手機后蓋注塑模具設計

手機后蓋注塑模具設計,手機,注塑,模具設計 目 錄 目 錄 第一章 前言 1 1.1 塑料制品的發(fā)展研究 1 1.2 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.3 手機的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.4 采用注射模成形手機產(chǎn)品的優(yōu)點 3 第二章 塑件成型分析設計 4 2.1 塑件分析 4 2.2 塑件材料分析 4 2.3 確定塑件設計批量 6 2.4 計算塑件的體積和質(zhì)量 6 2.5 注塑機的預選擇 7 2.6 塑件分型面的選擇 7 2.7 型腔數(shù)目 8 第三章 成型零件結(jié)構設計與計算 9 3.1 成形零件的結(jié)構設計 9 3.2 成型零件工作尺寸的計算 10 3.3 型腔壁厚與底板厚度計算 11 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構的設計 12 3.4.1 斜導柱的設計 14 3.4.2 滑塊的設計 15 3.4.3 楔緊塊的設計 16 第四章 模具結(jié)構設計與計算 17 4.1 澆注系統(tǒng)的設計 17 4.1.1澆口套的設計 17 4.1.2分流道的設計 18 4.1.3澆口的設計 18 4.1.4 定位圈的設計 19 4.2 脫模機構的設計 19 4.3 復位機構的設計 22 4.4 排氣系統(tǒng) 22 4.5 導向機構的設計 22 4.6 冷卻系統(tǒng)的設計 23 第五章 塑料注射機的校核 25 5.1 最大注射量的校核 25 5.2 最大注射壓力校核 26 5.3 鎖模力的校核 26 5.4模具厚度H與注射機閉合高度的校核 26 5.5 開模行程校核 27 總 結(jié) 28 參考文獻 29 致 謝 30 31 第一章 前言 第一章 前言 1.1 塑料制品的發(fā)展研究 隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活和軍事等各個領域的應用范圍越來越廣，質(zhì)量要求也越來越高，中國已經(jīng)成為全球最大的塑料市場之一，塑料制品產(chǎn)量全球第二。廣東、浙江、江蘇三省占領了塑料制品產(chǎn)量的“半壁江山”。其中廣東是塑料制品行業(yè)最集中的地區(qū)，產(chǎn)量占國內(nèi)總產(chǎn)量的四分之一。而西部地區(qū)，人均產(chǎn)量和消費量遠落后于全國平均水平，塑料工業(yè)仍有較大發(fā)展空間。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用上了一個新臺階，陸續(xù)引進了相當數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)，如美國pro/E、UG、以色列Cimatron等，這些系統(tǒng)和軟件的引進，在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程中的關鍵部分進行計算機模擬，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短了制造周期。 近年來，P20、3ch2mo等新的塑料模具鋼在國內(nèi)的應用越來越廣泛，對模具的質(zhì)量和壽命都有很大的影響。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)化熱流道系統(tǒng)元件. 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，模具結(jié)構越來越復雜，采用一般加工方法無法完成，就得采用電火花加工、電火花線切割、電解加工、電解磨削、激光加工等特種加工來解決以前無法完成的加工人物，數(shù)控機床、加工中心的發(fā)展，實現(xiàn)了高精度、高速度、自動化生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了模具精度。 目前，我國塑料模具工業(yè)和技術在今后主要發(fā)展方向上有以下幾條： （1）、在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。它解決了傳統(tǒng)混合型CAD/CAM 系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題,CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高。 （2）、提高大型、復雜、精密、長壽命模具設計制造水平及比例。這是由塑料模成型的制品日漸大型化和要求高精度以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所決定的。 （3）、推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源。 （4）、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具，以適應多品種，小批量的生產(chǎn)方式。 （5）、提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展。 （6）、應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術。 （7）、研究和應用模具高速測量技術與逆向工程，采用三座標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的重點技術之一。 1.2 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視。國務院于1989年3月頒布的《關于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，將模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務?，F(xiàn)在，我國的模具工業(yè)已初具規(guī)模，全國已有數(shù)以千計的模具專業(yè)生產(chǎn)廠和模具生產(chǎn)點，還有數(shù)以萬計的小型模具企業(yè)?？梢哉f，中國在模具設計和制造方面的發(fā)展空間很大。 近年來，我國模具技術的發(fā)展進步主要表現(xiàn)在： （1）、研究開發(fā)了模具新鋼種及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等新材料，并采用了一些新的熱處理工藝，延長了模具的使用壽命。 （2）、開發(fā)了一些多工位級進模和硬質(zhì)合金模等新產(chǎn)品，并根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)需要研制了一批精密的塑料注射模。 （3）、研發(fā)了一些模具加工新技術和新工藝，如三維曲面數(shù)控、仿真加工、模具表面拋光、表面皮紋加工及皮紋輥制造技術；模具鋼的超塑性成型技術和各種快速制模技術等。 （4)、 模具加工設備已得到較大發(fā)展,國內(nèi)已能批量生產(chǎn)機密坐標磨床、計算機數(shù)字控制（CNC）銑床、CNC電火花線切割機床及高精度電火花成形機床等。 （5）、模具計算機輔助設計和制造（模具CAD/CAM/CAE）已在國內(nèi)開發(fā)并廣泛應用。 我國的模具技術雖然得到了較大的發(fā)展，但仍然不能滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需要，還需花費大量資金向國外進口模具，其原因是： 專業(yè)化生產(chǎn)和標準化程度低。 模具品種少，生產(chǎn)效率低、經(jīng)濟效益較差。 模具生產(chǎn)制造周期長、精度不高，制造技術落后。 根據(jù)我國模具技術發(fā)展的現(xiàn)狀及存在問題，今后的發(fā)展方向是： （1）、開發(fā)和發(fā)展精密、復雜、大型、長壽命的模具，以滿足國內(nèi)、外市場的需要。 （2)、加速模具的標準化和商品化，以提高模具質(zhì)量和效率，縮短模具生產(chǎn)周期。 （3)、大力發(fā)展和推廣應用模具CAD/CAM技術，提高模具制造過程的自動化程度。 （4)、發(fā)展模具加工成套設備，以滿足高速發(fā)展模具工業(yè)的需要。 1.3 手機的發(fā)展現(xiàn)狀 手機已經(jīng)成為人們的一個生活必須品，從最古老防身磚頭到現(xiàn)在厚度不足5.9mm的超薄，從簡單的通話功能，到能上網(wǎng)能看電視、手機電影，甚至可以手機視頻聊天。手機的功能在不斷增多，而手機價格則在不斷下降，它已經(jīng)從一個奢侈品成為一件生活必需品，現(xiàn)在如果誰沒有手機在年輕人眼里是一件不可想象的事情。2007年公布的數(shù)據(jù)顯示中國的手機用戶已經(jīng)達到了5.4億。根據(jù)研究近幾年還將以每年43%的速度增長。 　　中國手機時代可以從1987年中國移動開始運營模擬移動移動電話業(yè)務開始。當時國內(nèi)的手機市場基本都被摩托羅拉公司占領。第一款進入國內(nèi)的手機就是摩托羅拉3200。體積大、重量沉，只有基本的通話功能外，不能實現(xiàn)任何增值服務，當然遇見某某壞人的時候，還可以用來當作防身武器。隨著科技的飛速發(fā)展，只能單純通話的手機很快就退出了市場。各手機制造商們也是費盡了腦汁，愛立信第一個制作出了可以自編鈴聲的GH398，第一個彩屏手機T68。諾基亞第一個推出了內(nèi)置游戲的6110，第一個可以上網(wǎng)的手機7110。隨后可以拍照的手機出現(xiàn)了，能夠播放mp3的手機也出現(xiàn)了，在手機上看書、聊天、學習、工作、炒股已經(jīng)不在是新聞。從此手機進入了娛樂時代。 1.4 采用注射模成形手機產(chǎn)品的優(yōu)點 （1） 注射成形工藝可由機床自動按照一定的程序完成，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率較高，適于大批量生產(chǎn)。 （2） 注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。 （3） 可以制作形狀較復雜的塑料制品。 （4） 模具通用簡單，制品成本較低。 （5） 注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，故節(jié)約材料。 （6） 操作易于掌握，不需要等級較高的技術操作。 第二章 塑件成型分析設計 第二章 塑件成型分析設計 2.1 塑件分析 本設計所選擇的題目是手機后蓋模具設計。 該產(chǎn)品形狀如中空薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求較高，不允許有明顯的熔接痕、飛邊等工藝痕跡，需要一定的配合精度要求。制品整體有充分的脫模斜度，各處脫模力比較合理。從整體結(jié)構分析：制品表面積較大、高度不大但是壁薄、零件的曲面復雜，型腔、型芯加工困難。從整體工藝性分析：根據(jù)制品外觀要求與結(jié)構特定要求選擇澆口位置在零件內(nèi)部，制品薄而大要求冷卻必須均勻而充分，脫模力合理要求頂出機構頂出均勻。 2.2 塑件材料分析 塑料成型原料的選取應從加工性能、力學性能、熱性能、物理性能等多方面因素考慮來選取合適的塑料進行生產(chǎn)，本次設計材料的選擇是根據(jù)材料特性進行選擇的。 根據(jù)塑料受熱后表現(xiàn)的性能和加入各種輔助料成分的不同可分為熱固性材料和熱塑性材料，通過比較分析可以看出熱固性塑料主要用于壓塑、擠塑成型，而熱塑性塑料還適合注塑成型，本次設計為注塑設計，所以采用熱塑性塑料。 熱塑性塑料還分為很多種，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等，為了選到合適的塑件材料，通過對塑件的分析和查閱有關資料可選擇以下材料見表2-1。 表2-1 注塑塑料對比 塑料名稱 ABS 聚乙烯 材料特性 較大的機械強度和良好的綜合性能。 結(jié)晶部分多時，塑料硬度高、韌性大、抗拉強度高，但整體尺寸變小，耐沖擊強度及斷裂強度底。 成型工藝 特點 ABS的吸濕性和對水分子的敏感性較大，在加工前必須進行充分的干燥和預熱。原料控制水分在0.3%以下。 聚乙烯制件最顯著的特點是收縮率大，這與材料的可結(jié)晶性和模具溫度有關。定型后塑件在強的收縮牽引作用下，可令制件變形和翹曲。 注射溫度 ABS塑料的溫度與熔融粘度的關系比較獨特，在達到塑化溫度后在繼續(xù)盲目升溫，必將ABS的熱降解。 聚乙烯的注射溫度一般在120～310℃之間，溫度超過300℃時，收縮率會明顯增大。 注射速度及壓力 ABS采用中等注射速度效果較好，注射時需要采用較高的注射壓力，其溢邊料為0.04mm左右。并需要調(diào)配好保壓壓力和保壓時間。 聚乙烯的注射壓力一般選擇在68.6～137.2Mpa之間。注射速度不易過快，以保證結(jié)晶程度高。 模具溫度 ABS的模具溫度相對較高，一般調(diào)節(jié)在75～85℃。 由于模具溫度對收縮率影響很大，因此要經(jīng)常保持模具相對恒定的溫度，一般在40～80℃之間。 經(jīng)以上兩種備選材料的性能對比，并考慮到制件的使用環(huán)境，本設計采用ABS材料。由于材料的吸濕性強，含水量應小于0.3% ，所以原料應充分干燥。ABS的技術指標、注射工藝參數(shù)具體看表2-2和表2-3。 表2-2 ABS技術指標 ABS技術指標 密度 1.02~1.05 比容 0.86~0.98 吸水率 0.2~0.4% 收縮率 0.4~0.7% 熔點 130~160℃ 硬度 9.7 HB 拉伸彈性模量 1.8×Mpa 彎曲強度 80Mpa 拉伸屈服強度 50Mpa 溫度傳導系數(shù) 1.3×10m/s 表2-3 ABS的注射工藝參數(shù) 注射機類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 30 ~ 60r/min 噴嘴形式 直通式噴嘴 噴嘴溫度 180~190℃ 模具溫度 50 ~ 70℃ 注射壓力 60 ~100Mpa 保壓壓力 5 ~ 10 Mpa 冷卻時間 5 ~ 15s 周期 15 ~ 30s 后處理方法 紅外線烘箱溫度70℃時間0.3 ~ 1h 備注 原材料應預干燥0.5h以上 2.3 確定塑件設計批量 該產(chǎn)品為中批量生產(chǎn)，故設計的模具要有一定的注塑效率，由于塑件長寬度小，所以采用一模兩腔結(jié)構，澆口形式采用牛角式潛伏澆口，以利于自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率以及塑件美觀度。 2.4 計算塑件的體積和質(zhì)量 該產(chǎn)品材料為ABS,查手冊或產(chǎn)品說明得知其密度為1.03g—1.07g/cm3。收縮率為0.4%—0.6%。計算其平均密度為1.05g/cm3,平均收縮率為0.5%。 使用UG軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形的體積。 圖2-1 通過計算塑件的體積V塑=4.079cm3，可得塑件的質(zhì)量為M塑=ρV塑=1.05×4.079=4.283g，因為一模兩腔所以M=4.283×2=8.566g 式子中ρ塑料密度g/cm3。 由澆注系統(tǒng)體積V澆=5.535cm3可計算出澆注系統(tǒng)質(zhì)量為 M澆=ρV澆=5.535g×1.05=5.812g 因為一模兩腔 故V總=2V塑＋V澆= 14.378cm3 M總=M塑＋M澆=14.4 2.5 注塑機的預選擇 本設計中，塑件的體積為4.283 cm3，經(jīng)查手冊，兩個塑件都選擇注射機型號為：SYS-10，其主要技術規(guī)格如表2-4所示： 表2-4 注射機技術參數(shù) 型號 柱塞直徑/mm 注射容量/cm3 注射壓力/ 105Pa 鎖模力/ 104N 最大注射面積/cm2 模具厚度/mm 模具行程/mm 噴嘴(球半徑)/mm 定位孔直徑/mm 最大 最小 SYS-10 φ22 10 1500 15 45 180 100 120 12 φ55 2.6 塑件分型面的選擇 遵循確定分型面的一般原則： （1）分型面應選擇在制品的最大截面處。 （2）盡可能使制品留在動模一側(cè)。 （3）有利于保證制品的尺寸精度。 （4）有利于保證制品的外觀質(zhì)量。 （5）盡可能滿足制品的使用要求。 （6）有利于排氣。 （7）盡量減少制品在合模方向上的投影面積。 （8）長型芯應置于開模方向。 （9）有利于簡化模具結(jié)構。 （10）在選擇非平面分型面時，應有利于型腔加工和制品的脫模方便。 要滿足制品的主要要求，為保證工件的表面精度要求，以及簡化模具設計，便于脫模等要求，把分型面設置為如下圖2-2所示位置： 圖 2-2 側(cè)向分型面 2.7 型腔數(shù)目 此設計為一模兩腔設計，主要優(yōu)點有：一模兩腔模具機構簡單緊湊，設計自由度較大，工藝參數(shù)易于控制，分型面設計較方便，制造成本低，制造簡單，提高生產(chǎn)效率。排布方式如圖2-3： 圖2-3 型腔排布 第三章 成型零件結(jié)構設計與計算 第三章 成型零件結(jié)構設計與計算 3.1 成形零件的結(jié)構設計 凹模的結(jié)構設計:由于零件形狀復雜，故選用局部鑲拼式凹模，這種結(jié)構的凹模是將底部的復雜部分先加工研磨后壓入到?？虬逯?。其結(jié)構如圖3-1所示： 圖 3-1 凹模 凸模的結(jié)構設計:對于形狀復雜的凸模，為了便于機加工，也可采用鑲拼式結(jié)構，這種結(jié)構的凸模是將四壁和墊板分別加工研磨后壓入到?？虬逯校瑐?cè)壁之間采用扣鎖連接以保證連接的準確性。其結(jié)構如下圖3-2所示： 圖 3-2 凸模 3.2 成型零件工作尺寸的計算 所謂成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸、型腔的深度尺寸或型芯的高度尺寸等等。 成型零件工作尺寸的計算方法一般按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。 制品尺寸能否達到圖紙尺寸的要求，與型腔、型芯的工作尺寸的計算有很大關系。成型零件工件尺寸的計算內(nèi)容包括：型腔和型芯的徑向尺寸（含矩形的長和寬）、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的計算方法很多，現(xiàn)以塑料的平均收縮率為基準計算。 （1） 型腔內(nèi)徑尺寸計算 （mm） 式中， —型腔內(nèi)徑尺寸（mm） D—制品的最大尺寸（mm） Q—塑料的平均收縮率（%），ABS的平均收縮率為0.5% —制品公差 —系數(shù)，可隨制品精度變化，一般取0.5~0.8之間 —模具的制造公差，一般取=~ 按矩形計算，手機后蓋長度、寬度上的最大尺寸分別為 =102mm =45mm 根據(jù)塑件的要求取：=0.44mm =0.28mm，則 =（82＋82×0.005-×0.44）=82.74mm =(42+42×0.005-×0.28) =42.42mm （2） 型芯徑向尺寸計算 模具型芯徑向尺寸是由制品的內(nèi)徑尺寸所決定的，與型腔徑向尺寸的計算原理一樣，分長、寬兩部分計算： (mm) 式中，—型芯外徑尺寸(mm) —制品內(nèi)徑最小尺寸(mm) 其余符號含義同型腔計算公式。 按矩形計算，手機后蓋長度、寬度的最小尺寸分別為 =81mm =40mm 由上可知， =0.44mm =0.28mm，則 =（81＋81×0.005-×0.44）=81.73mm =（40+40×0.005-×0.28）=40.39mm （3）型腔深度尺寸計算 模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所決定，設制品名義高度尺寸為最大尺寸，公差負偏差。型腔深度名義尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差+。由于型腔底部或型芯端面的磨損很小，可以略去磨損量，在計算中取，加上制造偏差有： z ) ( d + D - + = 3 2 Q h h H 1 1 M （mm） 式中—型腔的深度尺寸（mm） —制品高度最大尺寸（mm） 由零件圖上可知， =5mm，可得， =0.14mm，因此 =（5+5×0.005-2/3×0.14）=4.93mm （4）型芯高度尺寸計算 模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所決定，設制品高度名義尺寸為最大尺寸公差為正偏差+，型芯高度設計為最大尺寸，其公差為負偏差-。根據(jù)有關的經(jīng)驗公式： =（+Q+）（mm） 式中—型芯高度尺寸（mm） —制品深度最小尺寸（mm） 由零件圖中可得，=4mm，查表1-15得，=0.12mm =（4＋4×0.005+）=6.14mm 3.3 型腔壁厚與底板厚度計算 在塑料注射模注塑過程中，型腔所承受的力是十分復雜的。型腔所受的力有塑料溶體的壓力，合模時的壓力，開模時的拉力等，其中最重要的是塑料溶體的壓力。在塑料溶體的壓力作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應力及變形。如果型腔厚度和底板厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過型腔材料的許用應力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足則會發(fā)生過大的彈性變形，從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導致脫模困難等。所以，模具對強度和剛度都有要求。 對于大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應按剛度條件計算；對于小尺寸型腔，強度不足是主要矛盾，應按強度條件計算。所以，本設計是按照強度條件來計算。 注射成型模型腔壁厚的確定應滿足模具剛度好、強度大和結(jié)構輕巧、操作簡便等要求。在塑料注射充型過程中，塑料模具型腔受到熔體的高壓作用，故應有足夠的強度、剛度。否則可能會因為剛度不足而產(chǎn)生塑料制件變形損壞，也可能會彎曲變形而導致溢料和飛邊，降低塑料制件的尺寸精度，并影響塑料制口的脫模。從剛度計算上一般要考慮下面幾個因素： （1）使型腔不發(fā)生溢料，ABS不溢料的最大間隙為0.05mm。 （2）保證制品的順利脫模，為此同時要求型腔允許的彈性變形量小于制品冷卻固化收縮量。 （3）保證制品達到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求較高精度，這就要求模具型腔有很好的剛度。 在實際中，我們不是通過計算來確定型腔壁厚及支承板厚度，而是憑經(jīng)驗確定。查參考資料的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表可以得知： 型腔側(cè)壁厚度S的經(jīng)驗值為： S＝0.2L+17 L——型腔長邊的邊長 底板厚度h的經(jīng)驗數(shù)據(jù)： h≈0.13b 取 b≈L 因為前蓋和后蓋的型腔長邊的邊長是一樣大的，所以它們的型腔側(cè)壁和底板厚度也是一樣的。 側(cè)壁厚度S的值為：S＝0.2L+17=0.2×105.6+17＝38.12mm 底板厚度h的數(shù)據(jù)：h≈0.13b≈0.13×105.6≈13.8mm 3.4 側(cè)向分型與抽芯機構的設計 當塑件上具有與開模方向不一致的側(cè)孔，側(cè)凹或凸臺時，在脫模之前必須先抽掉側(cè)向成型零件（或側(cè)型芯），否則就無法脫模。這種帶動側(cè)向成型零件移動的機構稱為側(cè)向分型與抽芯機構。 由于前蓋和后蓋只是側(cè)孔的形狀不同，其它的條件相差不大，所以它們選用一樣的側(cè)向分型與抽芯機構。 根據(jù)動力來源的不同，側(cè)向分型與抽芯機構一般可分為手動，機動和氣動（液壓）三大類。 （1） 手動側(cè)向分型與抽芯機構：手動側(cè)向分型與抽芯機構是由人工將側(cè)型芯或鑲塊連同塑件一起取出，在模外使塑件與型芯分離。 （2） 機動側(cè)向分型與抽芯機構：機動側(cè)向分型與抽芯機構是利用注射機的開模力，通過傳動件使模具中的側(cè)向成型零件移動一定距離而完成側(cè)向分型與抽芯動作。這類機構經(jīng)濟性好，效率高，動作可靠，實用性強。其主要形式有斜導柱分型與抽芯機構。 （3） 液壓或氣動側(cè)向分型與抽芯機構：液壓或氣動側(cè)向分型與抽芯機構是以液壓力或壓縮空氣作為側(cè)向分型與抽芯的動力。 抽芯距是指將側(cè)型芯抽至不妨礙塑件脫模位置的距離。一般抽芯距等于成型塑件的孔深或凸臺高度再加2～3 mm的安全系數(shù)。即 S＝h+(2～3)mm＝3＋3＝6 mm 式中， S——抽芯距 （mm） h——塑件的側(cè)孔深度或側(cè)凸高度 抽出側(cè)向型芯或分離側(cè)向凹模所需要的力稱為抽芯力。抽芯力的計算與脫模力的計算相同。所以公式為 ＝ t ——制品壁厚，t＝1 mm E ——塑料的拉伸彈性模量（MPa），查表取2100， ——塑料的平均成型收縮率，取0.5％。 ——塑料的泊松比，查表取0.42 h ——型芯脫模方向高度，h＝3mm ——脫模斜度修正系數(shù)，其計算式為＝ 其中，f ——制品與鋼材表面之間的靜摩擦系數(shù)，查表取0.38 ——型芯的脫模斜度，取2° 帶入數(shù)字，算得 ≈0.34 Q＝147.73 N 斜導柱分型與抽芯機構是生產(chǎn)中最常見得一種，它是利用斜導柱等零件把開模力傳遞給側(cè)型芯，使之產(chǎn)生側(cè)向移動來完成抽芯動作的。 結(jié)構原理：斜導柱抽芯機構由與模具開模方向成一定角度的斜導柱和滑塊組成，并有保證抽芯動作穩(wěn)妥可行的滑板定位裝置，起到固定作用的側(cè)向固定板和提供鎖緊力的鎖緊裝置。 楔緊塊 結(jié)構如圖3-3所示 滑塊 壓塊 楔緊塊 斜導柱 滑塊鑲件 圖3-3 側(cè)抽芯機構 3.4.1 斜導柱的設計 斜導柱軸向與開模方向的夾角稱為斜導柱的傾斜角。的大小對斜導柱的有效工作長度，抽芯距和受力狀況等起著重要作用，因此它是決定斜導柱抽芯機構工作效果的重要參數(shù)。 ＝ H＝S×cot 式中， —— 斜導柱的工作長度（mm） S —— 抽芯距 —— 斜導柱的傾斜角 H —— 完成抽芯距S所需要的開模行程（mm） 由此可知，在抽芯距S一定的情況下，值越小，則斜導柱的工作長度L和開模行程H均需增加，但L值過大會使斜導柱的剛性下降，H值增大會受到注射機行程的限制。在考慮斜導柱時，當值增大時，要得到相同的抽芯力，則斜導柱所受的彎曲力要增大，同時開模力也增大。一般在設計的時候，<25°,常用為＝15°～20°，本設計取為18°。 所以， ＝＝＝19.42mm H＝S×cot＝6×cot18°＝18.22mm 由于計算較復雜，所以在實際設計當中，經(jīng)常用查表法確定斜導柱的直徑。一般根據(jù)抽芯力（或脫模力）。斜導柱傾斜角和最大彎曲力等查出斜導柱的直徑。本設計選取的直徑為15 mm。 圓形端面斜導柱的長度主要根據(jù)抽芯距，斜導柱直徑及斜角來確定。 斜導柱的長度為:L=++++ =(D/2)tan+h/cos+(d/2)tan+S/sin+(5～10) 式中 L——斜導柱的總長度（mm） D——斜導柱臺肩直徑（mm），查表得，D＝20。 d——斜導柱工作部分的直徑（mm），d＝15。 h——斜導柱固定板的厚度（mm），h＝45 S——抽芯距（mm），S＝6 ——斜導柱的傾斜角（°），＝18°。 代入數(shù)字，算得 L≈80 mm 3.4.2 滑塊的設計 滑塊是斜導柱側(cè)向分型抽芯機構中的一個重要零部件，注射成型時塑件尺寸的準確性和移動的可靠性都需要它來保證。 經(jīng)驗所得，滑塊長度（運動方向）應為寬度的1.5倍，滑塊在側(cè)向分型抽芯機構和復位過程中，要沿一定的方向平穩(wěn)往復運動。為了保證滑塊運動平穩(wěn)，抽芯及復位可靠，無上下竄動和卡緊現(xiàn)象，滑塊在導滑槽內(nèi)必須很好地導滑。 在模具中，一般采用T字形導滑槽。其長度一般為滑塊寬度的1.5倍，所以其長度為：L＝1.5W＝1.5×46.5≈70mm。 3.4.3 楔緊塊的設計 在注射成型的過程中，側(cè)型芯會受到型腔內(nèi)熔融塑料較大推力的作用，這個力會通過滑塊傳給斜導柱，而一般的斜導柱為一細長桿，受力后很容易變形，因此要設置楔緊塊，以便在和模狀態(tài)下壓緊滑塊，承受腔內(nèi)熔融塑料給予側(cè)向成型零件的推力。 在側(cè)抽芯機構中，楔緊塊的楔角是一個重要參數(shù)。為了保證在和模時能壓緊滑塊，而在開模時它又能迅速脫離滑塊，避免楔緊塊影響斜導柱對滑塊的驅(qū)動，鎖緊角一般必須大于斜導柱的斜角，這樣才能保證模具一開模，楔緊塊就讓開。＝＋（2°＋3°）＝18°＋2°＝20°。 圖3-4 二維抽芯結(jié)構圖 第四章 模具結(jié)構設計與計算 第四章 模具結(jié)構設計與計算 4.1 澆注系統(tǒng)的設計 注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料溶體從注射機噴嘴進入模具開始到型腔為止，所流經(jīng)的通道。它的作用是將溶體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中，將型腔內(nèi)氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。 主流道是塑料熔融體進入模具型腔時最先經(jīng)過的部位，是指從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分流道支線為止的一段料流通道，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來，錐角通常取2°～4°，在此取2°。由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是將它單獨設計成主流道襯套(即是澆口套)鑲?cè)攵０鍍?nèi)。 4.1.1澆口套的設計 澆口套的計算: 進料口直徑：D=d+(0.5～1)mm=2.5＋0.5＝3mm 式中d為注塑機噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑：R=r+(1～2)mm=12+2＝14mm 式中r為注塑機噴嘴球頭半徑。 主流道長度L根據(jù)定模座板厚度確定，在能夠?qū)崿F(xiàn)成型的條件下盡量短，以減少壓力損失和塑料耗量。通常L不能超過60mm ,本設計取L=32mm 。 主流道大端與分流道相接處又過度圓角，以減小料流轉(zhuǎn)向時的阻力，其圓角半徑取r=2 mm 。所選澆口套的立體圖如圖4-1所示： 圖4-1 4.1.2分流道的設計 分流道是主流道與型腔進料口之間的一段流道，主要起分流和轉(zhuǎn)向作用，是澆注系統(tǒng)的斷面變化和溶體流動轉(zhuǎn)向的過渡通道。 分流道常見的斷面形狀有圓形、正六邊形、梯形、U形、半圓形、矩形等數(shù)種，希望取易于加工，且在流道長度和流道體積相同的情況下流動阻力和熱量損失都最小的斷面形狀。 此次設計采用直邊分流道，由于這種流道，加工方便，節(jié)省機械加工費用，且熱量損失和阻力損失均不大，故為常用形式。此外，分流道應盡可能短，容積要小，因為流經(jīng)分流道的熔體溫度和壓力損失要小。 4.1.3澆口的設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，是整個澆注系統(tǒng)的最薄弱點和關鍵環(huán)節(jié)。 一般情況下，澆口采用長度很短而截面很窄的小澆口。當熔融塑料通過狹小的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時，狹小的澆口適當保壓補縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內(nèi)的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內(nèi)殘余應力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補給困難，會造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會產(chǎn)生熔體破裂形成噴射現(xiàn)象，使塑件表面出現(xiàn)凹凸不平。 澆口采用牛角潛伏式澆口，該澆口的斷面形狀和尺寸類似點澆口，它除了具備點澆口的各種特點外，其進料部分一般選在制件側(cè)面或背面較隱蔽處，不致影響制品的美觀，同時可采用較簡單的兩板式模具。 澆口形狀及尺寸如圖4-2： 圖4-2 澆口的形狀 4.1.4 定位圈的設計 為了便于模具在注射機上安裝以及模具澆口套與注射機的噴嘴孔精確定位，應在模具上（通常在定模上）安裝定位圈，用于與注射機定位孔匹配。定位圈除了完成澆口套與噴嘴孔的精確定位之外，還可以防止?jié)部谔讖哪?nèi)滑出。 圖4-3 4.2 脫模機構的設計 在注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須由模具的型腔或型芯上脫出，脫出塑件的機構稱為推出機構，也常稱為脫模機構。 脫模機構的設計原則: （1）盡量使塑件留在動模一邊。 （2）保證塑件不因推出而變形和損壞。 （3）保證塑件外觀良好。 （4）結(jié)構可靠。 脫模力是指將塑件從動模一側(cè)的主型芯上脫出時所需要的外力，是設計推出機構的主要依據(jù)之一。 塑件在模具冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小而將型芯包緊而產(chǎn)生的力，叫做型芯包緊力。對于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時所要克服大氣壓力，叫做真空吸力。此外，還要克服機構本身運動的摩擦阻力及塑料與鋼材之間的粘附力。 開始脫模的瞬間所要克服的阻力最大，稱為初始脫模力，以后脫模所需的力稱為相續(xù)脫模力，后者要比前者小。所以在計算脫模力的時候，總是計算初始脫模力。影響脫模力大小的因素很多，如型芯成型部分的表面積及其形狀；塑料的收縮率以及對于型芯的摩擦系數(shù)；塑件的壁厚及同時包緊型芯的數(shù)量；成型時的工藝參數(shù)等。根據(jù)這些因素來精確計算脫模力是相當困難的，所以下面根據(jù)主要影響因素進行粗略計算。 當塑件包緊型芯時，由于型芯一般具有脫模斜度，故在脫模力的作用下，塑件對型芯的正壓力降低了sinɑ,這時摩擦阻力為： = ( -sinɑ ) 式中 ——摩擦阻力（N）； ——摩擦系數(shù),查表得 = 0.6 ； ——因塑件收縮產(chǎn)生對型芯的正壓力（N）； ——脫模力（N）； α ——脫模斜度，因為材料是PC/Abs，所以取α=2° 根據(jù)受力圖列出力的平衡方程式為： = 0 即 cosɑ--sinɑ= 0 將上式代入= ( -sinɑ ) 可得： = 其中 ——因塑件收縮產(chǎn)生對型芯的正壓力（N），=pA P ——因塑件收縮對型芯產(chǎn)生的單位正壓力（MPa）,一般p=12～20MPa,薄壁件取小值，厚壁件取大值，所要生產(chǎn)的塑件比較薄，故取p=14MPa； A ——塑件包緊型芯側(cè)面積。 直接使用UG 的測量功能，測出塑件包緊型芯側(cè)面積 A＝765.26 mm2 本設計采用頂桿脫模機構，選用了直徑為4的頂桿，如下圖所示： 圖4-4 頂桿分布圖 冷料井設計由于注塑機噴嘴與冷模具接觸降溫，致使噴嘴前端常存有一段低溫料，為除盡這段冷料，在主流道對面一般設有冷料井，使冷料不進入分流道和型腔。臥式注塑機用模具的冷料井設在與主流道末端相對應的動模上。其底部或四周常作曲折的鉤形或側(cè)向凹槽，是冷料井在分模時能將主流道凝料從主流道中拉出留在動模上。 圖4-5 拉料桿上冷料井的形狀尺寸 4.3 復位機構的設計 為了使推出零件在合模后能回到原來的位置，推桿推出機構中通常還設有復位機構。本設計采用彈簧復位，利用彈簧的彈力使脫模機構復位。如下圖所示： 圖4-6 復位桿與復位彈簧 4.4 排氣系統(tǒng) 型腔內(nèi)氣體的來源，除了型腔內(nèi)原有的空氣外，還有因塑料受熱或凝固而產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。塑料溶體向注射模型腔填充過程中，必須要考慮把這些氣體順利排出，否則，不僅會引起物料注射壓力過大，溶體填充型腔困難，造成充不滿模腔，而且，氣體還會在壓力作用下滲進塑料中，使塑件產(chǎn)生氣泡，組織疏松，熔接不良。 由于前蓋和后蓋都屬于復雜模具，所以它們都采用排氣槽排氣，排氣槽一般開設在型腔最后被填充的地方，同時也利用型芯、頂桿、鑲拼件、分型面等的間隙排氣，達到充分排氣的目的。 4.5 導向機構的設計 合模導向裝置是保證動模和定模合模時正確定位和導向的裝置，本設計采用導柱導向裝置，主要零件為導柱和導套。 導向機構的作用 （1） 導向作用。 （2） 定位作用。 （3） 承受一定的側(cè)壓力。 （4） 承載作用。 （5） 保持機構的運動平穩(wěn)。 導柱是與安裝在另一半模上的導套相配合，用以確定動模和定模的相對位置，保證模具運動導向精度的圓柱形零件。 導套是與安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動模和定模的相對位置，保證模具運動導向精度的圓套形零件。 因為前蓋與后蓋的體積相差不大，所以它們采用相同的模架，因此，它們采用相同的導向機構。由于模架的尺寸為400×400，所以本設計選用直徑為30的導柱，然后選用相對應的導套，其結(jié)構如下圖所示： 圖4-7 導柱與導套 4.6 冷卻系統(tǒng)的設計 在注射過程中，開始注射時模具是冷的，由于注入型腔內(nèi)的塑料溫度的影響，模具溫度逐漸升高。根據(jù)注射的成型材料不同，模具的溫度也不同。由于成型要求模具有一定的溫度，模溫過高或過低都會影響塑件質(zhì)量，產(chǎn)生縮孔，變形等缺陷。所以，模具設計時必須考慮冷卻或加熱裝置來調(diào)節(jié)模具的溫度。成型時若料溫不足，為了使模具達到成形要求的模溫，一般應考慮加熱裝置；當料溫使模溫超過成形要求時，則應考慮冷卻裝置。 在模具設計中，設置冷卻裝置的目的，一是防止塑件脫模變形；二是縮短成型周期；三是使結(jié)晶性塑料冷凝形成較低的結(jié)晶度，以得到柔軟性、擾曲性、伸長率較好的塑件。 冷卻形式一般在型腔、型芯等部位合理地設置通水冷卻水路，并通過調(diào)節(jié)冷卻水流量及流速來控制模溫。 本設計采用循環(huán)式冷卻水路，這樣對型腔和型芯的冷卻效果較好。水孔邊離型腔距離為15mm，因為如果距離太近的話冷卻不易均勻，太遠的話效率就近。水孔直徑設計為10mm。水路排布如下圖所示： 圖4-8 水路排布圖 第五章 塑料注射機的校核 第五章 塑料注射機的校核 5.1 最大注射量的校核 塑件的體積（包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)）應小于注射機的最大注射容量，其關系按下式校核： ——塑件和澆注系統(tǒng)的體積總和（cm3） ——注射機最大注射量（cm3） 計算出注射機的最大注射量 式中 ——注射機理論注射量（cm3） ——射出系數(shù)，實際生產(chǎn)中常取0.7～0.9，本設計取0.8。 所以， 塑件的體積：＝4.87 cm3 澆注系統(tǒng)的體積等于澆口套里面的澆道體積加上型腔內(nèi)的澆道體積。 因為澆口套式由一個短圓柱和一個長圓柱組成的，所以很容易算得兩個圓柱得體積總和為11.97 cm3，利用Pro/E的測量功能，測得澆口套的體積為11.52 cm3，所以澆口套里面的澆道體積為＝11.97－11.52＝0.45 cm3。 型腔內(nèi)的體積可以由鑄模的體積減去塑件的體積，所以，算得體積為＝5.0035－4.87＝0.1335 cm3 則澆注系統(tǒng)體積＝+＝0.45＋0.1335＝0.5835 ， 所以塑件和澆注系統(tǒng)的體積總和＝＋＝5.4535 最大注射量的校核公式為 ， 前蓋：＝5.4535 ， ， 所以，注射量符合要求。 5.2 最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為它的最高壓力，應該大于注射機成形時所需調(diào)用的注射壓力，即 ， 式中，——注射機的額定注射壓力，查表得，＝1500×Mpa ——塑件成形時所需的注射壓力，查表得，＝900×Mpa ——安全系數(shù)，一般?。?.25～1.4，本設計?。?.3。 代入數(shù)字，算得 ＝1500×Mpa ＝900××1.3＝1170×Mpa 所以，最大注射壓力符合要求。 5.3 鎖模力的校核 鎖模力是注射機的合模裝置對模具的最大鎖緊力，其作用是防止注射成形時，模具分型面張開。 注射機的鎖模力應大于模腔內(nèi)塑料熔體的壓力產(chǎn)生的張開模具的力，即 式中 F——鎖模力，其大小為F＝150 KN； ——模腔內(nèi)熔體的壓力（MPa），一般取40～50MPa A——所有塑件及澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積之和。利用Pro/E的測量功能，測得前蓋 A≈1167.52 mm2，后蓋 A≈2537.68 mm2 所以 均小于注射機鎖模力150kN，所以符合要求。 5.4模具厚度H與注射機閉合高度的校核 可按下式校核： ﹥ H ﹥ 式中 ——注射機允許最大模厚（=180mm）； ——注射機允許最小模厚（=100mm）。 其中， ＝20+40+40+10+40+20＝170mm 式中 為定模板厚度， 為定模套板厚度 ， 為動模套板厚度 為動模支撐板厚度， 為墊塊厚度， 為動模板厚度 因為180 ﹥170 ﹥ 100，所以能滿足要求。 5.5 開模行程校核 注射機開模行程應大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，即滿足下式： ≥++（5～10） 式中 ——注射機模板行程（=120mm）； ——脫模距離；=40mm ； ——包括流道凝料在內(nèi)的制品高度，前蓋和后蓋均約為=50mm 。 則 ++10=40+50+10=100﹤120，所以能滿足要求。 總 結(jié) 總 結(jié) 本文的目的是綜合運用所學的知識來完成注塑模具的設計，增強我們分析、解決實際問題的能力。圍繞這個目的，主要完成了一下幾個方面的工作。 1、設計的基礎是熟練應用UG、Auto-CAD等工程軟件進行產(chǎn)品、模具的設計，為此在設計之前我已經(jīng)學習并熟練掌握了UG、Auto CAD軟件，設計三維建模和模具總裝圖和相關零件圖的設計都是先用UG來完成的。 2、在設計過程中，本著合理，優(yōu)化設計的思想。通過分析型腔結(jié)構，這樣兼顧了ABS的精度要求和產(chǎn)品的生產(chǎn)率。在表面不會產(chǎn)生大的變形。推出機構既保證了塑件的順利脫模，又簡化了模具的結(jié)構，便于工人的加工生產(chǎn)。 3、模具的整體結(jié)構緊湊，小巧，節(jié)約了成本，型腔、型芯材料選用優(yōu)質(zhì)模具鋼,性能優(yōu)越，經(jīng)久耐用。 雖然本設計已順利完成，但在模具技術，金屬材料的飛速發(fā)展的今天。本課題還可以在很多方面進行改進和提高如： 設計更為合理的多型腔的型腔分布，提高產(chǎn)品生產(chǎn)率。 選用更加優(yōu)質(zhì)的型芯、型腔材料，提高成型部件的使用率。 設計出更先進的模具結(jié)構，提高生產(chǎn)的自動化程度。 總之，本次設計所采用的設計思想和開發(fā)方法，在注射模具設計領域還是很有實用的，隨著技術的發(fā)展,模具行業(yè)也仍將具有更加廣闊的前景。但，在本次設計中的一些計算、校核等所涉及的經(jīng)驗值大大欠缺，給設計帶來一定的捆擾，同時本次設計也是本人和同學們的首次設計成果其中必定存在著不少的缺點和漏洞，有待以后不斷地總結(jié)和積累大量的知識，用以不斷提高自己的專業(yè)水平。望老師們給予指導斧正。 參考文獻 參考文獻 [1] 李學峰 《模具設計與制造實訓教程》 化工工業(yè)出版社 北京 2004年 [2] 鄒繼強 《塑料制品及其成型模具設計》 清華大學出版社 北京 2004年 [3] 屈華昌 《塑料成型工藝與模具設計》 機械工業(yè)出版社 北京 1995年 [4] 王新華 《沖模設計與制造使用計算手冊》 機械工業(yè)出版社 北京 2003年 [5] 黃毅宏 《模具制造工藝》 機械工業(yè)出版社 北京 1999年 [6] 楊占堯 《塑料模具典型結(jié)構設計實例》 化工工業(yè)出版社 北京 2008年 [7] 伍先明 《塑料模具設計指導》 國防工業(yè)出版社 北京 2006年 致 謝 致 謝 本次畢業(yè)設計是在導師史清衛(wèi)老師的精心指導之下完成的。在畢業(yè)設計期間，從資料的收集，手機的模具設計，工藝分析，圖紙繪制，到最后的畢業(yè)論文的完成，無不凝聚著史老師的心血。在我碰到困難的時候，他們的細心開導和指引，讓我很快就找到解決問題的方法。如果沒有史老師的指導，我的畢業(yè)設計就不會那么順利的完成。同時，史老師嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，平易近人的性格，讓我從中學到了很多做人的道理，同時也為即將走進社會的我樹立了一個好榜樣。在此，謹向?qū)熓非逍l(wèi)老師致以最真誠的感謝。 在整個畢業(yè)設計的過程中，我碰到了許許多多的問題，除了老師們的指導之外，同學們也給予了很多幫助。雖然他們也在努力地做著他們地畢業(yè)設計，但是每當我向他們求助地時候，他們總會積極地幫助我。所以，在此對那些無私幫助過我的同學們致以崇高的敬意。 由于知識水平的關系，設計中必然會存在著很多的不足之處，在此希望各位老師同學們給予批評指導!最后，再次感謝在設計過程中幫助過我的每一位老師和同學。謝謝！ 30