基于UG的手机面板注塑模设计

毕业设计（论文） 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目：基于 UG 的手机面板注塑模设计 作 者 姓 名 ： 导 师 及 职 称 ： 导师所在单位： 2005 年 6 月 23 日 安徽工程科技学院 本科生毕业设计（论文）任务书 2005 届 机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 编号：2005JX15 2001010414 学生姓名：吴东泽 毕业设计（论文）题目 中文：基于 UG 的手机面板注塑模设计 英文：Cellphone panel injection mould designing based on UG 原始资料 CAD 技术；UG 教程；Internet 相关资源；相关论文数十篇。塑料模具 设计相关教材、手册、图册等。 毕业设计（论文）任务内容 1. 阅读英文原文资料 10 篇以上，节选其中重要章节翻译，要求注明参考 文献出处（包括：作者.篇名.出版物,年） ； 2. 制品的工艺分析；模具的结构设计；成形零件的结构设计和制造工艺 设计及工艺文件编制；主要零件的强度设计与分析；基于 UG/Mold wizard 建立注塑模的三维模型；浇铸系统、冷却系统和脱模机构的设 计；成形零件加工工艺分析。 3. 总结（包括：实现的模型所达到的程度和不足） 。所有文件包括书面版 和电子版。 指 导 教 师 （ 签 字 ） 教 研 室 主 任 （ 签 字 ） 批 准 日 期 2005.3.28 接 受 任 务 书 日 期 2005.3.28 完 成 日 期 2005.6.23 接 受 任 务 书 学 生 （ 签 字 ） 摘 要 注塑模 CAD/ CAE/ CAM 技术是先进制造技术的基础和重要组成部分，正向集成 化、网络化和智能化方向发展，对我国模具工业的发展起到了重要的推动作用。注塑 模具的设计与制造，其质量要求越来越高、研发周期越来越短。 手机面板精度要求高，结构及其曲面造型复杂，需要从三侧面抽芯，模腔布局设 计比较困难。采用 UG Moldwizard 工具，根据客户提供的手机面板三维数模，完整地 设计出了手机面板注塑模。 首先对制品进行了工艺分析，然后详细阐述了模具的设计过程，包括：分型面的 确定，型芯和型腔的创建，标准模架的确定，浇注系统、冷却系统、滑块抽芯机构和 脱模顶出机构的设计，同时对相关机构进行了校核计算。最后对其成型零件进行了加 工工艺分析，编制了机械加工工艺规程。 借助于先进的 CAD 技术，大大缩短了注塑模设计与制造周期，提高了模具的技术 含量，降低了成本。 关键词： 注塑模 侧向抽芯 工艺规程 UG Moldwizard ABSTRACT It is foundation of an advanced manufacturing technology and important component that the injection mould CAD/CAE/CAM technology, to integrated networked to develop with intelligent direction, play a important role to of our country mould development of industry. Mould plastics design and manufacture of mould, quality requirement its more and more high researching and developing cycle to be shorter and shorter. The precision of the cell-phone panel is expected much, structure and curved surface model are complicated, need to smoke the core from three sides, the mould is more difficult in one of overall arrangements design. Adopt UG Moldwizard tool, according to three dimension moulds of cell-phone panel that the customer offered , designs the panel note of the cell-phone to mould completely. The precision of the cell-phone panel is expected much, structure and curved surface model are complicated, need to smoke the core from three sides, the mould is more difficult in one of overall arrangements design. Adopt UG Moldwizard tool, according to three dimension moulds of cell-phone panel that the customer offered , designs the panel note of the cell-phone to mould completely. Have carried on the craft to analyse to the products at first, then explained the design process of the mould in detail, including: Sureness the person who divide, type core and establishment , type of, standard mould sureness of shelf, pour system , cooling system , slip piece smoke core organization and drawing of patterns is it produce the design of organization to carry, checked calculating to relevant organizations at the same time . Carry on processing technology analyse to its shaping part , work out mechanical processing technology rules finally. With the aid of advanced CAD technology, have shortenned the note and moulded and designed and made cycle greatly, have raise the technological content of the mould, has lowered costs. Keywords： Injection molding Side core-pulling Technological process UG Moldwizard 目 录 第 1 章 绪 论 1 1.1 国内外的塑料模具发展概况和趋势 1 1.1.1 国外的塑料模现状发展概况和趋势 1 1.1.2 国内的塑料模现状发展概况和趋势 1 1.2 UG 软件介绍 3 1.2.1 UG 简介 3 1.2.2 UG MoldWizard 简介 3 1.3 本设计的主要内容 4 第 2 章 手机面板的注塑工艺性分析 5 2.1 塑件的原材料分析和工艺参数 5 2.1.1 制品的材料性能分析 5 2.1.2 塑件材料 PC 的注射成型工艺参数 6 2.2 制件的几何形状分析 6 2.2.1 脱模斜度的选择 6 2.2.2 塑料制品的圆角 6 2.3 塑件的结构和加工质量分析 7 2.3.1 结构分析 7 2.3.2 尺寸精度分析 7 2.3.3 表面质量分析 7 第 3 章 注射机的选择 8 3.1 额定注射量的计算 8 3.2 注射压力的计算 8 3.3 锁模力的计算 8 3.4 注射机有关工艺参数的校核 9 第 4 章 注模具基本结构设计 10 4.1 注塑模成型零部件的设计 10 4.2 标准模架的选择与确定 11 4.3 注塑模浇注系统的设计 12 4.3.1 主流道和主流道衬套选择 12 4.3.3 定位环的选择 13 4.3.4 浇口的设计 13 4.3.5 分流道的设计 14 4.4 侧抽芯机构的设计 14 4.4.1 斜滑块分型抽芯机构的选择 15 4.4.2 斜滑块的设计 15 4.4.3 侧抽芯的校核 17 4.5 脱模机构设计 18 4.5.1 脱模力的计算 18 4.5.2 顶杆脱模的计算 19 4.5.3 冷料井及拉料杠的设计 20 4.6 模具的冷却系统设计 21 4.6.1 模具的冷却时间 21 4.6.2 模具冷却流道的设计 21 4.7 小结 22 第 4 章 成形零件的加工工艺的编制 24 4.1 型芯加工工艺分析 24 4.2 型芯加工工艺简介 24 总结与展望 26 致 谢 27 参考文献 28 附 录 29 插图表格清单 插图清单 图 1.1 MoldWizard 流程图 4 图 1.2 MoldWizard 工具条 4 图 2.1 手机面板三维模型图 5 图 2.1 手机面板三维模型图 5 图 4.1 毛坯的尺寸的选择 10 图 4.2 分型面的选择 10 图 4.3 模架结构示意图 11 图 4.4 主流道示意图及主要尺寸 12 图 4.5 定位环示意图及尺寸 13 图 4.6 浇口的类型和尺寸 14 图 4.7 流道布置示意图 14 图 4.8 斜滑块的顶出高度 16 图 4.9 斜滑块的装配要求 16 图 4.10 三侧抽芯机构相同的滑块部分 16 图 4.11 斜滑块的示意图及基本尺寸 16 图 4.12 滑块的三维模型图 17 图 4.13 顶杆示意图及加上顶杆的三维模型 20 图 4.14 带拉料杠的冷料井示意图 20 图 4.15 冷却回路的布置示意图 22 图 4.16 模具三维装配立体图 22 图 4.17 模具的二维示意图 23 图 5.1 型芯和型腔的三维模型 24 表格清单 表 2.1 塑件材料 PC 的注射成型工艺参数 6 表 4.1 主流道的尺寸表 13 表 4.2 斜滑块的尺寸表 16 第 1 章 绪 论 模具的设计与制造水平，直接关系到产品的质量与更新换代。随着工业的发展， 人们愈来愈关注如何缩短模具设计与制造的生产周期以及怎样提高模具加工精度。一 些先进工业国家率先将计算机技术应用于模具工业，即应用计算机进行成形工艺模拟 与模具设计，绘制模具图纸并广泛应用 NC (Numerical Control)和 CNC ( Computer Numerical Control)机床加工模具，从而出现了模具 CAD/CAE/CAM 一体化系统，达到 了提高模具设计效率与加工质量、缩短模具生产周期的目的。 1.1 国内外的塑料模具发展概况和趋势 注塑是生产塑料制品的主要方法之一，注塑模具由于一次能够成型结构复杂、尺 寸精确、精度较高的产品，因此，适用于高效率、大批量生产制品的方式。在传统注 塑模具的设计与加工中，其设计过程中的许多重要数据大多依靠人工经验而获得。一 套注塑模具往往需要多次试模、修模、不断重复，这对人力、物力、财力都是很大浪 费。采用计算机辅助工程(CAE)技术可提高生产效率，减少生产成本。因此，在模具行 业受到广泛重视和选用，并给模具的设计、制造方法带来了深刻变革。 1.1.1 国外的塑料模现状发展概况和趋势 三十多年来，国外塑料模 CAD/CAM 技术发展相当迅速。70 年代已开始应用计算 机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80 年代初，人们成 功地采用有限元法分析三维型腔的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自 身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质 量。近二十多年来，塑料模 CAD/CAM 技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分 注意向实用化阶段发展，一些商品化软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、 提高和完善。国外先进工业家对模具 CAD/CAM 技术的开发非常重视，各大公司都先 后建立了自己的 CAD/CAM 系统，并将其应用于模具的设计与制造。如 EDS 公司的 Unigraphics 系统、PTC 的 PRO/Engineer 系统、AutoDesk 公司的 AutoCAD 系统、 Computer vision 公司的 CADDS 系统、Dassault 公司的 Catia 系统、HP 公司的 PE 系统、 Intergraph 公司的 I/EMS 系统、Applicon 公司的 Bravo 系统以及 SDRC 公司的 I-DEAS 系统。 国际先进工业国家在链条与模具生产中均采用了可靠性设计以及 CAD/CAM 技术， 开发新品速度快、精度高，质量较有保证。大多数新产品具有高耐磨、高疲劳、高精 度的特点，结构形式上有微型链以及多种输送链、缆链、倍速链等，在材料上则使用 了耐磨、耐热、塑料、含油粉末冶金等材料，进一步提高了链条的性能。 另外，在加工方面，一般规格链条链板多采用高速多颗冲裁工艺，滚子制造采用 五工位冷挤压机加工，套筒采用高速精密且具有自动检测功能的卷管机加工；喷丸、 挤孔、表面硬化处理等新工艺应用很普遍；零件热处理一般采用热处理自动生产线， 热处理质量由在线检测设备检测与控制；热处理工艺有趋于向温度、炉压、炉气组分 以及淬火介质等多参数综合控制，零件质量稳定可靠，技术性能较高；在装配工艺上 则普遍采用组装、铆头、检测、预拉，拆节多功能自动装配线。 1.1.2 国内的塑料模现状发展概况和趋势 国外发达国家模具标准化程度为 70%80%，而我国只有 30%左右。如能广泛应 用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期 25%40%，并可减少由于使用者自制模 具件而造成的工时浪费。应用模具 CADCAM 技术设计模具已较为普遍，推广使用 模具标准件，能够实现部分资源共享，这会大大减少模具设计的工作量和工作时间， 对于发展 CADCAM 技术、提高模具的精密度有重要意义。 以往的模具即使只损坏了一个部件，也将无法使用。由于不是标准件，市场上很 难有相应产品，要到生产厂家去更换部件，费时费力。而如果采用标准件，则可以很 方便的维修、更换，这将大大提高模具的使用寿命。现在，国内企业已认识到了模具 标准化的重要性，目前有一定生产规模的模具标准件生产企业有 100 余家，主要产品 有塑料模架、侧冲装置、推杆推管等，其中塑料模架已可生产较大型产品，为发展大 型精密模具打下了基础。虽然国内模具产业有了长足的发展，但与国外相比差距仍然 很大。实施模具的专业化生产是加快产业发展的重要环节。我国不少地区相继建立了 地区性的模具城，对发展模具工业起到了积极作用。如浙江宁波的余姚模具城是国内 第一家模具城，现已有模具企业数百家，并已推动了余姚当地和周边地区模具工业发 展。计算机辅助设计与制造，简称 CAD/CAM。指的是以计算机作为主要技术手段， 处理各种数字信息和图形信息，辅助完成产品设计与制造中的各项活动。CAD/CAM 技术作为一种高新技术，因其在提高生产率、缩短生产周期、改善产品质量、降低产 品成本、减轻劳动强度等方面，具有传统的设计方法所无法比拟的巨大优越性，能够 增强企业竞争力，给企业带来巨大的经济效益，对我国的国民经济和国防建设有着极 其重大的意义，所以越来越得到国家和广大企业的重视，并在企业中得到广泛的应用 和迅速推广。我国 CAD/CAM 技术研究始于七十年代初期，八十年代中期部分大中型 企业和研究院所开始引进 CAD/CAM 技术。进入九十年代以后，随着 PC 机性能价格 比的大幅度提高，从而为 CAD/CAM 技术的普及莫定了坚实的基础。到如今， CAD/CAM 技术已在很多企业得到广泛应用。 我国 CAD/CAM 技术研究始于七十年代初期，八十年代中期部分大中型企业和研 究院所开始引进 CAD/CAM 技术。进入九十年代以后，随着 PC 机性能价格比的大幅 度提高，从而为 CAD/CAM 技术的普及莫定了坚实的基础。到如今， CAD/CAM 技术 已在很多企业得到广泛应用。 目前 CAD/CAM 国内实际应用的 CADICAM 系统分为两大类: 一类是国内自主版的 CAD/CAM 系统 ;另一类是国外商品化的 CAD/CAM 系统。国内自主版的 CAD/CAM 系 统近年来有很大的进步和发展，涌现了一批符合我国基本国情的系统，如清华的 GEMS、武汉的开目、北京华正司的 CAXA、江苏杰必克的超人等，但是，同国外商 品化的 CAD/CAM 系统相比，国内的还存在较大的差距。由于国外商品化的 CAD/CAM 系统功能齐全、性能优良并完成了商品化及工程化，所以在国内占有很大 的市场份额。如何引进并用好商品化的 CAD/CAM 软件系统，乃是各企业的当务之急。 随着现代化工业的高速发展，产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周 期不断缩短，设计在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。事实上，虽然 开发中设计本身所花的费用仅占产品成本的 5%左右，但新产品的开发费用中的 80%取 决于设计过程，因而，产品设计阶段已被视为提高整个生产率的瓶颈，对于生产系统 的整个生产率起着举足轻重的作用。因此，伴随着现代化工业的发展，计算机辅助设 计与制造(CAD/CAM)也得到了迅速的发展和普及。我们之所以采用(CAD/CAM) ，是因 为 CAD/CAM 软件作为一种工具，其根本作用是提高效率。 1.2 UG 软件介绍 手机面板的注塑模设计是在 UG 环境下进行的，现在将 UG 简单介绍如下。 1.2.1 UG 简介 UG 软件是美国 Unigraphics Solution 公司(简称 UGS)开发的一套集 CAD、CAM、CAE 功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析 和制造软件。UGS 公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应 用的软件，其有基于 Windows 的设计与制图产品 Solid Edge、集团级产品数据管理系 统 MAN、产品可视化技术 ProductVision 以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实 体建模核心 Parasolid 在内的全线产品。 UG 软件被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械 设计以及工程仿真和数字化的制造等个个领域。 UG CAD、CAM、CAE 系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计 到加工实现数据无缝集成，优化了企业的产品设计与制造。UG 软件面向过程驱动的技 术是虚拟产品开发的关键，用户的产品及精确的数据模型能在产品开发全过程保持相 关，有效实现了并行工程。 UG 软件具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配、注塑模设计、级进模设计、 数控加工、产生工程图等功能，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动 力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性；同时，建立的三维模型直接生成数控代 码，用于产品的加工，后处理程序支持多种类型数控机床。所提供的二次开发语言 UGopen GRIP、UGopen API 简单易学，功能多，便于用户开发专用 CAD 系统。 UG 是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的 CAD/CAE/CAM 一体化 高端软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任 意复杂的产品模型。再加上技术上处于领先地位的 CAM 模块、内嵌的 CAE 模块，使 CAD, CAE 和 CAM 有机集成，可以使产品的设计、分析和制造一次性完成。此外， UG 软件还提供了 CAD/CAE/CAM 业界最先进的编程工具集，以满足用户二次开发的 需要。 1.2.2 UG MoldWizard 简介 Mo1dwizard 是 UG 的一个应有软件模块，专门用于注塑模具的设计，是一个功能 强大的注塑模具软件。注塑模具设计中的分模、添加模架、镶块、滑块、推杆和定位 环，为复杂型芯型腔轮廓创建电火花加工的电极，创建模具的浇注系统和冷却系统等 都可以使用 Moldwizard 改良容易地完成。并且，MoldWizard 不但有强大的自动处理功 能，而且可以分析模具设计过程中的一些错误，如交错面等。 Unigraphics 系列软件中最先向模具行业用户推出的、基于知识驱动自动化理念的 应用系统，它摒弃了传统的 CAD 软件重功能轻过程的开发思维定式，跳出了特征或功 能的狭隘空间，UG MoldWizard 在注塑模具设计自动化方面取得了极其显著的效果， 受到用户的普遍欢迎。 MoldWizard 是 UG 软件中设计注塑模具的专业模块。 MoldWizard 为设计模具的型 芯、型腔、滑块、推杆和嵌件提供了更进一步的建模工具，使模具设计变得更快捷、 容易，它的最终结果是创建出与产品参数相关的三维模具，并能用于加工。 MoldWizard 遵循了模具设计的一般规律，从左至右一步一步有序排列，紧扣模具 设计的各个环节。具体见 MoldWizard 流程图 1.1 。 创建合适的 实体模型 观察评估：出模 斜度和分模情况 接受？ 设计计划：分型 面、模腔布局、 内嵌件、推杆、 浇口、冷却、电 极 初始化：项目名 称、加载产品、 单位 确定：拔模方向、 收缩率、成型镶 件 MoldWizard 顾问 接受 修补开放面 定义分型面 加入标准模架 加入：推杆、滑块、 内抽芯、内嵌件 设计最后阶段： 浇口、流道、冷却、 电极、建腔、材料 清单、装配图 图 1.1 MoldWizard 流程图 如图 1.2 所示，就是 MoldWizard 工具条。MoldWizard 需要以一个 Unigraphics 的 三维实体作为模具设计原型。 在注塑模设计时，按照工具条的排列从左至右一步一步 设计。在设计时，随时可以修改设计中不合理的地方。 加载 收缩率 工具 标准件 内嵌件 冷却 建腔 CPA 删除 产品 文件 多件模 成型镶件 分型 修剪推杆 浇口 电极 BOM 表 视图 模具坐标系 模腔布局 模架 滑块 流道 修剪模型 装配图 管理器 图 1.2 MoldWizard 工具条 1.3 本设计的主要内容 本设计是基于 UG 的手机面板注塑模设计与仿真，其产品是一手机面板，产品的 三个侧面都有孔，要三面侧抽芯机构。首先建立三维模型，再借助于 UG/Mold Wizard 对其塑模进行设计。按照注塑模的设计步骤，首先建立制品 UG 三维模型，并对其进 行制品分析和其注塑工艺分析；其次进行模具结构设计；再次在 UG/Mold wizard 环境 下进行注塑模设计，包括成型零件、浇铸系统、侧抽芯机构、脱模机构和冷却系统的 设计。 最后时成形零件的结构设计和制造工艺设计及工艺文件编制。其重点是 UG/Mold wizard 环境下进行注塑模设计。 第 2 章 手机面板的注塑工艺性分析 手机面板是不规则的盒盖类零件，其侧面有：开机、充电插槽、音量控制等三个 侧孔，其零件形状如图 2. 1 所示。 图 2.1 手机面板三维模型图 手机外壳属于外置件，对表面质量和综合机械性能要求较高，这就要求塑件成型 后要有良好的表面粗糙度和较小的形状误差，并具有较高的强度、韧性和抗冲击能力。 由于该塑件面板处多孔，易形成熔接线和应力集中，尤其是熔接线对塑件的外观质量 和机械强度影响较大。为此，在材料选取上使用综合机械性能好，尤其是抗冲击性能 优异的聚碳酸酯（PC） ，并采用较高的注射 温度和注射压力。为降低成型费用，采用一 模二腔。为保证塑件外观质量采用了 UG 中 的给的 pin point 形浇口。考虑到平衡填充的 要求，初步采用了产品中轴线对称布置的方 式。 该零件材料为 PC10GF，厚度为 1.5mm，属大批量生产。图 2.2 为该零件的 零件图，其主要尺寸如图所示。 2.1 塑件的原材料分析和工艺参数 2.1.1 制品的材料性能分析 塑件的材料采用 PC， PC 是一种无定型、 无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑 性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤 其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、 压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定；具有良好 的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性， 电性能和阻燃性，可在 60120下长期使用耐水，耐磨，耐热性强等优点，是 理想的材料；从成型性能上看，该塑料吸水性大，熔料的流动性好，成型容易。 另外，该塑料成型前要干燥，成型时易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷，成型温度 图 2.2 手机面板零件工程图 低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。因此，在成型时应注意控制 成型温度，浇注系统应该较缓慢散热，冷却速度不宜过快。 2.1.2 塑件材料 PC 的注射成型工艺参数 查文献1表 8.3-10，得到聚碳酸酯（PC）的注射成型工艺参数如表 2.1 所示。 表 2.1 塑件材料 PC 的注射成型工艺参数 预热干燥 料筒温度 () 成型时间(s)注射机类型 温 度 () 时 间 （h） 后 段 中 段 前 段 喷 嘴 温 度 () 模 具 温 度 () 注射 压力 (MP) 注 射 时 间 高 压 时 间 冷 却 时 间 总 周 期 螺杆转速 （r/min） 螺杆式 110 1 20 8 12 210 240 230 280 240 285 240 250 90 1 10 80 130 20 90 0 5 20 90 40 190 28 2.2 制件的几何形状分析 塑料制品的几何形状与塑料制品的成型方法，采用塑料模具分型面的选择， 制品是否能够顺利成型和出模有直接的关系，所以在设计制品时应全面认真的考 虑，便制品的几何形状能够满足其成型工艺要求。 2.2.1 脱模斜度的选择 脱模斜度的完成是为了便于从塑料模具型腔取出制品或从制品中抽出型芯，因 此在制品设计中必须考虑制品内外壁应有合适的脱模斜度，但脱模斜度与制品的塑 料和几何形状有很大关系。在具体选择脱模斜度时应该注意以下几点： 1. 制品精度要求高的，应采用较小的脱模斜度。 2. 较高较大的材料尺寸应选用较小的脱模斜度。 3. 制品复杂的，不易脱模的应选用较大脱模斜度。 4. 制品收缩率大的应选用叫大脱模斜度。 5. 制品壁厚较厚时，会使成型收缩值增大，脱模斜度应采用较大的数值。 由文献16表 31 中可知：PC 的脱模斜度如下： 型腔：35130 ，型芯： 301 。 2.2.2 塑料制品的圆角 在制品设计过程中，为了避免应力集中提高制品强度，改善制品的流动情况及 便于脱模，所以制品的各表面或内部应圆弧过渡。另外，塑料制品上的圆角对于塑 模制造和机械加工及提高塑模强度，也是不可少的。制品的各连接处应做成有半径 R 为制品壁厚 H/3 以上的圆角，R/H 越大应力就越小。手机面板的 R（r）/H=2 大于 1/3，可以减少应力，保证塑料制品壁厚均匀一致。 2.3 塑件的结构和加工质量分析 2.3.1 结构分析 从零件图上分析，该零件总体形状为长方体，在长度方向的是 12 个均匀分布 的椭圆按纽孔，有 2 个大小相差不大的主功能按扭孔和一个碟形按扭孔， 32 36mm 的屏幕窗口，其侧面有开机、充电插槽、音量控制等三个侧孔。总长 120mm 的机身，外形美观大方。模具设计时有侧向抽芯机构，该手机面板属于中 等复杂程度。 手机面板的工艺难点是有三个面上的侧抽孔，见图 2.1 所示。侧向分型与抽芯 机构简称为侧抽机构，用来成型具有外侧凸起、凹槽和孔的塑件；成型壳体制品 内侧的局部凸起、凹槽和盲孔。侧抽机构必须在开模方向塑件脱模之前完成抽拔 动作，还必须在闭模过程中让机构复位。具有侧抽机构的注塑模，因可动零件多， 动作复杂。故设计可靠、灵活和高效的侧抽机构较为困难。这里根据设计的要求， 采用斜滑块机动侧抽机构的。 2.3.2 尺寸精度分析 该手机重要的尺寸如:120mm，51mm，34mm，32mm ，28mm，1.5mm，等尺 寸，尺寸精度 35 级，属于中等，对应的模具相关尺寸的加工容易保证。从塑件 的壁厚上来看，壁厚要求均匀分布，厚度 1.5mm，这种要求有利于塑件的成型， 制造方便。 2.3.3 表面质量分析 该手机的表面要求没有缺陷，毛刺，表面粗糙度要求较高。其内部结构较为 简单，但是要求有良好的表面粗糙度和较小的形状误差。设计是要考虑其具体要 求，对其模具的形状误差有较高的精度。 综诉以上分析可以看出，在工艺参数控制得好的情况下，该手机面板的注射 成型会很易于得到保证。 第 3 章 注射机的选择 每副模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产，因此模具设计与所用的 注射机关系十分密切。在设计模具时，应详细地了解注塑机的技术规范，才能设计出 合乎要求的模具。从模具设计角度出发，应仔细了解的技术规范有：注射机的最大注 射量最大注射压力最大锁模力最大成型面积模具最大厚度和最小厚度最大 开模行程以及注射机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值。 用 UG 的分析功能：对零件进行分析，得到的数据如下： 测量质量属性 Displayed Mass Property Values 体积 = 10500.761367 mm3 面积 = 16110.468461 mm2 质量 = 0.082228 千克 重量 = 0.806379 N 回转半径 = 42.402410 毫米 质心 = 0.133703, -1.511139, 11.189603 毫米 该塑件的体积约为 10.52 2cm3，同时考虑到浇注系统所需要塑料的容量，经粗略 计算塑件和浇注系统的总体积为 30+21.4=51.4cm3。 3.1 额定注射量的计算 以容量计算时，满足注射量： 0.8V 机 V 件 式中 V 机 注射机的最大注射容量（cm 3） ； V 件 成型塑件及浇注系统所需要塑料的容量（ cm3） ； 0.8为系数，一般要求成型塑件的容量不得超过注射机容量的 0.8%。 将数据代入计算得： V 机 63 cm 3。 3.2 注射压力的计算 如果只考虑注射机的最大注射量，最大成型面积和锁模力来确定注射机这是不够 的，有些塑件由于形状及塑料品种等因素，需用很高的注射压力才能完成。为此，选 用的注射机注射压力必须大于成型所需的注射压力，即满足公式： P 注 P 成 式中： P 注 选用的注射机的最大注射压力（MPa ） P 成 成型所需用的注射压力（ MPa） 查文献5表 3-3-2，得 PC 塑料在成型时的注射压力是 =80 130MPa。P成 型 3.3 锁模力的计算 选用注射机的锁模力必需大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而 产生溢料。 锁模力和成型面积的关系由下式确定： PA/10锁 腔 式中： P 锁 锁模力（ KN） ； P 腔 塑料成型时的型腔压力（ KN） ； A浇道进料口和塑件的投影面积（mm 2） 。 型腔压力取 P=40MPa；各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积约为 A=20cm2。 将数据代入公式计算得： P 锁 =80KN 根据以上分析计算，查文献1表 9.9-3，初选注射机型号为：SZ-60/450 。 注射机 SZ-60/450 有关技术参数如下： 最大开合模行程 S 220mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 100mm 喷嘴圆弧半径 10 mm 喷嘴孔直径 10 mm 3.4 注射机有关工艺参数的校核 注塑压力的校核是校验注塑机的最大注塑压力能不能满足该制品成型的需要。制 品成型所需的压力是由注塑机类型喷嘴型式塑料流动性浇注系统和型腔的流动 阻力等因素决定的。 注射量锁模力注射压力的校核。 由于在初选注射机时根据以上三个参数等因素选用的，所以注射量锁模力注 射压力不必进行校核，已经符合所选注射机要求。 开模行程的校核 注射机最大开模行程 S 2h510件 浇S （ ） 式中： h 件 (mm)；塑 件 制 品 的 高 度 h 浇 (mm)。浇 注 系 统 的 高 度 将数据代入公式计算得： S200mm 故设计满足要求。 图 4.2 分型面的选择图 4.1 毛坯的尺寸的选择 第 4 章 注模具基本结构设计 模具沿分型面可分为定模及动模二个部分。安装时定模以定位环或浇口套与注射 机定模板上的定位孔配合并将定模部分紧固在定模上，动模则紧固在注射机动模上， 工作时注射机的锁模机构推动其动模板将动模与定模紧密压紧，然后注射机的注射机 构以 80130MPa 的注射力，将注射机料筒内已加热均匀塑化的塑料（呈熔融状态） 通过料筒喷嘴和定模部分的浇口套及动模与定模沿分型面分开即开启模具，并由注射 机上的顶出机构，推动动模部分的顶出系统，将塑件从模具内顶出模外，即可取出塑 件。 4.1 注塑模成型零部件的设计 模具的成型尺寸是指型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的 径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽） ，型腔和型芯的深度或高度尺寸，中心距尺 寸等。在设计模具时必须根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应的尺寸和 精度等级，给出正确的公差值。 本设计都在 UG 模具设计向导中完成，UG 模具设计向导采用了几项先进的功能， 这些功能不仅可以解决复杂的分模曲面的定义问题，还可以使分模过程自动化。例如， 用户可以自动地查找分模线，修补缺孔，然后自动地产生分模曲面，并生成型芯和型 腔。这些技术的组合应用具有如下的特点：分模曲面具有相关性，当模型修改变动很 大时可保持此相关性并允许彻底替代产品模型。这些功能不仅适用于 UG 的零件模型， 也适用于外来的模型。 设计时产品在选择材料后，收缩率的大小 UG 会自动选择。成型零件的相应的尺 寸和精度等级在 UG 中都会自动完成。选择毛坯的尺寸的如图 4.1 所示。 在选择好工件，便要创建分型面了，根据其自身结构的特点，其分型面设计在其 镶边下，具体见图 4.2。 UG 模具设计向导采用以过程为中心的功能代替劳动密集型的步骤，操作中只需要 简单的人工输入即可，因此能比传统软件更快地完成模具设计任务。此外，用户还可 以将自己的设计经验融入到工作中，从而更大程度地提高生产力。 创建好分型面、选择好开模方向后、以及修补好产品的曲面，UG 就可以根据分型 面和工件的大小以及其精度的特征，就可以自动创建型腔和型心。并且使型芯和型腔 的精度达到产品的要求。 4.2 标准模架的选择与确定 模架和标准件都有国标和行业标准，根据所设计的模具可以根据生产的尺寸、压 力要求选择与之接近的模架类型。 模架是塑料注射成型工业中不可缺少的工具。模架是型芯和型腔装夹、顶出和分 离的机构，为了便于机械化操作以提高生产率。标准模架是由结构、形式和尺寸都标 准化、系列化并具有一定互换性的零件组合而成的模架，在 UG 中打开“模架管 理”对话框，就可以选择一些供应商提供的标准模架或者自己组合生成模架，只要选 择合适的模架就可以了。 UG 模架库是根据供应商不同形成不同的规格体系。其中公制尺的模架有 DME， HASCO_ E、FUTABA S(High Rigid)、FUTABA S、FUTABA DE(High Rigid)、 FUTABA DE、FUTABA FG(High Rigid、FUTABA FG、FLJTAINA H 共 9 种规格， 如果尺寸单位是英制该下拉列表包括 DME，HASCO, OMNI，UNIVERSAL 共 4 种规 格。其中，UNIVERSAL 规格是操作者自己根据需要组合模架的各部分结构类型和尺 寸。 本设计有侧向分型抽芯机构动定模均采用两块模板，设置滑块机构，选择 DME 标准 2A 型（二板式 A 型，A 型定板两板型，动板一板型） 。模架结构示意图见图 4.3。 图 4.3 模架结构示意图 如图 4.3 所示，本设计选择的 index(模架类型) 的编号是 3030，编号命名是以模架 在 X、Y 方向的有效尺寸为基础。编号的前一部分是模架的 Mold_w(模架宽度)，后一 部分是模架的 Mold_l(模架长度)。根据型腔布局的大小确定适合的模架宽度和长度， UG 会自动选择接近的模架编号。TCP 为定模座板，即固定连接定模部分和为了安装在 注塑机上的板。AP 为定模固定板，即为了镶嵌凹槽或直接加工成型腔的板，一般是成 型塑件的外表面。BP 为动模固定板，即为了镶嵌凸模或直接加工成凸模的板。CP 为 垫块，作用是为了推板能完成推顶动作而形成空问所用。BCP 为动模座板，即固定连 接动模部分和为安装在注塑机上的板。SPP 是动模垫板，是为了防止镶嵌在动模固定 板上的凸模或其他零件后退的板。 本设计所选的模架的基本尺寸如下： index=3030 TCP_type=1 TCP_h=26 BP_h=26 AP_h=46 BP_h=26 CP_h=66 4.3 注塑模浇注系统的设计 浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴出来后，到达模腔之前在模具中所流经的通 道。其作用是将熔体从喷嘴处平稳快速地引进模腔，并在熔体凸模和固化定型过程中， 将注射压力和保压压力充分传递到模腔的各个部位，以获得组织紧密、外形清晰、表 观光洁和尺寸精度高的塑料制品。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道两大类型。 浇注系统由主流道浇口和冷料井组成。浇注系统要保证塑料熔体流动平稳，设计 浇注系统时，应注意使系统与模具中的排气结构相适应，使系统具有良好的排气性； 浇注系统流程应尽量短，在满足成型和排气要求的前提下，系统长度应尽量短，各段 尽量平直，以便塑料熔体在模具中的流程尽量短而直，避免或减少弯曲，从而可减小 注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间。 4.3.1 主流道和主流道衬套选择 主流道属于标准件，在 UGNX3.0 中，集成了标准件库，设计时只要选择合适的标 准件的行了。UG 会根据工件自动的选择合适的标准件，设计者只要加以对其稍加修改 久可以的。主流道在选择时，选择主流道图形如下图 4.4 所示；各尺寸如表 3.1 所示。 图 4.4 主流道示意图及主要尺寸 表 4.1 主流道的尺寸表 尺寸名称 大小（ mm） 尺寸名称 大小（mm） CATALOG_DIA 12 HEAD_HEIGHT 20 O 2.5 RADIUS 15.5 R 15.5 RADIUS_DEEP 2 CATALOG_LENGTH 52 TAPER 1.5 HEAD_DIA 38 TIMING DOWEL_SIDE LENGTH CATALOG_LENGT H DOWEL_DIA 4 FUTABA_CONE 0 CIRCLE_DIA 20 C_BORE_DIA HEAD_DIA+0.25 C_NKIA CATALOG_DIA+ (NECK_RADIUS 2)+1.5 DOWEL_ENGAGE_SIDE 6 DOWEL_SIDE_LEVEL -HEAD_HEIGHT/2 DOWEL_HOLE_SIDE_DEEP 6 DOWEL_LENGTH 10 DOWEL_HOLE_TOP_DEEP 6 DOWEL_SLOT_WIDE DOWEL_DID+0.05 DOWEL_ENGAGE_TOP 6 HDLE_FIT_DAT CATALOG_DIA+ HOLE_FIT_ADJUST HDLE_FIT_ADTUST 0 NECK_RADIUS 3 SHCS_LENGTH HEAD_HEIGHT+4 TAP_HDLE_DEEP 15 CATALOG_LENGTH1 22 CATALOG 12 4.3.3 定位环的选择 定位圈的作用是使注射机喷嘴与模具浇口套对中，决定模具往注射机上安装位置 的定位零件。同时为了防止型腔内高压作用在浇口的端面使之退出模具，可利用定位 圈来阻止这种趋势。本设计的定位圈示意图及尺寸如图 4.5 所示。 图 4.5 定位环示意图及尺寸 4.3.4 浇口的设计 浇口尺寸包括浇口断面尺寸和浇口长度尺寸，断面积约为流道断面积的 39，浇口长度约为 0.52.5mm，因此浇口处的流动阻力很大，剪切速率也很高。 在设计中，参考 UG 中给的浇口的几种类型，选泽 pin point 型浇口，如图 4.6 所示。 图 4.6 浇口的类型和尺寸 4.3.5 分流道的设计 多型腔模的设计时型腔型芯布置和分流道的布置要满足以下几条： 1. 尽量保证各型腔同时充满，并均匀的补料，以保证同模各塑件的性能、尺寸尽 可能一致。 2. 各型腔之间距离恰当，应有足够空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够截面积 承受注塑压力。 3. 在满足以上要求的情况下尽量缩短流道长度、降低浇注系统凝料重量。 4. 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心，一般在模板 的中心上。只有平衡式才能满足以上几点要求，适用于生产高精度的制品。所以在本 设计中采用多型腔分流道的平衡式布置。采用了两个型腔的平衡式。 分流道的截面设计时选择圆形截面，加工较容易，且热量损失与压力损失均不大， 为常用的形式。圆形截面分流道的直径可根据塑料的流动性等因素确定，该塑料件采 用 PC 塑料，流动性为中等，所以选圆形截面。分流道的直径 d 取 8mm。流道布置示 意图如图 4.7 所示， 图 4.7 流道布置示意图 4.4 侧抽芯机构的设计 在塑件上凡是脱出方向与开模方向不相同的侧孔或侧凹除少数浅侧凹可以强制脱 出外，都需要进行侧向抽芯或侧向分型方能将塑件顺利脱出。侧向分型用于有内外侧 d1=1.2 d2=6 BHS=15 B1=1 OFFSET=0 凹的塑件，系将凹模做成两瓣或多瓣，利用侧向分型完成各瓣与塑件之间分离，脱出 侧凹。侧向抽芯用于有侧孔的塑件，根据侧孔的数量和方位设置一个至多个侧型芯， 用侧向抽芯机构抽出侧抽芯。 侧向分型与抽芯机构应具备以下基本功能； 1. 能够保证不引起塑件变形的情况下准确地抽芯和分型； 2. 运动灵活、动作可靠，无过分磨损现象； 3. 具有必要的强度和刚度； 4. 配合间隙要求不溢料； 1、3、4 条要求相结合，可以保证塑件必要的尺寸精度； 2、3 条要求相结合，可以保证模具具有较长的工作寿命。 此外，侧向分型和抽抽机构结构比较复杂，设计时应考虑到容易制造和装配。 联系本设计中具体情况，采用斜滑块分型抽芯机构。 斜滑块机构例向分型与抽芯是利用滑块的斜向运动，这种径向运动可以在开横运 动中完成，也可以拌随着顶出运动同时完成。利用斜滑块机构可以外侧抽芯，也可以 内例芯，或在定模郎分抽芯。斜滑块由锥形模套锁紧，能承受较大的测向力。但抽拔 距不大，制品脱出后不易自动脱落，需要人工取出。本设计的抽拔距较小，正好满足 本设计的要求。 4.4.1 斜滑块分型抽芯机构的选择 利用斜滑块外侧面的凸耳与锥形模套内壁对应的斜向滑槽滑动配合，达到凹模侧 向分型与复位的目的。本设计是凹模斜滑块外侧分型机构，凹模由两块斜滑块组成， 斜滑块在推杆的作用下，沿斜滑槽移动的同时向两侧分型，并实现塑件脱离主型芯。 为顺利地脱出塑件，侧型芯或侧向瓣合模滑块应从成型位置外移到不妨碍制件平 均推出的位置，此移动的距离为计算抽拔距。在设计模具时还应该加上 12mm 的安 全距离作为实际抽拔距。本设计抽拔距 S1.5+1.5mm3mm 。 4.4.2 斜滑块的设计 1. 斜滑块的导向斜角 一般取 515。斜沿块的项出高度 l 必须小于导滑槽 总长度 L 的 2/3。其关系见图 4.8。 2. 为使斜滑块的分型面保证密封成型时不发生溢株斜滑块底部与模套之间应有 0.20.5 毫米的间隙，斜沿块顶面应高出模套 0.90.5 毫米。其装配要求见图 4.9。 图 4.9 斜滑块的装配要求图 4.8 斜滑块的顶出高度 3. 内侧抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面，而应在零件允许的情况下，低于型 芯端面 0.0050.010 毫米。否则，顶出时由于斜滑块端面陷入塑件底面，阻碍斜滑块 的径向移动。另外，在斜滑块边缘的径向移动范围内(即 LL 1)，塑件上不应有台阶， 以免阻碍斜滑块活动。 4. 内侧抽芯斜滑块的端面不应局于型芯端面，而应在零件允许的情况下低于型芯 端面 0.050.10mm，否则，推出时由于斜滑块端面陷入塑件底面，阻碍料滑块的径向 移动。另外，在斜滑块边缘的径向移动范围内，塑件上不应有台阶，以免阻碍斜滑块 活动。 在设计中，手机面板的厚度事是 1.5mm。滑块中的斜向斜角 10。本手机面板中 的有三面测抽芯，其形状、类型基本相同。为使制造简单，加工方便，在设计时，其 基本的滑块机构使用相同结构，具体见图 4.10。不同的部分仅是其抽芯部分，抽芯部 分可以根据各自不同的侧孔形状，加上与其相配和的抽芯机构。 图 4.10 三侧抽芯机构相同的滑块部分 根据以上分析，斜滑块的示意图及基本尺寸如图 4.11，设计的尺寸见表 4.2。 图 4.11 斜滑块的示意图及基本尺寸 表 4.2 斜滑块的尺寸表 尺寸名称 尺寸大小 尺寸名称 尺寸大小 angle 10 angle_start 13 cam_back 20 cam_back_clr 0.5 cam_bot_clr 0.5 cam_poc 12 cam_rad 5 cam_thk 8 ear_sd_clr 0.25 ear_thk 2 续表 4.2 尺寸名称 尺寸大小 尺寸名称 尺寸大小 ear_top_clr 0.025 ear_wide 5 gib_long 53 gib_long 53 gib_top -2.5 gib_wide 8 r1s 1 r2c 2 r2s 2 r2c 2 r3s 2 r3c 2 r4s 2 r4c 2 side_slr 0.01 slide_bottom -12 slide_long 32 slide_top 5 slot_thk 5 wear_thk 5 wide 25 wear_thk 5 slot_thk 5 在 UG 中，将以上数据代入到 UG 模具设计向导中滑块设计中，就可以生成的滑 块得三维模型图，将滑块和模具进行装配，产生的三维模型图见图 4.12。 （a） （b） 图 4.12 滑块的三维模型图 （a ）滑块（b）滑块和模具的装配图 4.4.3 侧抽芯的校核 由于本设计的侧抽芯机构采用的斜滑块抽芯机构，其强度均可满足要求，只要对 其顶出行程进行校核就可以了。 1. 开机键和充电插槽侧抽型滑块的校核 开机键和充电插槽侧抽型的侧拔距是 S3mm， L47mm，导向斜角 10。 代入公式 1S3L14.5msini02L 7 故设计满足要求。 2. 音量侧孔的侧抽型的校核 音量侧孔侧抽型滑块的基本尺寸与开机键基本相同。侧拔距是 S3mm，L 45mm，导向斜角 10。代入公式1S3L14.5msini02L 故本设计满足要求。 由以上校核得，本设计的侧抽芯滑块机构满足设计的要求。 4.5 脱模机构设计 在注射成型过程中，当产品因固化到一定的程度时就应该由模具中取出制品， 由于成型收拾等原因，制品往往包在型芯或者陷在模腔内等，不能自动地掉出模具 必须设计推顶脱模机构装置。而要使下次注塑时推顶装置又回复原位就要设计复位 装置。设计脱模机构应注意： 1. 制品在脱模时不损坏，不变形； 2. 保证良好的制品外观； 3. 脱模机构动作应该可靠，灵活；机构应尽量简单，便于制造，配换容易。 简单的脱模机构主要形式：顶杆，套筒，脱模板，液动和气动或复合推顶机构 等。 手机面板的造型简单，选择简单的脱模机构顶杆就可以满足制品的脱模。顶杆