毕业设计（论文）-基于UG的液晶显示器后壳注塑模设计.doc

摘要：课题来源于台湾宏基公司广州分公司17寸宽屏系列al1702wb型号液晶显示器。对液晶显示器外壳进行工艺特性分析，考虑到液晶显示器外壳结构复杂: 4排通风孔、30处形状不同的窄深部位、31个内扣，且塑件尺寸较大（411.6mm354.18mm）,模具设计成一模一腔，采用斜滑块抽芯机构完成31个内抽芯。运用当今最先进的注塑模具设计软件之一的ug/moldwizard对模具的各部件进行了参数化的三维设计，包括浇口设计、定位圈设计、顶出机构设计、内抽芯机构设计和冷却系统设计，并对顶杆强度和斜顶干涉进行了检验，仿真结果表明该模具能够满足设计和实际需求。关键词：ug/moldwizard；液晶显示器外壳；斜滑块抽芯；干涉检验abstract：the design issues from taiwans acer company guangzhou branch of series 17-inch widescreen lcd models al1702wb device. technology of lcd shell is analysised, and the structure of lcd shell is complex: 4 rows of ventilation holes and 30 different shapes of the narrow-deep site, 31 within clasp, larger sizes (411.6mm x 354.18mm), the inject mold is designed into one cavity with 31 core pulling within slanting slider pulling mechanisms. using the most advanced ug / moldwizard software of injection mold design, the parameterized three-dimensional mold has been designed, including pours the system design, the binding ring design, the core organization design and the cooling system design, and went against the organization interference to the roof bar intensity and the slanting slide to carry on the examination, the simulation result had indicated that the mold could satisfy the design and the actual demand.keywords: ug/moldwizard；lcd shell；pumped-ramp slider；interference checking模具装配图模具爆炸图目 录第一章 前言11.1塑胶模具设计发展趋势11.2先进软件应用比较11.3本次设计题目来源2第二章 工艺性分析42.1液晶显示器外壳使用材料及工艺特性分析42.2液晶显示器外壳结构工艺性分析42.3本章小结7第三章 模具结构设计83.1液晶显示器外壳分型面的设计83.1.1分型面的选择原则83.1.2分型面的确定83.2显示器外壳型腔数量及放置方式的确定93.3成形零件的设计93.3.1成形零件应具备的性能93.3.2成形零件的结构选择93.3.3成形零件的材料选用103.3.4成形零件的工作尺寸设计103.3.5模具型腔侧壁和底板厚度的计算103.4顶出机构的设计123.4.1顶出机构的形式确定123.4.2顶出力的计算133.4.3顶杆的设计143.5模具侧向抽芯机构的设计153.5.1抽芯机构样式的确定153.5.2抽芯距确定与抽芯力计算163.5.3斜顶的参数相关设计173.6模架的设计173.6.1模架类型的选择173.6.2模架尺寸的确定193.7注射机的选择及相关参数的校核193.7.1注射机的选择193.7.2注射机的相关校核203.8浇注系统的设计213.8.1浇注系统的形式选择213.8.2浇注系统的尺寸设计223.9温度调节系统的设计223.9.1温度调节系统的要求223.9.2温度调节系统对塑件质量的影响223.9.3模具冷却系统的设计原则233.9.4冷却系统的计算233.9.5本模具冷却系统的设计253.10模具排气系统的设计253.11模具动作全过程及模具结构草图的绘制263.12本章小结27第四章 基于ug软件的模具三维实体设计284.1模具成型零件的设计生成294.1.1塑件实体的调入及模具坐标的确定294.1.2成型零件嵌件的整体尺寸设计及塑件表面补片304.1.3液晶显示器外壳分型线和分型面的设计314.1.4在分型前系统进行自动检查324.1.5型芯和型腔的自动创建324.2模架系统的创建334.3定位圈的设计344.4直浇口的设计344.5模具内侧抽芯机构的设计354.6推出机构的设计374.7冷却系统的设计384.8模具相关部件的造型设计404.9本章小结40第五章 设计总结及展望41参考文献42谢 辞43vi装订线=第一章 前言1.1塑胶模具设计发展趋势 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（cae）技术1已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，cae 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。利用 cae 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。塑胶模具的设计不但要采用 cad 技术，而且还要采用 cae 技术1。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑胶制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用 cae 技术，可以完全代替试模，cae 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑胶熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。近年来， cae 技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用 cae 技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。 1.2先进软件应用比较随着模具行业的迅猛发展，涌现出了大量计算机辅助软件。目前运用最广泛的模具设计软件为eds公司的ug 软件和ptc 公司的 pro/engineer 软件。ug 软件起源于美国麦道飞机公司。ug 于 1991 年并入美国 eds 公司，今年推出了 ug nx 5.0 最新版本软件。它集成了美国航空航天、汽车工业的经验，成为机械集成化 cad/cae/cam 主流软件之一2-4。主要应用在航空航天、汽车、通用机械、模具、家电等领域。采用基于约束的特征建模和传统的几何建模为一体的复合建模技术。在曲面造型、数控加工、模具设计方面是强项，但在分析方面较为薄弱。但 ug 提供了分析软件 nastran、ansys、patran 接口；机构动力学软件 idams 接口；注塑模分析软件 moldflow 接口等5。21世纪以来，ug软件在中国市场的运用越来越广泛。1985 年，ptc 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988 年，v1.0 的 pro/engineer 诞生了。经过10余年的发展，pro/engineer 已经成为三维建模软件的领头羊。ptc 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。pro/engineer 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。pro/engineer在建模方面是强项，但是在模具设计方面和加工方面要显得差一些，必须借助外挂程序。pro/engineer在中国市场的占有率一直处于领先地位。主要运用在产品开发、结构设计上。但是随着模具行业的发展，以及数控加工慢慢成为加工行业的主导，pro/engineer的优势不再那么明显，慢慢在走下坡路。虽然目前在大陆pro/engineer的用户最多，但是都集中在那些产品单一、结构简单的小工厂小企业。并且大部分都集中在珠江三角洲一带。ug凭借其强大的加工模块、注塑模模块以及优秀的曲面造型功能，在大陆的运用市场不可估量。其注塑模模块ug/moldwizard将所用部件有机的联系在一起，让整个模架系统达到最佳状态。并且凭借注塑模分析软件 moldflow的强大功能，弥补了ug在分析方面的不足。在模具制造过程中，要求的精度比较高。ug的加工模块一直以高精度著称。随着人们对产品质量要求的提高，数控加工行业将逐步向着高精度的方向发展。ug软件在数控加工方向将成为领头羊。对于中国这个模具刚刚起步的国家而言，ug是一个不可多得的软件，具有强大的潜力。1.3本次设计题目来源本设计课题来源于台湾宏基公司广州分公司17寸宽屏系列al1702wb型号液晶显示器。随着市场需求的急剧增大以及液晶行业的激烈竞争，液晶显示器正向着大尺寸、外表美观的方向发展。此次设计所选液晶显示器外壳属于当今市面上最流行的宽屏系列产品。本设计的主要任务是利用先进软件合理地设计出一套具有市场代表性的模具。在本文设计中，首先对液晶显示器外壳进行工艺特性分析，选用abs材料，确定塑件的成型时间、压力、温度参数等。在进行结构分析时，考虑到液晶显示器外壳结构复杂，有四排通风孔、30处形状不同的窄深部位、31个内扣，且塑件尺寸较大（411.6mm354.18mm）,因此模具设计成一模一腔，31个内抽芯采用斜滑块抽芯机构，大部分顶杆设计为阶梯形状，以加强顶出机构的强度。借助塑件背面有一个用于贴铭牌的矩形凹槽，采用直浇口浇注系统。本设计的难点在于内抽芯机构和顶出机构的设计。由于内扣数量多并且很集中，各斜滑块之间、斜滑块和模具零件之间很容易发生干涉，通过调整斜滑块倾斜角度和厚度，反复计算和修改结构形状，最终达到了设计要求，并在ug软件中通过了干涉检验；鉴于塑件内腔结构复杂，脱模力较大，通过对顶杆和推板顶出方案比较，选择顶杆顶出机构，共设置18个直通式顶杆和58个阶梯式顶杆，确保塑件受力均衡、凸凹处易脱模。在整个模具结构设计完成后，本文运用当今世界上最先进、最流行的注塑模具设计软件之一的ug/moldwizard对模具的各部件进行了参数化的三维设计。ug软件有强大的注塑模设计模块和加工模块，必将成为未来模具行业软件的主导者。在ug里整个设计过程包括液晶显示器外壳三维实体的调入、模具坐标的定位、成型零件的设计、适当大小标准模架的选择以及各标准零件的设计。包话浇口的设计、定位圈的设计、顶出机构的设计以及内抽芯机构的设计和冷却系统的设计。各零件的设计使模具的整体结构更加清晰。本模具三维实体设计的要点是保证顶杆的强度和避免斜顶的干涉。第二章 工艺性分析2.1液晶显示器外壳使用材料及工艺特性分析12-17此液晶显示器后壳所用材料为abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）。abs无毒、无味，呈微黄色，成形的塑件有较好的光泽。密度为1.021.05g/cm,属于热塑性材料，具有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，成型性能好（收缩率为0.4%0.6%），流动性中等，流动性随着温度的升高而增大，适合注射成型。abs在升温时粘度增高，成形压力较高；易吸水，成形加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力。冲击韧度，力学强度较高，尺寸稳定性，耐化学性，电性能良好，易于成形和机械加工。经过调色可配成任何颜色。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。耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆，所以保存应避免阳光直射。(1)abs材料的成形特点abs吸湿性强，含水量应小于0.3%,必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。流动性中等，溢边料0.04mm左右。在注射成形时宜采用高料温，模温对物理性能的影响较大，料温过高易分解。分解温度是250，对要求精度较高的塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。在模具设计时，要注意选择浇注系统进料口位置、形式。顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹，此时将塑件加热即可消除。脱模斜度宜取2以上。(2)abs材料的成形工艺abs材料的吸水率为0.2%0.4%；物料要经过48h的预热干燥，干燥温度为8085；注射机料筒的加热温度分别为后段150170，中段165180，前段180200，喷嘴温度为170180。成型时的注射压力为60100 mp；注射时间在2090s，高压时间5s左右，冷却时间20120s；螺杆转速在30r/min。2.2液晶显示器外壳结构工艺性分析此外壳用于宏基公司al1702wb型号液晶显示器，属于宽屏系列。其尺寸大（411.6mm354.18mm），其模具属于大中型模具。并且此外壳为液晶显示器后壳，在液晶显示器制作过程中，必须和前壳进行配合，所以此后壳尺寸精度要求高，并且外表不能有任何缺陷。结合以上特点，该模具只能采用一模一腔的形式。该显示器后壳外形对称，壁厚圴匀，如图2.1。此液晶显示器第一印象就是通孔很多，在成型零件成生时需要做大量修补。其中最多的是通气孔，其主要特点是数量众多，单个宽度小，深度大。所以在设置推出机构时，通气孔周围应该重点设置。 图2.1液晶显示器外壳在液晶显示器后壳内部有一些细小部位，如图2.2，它们的主要特点是细而深，必须在底部单独增设顶杆，防止塑件局部产生裂纹，甚至使部分塑件留于模具内。 （a）塑件内固定板 （b）通风孔处挡灰板 （c）塑件侧加强筋 （d）插孔处挡灰板图2.2塑件部分细而深部位在此液晶显示器背部有一块长方形凹槽，深0.6mm，如图2.3，其在现实使用中是专门用来贴铭牌的，如图2.4（图片来自网络）。在铭牌下部表面质量可以要求不高。考虑到本模具是一模一腔，为了节约成本，在贴铭牌处可以采用直浇口形式。待塑件成形后可以直接将凝料切除，不影响塑件外观。 图2.3背部贴铭牌处 图2.4背部铭牌该液晶显示器后壳有一个最大特色，那就是内扣多（31个），如图2.5所示。虽然内扣数量众多，种类也多，但是须要的内抽芯形式却很单一，都只能采用斜顶式。 图2.5各种类型的内扣在该液晶显示器后壳表面，有很多直角部位，无法用机械加工的方法将模具加工出，如图2.6，在模具制造过程中，只能采用电极加工的方法。 图2.6 电极加工部位2.3本章小结本章主要对液晶显示器外壳所用材料进行工艺特性分析以及对液晶显示器外壳进行结构工艺性分析。通过材料工艺特性分析，选用abs，确定了塑件的成型时间、压力、温度参数等。为下文的设计提供了依据。通过对液晶显示器外壳的结构分析，我们了解到此液晶显示器外壳结构复杂，有四排通风孔、30处形状不同的窄深部位、31个内扣，且塑件尺寸较大（411.6mm354.18mm）。由此我们确定此模具为一模一腔；顶出机构必须要有阶梯顶杆；内抽芯采用斜顶抽芯机构。借助塑件背面有一个用于贴铭牌的矩形凹槽，采用直浇口浇注系统。第三章 模具结构设计3.1液晶显示器外壳分型面的设计模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的设计合理与否直接影响到塑件的质量；模具的整体结构；工艺操作的难易程度及模具制造成本。3.1.1分型面的选择原则(1)分型面应选择在塑件外型的最大轮廓处，只有这样才能使塑件从模具中顺利地脱模。(2)分型面的选择应考虑有利于塑件的脱模，一般模具的脱模机构通常设置在动模一侧，模具开模后塑件应该停留在动模一边，以便塑件顺利脱模。(3)分型面的选择要保证塑件的精度要求，塑件光滑的表面不应设计成分型面，以避免影响外观质量。(4)分型面作为主要的排气渠道，应将分型面设计在熔融塑料的流动末端，以利于模具型腔内气体的排出。(5)选择分型面时应使模具零件易于加工，减小机加工的难度，要使模具加工工艺最简单。3.1.2分型面的确定分型面因为本液晶显示器外表面质量要求高，不允许有缺陷，应该放在型腔一侧。而内表面结构复杂，有很多内扣，应该放在型芯一侧。所以分型面应该设在液晶显示器前后壳接触部位，即塑件外型的最大轮廓处。如图3.1所示。液晶显示器后壳分型线图3.1液晶显示器分型面的确定3.2显示器外壳型腔数量及放置方式的确定塑件由于该显示器外壳外表面精度要求比较高，不允许有缺陷，并且尺寸很大（411.6mm354.18mm），塑件体积较大，导致注射量大，所以只能采用一模一腔的型式。此后壳用于17寸宽屏显示器，长比宽要大很多，所以长边应对应模板的长边,短边对应模板的短边，如图3.2所示。模板型腔嵌件图3.2型腔放置方式3.3成形零件的设计3.3.1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，以承受料流的磨擦和磨损。(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。3.3.2成形零件的结构选择型腔结构有：整体式、整体嵌入式、镶嵌式、四壁拼合式、拼块式。型芯结构有：整体式、镶嵌式和组合式。由于采用一模一腔，型腔尺寸大，所用材料必须好，为了节省材料和维修方便，型腔和型芯都必需使用整体嵌入式。3.3.3成形零件的材料选用由于塑件表面质量要求较高，对成形零件钢材也提出了新的要求，必须要有高的硬度，并且由于结构复杂，要求成形零件便于电极加工，结合多方面要求，综合考虑选用在塑料模具里最常用的型腔材料718（一胜百之瑞典工厂生产，相当于市场上俗称的p20+ni）。3.3.4成形零件的工作尺寸设计此液晶显示器外壳所用材料为abs，收缩率为0.4%0.6%。我们计算取0.6%。模具型腔尺寸计算的基本公式：a=b（1+s） （3-1）a室温下模具成形零件的工作尺寸（mm）b室温下塑件的直线尺寸（mm）s塑件收缩率所以a=1.006b。通过测量，可以得到计算结果：上型腔长边尺寸：a0=295.5678mm1.006=297.34mm上型腔短边尺寸：a1=173.7615mm1.006=174.81mm下型腔长边尺寸：a2=411.6mm1.006=414.07mm下型腔短边尺寸：a3=354.18mm1.006=356.31mm上型腔侧壁高度：a4=29.2mm1.006=29.38mm下型腔侧壁高度：a5=23.55mm1.006=23.69mm由于该液晶显示器后壳结构复杂，涉及到的尺寸众多，有一些细小尺寸无法进行简单计算而得出。因为本模具设计借助于ug软件，所有尺寸软件将会自动计算完成。以上计算的仅仅为型腔主要尺寸，为下面的进一步计算做好铺垫。3.3.5模具型腔侧壁和底板厚度的计算型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准，由于该显示器外壳的尺寸大，型腔尺寸大，有可能会由于刚度不足而弯曲变形，应按刚度计算。并且型腔的内外横截面皆为矩形，所以用整体式矩形型腔计算公式计算。 s= （3-2）式中 s为型腔侧壁厚度（mm）；a为型腔侧壁受压高度（mm）；p为型腔压力（mp）；e为模具材料的弹性模量（mp）；为任一自由边中点的允许变形量（mm）；c为常数，由l/a的数值确定，可由以下近似公式计算。 c= （3-3） 式中l为型腔长边长度（mm）；a为型腔侧壁受压高度（mm）。下型腔侧壁厚度计算：下型腔长边长度l=414.07mm，下型腔侧壁受压高度a=23.69mm；经过计算得c=1.499；型腔压力p=35mp；弹性模量e取2.110 mp；=25i,而i=0.35w+0.001w=0.35414.0696+0.001414.0696=1.5822m(w为型腔最长边)，所以=251.5822m =39.5544m=0.0396mm所以下型腔侧壁厚度s=23.69=12.58mm上型腔侧壁厚度计算：上型腔长边长度l=297.34mm，上型腔侧壁受压高度a=29.38mm；经过计算得c=1.493；型腔压力p=35mp；弹性模量e取2.110 mp；=25i,而i=0.35w+0.001w=0.35297.34+0.001297.34=1.3906m(w为型腔最长边)，所以=251.3906m =34.765m=0.0348mm所以下型腔侧壁厚度s=29.38=17.47mm整体式矩形型腔底板厚度计算公式为 h= （3-4）式中,h为整体式矩形型腔底板厚度（mm）；p为型腔压力（mp）；b为矩形板受力短边长度（mm）；l为矩形板受力长边长度（mm）；e为模具材料的弹性模量（mp）；为允许变形量，由塑件高度公差决定；c由l/b决定的常数，可由近似公式计算 c=（l/b） （3-5）上型腔底板厚度计算：长边长度l=297.34mm，短边长度b=174.81mm,所以c=1.701=0.0279；e为2.1；型腔压力p为35 mp；允许变形量=25i,而i=0.35w+0.001w=0.3529.38+0.00129.38=0.7175m,所以=250.7175m=17.94m=0.018mm所以上型腔底板厚度为h=174.81=62.25mm下型腔底板厚度计算：长边长度l=414.07mm，短边长度b=356.31mm,所以c=1.162=0.0202；e为2.1；型腔压力p为35 mp；允许变形量=25i,而i=0.35w+0.001w=0.3523.69+0.00123.69=0.6828m,所以=250.6828m=17.07m=0.017mm所以下型腔底板厚度为h=356.31=147.24mm经过测量上下型腔底板距离为32mm，型腔底板厚度应为h=147.24-32=115.24mm由于上下型腔侧壁厚度均小于20mm，所以为了保证侧壁有足够的强度，我们暂定将型腔侧壁设为20mm。考虑到定模座板有一定的厚度，能够给型腔增加一定的强度，所以可以将型腔底板稍微减少一些，我们暂定将型腔底板设为100mm。因为是整体嵌入式结构。为了便于加工，镶嵌体的尺寸应该设为整数。现在镶嵌体长边尺寸为l=20mm+414.07mm+20mm=454.07mm,短边尺寸为b=20mm+356.31mm+20mm =396.31mm，型腔侧高度为h=29.38mm+23.69mm+100mm =153.07mm。再将尺寸稍做修改，将长边尺寸改为460mm，短边改为400mm,型腔侧高度改为155mm。这样，型腔嵌件最终尺寸得到确定。3.4顶出机构的设计3.4.1顶出机构的形式确定在注射成形的每一循环中，塑件必须从模具的型腔及型芯中被脱出，这一完成塑件脱出的机构称为脱模机构或顶出机构。顶出机构的设计原则1,18:(1)塑件滞留于动模，模具开启后应以使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便模具脱模装置在注射机顶杆的驱动下完成脱模动作。(2)保证塑件不变形损坏，这是基本要求。首先要正确分析塑件对型腔或型芯的附着力的大小以及所在的部位，有针对性地选择合适的脱模方法和脱模位置，使顶出重心和脱模阻力中心相重合。型芯由于塑料收缩时对其包紧力最大，因此顶出的作用应该尽可能地靠近型芯，顶出力应该作用于塑件刚度、强度最大的部分，作用面应尽可能大一些。(3)力求良好的塑件外观，顶出塑件的位置应该尽量设在塑件内部或对外观影响不大的部位，在采用顶杆脱模时尤其要注意这个问题。最常见的脱模机构为顶杆脱模机构和顶板脱模机构。顶杆可以分布于塑件的各个部分，但是顶杆可能受力相对不均，塑件容易变形。顶板脱模机构对于薄壁壳体系的塑件以及不允许在塑件表面留有顶出痕迹的塑件很适用。顶板脱模的特点是顶出力大并且均匀，运动平稳，塑件不宜变形，表面无顶出痕迹，结构简单。虽然此液晶显示器外壳属于薄壁壳体塑件，但是塑件内壁四周分布着很多内扣，必须采用斜顶的方式进行内抽芯，设置顶板不利于设置内抽芯，并且斜顶也有顶出功能，在薄壁四周没有必要再设置顶出机构。所以只须在塑件内表面难以脱模的部位设置部分顶杆即可。3.4.2顶出力的计算经过注射机的高压注射塑料在模具内冷却定型，此时塑料收缩将型芯包紧，这一包紧力是开模后塑件脱出时所必须克服的，此外还有不通孔带来的大气压力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力及机构本身运行时所产生的摩擦阻力。开始脱模时的瞬时阻力最大，称为初始脱模力。脱模力的计算一般总是计算初始脱模力。薄壁件的脱模力计算公式为： (3-6)式中q脱模力（n）；e塑料的拉伸模量（）；塑料成型的平均收缩率（%）；t塑件的壁厚（mm）；l被包型芯的长度（mm）；塑料的泊松比；脱模斜度（）；f塑料与钢材之间的摩擦系数；b塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm）,当塑件底部有通孔时，10b项为零；由f和决定的无因次数。本液晶显示器所用材料为abs，其拉伸模量e为2100,最低收缩率为0.4%，最高收缩率为0.6%，其平均收缩率为0.5%，泊松比为0.30，abs与钢材的摩擦系数f为0.25。经过测量，三维塑件图的壁厚t为1.6737mm，被包型芯的长度l为410.7021mm，塑件的脱模斜度为5。将设为1.5。由于本液晶显示器外壳上有很多通孔，开模时不存在大气压力，所以10b=0。所以此液晶显示器外壳成型后从型芯上顶出时，所需的顶出力计算如下：q=8902.05n3.4.3顶杆的设计1、顶杆脱模机构的设计要点1,18(1)顶杆的机出位置应该设在脱模阻力大的部位。顶杆距离型芯至少0.13mm，在型芯内部设置顶杆时，应该尽量靠近侧壁而且要均匀分布。顶杆距离侧壁一般为3mm以上。当塑件局部有细而深的筋或凸台时，必须在筋或凸台的底部增设顶杆，以防止塑件局部产生裂纹，甚至使部分塑件留于模具内。(2)顶杆不设在塑件薄壁处，以免塑件变形破损，当结构特殊时，应该增大顶出面积。当塑件局部脱模阻力过大时，应该在此处增加顶杆数目，以使塑件克服脱模力，顺利地从模具中脱出。(3)顶杆直径不宜过小，有足够的刚度，而且应以尽可能大的面积与塑件接触，当直径小于3时应该采用阶梯顶杆，以加大顶杆的刚度。(4)顶杆与型芯或型腔板顶杆孔的配合一般为h8/h7或h7/h7,配合间隙可参考塑料不溢料间隙值，配合长度一般为顶杆直径的（1.52）倍，但至少不小于15mm。顶杆端面应和型腔或型芯在同一平面或此型腔或型芯的平面高出0.051mm，顶杆与顶杆固定板的孔之间有足够的间隙，以便使顶杆相对于固定板可移动。(5)若塑件上不允许有顶出痕迹，可在模具型腔外增设辅助顶出耳顶出。(6)顶杆材料多用45钢或t8、t10等碳素工具钢制造，采用头部局部淬火，淬为硬度在50hrc以上，局部淬火长度为1.5倍推出行程与配合长度之和，表面粗糙度在r1.6以下。(7)在一般情况下顶杆已基本作为模具标准件出现，但是在特殊情况下，需要对顶杆做进一步的加工。2、本液晶显示器顶杆的设计在塑件内部有很多细而深的部位，如图2.2，它们的壁宽都集中在1mm左右，应该在顶部单独设置顶杆，并且都要设置阶梯顶杆。阶梯顶杆的形式见图3.3，对于壁宽大于1mm的薄壁件，将顶杆直径pin_dia设为1mm；而壁宽小于1的薄壁件，将顶杆直径设为0.8mm。与型芯的配合长度都设为18mm。阶梯顶杆加强段长度shoulder_length随着顶杆的长度不同而设置不同。根据模架尺寸可以设置顶杆的长度，其中顶杆顶端与型芯表面平齐。选用材料为使用最广泛的45号钢。在塑件内部有一些难脱模的地方，特别是通气孔一带,必须加强顶出机构的设计.在非薄壁部位，可以采用最常见的直通式顶杆，如图3.4。将顶杆直径pin_dia设为5mm。与型芯的配合长度也设置为18mm。顶杆长度取决于模架尺寸，顶杆顶端与型芯表面平齐。选用材料也为45号钢。图3.3阶梯顶杆的形式 图3.4直通顶杆的形式3.5模具侧向抽芯机构的设计3.5.1抽芯机构样式的确定从图2.5可知本模具设计的最大特色是内扣多（大小内扣共31个），所以内抽芯多。本显示器塑件的侧凹较浅，都不大于0.8mm，但侧凹的成型面积较大，因而需较大的抽芯力，本模具设计里内抽芯应都是采用斜顶式。如图3.5所示。图3.5斜顶的样式3.5.2抽芯距确定与抽芯力计算将侧向型芯从成形位置抽至不妨碍塑件的脱模所移动的距离称为抽芯距，用s表示。一般情况下，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或者侧向凸台的高度大23mm。 (3-7)式中 s抽芯距（mm）； 取出塑件的最小尺寸（mm）。如图2.5大部分内扣的最小深度都是0.8mm，即=0.8mm，所以抽芯距s=2.83.8mm。抽芯力的计算同脱模力计算相同。对于侧向凸起较少的塑件的抽芯力往往是比较小的，仅仅是克服塑件与侧型腔的粘附力和侧型腔滑块移动时的摩擦阻力。对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下的公式进行估算： (3-8)式中 抽芯力（n）；c侧型芯成形部分的截面平均周长（m）；h侧型芯成形部分的高度（m）；p塑件对侧型芯的收缩应力，其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成形工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，p=(0.81.2)10,模外冷却的塑件，p=(2.43.9)10；塑料在热状态时对钢的摩擦系数，一般=0.150.2；a侧型芯的脱模斜度或倾斜角（）。进过ug软件分析，侧型芯成形部分的截面平均周长c为12.35mm；侧型芯成形部分的高度为1.8mm；本液晶显示器外壳属于模内冷却，所以塑件对侧型芯的收缩应力取p=1.010；塑料在热状态时对钢的摩擦系数取0.18；侧型芯的脱模斜度为5。所以抽芯力=2.0510n3.5.3斜顶的参数相关设计因为本模具内扣数量众多，形式各异，所需要的斜顶尺寸以及数量也很多。由于抽芯距相当小，在这里我们将斜顶的倾斜角统一设为5；将斜顶的宽度和内扣的宽度设为一至，以便既完全抽芯又能减少脱模力。将斜顶的厚度设为15mm。斜顶的长度根据具体情况而定。如果斜顶之间，或者与模架某部件之间发生干涉，再对斜顶具体尺寸做出相应的调整。3.6模架的设计3.6.1模架类型的选择目前市场上出售的标准模架主要有三种：大水口系列、细水口系列、简化型细水口系列。考虑到市场供应状况，我们选用运用最广泛的龙记公司产品。龙记公司三种系列模架如图3.6、图3.7和图3.8：图3.6不同类型的大水口模架系统 图3.7不同类型的细水口模架系统图3.8不同类型的简化型细水口模架系统通过比较可知，细水口系统和大水口系统相比，细水口系统多一块水口板。而细水口系统和简化型细水口系统相比，简化型细水口系统在a、b板之间只有一组导柱和导套。根据设计要求，我们选择大水口系统模架为本设计的备选模架。因为顶出机构设计的是顶杆顶出，并且型芯是嵌入式，动模板下必须有动模垫板。所以我们选择大水口系列a类模架，如下图图3.9 龙记公司大水口系列a类模架因为型腔采用的是嵌入式，必须要有定模座板，并且我们最常用的是“工”字型模架，我们的设计计划也是“工”字型模架，所以我们选用ai型模架。3.6.2模架尺寸的确定根据3.3.5节可知，型腔嵌件的尺寸为460mm400mm，型腔侧嵌件厚度为155mm。为了能使嵌件能合理摆放，我们将模架总体尺寸设为700mm700mm，其中定模座板设为40mm，定模板设为155mm，动模板设为60mm，动模垫板设为100mm，模脚厚度为150mm，动模座板也为40mm，顶杆安装板厚为25mm，顶杆垫板30mm。3.7注射机的选择及相关参数的校核3.7.1注射机的选择(1)注射量的计算从ug软件中的分析功能中可以查出该塑件的体积为v=462906.3317mm。流道凝料的体积还是一个未知数，可按塑件体积的0.6倍来估算，因为从上述分析中确定为一模一腔，所以塑件成型所需注射量为v=1.6v=740650.13072 mm。结合生产实际，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%，所以注射机的额定注射量为v v/0.8=925812.6634 mm925.813 cm。(2)锁模力的计算1,16模具设计时应使注射机的额定锁模力大于胀模力，即fpa f为注射机额定锁模力（n）；p为塑料熔体在型腔内的平均压力(mp)；a为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm）。因为是一模一腔，所以浇注系统在分型面上的垂直投影面积和制品的部分投影面积重合，所以不应列入计算。制品的投影面积估算为a=411.6mm341.1mm+13.08mm114mm=141887.88mm。型腔平均压力p通常为2040mp。因为所用材料为abs，粘度高，精度高，压力损失大，根据查表应选择35 mp。 所以锁模力fpa=35 mp141887.88mm=4966075.8n=4966.0758kn。(3)最大注射压力的计算注射机注入的塑料熔体流经喷嘴、流道、浇口和型腔，将产生压力损耗，一般型腔内平均压力仅为注射压力p的1/41/2。所以p= p/（0.250.5）=35 mp/（0.250.5）=70 mp140 mp。根据abs材料的特性，成型时的注射压力为60100 mp。所以最大注射压力70 mpp100 mp。(4)选择注射机根据每一生产周期的注射量、锁模力以及最大注射压力的计算值，可选用xszy2000卧式注射机（大连橡塑机厂），主要技术参数见表3-1。表3-1 所选注射机主要参数理论注射容量/ cm2000锁模力/kn6000螺杆直径/mm110拉杆内间距/mm760700注射压力/ mp90移模行程/mm750注射速度/（g/s）530最大模厚/mm800塑化能力/（g/s）88最小模厚/mm500螺杆转速/（r/min）047顶出行程/mm225喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm43.7.2注射机的相关校核(1)模具厚度的校核模具闭合后的厚度h应在注射机允许的最大模具厚度h和最小模具厚度h之间，即h h h。从3.5.2节可以得出模具总体厚度为545mm，我们所选用的注射机是xszy2000卧式注射机（大连橡塑机厂）（见3.1节），其最小模具厚度为500mm,最大模具厚度为800mm。所以此模具符合所选用注射机要求。(2)开模行程的校核模具开模取出塑件所需的开模距离必须小于注射机的最大开模行程。注射机最大开模行程的大小直接影响模具所能成形的塑件高度，太小时塑件无法从动、定模之间取出。因此模具设计时必须进行注射机开模行程的校核，使其与模具的开模距离相适应。对于xszy2000卧式注射机我们按下式校核： （3-9）式中注射机最大开模行程（mm）；s模具所需开模距离（mm）；塑件脱模距离（mm）；包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。经过测量，本模具的塑件脱模距离=50.55mm；包括浇注系统在内的塑件高度=195mm。所以模具所需开模距离=50.55mm+195mm+（510）mm=250.55255.55mm。而xszy2000型注射机的最大开模行程为750mm,远远大于模具所需开模距离。所以xszy2000型注射机的开模行程符合本次模具设计的要求。综上所述，所选xszy2000型卧式注射机满足本模具的使用要求。3.8浇注系统的设计3.8.1浇注系统的形式选择浇口的类型有直浇口、侧浇口、平缝式浇口、扇形浇口、点浇口、环形浇口、轮辐式浇口、潜伏式浇口和护耳浇口等。浇口的位置对塑件的质量有极大的影响，浇口的位置选择时应遵循如下原则：(1)浇口应开设在塑件较厚的部位，以利于熔体流动，型腔的排气和塑料的补塑，避免塑件产生缩孔或表面凹陷。(2)浇口的设置应避免塑件表面产生熔接痕，影响塑件的外观。(3)浇口应设置在能使型腔的各个角落同时充满的位置。(4)浇口应设置在有利于排除型腔中的气体的位置。(5)浇口应设计在能避免塑件表面产生熔接痕的部位。(6)模具的型芯细小时，浇口设计应注意不能使熔融塑料直接冲击型芯，以免型芯被冲击变形。(7)浇口不要设置在塑料使用中的承受弯曲载荷和冲击载荷的部位。根据以上原则，在2.2节已将浇口形式确定（根据图2-3和图2-4）。3.8.2浇注系统的尺寸设计浇注系统形式已经确定为直浇口形式，即从注射机出来的熔融塑料直接通过直浇口就可以到达型腔。直浇口内壁拔模斜度一般取13，根据流动性不同而取的不同，因为此液晶显示器所用材料为abs，流动性中等，所以我们取2；直浇口总长度一般情况下小于60mm，但是在本模具设计中，由于此模具尺寸大，型腔底板厚，所以总长度可能要大一些；直浇道入口直径一般比注射机的喷嘴直径大0.51mm,因为塑件体积大，并且abs的流动性不是很好，所以入口直径取大一些，取5mm；直浇道与型腔的过渡圆角取2mm。 3.9温度调节系统的设计塑料注射模温度调节能力的好坏，直接影响到塑件的质量，而且也决定着生产效率的高低，塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速，以减小塑件的内应力，使塑件的生产做到优质高效率。3.9.1温度调节系统的要求质量优良的塑件应满足以下六方面的要求，即收缩率小，变形小，尺寸稳定，冲击强度高，耐应力开裂性好和表面粗糙度低。模温对以上各点的影响分述如下：(1)采用较低的模温可以减小塑件的成型收缩率。(2)对于结晶型塑料，为好使塑件尺寸稳定，应该提高模温，使结晶在模具内尽可能的达到平衡，否则塑件在存放和使用过程中由于后结晶会造成尺寸和力学性能的变化，但模温过高对制品性能也会产生不好的影响。(3)结晶型塑料的结晶度还影响塑件在溶剂中的耐应力开裂能力，结晶度越高该能力越低，故降低模温是有利的。3.9.2温度调节系统对塑件质量的影响不同的塑料品种，需要模腔维持在某一适当的温度。模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面1,17。(1)改善成形性 若模温过低，会降低塑料熔体流动性，使塑件轮廓不清，甚至充模不满；模温过高，会使塑件脱模时和脱模后发生变形，使其形状和尺寸精度降低。(2)成形收缩率 利用模温调节系统保持模温恒定，能有效减少塑料成形收缩的波动，提高塑件的合格率。(3)塑件变形 模具型芯和型腔温差过大会造成塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形。需采用合适的冷却回路，确保模温均匀，削除塑件翘曲变形。(4)尺寸稳定性 对于结晶性塑料，使用高模温有利于结晶过程的进行，避免在存放和使用过程中尺寸发生变化；对于柔性塑料采用低模温有利于塑件尺寸稳定。(5)力学性能 适当的模温，可使塑件力学性能大为改善。(6)外观质量