其开合模动作的先后顺序主要由 小拉杆 PB 和开闭器 PA(橡胶做的)来控制。 图图 3.1 手机壳体模具装备简图手机壳体模具装备简图 1.PA 2.母模板 3.弹簧 4.PB 5.公模板 3.23.2 模仁设计模仁设计 3.2.13.2.1 模仁形状模仁形状 模仁指模具镶块，型腔的绘制。由于成型零件的成型部分与塑件外表面一致，所以将塑件 的三视图，如图 3.3 所示，经镜像处理(AutoCAD)后，直接放在组立图中，画出成型模腔，如图 3.4 和图 3.5，分别是母模和公模。 一般来说，公模侧(指动模侧)虎口为凸形，且高于最高成型点，这是因为要防止在加工时或 各工段转运过程中，模仁掉在地上而损伤成型面。 公模仁公模仁 母模仁母模仁 3.2.23.2.2 模仁镶件模仁镶件 俗称入子，如图 3.6 所示，属成型部分，放在侧滑块，如图 3.7 上。 图图 3.6 模仁入子模仁入子 图图 3.7 侧滑块侧滑块 3.33.3 确定模板厚度确定模板厚度 3.3.13.3.1 确定公模板厚度确定公模板厚度 公模板厚度在实践中一般取模仁最底端向下 30mm-40mm 即可满足中小型模具的使用要求。如 图示，由于模板形状较为复杂。用现成的力学公式套用误差较大，而实际生产中一般不会采用理论 数据，实际数据往往都大于理论数据。在这里采用经验数据，由于本产品深度较大，产品精度较高， 为了使模板变形最小，取模仁最底端向下 40mm。模板边长=样品边长十(100 160) mm，模板的边 长一般取整数，并且必须是 5 或 10 的倍数。 图 3.24 是公模板局部主视图。 图图 3.24 公模板局部主视图公模板局部主视图 1.模穴 2.公模板 3.3.23.3.2 确定母模板厚度确定母模板厚度 母模板厚度在实践中一般取模仁最底端向上 20mm-30mm，即可满足中小型模具的使用要求。如 果结构不是很复杂，可以选择 20mm。但是，考虑到水路压板的排步最后将母模板底端尺寸加大到 40mm。模板的边长一般取整数，并且必须是 5 或 10 的倍数。如图 3.26 是公模板局部主视图。 图图 3.26 母模板局部俯视图母模板局部俯视图 1.水路 2.侧滑块 3.母模板 4.O 型环 3.43.4 确定模具冷却系统确定模具冷却系统 在注射成型过程中，模具温度直接影响塑件的质量，如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表 面质量等，并且对生产效率起决定作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期 80% 模温过高，会使冷却时间延长而降低生产率，使制品在脱模过程中和脱模后发生变形、顶白、 粘模等缺陷，影响制品外观，降低形位和尺寸精度;模温过低，会降低塑料熔体的流动性，增加流 动剪切应力，使塑件内应力增大，脱模后易变形开裂，还会出现冷流痕、银丝、充模不满等缺陷; 模腔与模芯或模具的局部温差过大，也会导致塑件收缩不均，引起制品的弯曲(或翘曲)变形。模具 温度 95%的热量通过冷却水带走 因此，模具冷却是比较重要的，如果冷却系统开设不当，会使产品的生产周期增长，生产效率 下降，同时塑件质量也会受到影响。 3.53.5 浇注系统设计浇注系统设计 由于塑件的外表面不可有任何痕迹，浇口必选装配面或内表面，若用后者，则须用潜伏浇口， 模具的复杂性加大，且难加工。选用三板模就不存在以上问题。进料点的位置一般是经过模流分析 得到的。 3.63.6 计算模具闭合高度计算模具闭合高度 (1)由选定的标准模座可知: 上固定板 H1=50mm ; 卸料板 H2=35mm ; 下固定板 H6=30mm; 隔热板 H7=6mm; 分型面间隙 H8=0. 5mm (2)根据推出行程和推出机构的结构尺寸可以初步确定: 母模板 H3=80mm; 公模板 H4=110mm; 模脚 H5= 110mmo 因而模具的闭合高度: H = H l + H2 + H3 + H4 + H5 + H6 + H7 + H8 =50+35+80+110+110+30+6+0.5 = 421.5mm 3.73.7 模架模架 如下图 3.33 所示模架图。 产品长 87.6mm， 宽 44.56mm 根据公式公模仁=87.56+2*25 =138.56 mm 取整 140 mm; 母模仁宽=44.56+2*25 =104.56 mm 取整 110 mm 再根据公式: 模板长=140+2*40+2*40 =300 mm; 公模板宽=110+2*55+2*40 =300mm 其中 40 和 55 为滑块的长度，40 为欲留值。 产品高=35 mm， 根据公式， 母模仁高=10+35=45 mm， 公模仁高=25+35 =60 mm, 再根据公式， 母模板高=45 十 40=85 mm; 公模板高=60+40=100 mm; 模脚高度一般等于公模板高度，为 100 mm;根据这几组数据可基本确定模架的形状。 根据计算所得到的数据，尽量接近标准模座。 图图 3.33 模架图模架图 1.上顶出板 2.母模板 3.推料板 4.模仁 5.上固定板 6.公模板 7.下顶出板 8.下固定板 9.导柱导套 3.83.8 模具典型零件的选材与加工模具典型零件的选材与加工 3.8.13.8.1 材料的选用材料的选用 模仁组件是模具成型部分，肩负了成型的全部工作，从注射、进浇到排气、固化成型，工作温 度相当高，塑料对模具有腐蚀作用，材料选用好坏直接决定了模具质量。因此，材料必须具有以下 特性: (1)良好的加工性能，良好的耐磨性和耐腐蚀性能; (2)足够的强度、硬度、韧性; (3)良好的耐热性、热稳定性、热疲劳性; (4)良好的尺寸稳定性、良好的淬透性，热处理变形小。 据此模仁材料选瑞典 8407 一中硬钢，热处理后 HRC48 -52。其它结构材料按常规选即可。 3.93.9 装配装配 3.9.13.9.1 装配图装配图 如图 3.36 所示，为装配主视图。 3.9.23.9.2 装配明细表装配明细表 装配明细表(用于钳工自己编号)见表 3. 7 3.9.33.9.3 装配装配 在装配过程中，既要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对 运动的零件，还必须保证它们之间的运动精度。所以模具装配精度的高低及质量的好坏，都直接影 响制品生产是否正常，以及制品的尺寸、形状精度和成本 数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量，经过数控加工的零件，可直接进行 装配，使模具钳工减轻了负担。 装配基准在本套模具的加工过程中，各个零件都有统一的加工基准，在装配的时候以基边为基 准来进行装配。这样就保证了模具的精度。(每张图纸均有基准角，即为装配基准，用于件与件装 配，装配时都在一个方向基准角，装不反。) 3.103.10 试模试模 模具图交工后，设计者工作并未完成，往往需要跟踪模具加工制造全过程及试模修模过程，及 时增补设计疏漏之处，更改设计不合理之处，或对模具加工厂方不能满足模具零件局部加工要求之 处进行变通，直到试模完毕能生产合格注塑件。试模中应注意的其它问题: (1)顶杆高度的变化:由于受热膨胀的原因，工作中顶杆高度发生变化，等热稳定后再作调整; (2)粘模:试模中开始几模内易发生粘模的情况，几模之后就会好了; (3)成型条件选取:开始试模时，原则上选择低压、低温和较长时间条件下成型，然后按压力、 时 间、温度的先后顺序变动. (4)注射速度选取:一般壁薄面积大时，采用高速注射，壁厚面积小时，采用低速注射。 3.113.11 本章小结本章小结 本章是在对模具结构进行分析及选择好注射机后，拟定模具结构，确定为三板式模具。用 AutoCAD 画装配图，这个过程是“边设计(计算)、边绘图、边修改”的过程，不能指望所有结构尺 寸与数据一下就能合适，需经反复多次修改。采用 1:1 的比例，先从型腔开始，由里向外，主与俯、 侧视图同时进行: (1)型腔与型芯的结构; (2)浇注系统、排气系统的结构; (3)分型面及分型脱模机构; (4)滑块机构、合模导向与复位机构; (5)冷却或加热系统的结构形式与部位: (6)安装、支承、连接、定位等零件的结构、数量及安装位置; (7)确定装配图的图纸幅面、绘图比例、视图数量布置及方式。 3.3. 4 关于手机外壳产生缺陷原因及解决方案的研究关于手机外壳产生缺陷原因及解决方案的研究 4.14.1 龟裂龟裂 龟裂是塑料制品较常见的一种缺陷，产生的主要原因是由于应力变形所致。主要有残余应力、 外部应力和外部环境所产生的应力变形。 (1)残余应力引起的龟裂 残余应力主要由于以下三种情况。即填充过剩、脱模推出和金属镶件造成的，作为在填充过剩 的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可以从下几方面入手: 由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点进 料方式，侧进料等。 在保证树脂不分解，不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性能， 同时也可以降低注射压力，以降低应力的产生。 一般情况下，模具温度较低时容易产生应力，应适当提高温度，但当注射速度较高时，即使 模温低一些，也可降低应力的产生。 注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行多次保压力效果较好。 (2)外部应力引起的龟裂 这里主要是因为设计不合理而造成应力集中，特别是在尖角处更需注意。 (3)外部环境引起龟裂 由于化学药品、吸潮等引起的水降解。 4.24.2 填充不足填充不足 填充不足的主要原因有以下几个方面:塑料容量不足、模腔内加压不足、塑料流动 性不好、排气效果不好等。 改善措施，主要可以从以下几个方面入手: (1）加长注射时间，防止由于成型周期过短，造成浇口固化前熔料倒流而难于充满模腔; (2)提高注射速度; (3)提高熔料温度，温度低，塑料流动性差; (4)提高模具温度，模温低，沿成型表面流过的塑料很快冷却，而失去流动性; (5)提高注射压力; (6)扩大浇口尺寸; (7)浇口设置在制品壁厚最大处; (8)设置排气槽; (9)加润滑剂。 除以上这些方法，还可以用其它方法解决。 4.34.3 溢边溢边 主要是检查型腔周边溢料情况，一般允许型腔周边有 0-0. Olmm 的飞边。改善措施主要可以 从以下几个方面入手 (1)合模力不足; (2)零件的高度误差; (3)接触面积大小，模具分型面精度差; (4)模板的变形; (5)温度的不均匀: (6)工艺条件差，加料量调的不准。 4.44.4 翘曲变形翘曲变形 翘曲是由于制品收缩不均匀而产生的。其主要原因包括: (1)塑件内部温度不均匀; (2)塑件凝固时，沿壁厚方向的压力差异和冷却速率差异; (3)塑件在顶出、脱模斜度不当等造成的; (4)塑件具有弯曲或不对称的几何形状。 4.54.5 其它缺陷其它缺陷 (1）烧伤 模具型腔在填充过程中，除原有型腔空气外，还有在成型过程中形成的挥发气体，高速注射时， 气体被压缩产生高温，引起塑件局部碳化或烧焦。可采用开设排气槽等方法解决。 (2)银线 由于料筒温度过高、注射时间太长、加强肋处不合理等原因产生的。 (3)喷流纹 由于浇口断面过小，且正对一个宽度及厚度都较大的型腔，由浇口开始的注射速度过高引起喷 射，因此，增大浇口横截面或降低注射速度等 (4)缩坑 产生原因与填充相同，可以用填充过剩来解决，但却会有产生应力的危险，应在设计上注意壁 厚均匀，应尽可能地减少加强肋等。 (5)麻面 产生原因与填充相同，解决类似。不加累述。 (6)白化 白化现象最主要发生在 ABS 塑料制品的推出部分。脱模具效果不佳是其主要原因，可采用降低 注射压力，加大脱模具斜度，增加推杆的数量或面积，降低模具表面粗糙度等方法改善，当然，喷 脱模剂也是一种方法，但应用时不要对后续工序，如涂装等产生不良影响。 (7)产品的粘膜 主要原因有注射压力太大、注射时间太长、模具温度太高、浇口尺寸太大，且浇口位置不恰当 等。 以上是在实际生产中不可避免的缺陷，虽然不可避免，但可以去改善。 4.64.6 本章小结本章小结 本章是在试模后对塑件出现的各种可能缺陷及原因进行分析，并给出解决问题的方法。试模过 程中要做好记录，以便对产生的问题进行分析解决。以上出现的问题并不是每一项都出现，仅供参 考。 5 结论结论 本文以手机外壳的注射模设计为例，提出了以 CAD/CAE/CAM 为辅助手段，探讨模具的新的设计 模式:塑件三维建模模流分析塑料产品装配模具结构设计模具装配调式。用这种设计模式以适 应塑料制品的品种、产量需求的增大、制品精度的提高和模具交货期短暂的这种状况，这些都对塑 料模具提出了越来越高的要求。据有关数据统计表明，国外采用 CAD/CAE/CAM 技术，使设计时间缩 短了 50%、制造时间缩短了 30%、成本下降了 10%、塑料原料节省了 7% 在现代塑料制品的生产中，合理