小米2手机外壳设计

小米2手机外壳设计 (高等教育自学考试) 本科生毕业设计(论文)任务书 机械工程学院 办学点 模具设计与制造 专 业 模具(2) 班 设计(论文)目:小米2手机外壳设计 完成期限: 自 2013年12月28日 至 2014 年 3 月 12日 止 指 导 教 师 杨 晶 办学单位负责人 批 准 日 期 学 生 陈焕周 接受任务日期 2013.12.28 注:1. 本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。 2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印。 一、设计(论文)原始依据(资料) 1、塑件制品的性能要求: (1)制品的外表面要光洁平整，无飞边毛刺及明显的熔接痕; (2)制品的强度和刚度要满足其使用要求; (3)制品的尺寸精度要满足图纸要求。 2、生产纲领 :大批量生产 3、塑件制品的材料:ABS(苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚树脂) 4、塑件制品的收缩率:0.5 % 5、塑件产品工程图: 二、设计(论文)内容和要求:(说明书、专题、绘图、试验结果等) 1.设计内容: 1) 产品。 2) 成型零件设计。 3) 型腔分布与模具材料选择。 4) 浇注系统设计。 5) 注射机选择与参数校核。 6) 侧向分型与抽芯机构的设计。 7) 制品的脱模设计。 8) 冷却系统的设计。 9) 模具动作过程。 2.设计要求: 1) 完成20000字左右。 2) 模具装配图(用AutoCAD绘制) 3) 动模型腔板、定模型腔板图(用AutoCAD绘制) 4) 动模型芯板、定模型芯板图(用AutoCAD绘制) 5) 顶杆，紧固螺钉，浇口，衬套等图 (用AutoCAD绘制) 6) 尽量选用标准模架，在保证生产率和质量的同时，力求降低模具成本和使用 寿命。 7) 为了降低成本，可根据实际模具结构选择非标模架。 8) 在保证模具强度的前提下，注意外形美观和各部分协调。 天津大学高等教育自学考试本科生毕业设计开题报告 课题名称 小米2手机外壳设计的模具设计 学院名称 天津大学机械工程学院 专业名称 模具设计与制造 学生姓名 陈焕周 指导教师 杨晶 1. 选题的意义 塑料注射成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法。其基本工艺路线是塑料原材料经注射机熔融塑化并注入模具，在模具中固化后脱模成为制品。随着高分子材料科学的进步，各种具有特殊优越性能的功能性工程塑料不断被开发出来，逐步替代了金属、木材等传统材料。广泛应用于航空、航天、汽车、家电、电子、建筑、水利灌溉、家居民用等国民经济各个领域，直接或间接地影响着我们的生活。目前采用注射成型工艺生产的塑料制品总量约占塑料制品总量的20,,30,。注射棋具在注射制品成型中起着极其重要的作用。除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺优越性，扩大注塑制品应用的首要问题。 2. 国内外发展状况 美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。据1991年统计，日本模具工业已实现了高度的专业化、标准化和商品化，在全国一万多家企业中，生产塑料模占40%;新近统计的韩国模具工业情况表明，生产塑料模的占43.9%;新加坡全国有460家企业，60%生产塑料模。九十年代，中国的塑料模具制造业在东南沿海逐渐兴起，并逐步向北部和内地扩展。模具制造精度和手段也在日益进步和提高，从业人员大幅增加。出现了一大批知名的模具企业，造就了很多模具方面的人才。而今中国的模具行业正处于一个上升时期，国家重视培养这方面的高级技能性人才并从政策上给与模具制造业一定的倾斜。综上所述可以看出，由于塑料成型工业的发展，到目前为止，塑料模具已处于一个非常重要的地位。 3. 本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤 1) 分析制件并收集相关资料; 2) 利用PRO5.0绘制制件三维造型图; 3) 利用PRO5.0对其进行分模 4) 确定注塑机的型号; 5) 具体设计模具的各部分; 6) 绘制模具装配图和零件图; 7) 校验结构准确性与可行性; 8) 撰写说明书; 9) 完成整套模具设计。 4(参考书目: [1] 马金骏 编著，塑料模具设计，北京，中国科学技术出版社，1994 [2] 李建军，李德群主编 (模具设计基础及模具CAD [M](机械工业出版社，2005( [3] 邓明等编著(现代模具制造技术[M](化学工业出版社，2005( [4] 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社，1995 [5] 彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社，1993 [6] 唐志玉. 模具设计师指南. 国防工业出版社，1999 [7] 《塑料模设计手册》编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社，1994 [8] 贾润礼，程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社，2000 [9] 廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社，1991 [10] 黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社，1999 [11] 模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社，1996 [12] 冯炳尧，韩泰荣，蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社，1998 [13] 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社，1990 选题是否合适:是? 否? 课题能否实现:能? 不能? 指导老师(签字 ) 年 月 日 选题是否合适:是? 否? 课题能否实现:能? 不能? 审题小组组长(签字) 年 月 日 目 录 第一章 注塑模具设计的主要内容 ............................. 2 第二章 塑件的成形工艺性分析 .............................. 10 第三章. 注塑机选择 ........................................ 14 第四章 模具结构设计 ....................................... 9 4.1.拔模斜度的设定 ............................................. 10 4.2壁厚的设定.................................................. 10 4. 3腔数确定以及布局........................................... 11 4.4设置收缩率.................................................. 12 4.5创建模具工件................................................ 13 4.6创建分型面.................................................. 14 4.7抽取模具元件................................................ 15 4.8浇注系统设计................................................ 15 4.9创建铸模.................................................... 16 4.10模拟开模................................................... 17 4.11冷却系统设计............................................... 19 4.11.1母模仁冷却水线设计 ...................................... 19 4.11.2公模仁冷却水线设计 ...................................... 19 第五章. 模架的确定和标准件的选用 .......................... 19 第六章 合模导向机构的设计 ................................ 21 第七章. 成型零件的设计 .................................. 23 参考文献......................................................................................................................................... 29 摘 要 塑料制品具有原料来源丰富，价格低廉,，性能优良等特点。它在电脑、手机、 汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应 用极其广泛。注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形 是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆 作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固 阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。本论文分析了盒盖的结构和工艺特点， 并综合考虑制件的材料提出了制件的成型。有针对性地制定了模具设计制造 工艺方案，简化了设计结构。并利用Pro/E软件对模具进行分模设计，提高了模 具设计制造效率及准确性。 关键词:盒盖;注塑模;分型面;模具结构 ABSTRACT Plastic products with rich sources of raw materials, low prices, excellent performance, etc.. It plays an irreplaceable role in the computer, mobile phone, automobile, motor, electrical, instrumentation, home appliances and communication products manufacturing, the application is extremely broad. Injection molding is the main method of forming thermoplastic parts, 1 so a wide range of applications. The plastic injection molding is the raw material into the barrel through the heating and melting, making the high viscosity of the fluid, the plunger or screw as pressure tool, cavity melt through the nozzle into the higher pressure in the mold, after cooling,the solidification stage, and then ejected from the mould, a plastic products. This paper analyzes the structure and characteristic of the box, and put forward molding for parts considered the workpiece material. To formulate the mold design and manufacturing process, simplifies the design structure. And the mold die design using Pro/E software, improvethe efficiency and accuracy of the mold design and manufacturing. Keywords:cover;injection mold;parting surface;die structur 第一章. 注塑模具设计的主要内容 根据塑料熔成型性能和流动特性,分析得出在保证塑件的成型质量,满足型 腔良好的排气效果的前提下,克服塑料熔体因热量损失和压力过大所引起的成型 缺陷,从而缩短成型周期,提高成型质量,使塑件获得良好的成型质量。 依据塑料熔体的热学性能数据分析,分析得出保压和冷却过程中塑件温度， 解决塑件收缩、补缩问题，尽量减少由于温度和压力不均、结晶和取向不一致而 造成的残余内应力和翘曲变形。同时还要尽量提高冷却效率，缩短成型周期。 塑件横向分型抽芯的问题，通常可通过经验和理论计算分析来解决。决定塑 件的分型面，决定型腔的镶拼结合。模具的总体结构和零件的形状不但要满足充 模和冷却等工艺方面的要求，同时成型零件还要具有适当的精度、粗糙度、强度 2 和刚度，易于装配和制造，制造成本低。 第二章.塑件的成形工艺性分析 2.1塑件材料的选择及其结构分析 1、塑件(手机外壳)模型图 2、塑件材料的选择:选用ABS(即丙烯腈,丁二烯,苯乙烯共聚物)。 3、色调:白色。 4、生产批量:大批量。 5、塑件的结构与工艺性分析: (1)结构分析 塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度;由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。 (2)工艺性分析 精度等级:采用5级低精度 脱模斜度:塑件外表面 40?,1?20? 塑件内表面 30?,1?(脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为 3 准。) 2.2 ABS的注射成型工艺 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 ABS的注射成型工艺参数 2、 (1)注射机:螺杆式 (2)螺杆转速(r/min):30——60(选30) (3)预热和干燥:温度(?C) 80——85 时间 (h) 2——3 (4)密度(g/ cm?):1.02——1.05 (5)材料收缩率(?):0.3——0.8 (6)料筒温度(?C):后段 150——157 中段 165——180 前段 180——200 (7)喷嘴温度(?C):170——180 (8)模具温度(?C):50——80 (9)注射压力(MPa):70——100 (10)成形时间(S):注射时间 20——90 高压时间 0——5 冷却时间 20——120 总周期 50——220 (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) 2——4 2.3 BS性能分析 1、使用性能: ?综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。 ?耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。 ?水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。 ?尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调 色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。 4 2、成型性能: ?无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。 ?吸湿性强，含水量应小于0.3,，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。 ?流动性中等，溢边料0.04mm左右(流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)。 ?比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高)。料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250 ?C左右比聚苯乙烯易分解)，对要求精度较高的塑件，模温宜取 50——60 ?C，要求光泽及耐热型料宜取 60——80 ?C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180——230 ?C，注射压力为 100——140 MPa，螺杆式注塑机则取 160——220 ?C，70——100 MPa为宜。 ?易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹(但在热水中加热可消失)。 ?ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1 ?以上。 ?在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。 3、ABS主要技术指标: 表1-1 热物理性能 -1-1密度(g/ cm?) 1.02—1(05 比热容(J?kgK) 1255—1674 导热系数 线膨胀系数 13.8—31.2 5.8—8.6 -1-1-2-5-1(W?m?K×10) (10K) 滞流温度(?C) 130 表1-2 力学性能 屈服强度(MPa) 50 抗拉强度(MPa) 38 断裂伸长率(,) 35 拉伸弹性模量(GPa) 1.8 抗弯强度(MPa) 80 弯曲弹性模量(GPa) 1.4 抗压强度(MPa) 53 抗剪强度(MPa) 24 无缺口 261 冲击韧度 布氏硬度 9.7R121 (简支梁式) 缺 口 11 表1-3 电气性能 5 1314表面电阻率(Ω) 1.2×10 体积电阻率(Ω?m) 6.9×10 6击穿电压(KV/mm) \ 介电常数(10Hz) 3.04 6介电损耗角正切(10Hz) 0.007 耐电弧性(s) 50—85 2.4 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施: 主要缺陷:缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高(连续工作温度为70?C左右热变形温度约为93?C)、耐气候性差(在紫外线作用下易变硬变脆)。 消除措施:加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。 第三章注塑机型号的确定 除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。 3.1有关塑件的计算 1、体积 = 1.0602770 (cm?) 2曲面面积 = 2.1390583 (cm) 密度 = 1.05 (g/ cm?) 质量 =1.1132908 (g) 3.2 注射机型号的确定 根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60(卧式)型注塑机。 SZ-60/40(卧式)型注塑机的主要技术规格如下表: 表 3-1 注塑机的主要参数 理论注射容积(cm?) 60 螺杆直径(mm) 30 6 注射压力(MPa) 180 注射速率(g/s) 70 塑化能力(g/s) 35 螺杆转速(r/min) 0—200 锁模力(kN) 400 拉杆有较距离(mm) 220×300 移模行程(mm) 250 模具最大厚度(mm) 250 模具最小厚度(mm) 150 锁模形式 双曲肘 模具定位孔直径(mm) ,80 喷嘴球半径(mm) SR10 喷嘴口孔径(mm) ,3 模板尺寸(mm) 200×315 3.3 注射机及型腔数量的校核 1、主流道的体积约为: 2 V(cm?) = 3.14×0.63×2.5 = 3.988 2、分流道与浇口的体积约为: V(cm?) = 13×1.1304 = 14.6952 3、该模具总共需填充塑件的体积约为: V(cm?) = 2 × 3.9420934 + 3.988 + 14.6952 = 26.5672 3.4 注射机及参数量的校核 1、注射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。 在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即 V = nV + Vzj 或 M = nm + mzj 式中 V(m)——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm?或g); n ——型腔数目 V(m)——单个塑件的容量或质量(cm?或g)。 zz V(m)——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm?或g)。 jj 故应使 nV + V ? 0.8Vzjg 或 nm + m ? 0.8m zjg 式中 V(m)——注射机额定注射量(cm?或g)。 gg 根据容积计算 nV + V = 26.5672 ?0.8V zjg 7 可见注射机的注射量符合要求 2、型腔数量的确定和校核 型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。 可根据注射机的最大注射量确定型腔数n Kmm,2Nn, m1 式中 K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8; m——注射机允许的最大注射量; N m——浇注系统所需塑料的质量或体积(g或cm?); 2 m——单个塑件的质量或体积(g或cm?)。 1 所以需要 0.86018.6832，,n,,8 3.942 n=2 符合要求 3、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系: nA + A ， A 12 2式中 A——注射机允许使用的最大成型面积(mm) 其他符号意义同前。 注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即: (nA + A)p ， F 12 式中符号意义同前。 所以需要 2×40×95+9×80=83200，A 2查得ABS的平均成型压力为30(cm/MPa) (2×4×9.5+0.9×8)×30=83.2×30=2.5，F 符合要求 4、最大注射压力校核 8 注射机的额定注射压力即为它的最高压力p,应该大于注射机成型时所调max用的注射压力，即: p，Kp max0很明显，上式成立，符合要求。 5、模具与注射机安装部份的校核 喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹 下的球面半径相适应。 模具厚度 模具厚度H(又称闭合高度)必须满足: H，H，Hminmax 式中 H——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距; min H——注射机允许的最大模厚。 max 注射机允许厚度 150，H，250 符合要求。 6、开模行程校核 开模行程s(合模行程)指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机 的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模: S ? s = H + H + 5—10mm max12式中 H——摧出距离(脱模距离)(mm); 1 H——包括浇注系统凝料在内的塑件高度(mm)。 2 开模距离取 H = 20 1 包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H = 40 2 余量取 8 则有: S ? s = 20+20+28 =68 max 符合要求。 9 第四章模具结构设计 如图1所示盒盖零件为这次设计的对象 。 4.1.拔模斜度的设定 由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧包模具中的型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模(及轴芯)方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。表1 为塑件脱模斜度推荐值. 根据此塑件材料采用的是ABS，因此查阅下表可得型腔拔模斜度推荐值为40′,1?20′，型芯的拔模斜度推荐值为35′,1?。因为该塑件的高度并不是很大，因此拔模斜度要求不需很大，为了保持塑件的外形，所以在此采用最小值型腔为 10 40′，型芯为35′。 斜 度 塑 料 名 称 型 腔 型 芯 聚酰胺(尼龙) 25′,40′ 20′,40′ 聚乙烯(PE) 25′,45′ 20′,45′ 聚苯乙烯(PS) 35′,1?30′ 30′,1? 聚丙烯(PP) 25′,45′ 20′,45′ ABS 40′,1?20′ 35′,1? 聚碳酸脂(PC) 35′,1? 30′,50′ 聚甲醛(POM) 35′,1?30′ 30′,1? 塑件脱模斜度推荐值 表1 4.2壁厚的设定 壁厚根据塑件使用要求(强度、刚度)和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定。壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难;壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡、缩孔等不良现象。要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形及开裂。当然，在实际设计中，要求壁厚完全均匀一致是不可能的，只能要求在厚壁与薄壁交界处避免有锐角，过渡要缓和，厚度应沿着塑料流动的方向逐渐减小。塑件壁厚一般在1mm,6mm范围内，常用值为2mm,3mm，通常随塑料种类及塑件大小而定。 而此塑件因为是一椭圆状零件，主要的塑料部分在于中间部分都是掏空的，因此塑件各部分都是很薄的，所以在此采用常用值2mm,3mm。 塑料种类 最小壁厚mm 最大壁厚mm 推荐壁厚mm 聚酰胺(PA) 0.45 2.6 2 聚乙烯(PE) 0.6 2.6 1 11 聚苯乙烯(PS) 0.75 2.6 0.75 聚丙烯(PP) 0.85 2.75 2.5 ABS 0.75 3.0 2.3 聚碳酸脂(PC) 0.95 2.8 2.8 聚甲醛(POM) 0.8 2.6 2.6 表二、塑件推荐壁厚 4. 3腔数确定以及布局 一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构;对于精度要求不高的小型塑件(没有配合精度要求)，形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。 该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构。 图2 型腔分布 4.4设置收缩率 设置收缩率的目的是为了保证零件的尺寸精度，对根据本零件制品的性质以及经 12 济性选用比较广泛的ABS为本零件制品的材料，其收缩率为0.4%~0.7%。因此零 件制品尺寸不大，所以在此选择收缩率为0.5%。设置如下图3 13 图3 收缩率设置 4.5创建模具工件 单击工具栏中自动工件按钮，由于零件尺寸不大，在统一偏移量处设置为20mm，完成自动工件的建立，如图4所示。生成的自动工件以透明状显示。 图4 工件创建 14 4.6创建分型面 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则: 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。 从塑件结构上我们不难看出在塑件在外观上比较简单,综上原则考虑分型面为单分型，分型体积块的创建，如图5 图5 分型体积块创建 15 4.7抽取模具元件 公母模仁体积块分割完成后将开始对体积块进行抽取，体积块在未抽取之前是以曲面的形式显示在工作窗口，抽取才会变成实体。 抽取后生成了公模仁和母模仁两个文件，分别如图8图9 图8 公模仁 图9 母模仁 4.8浇注系统设计 浇注系统设计是注塑模设计中的重要问题之一。浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴流向型腔的通道，它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑件的内在和外观质量，它的布置和安排影响着塑件成型的难易程度和模具的复杂程度。对浇注系统设计的具体要求有: (1) 对模腔的填充迅速有序。 (2)可同时充满各个型腔。 (3)对热量和压力损失较小。 (4)尽可能消耗较少的塑料。 (5)能够使型腔顺利排气。 (6)浇注系统凝料容易与塑件分离或切除。 16 (7)不会使冷料落入型腔。 (8)浇口痕迹对塑件外观影响很小。 浇口系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井等四部分组成。 由于本零件尺寸不大，为椭圆形，要保证外表面的光洁度，采用的是一模一腔的布局形式。为了保证零件表面的质量，故选用小水口浇注系统。单创建主流道分布在塑件的内表面。 符号 名称 尺寸 注射机喷嘴直径d 主流道大端直径 +(0.5-1) SR 主流道球面半径 喷嘴球面半径+(1-2) h 球面配合高度 3-5 a 主流道锥角 ? 2? L 主流道长度 mm 50 D 主流道小端直径mm 3 创建的流道特征如图10。 图10 流道创建 4.9创建铸模 为检测模具设计的合理性，利用铸模特征进行检测。创建后的铸模特征如图11。 17 图11 创建铸模 4.10模拟开模 单击工具栏中模拟开模按钮，移动距离为都为100mm，模具的模拟开模操作 完成后如图12。 图12 模拟开模 18 4.11冷却系统设计 完成了模具零件的拆分和浇注系统的创建后，接着开始对模具的冷却系统进行设计。冷却系统在模具中的主要作用是冷却型腔中的塑胶制品，使高温熔融的塑胶零件能迅速冷却，降至常温状态下。 4.11.1母模仁冷却水线设计 母模仁结构简单，在设计冷却水线时应避开浇注系统且比较靠近塑件。根据本零件大小，查参考文献，为使冷却水处于湍流状态，水道截面直径尺寸取6mm;末端截面直径尺寸取6mm,长165mm，宽120mm。创建完成的冷却水道如图13。 图13 母模仁冷却水道 19 4.11.2公模仁冷却水线设计 在设计冷却水线时应避开浇注系统且比较靠近塑件。根据本零件大小，查参考文献，与母模一样设计即可如图14. 图14 公模仁冷却水道 第五章. 模架的确定和标准件的选用 在学校作设计时，模架部分要自行设计;在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。 模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核 20 所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准模架 L，其中L取315mm，可符合要求。 200× 模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模固定板要用销钉定位;动、定模固定板之间通过导向零件定位;脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位;模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位;动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位;垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位;顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉;模具外表面尽量不要有突出部分;模具外表面应光洁，加涂防锈油。 两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。 5.1定模固定板(定模座板)(250315，厚25mm) ， 主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合; 通过6个ø10的内六角螺钉与定模固定板连接; 定模垫板通常就是模具与注射机连接处的定模板。 5.2定模板(200315，厚25mm) ， 上面的型腔为整体式; 有四个型芯固定孔; 其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合。 5.3、动模固定板(250315，厚25mm) ， 用于固定型芯(凸模)、导套。为了保证凸模或其它零件固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230,270HB; 导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配和; 型芯孔与其为H7/m6过渡配合。 5.4、动模板(200315，厚32mm) ， 21 其注射机顶杆孔为ø50mm; 其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。 5.5、动模垫板(又称支承板)(200315，厚32mm) ， 垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，因此它要具有较高的平行度和硬度。一般采用45钢，经热处理235HB或50钢、40Cr、40MnB Q275。还起到了支承板的作用，其要承受成型压等调质235HB，或结构钢Q235, 力导致的模板弯曲应力。 5、6垫块(40315，厚63mm) ， 1、主要作用:在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。 2、结构型式:可为平行垫块、拐角垫块。(该模具采用平行垫块)。 3、垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。 4、垫块的高度计算: h=h+h+h+Δ 垫块推出距离推板推杆固定板 =15+16+20+12 =63(mm) 式中 Δ—顶出行程的余量，一般为5,10mm，以免顶出板顶到动模垫板。 5、模具组装时，应注意左右两垫块高度一致，否则由于负荷不均匀会造成动模板损坏。 5.7推杆固定板(118315，厚16mm) ， 固定推杆。 八、推板(118315，厚20mm) ， 第六章.合模导向机构的设计 注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间 22 的精密对中定位。 6.1机构的功用 1、导向机构的功用 ? 定位作用; ? 导向作用; ? 承载作用; 保持运动平稳作用。 ? 2、定位机构的功用 对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。 当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。 此模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。 6.2导向结构的总体设计 1、导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止导柱和导套压入后变形; 2、该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置; 3、该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上; 4、为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角; 5、各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行; 6、在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏; 7、当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 6.3导柱的设计 1、该模具采用带头导柱，且不加油槽; 2、导柱的长度必须比凸模端面高度高出6,8mm; 3、为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分; 4、导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度(该导柱直径由标准模架知为ø20; 23 5、导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合; 6、导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm; 7、导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。 6.4导套的设计 1、结构形式:采用带头导套(?型)，导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度; 2、导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气; 3、导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板; 4、导套材料可用淬火钢或铜(青铜合金)等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 6.5导柱与导套的配合形式 导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如下图所示: 图 7-1 导柱与导套的配用 第七章.成型零件的设计 24 成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。 模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏;也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。 设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。 在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 7.1成型零件的选材 对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求: 1、机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。 2、抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra?0.05μm。要求钢材硬度在HRC35,40为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。 3、耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期 25 保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。 4、具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。 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，再依照上述标准，故笔者在设计成型零件(凹模)中选用了镜面钢PMS。 PMS(10Ni3CuAlVS)的供货硬度为HRC30，易于切削加工。而后在真空环境下经过500,550?，以5,10h时效处理。钢材弥散析出复合合金化学物，使钢材硬化，具有HRC40,45，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。 7.2凹模部分的结构设计 1、凹模的结构形式 凹模可由整块材料制成，制成整体式凹模。凹模位于定模板上，因为模具为一模两腔的结构，所以需要采用两个型腔。 2、凹模尺寸的计算 为计算简便起见，凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正;凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 (1)凹模径向尺寸计算 凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下: ，,z3，，，，,1，,, LSLMcps,,4，， 式中 ——凹模径向尺寸(mm); LM S ——塑件的平均收缩率(ABS收缩率为0.3%,0.8,，平均收缩率为cp 0.55%); L ——塑件径向公称尺寸(mm); s ,, ——塑件公差值(mm)(3/4项系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.5,0.8之间，取0.6); ——凹模制造公差(mm)(当尺寸小于50mm时，δ=1/4Δ;当塑件尺,zz 寸大于50mm时，δ=1/5Δ); z ——塑料的最小收缩率(,)。 Smin 凹模长度尺寸计算为: ，0.12，0.12,,，，L,1，0.55%，95,0.6,94.9225 M 26 凹模宽度尺寸计算为: ，0.12，0.12 ,,，，L,1，0.55%，40,0.6,39.62M 2)凹模深度尺寸计算 ( 凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下: ，,z2，，，， ,1，,,HSHMcps,,3，， 式中 ——凹模深度尺寸(mm); HM ——塑件高度公称尺寸(mm); Hs , 2/3项，有的资料介绍系数为0.5; 其他符号意义同上。 ，0.1，0.1z ,,，，H,1，0.55%，12,0.5,11.566M (3)中心距尺寸计算,公式如下 ,z，，1,, L,，SL,Mcps2 ——模具中心距尺寸(mm); LM L——塑件心中距尺寸(mm)。 s 所以 ,,，，L,1，0.55%，50,0.05,50.275,0.05M 7.3凹模的机加工工艺 表 10-1 凹模的机加工工艺 序工序名加工内容及要求 设备 号 称 1 下料 根据模板形状下料 锻坯料至尺寸长315、宽200、2 锻造 厚30mm 划线、打样冲4个沉头孔的中3 划线 钳工台 心 4 钻孔 钻两个,16、两个,20的孔 钻床 将,16的孔从上表面钻,5 钻孔 钻床 22、深15 6 铣削 以孔定位铣出型腔的外形 铣床 7 刨削 精刨上下面使厚度为26mm 刨床 27 8 钻孔 钻两型腔中间,6的孔 钻床 钻旁边侧抽芯孔到位尺9 钻孔 钻床 寸 10 热处理 淬火，表面硬度达54,58HRC 平面磨11 磨削 粗磨底面，使厚为25.5mm 床 精磨上表面，使厚度达图纸要平面磨12 磨削 求 床 7.4凸模部分的结构设计 1、凸模尺寸的计算 (1)凸模径向尺寸计算 凸模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下: 3，， ，，,1，，,LSLMcps,,4，，,,z ——型芯径向尺寸(mm); LM ——型芯的制造公差(mm); ,z 其他符号意义同上。 凸模长度尺寸计算为: ，，L,,,1，0.55%，93，0.6,94.1115M,0.12,0.12凸模宽度尺寸计算为: ，，L,,,1，0.55%，38，0.6,39.8145M,0.1,0.1(2)凹模深度尺寸计算 凸模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下: 2，，，， ,1，，,HSHMcps,,3，，,,z ——凸模深度尺寸(mm); HM H——塑件孔深度尺寸(mm); s 其他符号意义同上。 ，， H,,,1，0.55%，10，0.5,10.555M,0.1,0.1(3)中心距尺寸计算,公式如下 28 ,z，，1,, L,，SL,Mcps2 ——模具中心距尺寸(mm); LM ——塑件心中距尺寸(mm)。 Ls 所以 ,,，，L,1，0.55%，48,0.05,48.264,0.05M 参考文献 1. 唐志玉.塑料模具设计师指南.国防工业出版社,1996.6. 2. 许鹤峰，陈言秋.注塑模具设计要点与图例.化学工业出版社.1999.7 3. 陈孝康，陈炎嗣，周兴隆.实用模具技术手册.中国轻工业出版社.2001.1 4. 四川大学，北京化工大学，天津轻工业学院.塑料成形模具.中国轻工业出版 社.1982.6 5. 周炳尧等.模具设计与制造简明手册.上海科学技术出版社.1996.6 6. 林清安.PRO/ENGINEER 2000i2模具设计.北京大学出版社2001.8 29