手机壳体塑料模具设计Word文档下载推荐.docx
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5.2提高模温调节能力的途径20
5.3冷却装置系统的设计要点20
5.3.1冷却系统的设计原则20
5.3.2冷却系统的作用20
5.3.3冷却系统的计算21
6模具的设计22
6.1模具钢的选用22
6.2开模过程分析22
6.3模架的选择22
6.4模具的工作过程22
7体会与总结24
参考文献25
致谢26
机械电子专业学生王
指导老师王
摘要:
塑料模具影响着塑料制品的质量。
通过注射所得到的塑件具有很强的强度,韧性。
该材料所作塑件具有质量轻、耐腐蚀等优点。
本次设计所用软件为pro/e、cad,对手机壳体及模具进行设计。
所用材料为ABS塑料,所用的是一模两腔注射,详细论述了整套注射模具的设计过程,其中包括分型面的确定、浇注系统的设计、推出机构的设计、导向机构和复位机构、塑模温控系统设计及冷却系统的设计。
在设计时,可根据模具各部分的尺寸进行设计,而成型零件尺寸的计算则需要通过公式计算以及设计手册的要求来确定。
关键词:
手机壳体;
塑料;
模具设计
Thedesignofphoneshellplasticmold
StudentmajoringinMechanicalandelectronic
Tutor
Abstract:
Plasticmoldaffectsthequalityofplasticproducts.Byinjectingtheresultingplasticpartswithstrongstrength,toughness.Thematerialismadeofplasticpartswithalightweight,corrosionresistanceandotheradvantages.
Thedesignsoftwareforthepro/e,cad,phoneshellanddiedesign.ThematerialsusedforABSplastic,usedisatwocavitymoldinjection,Wediscussindetailtheentireinjectionmolddesignprocess,includingdesignpartingdeterminedgatingsystem,theintroductionofdesigndesignagency,guidingmechanismandresetmechanism,moldtemperaturecontrolsystemdesignandcoolingsystem.Inthedesign,themoldcanbedesignedaccordingtothesizeofeachpart,andtocalculatethesizeofthemoldedpartiscalculatedthroughrequirementsanddesignmanualtodetermine.
Keyword:
Phonecase;
Plastic;
MoldDesign
1.绪论
1.1课题意义
塑料塑件在现代经济发展中和生活中的应用越来越广泛,发挥着越来越重要的作用,塑料塑件的加工是可以通过模具一次成型的。
由于资源的不断减少,保护和合理利用资源成了各国生产的准则,而加工制造业更加需要节约资源,减少能源的损耗,以实现可持续发展。
产品的加工和升级都是以模具的制造和更新为基础的。
之所以对塑料模具生产不断向前发展起到推动作用,是因为工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大。
1.1.1塑料的特性
(1)塑料的定义:
以合成树脂或天然树脂为基本原料,加入(或不加)各种种类塑料助剂、增强材料和填料,在一定温度、压力条件下,加工塑制成型和交联固化成型,得到的固体材料或制品。
(2)塑料的特征:
大部分塑料质量轻,化学性质稳定,不会腐蚀;
较好的耐冲击性;
具有较好的透明度和耐磨损性;
绝缘性较好,较低的导热性;
成型性一般、着色性好,加工成本费用低。
1.1.2塑料模具的含义及特点
模具:
使用其固有形状成型具有固定形状和尺寸的制造工具;
塑料模具:
成型塑料制品的模具。
塑料模具的优点:
制造周期要短,作为产品除了成本,质量等因素外尽快的投放市场也是一大要点;
可以获得其他加工方法难以加工的产品;
由于零件的尺寸由模具约束,所以加工的零件质量可得到保证,即零件的互换性好。
塑料模具的缺点:
因为塑料制品的形态、尺寸各不相同,差距很大,其模具结构也是大不相同,所以模具制造不会形成批量加工,本课题采用的模具是一模两具,少量生产,所以它的制作成本较高;
要求技术性要强。
1.1.3塑料模具在加工工业的意义
中国的模具工业发展速度迅速,具有广阔的市场,在1990年至2001年间,中国模具制造业的生产值每年平均增长大约14%。
我国生产的模具有部分己经接近或达到国际制造水平,但是从总体来看,还远远不适合国民经济发展的需求,大型、复杂、高精度、长寿命等高档模具有很大部分依据进口。
现代塑料制品中合格的加工工艺、高效率的设备、先进的模具是必不可少的三项重要条件,特别是塑料模具对实现塑料加工工艺要求,塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。
从模具使用角度,要求高效率、自动化、操作简便;
从模具制造角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。
1.2塑料模具的发展
随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。
(1)模具设计和加工正在向信息化发展。
(2)随着模具加工水平的提高,模具正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。
(3)发达国家的模具技术正大步向我们迈进,通过向外国学习,提高我们自己的水平。
(4)超大型、超精密、高效模具将得到发展。
(5)开展模具标准化工作,使模板,导柱等通用零件标准化、商品化,以适应大规模地成批生产塑料成型模具。
(6)中国模具产业除了要继续提高生产能力,今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。
2.塑件成型工艺性分析
2.1塑件的设计
在进行模具设计之前应先设计好塑件,该塑件为手机壳,如图2-1:
图2-1手机壳体
(1)塑件的几何形状:
该塑件形状类似华为荣耀6款式。
基本参数为:
长为150mm,宽为80mm,平均壁厚为1mm,属于轻质薄壁制品;
尺寸图如图2-2:
(2)制品的尺寸精度和表面粗糙度:
塑件的尺寸精度主要决定于塑件收缩率的波动和模具制造误差。
收缩率为0.3%-0.8%,该塑件表面粗糙度主要取决于模具的粗糙度。
2.2原材料的选择
塑料是以高分子量的合成树脂为主要成分。
塑料按照受热后的表现性能,可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。
考虑到手机外壳的柔韧性、热塑性等因素,决定塑件的材料采用ABS材料。
2.2.1ABS塑料的特征
ABS塑料的名称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料。
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;
丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;
苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
ABS树脂是五大合成树脂之一,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。
2.2.2ABS塑料的性能
(1)一般性能:
ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料,无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色,并具有90%的高光泽度。
ABS同其它材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS是一种综合性能十分良好的树脂,在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度,热变形温度比PA、PVC高,尺寸稳定性好。
(2)力学性能:
ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用。
即使ABS制品被破坏,也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
(3)电学性能:
ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。
(4)环境性能:
ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃,受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。
表2-1ABS的主要性能指标
力
学
性
能
屈服强度/Mpa
50
热
及
电
玻璃化温度/C
拉伸强度/Mpa
38
熔点(粘流温度)/C
130-160
断裂伸长率/%
35
热变形温度/C
45N/cm3
90-108
180N/cm3
83-103
拉伸弹性模量/Gpa
1.8
线膨胀系数/(10-5/C)
7.0
弯曲强度/Mpa
80
比热容/<
J/(kg*K)>
1470
弯曲弹性模量/Gpa
1.4
热导率/<
W/(m*K)>
0.263
件质量冲击强度/kJ/m2
无缺口
缺口
261
燃烧性/(cm/min)
慢
11
体积电阻/Ω*cm
6.9*1016
布氏硬度/HBS
9.7R121
击穿电压/(kV/mm)
物理
性能
密度/(g/cm3)
1.02—1.16
吸水性/%(24h)
0.2-0.4
比体积/(cm2/g)
1.02—1.06
透明度或透光率
不透明
2.3塑料的成型特性分析
(1)收缩性
塑件从塑模中取出冷却到室温后,塑件的各部分尺寸都比原来在塑模中的尺寸有所缩小,这种特性成为收缩性。
影响收缩性的因素有:
塑料的品种,塑件特性,进料口的形式、尺寸、分布,成型条件。
(2)流动性
塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。
流动性大易造成溢料过多,填充型腔不密实,塑件组织疏松,树脂、填料分头聚积,易粘模、脱模及清理困难,硬化过早等弊病。
但流动性小则填充不足,不易成形,成形压力大。
所以选用塑料的流动性必须与塑件要求、成形工艺及成形条件相适应。
(3)硬化特性
热固性塑料在成形过程中在加热受压下转变成可塑性粘流状态,随之流动性增大填充型腔,与此同时发生缩合反应,交联密度不断增加,流动性迅速下降,融料逐渐固化。
硬化速度一般可从保持时间来分析,它与塑料品种、壁厚、塑件形状、模温有关。
但还受其它因素而变化,尤其与预热状态有关,适当的预热应保持使塑料能发挥出最大流动性的条件下,尽量提高其硬化速度,一般预热温度高,时间长(在允许范围内)则硬化速度加快,尤其预压锭坯料经高频预热的则硬化速度显著加快。
(4)结晶性,相容性,热敏性
结晶性是指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。
热敏性指塑料的热稳定性差的性能。
3.注射机的选用
3.1最大注射量的校核
1.利用PRO/E软件的分析命令,可得出该塑件的体积为:
V=20786.2mm3
2.手机壳在分型面上的投影面积,同样也是利用PRO/E上的分析命令,可得出投影面积为:
S=10365.8mm2
该塑件的注射容积较小,因此对该手机壳采用一模两腔,即:
V件≤80%(VMAX+V浇)
3.塑件的质量计算:
查资料得到密度ρ=1.05g/cm3
取体积V=2.1cm3
即质量m=ρ×
V=1.05×
2.1=2.2g
所谓注射量的校核即塑件的体积(包括浇注系统在内)应小于注射机的最大注射容量。
即:
V件≤Vg
V件—塑件和浇注系统的体积总和(cm3);
Vg—注射机最大注射量(cm3);
由计算得:
Vg=nV1
式中V1—注射机的理论注射量(cm3);
n—射出系数,实际生产中常取0.7~0.9,本设计取0.8。
即得到Vg=0.8×
6=4.8cm3
且V件=2.1cm3<
4.8cm3
所以最大注射量符合要求。
3.2模具与注塑机安装部分相关尺寸的校核
模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适。
另H为模具的比和高度,H1为注射机允许的最小膜厚,H2为注射机允许的最大膜厚,由:
H=200mmH1=150mmH2=250mm
可看出:
H1<
H<
H2
即模具的闭合高度满足要求。
3.3开模行程校核
注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件(包括浇注系统)所需的开模距,即要满足的条件为:
L≥L1+L2+(5—10)
式中L—注射机模板行程;
L1—脱模距离;
L2—包括流道凝料在内的制品高度
即:
50+30+9=89<
110
所以可得出开模行程满足要求。
3.4锁模力的计算
锁模力是指注射时为克服型腔内熔体对模具的涨开力,注射机施加给模具的锁紧力。
当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量,因此注塑机的锁模单元必须提供足够的“锁模力”使模具不至于被撑开。
塑件的投影面积S≈10366mm2
即锁模力:
F≥
式中F—注射机的额定锁模力;
n—型腔数,n=1;
k—安全系数,取k=1.2;
P—融料在型腔中平均压力,ABS为30mpa;
S—塑件投影面积;
得到:
F≥373.176KN
注射机的主要参数有注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力等,这些参数是设计、制造使用注射机的主要依据。
由以上数据该塑件选用的注射机为XS-Z-60。
具体参数如下:
表3-1注射机参数
项目
参数
螺杆直径/mm
塑化能力/(kg/h)
24
注射容量/cm3
60
锁模力/kn
400
注射重量/g
55
最大模后/mm
250
注射压力/Mpa
135
最小模厚/mm
150
注射速度/(g/s)
70
顶出力/kn
12
4.模具的具体设计
模具,是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品,同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。
大到飞机、汽车,小到茶杯、钉子,几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。
用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。
模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。
该次塑件是手机壳体,手机是属于日常用品,所以手机壳最主要的是要耐磨损,对它的表面精度要求较高。
4.1分型面的确定
4.1.1分型面的含义
分型面为了将已成型好的塑件从模具型腔内取出或为了满足安放嵌件及排气等成型的需要,根据塑料件的结构,将直接成型塑件的那一部分模具分成若干部分的接触面塑料(特别是注塑)模具术语.一般来说,模具都有两大部分组成:
动模和定模(或者公模和母模).分型面是指两者在闭合状态时能接触的部分。
4.1.2分型面的形式
水平分型面、垂直分型面和复合分型面。
4.1.3分型面的选用原则
(1)尽可能将塑件的全部或大部分置于同一砂型内,以避免错箱和产生较大的缝隙与毛刺。
(2)分型面的数目应少且为平面。
(3)分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。
(4)将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧,以保征同心度。
(5)分型面作为主要排气面时,分型面设于料流的末端。
(6)使塑件留在动模一边,利于脱模。
(7)轴芯机构要考虑轴芯距离。
该塑件利用PRO/E建模,该塑件形状为长为150mm,宽为80mm的长方形。
因为没有侧面,所以得到了分型面,如图4-1:
图4-1
4.2浇注系统的设计
浇注系统是指熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。
4.2.1浇注系统的设计原则
(1)塑料成型特性。
设计的浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求.以保证塑件质。
(2)塑件大小及形状。
根据塑件大小、形状、壁厚、技术要求等因素.结合选择分型面同时考虑设里浇注系统的形式、进料口数且及位皿.以保证正常成型。
(3)其成型塑件的型腔数。
(4)塑件外观。
设计浇注系统时应考虑到去除、修枯进料口方便,要保证塑件的外观美观。
(5)成型效率。
在大量生产时.设计浇注系统还应考虑到在保证成型质且的前提下.尽量缩短流程,减少断面积以缩短填充及冷却时间.缩短成型周期,同时减少浇注系统报耗的塑料。
(6)应有利于排气。
4.2.2主流道的设计
主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位,是指从注射机喷嘴与模具接触处开始,到有分流道支线为止的一段料流通道,它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。
对主浇道的设计如图4-2所示:
主流道
图4-2主浇道的设计
该设计属于一模两腔的设计,所设计的主浇道其形状设计为圆锥形,方便塑料熔体的流动。
主流道的小端直径比注射机的喷嘴直径大0.5mm-1mm,一般取3mm-6mm。
通常对粘度大的塑料,主流道界面设计的大一些,流动性好的流道截面设计的较小。
主流道半锥角通常为锥度2。
-6。
,过大会产生湍流或涡流产生空气,过小使凝料脱模困难,还会使充模时熔体的流动阻力过大。
长度L一般控制在60mm以内,为了减少熔体充模时的压力损失,应尽可能缩短主流道的长度。
4.2.3分流道的设计
分流道是指主流道与浇口之间的通道。
在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽量可能避免熔体温度降低,同时还要考虑减小流道的容积。
对分流道的端面连接设计分析图如下图4-3所示:
图4-3
因为该塑件结构简单,选用的为分浇道截面为矩形的梯形浇道。
4.2.3浇口的设计
浇口也称为进料口,是分流道和型腔间的狭小通口,也是最为短小肉薄的部分。
浇口可以理解成熔融塑料通过浇注系统进入型腔的最后一道“门”,是连接分流道和型腔的进料通道。
浇口的位置:
(1)浇口位置应使填充型腔的流程最短;
(2)浇口设置应有利于排气和补塑;
(3)浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕;
(4)浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件;
(5)浇口位置的选择要避免塑件变形。
浇口的作用有:
第一,对塑料熔体流入型腔起着控制作用;
第二,当注塑压力撤销后,封锁型腔,使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。
在于利用紧缩流动面而使进料达到加速的效果,高剪切率可使进料流动性良好;
粘滞加热的升温效果也有提升料温降低粘度的作用。
在成型完毕后浇口最先固化封口,有防止进料回流以及避免型腔压力下降过快使成型品产生收缩凹陷的功能。
本次采用的浇口的形式为侧浇口(又称为针浇口),点浇口的优点为:
可根据塑件的形状特点和充模需要,灵活地选择浇口位置;
截面形状简单,加工方便,能对浇口尺寸进行精细加工,表面粗糙度值小;
由于截面尺寸小,因此去除浇口容易,痕迹小,制品无熔合线,质量好;
对于非平衡式浇注系统,合理地变化浇口尺寸,可以改变充模条件和充模状态。
对侧浇口的设计如图4-4所示:
图4-4侧浇口
4.3排气槽的设计
气体的主要来源分别为:
合模后型腔中的空气残留;
成型时,在高温下塑料裂解所产生的瓦斯气体;
塑料原料中含有水分,在注射温度下蒸发所产生的气体;
脱模剂挥发所产生的气体。
排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。
排气槽的必要性体现在:
若气体没有及时排出,会使被压缩的气体产生高温,会引起塑件局部烧焦,或是塑件产生气泡,使塑件熔接不良引起强度下降,更有甚者会使充模不足。
4.4模具型腔侧壁和底板厚度的计算
型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力,因此模具型腔必须具有足够的刚度。
在注射压力的作用下,当型腔的刚度不足时,往往会产生弹性变形,导致型腔膨胀,这将直接影响塑件的质量和尺寸精度,并产生溢料飞边。
型腔所受的力有塑料熔体的压力、合模时的压力、开模时的拉力等,其中最主要的是塑料熔体的压力。
在塑料熔体的压力作用下,型腔将产生内应力及变形。
如果型腔壁厚和底板厚度不够,当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时,型腔即发生强度破坏。
因此要求侧壁和底板要满足:
要防止溢料,模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注入时,会产生足以溢料的间隙;
应保证塑件精度。
塑件均有尺寸要求,尤其是精度要求高的小型塑件,这就要求模具型腔具有很好的刚性;
要有利于脱模。
(1)侧壁的计算由公式:
b=h(
)1/3
式中b—凹模侧壁理论厚度(mm);
h—凹模型腔的深度(mm);
p—凹模型腔内熔体压力(Mpa);
y—凹模长边侧壁的允许弹性变形量(mm),一般塑件y=0.004mm
c=1.06;
Φ=0.9;
E=2×
103Mpa
即可得到:
b=9×
(
)1/3=3.2mm
取壁厚大于10mm就可满足要求。
(2)底板厚度计算由公式:
δ=(
由
=2.2,c=0.029,x=0.004得:
δ≈7.2mm
取底板大于10mm就可满足要求。
4.5成型零件的尺寸计算
是指这些零件上直接成型塑件的型腔尺寸。
尺寸的主要类型有型腔和型芯的径向尺寸、型腔或型芯的深度和高度尺寸、型芯之间或成型孔之间中心尺寸等。
计算方法一般采用平均收缩率法。
(1)型腔和型芯的径向尺寸计算
型腔:
Lm=[Ls+LsScp-(3/4)Δ]+δ0
型芯:
lm=[ls+lsscp-(3/4)Δ]-δ0
式中Scp—塑件的平均收缩率;
Δ—塑件允许的公差值;
δ—模具制造公差
经过查表得:
SCP=0.5%Δ=0.2δ=0.04
Lm=[150+150×
0.5%-(3/4)×
0.2]-0.040=(150.6)-0.040
lm=[15+15×
0.2]-0.040=(15.6)-
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