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GDGM-QR-03-077-B/0
Guangdong College of Industry & Commerce
畢業(yè)綜合實踐報告
Graduation synthesis practice report
手機上殼的模具設(shè)計
系 別： 機械工程系
班 級： 09模具2班
學(xué)生姓名： 蔡書生
學(xué) 號： 0910249
指導(dǎo)老師： 周德生
完成日期： 2012年5月11日
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目 錄
摘要……………………………………………………………………………………………………7
一、緒論………………………………………………………………………………………………8
(一) 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………………………8
(二) 模具工業(yè)的發(fā)展趨勢……………………………………………………………………………9
(三) 塑料模具的分類………………………………………………………………………………10
二、塑料的成型工藝性分析…………………………………………………………………………10
(一) 塑料材料的選擇及其結(jié)構(gòu)分析………………………………………………………………10
1.塑件模型圖…………………………………………………………………………………………10
2.材料的選擇…………………………………………………………………………………………10
3.結(jié)構(gòu)分析 …………………………………………………………………………………………10
4.工藝性分析 ………………………………………………………………………………………11
(二) ABS的注射成型工藝及性能分析 ……………………………………………………………11
1.注射成型工藝過程…………………………………………………………………………………11
2 ABS的注射成型工藝參數(shù)…………………………………………………………………………11
(三) ABS的性能分析…………………………………………………………………………………11
1.基本特性……………………………………………………………………………………………11
2.主要用途……………………………………………………………………………………………12
3.成型特性……………………………………………………………………………………………12
三、塑件的模流分析 …………………………………………………………………………………13
(一) 最佳澆口地位置 ………………………………………………………………………………13
(二)MPI的充填和流動分析 …………………………………………………………………………13
1. 填充時間 …………………………………………………………………………………………13
2. 速度/壓力切換點 ………………………………………………………………………………14
3.氣穴分布……………………………………………………………………………………………15
4. 體積收縮率 ………………………………………………………………………………………15
5. 溶解痕位置 ………………………………………………………………………………………15
6. 壓力分布情況 ……………………………………………………………………………………16
(三) MPI的冷卻分析 ………………………………………………………………………………16
1.產(chǎn)品上表面溫度……………………………………………………………………………………16
2.制品最高溫度………………………………………………………………………………………17
3 產(chǎn)品平均溫度………………………………………………………………………………………18
4.冷卻中冷卻液的溫度………………………………………………………………………………18
5.冷凝時間……………………………………………………………………………………………18
(四) 翹曲（Warp）分析結(jié)果 ………………………………………………………………………19
1.產(chǎn)品的總體翹曲變形………………………………………………………………………………19
四、模具結(jié)構(gòu)的擬定及注塑機的選擇………………………………………………………………19
(一)分型面的選擇……………………………………………………………………………………20
1.分型面選擇的原則…………………………………………………………………………………20
2.分型面的確定………………………………………………………………………………………20
(二)型腔數(shù)量及排列方式……………………………………………………………………………20
1.模腔數(shù)目……………………………………………………………………………………………20
(三)注塑機的選擇……………………………………………………………………………………21
1.塑件的體積…………………………………………………………………………………………21
2.注射機型號的確定…………………………………………………………………………………22
五、 澆注系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………………………………………22
(一)澆注系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………………………………………………22
1.主流道的設(shè)計………………………………………………………………………………………23
2.分流道的設(shè)計………………………………………………………………………………………23
3.澆口的設(shè)計…………………………………………………………………………………………23
4冷料井的設(shè)計………………………………………………………………………………………24
(二)排氣系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………………………………………………25
六、成型零件的設(shè)計…………………………………………………………………………………25
(一)成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………………25
(二)成型零件工作尺寸的計算………………………………………………………………………26
1.有關(guān)的公式…………………………………………………………………………………………26
2計算…………………………………………………………………………………………………27
(三)模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算………………………………………………………………29
1.側(cè)壁厚度……………………………………………………………………………………………30
2.底板厚度的計算……………………………………………………………………………………30
七、導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………………………………30
(一)導(dǎo)柱導(dǎo)套…………………………………………………………………………………………30
(二)中托司……………………………………………………………………………………………31
(三)定位柱……………………………………………………………………………………………32
八、推出機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………………………………32
(一)脫模力的計算……………………………………………………………………………………32
(二)推出方式的選擇…………………………………………………………………………………34
九、復(fù)位機構(gòu)…………………………………………………………………………………………34
十、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………………………35
(一)側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的分類……………………………………………………………………35
(二)抽芯距與抽芯力計算公式………………………………………………………………………35
1.抽芯距………………………………………………………………………………………………35
2.抽芯力………………………………………………………………………………………………35
(三)斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯設(shè)計……………………………………………………………………………36
1斜導(dǎo)柱的設(shè)計………………………………………………………………………………………36
2滑塊的設(shè)計…………………………………………………………………………………………38
3.導(dǎo)滑槽的設(shè)計………………………………………………………………………………………39
4楔緊塊的設(shè)計………………………………………………………………………………………39
5.滑塊定位裝置………………………………………………………………………………………40
(四)彈簧側(cè)向抽芯設(shè)計 ……………………………………………………………………………40
1滑塊的設(shè)計…………………………………………………………………………………………41
2楔緊塊的設(shè)計………………………………………………………………………………………41
3定位方式的設(shè)計……………………………………………………………………………………41
(五)斜頂側(cè)向抽芯設(shè)計………………………………………………………………………………41
1.倒鉤主要參數(shù)的確定………………………………………………………………………………42
2.倒鉤的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………………………………………42
十一、冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………………………………42
十二、標(biāo)準(zhǔn)模架………………………………………………………………………………………43
十三、其他零部件的設(shè)計……………………………………………………………………………44
(一) 定位圈的設(shè)計……………………………………………………………………………………44
(二) 拉料桿的設(shè)計……………………………………………………………………………………44
十四、塑料注射機的校核……………………………………………………………………………45
(一)最大注射量的校核………………………………………………………………………………45
(二)塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核……………………………………………………45
(三).模具厚度H與注射機閉合高度的校核…………………………………………………………46
(四)開模行程校核……………………………………………………………………………………47
十五、主要零件的加工工藝…………………………………………………………………………47
(一)公模仁的加工工藝………………………………………………………………………………47
(二)母模仁的加工工藝………………………………………………………………………………48
十六 模具總裝圖及零件圖…………………………………………………………………………49
致謝 …………………………………………………………………………………………………50
參考文獻 ……………………………………………………………………………………………51
摘要
隨著科學(xué)計算的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，模具技術(shù)也在不斷地革新和發(fā)展，如今的模具也正朝著CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)發(fā)展，利用CAD/CAE/CAM將大大增加模具的可靠性，減少修模過程，提高了模具設(shè)計的一次成功率。
本次設(shè)計的是手機上殼的注塑模設(shè)計，模具的設(shè)計過程主要是利用PROE進行塑件的建模、分模。再用運用Moldflow Plastics Insight6.1軟件對手機上殼模流分析，確定最佳澆口、模擬充模過程、優(yōu)化模具的設(shè)計。然后確定模具的設(shè)計思路，確定注射成型過程以及各個零部件的計算和校核，并利用CAD以及燕秀工具箱出模具的總裝配圖和零件圖，最后是編制主要零部件的加工工藝，利用CAM技術(shù)進行零件的加工。通過研究該模具的設(shè)計過程，進一步的體現(xiàn)了CAD/CAE/CAM在模具領(lǐng)域的運用。
關(guān)鍵詞
CAD/CAE/CAM PROE 模流分析 最佳澆口 注射成型
綜合實踐報告
一、緒論
(一) 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備, 被稱為“工業(yè)之母”。75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50%的精加工零件由模具成型, 絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè), 模具涉及機械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個行業(yè), 應(yīng)用范圍十分廣泛。模具技術(shù)水平的高低, 在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力, 因此模具工業(yè)的發(fā)展水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力。
這些年來, 中國模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展, 年模具生產(chǎn)總量僅次于日、美之后位居世界第三位。但目前我國模具生產(chǎn)廠點多數(shù)是自產(chǎn)自用的工模具車間( 分廠) , 商品化模具僅占1/3 左右。從模具市場來看, 國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求, 約20%左右靠進口, 特別是精密、大型、復(fù)雜和長壽命的高檔模具進口比例高達40%。由此可見, 雖然我國模具總量目前已達到相當(dāng)規(guī)模,模具水平也有很大提高, 但在模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上要比德、美、日、法、意等發(fā)達國家至少落后十年, 主要表現(xiàn)在模具精度、壽命、復(fù)雜程度、設(shè)計、加工、工藝裝備等方面與發(fā)達國家有較大的差距。國內(nèi)模具的使用壽命只有國外發(fā)達國家的1/2 至1/10, 甚至更短, 模具生產(chǎn)周期卻比國際先進水平長許多。此外, 模具的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商品化程度低, 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)比較落后, 也是造成與國外先進水平差距大的重要原因。CAD/CAE/CAM一體化先進技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)部分模具企業(yè)得到應(yīng)用, 但要得到推廣和普及仍很困難。
(二) 模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
1.CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的廣泛應(yīng)用 經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用，模具設(shè)計“軟件化”和模具制造“數(shù)控化”正在我國模具企業(yè)中成為現(xiàn)實，采用CAD技術(shù)是模具生產(chǎn)的一次革命，是模具 技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點，引用模具CAD系統(tǒng)后，模具設(shè)計借助計算機完成傳統(tǒng)設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)的工作，大部分設(shè)計與制造信息由系統(tǒng)直接傳送，提高了模具精度以及加工周期。
2.大力發(fā)展快速原型制造 對于具有形狀復(fù)雜的曲面塑料制件，為了縮短研制周期，在現(xiàn)代制造模具技術(shù)中，可以不急于直接加工出難以測量和加工的模具凹模和凸模，而是采用快速原型制造技術(shù)，先制造出于實物相同的樣品，看該樣品是否滿足設(shè)計要求和工藝要求，然后在開發(fā)模具。
3.發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進的熱處理和表面處理技術(shù) 模具材料的選用在模具的設(shè)計與制造中是一個涉及到模具加工工藝、模具使用壽命、塑料制件成型質(zhì)量和加工成本等的重要問題。正確和先進的熱處理技術(shù)可以充分發(fā)揮模具材料的潛力，可以延長模具的使用壽命，保證模具和機械設(shè)備的高精度。
4.提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 模具的標(biāo)注化的水平在某種意義上體現(xiàn)了某個國家模具工業(yè)發(fā)展的水平，采用標(biāo)準(zhǔn)模架和使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以滿足大批量制造模具和縮短模具制造周期的需要。
5.模具的復(fù)雜化、精密化與大型化 為了滿足塑料制件在各種工業(yè)產(chǎn)品中的使用要求，塑料成型技術(shù)正朝著復(fù)雜化、精密化與大型化方向發(fā)展，大型塑料件和精密塑料件的成型，除了必須研制開發(fā)或引進大型和精密的成型設(shè)備外，更需要采用先進的模具CAD/CAM/CAE技術(shù)來設(shè)計與制造模具。
6模具工業(yè)信息化 采用信息技術(shù)可以帶動和提升模具工業(yè)的制造技術(shù)水平，推動模具工業(yè)技術(shù)的進步。
(三) 塑料模具的分類
塑料模具分類的方法有很多，下面介紹幾種常見的分類，
1按成型材料分，可以分為：
(1)熱固性塑料膜：熱固性塑料膜是指塑料在熔融溫度以下保持固態(tài)下的一類成型方法，如一些塑料包裝容器生產(chǎn)的真空成型、壓縮空氣成型和吹塑成型等。此外還有液態(tài)成型方式，如鑄塑成型、搪塑和蘸浸成型法等。
(2)熱塑性塑料膜：熱塑性是指把塑料加熱至熔點以上，使之處于熔融態(tài)進行成型加工的方式，屬于此種成型方法的模塑工藝主要有注射成型、壓塑（縮）成型、擠出成型等
2.按成型藝分，可分為：
(1)壓縮模：壓縮成型方法是根據(jù)塑料特性，將模具加熱至成型溫度（一般在?103℃－180℃），然后將計量好的壓塑粉放入模具型腔和加料室，閉合模具，塑料在高熱、高壓作用下呈軟化粘流，經(jīng)一定時間后固化定型，成為所需制品形狀。
(2)壓鑄模：壓注成型與壓縮成型不同的是設(shè)有單獨的加料室，成型前模具先閉合，塑料在加料室內(nèi)完成預(yù)熱呈粘流態(tài)，在壓力作用下高速擠入模具型腔，硬化成型。壓縮模具也用來成型某些特殊的熱塑性塑料如難以熔融的熱塑性塑料（如聚四氟乙烯）毛坯（冷壓成型）、光學(xué)性能很高的樹脂鏡片、輕微發(fā)泡的硝酸纖維素汽車方向盤等。
(3)注射模：它主要是熱塑性塑料件產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍的一種成型模具，塑料注射成型模具對應(yīng)的加工設(shè)備是塑料注射成型機，塑料首先在注射機底加熱料筒內(nèi)受熱熔融，然后在注射機的螺桿或柱塞推動下，經(jīng)注射機噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，塑料冷卻硬化成型，脫模得到制品。
(4)擠出模：是用來成型生產(chǎn)連續(xù)形狀的塑料產(chǎn)品的一類模具，又叫擠出成型機頭，廣泛用于管材、棒材、單絲、板材、薄膜、電線電纜包覆層、異型材等的加工。與其對應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備是塑料擠出機，其原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓條件下熔融、塑化，通過特定形狀的口模而制成截面與口模形狀相同的連續(xù)塑料制品。：
二、塑料的成型工藝性分析
(一) 塑料材料的選擇及其結(jié)構(gòu)分析
1.塑件模型圖：
圖2-1-1
本次設(shè)計的手機上殼的塑件模型圖如圖2-1-1所示。
2.材料的選擇：
根據(jù)塑膠的使用要求，選用ABS塑料，中文全稱為：丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物，英文全稱為：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer。
3.結(jié)構(gòu)分析：
塑件為手機的前蓋，具有一定的結(jié)構(gòu)強度要求，殼的右端以及頂部共有四個倒鉤，頂部中間的倒鉤需用斜頂機構(gòu)進行設(shè)計，其它倒扣用側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計，手機殼的上表面的粗糙度要求較高，需對模具的表面進行特殊處理,該塑件的拔模角度為3 o，無需再設(shè)脫模斜度，即拔模角度與脫模角度相同，
4.工藝分析：
該塑件有倒扣配合以及上下殼的配合屬于高精度的配合，所以采用TM3級高精度。
(二) ABS的注射成型工藝
1.注射成型工藝過程
(1)預(yù)烘干→加料→塑化→注射→保壓→冷卻→脫?！芗拖鹿ば颍ㄋ芗筇幚恚?
(2)清理模具、涂脫模劑--→合模--→注射
2 ABS的注射成型工藝參數(shù)：
(1)注射機：螺桿式
(2)螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）：30——60（選30）
(3)預(yù)熱和干燥：溫度（°C） 80——85
時間 (h) 2——3
(4)密度（g/ cm3）:1.03——1.08
(5)材料收縮率（℅）：0.3——0.8
(6)料筒溫度（°C）：前段 200——210
中段 210——230
后段 180——200
(7)噴嘴溫度（°C）：180——190
(8)模具溫度（°C）：50——70
(9)注射壓力（MPa）：70——90
(10)保壓力（MPa）:50——70
(11)成型時間（S）： 注射時間 3——5
保壓時間 15——30
冷卻時間 15——30
成型周期 40——70
(12)適應(yīng)注射機類型：螺桿、柱塞均可
(13)后處理：方法 紅外線燈、烘箱
溫度（°C） 70
時間（h） 2——4
(三) ABS的性能分析
1. 基本特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的，這三種組分的各自特點，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯晴使ABS具有良好的耐化學(xué)腐蝕及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能
ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件有較好的關(guān)澤。密度為1.02~1.05 g/，收縮率為0.3-0.8%。ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有有良好的力學(xué)強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、鹽、堿、酸類對其幾乎無影響，在酮、醛、脂氯代烴中會溶解或形成乳混濁液。不溶與大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會引起應(yīng)力的開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可以配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度70度左右，熱變形溫度約為93度左右，耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
2主要用途
廣泛用來制造電視機、收音機的外殼、水箱外殼、軸承、管道、玩具、旋鈕、電話機殼、話筒、把手、鉸鏈、塑料銘牌等
3.成型特性
(1)無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。
(2)吸濕性強，含水量應(yīng)小于0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱干燥。
(3)流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
(4)比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫對物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度為250 °C左右比聚苯乙烯易分解），對要求精度較高的塑件，模溫宜取 50——60 °C，要求光澤及耐熱型料宜取 60——80 °C。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為 180——230 °C，注射壓力為 100——140 MPa，螺桿式注塑機則取 160——220 °C，70——100 MPa為宜。
(5)易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對斜流的阻力，模具設(shè)計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。摧出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色”痕跡（但在熱水中加熱可消失）。
(6)ABS在升溫時粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取1 °以上。
(7)在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。
三、塑件的模流分析
用Moldflow軟件進行模擬整個注塑過程，通過分析發(fā)現(xiàn)問題以及更改注塑工藝參數(shù)，來達到注塑過程最優(yōu)化，為我們設(shè)計以及制作模具提供方便。
以下運用Moldflow Plastics Insight6.1軟件對手機上殼的模流分析，其結(jié)果如下：
(一) 最佳澆口地位置
圖3-1-1
深藍(lán)色為最佳澆口位置，根據(jù)澆口優(yōu)化結(jié)果，我們可知道最佳澆口在中間附近。如上圖3-1-1所示。
(二)MPI的充填和流動分析
1. 填充時間
圖3-1-2
如圖3-1-2所示，手機上殼在0.6010s時間內(nèi)完成熔料的充填，從充填時間上看，熔料到達手機殼兩短時間上大約相差0.1s左右，屬于正常范圍。
2. 速度/壓力切換點
圖3-1-3
圖3-1-4
圖3-1-3是未調(diào)整工藝參數(shù)前的V/P切換時壓力圖，圖3-1-4是調(diào)整工藝參數(shù)后 V/P切換壓力圖，未調(diào)整工藝參數(shù)前，為V/P切換時壓力78.73MPa，，且有出現(xiàn)壓力為0MPa的情況，模型填充效果不好，調(diào)整工藝參數(shù)后V/P切換時壓力86.28MPa，其壓力明顯增加了，模型充填效果明顯改善。
3.氣穴分布
圖3-1-5
氣穴的產(chǎn)生直接破壞了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，因此，應(yīng)盡量避免，如圖3-1-5所以，手機上殼的氣穴主要出現(xiàn)在按鍵的部位、小型芯、以及模型的邊緣，以紅色圈圈表示。小型芯可以通過其配合間隙排氣，模型邊緣為分型面處，也可以排氣，按鍵部位需適當(dāng)增加推桿，以便于利用其間隙將按鍵部位的氣體排出
4. 體積收縮率
圖3-1-6
如圖3-1-6所示，手機上殼的體積收縮率達到8.447%，體積收縮率偏大，產(chǎn)品的變形比較明顯，因此注塑時需適當(dāng)?shù)脑黾幼⑺軌毫頊p小體積收縮。
5. 溶解痕位置
圖3-1-7
熔接痕的存在不但影響產(chǎn)品外觀而且有與熔接痕的存在 導(dǎo)致產(chǎn)品強度降低，容易斷裂，圖3-1-7.顯示了該手機上殼熔接痕的位置。從結(jié)果圖像上看，熔接痕主要是出現(xiàn)在手機按鍵部位以及聽筒位置，由于按鍵主要受力位置，比較危險，故在注塑時可以適當(dāng)?shù)奶岣呷哿系臏囟然蚰＞邷囟?，以減少熔接痕，
5.壓力分布情況
圖3-1-8
壓力分布情況顯示充填完畢，模腔及流道上的壓力分布，由圖3-1可知該塑件在進料口處壓力最大為86.11 MPa。
(三) MPI的冷卻分析
1. 產(chǎn)品上表面溫度
圖3-1-9
產(chǎn)品上表面溫度顯示的是產(chǎn)品與模具接觸面的溫度分布，該制品的表面溫度為50.32oC，如圖3-1-9。
2.制品最高溫度
圖3-2-1
制品最高溫度顯示了冷卻結(jié)果后制品的最高溫度，如圖3-2-1制品的最高溫度為47.11oC主要分布在手機殼上端。
制品經(jīng)過冷卻后，最高溫度應(yīng)該低于頂出溫度，做過程設(shè)置中，頂出溫度設(shè)置為85oC ，顯然冷卻效果比較理想，水路設(shè)計較合理。
3.產(chǎn)品平均溫度
圖3-2-2
如圖3-2-2所示，產(chǎn)品平均溫度為42.2oC
4.冷卻中冷卻液的溫度
圖3-2-3.
回路冷卻介質(zhì)溫度顯示了冷卻周期結(jié)束時計算出的冷卻系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)的溫度，冷卻中冷卻液的溫度分析結(jié)果如圖3-2-3所示，回路冷卻介質(zhì)升溫為0.11 oC，一般情況下要求升溫小于3度oC。故滿足要求。
4泠凝時間
如圖3-2-4
泠凝時間指的是從成型周期開始到制品完全冷卻低于頂出溫度所需要的時間，該制品的泠凝時間為8.684s。如圖3-2-4所示
(四) 翹曲（Warp）分析結(jié)果
1.產(chǎn)品的總體翹曲變形
圖3-2-5
制品在成型過程中由于冷卻不均，收縮不均，分子配向性效應(yīng)等原因可導(dǎo)致翹曲，若制品出現(xiàn)嚴(yán)重翹曲，將嚴(yán)重影響使用性能，該制品總的翹曲變形，如圖3-2-5所示，由圖可以清晰地看到模型總體翹曲變形結(jié)果為0.3126mm，發(fā)生變形較嚴(yán)重的地方是手機殼的兩端，但總體上變形量在可接受范圍。
四、模具結(jié)構(gòu)形式擬定及注塑機的選擇
(一)分型面的選擇
1.分型面選擇的原則
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)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(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)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、操作工藝等多鐘因素的影響，因此在選擇分析面時應(yīng)綜合分析比較、選擇分型面一般要遵循以下幾項基本原則：
a、分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處
b、確定有利的留模方式，便于塑件的順利脫模
c、保證塑件的精度要求
d、便于模具的加工制造
f、對成型面積的影響
g、有利于提高排氣效果
h、對側(cè)向抽芯的影響
在實際設(shè)計中，不可能全部滿足上述原則，一般應(yīng)抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。
2.分型面的確定
為保證工件的表面精度要求、簡化模具設(shè)計，以及便于脫模等要求，把主分型面設(shè)計成如圖4-1所示。
4-1
(二)型腔數(shù)量
1.模腔數(shù)目：
與多型腔模具相比，單型腔模具具有如下優(yōu)點：
(1)塑料制件的形狀和尺寸始終一致；
(2)工藝參數(shù)易于控制；
(3)模具的結(jié)構(gòu)簡單緊湊
(4)制造成本低，制造周期短等優(yōu)點；
由于該塑件的精度比較高,且是屬于大批量生產(chǎn)的，綜合考慮，為了提高塑件的精度以及結(jié)合模具結(jié)構(gòu)制造，初步擬定為一模一腔，
(三) 注塑機的選擇
除了模具的結(jié)構(gòu)、類型和一些基本參數(shù)和尺寸外，模具的型腔數(shù)、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面積、成型時需要的合模力、注射壓力、模具的厚度、安裝固定尺寸以及開模行程等都與注射機的有關(guān)性能參數(shù)密節(jié)相關(guān)，如果兩者不相匹配，則模具無法使用，為此，必須對兩者之間有關(guān)數(shù)據(jù)進行較核，并通過較核來設(shè)計模具與選擇注射機型號。
1.塑件的體積
(1)塑件的投影面積：利用Pro/E分析得到該塑件的投影面積為3038.02mm
(2)計算塑件的體積：利用Pro/E建模分析質(zhì)量屬性得到體積：
V=5869mm=5.869 cm
(3)計算塑件的重量：根據(jù)設(shè)計手冊查得ABS的密度為ρ=1.05g/,
則塑件的質(zhì)量為
W= Vρ
=5.869 cm1.05g/
=6.162g
(4)澆注系統(tǒng)冷凝料體積的初步估算：
由于澆注系統(tǒng)的冷凝料在設(shè)計之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑料件體積的0.2~1倍來估算，由于本次采用的流道簡單，但塑件體積較小，因此按1倍來計算，則為5.869 cm。
(5)所需塑料總體積
故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和1個塑件體積之和）為V總=2×5.869=11.724cm
2、注射機型號的確定
(1)根據(jù)塑件的體積初步選定用海天SA600/100的A型型注塑機。
(2) SA600/100（臥式）型注塑機的主要技術(shù)規(guī)格如下表4-2：
表4-2
額定注射容積(cm）
38
螺桿(柱塞)直徑(mm)
22
注射壓力(MPa)
266
頂出行程(mm)
70
合模力(kN)
600
拉桿空間(mm)
310×310
移模行程(mm)
270
模具最大厚度(mm)
330
模具最小厚度(mm)
120
鎖模形式
雙曲肘
模具定位孔直徑(mm)
￠120
噴嘴球半徑(mm)
SR10
噴嘴口孔徑(mm)
￠2
模板尺寸(mm)
250X280
五、澆注系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)的設(shè)計
(一)澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機噴嘴射出后到達型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)過的通道，澆注系統(tǒng)的設(shè)計時注射模具設(shè)計的一個很重要的環(huán)節(jié)，他對獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影響，普通的流道澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。其設(shè)計原則如下：
a、要適應(yīng)塑料的成型性能
b、要能保證塑件的質(zhì)量
c、盡量避免出現(xiàn)熔接痕
d、澆注系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)有利于良好的排氣
e、采用盡量短的流程
f、防止型芯的變形和嵌件的位移
1．主流道的設(shè)計
為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計為圓錐形式，主流道的表面粗糙度值Ra小于等于0.8μm。主流道長度L根據(jù)定模座板厚度確定，在能夠?qū)崿F(xiàn)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 ,本次設(shè)計L<60，符合要求。
(1).主流道小端直徑：
d=注射劑噴嘴直徑+（0.5~1）=2+1=3mm
(2).主流道球面半徑：
SR=噴嘴球面半徑+（1~3）=10+2=13mm
(3).澆口套的形式如下圖5-1：
圖5-1
2分流道的設(shè)計
分流道的形式和尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的體積，壁厚和形狀的復(fù)雜程度來確定分流道的長度的。，為了方便加工，分流道截面形狀用圓形，根據(jù)分流道直徑推薦值4.7~9.5，該塑件體積較小，故取分流道直徑,6mm。分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度取1.6μm左右即可，這可增加對外層塑料熔體流動阻力，使外層塑料冷卻皮層固定。
3澆口的設(shè)計
根據(jù)上面的Moldflow模流分析可知，該塑件的最佳澆口在手機的中間位置，根據(jù)分析有三種澆口的方案：
方案一：采用點澆口，其主要優(yōu)點是使塑料熔體在寬度方向上的流動得到更均勻，塑件的的內(nèi)應(yīng)力較小 ，還可以避免流紋及定向效應(yīng)所帶來得不良影響，適合成型橫向尺寸較大的薄片狀塑件及平面面積較大的扁平塑件，缺點是澆口痕跡較明顯且除去困難，
方案二：采用“香蕉型”潛伏澆口，“香蕉型”潛伏澆口具有點澆口的一切優(yōu)點，并可避免澆口設(shè)在制品表面導(dǎo)致的澆口痕跡對制品外觀的影響，采用了曲線隧道的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用更加靈活，缺點是注射壓力損失大，加工比較困難。
方案三：采用在頂針潛伏澆口，該澆口的特點基本上與方案二的相同，其優(yōu)點是加工簡單，制造成本比較。
由于本次設(shè)計的塑件在表面的外觀要求較高，故方案一行，方案二與方案三的特點基本相同，但是方案二加工困難，成本高。故選取方案三為最佳。
該澆口的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。
圖5-2頂針式潛伏澆口
頂針式潛伏澆口的可以是圓形或半圓形，一般尺寸：長l=0.4－1.5mm，澆口直徑d＝0.5－1.5mm，角一般是45o-60o，分流道與點澆口交界處過度圓角R=1－3mm.
根據(jù)以上推薦值初選尺寸為：(試模時根據(jù)實際情況調(diào)節(jié))l=0.4mm，,R=2 mm，=60°。
4、冷料穴的設(shè)計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一段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料筒以內(nèi)約10～25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里相對較低的冷料進入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料井（冷料穴）。
(1)主流道冷料穴的設(shè)計
主流道冷料井設(shè)計成帶有拉料桿桿的冷料井，底部由一根拉料桿組成，拉料桿桿裝于推桿固定板上，與拉料桿脫模機構(gòu)連用。冷料井的孔設(shè)計成倒Z形，便于將主流道凝料拉出。當(dāng)其被推出時，塑件和流料凝道能自動墜落，易于實現(xiàn)自動化操作。主流道的冷料穴設(shè)計如圖5-3的2位置所示。
(2)分流道冷料穴的設(shè)計
在分流道的一端設(shè)計一個冷料穴，其結(jié)構(gòu)如圖5-3的1位置所示。另外在推桿的下端也設(shè)計成一個小圓形的冷料穴，其結(jié)構(gòu)如圖5-3的3位置所示。
5-3
(二)排氣系統(tǒng)的設(shè)計
型腔內(nèi)氣體的來源主要有兩方面，一方面是型腔里面原有的氣體，另一方面試因塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料溶體向注射模型腔填充過程中，必須要考慮把這些氣體順利排出，否則，塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料，同時氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦等成型缺陷。
本次設(shè)計的模具可由頂桿、斜頂、分型面間隙排氣，無需另外設(shè)計排氣系統(tǒng)。
六、成型零件的設(shè)計
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型壞等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，承受塑料熔體的高壓，料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件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，此外，成型零件還要求結(jié)構(gòu)合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設(shè)計成型零件時，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，確定分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、轉(zhuǎn)配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
(一)成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于零件形狀不是太復(fù)雜，為了方便加工以及凸凹模以后的更換，凸凹模的設(shè)計均采用整體嵌入式制造，并用螺絲固定，圖6-1為公模仁，圖6-2母模仁.
圖6-1 圖6-2
(二)成型零件工作尺寸的計算
1.有關(guān)的公式
(1)型腔部分的尺寸計算公式
型腔徑向尺寸L的計算公式如下：
(L)= [(1+)l-(0.5~0.75) Δ]
式中： ——表示塑料的平均收縮率
l——表示塑件的基本尺寸
——表示塑件尺寸公差
——表示模具成型零件制造公差，通常取/3
型腔深度尺寸H的計算公式如下：
(H)= [(1+)h-2/3Δ]
式中： ——表示塑料的平均收縮率
h——表示塑件的基本尺寸
——表示塑件尺寸公差
——表示模具成型零件制造公差，通常取/3
當(dāng)制件的尺寸較大，精度級別較低時式中取0.5，當(dāng)塑料制件尺寸較小、精度級別較高時取0.75，本次設(shè)計的手機上殼屬于小尺寸，高精度的塑料產(chǎn)品，故取0.75.
(2)型芯的尺寸計算公式
型芯徑向尺寸L的計算公式如下：
(L)=[(1+)l+3/4]
式中： ——表示塑料的平均收縮率
l——表示塑件的基本尺寸
——表示塑件尺寸公差
——表示模具成型零件制造公差，通常取/3
型芯高度尺寸h的計算公式如下：
(h)=[(1+)h+2/3]
式中： ——表示塑料的平均收縮率
h——表示塑件的基本尺寸
——表示塑件尺寸公差
——表示模具成型零件制造公差，通常取/3
(3)中心距的尺寸計算公式
塑件上凸臺之間、凹槽之間或凸臺到凹槽的中心線之間的距離稱為中心距，該類尺寸屬于定位尺寸，由于模具上中心距尺寸和塑件中心距公差都是雙向等值公差，同時磨損的結(jié)果不會使中心距尺寸發(fā)生變化，在計算中心距尺寸時不必考慮磨損量，因此，塑件中心距的基本尺C和模具上成型零件中心距的基本尺寸C均為平均尺寸,于是：
C=(1+)C
標(biāo)準(zhǔn)上制造公差后得
C/2=(1+)C /2
2計算
根據(jù)三維圖，出塑件二維圖，便于下面的計算，如圖6-3所示。手機上殼屬于高精度的產(chǎn)品，但在實際的制造過程中，其涉及的尺寸非常的多，若是每個尺寸都進行精確的的計算，這將大大增大人力，將降低生產(chǎn)效率，同時也提高了制造成本，所以通常的做法是對所涉及成型的重要尺寸通過計算得到精確的工作尺寸，對于一般不重要的尺寸的通常是采用忽略制造的影響，只考慮收縮率的影響，并借助proe軟件輸入收縮率直接得到成型零件的工作尺寸。
根據(jù)上面的公式，對一些重要的尺寸進行計算，可以得到表6-4，其中ABS收縮率為S=0.4 ~0.7%，取平均收縮率為Scp=0.55%, 精度等級取IT3級。
圖6-3
表6-4
類型
塑件上的尺寸
計算公式
計算結(jié)果
型腔徑向尺寸
總長度109
(L)=[(1+)l-(0.5~0.75)Δ]
109.16
總寬度44
43.97
26.01
25.94
圓弧311.59
312.4
倒圓角R10
R9.94
倒圓角R5.25
R5.17
R33.76
R33.71
R15.96
R15.90
型腔高度尺寸
分型面以上9
(H)= [(1+)h-2/3Δ]
8.81
分型面以上6
5.79
分型面以下0.5
0.29
、
型芯徑向尺寸
長度106.6
(L)=[(1+)l+3/4]
107.62
寬度41.6
42.1
圓弧310.39
313
倒圓角R8.8
8.97
倒圓角R4.05
4.18
R32.56
R32.98
R17.15
R17.39
屏幕長32
32.42
屏幕寬30
30.39
側(cè)抽芯寬度1
1.08
側(cè)抽芯長度3.5
3.62
型芯高度尺寸
分型面以上7.8
(h)=[(1+)h+2/3]
8.08
分型面以上4.8
5.05
分型面以下0.5
0.72
中心尺寸
22
C/2=(1+)C /2
22.12±0.04
37.4
37.61±0.053
18.5
18.60±0.033
21
21.12±0.053
(二)模具型腔側(cè)壁和底板厚度的計算
1.側(cè)壁厚度
注射成型時，為了承受型腔高壓熔體的作用，型腔側(cè)壁與底板有足夠的強度和剛度。對于大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)按剛度條件計算；對于小尺寸型腔，強度不足是主要矛盾，應(yīng)按強度條件計算。因為塑件的最大尺寸66mm，屬于小尺寸塑件，所以按強度進行驗算，其公式如下
S=
式中 S——矩形型腔側(cè)壁厚度(mm)
p——型腔內(nèi)熔體壓力(Mpa)
H——承受熔體壓力的側(cè)壁高度(mm)
H——型腔側(cè)壁總高（mm）
l——型腔側(cè)壁長邊長(mm)
[]——模具材料的許用應(yīng)力（180Mpa），一般碳鋼180Mpa
去ABS的型腔內(nèi)熔體壓力為45MPa，由上面的塑件圖可知型腔的側(cè)壁邊長為109mm，承受熔體壓力的側(cè)壁高度9mm，該模具使用兩板模，故型腔側(cè)壁總高為定模板的厚度，則：
S== = 17.23
則側(cè)壁厚度≥17.23mm就是安全的，由于該模具需有兩個方向的側(cè)抽芯故該根據(jù)經(jīng)驗適當(dāng)?shù)脑黾雍穸取?
2.底板厚度的計算
塑件在分型面上的投影面積為30.38cm所以根據(jù)動模墊板厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，厚度25mm以上，是安全的。
七、導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
導(dǎo)向機構(gòu)是保證動定?；蛏舷履：夏r，正確定位和導(dǎo)向的零件。
導(dǎo)向機構(gòu)的作用：
(一)導(dǎo)柱導(dǎo)套
1.定位作用
2.導(dǎo)向作用
3.承受一定的側(cè)向壓力
在實際生產(chǎn)中，模具設(shè)計通常購買標(biāo)準(zhǔn)模架，其中包括了導(dǎo)柱導(dǎo)套，導(dǎo)向機構(gòu)包括導(dǎo)套和導(dǎo)柱，根據(jù)模架的尺寸結(jié)構(gòu)選用φ20的導(dǎo)柱，然后選用相對應(yīng)的導(dǎo)套。其結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。
圖7-1
(二)中托司
中托司也叫頂針板導(dǎo)柱，其主要作用是供頂針板頂出與復(fù)位時的導(dǎo)向，可以防止模具上的頂針磨損、卡死、燒壞等。一般情況小型模具是不用設(shè)計中托司的，但本模具的頂針直徑較小、設(shè)計了斜頂抽芯機構(gòu)以及即嘴偏心了，故為了保證它們的運動平穩(wěn)，設(shè)計四根中托司導(dǎo)向。規(guī)格為，其結(jié)構(gòu)如圖7-2所示
圖7-2
（三）定位柱
手機殼屬于高精度的產(chǎn)品，僅僅依靠導(dǎo)柱導(dǎo)套的配合定位是不夠的，所以為了保證動定模之間的高精度配合，本套模具設(shè)計了四個錐面定位柱，定位柱對稱分布，并用螺絲固定，錐面定位柱購買標(biāo)準(zhǔn)件，其結(jié)構(gòu)如圖7-3所示。
圖7-3
八、推出機構(gòu)的設(shè)計
塑件在從模具上取下以前，還有一個從模具的成型零件上脫出的過程，使塑件從成型零件上脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)。
推出機構(gòu)的設(shè)計原則：
a。、推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
b、保證塑件不因推出而變形損壞；
c、機構(gòu)簡單動作可靠；
d、良好的塑件外觀；
e、合模時正確復(fù)位；
(一)脫模力的計算
注塑成型后，塑件在模具內(nèi)冷卻定型，有于體積的收縮，對型芯產(chǎn)生包緊力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦阻力，一般而論，塑料制件剛開始脫模時，所需克服的阻力最大，既需的脫模力最大。圖8-1為塑件脫模時的型芯的受力分析。
圖8-1
列出平衡公式：
=0
則 F+ Fsin=Fcos
式中 F——塑件對型芯的包緊力；
F——脫模時型芯所受的摩擦力；
F——脫模力；
——型芯的脫模斜度；
又 F= F
于是 F= F (
又因 F= AP
于是 F=AP(
公式中 F——脫模力(N)；
A—— 塑件包容型芯的面積(m)；
P——塑件對側(cè)抽芯的收縮應(yīng)力(包緊力)，其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種、成型工藝有關(guān)，一般情況下模內(nèi)冷卻的塑件，P =（0.8～1.2）×10,模外冷卻的塑件，P =（2.4～3.9）×10；
——是塑料在熱狀態(tài)時對鋼的摩擦因素，一般取0.15~0.20；
——側(cè)型芯的脫模斜度或傾斜角；
根據(jù)proe軟件測量得出面積為1629.44mm，該模具是模內(nèi)冷卻，所以P取1.0×10Pa，取0.2，脫模斜度為3 o。
則有
F=AP(
=4305.67×10×1×10(0.2cos3-sin3)
=634.61N
(二)推出方式
該塑件的上端有一處倒鉤，故在該處設(shè)計斜頂機構(gòu)成型以及推出，中間的凸臺設(shè)計4根扁頂針推出，由于采用頂針潛伏式澆口，故應(yīng)采用特殊頂針放置在澆口的位置，特殊推桿的直徑φ3.5，其他位置設(shè)計成普通頂針，其直徑為φ3，所有頂針均用購買標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，再根據(jù)實際情況加工出所需要的形狀，圖8-2為扁推桿與特殊推桿的形狀，
扁推桿 特