毕业设计（论文）-基于solidworks的手机壳注射模具设计.doc

本科毕业设计(论文)基于SolidWorks的手机壳注射模具设计 学院名称 机械与汽车工程学院 专业班级 材 控 学生姓名 导师姓名 年 月 日基于SolidWorks的手机壳注射模具设计 作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 讲 师 目 录摘 要2第一章 绪论31.1 塑料成型模具在加工工业中的地位31.2 塑料成型模具发展趋势31.3 我国模具技术的现状及发展趋势41.4 SolidWorks软件及其IMOLD插件的介绍6第二章 塑件的工艺分析72.1 ABS材料介绍72.1.1 ABS的性能72.1.2 ABS塑料的成型加工82.1.3一般参数92.2 塑件结构分析92.2.1 壁厚112.2.2 脱模斜度112.2.3 圆角112.2.4 塑件尺寸精度分析112.2.5 塑件表面质量分析112.3 注塑机的选择122.3.1 注塑机简介122.3.2 注塑机的工作原理122.3.3 注塑机基本参数122.3.4选择注塑机132.3.5 注塑模工艺条件14第三章 注塑模具的设计过程163.1 分型面设计与型腔分布163.1.1 分型面的设计163.1.2 型腔数目的确定173.1.3型腔的布局173.2 模架的确定183.3浇注系统的设计193.3.1 浇口的设计193.3.3主浇道的设计233.3.4 浇注系统的平衡243.4 冷料穴的设计243.5排气设计253.6脱模机构的设计263.7 推杆设计263.7.1 推杆的位置与布局263.7.2 推件板设计的要点273.7.3 创建推杆273.8 模具总装图27总 结29参考文献30致 谢31 齐鲁工业大学2013届本科毕业设计（论文）摘 要 本设计首先分析了塑件的工艺特点，文中介绍了手机壳塑件注塑成型模具设计要点及模具的工作过程。重点说明了塑件结构的设计包括分析和阐述了塑件的壁厚选择及工艺特点。该模具采用一模两腔、扇形浇口、二板模、模外定距分型、冷却系统、顶杆顶出机构,并针对塑件的工艺特点进行模具的设计包括模具型腔数目的确定、注塑机的选择、模具分型面、浇注系统、冷却系统、分型机构等的设计过程。在设计过程当中利用SolidWorks的IMOLD插件进行模具的设计可使该模具结构紧凑，工作可靠，操作方便，生产效率高等。关键词：分模面；模外定距分型；模具结构；IMOLD ABSTRACT The first design of the technological characteristics of the plastic parts, this paper introduces the Mobile phone shell working process of injection molding plastic parts mold design and mold. Focusing on the design of plastic structure including the analysis and elaboration of the wall thickness and the technological characteristics of the plastic parts. The use of a mold two cavity, fan-shaped gate, two plate mould, mold ranging parting, ejector cooling system, ejection mechanism, design and mold for the technological characteristics of the plastic part comprises the mold cavity number, the selection of injection machine, the design process of the mould parting surface, cooling system, the gating system, parting mechanism etc.Design of mold using SolidWorks IMOLD plugin in the design process can make the mold compact structure, reliable work, convenient operation, high production efficiency.Key words：parting surface; mold ranging parting; die structure; IMOLD第一章 绪论1.1 塑料成型模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状成型具有一定形状和尺寸的制造工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品。从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。塑料模具影响着塑料制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时应尽量减少分模、合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和自动顶出机构。在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落。另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五万件。当批量不大的时候，模具费用在制件成本中所占比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提。由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑料模具生产不断向前发展。1.2 塑料成型模具发展趋势随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：1) 加深理论研究 在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计阶段逐渐向理论计算方面以发展。2) 高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期；各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射出模具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大作用。3) 大型、超小型及高精度 由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热性能优异的制模材料。4) 革命模具制造工艺 为了更新产品花式和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺研究。5) 标准化 开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批生产塑料成型模具。 随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。本设计中使用的SolidWorks就是其中较为方便快捷功能强大的一个。 塑件设计 塑件的设计包括塑件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。 注射机的使用 常见注射机的使用方面的计算机辅助技术有：注射机选择专家系统,注射机故障诊断系统。 注射模使用状况 注射模使用状况的好坏直接影响到注射质量，在对于高技术注射模来说，都要对注射模在使用过程中进行监控，由此知注射模的工作状况。 注射工艺 注射工艺方面的计算机辅助技术有：注射工艺制定的专家系统,塑件质量故障诊断。 注射模设计 注射模设计主要完成注射模的结构尺寸、精度、表面性能等方面的设计，并选择模具的材料等。1.3 我国模具技术的现状及发展趋势 随着各种高新技术的迅猛发展，给模具赋予了新的使命和全新的内涵，其分类不断增加，快速经济制模材料向着多品种系列化迈进，工艺不断有新的创新和突破，与之配套的设备相继问世，服务领域在不断地拓宽，创造的经济效益越来越显著。 国际模具及塑胶五金产业供应商协会负责人罗百辉表示，我国快速经济模具技术发展迅速，已接近国际先进水平。特别是“十一五”以来，在汽车行业快速发展的引领下，极大地促进了快速经济模具技术的发展，使我国的快速经济模具技术由原来服务于低档小批量生产转向服务于高档轿车的新车型开发以及各类新产品开发。快速经济模具技术属于先进制造技术，目前我国快速经济模具技术的开发研究基本分布在大专院校、科研院所以及科技型高新技术企业，专业研究、生产快速经济模具的企业不是很多，且多为中小型企业。因此，目前亟待膨胀快速经济模具企业的规模，支持其对新型快速经济模具技术的研发。 快速经济模具领域存在的主要问题是：我国专业的快速模具制造企业相对较少，影响了我国自主品牌新产品的开发试制。如汽车新车型开发，主机厂大多选择国外的新车型快速试制企业，或者国内的外资企业，其主要原因是国内的快速经济模具企业较少，或者发展的还不够强大，影响了汽车主机厂的选择。其次，我国快速模具企业多为中小企业，自我发展能力较弱，虽然在技术上接近国外先进水平，但在技术改造投入方面能力有限。近年来，我国的快速经济模具技术发展很快，特别是CNC加工设备的普及，模具的设计水平和质量有了很大的提高，完全可替代进口。但是与国外先进的快速模具技术水平相比，仍存在一定的差距。汽车覆盖件快速模具经多年的技术积淀，以及与新技术、新材料的嫁接，其制造水平和速度都有了明显的提升。与国际先进水平相比其差距主要体现在：国际先进的汽车覆盖件快速模具制造企业是集快速模具技术、汽车车身技术于一身，对汽车主机厂的新产品开发，实施从快速模具制造、冲压、焊接一条龙服务。国内的汽车覆盖件快速模具制造企业。只能承担快速模具的制造及冲压，导致国内的快速模具企业活源匮乏，整体水平提升较慢。再加上汽车覆盖件快速模具制造企业多为中小企业，投资能力较弱，对于先进的高速加工设备以及在线检测设备的引进较少，还保证不了高档次产品的快速开发。未来冲压模具制造技术发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 2) 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 3) 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 4) 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 6) 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 7) 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。8) 模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。1.4 SolidWorks软件及其IMOLD插件的介绍SolidWorks软件功能强大，组件繁多。 SolidWorks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。IMOLD是应用于SolidWorks中的第三方软件，专门用于进行注塑模的三维设计工作，它是由众多的软件工程师和具有模具设计，制造经验的工程师合作开发出来的，他的设计过程最大程度的满足了加工的需要。在开发过程中利用了UG中的Moldwizard模具设计技术并进一步加强了它的功能。IMOLD软件提供给模具设计者一系列必须的工具，来对任何产品类型的产品进行模具设计，它完全集成于SolidWorks 的界面中，成为一个造型设计的整体，模具设计者通过它可以在一个装配方案中进行包括设计方案管理，模具设计，加工和模具装配的整个过程。它们将帮助经验丰富的设计者减少产品从设计到制造完成所需的时间，从而大幅度提高生产率。它的界面直观，友好并且具有互动性，同时它的设计过程和加工方法所包含的设计理论对模具初学者也具有极强的指导意义。 第二章 塑件的工艺分析2.1 ABS材料介绍2.1.1 ABS的性能1)一般性能 ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有90%的高光泽度。ABS的相对密度为1.05，ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。ABS是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%0.4%，而且绝少出现塑后收缩。其临界表面张力为3438mN/cm。ABS熔体的流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似。ABS的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。2)力学性能 ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。即使ABS制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。ABS的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。3) 热学性能 ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定不太好，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70107，制品经退火处理后还可提高10左右。对温度，剪切速率都比较敏感；ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在 -40到80的温度范围内长期使用。4) 电学性能 ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。5) 环境性能 ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。2.1.2 ABS塑料的成型加工ABS是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。ABS的热稳定性好，不易出现热降解现象。ABS的吸水性较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为8085，24小时；对特殊要求的制品（如电镀），则需7080，1018小时。ABS制品在加工中易产生内应力，如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体方法是制品置于7080的热风循环干燥箱内24小时，再冷却到室温即可。ABS可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型，并以注塑法最广，挤出法次之。注塑模工艺条件: 干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280；建议温度：245。 模具温度：2570。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：5001000bar。 注射速度：中高速度。ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。ABS的“阻燃添加剂”对 ABS塑料具有较好阻燃作用的主要有磷系、卤系有机物及某些无机化合物，其中无机阻燃剂在ABS中添加量需要达到 40%以上才有较明显的效果，同时由于其添加量大，因此会严重损害ABS的物理力学性能。而磷系阻燃剂品种、数量较少，且多数又为液体和低熔点化合物，不适用于ABS的造粒加工工艺。因此，当前对于ABS的阻燃体系主要采用卤系阻燃剂，其中阻燃效果最好的为含溴有机化合物，如十溴联苯醚 (DBDPO)、四溴双酚A等。2.1.3一般参数ABS注射成型的主要工艺参数如表2-1所示。 表2-1 ABS注射成型的主要工艺参数树脂名称ABS料筒温度（）210230注射机类型 螺杆式模具温度（）5070螺杆转速(r/min)3060注射压力（MPa）7090形式 直通式保压压力（MPa）5070喷嘴温度（）180190注射时间（s）35保压时间（s）1530冷却时间（s）1530总周期 （s） 4070密度（g/）1.011.082.2 塑件结构分析 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中，成型会对塑件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产品；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。本次设计任务是塑料制品手机壳，壁厚平均为1mm，要求大批量生产，其形状及其基本尺寸如图2-1所示。SolidWorks中建立的的手机壳三维效果如图2-2所示，该产品用于要求具有绝缘性和保护的作用。精度及表面粗糙度要求为高精度。塑件表面要求无飞边或缩孔现象。从塑件结构看，可以设置一个分型面；塑件本身结构简单，利于分模；因而要求成型情况良好。塑料：ABS 生产纲领：大批量 图2-1 手机壳零件图图2-2 SolidWorks中的手机壳三维模型2.2.1 壁厚各种塑件，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度。一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率；其次可避免因过厚产生的凹陷，缩孔，夹心等质量上的缺陷。2.2.2 脱模斜度塑件成型时冷却过程中产生一定程度的收缩,使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其机构受损，与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。以下是ABS的脱模斜度推荐值:制件外表面 351.35，制件内表面301塑件内外表面在造型时均没有弧度，脱模斜度就是在分型面处，这不仅对脱模有好处，而且可以产生更好的锁紧效果。2.2.3 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。而圆角不仅更有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R5以内，较小值取到R2。2.2.4 塑件尺寸精度分析本设计采用的尺寸是未注公差，均按MT4计算的精度设计，在保证基本尺寸情况下，以减少加工成本为第一准则。2.2.5 塑件表面质量分析1) 必须避免在塑件的分型面处出现毛边；2) 注意通孔处不出现锐边。2.3 注塑机的选择2.3.1 注塑机简介 注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注射成型是通过注塑机和模具来实现的。注塑机的类型有:立式、卧式、全电式，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：1）加热塑料，使其达到熔化状态；2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。按螺杆类型划分有柱塞式注射机、螺杆式注射机和排气式注射机等。2.3.2 注塑机的工作原理 注塑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。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。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。一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。2.3.3 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据：1）公称注塑量：所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。 2）注射压力：为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。3）注射速率：为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射度。 4）塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。5）锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。6）合模装置的基本尺寸：包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。7）开合模速度：为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。8）空循环时间：在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。2.3.4选择注塑机1）由注射量选定注射机.由SolidWorks的“质量属性”分析如图2-3所示（ABS材料密度取=1.05g/cm3）:塑件体积：V =11.54cm塑件的重量为：M=V=11.54cm1.05 g/cm=12.97g 流道凝料流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小；实际注射量为:V实=11.541.5=17.31cm3；实际注射质量为M实=1.5M=12.971.5=19.46g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即：0.8 V公 V实 V公= V实 /0.8=17.310.8=21.64cm32） 一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%80%之间；既能保证制品质量，又可充分发挥设备的能力，则选50%80%为最佳。3）塑件的形状不复杂，壁厚比较均匀，也无特别高的精度要求，塑件的材料为ABS，粘度为中等，一般选用的压力为50100Mpa，因塑件的结构较简单，取P=60Mpa塑件的投影面积计算 A=35.3cm型腔的压力计算P腔=2/3P=40Mpa锁模力的计算F=AP腔 =35.340=14.1104N根据计算，初选螺杆式注射机 ：XS-ZY-125，技术规范如表2-2所示。图2-3 SolidWorks的质量属性工具测量结果表2-2 XS-ZY-125型注射机的技术规范注射量/cm3125模板最大行程/mm300螺杆直径/mm42模具厚度/mm最大300注射压力/MPa120最小200注射行程/mm115拉杆空间/mm260290注射时间/s1.6模板尺寸/mm428458锁模力/kN900喷嘴球径/mmSR12 最大成型面积/cm2320喷嘴孔径/mm42.3.5 注塑模工艺条件干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条 件为8090下最少干燥2小时；材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280，建议温度：245。 模具温度：2570，（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低。） 注射压力：5001000pa。 注射速度：中高速度。注射时间：完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间，在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒。确定成型周期的经验数值如表2-3所示。表2-3 成型周期与壁厚关系表制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5102.5351.0153.0451.5223.5652.0284.085经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表2-4所示。表2-4 制品成型工艺参数初步确定表特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48喷嘴形式直通式模具温度50喷嘴温度()230后段温度()150210中段温度()170230前段温度()190250注射压力MPa90保压力MPa70注射时间s8保压时间 s10冷却时间s10其他时间s12成型周期s40成型收缩(%)0.5干燥温度()8090干燥时间()23h第三章 注塑模具的设计过程3.1 分型面设计与型腔分布3.1.1 分型面的设计如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、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比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大截面处；2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；3) 有利于保证塑件的精度要求；4) 满足塑件的外观质量要求；5) 便于模具加工制造；6) 对成型面积的影响；7) 对排气效果的影响；8) 对侧向抽芯的影响；9) 应有利于简化模具结构；10) 分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便。结合产品结构,利用IMOLD的“分型面创建”工具确定塑件的分型面在最大投影面上，如图3-1所示。图3-1 IMOLD 插件确定分型面3.1.2 型腔数目的确定注塑模型腔数目的确定是模具设计关键的一个步骤，也是理论上充满矛盾的一个地方。矛盾一：降低制造成本、提高产量与保证产品精度之间的矛盾。矛盾二：常用的型腔数目确定公式中需要流道凝料的体积（或质量）与型腔数目尚未确定，无法得到流道凝料体积（或质量）矛盾。矛盾三：大量的计算所需的时间与较短的模具设计周期的矛盾。根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即 n式中 F注射机额定锁模力（N） P型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）、分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（）大多数小型件常用多行腔注射模，高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，且手机壳要求大批量生产，又根据上述公式估算，因此本设计采用了一模两腔的结构方式，提高生产效率，降低生产成本，有在一定程度保证了产品的质量。利用IMOLD的“型腔创建工具”建立的一模两腔结构如图3-1所示。3.1.3型腔的布局模具型腔数确定后，应考虑型腔的布局。注塑机的料简通常置于定模板中心轴上，由此确定了主流道的位置，各型腔到主流道的相对位应满足以下基本要求。1)尽量保证各型腔从总压力中均等分得所需的型腔压力，同时均匀充满，并均衡补料，以保证各塑件的性能、尺寸尽可能一致。2)主流道到各型腔流程短，以降低废料率。3)各型腔间距应尽可能大，以便在空间设置冷却水道、推出杆等，并具有足够的截面积，以承受注射压力。根据以上基本要求，利用IMOLD的“型腔创建工具”建立的模具型腔排列方式如图3-2所示。图3-2 IMOLD插件建立的一模两腔结构3.2 模架的确定模架选取原则：1）模架与镶件尺寸的确定模具的大小主要取决于塑料制品的大小和结构，对于模具面言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。2）方铁高度的确定方铁的高度应保证足够的顶出行程，然后留出一定的余量(5-10mm)，以保证完全顶出时，顶针固定板不至于撞到动模板或动模承板。3）模架整体结构的确定在基本选定模架之后，应对框架整体结构进行校核，看所确定的模架是否适合所选定或客户指定的注塑机，包括模架外形的大小、厚度、最大开模行程、顶出方式和顶出行程等。4）镶件材料的选择模具镶件材料应具备的性能主要有四个方面：硬度、耐磨性、强度和韧性、耐腐蚀性。模具镶件材料的选择主要是根据塑料制品的批量、塑料类别来确定。 模架一般采用标准模架和标准配件,这对缩短制造周期、降低制造成本是非常有利的。 利用IMOLD插件可以直接对模架进行智能选择，如图3-3所示。 图3-3 IMOLD插件模架选择3.3浇注系统的设计浇注系统的设计对注射成型效率和制件质量有直接影响，是获得优质塑料制品的关键。它的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。浇注系统一般均由浇口、分流道、主浇道和冷料穴等四部分组成。3.3.1 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 1）浇口的选用 浇口是流道系统和型腔之间的通道，在本设计中，我采用的是扇形浇口： 浇口在成形自动切断，故有利于自动成形。 浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。 浇口的压力损失大，必须高之射出压力。利用IMOLD“浇注系统”下拉菜单的“创建浇口” 建立扇形浇口，如图3-4所示。 图3-4 IMOLD插件扇形浇口2）浇口的位置选用 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则： 尽量缩短流动距离。 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 必须尽量减少熔接痕。 应有利于型腔中气体排出。 考虑分子定向影响。 避免产生喷射和蠕动。 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 注意对外观质量的影响。图3-5 IMOLD插件浇口布置 综合这八点原则，同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印，可以确定浇口的位置如图3-5所示。3.3.2 分流道的设计分流道是主浇道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，它是浇注系统中熔融状态的塑料由主浇道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应尽可能短、应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中以减少压力损失，热量损失和流道凝料，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。常用分流道断面尺寸推荐如表3-1所示。表3-1 流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm 塑料名称分流道断面直径mmABS，AS聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体4.89.51.69.51.69.53.510810812.5510510810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚3.5103.5106.5166.58.03.58.06.5106.5102.4106.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成圆形流道。 为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，工程设计中常采用园形截面加工，工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： H= 式中D梯形大底边的宽度（mm）W塑件的重量（g） L分流道的长度（mm） H梯形的高度（mm）在应用上式时应注意它的适用范围，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g， 且计算结果在3.29.5mm范围内才合理。本设计的塑料仪表外壳体积为17.31cm 3 ，质量19.46g，分流道的长度预计设计成70mm长，且有两个型腔。=3.3865mm 取D=4mm 利用IMOLD的“浇注系统”下拉菜单的“创建流道” 建立分流道的形状如图3-6所示。图3-6 IMOLD插件设计分流道1）分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60m左右就可以，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速度和剪切热。2）分流道长度 分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。3）分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则即：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式，如图3-7所示。图3-7 IMOLD插件创建平衡式分流道3.3.3主浇道的设计主浇道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料的流动通道。因主浇道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力塑料熔体要冷热交替反复接触，属于易损件，对材料要求较高，所以模具的主浇道部分设成可拆卸更换的主浇道衬套式，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。主浇道衬套设置在模具的对称中心位置上。1）主浇道设计如图3-8所示 ，其主要参数为：d=碰嘴直径1mm；R=碰嘴球面半径23mm；=24；r=D/8；H=（1/32/5）R。 图3-8 主浇道截面图其设计要点为： 主浇道设计成圆锥形，其锥角可取26，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63m，且加工时应沿道轴向抛光。 主浇道如端凹坑球面半径R2比注射机的喷嘴球半径R1大12mm；球面凹坑深度35mm；主浇道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.51mm；一般d=2.55mm。 主浇道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=13mm。 主浇道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过80mm。 主浇道常开设在可拆卸的主浇道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度5357HRC。2）主浇道衬套形式对于小型模具，主浇道衬套采用直杆螺栓式，材料T8A，热处理方式：淬火，表面硬度为5055HRC，利用IMOLD的“浇注系统”工具智能确定主浇道的形式，如图3-9所示。 图3-9 IMOLD插件设计主浇道3.3.4 浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主浇道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主浇道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，如图3-4所示。分流道平衡，对于本设计的两个型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道的长度及截面面积，改变熔融塑料在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。在多型腔非平衡分流道布置时，由于主浇道到各型腔的分流道长度不同或各型腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融塑料同时充满各型腔。3.4 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浇道入口这一小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1025mm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，如果这里温度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，用一个井穴将主浇道延长以接收冷料，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穴。冷料穴一般开设在主浇道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主浇道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的11.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。本模具中的冷料穴的具体位置如图3-10所示，形状如图3-11所示。 图3-10 IMOLD中建立的冷却水路位置 图3-11 IMOLD中冷料穴的零件图3.5排气设计在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。排气槽的作用主要有两点：一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。适当的开设排气槽可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。 模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。ABS料推荐的排气槽深度为0.02mm。此模我们利用模具零件部件的配合间隙及分型面自然排气。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，以防熔料喷出而发生工伤事故；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面上，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，可使气体连续排出；若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制件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，必须引入排气系统。 3.6脱模机构的设计脱模机构设计的总体原则1）要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。2）推出位置应尽可能设在塑件内部或塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。3）推出机构应结构简单，动作可靠（即：推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），运动灵活，制造及维修方便。4）正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出装置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止