毕业设计（论文）-红米K70手机壳注塑模具设计

I红米K70手机壳注塑模具设计摘要塑料注射成型是产品生产中一种极为常用的成型方法。各种具有热塑性性能的塑料材料，具有热固性性能的塑料材料以及橡胶材料等均能够通过注塑成型的方法生产各种产品，所以本次毕业设计所选注塑模具相关课题非常具有研究价值。本次设计主要内容为成型红米K70手机壳设计一套塑料模具方案，在开展方案设计之前首先对红米K70手机壳结构做出了分析，然后根据其使用要求为红米K70手机壳选择合适的ABS材质，本次设计型腔数目为一模两腔的结构，本次设计中浇口形式采用了侧浇口进胶的方式，通过三维软件获得了产品体积，并对本次模具选定了型号注塑机及龙记标准CI模架型号。确定了模具最佳分型面位置，然后对主要的模具结构比如浇注系统、脱模机构、模具冷却系统进行详细的设计及计算。在成型零部件设计时，对成型零件的结构形式做出了选择并对成型零件的成型尺寸进行计算。最后对所选注塑机型号进行了校核。关键词：红米K70手机壳；型腔数目；脱模机构；成型零件;冷却系统AbstractPlasticinjectionmoldingisanextremelycommonmoldingmethodinproductproduction.Variousplasticmaterialswiththermoplasticproperties,plasticmaterialswiththermosettingproperties,andrubbermaterialscanallbeproducedthroughinjectionmolding.Therefore,thetopicrelatedtoinjectionmoldingchosenforthisgraduationprojectisofgreatresearchvalue.ThemaincontentofthisdesignistodesignasetofplasticmoldschemeforformingtheredriceK70promobilephoneshell.Beforecarryingouttheschemedesign,thestructureoftheredriceK70promobilephoneshellwasfirstanalyzed,andthentheappropriateABSmaterialwasselectedfortheredriceK70promobilephoneshellaccordingtoitsuserequirements.Thenumberofcavitiesinthisdesignisthestructureofthefirstmockexaminationandtwocavities.Inthisdesign,thegateformadoptsthewayofsidegateinjection,andtheproductvolumewasobtainedthrough3Dsoftware,AndtheinjectionmoldingmachineandLongjistandardCImoldframemodelswereselectedforthismold.Determinetheoptimalpartingsurfacepositionofthemold,andthencarryoutdetaileddesignandcalculationofthemainmoldstructuressuchasthepouringsystem,demoldingmechanism,andmoldcoolingsystem.Inthedesignofformedparts,thestructuralformoftheformedpartswasselectedandtheformingdimensionsoftheformedpartswerecalculated.Finally,theselectedinjectionmoldingmachinemodelwasverified.Keywords:RedmiK70prophonecase;Numberofcavities;Demouldingmechanism;Formedparts;Coolingsystem

目录TOC\o"1-3"\h\u173031绪论 .2型腔数目的确定 塑模的型腔数目,可以是一模两腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到红米K70手机壳是体积比较大的塑料产品,产品侧壁上侧孔和侧凹结构比较多，结构较为复杂，做一模一腔不经济，效率太低，为了提高生产效率，本次模具设计的腔数定为一模两腔比较合适。在定下的腔数为一模两腔之后，按照书上讲的型腔布置的平衡性，所以采用”一”字型型腔排列。如图所示型腔布置4.3浇注系统设计模具的浇注系统主要包括有主流道，分流道，冷料穴和浇口，主流道是连接注射机喷嘴和分流道的主要通道，分流道是连接主流道与浇口的主要通道，浇口是连接分流道与型腔的主要通道，冷料穴一般起着冷却的作用，浇注系统是模具成型的关键，是塑料进入型腔的主要通道，因此浇注系统对成品的质量影响很大，除此之外，本章还介绍了此模具的排气系统，其中介绍了排气的种类，本模具的排气方式是采用分型面排气，浇注系统的设计对塑件的质量起着非常重要的作用，所以，浇注系统是模具设计中一个很重要的环节，因为它决定着塑件和模具的整体质量。4.3.1主流道设计 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。主流道通常处于模具中心处，功能在于注射剂借助于喷嘴将熔融状态熔料喷出以后，借助于主流道输入分流道内。形状上属于圆锥形，让熔料流入流道活动容易实现，同时让凝料在脱模的时候顺利进行。在最上面的设计上，通常采用半球凹坑，使得同注射剂喷嘴更好的实现连接，避免塑料溶体对外溢出。选用的注射机为XS-ZY-250卧式注塑机，其喷嘴直径为4mm，喷嘴球面半径为18mm主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=（4+1)mm=5mm主流道大端直径：d=d+2Ltanα=7.4mm，式中=2°主流道球面半径：SR0=喷嘴球头半径+（1~2）mm=（18+1）mm=19mm主流道的锥角α通常为2°－6°，过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。由于主流道衬套要和高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以只有在小批量的注射生产中，注塑模的主流道在注塑模的定板上加工，大部分注射模中主流道部分长设计成可拆卸、可更换的主流道衬套。主流道结构如图所示：主流道结构4.3.2分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道，其作用通过流道截面及方向变化，使熔体平衡的转换流向，进入模具型腔。一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。翻阅《注塑模具设计实用教程》查阅常用分流道断面尺寸推荐如表4.1所示：表4.1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径mmABS，AS聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体4.8~11.51.6~9.51.6~9.53.5~108~108~12.55~105~108~10聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚3.5~103.5~106.5~166.5~8.03.5~8.06.5~106.5~102.4~106.5~13在模具设计浇注系统中分流道常见的截断面形状有半圆形，圆形，梯形，矩形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和U形的效率最高，但U形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成圆形流道。本次模具设计浇注系统得分流道取圆形断面形状。(5.2)(5.2)式中D—分流道的直径，mm；W—塑件的质量，g；L—分流道的长度，mm；由上可得D≈7.82mm，圆整为8mm，符合推荐值。分流道圆形截面形状以及分流道结构如图所示分流道的截面形状分流道结构4.3.3浇口设计 浇口，在工程实践中将其称作是模具的进料口，主要作用是连接分流道和模具的型腔部分，是模具浇注系统的重要构成，浇口设计情况在一定程度上会直接影响成型塑件产品的尺寸精度及其外观质量情况，故其相关设计工作是非常重要的，如下所示的是模具浇口设计注意事项：浇口截面面积不能太大，长度尺寸也不能过长。融料流速要设定的大一些，增大内部材料的流动性。浇口痕迹不能太大，不能影响塑件表面位置。浇口要有较好的可加工性。在我们注塑模具设计中，按浇口的结构形式的划分，我们平时常用的浇口形式有下列11种：侧浇口、直接浇口、点浇口、潜伏式浇口等。由于塑件是外观件，经过仔细的考虑，为了不影响塑件的外观，该塑件采用侧浇口。1)计算浇口的深度，可得侧浇口的深度h计算公式为：式中：n—塑料成型系数0.3t—对应塑件厚度1.5mm。(2)计算浇口的宽度。通过下列公式，得到浇口的的宽度b的计算公式为:式中：b—浇口宽度 （5.4）n—塑料成型系数0.3A—塑件外侧表面积15916mm2塑件外侧表面积圆整后，浇口的宽度为3mm，侧浇口结构如图所示侧浇口4.3.4冷料井设计本设计设计Z型拉料杆。使拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住，分模是即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆底部固定在推杆板上，在推出塑件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍微许动，即可脱钩将塑件连同浇注系统凝料一道取下，这样方便模具顺利生产。拉料杆结构如图所示拉料杆4.4导向与定位机构模具开合模引导机构统称合模导向机构，是注塑模具不可缺少的结构，当将模具的可移动模具和固定模具夹紧到特定位置时，它起到引导的作用，并且可移动模具和固定模具的未对准会导致产品大量的塑料熔体可能溢出或损坏型腔，以降低产品的不合格率。常用的模具开合模导向机构主要有两种形式：导柱导向和圆锥面定位，在本文中，注射模采用导柱导向机构。4.4.1导向机构的作用导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模合模时正确定位和导向的重要零件，通常采用导柱导向，主要零件包括导柱和导套。其具体作用有：（1）定位作用；（2）导向作用；（3）承载作用；（4）保持运动平稳作用；（5）锥面定位机构作用。4.4.2导柱导套的设计关于导柱来讲，通常将其分成带头导柱和有肩的这两种结构，如果在设计中需要根据具体的情况进行分析选取。关于导套来讲，我们应该明确它也有两种常见形式，首先就是需要在使用的时候预防掉落拔出的不带头的直导套，其次还有带头的形式，这种形式的结构一般较好装配。由于动、定模尺寸较大，采用四个导柱作为导向，导柱导套材料选用GCr15，具有一定强度和耐磨性，4个导柱分布在四个角上，呈对称分布，其导向更为平稳，满足其使用性能要求。导柱和导套应该相互配合设计使用，因为导柱要贯穿于动定模之间，要起到导向定位作用，导柱、导套尺寸是根据所选模架周边尺寸大小以及定模板（A板）、动模板（B板）厚度来定的，本次设计所选模架型号为CI-3540-A65B70C100，定模板厚65mm，动模板厚70mm，所以导柱尺寸：直径30mm，高131mm，导套尺寸：外径42mm，内径30mm，高65mm，两者配合使用起到导向作用，导柱和导套结构如图所示：导柱导套4.4.3导柱导套的排布导柱于导套的作用：注塑模具运行的过程中，它们主要起导向定位的作用[17]，防止模具发生碰撞，一般模具就设置4组导柱与导套。本次模具设计导向机构布置如图所示；导向机构布置

4.5脱模机构设计在注射成型的每一循环中，都必须便塑件从模具型腔中型芯上脱出，模具中这种脱出机构称为脱模机构（或推出机构、顶出机构）。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。4.5.1脱模选择推杆、推管、推板及推块等脱模结构，虽然在构造上略有不同，但是其功能却大同小异。手机壳产品的构造特征，内部结构空间足够布置推杆，以及产品三面侧壁的侧凹和侧孔结构需要采用斜推杆抽芯，该抽芯机构本身也具有推出产品的作用。所以，本设计采用了推杆和斜推杆共同作用来推出产品。推杆结构形式采用截面为圆形推杆即圆推杆，圆推杆属于细长型，在制造时，由于挤压推板垫板的作用，会造成推杆的折断，通常情况下，推杆采用T8A或者T10A的材料，对其头部部位进行淬火，使其硬度达到50HRC以上。4.5.2脱模力计算对于一般平板类产品，常用下式计算其脱模力（Q）：式中--型芯或被包紧部分的断面周长（cm）;--被包紧部分的深度（cm）;--由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取；--磨擦系数，一般取；--脱模斜度；通过软件分析L长度为463mm，如图所示，平均高度为10mm型芯被包紧断面长度Q=463×10×10×（0.1cos1°-sin1°）=4630N4.5.3推杆布局为了能使脱模结构顺利脱出外壳，合理地对推杆位置进行排布是十分有必要的，推杆常会分布在脱模力较大的位置，还要避开冷却水道，本次设计在产品底部布置多根φ8mm的推杆以及四处斜推杆抽芯机构，脱模机构位置如图所示；脱模机构分布4.6抽芯机构的设计在产品冷却成型之后，模具要进行开模工作，直接将模具动模部分和静模部分从分型面位置处分开，但是很多时候所需要的塑件结构在侧边方向上会有一些孔或者凹槽的存在，此时如果简单的将两块模具分开进行开模，那么将不会生产得到实际想要的制品，侧凹、侧孔结构成型失败，因此，会设计侧向分型抽芯机构来进行这部分的成型，在脱模前，先将侧型芯抽出。顺利完成侧孔和侧凹的成型，最后进行脱模。4.6.1抽芯机构设计确定抽芯机构根据结构形式不同，可以分为斜导柱滑块抽芯机构，斜推杆抽芯机构，弯销抽芯机构以及液压缸抽芯机构等，在选择抽芯机构的时候，通常会根据侧凹侧孔或者倒扣结构种类不同，以及抽芯距大小而选择的。塑件侧壁上的侧孔和侧凹结构，无法通过型芯、型腔合模直接成型，需要借助此机构才能成型，侧孔深度不大，本次设计采用斜导柱滑块抽芯机构，抽芯机构如图所示；斜推杆抽芯机构4.6.2抽芯距计算抽芯距是指滑块或者斜推杆移开产品不妨碍产品顺利脱模的距离，抽芯距的计算公式为：抽心距：S=S凹+(2～3)mm=4mm(7.1)其中：S—抽芯距；S凹—侧凹和侧孔深度，即手机壳壁厚为1.5mm；2-3mm为产品抽芯后的安全距离4.6.3斜推杆的设计（1）倾角a确定在模具抽芯机构设计中，斜推杆具体设计成多少度，一般是可以自由选取的，但是选取角度不能太大，否则在工作过程中容易受到大的扭曲作用，导致推杆磨损卡死，断裂，通常选取度数在3°到15°，斜推杆角度采用6°结构的设计顶杆的头部要加工成型凸台结构，这样才能成型侧凹。斜顶杆的底部加工有凹槽，以便在斜顶固定座上滑动。斜推杆结构如图所示斜推杆4.7模具冷却系统的设计注塑成型加工生产需要将塑料的温度加热至200-300℃，但如果模具的温度也是这高，人手则是无法触摸的，这会影响正常生产，模具在正常工作的时候必须要能够轻微触摸，模具温度一般要在40-80℃，综上考虑，需要设计冷却系统，既能够保证作业人员的身体安全，还能够加快冷却效果，缩短产品的加工周期，获取较高的生产效率。设计制造模架温度调节系统的过程中，重点需要考虑所用材料所具有的相关物理性能，查阅注塑模具设计指导手册的相关资料，了解所用材料的注射温度，以及该材料适合用的模具温度，然后根据获取的参数结果完成调节方案设计。4.7.1冷却系统的设计原则（1）根据生产所用塑料材料的具体品种确定此次设计注射模具需要选用加热方式，还是需要选用冷却方式；（2）需要把模具的模温控制的比较均一，保证产品的冷却同样是比较均一的，能够获得较高的注射生产率，还能够进一步提高所生产塑件产品的质量情况；（3）如果模具的模温要求比较低，就需要通过大流量的快速流动水对模具进行冷却，如此可以获得比较好的效果；(4)模具所用温度调节系统的设计方案要尽量简单化，易于完成该部分和模具整体的加工制造，需要将成本费用控制在合理范围内；(5)研究分析此次设计任务的成型温度参数以及实际的使用要求可知，本模具需要冷却，从而能够进一步提高注射生产的生产率。4.7.2冷却系统的简单计算由于塑件壁厚为1.5mm，可查表，取综合冷却时间t冷=14秒，取注塑时间t注=7秒，脱模时间t脱=15秒，则注塑周期：t=t冷+t注+t脱=32秒。由此得每小时注射次数：N=(3600/36)次=100次确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q5查表直接可知ABS的单位热流量Q5的值的范围在（590-690）KJ/kg之间。故可取=590KJ/kg。（1）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=4.187/(kg),则根据公式可得：Q===4.73х10-5（2）确定冷却水路的直径d当Q=4.7310-3m3/min时，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水管的直径d=8mm。（3）冷却水在管内的流速V===1.715m/s（4）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为3.5，查手册可得，则有===2.68KJ/m这部分的系统设计和型腔的基本上式相同的，需要注意的就是在型芯上面的结构要相对简单一些，而型腔型芯上面则是设备两条冷却水道来进行工作的。冷却水道具体布置结构如图所示：冷却水道4.7.3排气系统的设计排气槽是为使模具型腔中的气体排出而在模具上开设的通气槽或通气孔。排气是注射模具设计中一个重要的问题。在注射成型过程中,熔体注入型腔时,必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔。

注射模常用的排气方式有以下几种:①用分型面排气;②用型腔和模板的配合间隙排气;③用侧型芯运动间隙排气;④利用推杆运动间隙排气;⑤开设排气槽。本模具为中小型模具,且分型面适宜,可以利用①、②的方式来排气,不必再设计其他排气装置。4.8成型零件设计及计算在模具中，成型零件是对所制造的产品成型结构以及成型质量起到决定性作用的，其中最主要的成形零件是：型芯、型腔，也就是通常所说的凸模与凹模，必要时，还有其他小的镶件以及成型杆的零件。成型零件材料要求必须要能够在极高温度熔融材质高速冲击下使用，才能满足使用要求。4.8.1成型零件结构设计模具里面重要的用于成型的零部件有型芯、型腔和镶件。型芯、型腔分别用于成型红米K70手机壳的内表面和外表面，分别也称凸模和凹模。结构分整体嵌入式和组合式两种。整体式在制造过程中将型芯和模板加工到一块，结构简单而却牢固，同时刚度强度也较大，在加工制造塑料件的时候一般不会产生不必要的缝隙痕迹以免对塑件外观质量造成影响，有一点就是不方便制造加工；组合式通常主要适用于某些小型芯或者复杂的型芯，在维修以及节省材料等方面有着一定的优势。综上所述，此次红米K70手机壳结构简单，模具型芯和型腔在设计选用上都采取整体嵌入式，整体嵌入式型芯和型腔结构如下图所示；型腔型芯4.8.2成型零件尺寸计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的径向尺寸(包括矩形和异形零件的长和宽)，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等＋任何塑料之间都有一定的几何形状和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这ABS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=Δ/3。型腔径向尺寸的计算公式公式中塑件的径向尺寸；塑件的平均收缩率；塑件的尺寸公差；型腔模具型腔深度尺寸的计算公式公式中塑件的径向高度；塑件的平均收缩率；塑件的尺寸公差；型腔模具公差型芯径向尺寸的计算公式公式中塑件的径向尺寸；塑件的平均收缩率；塑件的尺寸公差；模具公差型芯深度尺寸的计算公式公式中塑件的径向高度；塑件的平均收缩率；塑件的尺寸公差；模具公差 4.9模具装配图及三维模型通过以上设计内容，包括浇注系统、脱模机构、抽芯机构、导向机构以及成型零件尺寸的设计及计算，绘制出如图所示模具装配图，根据模具装配图利用三维软件绘制出模具三维模型如图所示。模具装配图模具三维

总

结

本次设计主要内容为成型红米K70手机壳设计一套塑料模具方案，在开展方案设计之前首先对红米K70手机壳结构做出了分析，然后根据其使用要求为红米K70手机壳选择合适的ABS材质，本次设计型腔数目为一模两腔的结构，本次设计中浇口形式采用了侧浇口进胶的方式，通过三维软件获得了产品体积，并对本次模具选定了型号注塑机及龙记标准CI模架型号。确定了模具最佳分型面位置，然后对主要的模具结构比如浇注系统、脱模机构、模具冷却系统进行详细的设计及计算。在成型零部件设计时，对成型零件的结构形式做出了选择并对成型零件的成型尺寸进行计算。最后对所选注塑机型号进行了校核。通过本设计整个过程的学习和回顾，巩固所学的各项专业理论知识，设计方法及相关技术，能够更加系统化的掌握所学的知识。能够独立思考所遇到的各种难题，能够结合生产实际运用自己已学的各项知识内容解决实各种问题。同时，能够根据设计情况高效完成设计计算工作，工程绘图能力显著提升，文件编辑与文字表达较以往都有了较为显著的提升，能够更快的完成文献查阅工作，计算机应用水平和工具书的使用水平都提升到了新高度，科学研究方面所涉及的基本方法已经全面掌握。参考文献[1]陈文,林宗德,彭清和,等.排插前盖注塑模具的设计[J].吉林化工学院学报,2019(7):43-47.[2]任长春,单以才,夏宗禹,等.基于模内转印工艺的笔记本电脑主机上盖注塑模设计[J].塑料科技,2019,47(02):72-77.[3]张韬,原梓皓,林鑫,等.浅谈排插内托注塑成型工艺优化及模具设计[J].中国设备工程,2019，3(31):24-35.[4]洪慎章.汽车仪表外壳注塑工艺及模具设计[J].橡塑技术与装备,2019(12):14-16.[5]JinG,Jian-JunZ.DesignofBicolorInjectionMouldandMulti-typeCorePullingMechanismforAutomotiveInteriorTrim[J].ChinaPlABSticsIndustry,2016，5(15):33-38.[6]RatanawilaiT,LeeyoaM,TiptongY.Influenceofwoodspeciesonpropertiesofinjectionmouldnaturalflour-HDPEcomposites[J].IopConference,2016,131:012002.[7]Min,Zhang,Lili.CAEOptimizationandDesignofInjectionMouldwithInnerPartingStructureforAutomobileFrontBumper[J].RecentPatentsonMaterialsScience,2016，4(24):87-85.[8]刘飞.数据线卡座注塑模具设计[J].设备管理与维修,2019,446(08):150-151.[9]庞光宗.注塑模具的标准化与自动化设计[J].数