手机外壳注塑模具设计

手机外壳注塑模具设计图书分类号:密级:毕业设计(论文)基于CAD/CAE手机外壳注塑模具设计THEDESIGNOFINJECTIONMOULDOFTHEMOBILEPHONECOVERBASEDONCAD/CAE学生姓名学院名称专业名称指导教师20**年5月27日徐州工程学院毕业设计(论文)摘要注塑模具是模具工业的重要组成部分，也在很大程度上反映了一个国家的工业水平。随着CAD/CAE/CAM技术的应用，注塑模具的设计和制造有了突破性的进步，大大提高了模具的质量和生产效率。本次设计以手机外壳为研究对象，基于Pro/E和Moldflow软件对塑件进行模型与分型面创建以及模流分析。在此基础上本文主要研究以下几个方面:首先，介绍ABS的成型工艺，分析手机外壳的工艺特点。然后利用Pro/E软件设计分型面和模架。再利用Moldflow进行最佳浇注位置、流动、翘曲、冷却等分析，并对结构进行工程变更。接下来对模具的成型零件进行结构分析及计算，并对模具的工作原理进行简单介绍。最后，通过相关分析和计算完成对手机外壳注射模具的设计。关键词注塑模具;Pro/E;模流分析;手机外壳谢谢朋友对我文章的赏识～充值后就可以下载此设计说明书,不包含CAD图纸,。我这里还有一个压缩包～里面有相应的word说明书,附带:外文翻译,和CAD图纸。需要压缩包的朋友联系QQ客服1:1459919609或QQ客服2:1969043202。需要其他设计题目直接联系:::I徐州工程学院毕业设计(论文)AbstractInjectionmoldingisanimportantpartofdevelopmentofmoldindustry.Anditalsoreflectsthelevelofonecountry’sindustry.WiththeapplicationofmoldingCAD/CAE/CAM，Injectionmolddesignandmanufacturinghasmadebreakthroughprogress.Greatlyimprovedmoldqualityandproductionefficiency.Themoulddesignwiththemobilephonecoverforresearchobject，designedmodelandthepartingsurfacebasedonPro/EandoptimizedtheanalysisofmouldbasedonMoldflowsoftware.Basedonthis,thispapermainlystudiesthefollowingseveralaspects:Firstly，IntroducedthecharacteristicsoftheformingprocessofABSmaterial;andanalyzedthecharacteristicsofprocessonthemobilephonecover.Then,usingPro/Edesignedthepartingsurfaceandthestandardformwork.AndusingMoldflowdeterminedthebestlocationoftheregion,flowanalysis,warpinganalysis,andcoolinganalysisetc,andbyoptimizingtheparametersobtainedreasonableresults,engineeringchangewasdone.Afterthat,analyzedandcalculatedthestructureofthemoldformingpart,andsimplyintroducedtheworkingprincipleofthemould.Finally,basedonthecorrelationanalysisandthecalculation,themobilephonecoverinjectionmoulddesignwascompleted.KeywordsmolddesignPro/EmoldflowanalysismobilephonecoverII徐州工程学院毕业设计(论文)目录摘要............................................................................................................................................IAbstract....................................................................................................................................II1绪论.......................................................................................................................................11.1注塑模具工业的地位和发展前景..................................................................................11.2本课题研究内容.............................................................................................................12塑件成型工艺性分析............................................................................................................32.1基于Pro/E的塑件模型重构.........................................................................................32.2塑件材料的选择.............................................................................................................32.3塑件的工艺性.................................................................................................................42.3.1塑件的表面粗糙度...................................................................................................42.3.2塑件的公差等级.......................................................................................................52.4塑件的几何形状及结构设计..........................................................................................52.4.1塑件的壁厚..............................................................................................................52.4.2塑件的脱模斜度.......................................................................................................52.5ABS材料的注射工艺.......................................................................................................63分型面选择及型腔数目确定.................................................................................................73.1分型面选择.....................................................................................................................73.2型腔数目确定..................................................................................................................84注射机选择及型腔数目确定.................................................................................................94.1体积与质量的计算.........................................................................................................94.2注射机的选择.................................................................................................................94.3注射机相关参数的校核................................................................................................105基于Moldflow的手机外壳模流分析.................................................................................125.1Moldflow软件简介......................................................................................................125.2网格划分与处理...........................................................................................................125.3塑件最佳浇口位置分析................................................................................................135.4塑件翘曲分析...............................................................................................................135.5塑件流动性分析...........................................................................................................145.5.1气穴、熔接痕和分子表面取向..............................................................................145.5.2充填时间和流动前沿温度.....................................................................................165.5.3锁模力和螺杆速度.................................................................................................165.6塑件的冷却分析...........................................................................................................176浇注系统设计......................................................................................................................196.1主流道的设计................................................................................................................19I徐州工程学院毕业设计(论文)6.2分流道设计...................................................................................................................206.3浇口设计.......................................................................................................................216.4校核主流道剪切速率....................................................................................................226.5冷料穴设计...................................................................................................................227注塑模具成型零件及模架确定...........................................................................................237.1凹模结构尺寸设计.......................................................................................................237.1.1凹模的设计............................................................................................................237.1.2凸模设计................................................................................................................247.2合模导向机构设计.......................................................................................................257.3侧向抽芯机构设计.......................................................................................................267.3.1抽芯距的计算........................................................................................................267.3.2斜导柱的设计........................................................................................................267.3.3导向、楔紧与定位装置的设计..............................................................................277.3.4斜推杆侧向抽芯机构的设计.................................................................................287.4脱模机构设计...............................................................................................................297.4.1脱模力的计算........................................................................................................297.4.2塑件脱出机构........................................................................................................307.5模架的确定...................................................................................................................308冷却系统和排气系统设计...................................................................................................318.1冷却系统的设计...........................................................................................................318.1.1冷却介质................................................................................................................318.1.2冷却系统的简单计算.............................................................................................318.1.3冷却水路的设计.....................................................................................................328.2排气和引气系统的设计................................................................................................339模具装配..............................................................................................................................34结论.........................................................................................................................................36致谢.........................................................................................................................................37参考文献.................................................................................................................................38II徐州工程学院毕业设计(论文)1绪论1.1注塑模具工业的地位和发展前景塑料模具工业多年来发展十分迅速，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数[1]以上是注塑模具。模具行业是制造业的重要组成部分，具有广阔的市场前景。目前全世界的模具年产值在650亿美元以上，我国的模具年产值已经超过40亿美元。目前我国一般模具的30%和中高档模具的一半以上还依赖进口。由此可见，模具(特别是注塑模具)制造业的落后在某种程度上已经成为阻滞我国制造业发展的瓶颈所在。开发和引进先进制造技术是改变我国注塑模具制造业相对落后和市场需求快速增长的重要途径。先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其应用于产品的设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。先进制造业正在急剧地改变着传统制造业的产品结构和生产模式，注塑模具制造业也不例外。当前，计算机技术和网络技术取得了突破性的成就，CAD/CAM技术、数控加工技术以及快速成型技术为模具技术的发展提供了强大的技术支持。同时，以高分子塑料为主的模具材料不断被开发出来，这些材料种类繁多，性能优良，价格低廉，这更为模具产业的[2]发展提供了有力的帮助。1.2本课题研究内容随着社会的进步经济的发展，手机已经成为日常生活的必需品，因此需要大批量的生产。同时随着消费者的欣赏水平的提高，很多消费者都注重手机的美观性，这就对手机外壳的生产提出了更高的要求。本课题正是基于CAD/CAE技术手机外壳注塑模具设计。本课题的主要研究内容如下:(1)塑件成型工艺性分析。(2)分型面的选择与创建。(3)注塑机的选择与相关参数的校核。(4)基于Moldflow的模流分析。(5)浇注系统的设计。(6)注射模具成型零件及模具体的设计。(7)冷却系统及排气系统的设计。1徐州工程学院毕业设计(论文)(8)通过相关分析和计算完成了对手机上盖注射模具的设计。2徐州工程学院毕业设计(论文)2塑件成型工艺性分析2.1基于Pro/E的塑件模型重构Pro/E软件具有非常强大的三维建模功能，本次设计正是使用了该功能对塑件进行模型[3]重构。主要使用的命令有拉伸、倒角、抽壳、扫描切口、筋等。具体的步骤见图2-1。(1)拉伸(2)扫描切口(3)抽壳(4)拉伸方孔(5)拉伸螺纹空(6)拉伸及镜像倒扣(7)最终成品图2-1塑件模型创建步骤2.2塑件材料的选择在选择塑件材料时，通常考虑以下几个因素:力学性能、使用性能、耐热性能、经济[2]性能等。手机外壳直接与人皮肤接触，所以选择材料时还要考虑安全的问题，所选材料一定无毒安全，卫生程度高。在使用手机时难免会失手摔落，因此手机外壳要求有较好的力学性能，有较大的强度和刚度，屈服强度高，弯曲疲劳寿命要高。几种常用塑料的性能与用途见表2-1。3徐州工程学院毕业设计(论文)表2-1常用塑料的性能与用途材料品种使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途成型性薄膜、较好，但质软，力能好，粘度与管、绳、容器、PE,80?不耐强氧化学性能较差，剪切速率关电器绝缘零剂，耐水性好表面硬度低系较大，成型件、日用品等前可不预热成型时板、片、耐寒性收缩率较大，透明薄膜、绝PP10,120?较好差，力学性能成型性能较缘零件、汽车比PE好。好，易产生变零件、容器、形等缺陷日用品等机械强成型性应用广度较好，有一能很好，成型泛，如电器外ABS,70?较好定的耐磨性。前原料要干壳、汽车仪表但耐热性较燥盘、日用品等差，吸水性好在机械透光率溶解温上用作齿轮、有一定较高，介电性度较高，熔体凸轮、涡轮、的化学稳定能好，吸水性PC,130?粘度较大，成滑轮等，机电性，不耐碱、小，力学性能型前原料需电子产品零酮、酯等很好，但耐磨干燥。件，光学零件性较差等通过对使用温度、化学稳定性、性能特点、成型特点、主要用途等方面的综合比较，最终确定选用材料为ABS。ABS的主要性能指标见下表2-2。表2-2ABS的性能指标-31.02~1.0850密度/g?cm屈服强度/Mpa3-10.86~0.9838比体积/cm?g拉伸强度/Mpa拉伸弹性模量30.2~0.41.4×10吸水性/%/Mpa130~16080抗弯强度/Mpa熔点/:C计算收缩率(%)0.4~0.7抗压强度/Mpa53弯曲弹性模量314701.4×10比热容/kg?:C/Mpa2.3塑件的工艺性2.3.1塑件的表面粗糙度手机外壳对表面的质量要求较高，塑件表面粗糙度决定了表面质量。表2-3是在使用注塑成型时几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度。塑件表面粗糙度4徐州工程学院毕业设计(论文)通常与模具腔壁表面质量和原材料的性能有关，其中影响塑件表面粗糙度最直接的因素是模具腔壁表面的质量。因为手机上盖的外表面质量要求很高，所以外表面的粗糙度不应大于1.60。产品的内表面是非工作表面，不影响使用和外观，为了降低成本，可以适当降低要求。通过注塑成型ABS材料所能达到的表面粗糙度范围是0.025,1.60，满足设计要求。2-3几种常用材料所能达到的塑件表面粗糙度材料Ra参数值范围/um0.0250.050.100.200.400.801.603.206.30ABS——————————————PC————————————PS——————————————PP——————————PE——————————————2.3.2塑件的公差等级在选择塑件的公差等级时一般遵循的原则是，在满足塑件使用要求的前提下尽量降低塑件的公差等级。国家标准GB/T14486-1993将标准塑件划分为7个精度等级，MT1,MT7。[4]其中MT1最高，一般不采用，MT7最低。表2-4为ABS材料模塑件的公差等级。根据设计要求，结合表2-4，塑件的公差等级选定为MT2。表2-4ABS材料模塑件公差等级公差等级材料代号模塑材料标注公差尺寸未标注尺寸高精度低精度丙烯腈-二烯-苯ABSMT2MT3MT5乙烯共聚物2.4塑件的几何形状及结构设计2.4.1塑件的壁厚在设计塑件壁厚时所遵循的原则是:在满足设计要求的范围内尽量减小塑件的壁厚，降低原料的使用，进而降低成本，从而增大利润空间。同时壁厚过大将会增大塑件内部产生气穴的可能性，延长了冷却时间，增长了生产周期。综合考虑以上因素，尽可能的降低壁厚。参考ABS材料的最小壁厚及推荐壁厚，最后确定塑件的壁厚为2mm。2.4.2塑件的脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩时会紧紧地包在凸模上，或由于粘附作用而黏在型腔内。为了避免以上问题的出现，在设计时通常在塑件的表面设计一个合理的脱模斜度。塑件上脱5徐州工程学院毕业设计(论文)模斜度的大小与塑件的性质、收缩率。摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。因此，在选[5]择塑件脱模斜度时，应该注意以下几点:(1)当塑件尺寸较大时，应选用较小的脱模斜度。(2)当塑件的精度要求较高时，一般采用较小的脱模斜度。(3)塑件形状复杂的、不易脱模的，应选用较大的脱模斜度。(4)塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度。(5)含自润滑剂等易脱模的塑料可取小值。常用塑料的脱模斜度见表2-5。最终选择的脱模斜度为1?。表2-5常用塑料的脱模斜度脱模斜度塑料名称凹模型芯PE、PP25′,45′20′,45′PC35′,40′30′,50′PS、ABS35′,1?30′30′,40′热固塑料25′,40′20′,50′2.5ABS材料的注射工艺[6]ABS材料的注塑工艺参数:1)注塑机:柱塞式。2)料筒温度():后段150~170;:C中段165~180;前段180~200。3)喷嘴温度():170~180。:C4)模具温度():60~80。:C5)注射压力(MPa):70~90。6)成型时间(S):17(注射时间取1，冷却时间取8，辅助时间取8)。6徐州工程学院毕业设计(论文)3分型面选择及型腔数目确定3.1分型面选择分型面是模具结构中的基准面，直接关系到塑件质量、模具的工艺性和注射成型效率。一个合理的分型面是塑件完好成型的基础，分型面选择合理与否直接关系到塑件的质量和模具的制造成本。因此确定分型面是模具设计的重要环节，在选择分型面的时候，应该遵[7]循以下几个原则:(1)有利于脱模:分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位，开模时塑件应留在动模一侧，以利于塑件的顶出脱模。(2)应利于排气:分型面尽量和物料流动的末端相重合。(3)有利于保证塑件的外观质量和精度要求。(4)有利于保证模具的加工。(5)应满足模具的锁紧要求。(6)有利于侧向抽芯，考虑侧向分型面与主分型面的协调。(7)分型面应与注射机的参数相适应。(8)合理安排浇注系统，特别是浇口的位置。通过分析塑件的结构可以得出，塑件外表面的质量要求较高，不允许有飞边的存在。顶杆也不可以在该表面顶出，因为顶杆在顶出时会留下痕迹，将会影响手机外壳的表面质量。综合考虑以上因素和使用要求，分型面的最佳方案是选择该塑件的内表面作为分型面。主分型面的位置见图3-1红线所示。图3-1主分型面的位置使用软件创建分型面的方法很多，如:裙边分型面、复制曲面、侧面影像曲线分型面、[8]延伸曲面、阴影曲面分型面、合并曲面等设计方法。考虑塑件的结构特点，在创建主分型面时，采用的是复制曲面的方法，具体的创建步骤如下:7徐州工程学院毕业设计(论文)(1)由于塑件的内表面单元较多，选取并复制塑件内表面。2)使用填充命令填充塑件上的孔洞。((3)延伸塑件边缘至工件外表面。(4)合并曲面。最终创建的主分型面见图3-2。图3-2主分型面塑件具有多个倒扣和凹槽，需要做两类滑块，这就要求必须设计两种侧向分型面，其方法同创建主分型面。最终创建出的滑块分型面见图3-3。图3-3滑块分形面3.2型腔数目确定型腔数目与诸多因素有关，如塑件的尺寸大小、生产效率、模具的加工条件、塑件的精度要求等。塑件的体积外形较小，为了提高生产效率和经济性，应采取一模多腔。但是随着腔数的增多加工周期将会增长，而且每增加一个型腔，制品尺寸精度将降低4%。所以综合考虑以上各种因素，最终确定采用一模两腔布置。8徐州工程学院毕业设计(论文)4注射机选择及型腔数目确定4.1体积与质量的计算通过PRO/E软件分析计算塑件的质量属性，计算结果见图4-1。图4-1塑件的质量属性3塑件体积:，V,4.800cm塑塑件质量:。m,4.90g塑在设计之前浇注系统的凝料可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。由于所设计的流道简单且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔内的塑料熔体的总体积(2个塑件的体积和浇注系统的凝料体积之和)为:33V,V(1，0.2)，2,4.8，1.2，2cm,11.52cm总塑式(4.1)式中——表示型腔内的塑料熔体的总体积;V总——表示塑件的体积。V塑4.2注射机的选择根据塑件体积结合经验公式可以估算注射机的公称注射量，计算如下:3V,V/0.8,11.52/0,8,14.4cm公总式(4.2)式中——表示注射机的公称注射量。V公3根据以上的计算，初步选定公称注射量为20cm,注塑机型号为XS-ZS-22,主要技术参9徐州工程学院毕业设计(论文)数见表4-1。表4-1注射机主要技术参数3标准注射容量/cm20注射方式双柱塞螺杆柱塞直径/mm20注射行程/mm130117180注射压力/Mpa模板最大厚度/mm60合模方式液压-机械模板最小厚度/mm2505.5锁模力/KN电机功率/KW160235模板最大行程/mm拉杆空间/mm4.3注射机相关参数的校核(1)注射压力的校核ABS料所需的注射压力为80-110MPa，这里取，所选注塑机的的公称注射p,90MPa0压力为117MPa，取注射压力的安全系数，则:k,1.31kp,1.3，90,117,p10公式(4.3)(2)锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积。应用Pro/E创建塑件在分型面方向上的投影面，并测A塑[9]2量投影面积，见图4-2。。A,2151.71cm塑图4-2塑件投影面积的计算10徐州工程学院毕业设计(论文)浇注系统在分型面上的投影面积，即流道凝料包括浇口在分型面上的投影面积，是A浇塑件在分型面上的投影面积的0.2~0.5倍。由于本产品流道设计简单，无分流道，因此A塑流道凝料投影面积可以适当取小。22式(4.4)A,0.2A,0.2，2151.71cm,430.342mm浇总22A,n(A，A),2，(2151.71，430.342)mm,5164.104mm总塑浇式(4.5)F,Ap,5164.104，35N,180744N,180.744KN胀总模式(4.6)式中——表示模具型腔内的胀型力;F胀p模——模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%-40%，大致的范围是20-40MPa，这里取值为。p,35MPa模由表4-1可知注射机的公称锁模力。锁模力安全系数=1.1~1.2，这里取锁F,250KN锁，则，所以注射机锁模力合格。kF,1.2，180.744KN,216.893KN,Fk,1.222胀锁11徐州工程学院毕业设计(论文)5基于Moldflow的手机外壳模流分析5.1Moldflow软件简介Moldflow公司是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析(CAE)的软件和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，在首次发行世界上第一款流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场。Moldflow软件可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中融合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。Moldflow软件的MPI全称为MoldFlowPlasticInsight，是用于注塑模流分析的强大CAE软件，是目前公认的模流分析最佳软件。5.2网格划分与处理首先应用Pro/E将设计好的三维图转换成STL格式，然后将STL格式的模型导入到MoldFlow中，然后对模型进行网格的划分。网格是Moldflow模拟仿真整个过程的基础，质量的好坏直接影响模拟结果的精度，甚至会导致求解无法进行。划分的网格边长通常为塑[10]件最小壁厚的1.5~2倍，网格越小分析精度越高，但是计算量将大大增加。本次分析采用双层面网格，网格边长为0.8mm。网格划分结果见图5-1。网格统计结果见图5-2，网格中没有自由边、交叉边和相交单元，连通区域应当为1，最大纵横比16.97，小于20，匹配百分比应大于85%，因此网格是合格的。图5-1网格划分结果12徐州工程学院毕业设计(论文)5-2网格统计结果5.3塑件最佳浇口位置分析使用Moldflow对浇口位置进行分析，结果见图5-3。可以看出该塑件的最佳浇口位置在塑件的中部。图5-3最佳浇口位置5.4塑件翘曲分析塑件在成型过程中由于冷却不均匀、收缩不均匀、分子配向性效应等因素可致翘曲变[10]形。MPI翘曲分析是用于判断成型塑件是否会出现翘曲，以及分析翘曲的原因。13徐州工程学院毕业设计(论文)如图5-4所示，最大变形发生在顶部拐角处，其它区域变形都比较均匀。最大变形量为0.4909mm，变形量较小，对制品的外观影响不大。图5-4所有因素引起的翘曲变形5.5塑件流动性分析5.5.1气穴、熔接痕和分子表面取向气穴是空气在塑件上形成的空洞，主要出现在熔体的交汇处和排气条件较差的缝隙处。如果气穴较多，可以使用下列方法进行改进:调整模具结构、改进塑件设计等。本塑件气穴分析结果如图5-5。粉红色圆圈表示气穴，从图上可以明显看出塑件外表面气穴非常少，此项是合格的。至于背面的气穴不影响外观，可以忽略不考虑。图5-5气穴分析结果14徐州工程学院毕业设计(论文)通常熔接痕是由两股或多股熔体汇合，而在结合处未能完全融合在一起而产生的。通常塑件的外观不允许熔接痕的存在。一般的塑件都会有熔接痕的存在，但是应采取有效的措施尽量减少熔接痕的数量。通常采取的方法有:调整浇口的形状、尺寸及位置、在允许的范围内提高模具的温度等。本塑件熔接痕的分析结果如图5-6，从图上可以看出塑件上的熔接痕较多，但大多是出现在加强筋的附近，而外观表面较少，因此此结果是可以接受的。图5-6塑件熔接痕分析结果塑件的表层分子取向如图5-7，从图上可以看出塑件表面分子的流动方向。在分子取向紊乱的区域会出现熔接痕，如图5-8。图5-7塑件表面分子取向在充填阶段，塑料的分子链会由于剪应力的作用发生配向。在熔胶波前处，熔体的流15徐州工程学院毕业设计(论文)动是剪切流动和拉伸流动的组合，分子取向在该区域比较紊乱。塑件的表层分子取向紊乱。可以看出在孔的周围和侧壁的部分区域，分子表层取向较紊乱，在该区域易区域见图5-8产生熔接痕。图5-8分子取向紊乱的区域5.5.2充填时间和流动前沿温度塑件充填时间的分析结果见图5-9，可以看出填充时间为1.149s。填充完全，效果较好。图5-9塑件填充时间的分析结果5.5.3锁模力和螺杆速度锁模力的分析结果见图5-10，可以看出最大压力小于13t即130KN，小于注塑机的最大16徐州工程学院毕业设计(论文)锁模力250KN，符合要求。图5-10锁模力的分析结果推荐的螺杆转速见图5-11，可供实际生产参考。图5-11推荐的螺杆转速5.6塑件的冷却分析冷却分析用于判断冷却系统的冷却效果，根据冷却模拟所计算出的冷却时间来确定成型周期。另外通过冷却分析来优化冷却管的布局，以此来降低成型周期，提高生产效率。冷却系统分析结果见图5-13，冷却系统的设计过程将在第8章中介绍，此处省略。流进17徐州工程学院毕业设计(论文)的冷却液温度为25，流出的冷却液温度为25.23，温差小于2，冷却系统没有问题。:C:C:C图5-13冷却系统分析结果18徐州工程学院毕业设计(论文)6浇注系统设计所谓浇注系统是指从主浇道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料熔体平稳而有序地填充到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统非常重要。6.1主流道的设计通常主流道位于模具的中心熔料的入口处，它将注射机的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状一般为圆锥形状，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。(1)主流道尺寸主流道的长度:小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取20mm进行设计。主主流道小端直径:d=注射机喷嘴尺寸+mm=mm=3.5mm式(6.1)，，，，0.5~13，0.5主流道大端直径:'式(6.2)d,d，2Ltan(α/2)?5mm主式中?。,,3主流道球面半径:SR0=注射机喷嘴球半径+mm=mm=14mm式(6.3)，，，，1~212，2球面的配合高度:h=3mm。(2)主流道的凝料体积:,,222233V,L(R，r，Rr),，48，(2.5，1.75，2.3，1.75),286.5mm,0.29cm主主主主主主33式(6.4)(3)主流道当量半径:2.5，1.75式(6.5)R,,2.125mmn2(4)主流道浇口套的形式浇口套为标准件，可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑19徐州工程学院毕业设计(论文)上述因素，通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单[2]。本设计中采用T10A，热处理淬火表面硬度为50~55HRC。独加工和热处理6.2分流道设计(1)分流道的布置形式在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽量减少分流道的容积，采用的是平衡式分流道。(2)分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，所以分流道长度L取30mm。分(3)分流道截面形状常用的截面形状有圆形、梯形、U形、矩形和六角形等。为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，而且熔体的热量散失、流动阻力均不大。(4)分流道截面尺寸根据经验公式可以计算出分流道的直径为:式(6.6)D,(0.8，0.9)D,0.8×5mm,4mm主分设梯形的下底宽度为，底面圆角的半径R=1mm，并设置梯形的高度h=3.5mm，该x梯形的截面积为:2×3.5tan8×h1(x，x，)2式(6.7)(3.5tan8?)×3.5×πDA,,x，,分分24经计算可得?3,则梯形的上底约为3.5mm。x(5)凝料体积1)分流道的长度L=30×2mm=60mm。分222)分流到截面积A=(3+3.5)/2×3.5mm=11.375mm分3)凝料体积:33式(6.8)V,LA,60×11.375,796.25mm?0.80cm分分分(6)校核剪切速率确定注射时间:查相关资料得t=1.0s。20徐州工程学院毕业设计(论文)分流道体积流量:，VV0.80，4.80分塑3式(6.9),,,5.6cm/sq分t1.0剪切速率:33.3q3.3，5.6，10分2-1，,式(6.10),,,7.0，10s分34,R3分3.14，()223-1该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×10~5×10S之间。所以，分流道的剪切速率合格。6.3浇口设计注塑模的浇口种类很多，按结构形式可将其分为点浇口、侧浇口、潜伏式浇口、中心浇口、直接浇口等。本塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，外表面质量要求较高，而且采用一模两腔注射，为了便于调整充模时的剪切速率，因此采用侧浇口。其截面简单，易于加工，便于试模后修正。(1)浇口尺寸的确定1)侧浇口的深度:式(6.11)h,nt,0.7×1.8,1.26?1.3mm式中t——塑件的壁厚，这里t=1.8mm;N——塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。2)侧浇口的宽度:nA0.7，3598.16式(6.12)B,,,1.45cm,1.5cm3030式中A——表示凸模的内表面积;n——表示塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。3)侧浇口的长度L一般选用0.7~2.5mm,这里取L=0.7mm。浇浇(2)校核浇口的剪切速率:1)确定注射时间:查相关资料得t=1.0s。2)分流道体积流量:21徐州工程学院毕业设计(论文)V4.8333塑式(6.13)q,,,4.8cm/s,4.8，10mm/s浇t1.03)浇口的剪切速率:根据点浇口经验公式33.3q3.3q3.3，4.8，104-1浇浇,，,,,,2.61，10s式(6.14)浇331.5，1.3,R3/2Bh,,浇3.14，(),,,3.14,,,45-1该浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率10~10S之间。所以，浇口的剪切速率合格。6.4校核主流道剪切速率确定注射时间:查相关资料得t=1.0s。主流道体积流量:，，VVnV0.29，0.8，2，4.8主分塑3,,,10.69cm/sq主t1式(6.15)剪切速率:33.3q3.3，10.69，10主3-1，,,,,1.17，10s主33,R3.14，2.125主式(6.16)23-1主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10~5×10S之间。所以，主流道的剪切速率合格。6.5冷料穴设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计采用较为常见的带Z形拉料杆的冷料穴，开模时，利用拉料杆的钩形头部将凝料从主流道中拉出。22徐州工程学院毕业设计(论文)7注塑模具成型零件及模架确定7.1凹模结构尺寸设计7.1.1凹模的设计1)凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将[2]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，本设计采用整体式凹模。如图7-1所示。图7-1整体式凹模2)凹模径向尺寸的计算，0.30塑件尺寸的转换:，相应的塑件制造公差;l,107.5mm,107.8mm,,0.5mms11,0.2,0.5，0.20，相应的塑件制造公差;l,48.0mm,48.2mm,,0.3mms22,0.1,0.3,，，0.083，0.083z1L,[(1，S)l,x,],[(1，0.005)，107.8,0.6，0.5]mm,108mmMCPs1111000式(7.1),，，0.05，0.05z2L,[(1，S)l,x,],[(1，0.005)，48.2,0.6，0.3]mm,48.3mmMCPs2222000式(7.2)式中——塑件的平均收缩率，查相关资料可得ABS的收缩率为0.3%~0.8%，所Scp以平均收缩率(下同);S,0.005cp——系数，查相关资料可知一般在0.5~0.8之间，此处取;xxx,x,0.612,——塑件上相应尺寸的公差(下同);23徐州工程学院毕业设计(论文)1——塑件上相应制造公差，对于中小型零件取(下同)。,,,,zz63)凹模深度尺寸的计算0塑件尺寸的转换:，相应的塑件制造公差。H,5,0.1mm,5.1mm,,0.2mms11,0.2,，，0.03，0.03z1H,[(1，S)H,x,],[(1，0.005)，5.1,0.6，0.2]mm,5mmMCPs1111000式(7.3)式中——系数，查相关资料可知一般在0.5~0.7之间，此处取。x,0.6x17.1.2凸模设计1)凸模的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合[2]式两种类型。通过对塑件的结构分析，选用整体式凸模。如图7-2所示。图7-2整体式凸模2)凸模径向尺寸的计算，0.3，0.5塑件尺寸的转换:，相应的塑件制造公差;l,103.9mm,103.7mm,,0.5mms11,0.20，0.2，0.3，相应的塑件制造公差。l,44.4mm,44.3mm,,0.3mms22,0.10000l,[(1，S)l，x,],[(1，0.005)，103.7，0.7，0.5]mm,104.6mmMCPs,,,,11110.0830.083z1式(7.4)000l,[(1，S)l，x,],[(1，0.005)，44.3，0.7，0.3]mm,44.7mmMCPs,,,,22220.050.05z2式(7.5)式中——系数，查相关资料可知一般在0.5~0.8之间，此处取。xx,x,0.712，0.23)塑件尺寸的转换:，相应的塑件制造公差。h,5,0.1mm,4.9mm,,0.2mms220000h,[(1，S)h，x,],[(1，0.005)，4.9，0.6，0.2]mm,5mmMCPs,,,,22220.030.03z224徐州工程学院毕业设计(论文)式(7.6)式中——系数，查相关资料可知一般在0.5~0.8之间，此处取。xx,0.627.2合模导向机构设计每套塑料模具都要设有导向机构，在模具工作时，导向机构可以维持动模与定模的正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏，并能承受一定的侧向力。对于采用三板模式结构模具，导柱可以承受卸料板和定模型腔板的重载作用。对于大型模具的脱模机构，或脱模机构中有细长推杆时，需要导向机构来维持机构运动的平稳。对于型腔较大较深的注塑模具，或塑件精密度较高、壁厚较薄的模具，在模具中不仅要设计导柱导向，还必须在动模与定模之间增设定位机构来满足模具的精度要求。导向机构有两类:导柱导向机构、锥面和合模销钉定位装置。本设计采用的是导柱导向机构。导柱主要有两种结构形式，一种是带头直通式导柱，另一种是有肩导柱，其中前者用于中小型模具，后者用于大型模具。由于本设计是中小模具，所以选择带头直通式导柱，最终设计如图7-3。导套可分为直导套、带头导套。导向孔通常需要打通，使导柱进入时气体逸出，不产生反向压力。本设计选择的导套为带头导套，最终设计如图7-4。图7-3导柱25徐州工程学院毕业设计(论文)图7-4导套7.3侧向抽芯机构设计7.3.1抽芯距的计算通常抽芯距要比塑件侧孔深度大2~3mm，由此可以算出抽芯距离:式(7.7)S,h，(2~3)mm,1，2,3mm抽式中——表示抽芯距;S抽H——表示滑侧向槽深，h=1mm;7.3.2斜导柱的设计斜导柱的长度与抽芯距、斜导柱直径、斜导柱大端直径和倾斜角的大小有关。可通过下面公式算出:DhdS,,L,L，L，L，L，L,tan，，tan，，(8~15)mm,40mm12345,,2cos2sin式(7.8)式中D——表示斜导柱的大端直径，D=10mm;h——表示斜导柱固定板的厚度，h=20mm;d——表示斜导柱的直径，d=5mm;,,——表示斜导柱的倾斜角，=;,1026徐州工程学院毕业设计(论文)L——表示斜导柱的总长度;——表示斜导柱的有效长度。L4最小开模行程，小于开模行程。H,Scot,,17mm为了简化设计，斜导柱与固定板之间采用过度配合，公差等级H7/m6。为了使抽芯动作顺利完成而不产生干涉，通常，斜导柱与孔之间有缝隙。斜导柱孔的直径为:,。d,d，0.5mm,5.5mm抽拔力为:,3,3,,,6F,lhp(fcos,,sin,),13，10，0.5，10，(0.15，cos1,sin1)N,8.614，10N1式(7.9)式中——表示滑块被塑件包紧的断面形状周长，=13mm;ll——表示塑件对型芯单位面积的挤压力，取值范围是8~12Mpa,这里取10Mpa;p,——表示脱模斜度，=1;,,——表示塑料与钢的摩擦系数，=0.15。ff很显然导柱是合格的。7.3.3导向、楔紧与定位装置的设计(1)导滑槽的设计滑块在导槽中活动必须顺利平稳，不发生卡滞、跳动等现象，常见的导滑形式有很多，本设计所采用的导滑形式见图7-5。图7-5滑块的导滑形式(2)楔紧块的设计为了防止活动型芯和滑块在成型过程中受力移动，滑块应采用楔紧块锁紧，常用的锁紧形式有:整体式楔紧块锁紧、镶拼式楔紧块锁紧、嵌入式楔紧块锁紧。本设计采用嵌入式楔紧块锁紧，具体形式见图7-6。27徐州工程学院毕业设计(论文)图7-6嵌入式楔紧形式7.3.4斜推杆侧向抽芯机构的设计此次设计的手机上盖的内侧存在倒扣，需要进行内侧抽芯。综合考虑几种常见的抽芯机构的特点，最终决定采用斜推杆侧向抽芯机构，具体形式见图7-7。图7-7斜推杆内侧抽芯机构采用内侧抽芯时，斜推杆的顶端面应低于型芯顶面0.05~0.10mm，以免推出时阻碍滑块的径向移动。另外，在可以推出的情况下，斜推杆的斜度角“α”尽量选用较小角度，斜推角α一般不大于20?。经计算最后设计的斜推杆的相关尺寸如图7-8。28徐州工程学院毕业设计(论文)图7-8斜推杆7.4脱模机构设计7.4.1脱模力的计算因为矩形塑件内壁长宽尺寸与壁厚之比:ab，103.9，44.4,式(7.10),,,26,10,t,,1.8所以此塑件为薄壁矩形塑件。根据以下公式可以计算出脱模力:,,8tESLcos(f-tan)F,，0.1A脱,(1-)K23,,8，1.8，1.8，10，0.005，103.9，cos1，0.45,tan1，，,，0.1，2151.71,8469.27N(1,0.3)，1.0079式(7.11)式中E——塑料的弹性模量(1800MPa);L——凸模被包紧部分的长度(103.9mm);1——脱模斜度();,S——塑料成型的平均收缩率(0.5%);F——摩擦系数，一般取0.45;t——塑件的壁厚(1.8mm);——由与f决定的无因次数，;K,K,1，fsin,cos,,1.00792229徐州工程学院毕业设计(论文)——塑料的泊松比(0.3);,2A——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积(2151.71mm)。7.4.2塑件脱出机构推杆的直径计算:112244,,LF,,88，8469.27脱,,,,d,k,1.5，,4.03mm式(7.12)5,,,,nE6，2.1，101,,,,当前，推杆已制成标准件，设计时应根据计算结果尽量在相应的标准尺寸中选取，所d,5mm以取;式中——推杆长度(88mm);L1——单个塑件的推杆数量，取1;nn15——推杆材料的弹性模量(2.1×10MPa);E——安全系数，取=1.5。kk强度校核推杆直径确定后，还应进行强度校核:4F4，8469.27脱式(7.13),,,,,,107.89MPa,,压压221nd4，3.14，5,1所以推杆是合格的。式中——推杆材料的许用压应力(200Mpa)。,,,压7.5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杆推出的范围之内及复位杆与型腔保持一定的距离为原则来确定模架的大小，可以大致按下列经验公式来计算:塑件在分型面上的投影面宽度须满足:W'W',W2,10mm塑件在分型面上的投影面宽度L'须满足:L',lt,d,30mm式中——表示塑件在分型面上的投影宽度;W'——表示推板宽度;W2——表示塑件在分型面上的投影长度;L'——表示复位杆在长度方向上的间距;lt——表示复位杆直径。d塑件在分型面上的投影面宽度塑件在分型面上的投影面宽度W',107.5mm，根据上面公式最终选择的模架规格为W×L=200mm×250mmm。具体参数见零L',166mm件图。30徐州工程学院毕业设计(论文)8冷却系统和排气系统设计一般注射到模具内塑料温度为200?左右，而熔体固化后从模具型腔中取出时其温度在60?左右的塑件都应设置冷却系统，从而提高塑件质量和生产效率。冷却系统的计算很复杂，在此只进行简单的计算。8.1冷却系统的设计8.1.1冷却介质ABS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200?和50~80?。因此，模具温度初步选为50?，用常温水对模具进行冷却。8.1.2冷却系统的简单计算(1)单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1)塑料制品的体积:V=V+V+nV=0.29+0.80+2×4.80=10.69cm3式(8.1)主分塑2)塑料制品的质量:，=10.691.02=10.9038g式(8.2)m,V,[2]由于塑件壁厚为1.8mm，可查表4-34，取综合冷却时间t=7.4s，取注塑时间t=1.0s，冷注脱模时间t=8s，则注塑周期:脱t=t+t+t=7.4+1+8=16.4s式(8.3)冷注脱由此得每小时注射次数:N=(3600/16.4)次=220次式(8.4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量:，=22010.9038×10-3kg/h=2.40kg/h式(8.5)W,Nm(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量:Qs[2]查表4-35直接可知ABS的单位热流量的值的范围在(310~400)kJ/kg之间，故Qs可取=370kJ/kg。Qs(3)计算冷却水的体积流量q:v设冷却水道入口的水温为?，出水口的水温为?，取水的密度,,22,,25213，水的比热容为C=4.187kJ/(kg??)。则根据公式可得:,,1000kg/mWQ2.400，370sq,,,0.00118m3/minv，，，，,c,,60,60，1000，4.187，25,2212式(8.6)(4)确定冷却水路的直径d:3[2]当=0.00118m/min时，根据表4-30知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却q,31徐州工程学院毕业设计(论文)水管的直径d=6mm。:(5)冷却水在管内的流速,4q4，0.00118,,===0.3915m/s式(8.7)2260，3.14，0.00660，,,d[2](6)求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h，因为平均水温为23.5?，查表4-31f,6.7可得，则有:87f()4.187，6.7，1000，0.3915，，,,32h,,,8.74×10KJ/m.h.?0.20.2d0.006式(8.8)(7)计算冷却水通道的导热总面积A:WQ2.4，3702sA==式(8.9),0.003834m3h,,，，8.74，10，50,23.5(8)计算模具所需冷却水管的总长度L:0.003834AL==式(8.10),0.153m,153mm,,d3.14，0.006(9)冷却水路的根数x设每条水路的长度为=200mm，则冷却水路的根数为:l153Lx,==0.76根式(8.11)l200由上述计算可以看出，一条冷却水路对于模具来说显然是不合适的，因此，应根据具体的情况而调整。8.1.3冷却水路的设计(1)冷却系统设计原则1)动、定模要分别冷却，保持冷却平衡。2)孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚水管孔径越大。其塑件的壁厚、孔径的大小以[2]及孔的位置的关系可以参考4-32选择。3)冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，塑件冷却越均匀。4)冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。5)尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。6)浇口处应加强冷却。7)应降低进水与出水的温差。8)标记出冷却通道的水流方向。9)合理