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模具设计与制造手机后盖的模具设计姓名：*****学号：*****班级：****指导老师：*********大学摘要：注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计是手机后盖塑料模具的设计，对零件结构进行了工艺分析，采用ABS作为塑件的材料。采用单分型面，根据模具的型腔数目以及最大注塑量、注射压力、锁模力、模具的安装尺寸等因素选择了注射机，选择成型零部件的尺寸；采用扇形浇口；利用直导柱导向，斜滑顶杆顶料,斜滑顶杆侧抽，同时完成侧抽和顶出完成脱模，并对模具的材料进行了选择，如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。对模具结构与注射机的匹配进行了校核。用ProE绘制出模具三维图形，最后利用PROE对型芯和型腔进行了加工仿真，制定了符合要求的数控加工工艺过程。关键词：手机后盖；ABS；注塑模具；PROE；目录1绪论1.1模具发展的现状1.2存在问题和主要差距1.3发展展望2材料与塑件分析2.1塑件分析2.2塑件材料分析2.3确定塑件设计批量2.4计算塑件的体积和质量3选择塑件的分型面4标准件的选择5注塑机的选择6浇注系统的设计7冷却系统的设计8顶出和导向机构的设计8.1顶出机构的设计8.2导向机构的设计8.3复位机构的设计9成型零件的设计10模具设计总图1绪论1.1模具发展的现状从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。天然高分子加工阶段,这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。合成树脂阶段，这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。大发展阶段，在这一时期通用塑料的产量迅速增大，聚烯烃塑料在70年代又有聚1－丁烯和聚4-甲基-1-戊烯投入生产。形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。21世纪,塑料工业以前所谓有的速度高速发展。塑料,在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。目前，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求。在2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30％左右，未来几年中，塑料模具还将保持较高速度发展。模具是工业生产中使用极为广泛的重要装备，采用模具生产制品及零件，具有生产效率高，节约原材料，成本低廉，保证质量的一系列优点，是现代工业生产中的重要手段和主要发展方向。1.2存在问题和主要差距虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：一是总量供不应求，国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右；二是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理，我国模具生产厂中多数是自产自配的模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。1.3发展展望目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。2材料与塑件分析2.1塑件分析如图1为手机后盖件的三维立体图，该产品形状如中空薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较大、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀。图1塑件三维立体图2.2塑件材料分析塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。热塑性塑料还分为很多种，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等，为了选到合适的塑件材料，通过对塑件的分析和查阅有关资料可选择以下材料见表1。表1注塑塑料对比塑料名称ABS聚乙烯材料特性较大的机械强度和良好的综合性能。结晶部分多时，塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高，但整体尺寸变小，耐冲击强度及断裂强度底。成型工艺特点ABS的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热。原料控制水分在0.3%以下。聚乙烯制件最显著的特点是收缩率大，这与材料的可结晶性和模具温度有关。定型后塑件在强的收缩牵引作用下，可令制件变形和翘曲。注射温度ABS塑料的温度与熔融粘度的关系比较独特，在达到塑化温度后在继续盲目升温，必将ABS的热降解。聚乙烯的注射温度一般在120～310℃之间，温度超过300℃时，收缩率会明显增大。注射速度及压力ABS采用中等注射速度效果较好，注射时需要采用较高的注射压力，其溢边料为0.04mm左右。并需要调配好保压压力和保压时间。聚乙烯的注射压力一般选择在68.6～137.2Mpa之间。注射速度不易过快，以保证结晶程度高。模具温度ABS的模具温度相对较高，一般调节在75～85℃。由于模具温度对收缩率影响很大，因此要经常保持模具相对恒定的温度，一般在40～80℃之间。经以上两种备选材料的性能对比，并考虑到制件的使用环境，本设计采用ABS材料。由于材料的吸湿性强，含水量应小于0.3%，所以原料应充分干燥。ABS的技术指标、注射工艺参数具体看表2和表3。表2ABS技术指标ABS技术指标密度1.02~1.05比容0.86~0.98吸水率0.2~0.4%收缩率0.4~0.7%熔点130~160℃硬度9.7HB拉伸弹性模量1.8×310Mpa弯曲强度80Mpa拉伸屈服强度50Mpa温度传导系数1.3×107m2/s表3ABS的注射工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速30~60r/min喷嘴形式直通式喷嘴喷嘴温度180~190℃模具温度50~70℃注射压力60~100Mpa保压压力5~10Mpa冷却时间5~15s周期15~30s后处理方法红外线烘箱温度70℃时间0.3~1h备注原材料应预干燥0.5h以上2.3确定塑件设计批量该产品为小批量生产，故设计的模具要有一定的注塑效率，由于塑件长宽度小，所以采用一模两腔结构，浇口形式采用扇形浇口，采用两点进料，以利于均匀充满型腔。2.4计算塑件的体积和质量该产品材料为ABS,查手册或产品说明得知其密度为1.03g—1.07g/cm³。收缩率为0.4%—0.6%。计算其平均密度为1.05g/cm³,平均收缩率为0.5%。使用PROE软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积。当然也可根据形状手动几何计算得到该零件的体积。图2塑件体积通过计算塑件的体积V塑=4.185cm³，可得塑件的质量为M塑=ρV塑=1.05×5.24=4.394g，因为一模两腔所以M=4.394×2=8.788g式子中ρ塑料密度g/cm³。由浇注系统体积V浇=5.535cm³可计算出浇注系统质量为M浇=ρV浇=5.535g×1.05=5.812g因为一模两腔故V总=2V塑＋V浇=13.905cm³M总=M塑＋M浇=14.6cm³3选择塑件的分型面选择分型面时，应考虑到使模具结构简单，分型容易，并且应不影响塑件的外观及使用。根据手机后盖件的特点，选取分型面。4标准件的选择模具的标准化对于生产中提高效率，改善生产环节有着很重要的作用。近年来在模具行业，特别是塑料模具行业，标准件的大量运用使生产更趋于标准化、简单化，对于生产安全和高效起到很重要的作用，还有利于模具的国际交流和组织模具出口，打入国际市场。4．1标准模架的选取模架是设计制造塑料注射模的基础部件，其他部件的设计与制造均依赖于它，选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数，本次设计因参照生产实例采用如图3所示模架。图3模架的选择4．2标准紧固件的选用标准紧固件主要是螺钉。螺钉是日常生活中最常用的标准件，将螺杆直接旋入被连接件之一的螺孔内，螺钉头部即可将两被连接件紧固，其规格和尺寸均有相应的标准，本设计的塑件模架中主要采用内六角螺钉,包括M5,M6,M8和M10,M14不等，长度根据不同需要选取。5注塑机的选择5.1注塑机的概述注塑机的全称应为塑料成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。如图4.1所示，工作时模具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定板上，由合模机构合模并锁紧，由注射装置加热、塑化、注射、待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模，最后由推出机构将塑件推出。图4注塑机结构注射机的工作原理：注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械（连杆）式；按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。其特点如表4：表4形式立式卧式直角式容量一般为30～60g热塑性塑料注射机固性塑料注射机容量一般为20～45g柱塞式30～60g螺杆式60cm3以上100～500g结构特性注射装置一般为柱塞式、液压机械式锁模机构、顶出系统为机械顶出注射装置以螺杆为主，液压机械式锁模，顶出系统采用机械、液压或两者兼备除塑化加热系统外，其他与热塑性塑料用螺杆式注射机相似注射装置与合模装置的轴线互相成垂直排列，优点介于立卧两种注射机之间优点1.拆装方便2.安装嵌件、活动型芯方便1.开模后，塑件自动落下便于实现自动化操作2.塑化能力大、均匀，注射压力大，注射压力损失小，塑件内应力，定向性小，可减小变形，开裂倾向3.螺杆式可采用不同的螺杆，调节螺杆转数、背压等用来加工不同的塑料及不同要求的塑件1.开模后，塑件自动落下2.使用双模，可以减小循环周期，提高生产力缺点1.人工取件2.注射压力损失大，加工高粘度塑料薄壁塑件时要求成型压力高，塑件内应力大，注射速度均匀，塑化不均匀1.装模麻烦，安放嵌件及活动型芯不便，易发生分解2.螺杆式加工低粘度塑料，薄壁，形状复杂塑件时易发生回流，螺杆不易清洗，贮料清洗不净，易发生分解3.柱塞式结构也有立式结构所具有的特性1.嵌件、活动型芯安放不便，易倾斜落下2.有柱塞式结构的缺点适用范围1.易于加工小，中型及分两次进行双色注射加工的塑件2.柱塞式不宜加工流动性差，热敏性、对应力敏感的塑料及大面积，薄壁塑件，宜加工流动性好的中小性塑件1.