毕业设计（论文）-手机外壳的注塑模设计.docx

全套图纸加扣 3012250582 编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 手机外壳的注塑模设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2016年 6 月 3 日摘 要随着科学技术的飞速发展，越来越多的人开始使用移动手机，因此手机外壳的生产也是也是一项重要的研究。而且，模具现在在世界上发展的越来越迅速，发展前景很好。在实际生产中大多数都采用注塑模，因此本文研究的就是手机外壳的注塑模设计。本文介绍了制作手机外壳的注塑模的设计，对手机外壳进行相应的结构工艺分析、材料分析等；通过比较选择ABS工程塑料作为制作手机壳的原材料；利用SolidWorks软件完成对塑件的建模。对注射模进行了设计与计算，其中包括注射机的选择、注射模结构的设计以及模具中成型零部件、结构零部件、浇注系统、推出系统、冷却系统等的设计以及相关的模具材料的选用。由于塑件较小，需求量较大所以在设计中采用了一模两腔的加工方法；在分析塑件结构时发现塑件在内侧有凸台，所以采用斜导柱内抽芯机构来对塑件进行内抽芯，方便了模具的开模。在进行设计计算的过程中，利用AutoCAD和CAXA电子图板绘制了模具的二维装配图以及各个零部件的二维图。在本次毕业设计的过程中，复习和巩固了许多大学所学的机械知识，例如机械制图、塑料成型工艺及模具设计等课程，提升了自己的能力，取得了良好的效果。关键词：ABS工程塑料；手机壳；斜导柱内抽芯AbstractWith the rapid development of science and technology, more and more people start using mobile phone, so mobile phone casing production is also an important study. Moreover, the mold is now developing more and more rapidly in the world, the prospect of it is very gond. Injection molding is used in most of the actual production，so this study is to design injection mold of mobile telephone shell.This article describes the injection mold design of mobile phone shell, phone shell structure corresponding process analysis, materials analysis; By comparing with other materials, selected ABS plastic as raw material to product mobile phone shell; use SolidWorks software to complete the modeling of plastic parts. Injection mold is designed and calculated, including the choice of injection machine, injection mold structure design and mold forming components, structural parts, gating system, the introduction of the selection system, cooling system design and related mold material . Since the plastic parts is small, so the demand for larger processing methods used in the design of a two cavity mold; plastic parts in the analysis of structural plastic parts found on the inside there are bosses, so the use of the inner bevel pillar core pulling mechanism for pulling the plastic parts were inside, to facilitate the mold is open. During the course of the design calculations, using AutoCAD and CAXA electronic drawing board to draw a two-dimensional mold assembly drawing and two-dimensional map of the various components. In this graduation design process, review and consolidate the mechanical knowledge learned many universities, such as mechanical drawing, plastic molding process and mold design courses to enhance their ability to obtain good results.Keywords: ABS plastic; phone shell; bevel pillar inner core pulling目 录引言11 塑料成型简介12 手机外壳的成型工艺设计分析12.1 手机外壳塑件的材料的选用22.2 塑件的结构工艺分析32.2.1 塑件的壁厚32.2.2 塑件的尺寸精度32.2.3 塑件的脱模斜度42.2.4 塑件的表面粗糙度42.2.5 塑件的体积和质量52.3 塑料材料的分析52.3.1 塑件材料的力学性能52.3.2 塑件材料的注射工艺参数63 注射模设计73.1 注射成型工艺73.2 注射模结构与注射机的选定83.2.1 注射模具的结构组成83.2.2 注射机的初步选择93.3 注射机的参数的校核103.3.1 最大注射量的校核113.3.2 锁模力的校核113.3.3 最大注射压力的校核133.3.4 注射机与模具配合尺寸的校核133.3.5 开模行程的校核143.3.6 推出装置的校核153.4 塑件在模具中的位置确定163.4.1 型腔数量及其排列方式163.4.2 分型面的设计173.5 注射系统的设计183.5.1 主流道的设计183.5.2 冷料穴的设计193.5.3 浇口的设计203.5.4 浇注系统的平衡204 成型零部件的设计214.1 成型零部件的结构设计214.1.1 凹模的机构设计214.1.2 型芯的结构设计224.2 成型零部件工作尺寸的计算224.2.1 型腔和型芯径向尺寸的计算234.2.2 型腔深度和型芯高度的尺寸计算244.3 型腔侧壁和垫板厚度的计算255 结构零部件的设计275.1 模架的选用275.2 支撑零部件的设计285.3 合模导向机构的设计286 推出机构设计296.1 推出机构的设计要求296.2 推出力的计算306.3 一次推出机构307 侧向分型与抽芯机构设计317.1 斜导柱设计317.2 斜导柱长度计算317.3 侧滑块的设计328 温度调节系统329 模具材料的选用3310 结论33谢 辞34参考文献35附 录36全套图纸加扣 3012250582 第 37 页 共 42 页引言我国塑料工业在近二十年的时间内发展迅速，据调查显示，早就在2004年，塑料制品的年产量已经成为我国第一，按照生产物的体积来计算，塑料的早已超过有色金属以及钢铁的总和，成为我国第一大生产品。在我们的日常生活中，可以看到到处都充斥着塑料制品的影子，塑料制品已经和我们的生活息息相关、密不可分1。随着塑料工业的迅猛发展，传统的模具设计制造方法已经满足不了市场的需求，注塑模成为了制作塑料制品的主要途径之一，而且注塑模在模具中可以算是生产效率高的一种模具，所以对于注塑模的研究和设计是很有前景的一种职业。节能和高速可以说已经成为了全球的一个趋势。降低能耗就要从根本上进行控制，而模具设计的高速发展，特别是对于一些高消耗的产品，提高其生产效率是最根本的方法。这就希望在进行模具设计时可以连续不断的成型生产，最好的办法就是采用一模多腔的方式来进行设计19。1 塑料成型简介塑料一词的英文对照为“Plastics”，它的定义是指在力的作用下材料可以被任意捏成各种形状。此含义显然是相对于金属材料而言的。在工业中，塑料是以树脂为主要成分的可在一定条件下塑化成型的高分子有机化合物，其中树脂可以分为合成树脂和天然树脂两类，在实际生产中，塑料大多采用的是合成树脂3。在塑料成型生产中，成型塑件的质量要依靠先进的模具设计、优质的模具材料、高质量的制造模具、合理的加工方法以及现代化的设备等多方面的保证。在实际生产中，衣服优质的注塑模具可以成型上百万个塑件，注塑模的设计在其中扮演者举足轻重的地位，因此设计注塑模尤为重要。2 手机外壳的成型工艺设计分析在对塑件进行工艺分析之前，首先要对塑件的形状与加工要求进行一定的了解。如图2.1所示为利用SolidWorks软件所画的塑件的三维图，从图中可以直观的看到，此次设计的塑件为壳类零件，因为手机外壳需要装入手机上所以它的厚度一般都较小，且厚度一般分布均匀，但是这种壁厚均匀的塑件在注射成型的过程中不利于原料流动。而且该塑件产品为手机外壳，因此对表面要求相对较高，表面应光滑无熔接痕，应力均匀等高精度要求。图2.1 手机外壳三维图2.1 手机外壳塑件的材料的选用手机外壳注塑一般采用热塑性材料，查资料可知，生产手机外壳的最常用的材料为PC、ABS或PC+ABS三大类，三种材料的强度与性能特点如表2-1所示，通过比较其性能并且结合塑件的表面加工要求最终选定ABS+PC的合成材料作为生产此手机外壳的原料。表 2- 1 注塑材料的性能特点对比材料名称抗拉伸强度（MPa）抗弯曲强度（MPa）特点PC6996表面涂覆较差、透明性好、高强度、原料配色较差、高耐温ABS4379表面涂覆较好、着色好。低强度、流动性好、低耐温ABS+PC5686强度较高，流动性好，主要用于直板机和一般外观要求高的手机外壳ABS+PC塑料又可以叫做为ABS工程塑料，由上表可看出ABS工程塑料之所以叫做PCABS其实并不是他们两者的混合物，而是这种塑料的性能特点是结合两者的特点得到的，即ABS工程塑料的电学性能良好，力学性能包括成型加工以及机械加工的性能都非常好，同时它的还有很好的耐热性，成型后的塑件尺寸相对来说较为稳定，也可以承受较大的冲击力。在注射模设计中采用这种材料的好处是流动性好，不会再模具的浇注系统中留下太多的废料，节省成本。所以ABS工程材料经常应用于薄壁及相对复杂形状的制品中，可以保持其优异的性能6。 ABS工程塑料因具有两种材料的特点，因此流动性好，收缩率较小，在0.5%0.7%之间，因此在本次模具设计中取材料收缩率的值为中间值0.6%。这个塑料的吸湿性较大，所以在注塑前一定要进行干燥，干燥的条件一般为85C,干燥时间在3小时以上，另外，如果零件表面要求光泽，则材料的干燥时间应延长。查资料得ABS工程塑料的熔化温度在230300之间，成型时注射模模具的温度为50100，因此在模具设计中，在管道中应通入热水、热油等介质。2.2 塑件的结构工艺分析2.2.1 塑件的壁厚在注射模设计中受到塑件制品的厚度的选择的影响的有注射模各部分的强度与刚度的计算，在设计前如果在任务书中没有规定塑件的壁厚则可以根据生产出的塑件的使用要求以及工艺要求来确定塑件的壁厚。像是手机外壳这种薄壳类零件，壁厚一般为12mm，因为如果塑件的壁厚太大的话，从根本上就是在浪费原材料，因为薄壳类的壁厚太大没有好处，同时壁厚太大的话在浇注过程中可能会产生一系列的缺陷，造成成型塑件的质量不达标。另一方面，如果塑件的厚度选择太小，则其刚度与强度都有极大的可能达不到塑件的使用要求同时在塑件表面也可能会出现气泡、凹痕、缩孔、翘曲等缺陷。本次的塑件为薄壁类零件，用热塑性塑料进行加工，在表2-2中列出了几种常用热塑性塑料的壁厚和加工条件。表 2-2 几种不同塑料的参数与壁厚材料料温注射压力模温壁厚聚乙烯150300C60150MPa4060C0.94.0 mm聚丙烯160260C80120 MPa5565C0.63.5 mm聚酰胺200320C80150 MPa80120C0.63.0 mmABS200260C80200 MPa4060C1.04.5 mm聚碳酸酯280320C40220 MPa90120C1.05.0 mm由上表可选取在本设计中，塑件的壁厚取1mm左右，同时，应保证塑件的壁厚均匀，改善工艺条件，提高塑件质量。2.2.2 塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度是指通过注射成型得到的成型塑件制品的尺寸值与设计模具前的所要设计的产品的尺寸值的相符合程度。塑件的尺寸精度越高，则在模具设计中其他零部件的相关尺寸也就相应的提高。在进行注射模具设计的过程中，影响成型塑件尺寸精度的因素十分复杂，主要成型时工艺条件变化引起的材料收缩率的波动、模具的磨损引起的模具的尺寸的变化以及配合间隙的变化等。因此，在确定了塑件制品的尺寸精度后为了减小模具设计的难度以及为了降低以后模具零部件的加工难度，在选定的塑件的尺寸精度不变的前提下一定程度的降低精度，只要保证生产出来的塑件满足使用要求即可。另外塑料制品标注尺寸时通常应先决定塑件的公差等级，然后根据公差等级来查公差表从而获得具体的公差数值。对于有配合要求的塑件，其上下偏差都应根据制件的使用要求来进行分配；对于没有配合要求的塑件，一般只采用单向偏差；对于孔类尺寸，以查到的数值冠以（+）号：对于轴类尺寸，以查得的数值冠以（）号；对于中心距，以查得的公差数值冠以（）号。根据塑件的使用要求和任务书的要求，在本次设计中塑件的尺寸精度选用MT5级精度。 2.2.3 塑件的脱模斜度确定塑件的脱模斜度是为了更好的将塑件从模具中推出来，塑件的脱模斜度就是注射模具的型芯型腔在开模是如果有一个和开模方向相一致的角度的斜度，则开模会顺利很多，设计计算塑件的脱模斜度的另一个好处就是当塑件有了脱模斜度，开模后注射机的推杆在推动推板推动顶杆将塑件顶出时，不会受到很大的阻力，也就是说，在开模时模具的凹凸模的相关的磨损量会降低很多，大大延长了模具的使用寿命，使得模具可以更高效率的生产成型塑件5。但是在计算斜度的时候，就像所有的事情一样不能过之却也不能不及，如果选用的斜度过大，虽然在开模时很顺利，但是塑件的外观尺寸就无法保证，更别说塑件的尺寸精度了；相应的如果脱模斜度过小，就先相当于没有脱模斜度一样在模具生产过程中没有起到一点作用。在本次模具的设计中，由于塑件的两侧本身就有一定的斜度，所以理论上来说是可以不考虑脱模斜度的，但是生产的该塑件为手机壳，其外观要求比较高，所以选取一定的脱模斜度可以使生产出来的塑件更加漂亮，同时模具的磨损也会相对减少。所以在本次设计中选用的塑件的脱模斜度为型腔35，型芯30。另外，由于本次要生产的塑件为手机外壳，所以为了保证塑件的质量，应在塑件的两个面的过度处设计成圆角的过渡形式，这样不仅增加了熔融塑料的流动性可以使熔料更好的流动到型腔的各个地方，成型出的塑件制品也会更加美观，根据前文的塑件的三维模型可以看到塑件的面与面之间本身就有圆角过渡，所以在此不设计圆角过渡。2.2.4 塑件的表面粗糙度根据塑件的工艺要求来确定塑件的而表面粗糙度，由于手机壳的外表面是起到的是装饰作用，所以该塑件的表面外观要求应该高一些，所以相应的，确定的塑件的表面粗糙度应该低一些。但是加工难度和成本就会相应的提高，为了达到塑件的外观要求，除了在塑件成型时从工艺条件上尽可能的避免冷疤云纹等明显的疵点外，另一个重要的因素就取决于模具型腔以及型芯的表面粗糙度。在实际生产中，没充填一次熔料注射成型就要开一次模取出塑件，一副好的模具的使用寿命可以高达成型百万次塑件，所以在这么多次的开合模过程中，不可避免的模具的凹凸模会发生磨损，这样肯定会使模具凹模的表面粗糙度不断的增大，所以就要做好模具的保护工作，应该随时给以抛光复原。按经验来说，注塑模要比要注塑的制品的粗糙度低，大概低1到2级。该塑件为手机外壳，手机外壳的外表面呈现在外面起到装饰的作用，因此塑件外表面的表面粗糙度应该要比内表面的高许多，所以，塑件的外表面粗糙度选用Ra=0.8m，内表面的为Ra=1.6m。2.2.5 塑件的体积和质量在本次设计中，塑件的三维造型是用三维软件SolidWorks画出的，在该软件中，可以利用软件自带的测量功能对塑件进行体积的测量，如图2.2所示为利用该软件测量得到的塑件的体积，约为V=10.322cm3，在上文中选用的ABS工程塑料的密度为1.07g/cm3 ，所以经过计算可以得到塑件的质量约为M=V=1.0710.322=11.04g (2-1)图2.2 塑件的体积测量2.3 塑料材料的分析上文中已经选出在本次模具设计中采用的原料为ABS工程塑料，这种材料的性能优良，是一种热塑性的聚合物，因为这种材料相当于两种材料的合成，查阅相关的参考文献也不能确切的给出该材料的成型温度，所以就以两种材料的成型温度的中间值作为该材料的成型温度，约为240265度。2.3.1 塑件材料的力学性能根据上文选用的原料为ABS工程塑料，这种材料结合了两种材料的优点，具有较高的刚性、耐热性、冲击强度以及挠曲性。2.3.2 塑件材料的注射工艺参数在下表2-3中列出了PC以及ABS的注射工艺参数。表 2- 3 PC及ABS的注射工艺参数PCABS螺杆转速2040 rmin-13060 rmin-1喷嘴形式直通式直通式温度230250C180190C料筒温度前段240280C200210C中段260290C210230C后段240270C180200C模具温度90110C5070C注射压力80130 MPa7090 MPa保压压力4050 MPa5070 MPa注射时间05 s35 s保压时间2080 s1530 s冷却时间2050 s1530 s成型周期50130 s4070 s根据表中的参数可以确定所用的ABS工程塑料的注射工艺参数如下：a) 注射机类型：螺杆式注射机；b) 螺杆转速(rad/min)：30；c) 喷嘴温度(C)：190230；d) 注射机料筒温度(C)：前段：210240；中段：230260；后段：200230。e) 模具温度(C)：7090；f) 注射压力：7090 MPa；g) 保压压力：4060 MPa；h) 注射时间/s：35；i) 保压时间/s：2040；j) 冷却时间/s：1530；k) 成型周期/s：4090.3 注射模设计在我国，热塑性的材料的成型方法考虑到热塑性塑料在熔融状态下为液体，当冷却固化成型的特性，一般采用的注射成型，注射成型有很多的优点，其中就包括一次成型周期一般在一分钟到两分钟之内，由于设计的为注塑模可以直接将熔融的原料经由浇口套直接注入型腔中，所以可以一次成型出形状复杂的塑件制品10。模具生产的另一个好处就是可以一次注塑成型多件制品，所以相对的生产效率很高，这样子在工厂工人只需要进行简单的操作不用再进行高强度的作业，可以在工厂实现全自动化的生产。到目前为止由资料书可查得除了氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用注塑成型的方法来进行成型加工。但是，注射成型的缺点就是所需要的注射设备价格昂贵，并且注射模具加工制造起来也比较复杂，由于模具采用的都是板材加工且尺寸相对来说较大，所以生产成本会很高。但是一旦模具制造做出来便可以长期使用，据经验参考，一个模具在其使用寿命内可以成型上百万的塑件，所以这种注射模的设计适合用在中批量或者大批量的塑件生产中。3.1 注射成型工艺标准的注塑成型工艺一般包括三个过程：注塑前的准备工作、将熔料注入到型腔中去的注射过程以及取出塑件后的表面处理。而注射成型工艺的过程则可以简化为：加料预塑形注射充模保压补缩打开模具取出注射成型的模具。第一部分：成型前的准备为了保证注射成型过程的正常进行以及保证塑件的质量，在进行注射成型前一定要进行一定的准备工作。由于本次设计中选用的是ABS工程塑料，该塑料的吸湿性较大，因此在注射成型前一定要进行干燥处理，一般是在85C的温度下干燥三到四个小时。为了使塑料制品能够顺利的从模具中脱出，有的模具型腔或者模具性欣赏还需要涂上脱模剂，但是在实际生产中考虑到加工成本的问题，应该尽量选择价格实惠，性能优良的脱模剂并且选用的脱模剂最根本的目的是为了塑料制品脱落方便。所以在本次模具设计中，对于所选用的ABS工程塑料，选用非油性的硬脂酸锌来做为本次的脱模剂。第二部分：注射成型过程完整的注塑过程有：进料、保压、冷却、开模2。第三部分：塑件的后处理在注射成型过程中，由于原料流动的不可预知性以及原料在型腔中冷却时塑化不均匀或者由于塑料在型腔中的可能会产生的结晶、在熔料在型腔中的走向和冷却不均匀以及金属嵌件的影响等原因，塑件制品内部毫无疑问的会存在以下应力，这种应力可能会导致塑件制品在使用过程中产生变形甚至开裂，因此，要解决这种问题，对注塑出的塑件进行适当的后处理是必须的，在实际生产中，最常用的后处理方法有两种：退火处理和调湿处理。3.2 注射模结构与注射机的选定3.2.1 注射模具的结构组成虽然有多种注射模结构，但是归根结底，注塑模的机构可以分为两个部分，即动模部分和定模部分，在运动过程中，通过注射模具的导向结构来使动模与定模闭合而构成一个浇注系统和型腔，随后熔化的原料通过注射机的喷嘴注射入浇注系统，经过流道进入到型腔中去，冷却后动模与定模分离即可取出塑件4。根据注射模具运动过程中中各个部分起到的作用，塑料注射模具可以概括的由以下几个部分组成：(1)成型部分, 注射模具的型芯与型腔；(2)浇注系统，熔融状态下的原料从注射机喷嘴进入到型腔中所经过的通道统称为浇注系统；(3)导向机构, 导向机构包括动定模之间的机构、推出机构的导向机构；(4)侧向分型与抽芯机构， 如果塑件上有与开模方向不一致的结构，则需要在注射模具中加入侧型芯机构；(5)推出机构， 指注射模具开模后将塑件从模具中推出的装置；(6)温度调节系统， 由于原料是在熔融状态下注入到型腔中去，为了满足注射工艺对模具温度的要求，则需要对模具内的温度进行控制的冷却系统；(7)排气系统， 在注射成型过程中，原料注入到型腔内之前，型腔中充满着空气，如果不排出这些气体，则会在塑件上出现气泡等缺陷，因此，排气系统是应是必不可少的，在模具设计中通常把排气系统设立在模具的分型面上，因为在分型面上只需要开几个沟槽即可构成排气系统；(8)支撑零部件， 顾名思义，支撑零部件的作用就是支撑模架，一般包括支撑板、支撑柱、垫板等。如图3.1中所示为一种典型的注射模的结构。图3.1 注射模的结构1-上模座板；2-定模板；3-动模板；4-垫块；5-下模座板；6-导套；7-导柱；8-复位杆；9-推杆固定板；10-推板3.2.2 注射机的初步选择注塑机一般按其外形注射机可以分为立式、卧式和角式三种，其中在实际生产中，应用较多的是卧式注射机。各种注射机的外形尽管不同，但从根本上分析都是由注射系统和合模锁模系统组成的。在注射机正常工作时，模具一般安装在移动模板及固定模板上，再由合模系统进行合模将模具锁紧，注射机通过喷嘴将熔化的塑料注入到型腔中，注射模具中的温度调节系统调节模具的温度，等到塑件在模具中成型后冷却到一定的温度时进行开模，这时由推出机构推出塑件。整个注塑过程即可完成。较先进的注塑模可以利用计算机进行控制，实现自动化操作。由于本次设计的塑件为手机壳，上文中选定其尺寸精度为MT5，且塑件的质量很轻，因此在注塑模设计中采用一模两腔的结构进行加工制造，由上文中计算得的塑件的质量为11.04g，则注射模具中需要的注射量至少为22.08g，假设在流道水口废料为10g，则总的注射量为32.08g，初步选定的注塑机型号为XS-ZY-250。其相关的规格参数如下表3-1所示。表 3- 1 XS-ZY-250注塑机的规格参数额定注射量/cm3250螺杆(柱塞)直径/mm50注射压力/MPa130注射行程/mm160注射方式螺杆式锁模力/KN1800最大成型面积/cm2500最大开合模行程/mm500模具最大厚度/mm350模具最小厚度/mm200喷嘴圆弧直径/mm12喷嘴孔直径/mm4顶出形式中心设有顶杆，机械顶出动、定模固定板尺寸/mm520598拉杆空间/mm295373合模方式液压-机械液压泵流量/(L/min)180、12压力/MPa6.5电动机功率/kW18.5螺杆驱动/KN5.5加热功率/kW9.83机器外形尺寸/mm4700100018203.3 注射机的参数的校核注射模具是需要安装在注射机上才能进行作业，两者的关系应该相互匹配，所以在进行注射模设计之前要先进行注射机相关参数的校核。只有这样，才能使设计出来的模具可以在选定的注射机上安装和使用。3.3.1 最大注射量的校核在模具设计时，为了确保塑件制品的质量，应该保证塑件在注射模内所需的注射量小于选用的注射机实际的最大注射量。根据实际生产的经验，注射机实际的注射量并没有达到它所标注的额定注射量，实际中，注射机的大注射量为其额定注射量的百分之八十，也就是说，塑件在注射模中所需的注射量应该小于选用的注射机对的额定注射量的百分之八十11。螺杆式注射机是以体积来表示最大注射量的，与选用的塑件的原料无关，所以在一个注射成型周期内，需要注射进模具内的原料熔体的体积，应为塑件和浇注系统两部分的容量之和，即 V=nVz+Vj (3-1)式中 V一个成型周期内注塑模所需的原料的容量(cm3)；n注射模中型腔的数目；Vz单个塑件的体积即容量(cm3)；Vj注射模中浇注系统凝料和飞边所需要的原料的容量(cm3)。所以，应使 nVz+Vj0.8Vg (3-2)式中 Vg注射机的额定注射量(cm3)。因为在上文中，已经计算得到注射模具在一次成型周期中所需的熔料的容量为32.08cm3,则，选用的XS-ZY-250注射机的最大注射量为0.8250cm3=200cm3。所以注射模所需的注射量小于所选注射机的最大注射量，注射机的最大注射量符合要求。3.3.2 锁模力的校核在注射机注射成型时，熔融的原料在高压下被注入型腔中，肯定会在分型面上产生很大使模具从分型面上分开的力，所以就需要注射机有一定的压力来使这个时候的动模板与定模板锁在一起不会被巨大的压力撑开，所以在成型过程中产生的压力应该小于所选择的注塑机的额定的锁模力，即FPm(nAz+Aj) (3-3)式中 F注塑机的额定锁模力(N)； Az、Aj分别为塑件和其浇注系统在分型面上的垂直投影面积(mm2)； Pm塑料熔体在型腔中的平均压力(MPa)；如图3.2所示利用SolidWorks软件计算得到的Az为9854.87mm2，Aj为596.62mm2。图3.2 塑件的投影面积注射机注入注塑模中的塑料熔体在进入型腔的过程中，还需要流经喷嘴、流道、浇口直到最后才会达到型腔，由于熔融的塑料温度很高，所以在这个过程中，进入到流道内的熔料的压力一定会减少一些，所以型腔内的压力仅为注射机注射压力1/41/2，即Pm=(0.250.5)P0 (3-4)型腔的平均压力通常为2040MPa，但是影响这个值得因素有多个方面，其中包括要生产的塑件的形状的复杂程度以及塑件的尺寸精度的影响，还包括原料在熔融状态下的流动性的不同而不同的。表3-2中给出了常用塑料注射时所选用的型腔压力。 表 3- 2 常用塑料注射是所选用型腔压力 MPa塑料品种PEPSASABSPOMPC型腔压力1015152030303540由于选用的为ABS工程塑料，所以选用ABS与PC的型腔压力的中间值即35MPa作为ABS工程塑料的型腔压力。所以PmnAz+Aj=3529854.87+596.62=710KN1800KN结论为注射机的锁模力符合本次注射模设计的要求。3.3.3 最大注射压力的校核注射机的最大注射压力必须要大于注射模具在成型塑件时所需要的注射压力。最大注射压力是指注塑机料筒内柱塞或者螺杆对熔融的原料所施加的单位面积上的力，注射压力的作用是用来客服在熔料经过注射模的喷嘴、流道以及型腔时产生的流动阻力。因此，注射机最大注射压力的校核就是要计算塑件在注射成型时所需要的注射压力是不是在我们所选的注射机的额定压力的范围之内。在上文选用ABS工程塑料作为原料时已经查询过它的注射压力为7090MPa，而选用的XS-ZY-250注射机的额定注射压力为130MPa，所以注射机的最大注射压力符合要求。3.3.4 注射机与模具配合尺寸的校核不同型号的注射机的安装模具的部位以及形状尺寸都不尽相同，所以为了使模具能够顺利的安装在注射机上，在设计模具之前要对注射机与模具的安装尺寸进行校核，其中主要校核的内容主要有以下几个方面。(1) 喷嘴尺寸在设计模具时，注射机的喷嘴头是要和模具的主流道的开始端相配合的，即主流道小端的球面半径必须要比注射机喷嘴的头部的球面半径略大一些，一般要比注射机的喷嘴的球面半径大12mm，并且为了防止熔料在主流道口积存从而影响脱模，主流道的端口直径要比喷嘴的大一些，一般大0.51mm。在本次设计中选用的注射剂的喷嘴直径为4mm，球面半径为13mm。所以在设计注射模时，要保证模具的主流道的小端直径的范围为4.55mm，球面半径的范围为1314mm。(2) 定位圈尺寸在注射机的定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，同时在注射模的定模座板上相应的设计有定位环，为了便于模具的安装，定位环与定位圈的配合一定要是间隙配合，并且要使注射模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，方便注射机的喷嘴进入到主流道中，注入熔料。(3) 模具厚度模具厚度的校核应为模具闭合后的厚度即为模具闭合厚度Hm应在所选择的注射机所允许的最大最小模具厚度之间，即HminHmHmax (3-5)式中 Hm模具闭合高度(mm)；Hmin注射机允许的最小的模具厚度，即注射机的动、定模固定板之间的最小开距(mm)；Hmax注射机允许的最大的模具厚度。3.3.5 开模行程的校核在模具设计中，熔料注入到型腔中然后经过冷却固化成形后就要利用顶杆将塑件制品从模具中顶出，此时模具将会被打开，但是打开的距离是一定的，所以就需要保证将塑件从模具中顶出时所需的距离在注射机最大的行程内。开模行程的校核有三种情况，分别为：(1) 当选用的注射机的锁模机构为液压机械式时，它的最大开模行程是根据肘杆机构或者合模液压缸的冲程来计算的，与模具的厚度没有关系。所以，在校核时只需要使模具所需的开模距离在注射机允许的最大开模行程的范围内即可。(2) 相对的，对于直角式注射机、全液压式锁模机构注射机，校核开模行程时需要考虑到模具的闭合高度。(3) 当塑件在注塑过程中需要利用侧抽芯机构来达到塑件要求，而且在侧抽芯时需要依靠注射机开模来完成的，在校核时还需要考虑侧抽芯。由参考文献中可知，如果侧向抽芯的斜导柱完全抽出是的长度小于塑件开模后的长度和顶出塑件的长度之和的时候，侧向抽芯机构的行程对于模具的开模行程没有影响，仍然可以用其他两种方式进行校核，但是当斜导柱抽出的长度大于两者之和时，则要用斜导柱的长度代替两者之和来进行开模行程的校核。在本次模具设计中，模具中具有侧向抽芯机构，其机构图如图3.3所示，很显然，其中斜导柱的抽出长度Hc小于塑件开模后的长度，所以，此侧向抽芯机构对开模行程的校核没有影响，并且，此次选用的注射机的合模方式为液压机械式，所以用第一种方式进行校核。图3.3 侧向抽芯机构的开模行程由于本次设计中注塑模具采用的是单分型面注射模，所以校核开模行程为： SmaxS=H1+H2+(510) (3-6)式中 Smax选用的注射机的允许的开模行程(mm)； S模具所需要的开模距离(mm)； H1塑件顶出所需要的距离(mm)； H2塑件的高度(浇注系统包括在内) (mm)。在图3.4中可以得出，只把塑件顶出所需为6mm，包括浇注系统的话为为89mm，所以S=6+89+10=105mm500mm结论为选取的注塑机的开模行程满足本次模具设计的要求。图3.4 注塑模具的开模行程3.3.6 推出装置的校核对于不同的注射机，它的每种结构都是不尽相同的，而塑件的推出是很重要的一种装置，所以在在设计模具时一定要考虑选用的注射机的推出装置，要与其相适应，我国的国产注射机的推出装置大致可以分为以下几类：1) 中心顶杆机械顶出装置。2) 两侧双顶杆机械推出装置。3) 中心顶杆利用液压推注且与两侧双顶杆的机械推出联合作用所形成的推出装置。4) 中心顶杆利用液压推出且与其他开模辅助的液压缸联合作用。在模具设计中应该要根据选用的注射机推出装置的推出形式、推出杆直径、推出杆间距以及推出距离来校核其余模具的推出装置是否相适应。本次所设计的模具根据注射机的中心设顶杆的推出形式来进行设计，利用注射机的中心顶杆推动注射模的推出板进而推动固定在推出固定板上的顶杆将塑件从模具中推注射机顶杆所在位置推出固定板顶杆出，模具结构图如图3.5所示。图3.5 注射模与注射机推出装置的配合3.4 塑件在模具中的位置确定塑件在注射模具中的位置将会直接影响到进行加工的难度，所以在设计模具时一定要充分考虑模具生产中的实际问题来进行模具中塑件位置的确定。3.4.1 型腔数量及其排列方式本次设计中采用的是一模两腔的方式来进行加工，一模两腔的加工方法的特点主要有：塑件的成型的生产率高，塑件的成本相对较低；但是这种加工方法也有它的不足：利用此方法生产的塑件的互换性较差、生产周期较长、工艺参数难以控制。因此适用于小塑件大批量的生产要求。型腔在模具模板上的排列方式通常有四种方式，由于本次采用的为一模两腔的加工方法，所以采用的是最简单的直线排列。型腔的排布方式如图3.6所示。图3.6 模具中型腔的排布方式3.4.2 分型面的设计分型面模具开模时动定模分离的表面。分型面的设计在模具设计中占据着重要的地位，它的设计的合理性直接影响到模具的很多方面，例如成型时的操作难易程度、成型出的制件的质量以及制作成本等。(1) 分型面的形式在注射模具中分型面并不只是只有一个，可以有一个也可以有多个分型面，为了便于模具的制造以及塑件的脱模，设计分型面时尽量简单。(2) 分型面的选择原则 模具设计中分型面的位置应该选在塑件外形的尺寸最大处这样便于塑件的脱模； 塑件可以顺利脱模； 保证塑件的精度要求。 当塑件中存在需要侧抽芯的部位时，选择分型面时要考虑到模具的侧向抽拔距。大多数模具是将分型面作为最主要的排气通道，所以在设计分型面时应设计在熔融塑料的流动的末端，这样有利于型腔中气体的排出； 要便于模具零件的加工、减小机加工的难度； 尽量方便浇注系统的布置。因此，本次的模具分型面的位置如图3.7所示，选择在塑件的最大外轮廓处。图 3.7 分型面的位置3.5 注射系统的设计注射模具的注射系统指的是从注射机的喷嘴处注射熔料，经由主流道、分流道、冷料穴以及浇口最后注入型腔的途径。注射系统又称为浇注系统，它的设计也是注射模具设计中的一个重要的环节，它的设计应遵循以下几点原则：a) 模具中型腔的布局要尽可能平衡，使浇注系统成对称式分布，减小不必要的浪费。b) 注射系统流程要短、其断面尺寸应大些，也可以增加流道表面的粗糙度来减少流经过程中压力和热量的损失。c) 在保证型腔中的物料充满的前提下，让浇注所在的容积尽可能小，减少原料的消耗，降低成本。d) 浇口的选择，当塑件表面要求高时，浇口的选择应确保去除方便，不会影响塑件的表面质量。e) 尽量缩短塑件的成型时间，可以生产更多的制件。3.5.1 主流道的设计主流道是从注射机喷嘴到模具分流道为止熔料在模具中的流动通道，在卧式或立式注射机中，主流道都会直于分型面。在设计主流道时要满足很多方面的要求，这样才会保证模具的质量：a) 主流道的锥角一般为26，小端口的直径要比喷嘴略大；b) 主流道小端的球面半径要比所选择的注射机喷嘴的大12mm。c) 表面粗糙度Ra0.8m;d) 浇口套一般采用的为碳素工具钢(T8A、T10A等材料)制造，塑件后处理选用淬火，淬火后硬度应该要达到5357HRC。在本次设计中，主流道的设计根据选用的注塑机的参数计算得到的主流道的相关尺寸如表3-3所示， 表 3- 3 主流道的相关参数参数参数值锥角(26)2小端直径5mm球面半径13.5mm材料T8A钢定位圈与浇口套的配合与固定形式如图3.8所示，其中定位圈选用的为标准件，外径为100mm，内径为50mm。图 3.8 定位圈与浇口套的固定形式3.5.2 冷料穴的设计冷料穴也是组成模具的浇注系统的一部分，为了防止在浇注系统的冷料进入到型腔中形成冷接缝影响塑件的质量。在模具设计过程中，冷料穴的尺寸应稍微大于主流道的大端直径。冷料穴的形式一般有一下三种：(1) 与推杆匹配的冷料穴(2) 与拉料杆匹配的冷料穴(3) 无拉料杆的冷料穴本次设计的塑件原料为ABS工程塑料，考虑该塑料的性能特点，在模具设计中采用与Z型拉料杆相匹配的冷料穴，此拉料杆是以推杆的形式固定在推杆固定板上。其具体结构如下图3.9所示。图 3.9 与Z型拉料杆相匹配的冷料穴3.5.3 浇口的设计浇口是最终熔料进入到型腔中成型成塑件的必经之地，所以，浇口的位置的选择不仅对于塑件的成型质量以及成型后的性能都有很大的影响。合理的选择塑件的浇口的位置是提高成型塑件制品质量的一个重要的设计环节。选择浇口位置时可以从以下几个方面入手：a) 尽量缩短流动距离；b) 避免塑件产生熔接痕；c) 开设在制件壁厚处；d) 浇口尽量避开塑件中承受力的部位。综合以上几点原则，再加以考虑塑件的实际形状，本次注射模设计中选用浇口的位置选在塑件一侧边缘处的中点。选用扇形浇口，扁平且薄壳类塑件一般选用这种。由于本次的塑件为手机外壳，为薄壁类零件，所以选用扇形浇口是可行的。3.5.4 浇注系统的平衡在实际生产中，对于中小型的塑件在生产中往往采用一模多腔的结构形式来生产批量的塑件制品，这就要求在生产时模具内的所有型腔尽可能同时得到塑料熔体均匀的填充，这样成型的塑件质量以及产量才会提高上去，也就是说，在模具设计时，应将经主流道从分流道达到型腔的部分设计成型腔平衡式布置的形式。在本次设计中，已经选定了型腔布置的方式，很明显经主流道注入从分流道到达型腔的相关尺寸都相等，截面尺寸也是一样的，