手机后盖注塑模的设计

摘 要 本文就手机后盖注塑模的设计过程作了详细的介绍，从制品的测绘、注塑机的选取到分型面的确定、模架结构的确定，每一步均作了详细地说明和精确到计算，特别是对型腔数、浇道结构、型腔、型芯尺寸等重要部分的确定，文中作了重点论述。通过本文读者可了解注塑模设计的基本步骤，掌握从模具材料的选取到模架结构的确定的基本方法。文章按注塑模设计的基本步骤层层展开、步步深入，在设计好模具结构的基础上，采用AutoCAD、Pro/E两种造型方法对各零件造型，使设计结果更加清晰、明了。同时，作者还对型腔进行工艺分析，编写了工艺过程卡片，并在Mastercam环境下进行了仿真加工，实现了模具的制造。文章重点突出、结构分明，前半部分重点介绍注塑模结构的选取及各零件尺寸的确定，后面内容重点讲述了造型及仿真加工，使读者很容易理解，可作为注塑模初学者的参考资料。 关键词： 注塑模 模架 注射机 仿真加工目 录1产品工艺性分析2 1.1 材料性能21.2 成型特性及条件 31.3 塑料制品结构分析 3 1.3.1 加强肋3 1.3.2 圆角3 1.4 零件体积及质量估算42 注塑成型的准备42.1 注塑成型工艺简介42.2 注塑成型工艺条件52.3 注塑机基本参数 7 2.4 初选注射成型机的型号和规格82.5注射机的校核92.5.1 注射机的校核92.5.2 锁模力的校核92.5.3 塑化能力的校核92.5.4 模具外形尺寸校核92.5.5 模具厚度校核103.模具设计 10 3.1 型腔数目的确定10 3.2 分型面位置的确定11 3.3浇注系统形式和浇口的设计12 3.3.1 主流道尺寸与形式13 3.3.2 分流道 13 3.3.3 分流道表面粗糙度13 3.3.4 浇口 14 3.3.5 浇注系统的平衡 15 3.3.6 模具材料的选择15 3.4 确定型腔、型芯的固定方式及尺寸 16 3.4.1 确定型腔、型芯的固定方式16 3.4.2 确定型腔、型芯的尺寸16 3.5 成型型腔壁厚的计算 17 3.6 确定顶出系统和机构类型 18 3.6.1 推杆数量及结构形式 18 3.6.2 复位装置设计193.6.3 顶出机构的导向 19 3.7脱模机构 19 3.7.1 脱模力校核19 3.7.2 推杆校核20 3.8 导向与定位机构21 3.9排气设计 21 3.10温度调节系统224 模具工作说明23参考文献25致谢 26附录1 27附录2 31前 言 随着现代工业技术的迅速发展，对零件的材料提出愈来愈苛刻的要求，一种材料不但要求某一种技术性能好，而且要求它同时具备多种优良的技术性能，以满足多种技术需要。塑料作为现代工业中较为常见的材料之一，在性能上具有质量轻、强度好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色等特点，其制品可加工成任意形状，且具有生产效率高、价格低廉等优点，所以应用日益广泛，在汽车、仪表、化工等工业中，塑料已经成为金属零件的良好代用材料。与相同重量的金属零件比，塑料件能耗小，且成型加工方法简单，易组织规模生产，只需一台自动化注射机，配上合适模具，就能进行大批量生产。塑料模具是利用其形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具，它对塑料零件的制造质量和成本起着决定性影响。在生产过程中，对塑料模具的要求是能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面均能满足使用要求的优质制品。从模具使用的角度要求高效率、自动化、操作简单；而从模具制造角度要求结构合理，制造容易，成本低廉。现代塑料制品的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三个重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑料制品使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的自动化设备只有配上相适应的模具才能发挥作用，随着塑料制品的品种和产品需求量的增大，对塑料模具也提出越来越高的要求，促使塑料模具不断向前发展。目前，模具的设计已由经验设计向理论设计的方向发展，采用高效率、自动化的模具结构以适应大量生产的需要，采用高精度模具的加工技术以减少钳工等手工操作工作量。为减少加工后的修整，以“一次试模成功”为标准，模具测量向高精度、自动化方向发展。同时，在模具行业开展CAD/CAM的研究和应用，采用CAD/CAM技术能够减少试模、调整及修整工时、提高可靠性、简化设计与制图、缩短设计制造时间，从而使估价及成本合理化。显然，今后的模具制造将以计算机信息处理和数控机床加工为中心。注塑成型是塑料工业中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，注塑成型加工产量高，适用于多种原料，能够成批、连续到生产，并且具有固定的尺寸，可以实现自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。注塑模具作为注塑成型加工的主要工具之一，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的根本利益。模具制造业存在成本高、技术性强等特点，随着计算机辅助设计和计算机辅助加工技术的发展，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠地保证了模具所需要的精度和质量。另外，模具标准件和以标准件为基体的特殊定制零件的普及，明显的缩短了模具制造周期，使塑料模具的设计水平进入了新阶段。尽管模具工业本身的特殊性是模具制造显得很复杂，但与其他行业一样，它也有一定的规律。注塑模具设计之前首先应对塑料制品进行工艺分析，研究塑料制件的工艺性是否符合注塑加工原理，然后应设计模具结构，确定模具材料和选定标准件，最后进行零件加工、模具组装和试模。表面缩坑是注塑过程中经常遇到的问题，如果制品的壁厚过大或明显的薄厚不均，再成型时会因固化速度不同而产生内应力，这是由于制品壁较厚的部位在表层的塑料已经冷凝时，其芯部的塑料仍然处于熔融状态，当芯部的塑料也固化后，会因其收缩而对表面的塑料施以拉力，导致制品表面出现缩坑。然而，在实际中要使制品的壁厚设计成完全一致是不大可能的。例如，许多制品由于要与其他零件装配或为加强本身的强度，往往没有筋、槽或柱等，这时制品的壁厚则出现明显不均。因此，为满足制品的要求，而又能使外观缺陷得到改善，除了在成型过程中采用增加保压压力和延长冷却时间等措施控制之外，在设计制品结构时，必须对这些筋、槽及柱有明确的限制。对于壁厚明显不均的制品，单单靠调整成型工艺来解决表面缩坑问题几乎是不可能的，因此在设计制品结构时，应充分重视这一问题。在本次设计中，由于手机后盖上有许多孔、槽结构，在模具中必须采用芯子，这一结构改变会给模具和成型在其他方面带来麻烦。 按照一般的设计步骤，应先对选取的塑件实体进行测绘，确定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并对其进行工艺分析，确定模具各零件的结构、尺寸和精度要求，然后设计注塑模具，绘制出其装配图及零件图，对各零件进行三维造型，并进行装配，同时对模具中的主要零件进行工艺分析，编写工艺卡，完成型腔的仿真加工。通过以上工作的完成，我对一套模具从设计到加工的全过程有了清醒而直观的认识，了解了注塑模的工作原理，对模具中型腔、型芯等主要零件的设计及精度的确定具备了一定的经验知识，能够对模具设计中常出现的问题提出合理的解决方法，能够正确地选取注射机、确定模架的结构及尺寸、确定型腔数。在模具设计中，精度要求的确定是至关重要的一步，要综合考虑尺寸精度及配合要求，特别是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度确定的合理与否将影响到塑件的质量，从而对产品的使用性能及企业的经济效益产生很大的影响。1. 注射模总体设计1.1 注射模基本总体结构方案的比较与选取注射模的基本结构是由注射机的形式和塑件复杂程度等因素决定的。注射模的分类方法很多，按注射模的总体结构可分为单分型面注射模、双分型面注射模、带活动镶件的注射模和自动卸螺纹的注射模等，对于不同的塑件可选用不同的注塑结构。单分型面注射模是最简单的一种。在该结构中，构成型腔的一部分在定模上，型芯部分在动模上，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后塑件与流道凝料一起留在动模一侧。双分型面注射模与单分型面注射模相比多了一个可移动的浇口板，它用于针点浇口进料的单（双）型腔模具。开模时，浇口板与定模座板作定距离分型，以便取出凝料。带活动镶件的注射模上带有活动螺纹型芯、侧向型芯和活动镶件等，开模时，活动镶件连同塑件一起脱出模后，再通过人工使镶件与塑件分开。当塑件有螺纹部分并要求自动脱模时，可采用自动卸螺纹的注射模。该结构利用注射机的旋转运动带动螺纹型芯或螺纹型环转动，使塑件按规定的螺距推出。在具体选用模具结构时，应综合考虑塑件结构，尽量做到经济、实用。设计中由于塑件实体是手机后盖，其结构较简单，没有螺纹及需要侧向分型的结构，且不需要针点浇口，所以可选单分型面模具结构。1.2 制品的测绘1.2.1 制品材料的工艺分析本注塑模设计中选用的制品材料为ABS，它是一种现代工业中经常用到的材料，具有高强度、耐腐蚀等优点，通常情况下其密度为1.0-1.0克/立方厘米，压缩比为1.8-2.0，比热容为0.35-0.4，其模具冷却温度范围在32-65之间。了解了ABS的以上性能，对我们进行模具结构设计及选材将大有帮助。1.2.2 实体测绘根据设计要求及设计方案，按照模具设计的基本步骤，首先应对制品实样进行测绘分析，选择合理的精度要求，确定分型面，选取正确的定位基准，为型腔及模具的设计建立最基本的条件。由于制品实体为玩具手机外壳，所以其精度要求不算太高，表面粗糙度设定在Ra=1.6即可，根据设计任务书的要求，确定其长度方向尺寸精度小于0.50mm,厚度方向小于0.10mm,选用的测量器具为千分尺、螺旋测微器、平台、高度尺、天平称等，并根据测量的基本原理进行多次测量求平均值，这样可测得制品长度方向最大尺寸为L=63.24mm,宽度方向最大尺寸为D=39.98mm,高度方向最大尺寸为H=5.00mm,制品重量m=3mg,测得的结果参见图1-1所示手机后盖零件图。 图1-1 手机后盖零件测绘图1.3 注射机的选择在注塑模设计过程中，注射机的选择是必不可少的，也是至关重要的。根据注塑模具的基本结构及注射机的尺寸与型号规格，本设计采用卧式注塑机，其注塑方向与给模方向一致，且占地面积小，安装、拆卸方便，嵌件便于安装。此外，注塑机型号的选择还应考虑以下几个方面：1.3.1 注射量通常情况下，注射机的注射量应超过被成型制品重量的20%30%以上，现设定注射量是制品重量的25%，又因经测量知制品重量为3毫克，所以注射机相对一个制品的注射量为： S=(1+25%)m=(1+25%)3g=3.75g1.3.2 锁模力被成型制品在成型时所需要的锁模压力必须小于注塑机的额定锁模力。制品在成型时所需要的锁模压力，即在注射和保压时保证动、定模不分离所应给予的力，一般可采用公式： F=PA计算，其中F-制品成型时所需要的锁模力。A- 制品的投影面积。P-型腔内部压力。通过测绘得到的数据，由分割法计算可求得制品的投影面积为： A=57.1639.98+223+12.082.04-257.161.49 =2151.56(mm)又因为制品材料为ABS,所以可选取P=350/9.810Pa,所以 F=PA=350/9.810Pa2151.56mm =75.3N 另外，根据注射机与模具安装尺寸（即拉杆间距、模板间最大与最小闭合高度、顶出行程、喷嘴球半径、定位孔直径等），查国产注射机技术规格，可选用XS-ZS-22型注射机。 1.3.3 注塑能力的校核 注塑能力是指在一个成型周期中，注射机对给定塑料的最大注射容量或重量。本设计选用的注塑机属于柱塞式注塑机，其注塑能力是以一次性注射聚苯乙烯的最大重量为准的。在注射聚苯乙烯时，塑料的总重量与浇注系统的塑料重量之和一般不超过注塑机注塑能力的80%，当注塑其它塑料时，注塑机的最大注射重量应按下式换算： m=m 式中 m-注射机注射其它塑料的最大重量（g）; m-注塑机规定的最大注塑重量（g）; -注射塑料在常温下的密度（g/cm）; -聚苯乙烯在常温下的密度（g/cm）. 已知ABS在常温下的密度为1.0g/cm,注射机的最大注射量为15mg,所以ABS的最大注射重量为 m=1514.2g 1.4 分型面的选定 为将塑件从密闭的模腔中取出，以及为了安装嵌件或取出浇注系统等，必须将模具分成两个或几个部分，通常情况下我们称分开模具能取出塑件的面为分型面。同时，以分型面为界，模具分成两大部分，即动模和定模部分。 分型面的方向采用与注射成型机开模方向垂直的方向，其选择是一个比较复杂的问题，因为它受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置及其形状、嵌件在模具内的成型位置、顶出方法、浇注系统的设计、模具排气、模具制造等各种因素的影响。1.4.1 留模方式为便于塑件脱模，应使塑件在脱模时留在下模或动模部分，因为塑件的顶出机构设置在下模或动模部分。如图2-2所示，开模后塑件留在动模一边，易于脱模，使模具结构简化。 图1-2 型芯部分顶杆设置手机外壳外形简单，但内部有较多的孔、槽结构，塑件成型收缩后必然留在型芯上，此时，将型腔设定在定模上，开模后即可用推杆顶出塑件。1.4.2 塑件的脱模斜度 选择分型面时应考虑减小由于脱模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差异。若将分型面设在塑件中部，并选用较小的脱模斜度，将有利于脱模，但这种方式仅适用于塑件对外观无严格要求的情况下。对于手机外壳这种对表面有一定精度要求的塑件，一般将型腔设在模具的一侧，这样可保证塑件外观精美，使飞边尽量留在壳内。综上所述，可选择机壳与机体的配合面为分型面。1.5 制品收缩率制品的收缩率一般是根据所用塑料收缩率的平均值来计算的，而实际上制品在成型过程中其塑件分子并不是在制品中任何方向上都是一样收缩的，并且大多数塑件的收缩是在制品成型完成后再经过数小时才能安全稳定下来，因此，制品的实际收缩与按其材料平均值计算的收缩是有一定差距的。目前尚无准确计算制品成型过程中实际收缩率的方法，在模具设计时可采用比平均收缩率低1%的计算方法。对于ABS塑件，其收缩率为0.4%0.6%，设计中确定其收缩率为0.5%。另外，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位，以及2mm和小于2mm带有大于0.1mm公差的部位不需要进行收缩率计算。1.6 卡钩的结构设计手机后盖上卡钩的功能是与壳体相连接。在设计这种卡钩时应避免模具中出现侧向分型结构，通常是在钩子的下放设计成通孔形式并采取动、定模对插结构。但该制品中的卡钩其下放不允许有通孔出现，制品的这类形状要采用成型顶杆的方法来实现。手机后盖卡钩部分有一圆弧过渡段，其尺寸相对较小，而又必须设置顶出机构，因此，在制品设计时应充分考虑顶杆强度及顶杆孔加工难易的问题，应尽量在制品细小部位的周围留出用于顶出的余量。1.7 脱模斜度的设置为使制品在成型过程中能够顺利地从型腔中脱出，以及能够顺利地从型心中被顶出，制品必须设有脱模斜度。脱模斜度的大小由制品表面粗糙度、制品形状及尺寸而定，通常情况下不低于0.5度。由于手机后盖表面有一定的光亮度要求，在脱模过程中制品外表面不能被划伤，其脱模斜度最小不应低于2度。又由于在制品中有凹台、凸台、槽等结构，塑料对制品透孔的芯子有较大的抱紧力，因此可设定脱模斜度为2度。1.8 型腔数的确定注塑模的型腔数与注射机的注射量和塑件重量有关。注射量是注射机每次注射的塑件的最大体积或重量，它与塑件重量有直接关系，两者若不相适应，就会影响塑件的质量，如注射量小于塑件质量，就会造成塑件缺料、内部组织疏松、机械强度下降等缺陷；反之，就会造成原料和电能浪费，注射机利用率降低。因此，为保证正常的注射成型，塑件的重量应低于注射机的注射量。由前面所述可知，注射机的注射量应超过被成型制品重量的20%-30%以上，由此可求的注塑机的最大注射量为S=15mg,所以模具的型腔数为： N=(0.05S-R)/W =(0.0515-0.75)/3=4所以，在注塑模设计中可采用一模四腔结构。2 注塑模结构设计2.1 模具材料的选用模具的耐用性除取决于模具结构设计及其使用、维护外，最根本的原因是模具材料的基本性能是否与模具的加工性能与使用条件相适应。因此，根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料是模具设计的首要任务。根据制品的光洁度及尺寸精度的要求，结合各种材料的物理、化学性能，本设计中的注塑模选用钢材作为材料。因为模具零件较复杂，淬火后加工较困难，而钢材在热处理后变形很小，且抛光性能好，能够满足模具各零部件特别是型腔的性能要求。同时，钢材耐磨性和耐腐蚀性能好，能是模具具有很高的耐磨性和耐腐蚀性，从而提高了模具的使用寿命。钢材中常见品种有碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、合金结构钢等，若从性能和价格方面综合考虑，选用碳素钢比合金钢更为经济。碳素结构钢中的45钢具有良好的切削性能，可作为各种模板的材料；碳素工具钢中的T8A可作为导柱、拉料杆、顶杆、导套等零件的材料。2.2 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道，它的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔的各个部位，以获得所要的塑件。注射模浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成，其结构如下图所示： 图2-1 浇注系统示意图 2.2.1 主流道的设计 主流道是指喷嘴口起至分流道入口处的一段通道，它与注射机喷嘴在同一轴线上，熔料在主流道中并不改变方向。 本设计中为便于凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，锥角=3，内壁粗糙度为Ra=0.63，大端处呈圆角，其半径为r=2.5mm,以减小料流转向过渡时的阻力。实际设计中，应使主流道的长度L尽量短，以免使主流道凝料增多、塑料耗量大，因此取L=55mm.另外，为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注射机的喷嘴紧密对接，为此，选取其半径为R=12mm,小端直径d=3mm.由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的浇口套，如图3-2所示，以便选用优质钢材单独加工和热处理。 图2-2 浇口套结构示意图2.2.2 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的部分，是指塑料熔体从主流道进入四腔模的四个型腔的通道，起分流和转向的作用。在分流道的设计过程中，应注意使塑件熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料量最小。 由于在等面积的条件下，圆形的周边最短，所以将分流道的形状做成圆形，令其直径D=6mm，而且圆形分流道易于散热。分流道的分布取决于型腔的分布，对于一模四腔的注塑模，分流道一般采用平衡式分布，其主要特点是各个型腔同时均衡进料，因此要求从主流道到各个型腔的分流道，其长度、形状、端面尺寸都必须对应相等，否则就达不到均衡进料的目的。 另外，分流道的尺寸不必要求很光，表面粗糙度一般在12.5即可，这样有利于保温。2.2.3 浇口的设计浇口是指流道末端与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统中端面尺寸最小且最短的部分，其作用是使塑料熔体加快流速进入型腔内。根据制品实体的特殊结构，本设计采用潜伏式浇口，以避免塑件外表面受到损伤。2.3 冷料穴和拉料杆的设计 冷料穴是用来储藏注射间隔期内由于喷嘴端部温度低造成的冷料，因为冷 料进入型腔会影响塑件质量。拉料杆采用Z形拉料杆，其头部做成Z形的，可将主流道凝料钩住，开模时即可将该凝料从主流道中拉出。拉料杆固定在顶杆固定板上，在塑件顶出时凝料一起被顶出。如图2-3所示。 图2-3 拉料杆结构图2.4 型腔的设计构成型腔的零件，由于它直接与高温、高压的熔融塑料相接触，因此要有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，型腔还要有较高的尺寸精度和表面粗糙度。在本设计中，成型机构选用整体式凹模，因为它具有牢固、不易变形等优点，主要用于形状简单的塑件。2.5 成型零件工作尺寸的确定成型零件工作尺寸是指直接成型零件的尺寸，设计过程应考虑塑件公差、模具制造公差、模具磨损量等，具体可通过以下公式计算：2.5.1 型腔内径尺寸计算 由测绘可知，制品塑件长度方向标称尺寸为D。=63.24mm,宽度方向最大标称尺寸为D=39.98mm,最小标称尺寸为D=37.5mm,塑件平均收缩率可由收缩率公式计算，即S=(Smax-Smin)/2=0.5%,塑件公差=0.025mm,型腔制造公差为z=0.025mm,所以型腔长度方向尺寸为： D=D。(1+S)-3/4 =63.24(1+0.5%)-3/4X0.025 =63.54 (mm) 型腔最大宽度方向尺寸为： D=D(1+S)-=39.98 =40.16(mm) 型腔最小宽度方向尺寸为： D=D(1+S)-=37.5(1+0.5%)- =37.67(mm)2.5.2 型芯外径尺寸计算 由测量可知，制品塑件长度方向标称尺寸d=63.24mm,宽度方向最大标称尺寸为dmm,宽度方向最小尺寸为d=37.5mm,型芯制造公差为=0.025mm,所以，型芯长度方向尺寸为： d=d(1+S)+ =63.24 =63.57(mm)型芯最大宽度方向尺寸为： d=d (1+S)+ =39.98+ =40.20(mm)型芯最小宽度方向尺寸为： d=d(1+S)+=37.5 =37.7(mm)2.5.3 型腔深度尺寸计算 由测量知，塑件高度方向基本标称尺寸为H5.00mm,型腔深度尺寸为： H=H=5.00 =5.01(mm)2.5.4 型芯高度尺寸计算根据以上计算出的数据，可由下式计算型芯尺寸： h=H+=5.00 =5.04(mm)2.5.5 成型零件型腔壁厚的计算本次注塑模设计采用整体式矩形型腔，其受力情况如下图2-4所示： 图2-4 整体式型腔侧壁和底板受力图从图中我们可以看到，任一侧壁均可简化为三边固定一边自由的矩形板，其最大变形发生在自由边的中点，且变形量为： =其中，L-侧壁的内边长度（mm）;a- 侧壁的内边高度(mm); C为常数，且C=1.5又 Lmax=40.16mm300mm, 可按变形量计算壁厚， H=3.23(mm) 由此可知，为满足强度要求，应使壁厚H3.23mm,根据注塑模具体结构及加工要求，选取H=4.00mm.2.5.6 底板厚度的计算整体悬空的整体式型腔的底板，可看成是周边固定受均布载荷的矩形板，其内边的长边为L，短边为b，当受到熔融塑料的压力P作用时，底板的中点将产生最大变形，且其变形量为： ，其中C=0.027,底板的厚度为 h=11.6(mm) 由此可知，当b=40.16mm300mm使，按计算底板厚度必须满足h11.6mm,另外，考虑到在型腔中要安装冷却系统，所以其厚度应稍微增大，结合注塑模具结构国标中的尺寸要求，选取h=40mm. 由以上计算可得图2-5、图2-6所示的型腔、型芯结构图。 图2-5 型腔结构图 图2-6 型芯结构图2.6 模架的设计玩具手机壳注塑模架为中小型模架， 其组合尺寸为模板、推杆固定板、推板、垫块四个零件的配合尺寸；导柱、导套的孔径、孔位尺寸；复位杆和固定螺钉的孔径、孔位尺寸以及模板、推板、垫块选用的厚度尺寸。根据以上结构要求，结合选定的注射机型号及型腔和型芯的尺寸，查模具设计与制造手册中中小型模架结构尺寸表,选择200X315规格的模架即可满足要求。2.7 定模冷却水道的设计 在注射成型过程中,模具温度直接影响塑料的充模和塑件的定型,从而影响塑件的质量,因此,必须进行模具的冷却，使其温度保持在一定范围内。 要达到有效的模具冷却效果，就要设计合理的冷却系统，在设计过程中应使冷却孔道的中线与塑件表面的距离为冷却孔道直径的1-2倍，冷却孔道中心距应为冷却直径的3-5倍，如果冷却孔道间距较大，模具表面温度就不均匀，从而影响冷却效果。 制造过程中应使冷却孔道距型腔壁不宜太远，也不宜太近，通常在12-20毫米范围内，以免影响冷却效果和模具的机械强度。由经验知识可知，冷却孔道直径应不小于9毫米，且凹模、凸模应分别冷却，并保证其冷却平衡。进、出水水嘴接头设在定模板两端处，这样布置将避免影响其他操作，同时还应保证水嘴和水管连接处密封，不能漏水。 由于制品材料为ABS,其注塑温度在45左右，温度不是太高，所以一般采用水冷却。2.8 顶出方式的设计 注射模顶出系统用于制品的脱模，如前所述，当凹、凸模在分型面处分型后，制品将留在型芯上，这时为保证不使制品产生变形及卡滞现象，需用顶出系统将其顶出。 顶出系统必须设置在制品所滞留的模具部分，即动模板的一侧，并使被顶出的制品脱离模具5-10mm。由于圆柱形顶杆及其顶杆孔的加工比其它形状的顶杆和顶杆孔的加工更容易些，所以本顶出系统选用圆柱形顶杆。同时，考虑到顶杆强度及制品表面精度要求，将顶杆直径设定为4mm,长度设定为103mm。 由于制品内表面无装配要求，所以其精度要求相对较低，在装配中可使顶杆端面低于型腔平面0.05-1mm。另外，顶杆应设置在顶出阻力大的地方，为避免顶出过程中导致塑件变形，顶出位置应设定在手机壳体的周边部分，并对称分布，如图2-7所示： 图2-7 顶出机构位置分布示意图 为保证运行平稳可靠，在顶杆顶出后，应立即返回原位，以保证制品顺利地落下而被取走。对于这种中小型模具，可以采用在动模垫块与顶出板之间安装弹簧的方法，在顶出机构完成了顶出工作后，顶杆受到弹簧的压力，迫使其回到初始位置。3. 绘制注塑模装配图及零件图 注塑模装配图及零件图的绘制是本次设计中的重点部分，它能够具体地反映出模具各零件的结构及各零件间的装配方式。一般情况下，注塑模零件图的绘制可通过AutoCAD、Pro/E两种方法进行，其中，AutoCAD主要用于二维图的绘制，它是当前主要的计算机辅助设计与绘图软件，在模具制造行业已得到广泛应用。AutoCAD为同一个零件的绘制提供了多种方法，并提供了多种自定义程序的方法，可使用户随意的绘制各种图形，以满足用户的多种需求。通过AutoCAD软件我们可清楚地表达出手机后盖注塑模结构图，如图4-1所示。 图3-1 注塑模具结构简图目前我们使用的AutoCAD2002比以前的版本增加了许多新的功能，而且运行速度也大为提高，但一般情况下它用于绘制二维平面图，尚不能较好到实现三维立体图的绘制。Pro/E是一套由设计到生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，能够实现参数化功能定义、实体零件及组装造型、实体着色、转化为二维图及仿真加工等多项功能。4. 型腔零件的工艺分析4.1 零件的工艺性审查1） 零件的结构特点XQ-01型腔（零件图见附图），该零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面与动模固定板配合，突出部分与定模镶件型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料ABS经冷却后形成所需玩具手机的后盖。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、曲面型腔、镶块孔等；零件的形状较为复杂。由于型芯在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。2） 主要技术要求 零件图上的主要技术要求有：1、热处理：38-42HRC；2、锐角去毛刺倒钝；3、未注圆角R=0.25mm；4、孔与基准C的垂直度公差等级为7级。3） 加工表面及其要求 矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6m、与基准A的垂直度公差为0.03mm； 分模面的平面度公差为0.01mm，与基准A的平行度公差为0.04mm； 内轮廓表面的粗糙度为Ra=1.6m；4） 零件材料零件的材料为45钢，可以通过热处理来获得所需的机械和力学性能。42 毛坯选择1）考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯。 2）确定毛坯的形状、尺寸：选用45钢锻件806040（mm）。43 基准选择加工中心的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。44 拟订机械加工工艺路线1）各加工表面的加工方法及加工路径 该零件的加工表面为71h7 48h7的配合表面、型腔内表面轮廓。 根据上述工艺分析，拟订工艺路径如下：工序：铣平面；工序：铣71h7 48h7的配合表面；工序：铣削型腔内表面；工序：清角处理工序：清洗；工序：检验；该方案按工序集中原则组织工序，在加工中心上一次装夹后完成上述工序的前三步的全部加工，最大程度上降低了工件的装夹次数，易于保证加工面相互间的位置精度，减少工件在工序间的运输次数，减少辅助时间和准备终结时间，提高了生产效率。4.5 仿真加工 对型腔的工艺分析完成后，便可以编写工艺卡片，并利用Mastercam软件进行仿真加工，从而可使我们更清楚到看到型腔的机械加工过程。 小 结 为期三个月的毕业设计已接近尾声，在这三个月的时间里，我结合自己的设计课题和任务书要求，首先进行了毕业实习，做好了实习记录，并撰写了实习报告，对所设计内容有了感性认识，为毕业设计奠定了基础。同时，我还针对注塑模的设计与制造进行了文献检索，了解了模具设计的基本步骤与发展现状，完成文献综述一份，并制定了设计方案和具体的进度计划。 按照设计进度安排，我先对选取的塑件实体进行了测绘，确定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并对其进行了工艺分析，确定了模具各零件的结构、尺寸和精度要求，设计出注塑模具一套，绘制出了模具装配图及各零件图，对各零件进行了三维造型，完成了各零件间的装配，并对模具中的主要零件进行工艺分析，编写了工序卡，实现了型腔的仿真加工。通过以上工作的完成，我对一套模具从设计到加工的全过程有了清醒而直观的认识，了解了注塑模的工作原理，对模具中型腔、型芯等主要零件的设计及精度的确定具备了一定的经验知识，能够对模具设计中常出现的问题提出合理的解决方法，能够正确地选取注射机、确定模架的结构及尺寸、确定型腔数。在模具设计中，精度要求的确定是至关重要的一步，要综合考虑尺寸精度及配合要求，特别是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度确定的合理与否将影响到塑件的质量，从而对产品的使用性能及企业的经济效益产生很大的影响。由于知识及实践经验的缺乏，在设计过程中，零件加工精度的确定尚存在许多不足之处，在以后的工作、学习中还有待改进。 由于采用了Pro/E进行实体造型，并进行了仿真加工，使得生产出的制品质量好，减少了次品率，有效到提高了生产效率和经济效益。 致 谢 本次毕业设计自2003年3月31日至2003年6月27日，历时三个月，课题名称为“塑料模具的设计及加工实例分析”，选用的塑件为玩具手机的后盖，要求设计出注塑模具一套，生产的塑料制品应达到一定的质量要求，设计出的模具应结构合理、工艺性好、出模方便、安全可靠、便于维修。另外，还要对模具的型腔进行工艺分析，设计出在加工中心上加工的数控程序等。 从测绘到精度的确定、工艺分析、模架结构设计、浇注系统的设计、冷却系统的设计，每一步都需要理论和经验的相互结合，但在实际设计过程中，经验的不足是我最大的缺点。为避免因经验不足带来的问题，在设计中除经常去企业参观实习外，我还把遇到的问题总结、归类，并及时向老师询问，以求将可能出现的问题减至最小。 在设计过程中得到了葛友华博士和王正刚、刘道标老师的热心指导，并得到同组同学的大力支持和帮助，在此表示衷心感谢。在利用AutoCAD、Pro/E两种方式造型时得到了加工中心各位老师的指导，在此一并表示感谢。 由于作者实践经验与理论水平有限，时间较短促，书中缺点和不足之处敬请读者批评指正。参 考 文 献1 李德群. 塑料成形工艺及模具设计。北京：机械工业出版社，1994年2 王桂萍，邱以云，塑料模具的设计与制造。北京：机械工业出版社，19963 于华，注塑模具设计技术实例。北京：机械工业出版社，19984 魏万璧，塑料模具制造技术。广州：广东科技出版社，1990.45 李德群，塑料成型模具设计。武汉：华中理工大学出版社，1990年6 卓迪仕，数控技术及应用。北京：国防工业出版社，19977 秦宝荣，机械制造工艺学与机床夹具设计。北京：中国建材工业出版社，1998.38 刘瑞新，Mastercam应用教程。北京：机械工业出版社，20029 猛少农，机械加工工艺手册。北京：机械工业出版社，199110 陆剑中，孙家宇，金属切削原理与刀具。北京：机械工业出版社，199011 薛彦成，数控原理与编程。北京：机械工业出版社，199812 黄圣杰，张益三 ，洪立群，Pro/E2001高级开发实例。北京：电子工业出版社，2002.213 李德群,精密多腔注射模CAD/CAE/CAM系统。武汉: 华中理工大学学报，1991年10期 14 Lu yiqiang,Li Dequn,Simulation of cooling process of injection molding, Progress in Natural Science,Vol.6 No.2,1996.4.附件清单1 模具总装图 SJZSM-00 A 1张2 动模固定板 SJZSM-03 A 1张3 定模板 SJZSM-06 A 1张 4 动模板 SJZSM-02 A 1张 5 定模固定板 SJZSM-07 A 1张 6 推板 SJZSM-08 A 1张 7 支撑板 SJZSM-15 A 1张8 推板固定板 SJZSM-10 A 1张 9 浇口套 SJZSM-04 A 1张 10 拉料杆 SJZSM-05 A 1张11 有肩导套 SJZSM-14 A 1张 12 有肩导柱 SJZSM-13 A 1张13 推杆 SJZSM-09 A 1张 14 型芯 SJZSM-12 A 1张15 型腔 SJZSM-11 A 1张 16 定位环 SJZSM-01 A 1张17 型腔加工工艺规程卡片 1张 18 三维图图册