手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì) 【內(nèi)容提要】： 主要闡述手機(jī)殼的注塑模設(shè)計(jì)，提供了使用PRO/E軟件進(jìn)行整個(gè)注塑模設(shè)計(jì)的流程，以及塑件的CAE分析?！娟P(guān) 鍵 詞】： 手機(jī)殼、塑料、注塑模、PRO/E模具設(shè)計(jì)【教師點(diǎn)評(píng)】：該同學(xué)在手機(jī)外殼的注射模具設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(diào)研和方案論證，確定了具體設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品造型上有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，深入鉆研每個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的可行性和工藝進(jìn)行了詳細(xì)分析。采用Pro/EEMX建立模型并進(jìn)行模型的受力分析，模擬模型在現(xiàn)實(shí)情況下的使用情況，并得出模型檢驗(yàn)結(jié)果，以認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度出色的完成了整個(gè)注塑模設(shè)計(jì)的全過(guò)程，具備了設(shè)計(jì)人員應(yīng)有的基本素質(zhì)和能力。 一調(diào)研報(bào)告1手機(jī)殼的造型結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r移動(dòng)電話的普及速度大大超越了專家的預(yù)測(cè)與想象。它已從最初的模擬系統(tǒng)發(fā)展到目前的數(shù)字系統(tǒng)。在此期間，移動(dòng)電話的功能越來(lái)越豐富，體積越來(lái)越小，造型越來(lái)越美觀，充分體現(xiàn)了技術(shù)與藝術(shù)結(jié)合。除了最基本的實(shí)用功能外，移動(dòng)電話還要考慮美觀和舒適，在設(shè)計(jì)上必須充分考慮使用對(duì)象、使用場(chǎng)合、功能要求、人機(jī)工效學(xué)等因素。2材料確定PCABS合金在汽車、機(jī)械、家電、計(jì)算機(jī)、通訊器材、辦公設(shè)備等方面獲得了廣泛應(yīng)用，如移動(dòng)電話的機(jī)殼、手提式電腦的外殼、以及汽車儀表盤板)等。資料顯示：PC/ABS已廣泛應(yīng)用于制造手機(jī)外殼。3薄殼制品與模具設(shè)計(jì)薄殼制品成型時(shí)模具設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一步。成型薄殼制品時(shí)需要特別設(shè)計(jì)的薄殼件專用模具。與常規(guī)制品的標(biāo)準(zhǔn)化模具相比，薄殼制品模具從模具結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)都發(fā)生了重大變化，成本也增加了30-404塑件選擇據(jù)調(diào)查，東亞尤其是中國(guó)的用戶對(duì)于翻蓋手機(jī)卻相當(dāng)青睞，在中國(guó)市場(chǎng)銷售的全部手機(jī)中，翻蓋手機(jī)的數(shù)量超過(guò)了一半。國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商了解本土消費(fèi)者的心理，摒棄歐美崇尚的直板機(jī)而主推折疊機(jī)，開(kāi)發(fā)出符合東方人審美趣味的機(jī)型，款式漂亮，內(nèi)容豐富，得到了廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。針對(duì)以上情況，選用翻蓋式手機(jī)殼注塑模設(shè)計(jì)。二、產(chǎn)品工藝分析1產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)塑件的選擇：女性翻蓋手機(jī)本人負(fù)責(zé)的部分是翻蓋部分，翻蓋部分的特點(diǎn)是上蓋采用復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)，上下蓋的分型面都比較復(fù)雜，而且下蓋需要側(cè)向抽芯。見(jiàn)圖1： a)裝配圖 b)爆炸圖 圖1 塑件造型2塑件制品的工藝分析(1)尺寸和精度尺寸：塑件尺寸的大小受到塑料材料流動(dòng)性好壞的制約，塑件尺寸越大，要求材料的流動(dòng)性越好，流動(dòng)性差的材料在模具型腔未充滿前就已經(jīng)固化或熔接不牢，導(dǎo)致制品缺陷和強(qiáng)度下降。尺寸精度：影響塑件制品尺寸精度的因素是比較復(fù)雜的，如模具各部分的制造精度，塑料收縮率，成型工藝及模具加工表面質(zhì)量等等。手機(jī)機(jī)殼屬于高精度的塑件，選用3級(jí)精度。(2)壁厚對(duì)于手機(jī)機(jī)殼本身尺寸向著輕巧化發(fā)展，屬于高級(jí)薄殼制品（壁厚小于1.2mm），選用壁厚1mm，均勻抽殼。(3)脫模斜度結(jié)合本塑件的形狀，設(shè)定脫模斜度為40分。(4)加強(qiáng)筋和凸臺(tái)針對(duì)本塑件，在殼體轉(zhuǎn)角處設(shè)置距壁面有一定距離的凸臺(tái)，并設(shè)加強(qiáng)筋。同時(shí)在復(fù)雜曲面凸起的地方設(shè)置加強(qiáng)筋防止變形。三、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1塑件制品分析（1）產(chǎn)品要求從對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行的工藝分析中可以得知，所設(shè)計(jì)的塑件材料為，材料收縮率為：0.005，精度要求高，故一次注塑四個(gè)，采用圓形分布的流道布置。塑件立體圖如下所示：（2）計(jì)算制品的體積重量：材料采用PC/ABS，查找GE公司網(wǎng)頁(yè)得知其密度為1.12，收縮率為0.5%。上蓋部分：使用pro/engineer軟件對(duì)三維實(shí)體產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)品的體積，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)體尺寸手動(dòng)計(jì)算出它的體積。下面是部分計(jì)算過(guò)程：通過(guò)計(jì)算塑件的體積為：V1=2737.24mm3塑件的重量：M1=3.07g澆注系統(tǒng)體積：V2=4413.07mm3澆注系統(tǒng)重量：M2=.V2=1.124.41=4.94g故V總=4V1+V2=42737.24+4413.07=15362.03mm3故M總=V總=1.1215362.03=17.21g塑料密度g/ m3下蓋部分：通過(guò)計(jì)算塑件的體積為：V1=2230.86mm3塑件的重量：M1=2.498g澆注系統(tǒng)體積：V2=3857.89mm3澆注系統(tǒng)重量：M2=.V2=1.123857.89=4.32g故V總=4V1+V2=42230.86+4320.84=12781.35mm3故M總=V總=1.1212781.35=14.315g2.注塑機(jī)的確定根據(jù)制品的體積和重量查塑料模具設(shè)計(jì)（表53）選定注塑機(jī)型號(hào)為：JPH150A。注塑機(jī)的參數(shù)如下：注塑機(jī)最大注塑量：186g 鎖模力：1500KN注塑壓力：194MPa 最小模厚：180mm最大開(kāi)距：800mm 頂出行程：80mm 注塑機(jī)定位孔直徑： 125mm 注塑機(jī)拉桿的間距：410410(mmmm)噴嘴球半徑：10mm 噴嘴前端孔徑：3mm3.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)采用一模四腔兩板式結(jié)構(gòu)，考慮到殼體表面美觀性，采用潛伏式膠口。根據(jù)<<塑料模具設(shè)計(jì)>>（附錄B）所提供的標(biāo)準(zhǔn)模架圖例選模架型號(hào)為：大水口，4040。4.注塑機(jī)參數(shù)校核對(duì)注塑機(jī)的最大注塑量、鎖模力、模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸、開(kāi)模行程等進(jìn)行校核，校核結(jié)果是滿足要求的。5.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1) 主流道的設(shè)計(jì)主流道是塑料熔融體進(jìn)入模具型腔時(shí)最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)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(dòng)，開(kāi)模時(shí)主流道凝料又能順利地拉出來(lái)。由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開(kāi)在定模板上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道襯套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。澆口套的選用：進(jìn)料口直徑：D=d+(0.51)mm=30.53.5mm式中d為注塑機(jī)噴嘴口直徑。球面凹坑半徑：R=r+(0.51)mm=10+0.510.5mm式中r為注塑機(jī)噴嘴球頭半徑。所選澆口套的立體圖如圖2所示：圖2澆口套(2)冷料井設(shè)計(jì)選用底部帶有推桿的的冷料井，倒錐孔冷料井的底部由一根推桿組成，推桿裝于推桿固定板上，因此它常與推桿或推管脫模機(jī)構(gòu)連用。(3)分流道的設(shè)計(jì)分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品種、塑件的大小及流道長(zhǎng)度確定。大多數(shù)塑料所用的分流道的直徑為6mm10mm,先預(yù)定用6mm，通過(guò)塑料顧問(wèn)分析再?zèng)Q定。分流道的布置：選用平衡式的圓形分流道布局，即分流道到各型腔澆口的長(zhǎng)度、斷面形狀、尺寸都相同。(4)澆口設(shè)計(jì)澆口又稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔之間的一段細(xì)短流道，其截面積約為分流道的0.030.09，長(zhǎng)度約為0.5mm2mm。具體尺寸通過(guò)Pro/E塑料顧問(wèn)分析確定。通過(guò)Pro/E塑料顧問(wèn)分析可知最佳澆口位置在殼體內(nèi)側(cè)。再加上考慮手機(jī)外殼的美觀性，決定用潛伏式澆口。選用圖3澆口 圖3 推桿式澆口潛伏式澆口的可以是圓形或半圓形，一般尺寸：長(zhǎng)L=1.52mm，澆口直徑d0.51.5mm，分流道與點(diǎn)澆口交界處過(guò)度圓角R=1.53mm6分型面的選擇定模和動(dòng)模相接觸的面稱為分型面，分型面的形狀有平面、斜面、階梯面和曲面等。分型面的選擇就有利于脫模，取在塑件尺寸最大處，并使塑件留在動(dòng)模部分，有利于塑件的外觀質(zhì)量和精度要求。 a)上蓋 b)下蓋 圖4 分型面由于下蓋還有側(cè)向抽芯，所以還要做型芯分型面 圖5 分型面7.排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于本模具屬小型模具，可利用型芯、頂桿、鑲拼件、分型面等的間隙排氣8.成型零件的設(shè)計(jì)凹模結(jié)構(gòu)：由于按鈕形狀復(fù)雜，故選用局部鑲拼式凹模；凸模：選用鑲拼式凸模。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8，圖9所示， 9.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)通常購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)模架，其中包括了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)套和導(dǎo)柱，根據(jù)模架的尺寸結(jié)構(gòu)選用40的導(dǎo)柱，然后選用相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)套。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示： 圖6導(dǎo)套圖7導(dǎo)柱10.型腔的側(cè)壁和底板厚度計(jì)算通常模具設(shè)計(jì)中，型腔壁厚及支承板厚度不通過(guò)計(jì)算確定，而是憑經(jīng)驗(yàn)確定。參考塑料模具設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可以得知：型腔側(cè)壁厚度S的經(jīng)驗(yàn)值為：S0.2L+17=0.2190+1755mm支承板厚度h的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：h0.12b0.1219038mm a) 凹模 b) 凸模 圖8 上蓋部分a) 凹模 b)凸模 圖9 下蓋部分11.脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）薄殼制品的頂出頗具技術(shù)性。因?yàn)楸诤徒疃己鼙?，非常容易損壞，而且壁薄沿厚度方向收縮就很小，使得加強(qiáng)筋和其他小結(jié)構(gòu)很容易粘合，同時(shí)高保壓壓力使收縮更小。為避免頂穿和粘模，TWM應(yīng)使用比常規(guī)成型數(shù)量更多、尺寸更大的頂出銷。脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)成頂桿脫模機(jī)構(gòu)，選用4頂桿，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-25。由于采用推桿式澆口，還應(yīng)采用特殊推桿放置在澆口位置，推桿形狀如圖10。 圖10 頂桿 a) b) 圖11 特殊推桿12.側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)塑件的側(cè)面有孔或凹槽，應(yīng)采用側(cè)向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。通過(guò)查閱資料，確定采用斜導(dǎo)柱抽芯，它是利用注塑機(jī)的開(kāi)模力，通過(guò)傳動(dòng)零件，將活動(dòng)型芯抽出。結(jié)構(gòu)原理是斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)由與模具開(kāi)模方向成一定角度的斜導(dǎo)柱和滑塊組成，并有保證抽芯動(dòng)作穩(wěn)妥可行的滑塊定們裝置和鎖緊裝置。根據(jù)<<注塑模具設(shè)計(jì)>>中公式表算出抽拔力、斜導(dǎo)柱受彎曲力、抽芯距、斜導(dǎo)柱直徑、斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度等，之后在Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)中選取合適的型號(hào)，入加模具中，見(jiàn)圖12。 圖12 側(cè)向抽芯四、CAE 分析1.模流分析本次設(shè)計(jì)采用塑件顧問(wèn)（Plastic Advisers）進(jìn)行模流分析，塑件顧問(wèn)是Pro/E系統(tǒng)的外持程序之一，屬于CAE分析軟件，專門用來(lái)處理塑料射出成形的模流分析，使設(shè)計(jì)者能在模具設(shè)計(jì)的階段，對(duì)塑料在型腔中的棄填情況能夠有所掌握。能檢測(cè)出你所做出來(lái)的鑄件的質(zhì)量，而且塑料顧問(wèn)工具能模擬澆鑄塑料零件的鑄模填充動(dòng)作。高級(jí)特征提供了有用的工藝性知識(shí)，它們可以大大減少后期的設(shè)計(jì)更改和重新設(shè)計(jì)鑄模的成本。分析過(guò)程：(1)對(duì)產(chǎn)品造型分析出最佳澆口位置，在最佳澆口位置設(shè)置澆口，查看填沖情況，在這個(gè)過(guò)程中還可以進(jìn)行選材，得出最佳材料及最佳澆口位置。(2)鑄件模流分析，確定澆口，分流道形狀。同樣通過(guò)上蓋部分來(lái)確定。(3)通過(guò)質(zhì)量預(yù)測(cè)結(jié)果，分析結(jié)構(gòu)問(wèn)題，看是否能使情況改善。以下是分析結(jié)果，可以看出，塑件模流分析出來(lái)的質(zhì)量還是不錯(cuò)的。a) 填充情況 b) 質(zhì)量預(yù)測(cè) 圖13 上蓋部分a) 填充情況 b) 質(zhì)量預(yù)測(cè) 圖14 下蓋部分2.有限元分析MSC.Patran軟件對(duì)可直接從各CAD軟件中抓取幾何模型，然后，MSC.Patran可以最大限度地創(chuàng)建一個(gè)模型供多個(gè)程序進(jìn)行分析,例如,直接讀取Pro/ENGINEER,CATIA,Unigraphics,SolidWork核心等幾何模型,創(chuàng)建分析模型供MSC.Nastran作結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及動(dòng)力響應(yīng)分析,同時(shí)又供MSC.Patran作高度非線性分析等。可見(jiàn)，MSC.Patran就好像一座橋梁,將CAD軟件,分析求解器和材料信息等連在一起。使用MSC.Patran軟件對(duì)本塑件進(jìn)行分析,首先先對(duì)其進(jìn)行受力分析。 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結(jié)果：最大變形：1.12E-4 最大應(yīng)力：8.66E6圖15 下蓋部分 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結(jié)果：最大變形：6.46E-5 最大應(yīng)力：3.57E6圖17 上蓋部分五、總結(jié)：模具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與特色總結(jié)：選擇以女性手機(jī)為主題的翻蓋手機(jī)，本人負(fù)責(zé)的是翻蓋部分，這部分的難點(diǎn)是復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)，并決定以后模具設(shè)計(jì)中分模面的設(shè)計(jì)及側(cè)向抽芯的設(shè)計(jì)。通過(guò)塑料顧問(wèn)分析得到最佳澆口在內(nèi)側(cè)，也可以保證了產(chǎn)品外觀，以及采用特殊推桿放置在澆口位置。通過(guò)塑料顧問(wèn)進(jìn)行模流分析來(lái)修改材料，澆口形狀，分流道形狀，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這些修改都可以在做分型面之前完成，也就不用再把整套模具再重新做一次。這個(gè)過(guò)程也是花了很長(zhǎng)時(shí)間，最終結(jié)果還是另人滿意的。采用側(cè)向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。根據(jù)公式算出各個(gè)尺寸之后在Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)中選取合適的型號(hào)，入加模具中。通過(guò)這次模具設(shè)計(jì)，使我加深了模具方面的認(rèn)識(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考題、解決問(wèn)題的能力。畢業(yè)在即，即將投入到社會(huì)工作中去，我會(huì)盡自己的能力把學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐工作中，做一個(gè)有用的人才。最后要感謝母校及老師們對(duì)我的栽培!【參考文獻(xiàn)】： 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