小米手机外壳后盖模具设计-注塑模具【三维UG】
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目 录1 绪论.11.1 课题研究的意义和目的.11.2 国内外研究的现状 .21.3 课题研究基本内容和方法 .21.3.1.基本设计思路.21.4 论文结论和成果形式.32 塑件的结构工艺性分析.42.1 塑件的几何形状分析.42.2 塑件的结构工艺性分析.42.3 塑件原材料的成型特性分析.42.3.1 ABS 的注射成型工艺.42.3.2 ABS 性能分析.52.3.3 ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施.63 注射机型号的初步确定.73.1 塑件的生产批量.73.2 初选注射机.73.2.1 计算塑件体积和重量.73.2.2 根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目.83.2.3 浇注系统凝料体积的初步估算.83.2.4 选择注射机.94 分型面的设计.10 手机盖注塑模具设计第 1 页 共 41 页4.1 分型面的选择原则.104.2 分型面方案的选择.105 浇注系统的设计.125.1 主流道的设计与计算校核.125.2 浇口的设计.135.2.1 浇口的作用.135.2.2 浇口位置的选择.145.3 分流道设计.145.4 分流道的计算.156 成型零件的结构设计.176.1 结构设计.176.1.1 型腔的结构设计.176.1.2 型芯的结构设计.186.1.3 成型零件的选材.186.2 成型零件工作尺寸的计算.186.2.1 型腔径向尺寸计算.196.2.2 型腔的深度尺寸的计算.196.2.3 型芯径向尺寸的计算.206.2.4 型芯高度尺寸的计算.206.3 模具型腔壁厚的确定.206.3.1 型腔侧壁厚度 S 的计算.206.3.2 型腔底板厚度 T 的计算.217 脱模机构的设计.237.1 脱模力的计算.237.2 推杆尺寸的校核.248 模架的确定.268.1 模架的选取.269 抽芯机构的设计.28 手机盖注塑模具设计第 2 页 共 41 页9.1 侧向抽芯机构设计.289.1.1 导柱设计.289.2 哈弗块的尺寸确定.309.2.1 斜导柱的倾斜角度.309.3 导滑槽的设计.3110 排气系统和冷却系统的设计.3210.1 排气系统的设计.3210.2 冷却系统的计算与设计.3210.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W.3310.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 Q.3310.3 冷却系统装置的布置.3411 合模导向机构的设计.3512 总装配图的绘制.3613 模具工作原理.38总结.39参考文献.40致谢.41 手机盖注塑模具设计第 0 页 共 41 页1 绪论1.1 课题研究的意义和目的 本课题为手机盖注塑模具设计，手机盖主要作用是保护手机。 图 1.1在进行手机外壳注塑模具设计之前，首先对制品图及形状结构分析，其内容主要包括以下几个方面：1. 手机后盖（见制件图） 。制品的几何形状：本次设计的制品为小米手机后盖，平均壁厚为 0.5mm，属轻质薄壁制品。2. 制品的尺寸精度和表面粗糙度：塑料的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动和模具制造误差。本次塑料制品的尺寸按 4 级精度取值。塑件的表面粗糙度主要取决于模具粗糙度，一般情况下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高12 级。3. 制品的脱模斜度：脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定，以塑件内孔型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由扩大方向取得；塑件外形，以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由缩小方向取得。一般情况，脱模斜度不包括塑件的 手机盖注塑模具设计第 1 页 共 41 页公差范围内。4.根据产品的形状和结构特点，本次设计中，流道形式采用非平衡式，上壳采用侧浇口进胶，下壳采用针点式浇口进胶。按照现今注塑模具设计的总体趋势，注塑模具的设计已很少使用手工绘图或完全由二维软件来进行设计，且模具标准件已在注塑模具设计中大量采用。因此本课题采取使用模具二维、三维软件和模具分析软件综合使用来进行模具的结构设计并且进行模具结构的优化，且在模具设计的过程中要综合考虑模具制造工艺及注塑成型工艺。 1.2 国内外研究的现状手机外壳是手机必不可少的零件，关乎这手机的外观和销量，因此所有的公司都注重外壳的研发和量产，更加注重美观性和使用性，可谓说更新换代很快的。1.3 课题研究基本内容和方法 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。构成该环节的 CAD 或 CAM 或 CAE。1、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。塑件设计方面的计算机辅助技术有：塑件 CAD、塑料、辅料、辅件选择的专家系统。2、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。（1）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或对注射模的服役模拟仿真，由此知注射模的工作状况。（2）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。（3）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。计算机在注射模设计方面的工作有：注射划 CAD：注射模材料、辅料、辅件选择专家系统；工装选择专家系统；注射模CAABS； 手机盖注塑模具设计第 2 页 共 41 页1.4 论文结论和成果形式1、打印文档：设计说明书 1 份：字数不少于 10000；给定文献的外文翻译：中文字数不少于 2000。2、设计图纸：总装图 1 张，非标准零件图 510 张。3、电子文档：二维 CAD：总装图和零件图；三维（PRO/E)造型：总装图和零件图；Word 文档：设计说明书；给定文件的外文翻译。2 塑件的结构工艺性分析2.1 塑件的几何形状分析熟读塑件的图样，在头脑中建立清晰的塑件三维形状，并通过计算机三维软件建模帮助理解其几何形状，该塑件的三维如图 2.1,2.2 所示。 手机盖注塑模具设计第 3 页 共 41 页 图 2.1图 2.22.2 塑件的结构工艺性分析该塑件为一款手机盖，生产批量为中批量，材料选用 ABS，精度等级采用 MT4，产品成型后对产品尺寸和外观属性质量要求较高。从产品的结构上分析，塑件整体结构相对复杂，塑件周围有三处需要侧抽芯，背部和顶部都需要镶件成型。由于模具需要高精度配合，为保证塑件的质量，决定采用侧浇口和斜顶。2.3 塑件原材料的成型特性分析 手机盖注塑模具设计第 4 页 共 41 页2.3.1 ABS 的注射成型工艺2.3.1.1 注射成型工艺过程（1）预烘干-装入料斗-预塑化-注射装置准备注射-注射-保压-冷却-脱模-塑件送下工序（2）清理模具、涂脱模剂-合模-注射2.3.1.2 ABS 的注射成型工艺参数（1）注射机：螺杆式（2）螺杆转速（r/min）：3060（3）预热和干燥：温度（C） 8085时间 (h) 23（4）密度（g/ cm）:0.900.91（5）材料收缩率（）：1.62.0（6）料筒温度（C）：后段 160180中段 180200前段 200220（7）喷嘴温度（C）：170200（8）模具温度（C）：70120（9）注射压力（MPa）：70100（10）成形时间（S）：注射时间 2090高压时间 05冷却时间 20120总周期 50220（11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可（12）后处理方法： 红外线灯、烘箱温度（C） 70时间（h） 242.3.2 ABS 性能分析ABS 是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三种化学单体合成。其中 A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。其化学分子结构方式如下： 手机盖注塑模具设计第 5 页 共 41 页每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS 是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相， 另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS 不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、刚特性，燃烧缓慢，离火后仍继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落。ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的 ABS 材料。ABS 具有优良的综合性能，由于组分、牌号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的试验数据仅供参考。（1）物理力学性能 ABS 具有优良的物理力学性能，如不透水，但略透水蒸气，冲击强度较高，尺寸稳定性好等。ABS 有极好的冲击强度，即使在低温也不迅速下降。但是它的冲击性能与树脂中所含橡胶的多少、粒子大小、接枝率和分散状诚有关，同时也与使用环境有关、如温度越高则冲击强度越大。当聚合物中丁二烯橡胶含量超过 30%时，不论冲击、拉伸、剪切还是其它力学性能都迅速下降（见表 5-5 和 5-6） 。（2）热性能。ABS 制品的负荷变形温度约为 93，若能对制品进行退火处理，则还可增加 10左右。（3）电性能。ABS 聚合物的电绝缘性受温度和湿度的影响很小，且在很大频率变化范围内保持恒定。（4）耐环境性 ABS 聚合物几乎不受水、无机盐、碱、酸类的影响，但在酮、醛、氯代烃中会溶 手机盖注塑模具设计第 6 页 共 41 页解或形成乳浊液，它不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但长期与烃接触会发生软化溶胀。ABS 聚合物表面受冰醋酸、植物油等化学药品的锓蚀会引起应力开裂。（5）耐候性 ABS 聚合物的最大不足之处是耐候性较差，这是由于分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故。经受 350nm 以下波长的紫外线照射，氧化作用更甚。氧化速度与光的强度及波长的对数成正比。ABS 是一种成型加工性能优良的热塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。（6）ABS 的流变性 ABS 聚合物在熔融状态下流动特性属于假塑型液体。虽然 ABS 的熔体流动性与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。因此在成型过程中可以采用提高剪切速率来降低熔体粘度，改善熔体流动性。ABS 属一无定形聚合物，无明显熔点，成型后无结晶，成型收缩率为0.4%0.5%。在成型过程中，ABS 的热稳定性较好，不易出现降解或分解，但温度过高时，聚合物中橡胶相有破坏的倾向。（7）ABS 的吸水性 ABS 具有一定的吸水性，含水量在 0.3%0.8%范围。成型时如果聚合物中含有水分，制品上就会出现斑痕、云纹、气泡等缺陷，因此在民型前，需将聚合物进行干燥处理，使其含水量降到 0.2%左右。（8）ABS 制品的后处理 一般情况下很少出现应力开裂，所以除了使用要求较为苛刻的制品，通常不作制品的后处理。注射速度对 ABS 的熔体流动性有一定影响，注射速度快，制品表面光洁度不佳；注射速度慢，制品表面易出现波纹、熔接痕等现象，因而除了充模有困难的情况下，一般以中、低速为宜。在制品要求表面光泽较高时，模具温度可控制在 6080对一般制品可控制在 50-60。2.3.2.1 ABS 使用性能（1）综合性能良好，具有极好的抗冲击强度、在低温下也不会迅速降解。（2）耐热性、耐磨性、耐水性、耐化学和电气性能良好。（3）品质轻,有良好的耐应力开裂性,有很高的弯曲疲劳寿命。表表 2.22.2 ABSABS 的主要性能指标的主要性能指标 手机盖注塑模具设计第 7 页 共 41 页屈服强度/Mpa50玻璃化温度/C拉伸强度/Mpa38熔点（粘流温度）/C13016090108断裂伸长率/%35热变形温度/C45 N/cm3180 N/cm383103拉伸弹性模量/Gpa1.8线膨胀系数/（10-5/C）7.0弯曲强度/Mpa80比热容/1470弯曲弱性模理/Gpa1.4热导率/0.263261燃烧性/（cm/min）慢件质量冲击强度/kJ/m2无缺口缺口11体积电阻/*cm6.9*1016力学性能布氏硬度/HBS9.7R121热性能及电性能击穿电压/（kV/mm）密度/（g/cm3）1.021.16吸水性/%（24h）0. 20.4物理性能比体积/（cm2/g）1.021.06透明度或透光率不透明2.3.2.2 ABS 成型性能（1）结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。（2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕、变形。（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于 50 度时，塑件不光滑，易产生熔接不良、流痕，90 度以上的易发生翘曲变形。（4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶、尖角，以防应力集中。2.3.2.2 ABS 主要技术指标 ABSABS 的成型工艺参数的成型工艺参数料筒一区/150-170二区/180-190温度三区/200-210 手机盖注塑模具设计第 8 页 共 41 页喷嘴/180-190模具/50-70注射/Mpa60-100压力保压/Mpa40-60注射/s2-5保压/s5-10冷却/s5-15时间周期/s15-30方法红外线烘箱温度/70后处理时间/h0.3-13 注射机型号的初步确定3.1 塑件的生产批量塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要影响。在大批量生产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。该塑件产量大，生产类型属于大批量生产，但塑件结构复杂，且精度要求较高，因此采用一模两腔以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价要适当控制。3.2 初选注射机3.2.1 计算塑件体积和重量由于塑件结构相对复杂，因此我利用 UG 三维软件对整个塑件质量进行分析，得出 手机盖注塑模具设计第 9 页 共 41 页塑件的重要信息如下：图 3.1通过三维软件建模设计分析可得塑件体积为 V=5.11cm3塑件的质量gVm14. 611. 52 . 1塑塑式中 ABS 的密度可取3/2 . 1cmg3.2.2 根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目由于该塑件尺寸相对适中但结构复杂，因此采用一模两腔，以方便实现侧向抽芯、浇口位置及脱模系统设计。3.2.3 浇注系统凝料体积的初步估算(1)模具所需塑料熔体注射量： 21mmnm 13.2g14. 615. 026.14(其中=，为浇注系统的质量，约为 0.15)1m塑m2m1m(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积： 21nAAA 2mm069214.1145594182.26335235. 04182.263352 手机盖注塑模具设计第 10 页 共 41 页（其中单个塑件分型面投影面积=26335.4182，流道凝料在分型面上的投影1A2mm面积）1235. 0nAA (3)模具所需的锁模压力约为= （）mF21nAA 型P =26335.418235 =9.22N510(其中查阅P7 表 22)型P（4）由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21 倍来估算。由于本次设计才用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的 0.35 倍来估算。(1)浇注系统凝料体积：V = 0.355.11=1.7885(cm)(2)该模具总共需填充塑件的体积约为V = （1.7885+5.11）2 =13.79(cm)3.2.4 选择注射机根据上步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积，并结合塑料379. 31cmV总成型工艺及模具设计式 4-18，则有323. 718 . 0/79. 318 . 0/cmVV总公因为所选注塑机满足额定注射量 G=40253. 5185. 013.2m而额定锁模力 F=25=9.22N510mF510（其中为注射系数，无定型塑料取 0.85）开模行程：75786010521HHS根据以上的计算，初步选定公称注射量为 17.23，注射机型号为 HTF160J/TJHTF160J/TJ3cm卧式螺杆注射机，从工厂资料中查到的注射机床参数如下： 手机盖注塑模具设计第 11 页 共 41 页表表 3-13-1 HTF160J/TJHTF160J/TJ注射机主要技术参数注射机主要技术参数注射方式螺杆式模板最小厚度/mm180标称注射量/3cm320合模力/N51016注射压力/MPa159拉杆空间/mm455x455合模方式液压-机械螺杆转速/（r/min）0-175喷嘴孔直径/mm10模板尺寸/mm675675螺杆直径/mm45模板最大行程/mm420定位圈尺寸/mm125机重/Ton5.2油压顶针行程/mm140电热量/KW9.75油泵马达/KW15油箱容量/ L320油压系统压力/MPa17.5 4 分型面的设计在塑件设计阶段，就应考虑成型的分型面的形状和位置。无论塑件的结构如何以及采用何种设计方案，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。为了保证能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外形的最大轮廊处。4.1 分型面的选择原则(1)分型面应选择在塑件的最大轮廓处。(2)有利于保证塑件的外观质量、尺寸精度、排气和简化模具结构。(3)尽可能使塑件留在动模一侧和满足塑件的使用要求。(4)尽量减少塑件在合模方向上的投影面积和长型芯应置于开模方向。(5)便于模具制造加工在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确 手机盖注塑模具设计第 12 页 共 41 页定合理的分型面。4.2 分型面方案的选择通过对分形面选择原则的分析，由于微压下盖侧方有配合扣为，需要设计侧抽芯机构，因此，在分模时需要哈弗块分出。分型时以塑件对称中心为分型面，微压下盖平面为最大轮廓处，因此设计时分型时以塑件对称中心为分型面，斜面被包围在哈夫块内成型，也保证该塑件脱模容易，以及便于加工，如图 4-1 所示： 图 4.1 分型面的剖面5 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响颇大 浇注系统设计的原则是：1.结合型腔的布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。2.尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失，缩短充模时间。3.浇口尺寸位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体的流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气。4.避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生。5.浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或易于切除和修整。6.熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态以及以制品质量的影响。7.尽量减小因开设浇注系统而造成的塑料用量。8. 浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇注口 手机盖注塑模具设计第 13 页 共 41 页应有 IT8 以上的精度要求。9. 设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。10. 应尽可能使主流道中心与模板中心重合。若无法重合也应使两者的距离尽量缩小。5.1 主流道的设计与计算校核主流道是熔体由注塑机喷嘴射出时最先经过的部位，它与注塑机喷嘴必须在同一轴心线上，以利于熔体的流动；由于主流道与注塑机喷嘴须经常反复接触和碰撞，对其要求要求较高，所以主流道一般不直接开设在模架面板或 A 板上，为了加工方便，一般都做成拆卸式浇口套，俗称“唧嘴” 。为了便于唧嘴与注塑机喷嘴的顺利配合，还需要定位环（也称定位圈和法兰）来方便定位。5.1.1 主流道的结构设计熔融塑料首先经过主流道，所以它的大小与塑料充模速度、时间长短有着密切关系。主流道的断面形状通常为圆形。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，塑料耗量增多，冷却时间长易使包藏的空气增多，如果排气不良，容易在塑件内造成气泡、组织松散等缺陷，影响塑件的质量，同时也易造成冷却不足，主流道脱模困难。若主流道太小，则塑料在流动过程中冷却面积相应增加，热量损失增大，黏度增大，流动性下降，成型压力损失大，易造成塑件成型困难。为了便于冷凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角常为 2 6 ，现取 2 。内壁必须光滑，表面粗造度应为。浇口套的进料直径()应比注射umRa4 . 0d1机喷嘴直径大 0.51mm，现取 0.5 mm；浇口套的球面凹坑半径（SR）要比注射机喷嘴半径大 12mm；浇口套与定模板的配合可采用（过度配合） 。67 mH主流道结构形式如图 5.1 所示。 手机盖注塑模具设计第 14 页 共 41 页图 5.1 主流道结构形式5.1.2 主流道尺寸计算为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径 D 应大于注射机的喷嘴直径 d，通常为： D=d+(0.31)mm D=7.5+0.5=8mm主流道入口的凹坑球面半径 R2也应该大于注射机喷嘴球面头半径 R1，通常为：R2=R1+（12）mmR2=18+2=20mm主流道半锥角通常为锥度，过大会产生湍流或涡流产生空气，过小使凝料脱26模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。主流道内壁表面粗糙度应在 Ra0.8um 以下，抛光时沿轴而进行。主流道的长度 L一般按模板厚度确定。为了减少熔体充模时的压力损失，应尽可能缩短主流道的长度，L 一般控制在 60mm 以内。5.2 浇口的设计浇口是浇注系统的末端，使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口部位的熔体能迅速地凝固而封闭浇口，防止型腔内的熔体倒流，便于制品脱模，控制浇口冻结时间以及熔体充模时的流动性能。浇口的截面积小，其设计的位置、形状、尺寸直接影响塑件的质量和注射效率。一般塑件的缺料、缩孔、熔接痕、翘曲变形等大多数是由浇口设计不当引起的。正确的浇口设计具有减少熔接痕、降低内应力、避免蛇形纹、改善外观等优点，因此选择合理的浇口位置及数量在 手机盖注塑模具设计第 15 页 共 41 页塑料模具设计中是十分重要的。选择浇口形式应该遵循以下原则：1.尽可能采用平衡式设置；2.型腔排列进料均衡；3.型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；4.确保耗料量小；5.不影响塑件外观。5.2.1 浇口的作用（1）浇口处截面积小，摩擦阻力大，温度高，熔料黏度低，流动速度加快，使熔料快速充满型腔。（2）浇口处截面积小，冷却速度快，能迅速冷却封闭，防止熔料回流。（3）浇口处截面积小，强度低，成型后制品容易与浇注系统分离。常用的浇口形式有点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝式（薄片）浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口等。5.2.2 浇口位置的选择在选择浇口位置和形式时，考虑到控制盒前盖结构较为复杂，并非完全是对称结构，且零件表面不允许有过于明显的浇口痕迹及底壳内侧中空。 所以，经过考虑，选择点浇口。浇口直径可以根据经验公式计算：4ACkd式中：A型腔的表面积， 2mm C壁厚系数，从塑料成型模具课本 P65 页表 3-3-2 中选取，由于塑件壁厚，则 C=0.230mm2上式适用于壁厚为 0.72.5mm 的制品。 =0.850.23018.236mm4ACkd 手机盖注塑模具设计第 16 页 共 41 页5.3 分流道设计分流道是使塑料熔体从主流道通过分支流平稳地进入浇口的通道，它起着分流导向作用。可通过优化设置分流道的横截面形状尺寸大小和方向使塑料熔体平稳充型，从而保证最佳的成型效果。分流道常见断面形状有圆形、正六边形、梯形、U 形、半圆形、矩形等数种，应选取易于加工，且流道长度和流道体积相同的情况下流动阻力和热量损失都最小的端面形状。最常用的三种截面形状为圆形、半圆形、梯形，分流道截面形状的选择需考虑其效率和加工性流道效率的计算公式：流道效率（）=截面积（S）/截面周长（L）根据影响分流道的设计因素和设计原则，则有如下方案：方案 1：使用圆形断面分流道，这种分流道的比表面积最小，热量损失小，阻力亦小，浇口可开在流道中心线上，因而延长了浇口冻结时间。但缺点是需要同时在动模和定模上切削加工，而且要相互吻合，制造困难，费用高。方案 2：使用梯形断面分流道，虽该形的流道与圆形相比有较大的热量损失，但是只需切削加工在一个模板上，加工非常容易，节省机械加工费用，运用也比较广泛。综上所述，选择方案 2 的梯形横截面分流道较合适。分流道尺寸的确定确定分流道尺寸时应考虑塑料的流动性，塑件形状的复杂性，塑件尺寸的大小以及模具的结构等。（1）经验计算法：LQD41212654. 0式中 分流道尺寸（mm） ；D Q经分流道的塑胶量（g） ；L分流道的长度（mm） 。（2）的经验参考值，参见注塑模具设计方法与经验 （P55 表 6.5）,ABSD的经验参考值为 48mm，选择为 4mm。D 分流道高度 H=14mm,下底长度 X=3mm, 底面圆角的半径32D43DR=1mm。 手机盖注塑模具设计第 17 页 共 41 页5.4 分流道的计算（1）分流道的当量直径根据经验公式mmDD6)9 . 08 . 0(1式中：主流道大端直径；D 一级分流道当量直径；1D（2）凝料体积分流道长度mmL54分分流道截面积mmA144243分凝料体积为36 . 414330cmALV分分分（3）校核剪切速率确定注射时间：根据 Moldflow 对塑件浇注系统的填充时间分析可知，t=2s。计算分流道体积流量：3cm375.30215.566 . 4t塑分分VVq由塑料成型工艺及模具设计式 4-20，可得剪切速率11333s3990214. 310375.303 . 33 . 3sRqr分分分由于该塑件的分流道的剪切速率处于该浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。132105105s（4）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取即可，此处取 1.6，mRRaa5 . 225. 1脱模斜度为 8。 手机盖注塑模具设计第 18 页 共 41 页6 成型零件的结构设计成型零件是注塑模具的核心部分，它直接关系到塑件的形状、外观和尺寸，它一般由型腔、型芯、成型滑块、镶件等多个零件组成，其形式多种多样，设计时必须选择成型性能好为前提，并充分考虑模具制造简单，易于保证精度，模具成本较低的一种。6.1 结构设计6.1.1 型腔的结构设计型腔又称凹模，是成型制品的外表面的成型零件，按型腔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。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式型腔，根据分型面的方案选择，将其放在动模板一侧，并用螺钉连接固定在动模板上。整体嵌入式型腔的优点：强度和刚度相对较高，不易变形，塑件无模具拼缝痕迹，外观质量好，可以节省成型零件材料，方便热处理及方便日后的更换维修等。其缺点是：加工难度大，模板与镶件配合要求高。如图 6-1 所示： 手机盖注塑模具设计第 19 页 共 41 页图 6.1 型腔板6.1.2 型芯的结构设计型芯又称凸模，是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式、整体组合式、局部镶接式、完全镶拼式四种类型。通过对塑件的结构分析及分型面选择可知，型芯结构设计采用整体组合式，并用螺丝固定在模板上。整体组合式型芯的特点与整体嵌入式型腔特点相同，如图 6-2 所示。 手机盖注塑模具设计第 20 页 共 41 页图 6.2 型芯板6.1.3 成型零件的选材成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。该塑件的材料为 ABS 工程塑料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。因为该塑件为中批量生产，所以型腔应选择耐磨性、刚度、强度等各方面较好的钢材，型腔形状也相对复杂，有较多司筒、顶针，根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实。6.2 成型零件工作尺寸的计算由于塑件的外形尺寸相对复杂，无法将每个尺寸计算出来，因此选取相对重要的工作尺寸进行计算。塑料盒成型工作尺寸在计算是均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查常用热塑性塑料主要性能特点和工艺参数得 ABS 收缩率 S=0.5% ,查塑料成型模 手机盖注塑模具设计第 21 页 共 41 页具课本表 2-1-1 与 2-1-2，得模具制造公差取4/m6.2.1 型腔径向尺寸计算塑件外部径向尺寸：，相应的塑件制造公差为 mm；mmD8 .125124. 0，则相应的塑件制造公差m；mmD65216. 0，则相应塑件制造公差为 mm；mmD8308. 0mscpmxDSD011)1 (式中：塑件的平均收缩率，本塑件为 1.8%（下同） ；cpS 随塑件精度和尺寸变化，径向尺寸取 3/4（下同） ；1x 塑件上相应尺寸的制造公差（下同） ；1塑件上相应尺寸制造公差，取（下同） 。m41m则有：mmD24. 0021. 0011799.125.84075. 08 .125)05. 01 ( mmD24. 0024. 002269.6456. 075. 065)05. 01 ( mmD081. 0000803347. 884. 075. 08)05. 01 ( 6.2.2 型腔深度尺寸计算塑件高度方向的尺寸：，则相应的塑件制造公差为 mm；mmH816 . 08mxHSHScpm022)1 (式中：随塑件精度和尺寸变化，深度方向尺寸取 2/3（下同） 。2xmmxHSHmcp14. 0014. 0008211105. 865 . 03268)05. 01 ()1 (6.2.3 型芯径向尺寸的计算塑件型芯径向的尺寸：，则相应的塑件制造公差为 mm；mmd8.0184. 0 手机盖注塑模具设计第 22 页 共 41 页，则相应的塑件制造公差为 mm；mmd2s84. 0011)1 (mxdSdScpmmmxdSdmcp021. 0021. 009111185. 084. 075. 08 . 0)05. 01 ()1 (mmxdSdmcp014. 0021. 00112201. 484. 075. 04)05. 01 ()1 ( 6.2.4 型芯高度尺寸的计算塑件型芯高度的尺寸：，则相应的塑件制造公差为 mm；mmh5 .27156. 015012)1 (mxhShScpm mmxhShmcp014. 0014. 0015111147.2756. 03/25 .27)05. 01 ()1 (6.3 模具型腔壁厚的确定塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度 S 和型腔底板厚度 T。6.3.1 型腔侧壁厚度 S 的计算（1）按刚度条件计算mmECPhhSp7 .35026. 0101 . 262. 04 .8235465. 0353531刚式中：C465. 096)4 .82/5 .177(2)4 .82/5 .177(396)/(2)/(344444444hlhlCl模具型腔的内壁长边长；l=177.5mm；P模具型腔内最大的熔体压力，一般是 3050MPa，这里取 35Mpa；h型腔深度，h=34.2mm； 手机盖注塑模具设计第 23 页 共 41 页E模具钢的弹性模量，预硬化塑料模具钢；MPaE5101 . 2 模具刚度计算许用变形量，根据塑料成型工艺及模具设计表 4-20，则p有如下公式： mmip026. 0)5 .177001. 05 .17745. 0(25255/15/12当，则。162. 05 .177110lb62. 01 模具刚度计算许用变形量，由于型腔 L=177.5300,所以按允许变p形量=L/6000mm=0.026,计算壁厚。p（2）按强度条件计算则有：mmPhSp7 .2030035353322强式中：P模具型腔内最大的熔体压力，一般是 3050MPa，这里取 35Mpa； h型腔深度，h=35mm； 模具强度计算的许用压力，取=300Mpa。pp6.3.2 型腔底板厚度 T 的计算（1）按刚度条件计算mmEPbCbTp 39.29026. 0101 . 214435022. 0144353刚式中：根据塑料成型工艺及模具设计表 4-19，则有C；022. 01/32/4444blblCb模具型腔的内壁短边长；b=144mm；E模具钢弹性模量，这里取；MPaE5101 . 2 模具钢计算许用变形量，。p026. 0p（2）按强度条件计算 手机盖注塑模具设计第 24 页 共 41 页mmPbTp92.343003514471. 071. 0式中：P模具型腔内最大的熔体压力，一般是 3050MPa，这里取 35Mpa；b型腔短边长度，b=144mm； 模具强度计算的许用压力，取=300Mpa。pp根据以上刚度、强度的计算，可以算出型腔的壁厚要求：型腔侧壁厚度S25.7mm，型腔底板厚度 T39.3mm。凹模采用整体嵌入式，为求结构紧凑并且符合强度和刚度的要求，还要预留出冷却系统的位置。7 脱模机构的设计由前面的塑件工艺分析中可知，本塑件结构相对复杂，有大量的薄壁、小柱位、侧孔等结构，需要二次分模，在脱模推出机构的选择中需要用顶针、司筒、扁顶、斜顶同时顶出塑件。 手机盖注塑模具设计第 25 页 共 41 页推出机构的设计原则：（1）应保持产品外观整洁美观，为避免顶出痕迹影响产品外观，顶出装置应设在产品的隐蔽或非装饰表面。对于透明产品尤其要注意顶出位置及顶出形状的选择；（2）应防止产品顶出变形，为了防止产品顶出变形，顶出受力点应尽量均匀分布，尽量设在难于脱模和刚性较好的位置处，如壁厚、骨位筋部、柱位部等；（3）应保证顶出机构运动平稳、顺畅、灵活可靠，为保证顶出机构运动平稳、顺畅、灵活可靠，顶出零件应有足够的强度和耐磨性，设计时应注意和其他机构的干涉，在非封胶位应尽量设计避空；（4）应考虑顶出机构的成本和加工性，为了便于加工，便于维修，节约成本，应尽量采用标准件的顶出形式。7.1 脱模力的计算当矩形塑件短边和长边之和与壁厚之比时，则应109 .8125. 114. 31445 .177tba采用如下脱模力计算公式：AKKfESLbaF1 . 0)1 ()tan()(221式中：矩形短边长度（mm） ；a 矩形长边长度（mm） ；b E塑料的弹性模量，根据塑料模具设计指导与资料汇编表 7-27 可得；MPaE3104 . 1 S塑料成型的平均收缩率，本塑件为 1.8%； L推出该塑件的高度为 60mm；水口板厚度为 300mm 塑料与钢材之间的摩擦因数，查塑料成型工艺及模具设计表 4-24 可f得=0.45；f 塑料的泊松比，查塑料成型工艺及模具设计表 4-24 得=0.33； 手机盖注塑模具设计第 26 页 共 41 页 ；1K105.75 . 0cos9 .8125 . 0cos9 .812cos2cos222221K ；2K004. 15 . 0cos5 . 0sin45. 01cossin12fK A塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，根据 Mastercam 对塑件平面分析，可得。24 .26335 mmA NF 27.86174 .263351 . 0004. 1)7 .10533. 01 ()5 . 0tan45. 0(360018. 0104 . 1)1445 .177(238 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，在保证足够的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管推出的范围内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架的大小。模架的选择原则：（1）在满足强度的条件下应尽量选择较小的规格。（2）选择时应考虑所用注塑机的容模量，一般情况下优先选择工字模架，如果大于注塑机容模量时可选择直身模架。（3）根据制品进浇方式和模具结构需求选择合理的模架类型，优先选用大水口模架，不能满足要求时选择简化型细水口或细水口模架。（4）模架选择时尽量用标准型号，对于非标准模架一定要在图纸中注明。8.1 模架的选取根据该套模具采用一模一腔是用点浇口形式，并根据模具型腔布局的模仁所占的 手机盖注塑模具设计第 27 页 共 41 页平面尺寸为 190mmX250mm，又考虑模仁最小壁厚，导柱、导套的布置等，再同时参考注塑模具设计方法与经验大水口模架，对应的标准模架宽度选 W=3300mm，复位杆的直径 d=25mm。模架为大水口板的工字模架，具体选择如下：（1）A 板尺寸A 板是定模型腔板，型芯高度为 35mm 嵌入定模板内，还需要留出足够的距离来固定大型芯，故 A 板厚度取 70mm。（2）B 板尺寸B 板是型腔固定板，凹模高度为 42.5mm，又要考虑在模板上还要开设冷却水道和要固定液压缸，还需要留出足够的距离，故 B 板厚度取 80mm。（3）C 板（垫板）尺寸考虑到推出机构选用推管，初步选用 C 为 90mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定，板面为 330mm400mm，其外形尺寸为：宽长高=330mm400mm5300mm。图 8.1 模架的选取 手机盖注塑模具设计第 28 页 共 41 页9 抽芯机构的设计9.1 侧向抽芯机构设计当注射成型带有侧凹、侧孔的制件时，模具上需要设置可活动的侧向型芯，在制件脱模前先将活动型芯抽出，然后再从模具中推出制件。抽芯机构由成形、运动、楔紧、传动、定位等零件组成，对于中、大批量生产的则用机动抽芯和液压抽芯机构较合适。根据对成型塑件的综合分析，现假设使用斜顶抽芯机构，作如下计算： 手机盖注塑模具设计第 29 页 共 41 页斜顶设计：查看图纸，仔细分析，确定死角的大小。如图所示。 2、确定 0靠破面的起点，并且确定其长度（如图 AB） 。如果不设计 0靠破面，则选择 A 点作为斜顶斜面的起点。 3、以 B 点为基准，偏一距离，如图 BC，BC=顶出行程。 4、以 C 点为基准，向斜顶移动的反方向偏一距离，如图 CD。CD=斜顶行程（取整数）=死角大小+大于或等于 3mm 的最小安全量。 5、连接 DB，得到角度 DBC。这个角度一般为小数。我们取一整数，为 M。这个角度才是我们所需要的斜顶斜面的倾斜角度。 6、其它的内容可根据前面所讲的结构及其要求完成斜顶其他部分的设计。 顶出行程 其实，像上面这么复杂的内容主要的目地是教我们如何去求出斜顶的倾斜角度。我们可以简化为如下图所示： 手机盖注塑模具设计第 30 页 共 41 页 手机盖注塑模具设计第 31 页 共 41 页 10 排气系统和冷却系统的设计10.1 排气系统的设计 手机盖注塑模具设计第 32 页 共 41 页在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体和塑料中的水分在注射温度下汽化形成的水蒸汽。这些气体若不能顺利排出，则可能因为填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，同时，这些高温高压的气体也有可能挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不足等缺陷。该塑件由于采用点浇口进料，而且塑件完全在动模板内，所以塑件顶部的排气可通过分型面与定模板之间的间隙排出。此外，本套模具采用推杆及斜顶推出，其配合间隙可作为气体排出的方式，同时，模具侧向抽芯机构与动模仁之间的配合间隙也可把气体向外排出。10.2 冷却系统的计算与设计一般注射到模具内的塑料温度为 200 左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其模具温度在 60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并快速脱模。对于粘度较低而且流动性较好的塑料，因为成型工艺要求模温都并不太高，所以常用常温水对模具进行冷却，ABS 的成型温度和模具温度分别为 200、5080。如果忽略模具因空气对流、热辐射以及注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。10.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W(1)塑料制品的体积325.6715.5616 . 45 . 6cmnVVVV塑分主(2)塑料制品的质量gV525.6025.679 . 0m塑(3)塑件材料为 ABS 可以查模具设计指导表 6-5 可得；st4010冷；，由于塑件平均壁厚为 2mm，因此取冷却时间；注st53注st3015脱st35冷射时间，脱模时间，则注射周期的总时间为st4注st21脱，可得每小时注射次数：N=（3600/60）=60。stttt6021354脱冷注(4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=0.141860=8.5kg/h。 手机盖注塑模具设计第 33 页 共 41 页10.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 Q根据塑料成型工艺及模具设计表 4-35 可直接得知 ABS 的单位热流量值可取sQ590kJ/kg。（1）计算冷却水的体积流量vq根据塑料成型工艺及模具设计式 4-58 可得min/07. 0)2225(187. 41000605905 . 8)(60321mcWqsv式中：冷却水的密度； 冷却水的比热容，为；c)/(187. 4kgkg 冷却水出口温度，取 25；1冷却水入口温度，取 22。2（2）确定冷却水路的直径根据塑料成型工艺及模具设计表 4-30 可知，当时，为了使min/07. 03mqv冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径 d=35mm。（3）冷却水在管内的流速根据塑料成型工艺及模具设计式 4-59 得smdqvv/22. 1035. 014. 36007. 0460422（4）求冷却水管壁与水交界面的膜传热系数因为平均水温为 23.5，根据塑料成型工艺及模具设计表 4-31 可得f=6.47，再由塑料成型工艺及模具设计式 4-60 得：)/(1056. 1035. 0)22. 11000(47. 6187. 4)(187. 4242 . 08 . 02 . 08 . 0hmkJdvfh（5）计算冷却水通道的导热总面积 A24012. 0)2252250(1056. 15905 . 8mhWQAs（6）计算模具所需冷却水管的总长 LmmdAL2 .109035. 014. 3012. 0（7）冷却水的根数假设每条水路的长度为，则冷却水路的根数为mml150根7 . 0150109lLx 手机盖注塑模具设计第 34 页 共 41 页10.3 冷却系统装置的布置由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说可能是不合适的，因此应根据本套模具具体情况再加以修改。由分型面选择可以知道，塑件完全留在动模内，而且型芯留在定模内有较大空间，热量主要传到动模板，定模板也有一定的浇注系统传出的热量。因此综合冷却系统的计算结果和本套模具的结构，在定模板与动模板上都应该设计冷却装置。在注射模中熔体从 200左右降低到 60左右，所稀放的热量中约有 5%以辐射、对流的方式散发到大气中，其余 95%由冷却介质带走，冷却系统是通过冷却水的循环将塑料熔体的热量带出模具。水道的配置采用串联冷却孔道，在串联冷却孔道中从冷却水供应歧管到冷却水收集歧管之间连接成单一流路
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