手機后殼注塑模具設計,手機,注塑,模具設計 手機后殼注塑模具設計 摘 要 我國塑料模具工業(yè)從起步到現在，經歷了半個世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大的提高。由于模具生產產品具有精度高，復雜性高，一致性好，生產效率高消耗低等優(yōu)點。所以現代工業(yè)中將會起到更大的作用，得到更多的應用。我的塑料發(fā)展至今，已能生產精度高達2微米的精密，多工位級進模，工位數最多已達160個，壽命1~2億次。 模具時現代工業(yè)發(fā)展的基礎，許多產業(yè)的發(fā)展都離不開模具行業(yè)的支持。用模具生產制造所表現出來的的高精度，高復雜程度，高一致性，高生產率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。在模具工業(yè)的總產值中塑料模具約占33%。不同的塑料成型方法使得模具原理和結構不通。按照成型方法的不通，塑料模具分為：注塑模具，壓塑模具，吹塑模具等。注塑模具主要用于熱塑性塑料制品的成型中占有很大比重?，F代工業(yè)中，消費品外殼的色彩，手感，和精度，厚度等提出了新要求。塑料外殼設計成為重要的一環(huán)。設計合理的注塑模具將得到越來越多的應用。 現代注塑模具的設計方法目前為了應付當前多樣化的要求，縮短產品只在周期以缺德最佳的競爭優(yōu)勢，模具設計中都引用了CAD/CAE計算機一體化制造技術，以提高產品質量，降低成本，增加競爭力，一般而言，一件完整理想的工業(yè)產品，其制造流程為現有原創(chuàng)型的概念設計出原件，配合計算機輔助工程分析技術，再依據分析結果修改測試，最后再依據設計圖經由計算機輔助制造，進行產品自動化生產在模具設計生產，以上整個過程均在計算機上進行。 在模具設計生產過程中，應用Pro/ENGINEER軟件進行模具結構設計-模具型腔-型芯二維設計-工藝準備-模具型腔，型芯設計三維造型等。 隨著計算機技術和網絡技術取得了突破性的成就，模具設計越來越多地使用CAD/CAM技術。在產品生產之前，使用這些新技術來進行模具的設計和改善，是現代設計必然趨勢在現實生活里，手機已經成為人們的一個生活必須品，現代的手機已經不再僅僅是一個工具同時一時裝飾品，所以做出的不管是手機機身還是手機殼都需要美觀大方，因此加工工藝就顯得非常重要。所以在對手機殼的模具設計時不僅要考慮成型，還需要考慮成型后的美觀。因此在模具的設計過程中多方兼顧。 關鍵字：手機；模具設計；注射模；斜導柱；側抽芯。 Abstract Plastic mold industry in China from the beginning to now, has experienced half a century, has made great development, mould level has greatly improved. Because the mold production product has high accuracy, high complexity, good consistency and high efficiency low consumption etc. So modern industry will play a greater role, get more applications. Precision plastic development up to now, I have been able to produce as much as 2 micron precision, multi-station progressive die, has reached the maximum number of stations in 160, life 1 ~ 200 million times. Mould the basis for the development of modern industry, many industry's development cannot leave the mould industry support. With mold manufacturing of high precision, high complexity, high consistency, high productivity and low consumption, is can't be matched by other methods of processing and manufacturing. In the mold industry plastic mould accounted for about 33% of the total output. Different methods of plastic molding makes mold principle and structure. According to the forming method of impassability, plastic mold is divided into: injection mold, compression mold, blow molding mould, etc. In the injection mold is mainly used for thermoplastic plastics molding occupies a large proportion. In modern manufacturing, consumer goods shell color, feel, and precision, thickness, etc. Put forward new requirements. Plastic shell design become important one annulus. Reasonable design of injection mould will be applied more and more. Modern design method of injection mould at present in order to cope with the current diversified requirements, shorten the product by the wicked the best competitive advantage, only in the cycle of mould design reference the CAD/CAE technology of computer integrated manufacturing, in order to improve the product quality, reduce cost, increase the competitiveness, in general, a complete ideal industrial products, the concept of the manufacturing process for existing original type original design, with computer aided engineering analysis techniques, according to the results of analysis, modifying test again, and then on the basis of design through computer aided manufacturing, automated production in the mold design production, more than the whole process are conducted on the computer. In the mold design and production process, the application of Pro/ENGINEER software to design the mould structure - the mold - core of two-dimensional design process to prepare - mold cavity, core design three dimensional modeling, etc. Along with the computer technology and network technology has achieved breakthrough and mold design are increasingly using CAD/CAM technology. Before production, the use of these new technologies for the design of the mould and improvement, is an inevitable trend in the modern design in real life, mobile phones have become a people living necessities, modern mobile phone is no longer just a tool for decoration at the same time, so the mobile body or following needs to be beautiful and easy, so the processing technology is very important. So when opponents casing mold design should not only consider the forming, also need to consider after molding. Therefore, in the mold design process to two or morethings. Key words：Cell phones, mold design, injection mould, inclined guide pillar, side core-pulling 目錄 引言 1 第一章 塑件分析 2 1.1 材料的分析 2 1.2 塑件相關參數的設計 2 1.2.1 注射溫度的影響 2 1.3 塑件原料的分析 3 1.3.1 PC塑料的干燥 3 1.3.2注射溫度 3 1.3.3注射壓力 3 1.3.4注射速度 3 1.3.5模具溫度 4 1.4 體積及質量計算 4 1.4.1 體積的計算 4 1.4.2 質量及面積的計算 4 第二章 型腔數目的確定 6 第三章 成型零部件的設計 7 3.1 型腔尺寸的計算 7 3.2 型芯尺寸的計算 7 第四章 注射機的選擇 9 第五章 注射機的校核 10 5.1注射機注射容量校核 10 5.2注射機鎖模力校核 10 5.3注射機注射壓力校核 10 5.4注射機模具厚度校核 11 5.5注射機最大開模行程校核 11 第六章 分型面的選擇 13 6.1 分形面的形式 13 6.2 分型面的選擇 13 第七章 澆注系統(tǒng)的設計 15 7.1 分流道的設計原則 15 7.2 分流道的設計 16 7.3 分流道的尺寸的設計 17 第八章 澆口的設計 18 8.1澆口位置選擇的仿真 19 8.2 直接澆口的直徑設計 19 8.3 點澆口直徑設計 20 第九章 冷卻系統(tǒng)的設計 21 9.1 冷卻系統(tǒng)設計原則 21 9.2 冷卻系統(tǒng)的結構形式 21 9.3 冷卻系統(tǒng)的計算 21 9.4冷卻時間計算 22 9.5 用水量M的計算 23 9.6 成型周期計算 23 第十章 模具材料選擇 25 第十一章 模具主要參數的計算 26 11.1 脫模力的計算 26 11.2 初始脫模力 26 11.3 推桿直徑計算 27 11.4 推桿的應力校核 27 11.5 推板的厚度計算 28 第十二章 推出脫模機構設計 29 12.1 推出機構的選用原則 29 12.2 推桿的形式 29 12.3 推桿材料 30 12.4 推桿的復位 30 12.5 推出力的計算 30 12.6 型腔壁厚和底板厚度計算 31 12.6.1側壁厚度計算 32 12.6.2矩形型腔底板厚度計算 32 第十三章 結構零部件設計 33 13.1 合模導向機構的設計 33 13.1.1設計導柱需要注意的事項 33 13.2 導向機構的設計 33 13.3 定位圈的設計 34 13.4 側向分型與抽芯機構的設計 34 13.5 斜導柱的設計 36 13.6 滑塊的設計 37 13.7 楔緊塊的設計 37 第十四章 模架的選擇 38 14.1模架厚度H和注射機的閉合距離L 38 14.2所需行程之間的尺寸關系 38 第十五章 排氣系統(tǒng)的設計 40 第十六章 成型零件加工工藝規(guī)程 41 謝辭 42 參考文獻 43 附錄 44 引言 隨著我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，一些新興產業(yè)業(yè)取得了長足的進步。模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在機械、電子、汽車、航空以及通信等領域有著廣泛的應用。隨著人民生活水平的不斷提高，日常生活中使用的物品越來越多地用到了模具。目前，模具生產水平的高低已經成為衡量一個國家制造水平高低的重要標志。 當前，計算機技術和網絡技術取得了突破性的成就，CAD/CAM技術、數控加工技術以及快速成型技術為模具技術的發(fā)展提供了強大的技術支持。同時，以高分子塑料為主的模具材料不斷被開放出來，這些材料種類繁多，性能優(yōu)良，價格低廉，這更為模具產業(yè)的發(fā)展提供了有力的幫助。 本設計主要是為讓讀者們能夠清楚地了解到塑料注射模的設計過程，能夠對模具設計過程中所使用的各種基本工具，例如Pro/ENGINEER，Moldflow Plastics Insight等等，具有一個基本的了解。從零件的尺寸確定，模具設計，模架設計，到最后的注塑仿真，向讀者們展示手機塑料模具的整個設計過程。 隨著Pro/ENGINEER的不斷完善，借助于Pro/ENGINEER設計軟件，我們可以比較輕松地完成一些復雜的設計工作，同時也可以全面地提高設計效率和設計質量。 使用EMX注塑模具設計專家系統(tǒng)可以輕松完成模具模架及配件的設計工作，并能模擬開模過程。EMX具有完整的滑塊結構和完整的開模機構，為設計者帶來極大的方便。設計完成后可以直接輸出3D化模型。 Moldflow Plastics Insight是一款應用廣泛的模擬仿真軟件，使用該軟件可以全面模擬注塑成型過程，并以圖形的方式直觀地顯示分析結果，為設計參數的確定和優(yōu)化提供理論依據，可以幫助設計者進一步修改模具設計方案。 第一章 塑件分析 1.1 材料的分析 通常，選擇塑件的材料依據是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數據。對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說，要考慮的主要是材料的力學性能，如屈服應力，彈性模量，彎曲強度，表面硬度等。綜合各項因素最后選擇PC塑料作為本次設計所使用的材料最為適合。 PC塑料的工藝特點如下： (1）屬無定型塑料，Tg為149～150℃；Tf為215～225℃；成型溫度為250～310℃；相對平均分子質量為2～4萬。 (2）熱穩(wěn)定性較好，并隨相對分子質量的增大而提高。 (3）流變特性接近牛頓液體，表觀粘度受溫度的影響較大，受剪切速率的影響較小，隨相對平均分子質量的增大而增大。無明顯的熔點，熔體粘度較高。PC分子鏈中有苯環(huán)，所以，分子鏈的剛性大。 (4）PC的抗蠕變性好，尺寸穩(wěn)定性好；但內應力不易消除。 (5）PC高溫下遇水易降解，成型時要求水分含量在0.02％以下。 (6）制品易開裂。在成型前，PC樹脂必須進行充分干燥。干燥方法可采用沸騰床干燥(溫度120～130℃，時間1～2h)、真空干燥(溫度110℃，真空度96kPa以上、時間10～25h)、熱風循環(huán)干燥(溫度120～130℃，時間6h以上)。為防止干燥后的樹脂重新吸濕，應將其置于90℃的保溫箱內，隨用隨取，不宜久存。成型時料斗必須是密閉的，料斗中應設有加熱裝置，溫度不低于100℃、對無保溫裝置的料斗，一次加料量最好少于半小時的用量，并要加蓋蓋嚴。 1.2 塑件相關參數的設計 1.2.1 注射溫度的影響 PC塑料的大分子多呈無定形狀態(tài)，大約215℃開始軟化，225℃以上開始流動。和其它熱塑性塑料相比，PC塑料不僅熔融溫度高，而且熔融后的熔體粘度也較高，熔體粘度對溫度的敏感性比剪切速率大。一般對于低于260℃的料溫，由于其熔體粘度過高，制品易出現不足，波紋等缺陷，故在成型中較少采用，而大都選用270～320℃之間，在此范圍內的熔體粘度適中，適合于大部份制品的成型。 PC塑料在正常加工溫度范圍內有很好 的熱穩(wěn)定性，在300℃溫度下長時間停留于料筒內基本不分解 ，熔體粘度變化也很小，由于這一特性使其在成型過程中可以多次反復使用。 注射溫度對PC塑料產品的性能有著重要的影響，在280℃～300℃之間，PC塑料成型前后的分子量變化較小，實驗證明，除了伸長率有所下降外，沖擊強度，拉伸強度和彎曲強度等項性能指標均有較高的值，同時產品有良好的外觀和光亮的表面。過高的料溫，如超過340℃時，PC塑料將會出現分解，產品顏色變深，表面出現銀絲、暗條、黑點、氣泡等缺陷，同時物理機械性能也顯著下降。另外，含氮化合物的存在也會使分解加速，需予以注意。 1.3 塑件原料的分析 1.3.1 PC塑料的干燥　 該種材質對微量的水分極為敏感, 極易吸咐水分，使成型塑件表面出現斑痕、云紋等缺陷。為了使注塑制品達到最佳效果，減少降解的可能性，PC/ABS在成型加工前必須進行干燥，使材料含水量降至0.04%以下，最好在0.02%以下，以提高加工穩(wěn)定性和機械性能。一般地用電熱鼓風烘箱在90~110 ℃,預干燥4～6小時，可以達到所需要的含水率。但最長累積干燥時間不能超過48小時，否則材料有降解變色的可能。 1.3.2注射溫度 PC成型溫度低較, 加工成型性好,熱變形溫度在115 ℃左右, 采用合適的加工溫度, 可以減少或消除表面凹痕, 同時也可以減少縮孔。成型溫度設定以確保阻燃PC充分塑化為基準，應盡量使用低溫區(qū)域，以防止材料降解。成型溫度增加會明顯地降低阻燃PC/ABS的粘度，增加樹脂的流動性，因而，使流動距離變長。原則上，當使用建議的成型溫度上限時，應使熔膠滯留時間盡可能短，避免降解的產生。因此PC成型溫度一般為230~270℃。 1.3.3注射壓力 PC在注射時采用中等的注射壓力，一般為80~150MPa。 對小型、構造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力。PC樹脂的表現黏度強烈地依賴于剪切速率，因此模具設計中大都采用點澆口形式。 1.3.4注射速度 較快的注塑速度，一般會使流程加長，適合充填薄壁制品，并形成較好的表面光潔度，但過快的注塑速度會產生強剪切導致材料降解。而慢速注塑速度可以幫助避免澆口白暈、噴射痕和流痕等缺陷。此手機保護殼為薄壁制品，宜采用中等注射速度，將摩擦熱降至最?。徊捎枚嗉壸⑸?，以確保充填順暢和制品外觀。　 1.3.5模具溫度　 模具溫度模具溫度控制對決定最終制件的充填程度、外觀、殘余應力是非常重要的。PC的成型溫度相對較高, 模具溫度也相對較高。一般調節(jié)模溫為模具溫度：50~100℃。較高的模具溫度，往往會產生良好的流動、較高的熔接線強度、較小的產品內應力，但成型周期會延長。若模具溫度比建議的低，就會導致高內應力并損壞制件的最佳性能。就制件表面和循環(huán)周期而言，模具溫度為建議溫度范圍的中間值時，可望得到較好的結果。 1.4 體積及質量計算 1.4.1 體積的計算 對筆套面積進行計算，如圖1.1所示： 圖1.1 手機后蓋圖紙 已知：=125.5mm =123.5mm =7mm =6mm =62.5mm =60.5mm =8.5/2mm =4/2mm =3.75/2mm =0.71mm =5.32mm =1.42mm 體積為： (1-1) 從而總體體積為：V=9344.07 查表《塑料模設計手冊之二》表1.4可知abs塑料的密度為ρ=1.20g/cm3 1.4.2 質量及面積的計算 （1） 單個塑件質量： M=ρV=1.209344.07g=11.213g (1-2) （2）在分型面上面的投影面積為S投影=7881.1mm2 （3）曲面的整體表面積：S總=8986.324 （4）平均厚度為： (1-3) 圖1.2手機后蓋三維圖 第二章 型腔數目的確定 一次注射只能生產一件塑件的模具稱為單型腔模具；一次注射能生產兩件或兩件以上塑件的模具稱為多型腔模具。與多型腔模具相比較，單型腔模具具有塑件的形狀和尺寸一致性好、成型的工藝條件容易控制、模具結構簡單緊湊、模具制造成本低、制造周期短等特點。但是，在大批量生產的情況下，多型腔模具應是更為合適的形式，它可以提高生產效率，降低塑件的整體成本。 在多型腔模具的實際設計中，確定型腔數目的方法一般有兩種。一種方法是首先確定注射機的型號，再根據注射機的技術參數和塑件的技術經濟要求，計算出要求選取型腔的數目；另一種方法是先根據生產效率的要求和塑件的精度要求確定型腔的數目，然后再選取擇注射機或對現有的注射機進行校核?，F在，計算塑件的總體積和總質量： 塑件總體積： 塑件總體質量： 圖2.1 凹模型腔排布 第三章 成型零部件的設計 3.1 型腔尺寸的計算 表3.1 公式表 型腔徑向尺寸 型芯徑向尺寸 型腔深度公式 型芯高度公式 其中 修正系數x=1/2～2/3，即當塑件尺寸較大、精度要求低時取小值，反之取大值。 ——型腔的徑向工作尺寸 ——塑件的徑向圖樣尺寸 ——收縮率的平均值，查表得PC成型收縮率:0.5～0.7%。 △——塑件尺寸公差 δZ——型腔制造公差，當制件尺寸為中小、級別精度要求較高時，可取 在這里公差等級選MT3級，修正系數x取0.75。 （1）型腔徑向尺寸計算 利用公式 (3-1) （2）型腔深度計算 利用公式 (3-2) 3.2 型芯尺寸的計算 塑件壁厚為2mm，通過分析塑件可知，模具包含大型芯2個，圓柱形小型芯4個，螺紋型芯3個，圓柱形凸臺小型芯2個。 （1） 大型芯徑向尺寸計算 利用公式 (3-3) （2）側抽小型芯徑向尺寸計算 （3） 型芯高度的計算 利用公式 (3-4) 第四章 注射機的選擇 注塑模的型腔數目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數目的確定時主要考以下幾個有關因素： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生產效益； （4）模具制造難度。 由于手機保護殼要求的精度并不高，但有一定的配合要求，為了同時兼顧生產效率和成本，根據塑件圖樣及產量等要求確定型腔數目為一模兩腔。 查《模具設計與制造簡明手冊》，可初選注射機型號為：SZ-68-40。其主要的技術規(guī)格如下表。 表4.1 注射機主要技術規(guī)格 螺桿（柱塞）直徑mm Φ26 模板行程mm 40 注射容量cm3 53 噴嘴 球半徑mm 18 注射壓力Mpa 160 孔直徑mm Φ4 鎖模力KN 400 定位孔直徑mm 最大注射面積cm3 500 頂 出 中心孔徑mm 模具厚度mm 最大 240 兩 側 孔徑mm Ф40 最小 130 孔距mm 280 第五章 注射機的校核 5.1注射機注射容量校核 塑件成形所需的注射總量應小于所選注射機的注射容量。注射容量以容積（cm3）表示時，塑件體積（包括澆注系統(tǒng)）應小于注射機的注射容量，其關系按下式校核 V件≤0.8V注 （5-1） 式中： V件　—塑件與澆注系統(tǒng)的體積（cm3）; V注 —注射機注射容量（cm3）; 0.8 —最大注射容量利用系數。 根據生產經驗，注塑機注塑PBT-G30塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的75％。為了提高制件質量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調的均勻，選定注射量為標定注射量的60％。此時流道凝料的體積未知，根據經驗可按塑件質量的0.6倍進行估算，則注射量為: V注=58cm3 35.8816<0.8×58=46.4 所以注射機注射容量完全滿足要求。 5.2注射機鎖模力校核 模具所需的最大鎖模力應小于或等于注射機的額定鎖模力， p腔F≤P鎖 （5-2） 式中 p腔 — 模具型腔壓力，一般取40～50Mpa； F — 塑件與澆注系統(tǒng)分型面上的投影面積（mm2）; P鎖 — 注射機額定鎖模力（N）。 在這個設計中 p腔 = 40 Mpa F =7881.1mm2 （一模二腔估算取最大值） P鎖 = 400 kN p腔F = 40×106×7881.1×10-6 = 315.244(kN)<400(kN) 所以注射機的鎖模力也滿足要求。 5.3注射機注射壓力校核 塑件所需的注射壓力應小于或等于注射機的額定注射壓力， p成 ≤ P注 （5-3） p成 — 塑件成型所需的注射壓力（Mpa）， P注 — 所選注射機的額定注射壓力(Mpa)。 在這個設計中，所需的注射壓力通常選用80~100MPa，由于塑件精度為一般精度，PC的流動性比較好,.故在設計中我們選用p成 =90MPa. p成 = 90 MPa P注 = 160MPa 顯然，80<130，因此注射壓力也滿要求。 5.4注射機模具厚度校核 模具閉合時的厚度應在注射機動、定模板的最大閉合高度和最小閉合高度之間，其關系按下式校核 H最?。糎模＜H最大 （5-4） 式中 H最小 — 注射機所允許的最小模具厚度（mm）； H模 — 模具閉合厚度（mm）； H最大 — 注射機所允許的最大模具厚度（mm）。 在這個設計中 H最小 = 130mm H模 = 232 mm H最大 = 240 mm 顯然，130<232<240 所以注射機模具厚度也滿足要求。 5.5注射機最大開模行程校核 塑件所需的開模距應小于注射機的最大開模行程。對在液壓機械聯合鎖模的立式、臥式注射機上使用的一般澆口模具，注塑機的開模行程是有限制的，取出制件所需要的開模距離必須小于注塑機的最大開模距離。依據所設計的模具是三板式雙分型面?zhèn)瘸樾咀⑺苣＞撸◣c澆口的注塑模具）開模距離必須滿足： H1+H2 +a+5～10mm ≤ s （5-5） 式中 H1 —脫模距離（mm）； H2 — 塑件高度（包括澆注系統(tǒng)）（mm）； a — 定模板與中間板之間的分開距離（mm)； S — 注射機最大開模行程（mm）。 在這個設計中 H1 =50mm H2 =25mm a =120mm S =460mm H1+H2 +a+10=58+60+120+10=248mm 顯然，248<460 因此，注射機模板行程也滿足要求。 至此注射機型號確定，選擇SZ-68-40; 第六章 分型面的選擇 6.1 分形面的形式 分型面的形式與塑件幾何形狀、脫模方法、模具類型及排氣條件、澆口形式等有關，我們常見的形式有如下五種：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型面。 6.2 分型面的選擇 分型面的設計在注射模的設計中占有相當重要的位置，分型面的設計可以對塑件的質量、模具的整體結構、工藝操作的難易程度及模具的制造等都有很大的影響。 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置，形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種要素的影響。因此選擇分型面時應綜合分析比較，所以要根據以下幾條原則選擇分型面： （1） 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。當已經初步確定塑件的分型方向后分型面應選在塑件外形最大輪廓處，即通過該方向上塑件的截面積最大，否則塑件無法從型腔中脫出； （2） 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模。通常分型面的選擇應盡可能使塑件在開模后留在動模一側，這樣有助于動模內設置的推出機構動作，否則在定模內設置推出機構往往會增加模具整體的復雜性； （3） 保證塑件的精度要求。與分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求較高，或同軸度要求較高的外形或內孔，為保證其精度，應盡可能設置在同一半模具型腔內。如果塑件上精度要求較高的成型表而被分型面分割，就有可能由于合模精度的影響引起形狀和尺寸上不允許的偏差，塑件因達不到所需的精度要求而造成廢品； （4） 滿足塑件的外觀質量要求。選擇分型面時應避免對塑件的外觀質量產生不利的影響，同時需考慮分型面處所產生的飛邊是否容易修整清除，當然，在可能的情況下，應避免分型面處產生飛邊； （5）便于模具加工制造。為了便于模具加工制造，應盡量選擇平直分型面或易于加工的分型面； （6）對成型面積的影響。注射機一般都規(guī)定其相應模具所允許使用的最大成型面積及額定鎖模力，注射成型過程中，當塑件(包括澆注系統(tǒng))在合模分型面上的投影面積超過允許的最大成型面積時，將會出現漲模溢料現象，這時注射成型所需的合模力也會超過額定鎖模力，因此為了可靠地鎖模以避免漲模溢料現象的發(fā)生，選擇分型面時應盡量減少塑件(型腔)在合模分型面上的投影面積； （7）對排氣效果。分型面應盡量與型腔充填時塑料熔體的料流末端所在的型腔內壁表面重合； （8）對側向抽芯的影響。當塑件需側向抽芯時，為保證側向型芯的放置容易及抽芯機構的動作順利，選定分型面時，應以淺的側向凹孔或短的側向凸臺作為抽芯方向，將較深的凹孔或較高的凸臺放置在開合模方向，并盡量把側向拍芯機構設置在動模一側。 根據該塑料制品的形狀特點及以上原則，采用二次分型，雙分型面。該塑件總高為7mm ,主分型面為保護罩底部輪廓處，選用的是平直分型面。 第七章 澆注系統(tǒng)的設計 7.1 分流道的設計原則 澆注系統(tǒng)通常由主流道、分流道、澆口、冷料穴四個部分組成。其作用是使使熔體均勻充滿型腔，并使注射壓力有效地傳送到型腔的各個部位，以獲得形狀完整、質量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)的設計是否適當，直接影響成形品的外觀、物性、尺寸精度和成形周期。 澆注系統(tǒng)的設計基本原則： (1)分析塑料的成型性能，分析澆注系統(tǒng)對塑料熔體流動的影響以及在充模、保壓補縮和倒流的各階段中，型腔內塑料的溫度、壓力的變化情況，使設計出的澆注系統(tǒng)適應所用塑料的成型性能，保證塑件制品的質量； (2)有利于型腔中氣體的排出； (3)避免塑料熔體直接沖擊型芯或嵌件，以防其變形或移位； (4)盡量縮短流程和減少拐彎，減少熔體壓力和熱量的損失，保證充填壓力和速度，減少塑料用量，提高熔接強度； (5)防止塑料制品的變形，設計時應注意由于冷卻收縮的不均勻或多澆口進料、澆口收縮等原因引起制品的變形； (6)澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量?。? (7)澆注系統(tǒng)的位置應盡量與模具的中心線對稱； (8)澆口的去除、休整應方便，保證制品外觀質量。 注射模的澆注系統(tǒng)是指塑料溶體從注射機噴嘴進入模具開始到型腔為止，所流經的通道。它的作用是將溶體平穩(wěn)地引入模具型腔，并在填充和固化定型過程中，將型腔內氣體順利排出，且將壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得組織致密，外形清晰，表面光潔和尺寸穩(wěn)定的塑件。 主流道是塑料熔融體進入模具型腔時最先經過的部位，是指從注射機噴嘴與模具接觸處開始，到有分流道支線為止的一段料流通道，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來，錐角通常取2°～4°，在此取3°。由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是將它單獨設計成主流道襯套(即是澆口套)鑲入定模板內。 澆口套的計算: 進料口直徑： D=d+(0.5～1)mm=4＋0.5＝4.5mm （6-1） 式中 d—注塑機噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑： R=r+(1～2)mm=16+2＝18mm （6-2） 式中 r—注塑機噴嘴球頭半徑。 主流道長度L根據定模座板厚度確定，在能夠實現成型的條件下盡量短，以減少壓力損失和塑料耗量。通常L不能超過60mm ,本設計取L=49mm 。 主流道大端與分流道相接處又過度圓角，以減小料流轉向時的阻力，其圓角半徑取r=3mm 。 所選澆口套的立體圖如圖7.1所示： 圖 7.1 澆口套 7.2 分流道的設計 分流道是使?jié)沧⑾到y(tǒng)的截面變化和熔體流動轉向的過渡通道，其作用是是熔體改變流向，以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔，設計時應盡量減少熔體的熱量損失與壓力損失。 小型塑料制品的單腔模具一般不設置分流道，只有需要多澆口進料的大型制品或者多型腔模具才需要設置分流道。該塑件雖然是單腔模具成型，但是主流道設置在塑件頂部中間位置，而塑件形狀尺寸較大，為了使塑料能同時均勻地充填到型腔的各個部位而利于塑件成型，采用采用“非”字狀布置。 分流道是主流道的連接部分，介于主流道和澆口之間，起分流和轉向作用。分流道必須在壓力損失最小的情況下，將熔融塑膠以較快速度送到澆口處充模，因在截面積相等的條件下，正方形之周長最長，圓形最短。面積如太小，會降低塑料流速，延長充模時間，易造成產品缺料、燒焦、銀線、縮水；如太大易積存過多氣體，增加冷料，延長生產周期，降低生產效率。在多型腔的模具中分流道必不可少，而在單型腔的模具中，有時則可省去分流道。在分流道的設計時應考慮盡量減小在流道內的壓力損失和盡可能避免體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。 常用的流道截面形狀有圓形、梯形、U形和六角形等。在流道設計中要減少在流道內壓力損失，則希望流道的截面積大；要減少傳熱損失，又希望流道的表面積小，因此可用流截面積與周長的比值來表示流道的效率； 表7.1 澆道截面的比較 截面形狀 熱量損失 加工性能 流動阻力 最終效果 矩形 大 易 大 差 圓形 小 較難 小 好 梯形 較小 易 較小 一般 U形 較小 易 小 比較好 通過上表可知，圓形截面的效果最好，且熱量損失小，考慮到對塑件要求較高，所以采用圓形的截面； 7.3 分流道的尺寸的設計 分流道的直徑計算經驗公式如下： (7-1) 式中 D------各級分流道的直徑（mm） W------流經該分流道的熔體重量（g） L------流過熔體的分流道長度（mm） W=22.426 L=120mm 推出D=4.24mm，考慮到分澆道的最小直徑，所以取D=4.8mm； 第八章 澆口的設計 澆口的基本作用是加速從分流道來的熔體，以便快速充滿型腔。當熔體通過狹小的澆口時，剪切速率增高，摩擦生熱使熔體的溫度升高，結果是熔體的黏度降低，流動性變好，有利于填充型腔，獲得外形清晰的制品。由于澆口小，所以總是首先凝固，能防止熔料倒流，便于流道凝料與制件分離。 一般情況下，澆口采用長度很短而截面很窄的小澆口。當熔融塑料通過狹小的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也增高，有利于填充型腔。同時，狹小的澆口適當保壓補縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內的熔料即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內殘余應力小，可減小塑件的變形和破裂。狹小的澆口便于澆道凝料與塑件的分離，便于修整塑件，成型周期較短。但是，澆口截面尺寸不能過小。過小的澆口，壓力損失大，冷凝快、補給困難，會造成塑件缺料、縮孔等缺陷，甚至還會產生熔體破裂形成噴射現象，使塑件表面出現凹凸不平。 澆口的類型：直接澆口、中心澆口、側澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、點澆口、潛伏式澆口。 澆口設計應遵循以下原則： (1)盡量縮短熔體流動路程； (2)澆口位置應能減少熔接痕并提高熔接強度； (3)澆口位置應能避免熔體噴射和熔體破裂現象而引起的制品缺陷； (4)澆口位置應考慮高分子取向對制品的影響； (5)澆口位置應有利于排氣； (6)澆口開設在制件壁厚處有利于熔體流動和補縮； (7)防止料流將型芯或嵌件被擠壓變形。 因為該模具為三板模，一模二腔，澆口采用點澆口的形式。這種澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增加塑料熔體的剪切速率并產生較大的剪切熱，從而導致熔體的表現粘度下降，流動性增加，有利于型腔的填充。該類澆口的優(yōu)點是適應各種類型的零件，澆口的位置選擇比較自由，且澆口痕跡不顯著，這符合保護罩表面質量要求比較高的情況。 8.1澆口位置選擇的仿真 圖8.1 澆口位置仿真 圖8.2 澆注分子流向仿真 8.2 直接澆口的直徑設計 (8-1) (8-2) 式中 QG——澆口流率（/s）； DG——直接澆口直徑（mm）； V——注射機的注射速率（g/s）； ——ABS塑料的密度（g/）； 由于我們所選注塑機為SZ-68-40，其注塑的速率V=61（g/s），PC塑料的密度為ρ=1.20g/cm3； 可以算出 QG=50.8（/s）、DG=2.2mm; 8.3 點澆口直徑設計 (8-3) 式中 DpG——點澆口直徑（mm）。 QG=50.8（/s） 可以算出：DpG=1.73mm; 第九章 冷卻系統(tǒng)的設計 9.1 冷卻系統(tǒng)設計原則 (1)盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； (2)冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越均勻； (3)盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等； (4)澆口處加強冷卻； (5)應降低進水與出水的溫差； (6)合理選擇冷卻水道的形式； (7)合理確定冷卻水管接頭位置； (8)冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其他機構發(fā)生干涉現象； (9)冷卻水管進出接頭應埋入模板內，以免模具在搬運過程中造成損壞。 9.2 冷卻系統(tǒng)的結構形式 根據塑料制品形狀及其所需的冷卻效果，冷卻回路可分為直通式、圓周式、多級式、螺旋線式、噴射式、隔板式等，同時還可以互相配合，構成各種冷卻回路。其基本形式有六種，我們這里選用的是簡單流道式。 簡單流道式即通過在模具上直接打孔，并通過以冷卻水而進行冷卻，是生產中最常用的一種形式。其結構如圖9.1所示（圖接下頁）： 圖9.1 冷卻系統(tǒng)布置 9.3 冷卻系統(tǒng)的計算 由塑料成型工藝及模具設計查閱可得，PC的單位質量成型時放出的熱量為300KJ～400KJ/Kg。放出熱量為58×1.20/1000×350KJ=24.36KJ,單位時間散發(fā)的熱量為24.36KJ/3.8s=6.41W 其中，1/3的熱量被凹模帶走，2/3由型芯帶去。 9.4冷卻時間計算 為使模具表面溫度均勻，型腔與冷卻回路的分布狀態(tài)也就是距離和間隔問題值得重視冷卻回路通常按制件形狀及所需溫度分為直通式、圓周式、多級式、螺旋線式、渦旋式、平面U 形彎曲式、垂直U 形彎曲式、噴射式; 擴散管式、隔離板式; 擋板式又可按流量和回路數目分為直列冷卻和并列冷卻。按模具內是由《塑料模設計手冊》，冷卻時間依塑件種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算： (9-1) 式中 ——最低冷卻時間（s）； ——塑件平均壁厚（mm）； ——塑件平均熱擴撒率（mm2/s）； ——模具平均溫度（℃）； ——熔體平均溫度（℃）； ——塑件脫模時平均溫度（℃）。 式中 s=1.00mm 查模具手冊表得 =50℃ =240℃ =35℃ =0.105 熱擴散率的計算公式： (9-2) 式中 a----熱擴散率（mm2/s）； ----塑料熱導率 (W/m.K) ----塑料比熱容(J/g.K) -----塑料密度kg/ 其中 =1.93W/mm.k =1.716KJ/Kg.K =1.2kg/cm^3 代入數據計算得： a=0.094/s =3.8s 由《塑料模設計手冊》表1－4，?。?0s。 計算用水量的多少來確定孔徑是否合適。 9.5 用水量M的計算 計算公式為： (9-3) 式中 Q1-----每次注射由冷卻系統(tǒng)傳去的熱流量（W） M-----每一次注射所需的單位時間用水量（kgs） -----水的必定壓熱容J/kg。K ----水的入口溫度（℃） -----水的出口溫度（℃） =4179 - =10 Q1=24.36W M=0.058kgs 我們水道選擇為直徑8mm的，水流量為M=0.08kgs大于0.058kgs 表9.1 主要取值 溫度℃ 0 20 40 60 80 Cp值 4221 4183 4179 4191 4199 表9.2 冷卻水道在穩(wěn)定紊流下的流速與流量 水管直徑（mm） 最低流速（ms） 流量（min） 8 1.66 0.005 10 1.32 0.0062 12 1.10 0.0074 15 0.87 0.0092 9.6 成型周期計算 注塑成型周期涉及不止流道大小和直徑，還有澆口的大小、運水、注塑機和注塑工藝等都有一定的關系，目前來說把因素考慮全的話，還沒有比較科學的計算方法。 注射成型周期一般用下式計算： (9-4) 式中 Ti——沖模時間，由PROE計算總注塑質量（包括澆注系統(tǒng)）為 33.639g，查《塑料模設計手冊》，取Ti=0.5s； Tn——保壓時間，取24s； Tc——冷卻時間；Tc=22s Tr——其余時間，包括脫模區(qū)間及開閉模時間，取Tr=50s。 代入數據計算得： T=96.5s 第十章 模具材料選擇 10.1 模具滿足工作條件要求 (1）耐磨性 坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產生劇烈的摩擦，從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。 硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數量、形態(tài)、大小及分布有關。 (2）強韌性 模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。 (3）疲勞斷裂性能 模具工作過程中，在循環(huán)應力的長期作用下，往往導致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。 (4）高溫性能 當模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導致模具早期磨損或產生塑性變形而失效。因此，模具材料應具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強度。 (5）耐冷熱疲勞性能 有些模具在工作過程中處于反復加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。 (6）耐蝕性 有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。 第十一章 模具主要參數的計算 11.1 脫模力的計算