手机保护壳注塑模具毕业设计

绪论1.1选题背景与意义随着全球经济的快速发展和产业升级，在工业和日常生活中塑料制品已经无处不在，因其自身的良好性能成为第四大工业基础材料，而注塑模具是塑料制品的重要加工装备，市场需求大，技术含量高，并且在模具市场中的占比在逐步提高，已成为制造业中不可或缺的工具，模具的质量直接影响到制造产品的精度和质量。通过本次模具设计可以使我了解和掌握模具的制造的基本过程和技巧，还能熟练设计相关的各种建模软件技巧，以及资料检索、独立思考和独立工作方面的训练，为未来在该方向的发展奠定坚实的基础。1.2国内外注塑模具发展现状就国外而言，模具发展起点早，发展速度快，制造水平先进，各种高新科技应用于模具的设计制造中，且制造行业有明确的生产制造标准，专业化强，其生产制造水平领先国内。对于国内模具发展，我国近几年来通过培养人才和引进国外技术等方法使其制造技术水平有了明显提高，结果表现在产品种类相比以前增多、注塑成型工艺有新发展和能生产一些高精度塑料模具等方面，但与发达国家还是存在不小的差距。现今国内模具主要存在以下问题[1]：（1）相关技术人才短缺。高端人才的稀缺是国内注塑模具行业发展的一个重要瓶颈。此外，在这该领域的资金投入也相对较低，对技术的发展认知还不够，为了实现注塑模具行业的转型和发展，需要培养更多的专业人才。（2）生产制造的相关设备落后。大多数企业对设备的投资不足，且注塑模具制造领域的相关专业设备比较少，制造精度不高，所生产的模具难以满足市场需求，影响了产品的质量和效率。（3）制造模具的材料选取不当。模具的寿命和模具的材料有直接关系，国内因为模具选材的不合理，导致注塑模具的使用寿命较低，生产塑件的质量和寿命都会被模具的材料所影响，难以达到高质量要求。（4）没有统一的生产制造标准，生产的模具质量参差不齐。一些企业为了节省成本，降低生产标准，致使模具生产质量不合格，阻碍国内模具的健康发展，只有制定统一的生产制造标准才能制约模具行业的健康发展。1.3注塑模具的发展趋势我国注塑模具经过近些年的发展虽取得较大进步，但相对于国外的生产制造水平，我国注塑模具的发展仍有较长的路要走，目前我国注塑模具发展趋势有以下三个方面[2]。（1）数控化和智能化。随着计算机技术和数控技术的不断发展，注塑模具也逐渐向数控化、智能化方向发展。高精度的数控机床和先进的加工技术能够大幅提升注塑模具的精度和稳定性，并且实现注塑模具自动化生产。（2）制定统一的生产标准。为了使我国注塑模具发展赶上国外步伐，就需要制定统一的标准，规范模具行业的制造生产。（3）模具制造工艺向高精度方向发展。成型尺寸小、加工精度高的产品由于市场对高精度产品的追求而成为首选，传统制造模具的技术方法已经无法满足目前市场对于高精度和高质量的需求。因此，目前主要采用制造精度较高的方法来制造模具，如微铣加工和激光加工技术等。2手机保护壳塑件成型工艺性分析2.1塑件制品分析本次设计的塑件为手机保护壳，主要作用为包裹手机保护手机表面以防磕碰损坏，右侧开槽为了音量键和熄屏键预留位置，下方开槽是为了给充电口和扬声器预留，背面两个孔位为摄像头和闪光灯孔，整体壁厚均匀。2.1.1塑件制品样图该手机保护壳外形尺寸为长165.30mm，宽76.30mm，高8.80mm，应用Solidworks计算机建模软件对塑件进行建模，三维图如下图2-1所示。图2-1塑件三维图2.1.2塑件结构和质量分析产品结构分析：该塑件为手机保护壳，包裹在手机背部，塑件结构简单，在手机掉落时能保护手机不受损坏，要求具有一定的抗冲击强度。保护壳常与手接触，还要有耐酸性和耐磨性，且安全无毒。表面质量分析：要求成型后外表面平整光滑，没有影响外观的飞边、缩水边和变形影响表面质量的缺陷。2.1.3塑件的尺寸精度分析本次设计塑件经生产制造要求和使用场景等因素综合考虑，采用公差等级为MT3，大批量生产。2.2确定塑件的材料手机保护壳常与手接触，成型材料需耐酸且绝缘，本设计选择塑件的成型材料为ABS。ABS是工业上常用工程塑料，该材料性能良好，具有高强度、高韧性、高硬度等机械性能，是一种比较坚韧的塑料材料，对弱酸、弱碱、酯类、油脂、烃类等化学物质有良好的耐性[3]，且有质量轻、表面光滑和抗冲击性强等优点，非常适合作为手机保护壳塑件的材料。ABS材料性能如表2-1所示。表2-1ABS材料性能参数参数数值密度1.05-1.08g/cm3收缩率0.3%-0.8%熔融温度164℃热分解温度300℃熔融指数2.5g/10min溢料值0.03mm2.3脱模斜度的确定此次设计中选用的塑件材料为ABS，注塑成型的制品会因为热胀冷缩产生收缩，材料收缩率比较小，在0.3％~0.8％之间，在模具设计时要确定正确合适的拔模斜度，使其在塑件脱模时不对表面造成影响，确保外观质量要求。本次设计选择1°作为本次塑件的拔模斜度。

3注塑模具的设计3.1分型面位置的确定分型面又称合模面，作用是实现从模具中顺利脱出塑件和浇筑系统凝料能够分离的接触表面。分型面的位置选择通常遵循以下几个原则[4]：（1）为了使模具开模后推出塑件便利，尽量使分型面的位置选择在塑件的最大截面；（2）注塑生产时要确保分型面不影响到塑件的质量要求，脱模不损坏塑件外观；（3）尽可能的简化模具结构，降低故障率，减少模具生产成本；（4）要利于塑件成型零件的加工和制造。本次设计模具的分型面具体位置如下图3-1所示。图3-1分型面位置3.2型腔数量的确定型腔数目的选择确定和塑件结构特点、精度、产量、浇筑系统平衡和模板尺寸等相关，且还需考虑制造费用、分流道长度和故障发生率等因素[5]。本次设计的模具塑件精度要求不高，结构较为简单，采用一模两腔设计，可以提高生产效率和降低模具的制造成本。为了在进行注塑生产时塑料熔体填充型腔时平稳有序，在型腔排布上采用对称式排布，使型腔各个部分的注塑压力平衡充分，以保证成型塑件的生产质量达到要求。排布如图3-2所示。图3-2型芯布局3.3浇注系统设计浇注系统在模具中起连接注塑机与型腔的作用，使从注塑机喷出的塑料熔体能顺着浇注系统进入型腔填充完成塑件的成型。设计合理的浇注系统能保证塑件的质量和提高生产效率，设计浇注系统时应遵循以下原则[6]：（1）注塑成型后在塑件上的浇口残留痕迹要符合塑件的表面质量要求；（2）要尽可能缩小注塑流道的截面和长度，使其降低注塑熔体的热量和压力损失，且减小塑料用量和模具尺寸；（3）要能方便稳定的推出浇筑系统凝料；（4）综合考虑生产需求，使塑件减少后处理，减少不必要工序。3.3.1主流道设计主流道是将熔融的原料从注塑机的喷嘴输送到模具中形成所需产品的重要组成部分，是在注射成型过程中物料流动的主要通道，在进行注塑时起塑料熔体引导作用，注塑生产时模具的注塑效率会受主流道的表面参数影响[7]。为了便于注塑完成后模具脱模时拉料杆能顺利拔出主流道浇注凝料，本次设计主流道为圆锥形，该流道类型使用广泛，流道的表面粗糙度应小于0.8μm。具体尺寸参数如图3-3所示。3.3.2浇口套设计一般情况浇口套分为两种，一种为浇口套和定位圈合二为一作为一个整体直接安装在模具上，另一种是浇口套和定位圈分开，安装时定位圈可以压在浇口套台阶面上，能有效防止冲模时因为型腔压力导致浇口套发生后退，影响成品质量，所以选用时应优先考虑浇口套和定位圈分开的形式[8]。本次设计的浇口套二维图如图3-3所示。图3-3浇口套3.3.3分流道和浇口设计分流道是连接主流道和浇口的通道，起引导塑料熔体进入型腔的作用。在注塑生产时塑料熔体在分流道中的流动阻力和填充压力与流道的截面形状有直接关系。在注塑成型中，分流道的设计和优化是非常重要的，它不仅能够提高产品的成型质量，还能够提高生产效率和降低成本。本次设计分流道选择平衡式分布位置，该设计可使两分流道的长度和横截面相同，以保证各型腔成型条件相同形状设置为梯形，且流道效率较高，加工简便，表面粗糙度值取Ra1.6um，直径D为7mm，高度H为4.6mm。浇口是浇注系统中最最关键的一环,其作用在于将分流道与型腔连接起来，通常设计的比较狭窄，以便注塑熔料增速和升温。浇口的设计直接影响塑件的质量[9]。本次设计的浇口类型选择点浇口，该浇口类型广泛使用，浇口去除后残留痕迹小，能有效的保证塑件的外观要求。本次设计的浇口和分流道如下图3-4所示。图3-4浇口、分流道设计3.3.4冷料穴与拉料杆的设计冷料穴是指在注塑模具中设置的空腔，位置一般选择在主流道末端，功能是防止前锋冷料在注塑生产时直接进入型腔参与塑件成型导致影响塑件成型要求的情况发生。在设计冷料穴时，直径应大于主流道大端直径以便保证物料的流动畅通[10]。因此，冷料穴在注塑成型中起着至关重要的作用，能够有效地提高塑件成型质量和生产效率。拉料杆一般设置在冷料穴下端，功能是在开模时拉出浇注系统凝料，还能提供部分作用确保成型塑件与定模分开保留在动模上，在脱模时可推出冷料穴凝固余料。本次拉料杆位置设置在冷料穴下方，采用使用广泛的Z形拉料杆，拉料杆尺寸如图3-5所示。图3-5拉料杆3.4冷却系统的设计在注塑模具生产塑件时，脱模塑件时需将熔料冷却以完成塑件的成型，而冷却的温度过高或过低都会影响到塑件的成型，所以模具设计使冷却系统的设计非常关键，否则会造成如填充不足、表面产生波纹、变形、出现裂纹和脱模不良等问题[11]。设计冷却系统时需遵循以下几个原则[12]：（1）冷却水路要尽量靠近型腔，以达到更好的冷却效果；（2）设计时尽量加大冷却孔直径和数量，使其降温均匀；（3）冷却孔应避免开设在塑件的熔接痕部位；（4）水道排列与型腔形状吻合；（5）进出水温差不宜过大。本次设计采用并联水路的方式，压力损失较小，冷却效率高，性能稳定[13],水孔直径为8mm，位置选择如下图3-6所示。图3-6冷却系统3.5排气系统的设计排气系统是在注塑时能排出型腔空气的系统，作用是防止无法排出的气体影响成型塑件质量。在设计时排气槽的尺寸要利于排气但不能发生溢料，排气槽后的导气道尽可能加深加宽，利于排气阻力减少[14]。本次设计采取模具设计中使用广泛且制造简单的排气槽排气。厚度0.020mm，排气槽后段加宽，利于排出型腔内空气，排气槽设计分布如图3-7所示。图3-7排气槽设计3.6推出机构设计推出机构是将制品和浇注系统从型腔或型芯上脱离出来的机构，作用是模具工作时进行脱模和复位，该机构的组成零件有推板、推杆和复位杆等零件。在推板下方有设置四颗限位螺丝防止在模具工作时产生异物对推板回位造成阻碍，影响模具正常工作。推出机构的设计一般遵循以下几个原则[15]：（1）结构尽可能简单可靠且强度足够，制造方便，降低成本；（2）保证塑件制品质量要求，脱模时不造成变形损坏；（3）确保制件良好的外观质量；（4）尽可能在开模时使塑件留在型芯上。根据本模具设计需求，使用结构简单的推杆推出机构，该机构工作可靠，换件方便，位置选择的自由度大。3.6.1顶出行程推出行程应将塑件制品脱离模具型芯5~10mm，结合塑件的高度和模具尺寸等因素，选取15mm作为推出行程。3.6.2复位杆、推杆的设计推杆的功能是将塑件从模具型芯上推出。推杆的类型通常圆形、矩形和椭圆形等，为了方便首先考虑圆形推杆，圆形推杆应用最广，有标准件选用。推杆设计选择应使长度尽量短、数量不宜过多和避开冷却通道等，推杆还需要有足够的耐磨性，通常要进行淬火处理。本次设计考虑到手机保护壳的形状，为确保受力均匀推出塑件，采用八根直径为6mm的圆形推杆将塑件推出，推杆零件图如图3-8所示。图3-8推杆零件图复位杆的作用脱模步骤完成后，在合模时先和型腔模板接触，在相互作用下带动推板和推杆等零件沿正确的轨迹复位至合模的初始位置，和复位杆套配合工作。复位杆套的设计能延长模具的使用成本，磨损后更换复位杆套即可，避免复位杆和模具模板磨损后更换成本更大的型腔模板，且更换复杂。本次设计有四根复位杆，保证工作时受力均衡。推杆和复位杆的布置如下图3-9所示。图3-9复位杆和推杆3.6.3推板和推杆固定板的设计推板的作用是传递推力，使推杆工作把成品塑件推出型芯。推板尺寸为350×208×15mm，三维图如3-10所示。图3-10推板推杆固定板和推板连接方式为用六颗M6圆柱头内六角螺丝固定，保证推杆上固定的零件同步运动，使连接的各部分零件能在注射机的作用下安全可靠运行。3.7导向机构设计导向机构的作用是确保模具开合时的位置准确无误，防止模具过度移动或偏斜，可以帮助模具保持垂直位置，并使模具的运动更加平滑和稳定，以提高注塑成型效率和产品质量。通常情况下，注塑模具导向机构的组成部分有导柱和导套。导套的作用和复位杆套类似，主要作用是保护型芯模板和型腔模板，磨损时只需更换导柱套，延长模具使用寿命。本次设计中选择4套导柱导套，为确保工作时受力均匀，分别设置在模具四个角上。导柱零件图如图3-11所示。图3-11导柱3.8模架的设计注塑模具模架主要由动模座板、定模座板、型芯模板、型腔模板、支撑板和垫块组成基本框架，如下图3-12所示。图3-12模架图中模架各零部件如下表3-1所示。表3-1模架中的各零件序号名称序号名称1定模座板9M14X120螺钉2导柱10支撑板3导柱套11复位杆4垫块12型芯固定板5动模座板13复位杆套6M6X25螺钉14型腔固定板7推板15M10X15螺钉8推杆固定板3.8.1动模座板和定模座板座板是模具零部件的基座，动模座板和定模座板都需要承受高强度的压力和重量，因此需要采用耐磨和高硬度的材料来制造，以确保模具的准确性和长寿命。本次模具座板的尺寸为450×450×30mm。立体图如图3-13所示。图3-13动模座板定模座板3.8.2型腔板和型芯板型腔板和型芯板与成型零件使用两颗M6内六角圆柱头螺钉固定。型腔板上设计有冷却水道和排气槽。二者立体图如图3-14所示。图3-14型芯板型腔板3.8.3支撑板和垫块支撑板的作用是在模具注塑生产时能保证动模板不会因为型腔压力的作用下产生变形,垫块的作用是为推板在脱模和复位时的工作支撑其活动的空间。二者都设置在模具的动模座板和型芯板之间。3.9型芯型腔设计本次设计的成型零件为整体嵌入式，由整块金属材料加工镶入模板，该设计有节约材料易于加工和热处理等优点，本模具为一模两腔，本次设计成型零件所需尺寸公差值如表3-2所示。表3-2塑件尺寸精度公差值公差等级>6~10mm>65~80mm>160~180mmMT30.160.460.78型腔的尺寸计算： LM=1+S其中， LM—型腔尺寸（mm）；Scp—成型材料收缩率；LS—制件公称尺寸（mm）；Δ—制件公差（mm）。（1）型腔长度计算（Δ=0.78）：L（2）型腔宽度计算（Δ=0.46）：L（3）型腔高度计算（Δ=0.16）：L型芯的尺寸计算： HM=1+S其中，HM—型芯尺寸（mm）；HS—塑件公差尺寸（mm）；公式中其余符号含义同上式。（1）型芯长度计算（Δ=0.78）：H（2）型芯宽度计算（Δ=0.46）：H（3）型芯高度计算（Δ=0.16）：H图3-15型腔型芯3.10模具爆炸图及工作图手机壳注塑模具爆炸图如图3-16所示。图3-16模具爆炸图注塑模具的工作过程和各零件位置如下所示。（1）合模。注塑模具合模是指将模具上下两个模板组装在一起的过程，形成一个完整的模架，以便进行注塑生产。在此状态注射机注射熔融塑料由喷嘴通向模具，使熔体填充成型型腔，之后在完成保压和冷却，使得熔体成功凝固为塑件成品。模具部件位置如图3-17所示。图3-17合模（2）开模。此过程为模具注塑成型完成后打开，在定模和动模之间空出一定距离，为塑件脱离模具留出足够空间。模具部件位置如图3-18所示。图3-18开模（3）脱模。此过程为推板被液压杆推动带动推杆使塑件从型芯上分离，完成脱模。模具部件位置如图3-19所示。图3-19脱模（4）推板及动模复位。此过程为一次工作过程的最后一步，动模在注射机的作用下复位杆首先和定模板接触，在相互作用下带动推板和推杆回到初始位置，进行下一次的塑件生产。4注塑机的选择以及参数校核注塑机是一种用于制造塑料制品的设备。在操作过程中，首先通过加料系统将塑料颗粒放进注射桶中，然后通过加热系统对其进行加热融化，在注射系统中将其注入到模具中，随后冷却系统将其冷却定型。为确保塑件注塑成型工作的稳定可靠，需要对模具和注塑机的各项参数进行校核。4.1塑件及注塑参数手机保护壳的材料为ABS，密度1.06g/cm3，建模后使用软件计算得塑件体积约为14.98cm3，质量约为15.89g，面积约为307.21cm2。由计算机软件计算可获得流道及冷料穴内凝料重量约为17.24g，体积约16.26cm3，由于本次模具型腔设计为一模两腔，则总凝料注射量以体积表示为：V总=14.98×2+16.26=46.22cm34.2注塑机的选择初步选择注塑机要根据生产塑件的实际所需熔料量，应在注射机最大注射量80%之内。根据计算初步选择注塑机型号为XS-Z-60，注塑机参数见表4-1。表4-1XS-Z-60型注塑机主要参数项目数值项目数值螺杆直径/mm35模板行程/mm180注射容量/cm362模具最大厚度/mm200注射压力/MPa138.5模具最小厚度/mm70锁模力/KN440喷嘴孔直径/mm4最大成型面积/cm2160喷嘴球半径/mm124.3注塑机参数校核4.3.1型腔数量校核本次设计的模具选择一模两腔的设计，型腔数量应满足下列不等式： n≤KVN式中， n—模具中成型型腔数目；V1—浇注系统凝料体积（cm3）；V2—塑件体积（cm3）；VN—选定注塑机的额定注射体积（cm3）；K—注塑机得用系数，取0.8。经公式计算检验后得出结果n≈2.23，所以一模两腔满足本次的模具设计条件。4.3.2模具所需锁模力的校核在进行注塑生产时，需要对注塑机锁模力与模具注塑时需锁模力进行校核，确保模具在工作时可靠锁模，防止发生溢料和其他影响塑件生产质量的情况，即需满足[16][17]： PS﹤F （4式中， P—模具注塑时型腔中产生的压力（MPa）；S—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积（mm2）；F—注塑机能提供的最大锁模力（KN）。经计算机软件辅助计算可得投影面积为：S≈2×165.3×76.3+64.53≈252.89cm2。所需锁模力为（ABS注塑型腔平均压力为30Mpa）：252.89×30KN=758.07KN。故初选注塑机额定锁模力小于模具所需锁模力，改用额定锁模力为900KN的XS-ZY-125型号注塑机以满足模具使用要求。4.3.3开模行程的校核开模行程是指在注塑成型过程中从模具完全关闭到完全打开的总移动距离。为了注射机和模具的正常匹配使用，需要根据实际情况确定合适的开模行程，要确保模具开模行程能顺利脱模的情况下小于注塑机的最大开模行程[18]。即校核需满足下列公式： H≥H1+H式中， H—注塑机开模行程；H1—模具脱模时塑件推出行程；H2—包括流道在内的塑件高度。本模具H1=15mm，H2=83.8mm。计算得H1+H2+（5~10）=103.8~108.8mm<300mm（XS-ZY-125注塑机开模行程为300mm），故符合使用要求。

5总结本次毕业设计为手机保护壳注塑模具设计，通过对该课题的研究，对注塑模具的设计制造有了更深入的了解。在设计时首先进行相关文献和资料收集，了解了手机保护壳注塑模具的基本原理和工艺流程，之后根据所设计的手机保护壳的结构形式和使用时需满足的各种要求，参考了其他塑件产品选择确定所成型塑件的材料，并查阅资料确定手机保护壳塑件的质量和尺寸等各项工艺要求，同时考虑模具的制造工艺和成本因素，确保模具的制造可行性和经济性，确定模具的基本结构形式为两板模。在模具的设计上，通过对产品的尺寸和形状进行测量和分析，确定了模具的尺寸。结合产品特性、生产量和成本等多个因素进行综合考虑和优化，以达到满足生产需求和提高经济效益的目的，采用了一模两腔结构，以提高生产效率。同时，根据模具的使用寿命和耐用性要求，在设计成型零件时选择高强度和耐磨损的材料制作生产。为了满足塑件的成型质量和简化模具结构要求，查阅资料后选择最大轮廓面作为分型面，能满足塑件的生产要求。设计合理流道系统，采用点浇口，保证塑件外观质量。在模具冷却上综合考虑选择四根并联水路作为模具的冷却系统，排气由结构简单的排气槽排气，最后使用推杆推出机构对塑件进行脱模，该结构简单且制造方便，能满足塑件成型后的质量要求。模具的各零部件通过Solidworks计算机软件进行建模，设计效率高，对模具各系统组成零部件进行了完整的展示，并使用装配功能进行装配，展示了模具工作过程中各系统的运动过程。在注塑机选择上，经过各种资料查询初选了注塑机型号，并通过型腔数量、模具所需锁模力和开模行程等参数使用相关公式进行校核，经校核后确定最终满足模具使用要求的注射机型号，以保证设计的注塑模具在生产塑件时的可靠工作。最后，虽自身经验不足，在本次设计中存在不足之处，但通过大量查阅文献和相关资料，不断修改完善，达到预期要求，经过相关计算，保证本次所设计模具的性能和可行性。参考文献[1]翟庆红.国内外注塑模具发展现状调查[J].科技风,2018(27):21.[2]刘世革,袁长勇.注塑模具制造产业的发展现状及未来趋势研究[J].内燃机与配件,2019(15):200-201.[3]熊江,易良培.基于UG和Moldlfow的散热板格栅热流道叠层注塑模具设计[J].机械工程师,2021(05):102-104+110.[4]杨开怀.拉杆箱箱壳注塑模具设计[J].机电技术,2023(01):43-46.[5]杨占尧.塑料注射模型腔数量的确定