毕业设计（论文）-基于CADCAE技术手机外壳注塑模具设计.doc

原创性声明 本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要注塑模具是模具工业的重要组成部分，也在很大程度上反映了一个国家的工业水平。随着CAD/CAE/CAM技术的应用，注塑模具的设计和制造有了突破性的进步，大大提高了模具的质量和生产效率。我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、Flow Cool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。 出于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求，而适应高生产率而发展的一模多腔的原因，应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。在模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。推广应用热流道技术，气辅注射成型技术和高压注射成型技术。开发新的成型工艺和快捷经济模具，以适应多品种、少批量的生产方式。 应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量。 关键词：注塑模具 Pro/E CADAbstractInjection molding is an important part of development of mold industry. And it also reflects the level of one countrys industry. With the application of molding CAD/ CAE/CAM，Injection mold design and manufacturing has made breakthrough progress . Greatly improved mold quality and production efficiency.The mould design with the mobile phone cover for research object，designed model and the parting surface based on Pro/E . Based on this, this paper mainly studies the following several aspects:Firstly， Introduced the characteristics of the forming process of ABS material; and analyzed the characteristics of process on the mobile phone cover. Then, using Pro/E designed the parting surface and the standard formwork. After that , analyzed and calculated the structure of the mold forming part, and simply introduced the working principle of the mould. Finally, based on the correlation analysis and the calculation , the mobile phone cover injection mould design was completed.Keywords：mold design Pro/E mobile phone cover目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题的依据和意义11.2 注塑模具工业的地位和发展前景11.3 模具手机设计的基本要求和特点2 1.3.1 模具制造的要求3 1.3.2 模具制造的工艺过程41.4 本课题研究内容32 塑件成型工艺性分析32.1 基于Pro/E 的塑件模型重构32.2 塑件材料的选择32.3 塑件的工艺性42.3.1 塑件的表面粗糙度42.3.2 塑件的公差等级52.4 塑件的几何形状及结构设计52.4.1 塑件的壁厚52.4.2 塑件的脱模斜度52.5 ABS材料的注射工艺63 分型面选择及型腔数目确定73.1 分型面选择73.2型腔数目确定84 注射机选择及型腔数目确定94.1 体积与质量的计算94.2 注射机的选择94.3 注射机相关参数的校核105 浇注系统设计195.1主流道的设计195.2 分流道设计205.3 浇口设计215.4 校核主流道剪切速率225.5 冷料穴设计226 注塑模具成型零件及模架确定236.1 凹模结构尺寸设计236.1.1 凹模的设计236.1.2 凸模设计246.2 合模导向机构设计256.3 侧向抽芯机构设计266.3.1 抽芯距的计算266.3.2 斜导柱的设计266.3.3 导向、楔紧与定位装置的设计276.3.4 斜推杆侧向抽芯机构的设计286.4 脱模机构设计296.4.1 脱模力的计算296.4.2 塑件脱出机构306.5 模架的确定307 冷却系统和排气系统设计317.1 冷却系统的设计317.1.1 冷却介质317.1.2 冷却系统的简单计算317.1.3 冷却水路的设计327.2 排气和引气系统的设计338 模具装配34结论36致谢37参考文献381 绪论1.1 课题的依据和意义 随着科学的发展各种产品的更新换代速度越来越快而产品的更新是以新产品的造型设计和模具的设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新信息相关。传统的手工设计模式已经不能很好地适应时代的需要计算机辅助设计与制造已成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。而在众多辅助设计制造软件中Pro/e 软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。 该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程在模具、航空、汽车、机械、电器电子等各工业领域的应用非常广泛。Pro/e软件在产品造型、注塑模设计和冲压级进模设计中的应用将体现该软件在产品造型和模具设计中的强大功能展现它的灵活性和工程设计严谨性的特点和优点。1.2 注塑模具工业的地位和发展前景塑料模具工业多年来发展十分迅速， 塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具1。模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在650亿美元以上，我国的模具年产值已经超过40亿美元。目前我国一般模具的30%和中高档模具的一半以上还依赖进口。由此可见，模具（特别是注塑模具）制造业的落后在某种程度上已经成为阻滞我国制造业发展的瓶颈所在。开发和引进先进制造技术是改变我国注塑模具制造业相对落后和市场需求快速增长的重要途径。 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其应用于产品的设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。先进制造业正在急剧地改变着传统制造业的产品结构和生产模式，注塑模具制造业也不例外。当前，计算机技术和网络技术取得了突破性的成就，CAD/CAM技术、数控加工技术以及快速成型技术为模具技术的发展提供了强大的技术支持。同时，以高分子塑料为主的模具材料不断被开发出来，这些材料种类繁多，性能优良，价格低廉，这更为模具产业的发展提供了有力的帮助2。1.3模具制造的基本要求和特点 1.3.1模具制造的要求在模具生产中除了正确进行模具设计，采用和力度模具机构外，还必须以先进是模具制造技术作为保证。制造模具时，应满足一下要求： (1)、制造精度高 为了生产合格的产品和发挥模具的作用，设计、制造的模具必须有较高的精度。模具的精度主要是由模具零件精度和模具结构的要求来决定的。 (2)、使用寿命长 模具是比较昂贵的工艺装备，其使用寿命长短直接影响产品的高低，因此，除了小批量生产和新产品试制等特殊情况外，一般都要求模具由较长的使用寿命，在大批量生产的情况下，模具是使用寿命更加重要。 (3）、制造周期短 模具制造周期的长短主要取决于制模技术和生产管理水平的高低，为了满足生产需要，提高产品竞争能力，应该在保证质量的前提下尽量缩短模具的制造周期。 (4)、模具成本低 模具成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度要求及加工方法等有关，必须根据制品要求合理设计模具和制定其加工工艺。以上四项指标是相互关联、相互影响的，在设计与制造模具时，应根据实际情况作全面考虑，即在保证制造质量的前提下，选择与制品生产量相适应的模具结构和制造方法，使模具成本降低到最低。 1.3.2 模具制造的工艺过程1、分析估算在制造模具时，首先要根据制品零件图样或实物分析研究采用什么样的成型方案、确定模具套数、模具结构及主要加工方法，然后估算模具费用及使用期等。2、模具设计经过工艺分析、后进行模具设计。 (1)、装配图设计 模具设计方案及结构确定后，就可绘制装配图。 (2)、零件设计图 根据装配图拆绘零件图使其满足装配关系和工作要求，并注明尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求。 (3)、零件加工 每个需要加工的零件都需要按照图样制定其加工工艺，然后分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理或修研抛光等工艺。3、装配调整装配就是将加工好的零件组合在一起构成一副完整的模具。除紧固定位用的螺钉和销钉外，一般零件在装配过程中仍需一定的人工修整或机械加工。4、试模装配调整好的模具，需要安装到机械设备上进行试模运行是否正常，所得到的制品是否符合要求。如有不符合要求的则必须拆下模具加以修正，然后再次试模，直到能够正常运行并能加工出合格的制品。1.4 本课题研究内容随着社会的进步经济的发展，手机已经成为日常生活的必需品，因此需要大批量的生产。同时随着消费者的欣赏水平的提高，很多消费者都注重手机的美观性，这就对手机外壳的生产提出了更高的要求。本课题正是基于CAD/CAE技术手机外壳注塑模具设计。 本课题的主要研究内容如下：（1） 塑件成型工艺性分析。（2） 分型面的选择与创建。（3） 注塑机的选择与相关参数的校核。（4） 浇注系统的设计。（5） 注射模具成型零件及模具体的设计。（6） 冷却系统及排气系统的设计。（7） 通过相关分析和计算完成了对手机上盖注射模具的设计。2 塑件成型工艺性分析2.1 基于Pro/E 的塑件模型重构Pro/E软件具有非常强大的三维建模功能，本次设计正是使用了该功能对塑件进行模型重构。主要使用的命令有拉伸、倒角、抽壳、扫描切口、筋等3。具体的步骤见图2-1。 (1)拉伸 （2）扫描切口 （3）抽壳 （4）拉伸方孔 （5） 拉伸螺纹空 （6）拉伸及镜像倒扣（7）最终成品图2-1 塑件模型创建步骤2.2 塑件材料的选择在选择塑件材料时，通常考虑以下几个因素：力学性能、使用性能、耐热性能、经济性能等2。手机外壳直接与人皮肤接触，所以选择材料时还要考虑安全的问题，所选材料一定无毒安全，卫生程度高。在使用手机时难免会失手摔落，因此手机外壳要求有较好的力学性能，有较大的强度和刚度，屈服强度高，弯曲疲劳寿命要高。几种常用塑料的性能与用途见表2-1。表2-1 常用塑料的性能与用途材料品种使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途PE80较好，但不耐强氧化剂，耐水性好质软，力学性能较差，表面硬度低成型性能好，粘度与剪切速率关系较大，成型前可不预热薄膜、管、绳、容器、电器绝缘零件、日用品等PP10120较好耐寒性差，力学性能比PE好。成型时收缩率较大，成型性能较好，易产生变形等缺陷板、片、透明薄膜、绝缘零件、汽车零件、容器、日用品等ABS70较好机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性好成型性能很好，成型前原料要干燥应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等PC130有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯等透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能很好，但耐磨性较差溶解温度较高，熔体粘度较大，成型前原料需干燥。在机械上用作齿轮、凸轮、涡轮、滑轮等，机电电子产品零件，光学零件等通过对使用温度、化学稳定性、性能特点、成型特点、主要用途等方面的综合比较，最终确定选用材料为ABS。ABS的主要性能指标见下表2-2。表2-2 ABS的性能指标密度/gcm-31.021.08屈服强度/Mpa50比体积/ cm3g-10.860.98拉伸强度/Mpa38吸水性/%0.20.4拉伸弹性模量/Mpa1.4103熔点/130160抗弯强度/Mpa80计算收缩率(%)0.40.7抗压强度/Mpa53比热容/kg1470弯曲弹性模量/Mpa1.41032.3 塑件的工艺性2.3.1 塑件的表面粗糙度手机外壳对表面的质量要求较高，塑件表面粗糙度决定了表面质量。表2-3是在使用注塑成型时几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度。塑件表面粗糙度通常与模具腔壁表面质量和原材料的性能有关，其中影响塑件表面粗糙度最直接的因素是模具腔壁表面的质量。因为手机上盖的外表面质量要求很高，所以外表面的粗糙度不应大于1.60。产品的内表面是非工作表面，不影响使用和外观，为了降低成本，可以适当降低要求。通过注塑成型ABS材料所能达到的表面粗糙度范围是0.0251.60，满足设计要求。2-3 几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度材料Ra参数值范围/um0.0250.050.100.200.400.801.603.206.30ABSPCPSPPPE2.3.2 塑件的公差等级在选择塑件的公差等级时一般遵循的原则是，在满足塑件使用要求的前提下尽量降低塑件的公差等级。国家标准GB/T14486-1993将标准塑件划分为7个精度等级，MT1MT7。其中MT1最高，一般不采用，MT7最低4。表2-4为ABS材料模塑件的公差等级。根据设计要求，结合表2-4，塑件的公差等级选定为MT2。表2-4 ABS材料模塑件公差等级材料代号模塑材料公差等级标注公差尺寸未标注尺寸高精度低精度ABS丙烯腈-二烯-苯乙烯共聚物MT2MT3MT52.4 塑件的几何形状及结构设计2.4.1 塑件的壁厚在设计塑件壁厚时所遵循的原则是：在满足设计要求的范围内尽量减小塑件的壁厚，降低原料的使用，进而降低成本，从而增大利润空间。同时壁厚过大将会增大塑件内部产生气穴的可能性，延长了冷却时间，增长了生产周期。综合考虑以上因素，尽可能的降低壁厚。参考ABS材料的最小壁厚及推荐壁厚，最后确定塑件的壁厚为2mm。2.4.2 塑件的脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩时会紧紧地包在凸模上，或由于粘附作用而黏在型腔内。为了避免以上问题的出现，在设计时通常在塑件的表面设计一个合理的脱模斜度。塑件上脱模斜度的大小与塑件的性质、收缩率。摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。因此，在选择塑件脱模斜度时，应该注意以下几点5：（1） 当塑件尺寸较大时，应选用较小的脱模斜度。（2） 当塑件的精度要求较高时，一般采用较小的脱模斜度。（3） 塑件形状复杂的、不易脱模的，应选用较大的脱模斜度。（4） 塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度。（5） 含自润滑剂等易脱模的塑料可取小值。常用塑料的脱模斜度见表2-5。最终选择的脱模斜度为1 。表2-5 常用塑料的脱模斜度塑料名称脱模斜度凹模型芯PE、PP25452045PC35403050PS、ABS35 1 303040热固塑料254020502.5 ABS材料的注射工艺 ABS材料的注塑工艺参数6：1） 注塑机：柱塞式。2） 料筒温度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。3） 喷嘴温度（）：170180。4） 模具温度（）：6080。5） 注射压力（MPa）：7090。6） 成型时间（S）：17（注射时间取1，冷却时间取8，辅助时间取8）。3 分型面选择及型腔数目确定3.1 分型面选择分型面是模具结构中的基准面，直接关系到塑件质量、模具的工艺性和注射成型效率。一个合理的分型面是塑件完好成型的基础，分型面选择合理与否直接关系到塑件的质量和模具的制造成本。因此确定分型面是模具设计的重要环节，在选择分型面的时候，应该遵循以下几个原则7：（1）有利于脱模：分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位，开模时塑件应留在动模一侧，以利于塑件的顶出脱模。（2）应利于排气：分型面尽量和物料流动的末端相重合。（3）有利于保证塑件的外观质量和精度要求。（4）有利于保证模具的加工。（5）应满足模具的锁紧要求。（6）有利于侧向抽芯，考虑侧向分型面与主分型面的协调。（7）分型面应与注射机的参数相适应。（8）合理安排浇注系统，特别是浇口的位置。通过分析塑件的结构可以得出，塑件外表面的质量要求较高，不允许有飞边的存在。顶杆也不可以在该表面顶出，因为顶杆在顶出时会留下痕迹，将会影响手机外壳的表面质量。综合考虑以上因素和使用要求，分型面的最佳方案是选择该塑件的内表面作为分型面。主分型面的位置见图3-1红线所示。图3-1 主分型面的位置使用软件创建分型面的方法很多，如：裙边分型面、复制曲面、侧面影像曲线分型面、延伸曲面、阴影曲面分型面、合并曲面等设计方法8。考虑塑件的结构特点，在创建主分型面时，采用的是复制曲面的方法，具体的创建步骤如下：（1）由于塑件的内表面单元较多，选取并复制塑件内表面。（2）使用填充命令填充塑件上的孔洞。（3）延伸塑件边缘至工件外表面。（4）合并曲面。最终创建的主分型面见图3-2。图3-2 主分型面 塑件具有多个倒扣和凹槽， 需要做两类滑块，这就要求必须设计两种侧向分型面，其方法同创建主分型面。最终创建出的滑块分型面见图3-3。 图3-3 滑块分形面3.2型腔数目确定型腔数目与诸多因素有关，如塑件的尺寸大小、生产效率、模具的加工条件、塑件的精度要求等。塑件的体积外形较小，为了提高生产效率和经济性，应采取一模多腔。但是随着腔数的增多加工周期将会增长，而且每增加一个型腔，制品尺寸精度将降低4%。所以综合考虑以上各种因素，最终确定采用一模两腔布置。4 注射机选择及型腔数目确定4.1 体积与质量的计算通过PRO/E 软件分析计算塑件的质量属性，计算结果见图4-1。图4-1 塑件的质量属性塑件体积：，塑件质量：。在设计之前浇注系统的凝料可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于所设计的流道简单且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔内的塑料熔体的总体积（2个塑件的体积和浇注系统的凝料体积之和）为: 式（4.1）式中表示型腔内的塑料熔体的总体积；表示塑件的体积。4.2 注射机的选择根据塑件体积结合经验公式可以估算注射机的公称注射量，计算如下: 式（4.2）式中表示注射机的公称注射量。根据以上的计算，初步选定公称注射量为20cm3,注塑机型号为XS-ZS-22,主要技术参数见表4-1。表4-1 注射机主要技术参数标准注射容量/cm320注射方式双柱塞螺杆柱塞直径/mm20注射行程/mm130注射压力/Mpa117模板最大厚度/mm180合模方式液压-机械模板最小厚度/mm60锁模力/KN250电机功率/KW5.5模板最大行程/mm160拉杆空间/mm2354.3 注射机相关参数的校核（1）注射压力的校核ABS料所需的注射压力为80-110MPa，这里取，所选注塑机的的公称注射压力为117MPa，取注射压力的安全系数，则： 式（4.3）（2）锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积。应用Pro/E 创建塑件在分型面方向上的投影面，并测量投影面积9，见图4-2。图4-2 塑件投影面积的计算浇注系统在分型面上的投影面积，即流道凝料包括浇口在分型面上的投影面积，是塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍。由于本产品流道设计简单，无分流道，因此流道凝料投影面积可以适当取小。 式（4.4） 式（4.5） 式（4.6）式中 表示模具型腔内的胀型力；模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%-40%，大致的范围是20-40MPa，这里取值为。由表4-1 可知注射机的公称锁模力。锁模力安全系数=1.11.2，这里取锁，则 ，所以注射机锁模力合格。6 浇注系统设计 所谓浇注系统是指从主浇道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料熔体平稳而有序地填充到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统非常重要。6.1主流道的设计通常主流道位于模具的中心熔料的入口处，它将注射机的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状一般为圆锥形状，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。（1）主流道尺寸主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取20mm进行设计。主流道小端直径： d=注射机喷嘴尺寸+mm=mm=3.5mm 式（6.1）主流道大端直径： 式（6.2）式中。 主流道球面半径： SR0=注射机喷嘴球半径+mm=mm=14mm 式（6.3）球面的配合高度：h=3mm。（2）主流道的凝料体积： 式（6.4）（3）主流道当量半径： 式（6.5）（4）主流道浇口套的形式 浇口套为标准件，可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素，通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理2。本设计中采用T10A，热处理淬火表面硬度为5055HRC。 6.2 分流道设计（1）分流道的布置形式在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽量减少分流道的容积，采用的是平衡式分流道。（2）分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，所以分流道长度L分取30mm。（3）分流道截面形状常用的截面形状有圆形、梯形、U形、矩形和六角形等。为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，而且熔体的热量散失、流动阻力均不大。（4）分流道截面尺寸根据经验公式可以计算出分流道的直径为： 式（6.6）设梯形的下底宽度为，底面圆角的半径R=1mm，并设置梯形的高度h=3.5mm，该梯形的截面积为： 式（6.7）经计算可得3,则梯形的上底约为3.5mm。（5）凝料体积1）分流道的长度L分=302mm=60mm。2）分流到截面积A分=（3+3.5）/23.5mm2=11.375mm23）凝料体积： 式（6.8）（6）校核剪切速率确定注射时间：查相关资料得t=1.0s。分流道体积流量： 式（6.9）剪切速率： 式（6.10）该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以，分流道的剪切速率合格。6.3 浇口设计注塑模的浇口种类很多，按结构形式可将其分为点浇口、侧浇口、潜伏式浇口、中心浇口、直接浇口等。本塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，外表面质量要求较高，而且采用一模两腔注射，为了便于调整充模时的剪切速率，因此采用侧浇口。其截面简单，易于加工，便于试模后修正。（1）浇口尺寸的确定1）侧浇口的深度： 式（6.11）式中 t塑件的壁厚，这里t=1.8mm； N塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。2）侧浇口的宽度： 式（6.12）式中A表示凸模的内表面积；n表示塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。3）侧浇口的长度L浇一般选用0.72.5mm,这里取L浇=0.7mm。（2）校核浇口的剪切速率：1）确定注射时间：查相关资料得t=1.0s。2）分流道体积流量： 式（6.13）3）浇口的剪切速率：根据点浇口经验公式 式（6.14）该浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率104105S-1之间。所以，浇口的剪切速率合格。6.4 校核主流道剪切速率确定注射时间：查相关资料得t=1.0s。主流道体积流量： 式（6.15）剪切速率： 式（6.16）主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以，主流道的剪切速率合格。6.5 冷料穴设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计采用较为常见的带Z形拉料杆的冷料穴，开模时，利用拉料杆的钩形头部将凝料从主流道中拉出。7 注塑模具成型零件及模架确定7.1 凹模结构尺寸设计7.1.1 凹模的设计1) 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种2。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体式凹模。如图7-1所示。图7-1整体式凹模2) 凹模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差；，相应的塑件制造公差； 式（7.1）式（7.2）式中 塑件的平均收缩率，查相关资料可得ABS的收缩率为0.3%0.8%，所以平均收缩率（下同）； 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取； 塑件上相应尺寸的公差（下同）； 塑件上相应制造公差，对于中小型零件取（下同）。 3）凹模深度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。式（7.3）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.7之间，此处取。7.1.2 凸模设计1) 凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型2。通过对塑件的结构分析，选用整体式凸模。如图7-2所示。图7-2 整体式凸模2) 凸模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差；，相应的塑件制造公差。 式（7.4） 式（7.5）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。3) 塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式（7.6）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。7.2 合模导向机构设计每套塑料模具都要设有导向机构，在模具工作时，导向机构可以维持动模与定模的正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏，并能承受一定的侧向力。对于采用三板模式结构模具，导柱可以承受卸料板和定模型腔板的重载作用。对于大型模具的脱模机构，或脱模机构中有细长推杆时，需要导向机构来维持机构运动的平稳。对于型腔较大较深的注塑模具，或塑件精密度较高、壁厚较薄的模具，在模具中不仅要设计导柱导向，还必须在动模与定模之间增设定位机构来满足模具的精度要求。导向机构有两类：导柱导向机构、锥面和合模销钉定位装置。本设计采用的是导柱导向机构。导柱主要有两种结构形式，一种是带头直通式导柱，另一种是有肩导柱，其中前者用于中小型模具，后者用于大型模具。由于本设计是中小模具，所以选择带头直通式导柱，最终设计如图7-3。导套可分为直导套、带头导套。导向孔通常需要打通，使导柱进入时气体逸出，不产生反向压力。本设计选择的导套为带头导套，最终设计如图7-4。图7-3 导柱图7-4 导套7.3 侧向抽芯机构设计7.3.1 抽芯距的计算通常抽芯距要比塑件侧孔深度大23mm，由此可以算出抽芯距离： 式（7.7）式中表示抽芯距；H表示滑侧向槽深，h=1mm；7.3.2 斜导柱的设计斜导柱的长度与抽芯距、斜导柱直径、斜导柱大端直径和倾斜角的大小有关。可通过下面公式算出： 式（7.8）式中 D表示斜导柱的大端直径，D=10mm；h表示斜导柱固定板的厚度，h=20mm；d表示斜导柱的直径，d=5mm；表示斜导柱的倾斜角，=；L表示斜导柱的总长度；表示斜导柱的有效长度。最小开模行程，小于开模行程。为了简化设计，斜导柱与固定板之间采用过度配合，公差等级H7/m6。为了使抽芯动作顺利完成而不产生干涉，通常，斜导柱与孔之间有缝隙。斜导柱孔的直径为： 。抽拔力为：式（7.9）式中 表示滑块被塑件包紧的断面形状周长，=13mm；表示塑件对型芯单位面积的挤压力，取值范围是812Mpa,这里取10Mpa；表示脱模斜度，=；表示塑料与钢的摩擦系数，=0.15。很显然导柱是合格的。7.3.3 导向、楔紧与定位装置的设计（1）导滑槽的设计 滑块在导槽中活动必须顺利平稳，不发生卡滞、跳动等现象，常见的导滑形式有很多，本设计所采用的导滑形式见图7-5。图7-5 滑块的导滑形式（2）楔紧块的设计 为了防止活动型芯和滑块在成型过程中受力移动，滑块应采用楔紧块锁紧，常用的锁紧形式有：整体式楔紧块锁紧、镶拼式楔紧块锁紧、嵌入式楔紧块锁紧。本设计采用嵌入式楔紧块锁紧，具体形式见图7-6。图7-6 嵌入式楔紧形式7.3.4 斜推杆侧向抽芯机构的设计此次设计的手机上盖的内侧存在倒扣，需要进行内侧抽芯。综合考虑几种常见的抽芯机构的特点，最终决定采用斜推杆侧向抽芯机构，具体形式见图7-7。图7-7 斜推杆内侧抽芯机构采用内侧抽芯时，斜推杆的顶端面应低于型芯顶面0.050.10mm，以免推出时阻碍滑块的径向移动。另外，在可以推出的情况下，斜推杆的斜度角“”尽量选用较小角度，斜推角一般不大于20。经计算最后设计的斜推杆的相关尺寸如图7-8。图7-8 斜推杆7.4 脱模机构设计7.4.1 脱模力的计算因为矩形塑件内壁长宽尺寸与壁厚之比： 式（7.10）所以此塑件为薄壁矩形塑件。 根据以下公式可以计算出脱模力： 式（7.11）式中 E塑料的弹性模量（1800MPa）； L凸模被包紧部分的长度（103.9mm）；脱模斜度（）；S塑料成型的平均收缩率（0.5%）；F摩擦系数，一般取0.45；t塑件的壁厚（1.8mm）；由与f决定的无因次数，；塑料的泊松比（0.3）；A塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（2151.71mm2）。7.4.2 塑件脱出机构推杆的直径计算： 式（7.12）当前，推杆已制成标准件，设计时应根据计算结果尽量在相应的标准尺寸中选取，所以取；式中 推杆长度（88mm）；单个塑件的推杆数量，取1；推杆材料的弹性模量（2.1105MPa）；安全系数，取=1.5。强度校核 推杆直径确定后，还应进行强度校核： 式（7.13）所以推杆是合格的。式中 推杆材料的许用压应力（200Mpa）。7.5 模架的确定模具的大小主要取决于塑件的大小和结构。对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好，可以以塑件布置在推杆推出的范围之内及复位杆与型腔保持一定的距离为原则来确定模架的大小，可以大致按下列经验公式来计算：塑件在分型面上的投影面宽度须满足：塑件在分型面上的投影面宽度须满足：式中表示塑件在分型面上的投影宽度；表示推板宽度；表示塑件在分型面上的投影长度；表示复位杆在长度方向上的间距；表示复位杆直径。 塑件在分型面上的投影面宽度塑件在分型面上的投影面宽度，根据上面公式最终选择的模架规格为WL=200mm250mmm。具体参数见零件图。8 冷却系统和排气系统设计一般注射到模具内塑料温度为200左右，而熔体固化后从模具型腔中取出时其温度在60左右的塑件都应设置冷却系统，从而提高塑件质量和生产效率。冷却系统的计算很复杂，在此只进行简单的计算。8.1 冷却系统的设计8.1.1 冷却介质ABS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200和5080。因此，模具温度初步选为50，用常温水对模具进行冷却。8.1.2 冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1）塑料制品的体积： V=V主+V分+nV塑=0.29+0.80+24.80=10.69cm3 式（8.1）2）塑料制品的质量： =10.691.02=10.9038g 式（8.2）由于塑件壁厚为1.8mm，可查表4-342，取综合冷却时间t冷=7.4s，取注塑时间t注=1.0s，脱模时间t脱=8s，则注塑周期：t=t冷+t注+t脱=7.4+1+8=16.4s 式（8.3）由此得每小时注射次数： N=（3600/16.4）次=220次 式（8.4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： =22010.903810-3 kg/h =2.40kg/h 式（8.5）（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量：查表4-352直接可知ABS的单位热流量的值的范围在（310400）kJ/kg之间，故可取=370kJ/kg。（3）计算冷却水的体积流量qv：设冷却水道入口的水温为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容为C=4.187kJ/（kg）。则根据公式可得： 式（8.6）（4）确定冷却水路的直径d：当=0.00118m3/min时，根据表4-302知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水管的直径d=6mm。（5）冷却水在管内的流速： =0.3915m/s 式（8.7）（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h ，因为平均水温为23.5，查表4-312可得，则有： 式（8.8）（7）计算冷却水通道的导热总面积A： A= 式（8.9）（8）计算模具所需冷却水管的总长度L： L= 式（8.10）（9）冷却水路的根数设每条水路的长度为=200mm，则冷却水路的根数为： =0.76根 式（8.11）由上述计算可以看出，一条冷却水路对于模具来说显然是不合适的，因此，应根据具体的情况而调整。8.1.