手机衬套注塑模具毕业设计.pdf

1 毕毕毕毕 业业业业 设设设设 计计计计 2 学学学学 生生生生： 指导老师指导老师指导老师指导老师： 手机衬套注塑模具设计与仿真手机衬套注塑模具设计与仿真手机衬套注塑模具设计与仿真手机衬套注塑模具设计与仿真 摘要 3 前言 4 第一章 零件结构工艺分析 6 1.1 材料选择 6 1.2 零件结构分析 6 第二章 注塑机型号的确定 6 第三章 型腔数量及型腔排列 8 3.1 模具型腔数量确定的依据 8 3.2 型腔排列 9 3.3 分型面位置确定 9 第四章 浇注系统的设计 10 4.1 主流道设计 11 4.1.1 主流道尺寸的确定 11 4.1.2 主流道衬套形式设计 11 4.1.3 主流道衬套的固定 12 4.2 分流道设计 12 4.3 浇口的设计 13 4.3.1 浇口的选用 14 4.3.2 浇口位置的选择 15 3 4.4 浇注系统的流动平衡 16 4.5 冷料井的设计 16 第五章 冷却系统的设计 17 第六章 成型零件设计 18 6.1 材料选择 18 6.2 设计过程 18 6.2.1 进入 Pro/MOLDESIGN 模块 18 6.2.2 创建参照零件布局 19 6.2.3 创建 workpiece 19 6.2.4 设置收缩率 20 6.2.5 创建分模面 20 6.2.6 创建体积块、模具元件 20 第七章 模架的选用 23 结 论 24 参考文献 25 4 摘摘摘摘 要要要要 本设计设计了一套手机衬套注塑模具。对手机衬套进行分析，设计 了一剫一模二腔的塑料模具。详细地叙述了注塑模具的浇注系统、冷却系统等结构的 设计过程，及利用Pro/MOLDESIGN进行模仁设计和模架的选用。 关键词关键词关键词关键词 注塑模具 手机衬套 Pro/MOLDESIGN AbstractAbstractAbstractAbstract ： This project designs a set of injection mold of the handset bush.A set of mould with one module and two cavities has been designed through the analysis of the handset bush. The design process of inject system and cooling system of the mould are specified in detail, designing the cavity by Pro/MOLDESIGN and choosing the mould carrier. K K K Keywordeywordeywordeyword ： injection mold handset bush Pro/MOLDESIGN 5 前前前前 言言言言 三年的机械专业的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节。本毕业设计是 设计一套手机衬套注塑模具，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检 查。 通过这二个月的毕业设计，我能熟练利用 PRO/E 进行模具注塑模具的设计，丰 富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，明确了模具的一般工作原理、制造。 本模具设计是利用 Pro/MOLDESIGN 及 EMX（模座专家）进行仿真注塑模具设 计的过程。 .注塑模具注塑模具注塑模具注塑模具 注塑模亦称注射模，其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经 过加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进 而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在 受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型 塑件。这样在操作上完成了一个周期的生产过程。通常，一个成型周期从几秒钟到几 分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型 及塑料的品种和成型工艺条件等因素。 .Pro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGN 6 Pro/MOLDESIGN 是 Pro/ENGINEER 的一个选用模块提供给使用者仿真模具 设计过程所需的工具。这个模块接受实体模型来创建模具组件，且这些模具组件必然 是实体零件，可以应用在许多其它的 Pro/ENGINEER 模块，例如零、装配、出图及 制造等模块。由于系统的参数化特性，当设计模型被修改时，系统将迅速更新,幷将修 改反映到相关的模具组件上。 典型的 Pro/MOLDESIGN 过程 ： 在 Pro/ENGINEER 中创建模具组件,将包含某些或所有以下的步骤。 (1)创建或叫回设计模型。 (2)进行拔模斜度检查或厚度检查，以确定零件有恰当拔模斜度，可以从模具中完 全退出；或确认没有过厚的区域以造成下陷。 (3)叫回或创建工件(workpiece)，这个工件是用来定义所有模具组件的体积，而 这些组件将决定零件的最后形状.如果需要选取适当的模座。 (4)在模具模型上创建缩水率。缩水率根据选择的形态，可以等向(isotropically) 或非等向(anisotropically)地增加在整个模型指定的特征尺寸。 (5)加入模具装配特征形成流入口，流道及浇口。这此特征创建后将被加到模具设 计中，且将从模具组件几何中被挖除。 (6)定义分模面及模块体积，用来分割工件形成个别的模具组件。 (7)抽取(Extract)所有完成的模块的体积，将所有的曲面几何转换为实体几何，形 成实体零件，在 Pro/ENGINEER 其它的模块中使用。 （8）填满模具槽穴来创建模型。借着利用工件的体积减去抽取的模具组件的体 积，系统就能以剩下人体积自动创建模型。 （9）定义模具开启的步骤及检查干涉，如必要就进行修改。 3.EMX3.EMX3.EMX3.EMX（模座专家模座专家模座专家模座专家） Expert Moldbase Extension(EMX)是 Pro/MOLDESIGN的一个附加模块。 EMX 所提供的不只是一个丰富形模座及零件数据库，而且包括多种不同商标的标准、非标 准，及可制作化的零件以方便不同用户要求。另外，EMX 所生产的三维模型，透过 三维用户可仿真动态开模，干涉检查，顶针自动裁剪，制作 BOM，制作冷却系统及 自动生产图纸。这样不但保证了质量，而且还大大减少整体设计时间，提高效率。 在设计过程到网上及图书馆查阅了许多相关手册和书籍，尽自己最大的努力搞好 本次毕业设计。 由于学生水平有限， 缺乏实际的工作经验， 设计中不妥之处在所难免， 肯请各位老师指正。 7 第一章第一章第一章第一章 零件结构工艺分析零件结构工艺分析零件结构工艺分析零件结构工艺分析 8 本次设计的产品为手机衬套， 如图 1-1 所示在手机外壳喷漆时起到支撑手机外壳 的作用，仅使用一次，产品的尺寸精度和表面质量要求不高， 。 图 1 零件图 图 2 1.1 1.1 1.1 1.1 材料的选泽材料的选泽材料的选泽材料的选泽 ABS 是由丙烯腈、 丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。 ABS 易于成型和机械加工， 具有优良的物理机械性能和低温抗冲击性，电性能，耐磨性，尺寸稳定性，耐化学性， 染色性等。 ABS 具有优良的流动性能和良好的综合性能。 各个方面满足要求， 性能好， 且可以回收利用，故材料选用 ABS。 1.2 1.2 1.2 1.2 零件结构分析零件结构分析零件结构分析零件结构分析 图 3 图 4 9 零件总体外形与手机的外形相似，壁厚为 1mm，零件实体如图 3 中的 1 为一小 钩形，在脱模时影响工件的脱模，由于 ABS 具有一定的塑性且钩形较小、零件要求 精度不高，在脱模时采用强制脱模就能满足要求，图 4 中的 2 是一个凸台和一伸长部 分，伸长部分容易折断，要求受力性能要好。 第二章第二章第二章第二章 注塑机型号的确定注塑机型号的确定注塑机型号的确定注塑机型号的确定 按注射部分和锁模部分互相位置和方向不同，有卧式、立式和直角式。 立式注塑机注射部分和锁模部分中心线在同一垂直线上，优点是占地面积小，精 度高，缺点是操作位置高，成本高，对于注射量大的注塑机，势必使用注塑机高度增 加，操作台升高，操作不便，注塑机的工作稳定性也减小。 卧式注塑机的缺点是占地面积大，但优点是注射和锁模部分中心线同在一水平线 上，工作位置低，操作方便，稳定性好，顶出后塑件可自行坠落，成本低。 直角式注塑机的注射部分在垂直方向，锁模部分在水平方向，呈 90夹角，特点 是结构简单。 注塑机规栺的确定主要是根据塑料制品的大小及生产批量。在选择注塑机时，主 要考虑其注射量、锁模力、安装模具的有效面积、容模量、顶出形式及顶出长度。 本产品单个零件的体积为 7.45cm3， 生产批量较大， 且卧式注塑机是应用最广泛 的注塑机，故选用注塑机型号为 XSZ125，如图 5 所示。 主要技术参数为： 注射量： 104g 注射压力： 143.1MPa 锁模力： 90T 模板大小： 428458 喷嘴口孑径：4 喷嘴半径： R12 10 图 1-5 第三章第三章第三章第三章 型腔数量及型腔排列型腔数量及型腔排列型腔数量及型腔排列型腔数量及型腔排列 3.1 3.1 3.1 3.1 模具型腔数量确定的依据模具型腔数量确定的依据模具型腔数量确定的依据模具型腔数量确定的依据 （1）工件重量与注塑机的注射量； （2）工件的投影面积与注塑机的锁模力； （3）模具外形尺寸与注塑机安装模具的有效面积； （4）工件精度； （5）工件颜色； 11 （6）工件有无侧抽芯及其处理方法； （7）工件的生产批量； （8）经济效益 由于工件尺寸不大，工件质量较小，生产批量为中批量，为提高生产率，型腔数 量为两个，即一模两腔。 3.2 3.2 3.2 3.2 型腔的排列型腔的排列型腔的排列型腔的排列 型腔的排列涉及模具尺寸、 浇注系统的设计、 浇注系统的平衡、 滑块机构的设计、 镶件及型芯的设计以及冷却系统的设计 型腔位置的分布如图 6 所示，采用这种排列方式满足了浇注系统的平衡，使塑件 内应力能互相抵消，保证了塑件的质量。 图 6 3.3 3.3 3.3 3.3 分型面位置的确定分型面位置的确定分型面位置的确定分型面位置的确定 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轮廓处。 （2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 （3）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。 12 （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。 其中最重要的是第 2） 、第 5）和第 8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择 平直分型面工易于加工的分型面。分型面选择如图 7 所示： 图 2-1 选择该分型面便于塑件顺利脱模，塑件开模时留在动模一边，有利于模具加工制 造。 第四章第四章第四章第四章 浇注系统的设计浇注系统的设计浇注系统的设计浇注系统的设计 由于工件材料 ABS 为热塑性材料所以在本模具浇注系统设计时采用有流道的浇 注系统。 浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道。对浇注系统设计的 具体要求是： 1.对模腔的填充迅速有序； 2.可同时充满各个型腔； 3.对热量和压力损失较小； 4.尽可能消耗较少的塑料； 5.能够使型腔顺利排气； 6.浇注道凝料容易与塑料分离或切除； 7.不会使冷料进入型腔； 8.浇口痕迹对塑件外观影响很小。 浇注系统一般由四个部分组成：1、主流道 2、分流道 3、浇口 4、冷料井 如图 8 所示： 13 图 2-2 4.1 4.1 4.1 4.1 主流道设计主流道设计主流道设计主流道设计 主流道是连接注塑机喷嘴与分流道的一段料道，是模具进料的入口，将塑料熔体 从喷嘴引入到模具。如图 8 所示： 4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 主流道尺寸的确定主流道尺寸的确定主流道尺寸的确定主流道尺寸的确定 主流道锥度一般在 28内选取，主流道带锥度是为了在模具打开时使主流道凝 料容易脱离定模，在本模具设计中选取主流道锥度为 2。 主流道小端孑径应大于喷嘴孑径 0.51.0，这样，当主流道与喷嘴同轴度有偏差 时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来，故设计流道小端孑径 d 为 4.5mm。 ..2 2 2 2 主流道衬套形式设计主流道衬套形式设计主流道衬套形式设计主流道衬套形式设计 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求 较严，因而 模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优质钢材单 独进行加工和热处理。如图将主流道衬套的前端部加工台肩与定位圈相配，防止主流 道衬套后退。 在 EMX 中选用 SBTM 类型的浇口衬套，再根据需要修改尺寸，具体如图 9 所示 14 图 9 4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 主流道衬套的固定主流道衬套的固定主流道衬套的固定主流道衬套的固定 主流道衬套的固定环选用 EMX 中的 LBJS 类型定位环，直径为100，具体固定 形式如图 10 所示： 图 10 4.2 4.2 4.2 4.2 分流道设计分流道设计分流道设计分流道设计 15 分流道是主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。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流道 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，并在流动过程中压力损失尽可能 小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。如图 8 所示 分流道的形状及尺寸分流道的形状及尺寸分流道的形状及尺寸分流道的形状及尺寸： 分流道截面有圆形、半圆形、矩形、梯形、U 形，圆形和正方形是应用效果最好， 但圆形和正方形分流道工艺性都较差。圆形分流道要求开设在分型面两侧。对称分布 加工难度大。正方形分流道凝料阻力大。从实用观点看，梯形分流道和 U 形分流道是 最佳选择。 选取梯形分流面，分流道断面直径： 4 0.27DWL=i H=2/3D 式中 W流经分流道的塑料量 (g) L分流道长度(mm) D风流道直径(mm) H梯形的高度(mm) 梯形的侧面斜角 a 常取 515，在应用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。 该手机衬套体积为 7.45cm3,质量约为 8g，分流道长度预设为 20mm,有两个型 腔，所以： 4 2 0.27 8203.2D =i 取 D = 4mm 2 42.67 3 H = 取 H=3mm 如图所示： 16 图 11 4.3 4.3 4.3 4.3 浇口的设计浇口的设计浇口的设计浇口的设计 浇口是由分流道通向型腔的一小段流道，是进入型腔的门户。浇口是浇注系统中 长度最短、断面最小的一端，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。浇口如图 8 所示。 4.3.1 4.3.1 4.3.1 4.3.1 浇口的选用浇口的选用浇口的选用浇口的选用 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一 方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪 切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体 进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷 却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与 塑件分离的作用。 侧浇口易于加工，成型品尺寸精确，浇口尺寸易加工修改，分离容易，可防止塑 料在射出过程中发生逆流，浇口部分之摩擦粘滞热可帮助填充进行，适用用于大部分 塑件，我们选用限制性侧浇口。 侧浇口断面更多采用矩形，容易加工，也容易调整尺寸达到合理要求。 根据经验公式确定浇口厚度 h: h = n t 注塑模具设计325 式中： t塑件壁厚(mm) n与塑料品种有关的系数 根据经验公式确定浇口宽度 W： 30 n A W = 注塑模具设计326 17 式中： A型腔表面积(mm2) 图 12 t=1mm，A=2120mm2, 根据注塑模具设计表 34，选取 n=0.6； h=10.6=0.6 0.62120 0.92 30 W = 取 W=1mm 长度 L 在任何情况下都力求短些，一般在 0.72mm，对于本零件不大，取长度 为 1mm 4.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 浇口位置的选择浇口位置的选择浇口位置的选择浇口位置的选择 浇口位置不同，熔体充入模腔时的流程、流向、流态都会不同，型腔各部分的熔 体压力分布也会不同，对塑件内在和外观质量必然会有不同影响。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。 根据本塑件的结构特征，综合考虑以上几项原则，浇口位置选择如图 13 所示： 18 图 13 4.4 4.4 4.4 4.4 浇注系浇注系浇注系浇注系统的流动平衡统的流动平衡统的流动平衡统的流动平衡 对多腔模具的基本要求是应使各个型腔能够同时充满且各个型腔的压力相同，才 能保证各个型腔所成型出的塑件尺寸、性能一致，因此多型腔模具浇注系统流动必须 平衡。对于该模具两个型腔相同，因此从主流道到达各个型腔的分流道、浇口，其长 度、断面形状和尺寸都完全相同，即到达各型腔的流动支路是完全相同的。 4.5 4.5 4.5 4.5 冷料井的设计冷料井的设计冷料井的设计冷料井的设计 冷料井的位置在主流道的对面或分流道的末端，主要作用是储藏喷嘴出口与模具 入口交接处的低温熔料，以避免它阻塞塑料冲入型腔。 冷料井其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 11.5 倍，冷料井有六种形式，如图 14 所示： 19 图 14 在本套模具中选用最常用的一种，如图 15 所示： 图 15 第五章第五章第五章第五章 冷却系统的设计冷却系统的设计冷却系统的设计冷却系统的设计 冷却系统设计的目的是使成品均匀冷却，并在较短时间内顶出成型，冷却水路排 布的好坏直接影响到产品的成型品质和生产周期。 对品质的影响对品质的影响对品质的影响对品质的影响：在成型时冷却系统是用来控制模具温度的，而模具温度及其波动 对产品的收缩率、变形、尺寸稳定性、机械强度、应力开裂和表面质量等均有影响。 对生产周期的影响对生产周期的影响对生产周期的影响对生产周期的影响：一个成型周期主要由以下几部分构成，缩短冷却时间就是提 高成型效率。 注射时间 保压时间 冷却时间 开模时间 相关时间 20 在本套模具中冷却系统利用 Pro/MOLDESIGN 中特征模具组件水线，冷却 水道直径为8，设计如图 16 所示： 图 16 第六章第六章第六章第六章 成型零件设计成型零件设计成型零件设计成型零件设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、 成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲 刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺 寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度 及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体 21 结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加 工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键 的成型零件进行强度和刚度校核。 由于模具钢的价栺比普通钢材贵，成型零件容易磨损，故本套模具采用嵌入式， 降低成本，成型零件磨损时可替换。 本套模具的成型零件包括定模仁、动模仁，利用 Pro/MOLDESIGN 进行模仁设 计。 6.1 6.1 6.1 6.1 材料选择材料选择材料选择材料选择：9Mn2V 9Mn2V 9Mn2V 9Mn2V 9Mn2V 渗透性好，热处理变形小，具有较高的耐磨性和韧性可制造 各种类型模具的成型零件，故选择 9Mn2V。热处理过程：780800油 淬，再 160180回火。 6.2 6.2 6.2 6.2 设计过程设计过程设计过程设计过程： 6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 进入进入进入进入 Pro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGNPro/MOLDESIGN 模块模块模块模块，如图所示： 图 17 6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 创建参照零件布局创建参照零件布局创建参照零件布局创建参照零件布局 模具模型（Mold Model）参照零件布局（ RefPart Layout）创建(Create) 如图所示： 22 图 18 6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 创建创建创建创建 workpiece workpiece workpiece workpiece 模具模型（Mold Model）创建（Create）工件 （Workpiece）手动（Manual） 创建出一个 15015050 的 workpiece 图 19 23 6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 设置收缩率设置收缩率设置收缩率设置收缩率 将收缩值应用到参照模型中， 就可按照与模具成型过程的收 缩量成比例的值来增加参照模型的尺寸。 模具（Model） 收缩（Shrinkage） 按尺寸（By Dinension） 设置/复位 （Set/Reset） 所有尺寸（All Dims）完成（Done） ABS 的收缩率为 0.4%0.8%,取收缩率为 0.5% 6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 创建分模面创建分模面创建分模面创建分模面 图 20 6.2.6 6.2.6 6.2.6 6.2.6 创建体积块创建体积块创建体积块创建体积块、模具元件模具元件模具元件模具元件 模具（Mold）模具体积块（Mold Volume）分割（Split）选取分模面 输 入名称 模具（Mold）模具元件（Mold Comp）抽取（Extract） 创建出模仁的定模仁和动模仁，如图 21 所示。 24 图 21 再创建主流道、分流道、浇口、冷却系统，最后完成模仁设计，定模仁如图 22 所示： 25 图 22 动模仁如图 23 所示： 26 图 23 第八章第八章第八章第八章 模架的选用模架的选用模架的选用模架的选用 模架一般采用标准模架，可以缩短制造周期、降低制造成本，可以对模架的部分 形状、尺寸和材料做出更改。 常用模架有“富得巴” （Futaba） 、 “龙记” （LKM） 、 “明利” （MingLee） 、 “天祥” （SkyLucky）等。一般来说，中、小型模胚可选取“富得巴” ，较大型模胚则常选取 “龙记” 、 “明利”或“天祥”等。