手機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)和分析-moldflow

1、手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)課程作業(yè)碩10743111301047王巨 龍指導(dǎo)老師：王立忠手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍1 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍目錄 1 前期準(zhǔn)備4 1.1 概述4 1.2 成型工藝方案確定5 1.2.1 澆口位置選擇5 1.2.2 工藝參數(shù)確定7 1.2.3 成型設(shè)備選擇與校核8 2 手機(jī)殼注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10 2.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10 2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)10 2.2.1 主流道設(shè)計(jì)11 2.2.2 分流道設(shè)計(jì)12 2.2.3 澆口設(shè)計(jì)14 2.2.4 冷料井設(shè)計(jì)15 2.3 成型零部分設(shè)計(jì)16 2.3.1 成型零件選材16 2.3.2 型腔數(shù)目確定17 2.3.3

2、 分型面設(shè)計(jì)17 2.3.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)18 2.3.5 成型零部件工作尺寸計(jì)算19 2.4 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)23 2.4.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)23 2.4.2 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)25 2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)27 2.6 模架總體設(shè)計(jì)29 3 仿真軟件分析31 3.1 網(wǎng)格相關(guān)分析31 3.1.1 劃分網(wǎng)格31 3.1.2 網(wǎng)格連通性診斷32 3.1.3 網(wǎng)格厚度診斷33 3.2 冷卻+充填+保壓+翹曲的分析33 3.2.1 分析日志33 3.2.2 流動(dòng)分析結(jié)果34 3.2.3 冷卻分析結(jié)果39 3.2.4 翹曲分析結(jié)果41 附頁(yè)：注塑模工程圖432 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍3 / 47手機(jī)

3、殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍1 前期準(zhǔn)備1.1 概述手機(jī)產(chǎn)品具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間，同時(shí)，市場(chǎng)也處在高速發(fā)展階段，這對(duì)于生產(chǎn)商、 分銷(xiāo)商以及零售商都是極為重要的發(fā)展階段，是市場(chǎng)格局逐步形成的階段。所以，在未來(lái) 幾十年，手機(jī)外殼的設(shè)計(jì)加工和相應(yīng)的模具設(shè)計(jì)孕育著巨大的商機(jī)。手機(jī)外殼的設(shè)計(jì)外觀如圖 1 所示，是基于 Solidworks 軟件對(duì)手機(jī)殼進(jìn)行三維建模。0 1 手機(jī)殼三維設(shè)計(jì)圖 0 2、圖 3 和圖 4 為手機(jī)殼的工程尺寸圖。 圖 2 手機(jī)殼尺寸圖 14 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍圖 3 手機(jī)殼尺寸圖 2圖 4 手機(jī)殼尺寸圖 3材料的選擇：我們選取 ABS + PC （ SABIC Inno

4、vation Plastics US 公司的 Cycoloy MC7000 牌號(hào)）材料作為手機(jī)殼注塑材料，其具有 ABS 和 PC 兩者的綜合特性。例如 ABS 的易加工性和 PC 的優(yōu)良力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。兩者的組成比率將影響 ABS + PC 材料的熱穩(wěn)定性。 ABS + PC這種混合材料還顯示了優(yōu)異的流動(dòng)特性。常用于計(jì)算機(jī)和商業(yè)機(jī)器的外殼、電氣設(shè)備、草坪和園藝機(jī)器、汽車(chē)零件等。1.2 成型工藝方案確定1.2.1 澆口位置選擇可根據(jù) Autodesk 公司的 Moldflow 軟件確定澆口的最佳位置。如圖，最佳澆口位置在箭頭處，靠近網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 3489 。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)選擇圖 5 中所示的澆口

5、位置。5 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍圖 5 最佳澆口位置Moldflow 軟件還提供了流動(dòng)阻力和澆口匹配性的分析云圖。流動(dòng)阻力指示器表示熔體在流動(dòng)前沿離不同澆口位置的阻力，阻值越高，表明熔體流動(dòng)越困難（圖 6）。澆口匹配性 表示澆口位置合理性的因子分布圖，其中用藍(lán)色位置表示澆口匹配性最好，紅色位置表示 澆口匹配性最差，其他位置匹配性處于過(guò)渡區(qū)域（圖 7）。圖 6 流動(dòng)阻力6 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍圖 7 澆口匹配性可以利用 Moldflow 軟件進(jìn)行成型窗口分析，找出最佳的模具溫度、熔體溫度和注射時(shí)間。成型窗口分析用于定義能夠生產(chǎn)合格產(chǎn)品的成型工藝條件范圍，如果位于這個(gè)范圍中，

6、 則可以生產(chǎn)出質(zhì)量較好的塑件。經(jīng)過(guò)分析，軟件推薦的模具溫度為 85.56°C ，推薦的熔體 溫度為 283.69°C ，推薦的注射時(shí)間為 0.3938s 。再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們選取注射壓力為150MPa 。1.2.2 工藝參數(shù)確定手機(jī)殼采用的材料是 ABS + PC ， ABS + PC 料的注塑工藝參數(shù)參考值如下：1）料筒溫度：料筒最適合的溫度范圍應(yīng)在粘流溫度或熔點(diǎn)溫度q f （或qm )和熱分解溫度qd之間。料筒的溫度分布一般采用前高后低的原則，即料筒的加料口(后段)處溫度最低，噴 嘴處的溫度最高。料筒后段溫度應(yīng)比中段、前段溫度低 5 10°C 。噴嘴溫度一般略低

7、于料 桶的最高溫度，可防止直通式噴嘴上可能發(fā)生的“流涎”現(xiàn)象。喂料區(qū)5070區(qū) 1230250區(qū) 2250260區(qū) 3250270區(qū) 4250270區(qū) 5250270噴嘴2502702）熔料溫度：根據(jù) Moldflow 軟件進(jìn)行成型窗口分析得到推薦的熔體溫度為 283.69°C 。3）料筒恒溫： 200°C 。4）模具溫度：在滿(mǎn)足使用條件的前提下采用較低的模具溫度，一般為 70 90°C ，根據(jù)Moldflow軟件進(jìn)行成型窗口分析得到推薦的模具溫度為 85.56°C 。7 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍5）注射壓力：注射壓力的大小取決于塑料品種、注射機(jī)

8、類(lèi)型、模具結(jié)構(gòu)、塑料制品的壁厚和流程及其它工藝條件，尤其是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和尺寸。對(duì)于一般熱塑性工程塑料，壓 力在 70 150MPa 。6）保壓壓力：保壓壓力一般小于注射壓力，約為注射壓力的 40% 50% ，以避免制件發(fā)生縮壁。為了使制品的內(nèi)應(yīng)力最小化，保壓壓力應(yīng)盡可能設(shè)置低。7）塑化壓力（背壓）：塑化壓力大小對(duì)熔體實(shí)際溫度、塑化效率及成型周期等均有影響。 一般為 6 20MPa 左右。根據(jù)此注射機(jī)的實(shí)際情況只要 2 5MPa 。8）殘料量： 2 5mm ，取決于計(jì)量行程和螺桿直徑 9）預(yù)烘干： 80°C 下烘干 4 小時(shí)10）回收率：可加入 20% 的回料，只要料沒(méi)有發(fā)生熱降解并

9、進(jìn)行過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)烘干 根據(jù)以上參考，結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定工藝參數(shù)如下：加入 20% 的回料，采用多級(jí)注射；注射時(shí)間 0.3938s ；冷卻時(shí)間10s ；保壓時(shí)間 4s ；保壓壓力 60MPa 。1.2.3 成型設(shè)備選擇與校核根據(jù)公司的實(shí)際情況及以往的經(jīng)驗(yàn)，選取 EH80 型塑料注射成型機(jī)。該成型機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表 1 所示：表 1EH80 型塑料注射成型機(jī)參數(shù)表鎖模方式液壓鎖模頂出力2.7t噴嘴前端孔徑f1.7mm鎖模行程470mm頂出行程80mm噴嘴球面半徑SR10mm鎖模力80t理論注射量60g拉桿內(nèi)距360 ´360最小模厚180mm注射壓力1900kg / cm2塑化能力15

10、.5 g / s1）最大注射量的校核D注塑機(jī)的最大注射量按下式計(jì)算：Gmax= gB´ 80%dB式中： gB 注射機(jī)規(guī)定的注射量（ g ）d B 聚苯乙烯在常溫下的比重（1.06g / mm 3 ）D 注射塑料在常溫下的比重（ g / mm 3 ）根據(jù) Solidworks 可計(jì)算得手機(jī)面殼和凝料的體積為 8720.856 mm3，而 ABS +PC 的密度8 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍為1.5 g / cm3 ，所以塑件的質(zhì)量為W =13.08g 。根據(jù)以上公式，該注塑機(jī)的最大注射量：G max = 60 ´1.5´ 80%= 68 (g ) >

11、W1.062）注射壓力校核 注射壓力的校核是核定注射機(jī)的額定注射壓力是否大于成型時(shí)所需的注射壓力，選擇的注射機(jī)的注射壓力必須大于成型制品所需的注射壓力。該注射機(jī)的最大注射壓力為1900kg / cm 2 =186MPa 。注射壓力為150MPa 。所以該注塑機(jī)的注射壓力滿(mǎn)足要求。3）鎖模力的校核鎖模力等于制件和澆口流道系統(tǒng)在分型面上的投影之和乘以型腔內(nèi)塑料壓力，它應(yīng)小 于注射機(jī)的額定鎖模力，才能使注射時(shí)不發(fā)生溢料和漲?，F(xiàn)象。根據(jù) Solidworks 計(jì)算得制件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為 4257mm2 ，模腔內(nèi)壓力取 4kg / mm2 ，所需鎖模力P = 4257 ´4 =

12、17t ，小于注塑機(jī)的鎖模力 80t 。所以該注塑機(jī)的鎖模力滿(mǎn)足要求。4）開(kāi)模行程校核該注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)，故注塑機(jī)的開(kāi)模行程應(yīng)滿(mǎn)足下式：S -(H 模 - H 小 ) > H1 + H 2 + (5 10)mm式中： S 注塑機(jī)最大開(kāi)模行程； S = 470mmH模模具厚度； H模= 375mmH小注塑機(jī)規(guī)定的最小模厚； H小=180mmH1 頂出行程； H1 = 30mmH2 包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度。 H 2 =130mm由上式得：左邊 470 -(375 -180 ) = 275mm ；右邊 30 +130 +5 =165mm ；左邊>右邊，所以該注塑機(jī)的開(kāi)模

13、行程滿(mǎn)足要求。9 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍2 手機(jī)殼注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)手機(jī)殼的結(jié)構(gòu)特征與外觀要求，采用單型腔模具。另外為了能自動(dòng)化生產(chǎn)，采用單點(diǎn)澆口的三板式注射模具。根據(jù)具體情況，采用冷流道。需要設(shè)計(jì)順序脫模機(jī)構(gòu)，模具總體結(jié)構(gòu)如圖 8 所示： 定模底板 中間板 定模板 凹模 凸模 動(dòng)模板頂針板頂針墊板 動(dòng)模底板圖 8 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是指熔融塑料從注射機(jī)噴嘴射入到注射模具型腔所流經(jīng)的通道，其作用是是將塑料熔體順利地充滿(mǎn)型腔的各個(gè)部位，并在填充、壓實(shí)和保壓過(guò)程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，以獲得外形清晰、質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制品

14、。澆注系統(tǒng)分為普通澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷卻井等四部分組成。10 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍2.2.1 主流道設(shè)計(jì)主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具澆口套接觸處開(kāi)始到分流道為止的塑料 熔體的流動(dòng)通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分，其作用是將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo) 入分流道或型腔。它的形狀與尺寸對(duì)塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間有較大的影響，因此， 必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。在臥式注射機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型 面為使凝料能從其中順利拔出，需設(shè)計(jì)成圓錐形。主流道襯套如圖 9 所示，主流道尺寸設(shè) 計(jì)過(guò)程下

15、。圖 9 主流道襯套示意圖1） 主流道的尺寸設(shè)計(jì) （1）主流道球面凹坑半徑主流道球面凹坑半徑 R 2 = R 1 + (1 - 2) mm ，由于注塑機(jī) EH80 噴嘴頭半徑 R 1 =10mm ，所以取 R 2 =11mm 。（2）主流道小端直徑主流道小端直徑 D = d + (0.5 - 1) mm ，由于注塑機(jī)的噴嘴直徑d = 1.7mm ，所以取D = 2.5mm 。（3）主流道錐度主流道錐角一般為 2° - 4°，故取錐角a = 4°。（4）主流道長(zhǎng)度 根據(jù)模板厚度取長(zhǎng)度 L = 60mm 。（5）主流道大端直徑主流道大端直徑 D 1 = D + L &

16、#180; tan (a2 ) = 2.5 + 60 ´ tan 2° » 4.6mm 。2） 主流道襯套的形式11 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍主流道部分在成型過(guò)程中，其小端入口處與注射機(jī)噴嘴及一定溫度、壓力的塑料熔要 冷熱交換的反復(fù)接觸，屬于易損件，對(duì)材料要求較高，因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可 拆卸更換的襯套式（俗稱(chēng)澆口套），以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。一 般采用碳素工具鋼T 8A 、T 10A 等，熱處理要求淬火 53 - 57HRC 。主流道襯套應(yīng)設(shè)置在模具 對(duì)稱(chēng)中心位置上，并盡可能保證與相聯(lián)接的注射機(jī)噴嘴同一軸心線(xiàn)。主流道襯套的形式

17、有兩種：一是主流道與定位圈設(shè)計(jì)成整體式，一般用于小型模具； 二是主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合在固定的模板上。由于該模具尺寸較 小，主流道襯套可以選用整體式。根據(jù)上述要求，我們選取 FUTABA 公司生產(chǎn)的 M _ SBA 型澆口套（如圖 10），澆口套通過(guò)兩個(gè) M 5 的內(nèi)六角螺栓與定模底板相連接（如圖 11）。圖 10 主流道三維模型圖內(nèi)六角螺栓分流道澆 口 套定模板中間板定模底板圖 11 澆口套的固定形式2.2.2 分流道設(shè)計(jì)分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動(dòng)通道。分流道的作用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個(gè)型腔。在單模腔中，一般不需開(kāi)設(shè)分流道

18、，但該模具采用三板式的點(diǎn)澆模式，所以也要開(kāi)設(shè)分流道。塑料沿著分流道流動(dòng)時(shí)，要求通過(guò)它盡快充滿(mǎn)模腔，流動(dòng)中溫降和阻力都要盡量小。12 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍分流道的設(shè)計(jì)原則有：熔體應(yīng)以最短的路徑、最小的熱量和壓力損失，快速射入型腔； 熔料從各澆口進(jìn)入型腔的溫度和壓力應(yīng)相同，以保證各型腔中制品的收縮率相同；分流道 的轉(zhuǎn)折處應(yīng)以圓弧過(guò)渡，與澆口的連接處應(yīng)加工成斜面，以利熔料的流動(dòng)；在保證足夠的 注射壓力時(shí)，分流道的截面和長(zhǎng)度應(yīng)盡量取小值。1） 分流道的截面形狀常用的截面形狀有圓形、梯形、U 形和六角形等。要減少流道內(nèi)的壓力損失，則希望 流道的截面積大，流道的表面積小，以減少傳熱損失，因此可

19、用流道的截面積與周長(zhǎng)的比 值來(lái)表示流道的效率。圓形截面效率最高（即比面積最?。捎谡叫瘟鞯滥厦撃＠?難，實(shí)際使用側(cè)面具有斜度 5° - 10° 的梯形流道。矩形及半圓形截面流道，由于其效率低 （比表面大），通常不采用。一般當(dāng)分型面為平面時(shí)，常采用圓形截面的流道；當(dāng)分型面 不為平面時(shí)，考慮到加工的困難，常采用梯形或半圓形截面流道。當(dāng)熔料在流道中流動(dòng)時(shí)，因冷卻會(huì)在流道管壁表層形成凝固層，因塑料的導(dǎo)熱性差， 該凝固層起著絕熱作用，使熔體能在流道中心部暢通。因此，分流道的中心最好能與澆口 的中心位于同一直線(xiàn)上。圓形截面流道可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而梯形截面流道就難以實(shí)現(xiàn)。雖 然手機(jī)外

20、殼底部有個(gè)插槽，造成分型面不為平面，但只是很小一部分，考慮到上述原因， 我們采用圓形截面而不采用梯形截面。并且，采用圓形截面可以減少流道的熱量損失，提 高流道的效率，該模具分流道截面采用圓形截面。2）分流道的截面尺寸分流道的截面尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的成型體積、塑件壁厚、塑件形狀、所用塑料的工藝性能、注射速率以及分流道的長(zhǎng)度等因素來(lái)確定。（1）對(duì)于壁厚小于 3mm 、重 200g 以下的塑件，還可采用如下經(jīng)驗(yàn)公式：D = 0.265m 4L式中： D 分流道直徑， mm ； m 塑件重量， g ；L 分流道長(zhǎng)度， mm 。此式計(jì)算的分流道直徑限于 3.2 - 9.5mm 。由前面可知，塑件的質(zhì)量 m

21、= 13.08g ，分流道長(zhǎng)度 L = 74.32mm ，所以分流道直徑D = 0.265 ´ 13.08 ´ 4 74.32 » 2.8mm ，故不在此適用范圍內(nèi)。（2）我們可以根據(jù)手機(jī)外殼的塑料形狀，依據(jù)表 2，可確定分流道直徑為 5mm 。表 2 常用塑料的分流道直徑塑料品種分流道直徑（mm）塑料品種分流道直徑（mm）ABS、AS4.89.5聚丙烯4.89.513 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍聚甲醛3.29.5聚乙烯1.69.5丙烯酸酯8.09.5聚苯醚6.49.5尼龍 64.89.5聚苯乙烯3.29.53） 分流道的長(zhǎng)度 分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，且少?gòu)澱?/p>

22、。根據(jù)整體模具的設(shè)計(jì)尺寸及澆口位置綜合考慮，分流道長(zhǎng)度 L = 6.52 + 67.8 = 74.32mm 。4）分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動(dòng)狀態(tài)較為理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 0.63mm - 1.6mm ，這樣表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動(dòng)阻力，避免熔流表面滑移，使中心層具有 較高的剪切速率。2.2.3 澆口設(shè)計(jì)澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道。澆口的形狀、數(shù)量、尺寸和位置對(duì)塑件 的質(zhì)量影響很大。主要作用如下：由于澆口處截面最小，因此流速快，且易產(chǎn)生摩擦熱， 使熔體升溫，有利于充

23、模；熔體充模后，首先在澆口處凝固，可防止倒流；易于切除澆口 尾料，二次加工方便。澆口的類(lèi)型有很多種，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)使?jié)部谠诿撃r(shí)自 動(dòng)脫落，減少后續(xù)加工，因此選擇點(diǎn)澆口。點(diǎn)澆口又稱(chēng)針點(diǎn)澆口或菱形澆口，是一種截面 尺寸很小的澆口，俗稱(chēng)小澆口。這類(lèi)澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，能較大地增大 塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱，從而導(dǎo)致熔體的表觀粘度下降，流動(dòng)性增加， 有利于型腔的充填。這種形式的澆口直徑d 不能太小，澆口長(zhǎng)度l 不能大長(zhǎng)，否則脫模時(shí) 澆口凝料會(huì)斷裂而堵塞住澆口，影響注射的正常進(jìn)行。1）澆口尺寸的確定（1）點(diǎn)澆口的直徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下：d = nc

24、 4A式中：d 點(diǎn)澆口直徑（ mm ）；A 型腔的表面積，即塑件外表面面積（ mm 2 ）；c 澆口壁厚系數(shù)，是塑件壁厚的函數(shù)值。 n 塑料材料系數(shù)。但該公式僅適用于壁厚為 0.7 - 0.55mm 的制品，該手機(jī)外殼厚度為1.8mm ，不在適用的范圍內(nèi)，無(wú)法通過(guò)此公式計(jì)算。（2）表 3 為側(cè)澆口和點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)尺寸，我們根據(jù)實(shí)際情況取點(diǎn)澆口的直徑d = 1mm ，14 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍長(zhǎng)度l = 1mm 。表 3側(cè)澆口和點(diǎn)澆口的推薦尺寸塑件壁厚側(cè)澆口尺寸(mm)點(diǎn)澆口直徑澆口長(zhǎng)度（mm）d/mml/mm深度 h寬度 b<0.800.501.00.81.30.82.40.5

25、1.50.82.41.02.43.21.52.22.43.33.26.42.22.43.36.41.03.02） 澆口數(shù)目和位置的確定澆口數(shù)目與位置的選擇對(duì)塑件質(zhì)量有極大影響，根據(jù)該模具，我們選擇一個(gè)點(diǎn)澆口。 在選擇澆口位置時(shí)應(yīng)遵循如下原則：澆口的尺寸及位置選擇應(yīng)避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)；澆口 應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件斷面最厚處；澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流程最短，料流變向最少；澆口位 置的選擇應(yīng)有利于型腔內(nèi)氣體的排出；應(yīng)減少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度；澆口 位置的選擇應(yīng)防止料流將型腔、型芯、嵌件擠壓變形；考慮分子定向的影響。2.2.4 冷料井設(shè)計(jì)在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機(jī)噴嘴和主流道入口這一段

26、熔體因輻射散熱 而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機(jī)料筒以?xún)?nèi)約10 - 25mm 的深度有個(gè) 溫度逐漸升高的區(qū)域，這時(shí)才達(dá)到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動(dòng)性 能及成型性能不佳，如果這里相對(duì)較低的冷料進(jìn)入型腔，便會(huì)產(chǎn)生次品。為客服這一現(xiàn)象 的影響，用一個(gè)井穴將主流道延長(zhǎng)以接收冷料，防止冷料進(jìn)入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把 這一用來(lái)容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱(chēng)為冷料井。當(dāng)主流道和分流道較長(zhǎng)時(shí)，可將主流道和分流道的端部沿料流前進(jìn)方向延長(zhǎng)作為分流道冷 料井，以?xún)?chǔ)存前鋒冷料，其長(zhǎng)度為主流道或分流道直徑的1.5 - 2 倍。整個(gè)澆注系統(tǒng)（凝料）如圖 12 所示：15 / 47手

27、機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍 主流道冷料井分流道點(diǎn)澆口圖 12 澆注系統(tǒng)凝料圖2.3 成型零部分設(shè)計(jì)模具合模后,在動(dòng)模板和定模板之間的某些零部件組成一個(gè)能充填塑料熔體的模具型腔，模具型腔的形狀與尺寸就決定了塑料制件的形狀與尺寸。構(gòu)成模具型腔的所有零部件稱(chēng)為成型零部件。成型零件工作時(shí)直接與塑料熔體接觸，要承受熔融塑料流的高壓沖刷、脫模摩擦等。因此，成型零件不僅要求有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度值，而且還要求有合理的結(jié)構(gòu)和較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性。設(shè)計(jì)注射模的成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)成型塑件的塑料性能、使用要求、幾何結(jié)構(gòu)，并結(jié) 合分型面和澆口位置的選擇、脫模方式和排氣位置的考慮來(lái)確定

28、型腔的總體結(jié)構(gòu)；根據(jù)塑 件的尺寸計(jì)算成型零件型腔的尺寸；確定型腔的組合方式；確定成型零件的機(jī)械加工，熱處理、裝配等要求；對(duì)關(guān)鍵的部位要進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核成形零部件是決定塑件幾何形狀和尺寸的零件。它是模具的主要部分，主要包括凹模、 凸模及鑲件、成型桿和成型環(huán)等。由于塑料成型的特殊性，塑料成型零件的設(shè)計(jì)與冷沖模的凸、凹模設(shè)計(jì)有所不同。2.3.1 成型零件選材對(duì)于模具鋼的選用，必須要符合以下幾點(diǎn)要求：1）機(jī)械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的鋼種。2）拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達(dá)到鏡面，Ra £ 0.05mm 。要求鋼材硬度在 HRC 35 -

29、 HRC 40 宜。過(guò)硬表面會(huì)使拋光困難。鋼材的顯微組織應(yīng)均勻致密，極少雜質(zhì)，無(wú)疵斑和針點(diǎn)。16 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍3）耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度 交變應(yīng)力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不 予采用。所選鋼種應(yīng)使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長(zhǎng)期保持型腔的尺寸精度，達(dá)到所 計(jì)劃批量生產(chǎn)的使用壽命期限。4）具有耐腐蝕性。對(duì)有些塑料品種，如聚氯乙烯和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐 腐蝕性能的鋼種。根據(jù)塑件表面質(zhì)量比較高決定磨具表面質(zhì)量更高這一事實(shí)，再依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，故在設(shè) 計(jì)成型零件（凹模）中選用了鏡面鋼

30、PMS 。PMS (10Ni 3CuAlVS ) 的供貨硬度為 HRC 30 ，易于切削加工。而后在真空環(huán)境下經(jīng)過(guò)500°C - 550°C ，以 5h - 10h 時(shí)效處理。剛才彌散析出復(fù)合合金化學(xué)物，使剛才硬化，具有 HRC 40 - HRC 45，耐磨性好且處理過(guò)程變形小。由于材質(zhì)純凈，可作鏡面拋光，還有較好的電加工及抗銹蝕性能。2.3.2 型腔數(shù)目確定一次注射只能生產(chǎn)一件塑料產(chǎn)品的模具稱(chēng)為單型腔模具，如果一副模具一次注射能生產(chǎn)兩件或兩件以上的塑料產(chǎn)品，則這樣的模具稱(chēng)為多型腔模具。雖然在大批量生產(chǎn)的情況下，多型腔模具應(yīng)是更為合適的形式，它可以提高生產(chǎn)效，降低塑件的整體

31、成本。但單型 腔模具塑料制件的形狀和尺寸一致性好，成型的工藝條件容易控制，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊， 模具制造成本低，制造周期短。所以綜合考慮，我們采用單型腔模具。2.3.3 分型面設(shè)計(jì)分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密 切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)特性及塑料的脫模。由于分型面受塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、 嵌件的位置、塑件的推出、排氣等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較， 以選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)，應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)基本原則：1）分型面應(yīng)選在塑件的最大截面處。2）盡可能的將塑件留在動(dòng)模側(cè)，因?yàn)閯?dòng)

32、模側(cè)脫模機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)便易行。3）有利于保證塑件的尺寸精度。4）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。5）盡量減小塑件在合模平面上的投影面積，以減小鎖模力。6）長(zhǎng)型芯置于開(kāi)模方向7）利于排氣 在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不可能全部滿(mǎn)足上述原則，一般應(yīng)抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。根據(jù)以上原則，可確定該模具的分型面如圖 13 和圖 14 所示。17 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍第一次分型：分型面凸模凹模定模板 中間板 定模底板圖 13 第一分型面第二次分型：分型面動(dòng)模板凸模凹模定模板 中間板圖 14 第二次分型面2.3.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)的作用是把模具型腔內(nèi)的空氣、熔料所產(chǎn)生的氣體排放到模具之外，保證熔 體

33、在充模過(guò)程中的正常流動(dòng)。排氣不良會(huì)有很多危害性，比如充填不足；影響表面質(zhì)量； 產(chǎn)生高溫，使塑料熔體分解，甚至碳化、燒焦；形成流動(dòng)痕和熔接痕，使塑件的力學(xué)性能 降低；降低充模速度，影響成型周期，降低生產(chǎn)效率等。對(duì)于大中型模具，開(kāi)設(shè)排氣槽。它通常開(kāi)在凹模的一邊，處于熔體流動(dòng)末端。一般情 況下，排氣槽尺寸以氣體能順利的排除而不產(chǎn)生溢料為原則，排氣槽寬度可取1.5 - 6mm ，深度小于 0.05mm ，長(zhǎng)度可取 0.8 - 1.5mm ，其中排氣槽深度的取值因材料的不同而產(chǎn)生差18 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍異，如表 4。表 4 常用塑料排氣槽深度塑料品種排氣槽深度/mm塑料品種排氣槽深度/m

34、mPE0.02AS0.03PP0.010.02POM0.010.03PS0.02PA0.01SB0.03PA(CF)0.010.03ABS0.03PETP0.010.03SAN0.03PC0.010.03對(duì)于小型模具，利用分型面排氣，分型面需位于熔體流動(dòng)末端。 依據(jù)此塑件的實(shí)際情況，注塑的氣泡主要集中在分型面附近，因此該模具的排氣槽也開(kāi)在分型面上。根據(jù)手機(jī)外殼的材料，我們?nèi)∨艢獠凵疃葹?0.03，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在凹模上開(kāi)設(shè)寬 2mm 的排氣槽（圖 15）。圖 15 排氣圖2.3.5 成型零部件工作尺寸計(jì)算成型零件工作尺寸是指直接用來(lái)構(gòu)成塑件型面的尺寸，例如：型腔和型芯的徑向尺寸、深度和高度尺寸、孔間

35、距離尺寸、孔或凸臺(tái)至某成型表面的距離尺寸、螺紋成型零件的徑向尺寸和螺距尺寸等。19 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍影響塑件尺寸精度的因素很多，概括地說(shuō)，有塑料原材料；塑件結(jié)構(gòu)和成型工藝、模 具結(jié)構(gòu)、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素。塑料原材料方面的因素主要是指收 縮率的影響。由于影響塑件尺寸的因素很多，特別是由于塑料收縮率的影響，所以使其計(jì) 算過(guò)程比冷沖模要復(fù)雜。1） 凹模和凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模亦稱(chēng)型腔，是成型塑件外表面的主要零件。凸模亦稱(chēng)型芯，是成型塑件內(nèi)表面的零件，成型其主體部分內(nèi)表面的零件稱(chēng)主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯稱(chēng)為小型芯 或成型桿。凹、凸模按結(jié)構(gòu)不同主要可分為整體式

36、和組合式兩種結(jié)構(gòu)形式。該模具屬于小型復(fù)雜模具，凸、凹模一般采用整體嵌入式，采用電火花、線(xiàn)切割等加 工方法。整體式的優(yōu)點(diǎn)是牢固不易變形，精度高。最后通過(guò)螺栓分別于與定模板和動(dòng)模板 連接。（1）凹模尺寸的計(jì)算 按“入體”原則標(biāo)定：對(duì)包容面（型腔和塑件內(nèi)表面）尺寸采用單向正偏差標(biāo)注；對(duì)被包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用單向負(fù)偏差標(biāo)注。塑件及模具成型零件工作部分 尺寸標(biāo)注必須符合“凸負(fù)凹正，中心對(duì)正”原則。a 凹模徑向尺寸計(jì)算 凹模徑向尺寸的計(jì)算采用平均尺寸法，公式如下：LM式中：é=(1+ S ) LSêë+d- 3 Dù Zú4û0LM

37、 凹模徑向尺寸（ mm ）；S 塑件的平均收縮率（ ABS / PC 的收縮率為 0.3% - 0.8%，平均收縮率為0.55% ）；LS 塑件徑向公稱(chēng)尺寸（ mm ）；D 塑件公差值（ mm ）（ 3D4 項(xiàng)系數(shù)隨塑件精度和尺寸變化，一般在 0.5 - 0.8 之間，取 3D4 為 0.6 ，則 D 為 0.8 ）；dZ 凹模制造公差（ mm ）（當(dāng)尺寸小于 50mm 時(shí)，dZ = D4 ；當(dāng)塑件尺寸大于50mm時(shí)，dZ = D5 ）；凹模長(zhǎng)度尺寸計(jì)算為：é(1+ 0.55%) ´ 105ù+0.16+0.16LM =- 0.6= 104.97750ë

38、û0凹模寬度尺寸計(jì)算為：20 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍é(1+ 0.55% ) ´ 45 - 0.6ù+0.2+0.2= 44.64750LM = ëû0b.凹模深度尺寸計(jì)算：凹模深度尺寸的計(jì)算采用平均尺寸法，公式如下：éH M=(1+ S ) H Sêë+d- 2 Dù Zú3û0式中： H M 凹模深度尺寸（ mm ）；S 塑件的平均收縮率（ ABS / PC 的收縮率為 0.3% - 0.8%，平均收縮率為0.55% ）；H S 塑件高度公稱(chēng)尺寸（ mm ）；0

39、 塑件公差值（ mm ）（取 2D 3 為 0.5 ）； 0 Z 凹模制造公差（ mm ）（當(dāng)尺寸小于 50mm 時(shí)，dZ = D 4 ；當(dāng)塑件尺寸大于50mm 時(shí)，dZ = D5 ）；凹模深度尺寸計(jì)算為：é(1+ 0.55%) ´ 11.2ù+0.2+0.2H M =- 0.5=10.76160ëû0（2）凸模尺寸的計(jì)算按“入體”原則標(biāo)定：對(duì)包容面（型腔和塑件內(nèi)表面）尺寸采用單向正偏差標(biāo)注；對(duì)被包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用單向負(fù)偏差標(biāo)注。塑件及模具成型零件工作部分尺寸標(biāo)注必須符合“凸負(fù)凹正，中心對(duì)正”原則。a 凸模徑向尺寸計(jì)算凸模徑向尺

40、寸的計(jì)算采用平均尺寸法，公式如下：éLM=(1+ S ) LSêë0+ 3 Dùú4û-dZ式中： LM 凸模徑向尺寸（ mm ）；S 塑件的平均收縮率（ ABS / PC 的收縮率為 0.3% - 0.8%，平均收縮率為0.55% ）；LS 塑件徑向公稱(chēng)尺寸（ mm ）；D 塑件公差值（ mm ）（ 3D4 項(xiàng)系數(shù)隨塑件精度和尺寸變化，一般在 0.5 0.821 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍之間，取 3D4 為 0.6 ，則 D 為 0.8 ）；dZ 凸模制造公差（ mm ）（當(dāng)尺寸小于 50mm 時(shí)，dZ = D4 ；當(dāng)塑件尺

41、寸大于50mm時(shí)，dZ = D5 ）；凸模長(zhǎng)度尺寸計(jì)算為：LMé(1 + 0.55%) ´ 105 + 0.6ù0= 106.17750-0.16=-0.16ëû凸模寬度尺寸計(jì)算為：LMé(1 + 0.55%) ´ 45 + 0.6ù0= 45.84750-0.2=-0.2ëûc.凸模深度尺寸計(jì)算：凸模深度尺寸的計(jì)算采用平均尺寸法，公式如下：éH M=(1+ S ) H Sêë0+ 2 Dùú3û-dZ式中： H M 凸模深度尺寸（ m

42、m ）；S 塑件的平均收縮率（ ABS / PC 的收縮率為 0.3% - 0.8%，平均收縮率為0.55% ）；H S 塑件高度公稱(chēng)尺寸（ mm ）；0 塑件公差值（ mm ）（取 2D 3 為 0.5 ）； 0 Z 凸模制造公差（ mm ）（當(dāng)尺寸小于 50mm 時(shí)，dZ = D 4 ；當(dāng)塑件尺寸大于50mm 時(shí)，dZ = D5 ）；凸模深度尺寸計(jì)算為：(1 + 0.55%) ´ 11.2 + 0.50H M=éù=11.76160-0.2ëû-0.2（3）型腔壁厚的計(jì)算一般通過(guò)查表 5 或有關(guān)壁厚公式計(jì)算來(lái)得到型腔壁厚尺寸。表 5 型腔壁

43、厚經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)型腔壁厚S 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)型腔壓力/MPa 型腔側(cè)壁厚度S/mm<29(壓縮) 014L+12 <49(壓縮) 016L+15 <49(注射) 020L+17注：型腔為整體式，L > 100mm，表中值需乘以 0.85 0.9。22 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍手 機(jī) 殼 長(zhǎng) 度 L =105mm ， 所 以 型 腔 壁 厚 S = (0.2 ´105 +17 ) ´0.9 = 34.2mm ， 我 們 取S = 35mm 。 型 腔 模 板 的 長(zhǎng) 度 M = 35 +105 +35 =175mm ， 型 腔 模 板 的 寬 度 N =

44、35 + 45 +35 =115mm 。圖 16 和圖 17 為型腔型芯圖。圖 16 型腔型芯圖 1圖 17 型腔型芯圖 22.4 導(dǎo)向與脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是模具必不可少的部件，因?yàn)槟＞咴陂]合時(shí)要求有一定的方向和位置，所以必須設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有定位、導(dǎo)向和承受一定的側(cè)壓力的作用。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種方式。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：定位作用；導(dǎo)向作用；承受一定的側(cè)向壓力。1）導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)23 / 47手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)王巨龍導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)用最普遍，主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱既可以設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，也 可以設(shè)置在定模一側(cè)，應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來(lái)確定。標(biāo)準(zhǔn)模架的導(dǎo)柱

45、一般設(shè)在動(dòng)模部分。在不 妨礙脫模的條件下，導(dǎo)柱通常設(shè)置在型芯高出分型芯面較多的一側(cè) 。該模具的導(dǎo)柱導(dǎo)套均是選用標(biāo)準(zhǔn)模架時(shí)選用的標(biāo)準(zhǔn)件。導(dǎo)柱（圖 18）采用臺(tái)階式導(dǎo)柱， 直徑 30mm ，長(zhǎng) 290mm 。材料采用 20 鋼，經(jīng)表面滲碳淬火處理，硬度為 50 -55HRC 。導(dǎo)柱固定端與模板之間的配合精度采用 H 7 / m6 的過(guò)渡配合，導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分采用 H 7 / f 7 的間隙配合。圖 18 導(dǎo)柱 導(dǎo)套（19）采用臺(tái)階式導(dǎo)套，它檢修更換方便，能保證導(dǎo)向精度，主要用于精度要求較高的大型模具。導(dǎo)套材料可用與導(dǎo)柱相同的材料或銅合金等耐磨材料制造，但其硬度應(yīng) 低于導(dǎo)柱硬度，這樣可以改善磨擦，以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?。直?dǎo)套的配合精度采用 H 7 / r6過(guò)盈配合鑲?cè)肽０澹瑸榱嗽黾訉?dǎo)套鑲?cè)氲睦喂绦?，防止開(kāi)模時(shí)導(dǎo)套被拉出來(lái)