玩具手机后盖塑料模具设计

玩具手机后盖的塑件注射模具设计 摘 要：本文就手机后盖注塑模的设计过程作了详细的介绍，从制品的测绘、注塑机的选取到分型面的确定、模架结构的确定，每一步均作了详细地说明和精确到计算，特别是对型腔数、浇道结构、型腔、型芯尺寸等重要部分的确定，文中作了重点论述。通过本文读者可了解注塑模设计的基本步骤，掌握从模具材料的选取到模架结构的确定的基本方法。文章按注塑模设计的基本步骤层层展开、步步深入，在设计好模具结构的基础上，采用AutoCAD、Pro/E两种造型方法对各零件造型，使设计结果更加清晰、明了。同时，作者还对型腔进行工艺分析，编写了工艺过程卡片，并在Mastercam环境下进行了仿真加工，实现了模具的制造。文章重点突出、结构分明，前半部分重点介绍注塑模结构的选取及各零件尺寸的确定，后面内容重点讲述了造型及仿真加工，使读者很容易理解。关键词：分型面；浇口；型腔；型芯；镶块；脱摸力；Design of Eellphone Back Cover Injection Mold Author:Zhou Junlong Tutor:Chen Lihang(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This article describe on cell phone back cover design of injection molding process in detail, surveying of products, the selection from injection molding machine to parting surface, determination of model structure. For each step, make a detailed descriptions and closely calculation, especially on number of slide block，the gate structure，slide block，heel block dimension and some important part. Reader can understand note mould basic measure that design, grasp and choose to mould shelf from mould material through this text. Article mould according to note basic measure that design launch, deepen step by step ring upon ring, on the basis of designing the good mould structure, adopt AutoCAD, Pro/E two modelling method to every part modelling, make and design result clearer, more clear.At the same time, the author also makes a technical assay of slide block, writing the card of technical process, and having a simulating machining under Mastercam environment, enabling mould manufacturing. This article development direction is clear, focus, prominent, and well-delivered paper. The first part focuses on the selection of injection mold structure and determination of part dimensions, the last part emphasize on modeling and simulation of machining, so that the readers can easily understand Keyword:Parting Line；The Gate； Slide Block； Heel Block；Core-pulling； Core-pulling Distance1 前言 1.1 国际国内塑料模具发展概况模具是工业产品生产用得重要工艺装备，在现代工业生产中，60%到90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础，许多新产品的开发研制在很大程度上都依赖模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空的行业尤为突出。而作为制造基础的机械行业根据国际生产技术预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。不论在经济繁荣时期还是在经济萧条时期，模具工业都不可或缺。经济发展快时产品畅销，自然要求模具能跟上，这样会对模具带来强劲的要求，因此模具被称为不衰的工业。 目前，世界模具市场供不应求，近年来，世界模具市场总量已超过700亿美元，其中美国、法国、瑞士等国一年出口模具总产值的1/3。因此，研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。美国工业界认为“模具是美国工业的基石”，日本把模具荣誉为“进入富裕社会的原动力”。在欧美其他发达国家，模具被誉为“磁力工业”。由此可见模具工业在各国国民经济中的重要地位。模具是工业产品生产用得重要工艺装备。中国加入WTO以来，全球制造中心逐步向中国大陆转移，我国的汽车、电子、通信、仪器和家电等相关产业飞速发展。而这些领域的产品85%以上都是能靠模具成型，这势必会带动模具行业的突飞猛进发展。目前，我国模具行业总产值已达到400亿元以上，发展势头强劲。而已上海为龙头、江浙为两翼的长江三角洲地区，经济基础雄厚，区域条件优越，经济增长势头良好，发展潜力巨大。其中汇集了6万余家模具企业，增长势头猛，商业渠道覆盖海内外的广阔市场领域，已成为全国模具产品的重要集散地。模具工业的发展对于制造模具机床和设备的研制和生产也带来了前所未有的机遇，国内模具制造设备的研制和生产也带来了前所未有的机遇，国内模具制造设备及机床也逐步走上了规模化、专业化、国际化的发展道路，反过来又为广大模具企业提供良好的发展契机。随着全球制造业中心加快向中国大陆地区的转移，我国将在10年内成为世界模具制造业的中心。中国积极发展汽车工业，并保持连续的增长势头，从而将带动模具工业的进一步繁荣。可以预见，随着工业生产的不断发展，模具工业在国民经济发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。1.2 我国模具设计技术发展方向 模具设计是决定模具开发制造能否成功的先决条件。模具设计技术大多数依赖个人的经验积累。模具设计长期以来一直依靠人的经验和机械制图来完成。自从20世纪80年代我国凡在模具计算机辅助设计（CAD）技术以来，这项技术已被大家认可，并且得到了越来越快的发展，已在模具制造中显现了巨大的优越性。90年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（CAE）技术现在也已有许多企业应用，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有着明显的作用。一些工业发达国家的模具企业应用CAD技术已从二维设计发展到三维设计，而且三维设计已达70%以上。我国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到20%。在国外，CAE软件的应用已较普遍，国内应用还比较少，而且在预测零件成型过程中可能发生的缺陷方面，CAE水平还比较低。模具设计技术及CAD和CAE软件今后应在以下几个方面得到发展，不断提高其水平。 1）模具设计资料库和知识库系统。 2）模具工程规划及方案设计。 3）模具材料和标准件的合理选用。 4）模具刚性、强度、流道及冷却通路的设计。 5）塑料模具材料成型过程的各种模拟分析（如注塑成型包括塑料充模、保压、冷却、翘曲、收缩、纤维取向等模拟分析）热传导和冷却过程的分析、凝固及结构应力分析等。计算浇注系统及模腔的压力场、温度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布及其结果分析是非常复杂和费时间的。这一模拟技术已从中面流技术发展到了双面流技术，不久即可发展到既正确又快速的实体流技术，产生满足塑料件虚拟制造要求的三维注塑流动模拟软件。 6）提高设计和分析软件的快速性、智能化和集成化水平，并强化它们的功能，以适应模具的不断发展。除了模具CAD/CAE技术之外，模具工艺设计业非常重要。计算机辅助工艺设计（CAPP）技术已在我国模具企业中开始应用。由于大部分模具都是单件生产，其工艺规程有别于批量生产的产品，因此应用CAPP技术难度较大，也很难有适应于各类模具和不同模具企业的CAPP软件。为了较好地应用CAPP技术，模具企业自身必须搞好开发和研究。虽然CAPP技术的应用和推广难度比CAD和CAE难得多，但这也是一个发展方向，应予重视。1.3 研究目的 通过对玩具手机后盖塑料注射模具的设计，了解注射模具的设计流程和初步具备塑料模具的设计能力。2 注射模总体设计2.1 注射模基本总体结构方案的比较与选取注射模的基本结构是由注射机的形式和塑件复杂程度等因素决定的。注射模的分类方法很多，按注射模的总体结构可分为单分型面注射模、双分型面注射模、带活动镶件的注射模和自动卸螺纹的注射模等，对于不同的塑件可选用不同的注塑结构。单分型面注射模是最简单的一种。在该结构中，构成型腔的一部分在定模上，型芯部分在动模上，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后塑件与流道凝料一起留在动模一侧。双分型面注射模与单分型面注射模相比多了一个可移动的浇口板，它用于针点浇口进料的单（双）型腔模具。开模时，浇口板与定模座板作定距离分型，以便取出凝料。带活动镶件的注射模上带有活动螺纹型芯、侧向型芯和活动镶件等，开模时，活动镶件连同塑件一起脱出模后，再通过人工使镶件与塑件分开。当塑件有螺纹部分并要求自动脱模时，可采用自动卸螺纹的注射模。该结构利用注射机的旋转运动带动螺纹型芯或螺纹型环转动，使塑件按规定的螺距推出。在具体选用模具结构时，应综合考虑塑件结构，尽量做到经济、实用。设计中由于塑件实体是手机后盖，其结构较简单，没有螺纹及需要侧向分型的结构，且不需要针点浇口，所以可选单分型面模具结构。2.2 制品的测绘2.2.1 制品材料的工艺分析本注塑模设计中选用的制品材料为ABS，它是一种现代工业中经常用到的材料，具有高强度、耐腐蚀等优点，通常情况下其密度为1.0-1.0克/立方厘米，压缩比为1.8-2.0，比热容为0.35-0.4，其模具冷却温度范围在32-65之间。了解了ABS的以上性能，对我们进行模具结构设计及选材将大有帮助。2.2.2 实体测绘根据设计要求及设计方案，按照模具设计的基本步骤，首先应对制品实样进行测绘分析，选择合理的精度要求，确定分型面，选取正确的定位基准，为型腔及模具的设计建立最基本的条件。由于制品实体为玩具手机外壳，所以其精度要求不算太高，表面粗糙度设定在Ra=1.6即可，根据设计任务书的要求，确定其长度方向尺寸精度小于0.50mm,厚度方向小于0.10mm,选用的测量器具为千分尺、螺旋测微器、平台、高度尺、天平称等，并根据测量的基本原理进行多次测量求平均值，这样可测得制品长度方向最大尺寸为L=63.24mm,宽度方向最大尺寸为D=39.98mm,高度方向最大尺寸为H=5.00mm,制品重量m=3mg,测得的结果参见图1所示手机后盖零件图。 图1 手机后盖零件测绘图Fig.1 Mobile phone back cover parts surveying and mapping figure2.3 注射机的选择在注塑模设计过程中，注射机的选择是必不可少的，也是至关重要的。根据注塑模具的基本结构及注射机的尺寸与型号规格，本设计采用卧式注塑机，其注塑方向与给模方向一致，且占地面积小，安装、拆卸方便，嵌件便于安装。此外，注塑机型号的选择还应考虑以下几个方面：2.3.1 注射量通常情况下，注射机的注射量应超过被成型制品重量的20%30%以上，现设定注射量是制品重量的25%，又因经测量知制品重量为3毫克，所以注射机相对一个制品的注射量为： S=(1+25%)m=(1+25%)3g=3.75g （1）2.3.2 锁模力被成型制品在成型时所需要的锁模压力必须小于注塑机的额定锁模力。制品在成型时所需要的锁模压力，即在注射和保压时保证动、定模不分离所应给予的力，一般可采用公式： F=PA （2）计算，其中F-制品成型时所需要的锁模力。A- 制品的投影面积。P-型腔内部压力。通过测绘得到的数据，由分割法计算可求得制品的投影面积为： A=57.1639.98+223+12.082.04-257.161.49 =2151.56(mm)又因为制品材料为ABS,所以可选取P=350/9.810Pa,所以 F=PA=350/9.810Pa2151.56mm =75.3N 另外，根据注射机与模具安装尺寸（即拉杆间距、模板间最大与最小闭合高度、顶出行程、喷嘴球半径、定位孔直径等），查国产注射机技术规格，可选用XS-ZS-22型注射机。 2.3.3 注塑能力的校核 注塑能力是指在一个成型周期中，注射机对给定塑料的最大注射容量或重量。本设计选用的注塑机属于柱塞式注塑机，其注塑能力是以一次性注射聚苯乙烯的最大重量为准的。在注射聚苯乙烯时，塑料的总重量与浇注系统的塑料重量之和一般不超过注塑机注塑能力的80%，当注塑其它塑料时，注塑机的最大注射重量应按下式换算： m=m （3） 式中 m-注射机注射其它塑料的最大重量（g）; m-注塑机规定的最大注塑重量（g）; -注射塑料在常温下的密度（g/cm）; -聚苯乙烯在常温下的密度（g/cm）. 已知ABS在常温下的密度为1.0g/cm,注射机的最大注射量为15mg,所以ABS的最大注射重量为 m=1514.2g 2.4 分型面的选定 为将塑件从密闭的模腔中取出，以及为了安装嵌件或取出浇注系统等，必须将模具分成两个或几个部分，通常情况下我们称分开模具能取出塑件的面为分型面。同时，以分型面为界，模具分成两大部分，即动模和定模部分。 分型面的方向采用与注射成型机开模方向垂直的方向，其选择是一个比较复杂的问题，因为它受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置及其形状、嵌件在模具内的成型位置、顶出方法、浇注系统的设计、模具排气、模具制造等各种因素的影响。2.4.1 留模方式为便于塑件脱模，应使塑件在脱模时留在下模或动模部分，因为塑件的顶出机构设置在下模或动模部分。如图2所示，开模后塑件留在动模一边，易于脱模，使模具结构简化。 图2 型芯部分顶杆设置 Fig.2 Cores part rod set up top手机外壳外形简单，但内部有较多的孔、槽结构，塑件成型收缩后必然留在型芯上，此时，将型腔设定在定模上，开模后即可用推杆顶出塑件。2.4.2 塑件的脱模斜度 选择分型面时应考虑减小由于脱模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差异。若将分型面设在塑件中部，并选用较小的脱模斜度，将有利于脱模，但这种方式仅适用于塑件对外观无严格要求的情况下。对于手机外壳这种对表面有一定精度要求的塑件，一般将型腔设在模具的一侧，这样可保证塑件外观精美，使飞边尽量留在壳内。综上所述，可选择机壳与机体的配合面为分型面。2.5 制品收缩率制品的收缩率一般是根据所用塑料收缩率的平均值来计算的，而实际上制品在成型过程中其塑件分子并不是在制品中任何方向上都是一样收缩的，并且大多数塑件的收缩是在制品成型完成后再经过数小时才能安全稳定下来，因此，制品的实际收缩与按其材料平均值计算的收缩是有一定差距的。目前尚无准确计算制品成型过程中实际收缩率的方法，在模具设计时可采用比平均收缩率低1%的计算方法。对于ABS塑件，其收缩率为0.4%0.6%，设计中确定其收缩率为0.5%。另外，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位，以及2mm和小于2mm带有大于0.1mm公差的部位不需要进行收缩率计算。2.6 卡钩的结构设计手机后盖上卡钩的功能是与壳体相连接。在设计这种卡钩时应避免模具中出现侧向分型结构，通常是在钩子的下放设计成通孔形式并采取动、定模对插结构。但该制品中的卡钩其下放不允许有通孔出现，制品的这类形状要采用成型顶杆的方法来实现。手机后盖卡钩部分有一圆弧过渡段，其尺寸相对较小，而又必须设置顶出机构，因此，在制品设计时应充分考虑顶杆强度及顶杆孔加工难易的问题，应尽量在制品细小部位的周围留出用于顶出的余量。2.7 脱模斜度的设置为使制品在成型过程中能够顺利地从型腔中脱出，以及能够顺利地从型心中被顶出，制品必须设有脱模斜度。脱模斜度的大小由制品表面粗糙度、制品形状及尺寸而定，通常情况下不低于0.5度。由于手机后盖表面有一定的光亮度要求，在脱模过程中制品外表面不能被划伤，其脱模斜度最小不应低于2度。又由于在制品中有凹台、凸台、槽等结构，塑料对制品透孔的芯子有较大的抱紧力，因此可设定脱模斜度为2度。2.8 型腔数的确定注塑模的型腔数与注射机的注射量和塑件重量有关。注射量是注射机每次注射的塑件的最大体积或重量，它与塑件重量有直接关系，两者若不相适应，就会影响塑件的质量，如注射量小于塑件质量，就会造成塑件缺料、内部组织疏松、机械强度下降等缺陷；反之，就会造成原料和电能浪费，注射机利用率降低。因此，为保证正常的注射成型，塑件的重量应低于注射机的注射量。由前面所述可知，注射机的注射量应超过被成型制品重量的20%-30%以上，由此可求的注塑机的最大注射量为S=15mg,所以模具的型腔数为： N=(0.05S-R)/W （4） =(0.0515-0.75)/3=4所以，在注塑模设计中可采用一模四腔结构。3 注塑模结构设计3.1 模具材料的选用模具的耐用性除取决于模具结构设计及其使用、维护外，最根本的原因是模具材料的基本性能是否与模具的加工性能与使用条件相适应。因此，根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料是模具设计的首要任务。根据制品的光洁度及尺寸精度的要求，结合各种材料的物理、化学性能，本设计中的注塑模选用钢材作为材料。因为模具零件较复杂，淬火后加工较困难，而钢材在热处理后变形很小，且抛光性能好，能够满足模具各零部件特别是型腔的性能要求。同时，钢材耐磨性和耐腐蚀性能好，能是模具具有很高的耐磨性和耐腐蚀性，从而提高了模具的使用寿命5。钢材中常见品种有碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、合金结构钢等，若从性能和价格方面综合考虑，选用碳素钢比合金钢更为经济。碳素结构钢中的45钢具有良好的切削性能，可作为各种模板的材料；碳素工具钢中的T8A可作为导柱、拉料杆、顶杆、导套等零件的材料。3.2 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道，它的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔的各个部位，以获得所要的塑件。注射模浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成，其结构如图3所示： 图3 浇注系统示意图Fig.3 Pouring system schemes 3.2.1 主流道的设计 主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道，它与注射机喷嘴在同一轴线上，熔料在主流道中并不改变方向。根据选用的XS-ZS-22型号注射机的相关尺寸得：喷嘴前端孔径：d=3.5mm喷嘴前端球面半径：R=13mm根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R+（1-2）mm （5）d=d+（0.5-1）mm （6）取主流道球面半径：R=13mm；取主流道小端直径：d=3mm；为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26，取其值为3，内壁粗糙度为Ra=0.63，大端处呈圆角，其半径为r=2.5mm,以减小料流转向过渡时的阻力。实际设计中，应使主流道的长度L尽量短，以免使主流道凝料增多、塑料耗量大，因此取L=55mm.另外，为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注射机的喷嘴紧密对接，为此，选取其半径为R=12mm,小端直径d=3mm.由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的浇口套，如图4所示，以便选用优质钢材单独加工和热处理。 图4 浇口套结构示意图Fig.1Runner set of structure schematic drawing3.2.2 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的部分，是指塑料熔体从主流道进入四腔模的四个型腔的通道，起分流和转向的作用。在分流道的设计过程中，应注意使塑件熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料量最小。分流道的分布取决于型腔的分布，对于一模四腔的注塑模，分流道一般采用平衡式分布，其主要特点是各个型腔同时均衡进料，因此要求从主流道到各个型腔的分流道，其长度、形状、端面尺寸都必须对应相等，否则就达不到均衡进料的目的。分流道的设计原则即应该使熔体较快地充满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。常见的分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形等等，其中，圆形截面分流道表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，单位填充时间最短。由于在等面积的条件下，圆形的周边最短，所以将分流道的形状做成圆形，而且圆形分流道易于散热。此处分流道截面为圆形形式。分流道直径的计算，可由以下经验公式计算：D= （塑料模设计手册公式） （7）式中：D各级分流道的直径（mm） W流经该分流道的熔体重量（g） L流过W熔体的分流道长度（mm）经估算得第一级分流道的直径分别为D=8mm，故分流道的尺寸如图5所示：图5 分流道Fig.5 Shunt way流道表面粗糙度：R=1.6um查表塑料模设计手册可知ABS允许的最小分流道尺寸为7.6mm，推荐值为4.89.5mm，所以本设计符合要求。3.2.3 浇口的设计浇口是指流道末端与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统中端面尺寸最小且最短的部分，其作用是使塑料熔体加快流速进入型腔内。根据制品实体的特殊结构，本设计采用潜伏式浇口，以避免塑件外表面受到损伤,如图6所示。这类型的浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处，塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口的痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。潜伏浇口一般是圆形截面，其尺寸设计公式为 d =(0.140.20) （8） 计算得d =1.5潜伏浇口的锥角取1020，倾斜角=4560，推杆上进料口宽度b=0.82 mm，视塑件的大小而定，这里取=15，=45，b=1.2 mm 3.3 冷料穴和拉料杆的设计 冷料穴是用来储藏注射间隔期内由于喷嘴端部温度低造成的冷料，因为冷 料进入型腔会影响塑件质量。拉料杆采用Z形拉料杆，其头部做成Z形的，可将主流道凝料钩住，开模时即可将该凝料从主流道中拉出。拉料杆固定在顶杆固定板上，在塑件顶出时凝料一起被顶出。如图7所示。 图6 浇口 Fig.6 pouring gate3.4 型腔的设计构成型腔的零件，由于它直接与高温、高压的熔融塑料相接触，因此要有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，型腔还要有较高的尺寸精度和表面粗糙。图7 拉料杆结构图Fig.1 Pull material rod structure在本设计中，成型机构选用整体式凹模，因为它具有牢固、不易变形等优点，主要用于形状简单的塑件。3.5 成型零件工作尺寸的确定成型零件工作尺寸是指直接成型零件的尺寸，设计过程应考虑塑件公差、模具制造公差、模具磨损量等，具体可通过以下公式计算：3.5.1 型腔内径尺寸计算 由测绘可知，制品塑件长度方向标称尺寸为D。=63.24mm,宽度方向最大标称尺寸为D=39.98mm,最小标称尺寸为D=37.5mm,塑件平均收缩率可由收缩率公式计算，即S=(Smax-Smin)/2=0.5%,塑件公差=0.025mm,型腔制造公差为z=0.025mm,所以型腔长度方向尺寸为： D=D。(1+S)-3/4 =63.24(1+0.5%)-3/4X0.025 （9） =63.54 (mm) 型腔最大宽度方向尺寸为： D=D(1+S)-=39.98 =40.16(mm) 型腔最小宽度方向尺寸为： D=D(1+S)-=37.5(1+0.5%)- =37.67(mm)3.5.2 型芯外径尺寸计算 由测量可知，制品塑件长度方向标称尺寸d=63.24mm,宽度方向最大标称尺寸为dmm,宽度方向最小尺寸为d=37.5mm,型芯制造公差为=0.025mm,所以，型芯长度方向尺寸为： d=d(1+S)+ =63.24 （10） =63.57(mm)型芯最大宽度方向尺寸为： d=d (1+S)+ =39.98+ =40.20(mm)型芯最小宽度方向尺寸为： d=d(1+S)+=37.5 =37.7(mm)3.5.3 型腔深度尺寸计算 由测量知，塑件高度方向基本标称尺寸为H5.00mm,型腔深度尺寸为： H=H=5.00 （11） =5.01(mm)3.5.4 型芯高度尺寸计算根据以上计算出的数据，可由下式计算型芯尺寸： h=H+=5.00 （12） =5.04(mm)3.5.5 成型零件型腔壁厚的计算本次注塑模设计采用整体式矩形型腔，其受力情况如下图8所示： 图8 整体式型腔侧壁和底板受力图Fig.8 Integral cavity wall and floor by trying to从图中我们可以看到，任一侧壁均可简化为三边固定一边自由的矩形板，其最大变形发生在自由边的中点，且变形量为： = （13）其中，L-侧壁的内边长度（mm）;a- 侧壁的内边高度(mm); C为常数，且C =1.5 （14）又 Lmax=40.16mm300mm, 可按变形量计算壁厚， H= =3.23(mm) （15） 由此可知，为满足强度要求，应使壁厚H3.23mm,根据注塑模具体结构及加工要求，选取H=4.00mm.3.5.6 底板厚度的计算整体悬空的整体式型腔的底板，可看成是周边固定受均布载荷的矩形板，其内边的长边为L，短边为b，当受到熔融塑料的压力P作用时，底板的中点将产生最大变形，且其变形量为： ， （16）其中C = =0.027,底板的厚度为 h= =11.6(mm) 由此可知，当b=40.16mm300mm使，按计算底板厚度必须满足h11.6mm,另外，考虑到在型腔中要安装冷却系统，所以其厚度应稍微增大，结合注塑模具结构国标中的尺寸要求，选取h=40mm. 由以上计算可得图9、图10所示的型腔、型芯结构图。(a) (b)图9 型腔结构图Fig.9 Cavity structure图10 型芯结构图Fig.10 Cores structure3.6 模架的设计玩具手机壳注塑模架为中小型模架， 其组合尺寸为模板、推杆固定板、推板、垫块四个零件的配合尺寸；导柱、导套的孔径、孔位尺寸；复位杆和固定螺钉的孔径、孔位尺寸以及模板、推板、垫块选用的厚度尺寸。根据以上结构要求，结合选定的注射机型号及型腔和型芯的尺寸，查模具设计与制造手册中中小型模架结构尺寸表,选择200X315规格的模架即可满足要求。3.7 定模冷却水道的设计 在注射成型过程中,模具温度直接影响塑料的充模和塑件的定型,从而影响塑件的质量,因此,必须进行模具的冷却，使其温度保持在一定范围内。 要达到有效的模具冷却效果，就要设计合理的冷却系统，在设计过程中应使冷却孔道的中线与塑件表面的距离为冷却孔道直径的1-2倍，冷却孔道中心距应为冷却直径的3-5倍，如果冷却孔道间距较大，模具表面温度就不均匀，从而影响冷却效果。 制造过程中应使冷却孔道距型腔壁不宜太远，也不宜太近，通常在12-20毫米范围内，以免影响冷却效果和模具的机械强度。由经验知识可知，冷却孔道直径应不小于9毫米，且凹模、凸模应分别冷却，并保证其冷却平衡。进、出水水嘴接头设在定模板两端处，这样布置将避免影响其他操作，同时还应保证水嘴和水管连接处密封，不能漏水。 一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。温度降低是通入循环冷却剂，将热量带走，模具冷却剂常用水，此外还有压缩空气，冷冻水冷却，而水冷却最为普通，使水子其中循环，带走热量，维持所需的模温，水的热容量大，成本低。设定模具平均工作温度为90，用常温22的水作为模具冷却介质，其出口温度为25，取水的密度=1000kg/，水的比热容c=4.187KJ/（kg.），则根据公式可得：查表可得ABS的单位流量Q为3710J/kg；q= = /min=0.00549/min （17）当q=0.00549/min时，查表可知，取模具冷却水孔直径d=0.008m。3.8 顶出方式的设计在注射成型的每一循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构称为脱模机构或顶出机。脱模机构由顶杆、顶杆固定板、顶出板、回程杆、拉料杆、回程弹簧组成，其中，勾料杆的作用是使浇注系统自动脱离塑件，并从模具中顺利脱落，顶杆用来顶制品，顶出固定板，用来固定顶杆，回程杆，利用回程弹簧起复位导向作用。3.8.1 推出机构的设计原则1）塑件滞留于动模便，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。2）防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于塑料收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出应施与塑件刚性和强度最大的部位，作用面积也应尽可能大一些，以防塑件变形或损坏。3）力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。4）结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易且具有足够的刚度和强度。从塑件结构考虑，本设计采用的顶出机构是顶杆顶出机构。由于设置推杆位置的自由度较大因而推杆推出机构是常用的推出机构，常被用来推出各种塑件。推杆推出机构的特点：推杆加工简单，更换方便，脱模效果好。常用的推杆形式有圆形、矩形、D形。其中圆形结构简单，应用最广。推杆直径d与型腔部分推杆孔一般为采用H7/e7H8/f8的间隙配合，配合部分应保证D-d=46毫米；轴肩厚约46毫米。3.8.2 顶杆的布置顶杆加工简单，更换方便，脱模效果好。根据塑件的形状特点，模具型腔在定模部分，型芯在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时不影响外观，设立数个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。本设计采用推杆推出机构，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求，采用四根推杆推出。推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.051cm。3.8.3 推件力的计算对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力Q：Q=Lhp(fcos-sin) （18）式中 L型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）； h被包紧部分的深度（cm）； p由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取7.811.8MPa； f摩擦系数，一般取0.10.2； 脱模斜度（）；所以 L=102.362=204.72mm； H=10.2mm Q=204.7210.211（0.2cos0.5-sin0.5） =2.216（KN)9.1.4 推杆的设计 1）推杆的强度计算 查塑料模设计手册可得： （19） d圆形推杆直径cm推杆长度系数0.7l推杆长度cmn推杆数量E推杆材料的弹性模量N/cm（钢的弹性模量E=2.110N/cm）Q总脱模力 所以取d=4mm。 2）推杆压力校核 查塑料模设计手册可得： （20）其中 取320N/mm； ，所以推杆应力合格，硬度为HRC5065。注射模顶出系统用于制品的脱模，如前所述，当凹、凸模在分型面处分型后，制品将留在型芯上，这时为保证不使制品产生变形及卡滞现象，需用顶出系统将其顶出。 顶出系统必须设置在制品所滞留的模具部分，即动模板的一侧，并使被顶出的制品脱离模具5-10mm。由于圆柱形顶杆及其顶杆孔的加工比其它形状的顶杆和顶杆孔的加工更容易些，所以本顶出系统选用圆柱形顶杆。同时，考虑到顶杆强度及制品表面精度要求，将顶杆直径设定为4mm,长度设定为103mm。 由于制品内表面无装配要求，所以其精度要求相对较低，在装配中可使顶杆端面低于型腔平面0.05-1mm。另外，顶杆应设置在顶出阻力大的地方，为避免顶出过程中导致塑件变形，顶出位置应设定在手机壳体的周边部分，并对称分布，如图11所示：图11 顶出机构位置分布示意图 Fig.11 Ejector institutions position distribution schemes为保证运行平稳可靠，在顶杆顶出后，应立即返回原位，以保证制品顺利地落下而被取走。对于这种中小型模具，可以采用在动模垫块与顶出板之间安装弹簧的方法，在顶出机构完成了顶出工作后，顶杆受到弹簧的压力，迫使其回到初始位置。4 绘制注塑模装配图及零件图 注塑模装配图及零件图的绘制是本次设计中的重点部分，它能够具体地反映出模具各零件的结构及各零件间的装配方式。一般情况下，注塑模零件图的绘制可通过AutoCAD、Pro/E两种方法进行，其中，AutoCAD主要用于二维图的绘制，它是当前主要的计算机辅助设计与绘图软件，在模具制造行业已得到广泛应用。AutoCAD为同一个零件的绘制提供了多种方法，并提供了多种自定义程序的方法，可使用户随意的绘制各种图形，以满足用户的多种需求。通过AutoCAD软件我们可清楚地表达出手机后盖注塑模结构图，如图12所示。 图12 注塑模具结构简图 Fig.12 Mold structure diagram目前我们使用的AutoCAD2010比以前的版本增加了许多新的功能，而且运行速度也大为提高，但一般情况下它用于绘制二维平面图，尚不能较好到实现三维立体图的绘制。Pro/E是一套由设计到生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，能够实现参数化功能定义、实体零件及组装造型、实体着色、转化为二维图及仿真加工等多项功能。5 型腔零件的工艺分析5.1 零件的工艺性审查1） 零件的结构特点XQ-01型腔（零件图见附图），该零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面与动模固定板配合，突出部分与定模镶件型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料ABS经冷却后形成所需玩具手机的后盖。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、曲面型腔、镶块孔等；零件的形状较为复杂。由于型芯在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。2） 主要技术要求 零件图上的主要技术要求有：1、热处理：38-42HRC；2、锐角去毛刺倒钝；3、未注圆角R=0.25mm；4、孔与基准C的垂直度公差等级为7级。3） 加工表面及其要求 矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6m、与基准A的垂直度公差为0.03mm； 分模面的平面度公差为0.01mm，与基准A的平行度公差为0.04mm； 内轮廓表面的粗糙度为Ra=1.6m；4） 零件材料零件的材料为45钢，可以通过热处理来获得所需的机械和力学性能。5.2 毛坯选择1）考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯。 2）确定毛坯的形状、尺寸：选用45钢锻件806040（mm）。5.3 基准选择 加工中心的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。5.4 拟订机械加工工艺路线 1）各加工表面的加工方法及加工路径 该零件的加工表面为71h7 48h7的配合表面、型腔内表面轮廓。 根据上述工艺分析，拟订工艺路径如下：工序：铣平面；工序：铣71h7 48h7的配合表面；工序：铣削型腔内表面；工序：清角处理工序：清洗；工序：检验；该方案按工序集中原则组织工序，在加工中心上一次装夹后完成上述工序的前三步的全部加工，最大程度上降低了工件的装夹次数，易于保证加工面相互间的位置精度，减少工件在工序间的运输次数，减少辅助时间和准备终结时间，提高了生产效率。5.5 仿真加工 对型腔的工艺分析完成后，便可以编写工艺卡片，并利用Mastercam软件进行仿真加工，从而可使我们更清楚到看到型腔的机械加工过程。6 总结 为期一个月的毕业设计已接近尾声，在这一个月的时间里，我结合自己的设计课题和任务书要求，首先进行了毕业实习，做好了实习记录，并撰写了实习报告，对所设计内容有了感性认识，为毕业设计奠定了基础。同时，我还针对注塑模的设计与制造进行了文献检索，了解了模具设计的基本步骤与发展现状，完成文献综述一份，并制定了设计方案和具体的进度计划。