塑料模具畢業(yè)設計手機殼注塑模具設計.doc

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1、手機殼注塑模具設計 【內(nèi)容提要】： 主要闡述手機殼的注塑模設計，提供了使用PRO/E軟件進行整個注塑模設計的流程，以及塑件的CAE分析。 【關 鍵 詞】： 手機殼、塑料、注塑模、PRO/E模具設計 【教師點評】：該同學在手機外殼的注射模具設計中，經(jīng)過認真調(diào)研和方案論證，確定了具體設計方案，在產(chǎn)品造型上有較強的創(chuàng)新意識，深入鉆研每個重要環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品的可行性和工藝進行了詳細分析。采用Pro/E＋EMX建立模型并進行模型的受力分析，模擬模型在現(xiàn)實情況下的使用情況，并得出模型檢驗結果，以認真負責的工作態(tài)度出色的完成了整個注塑模設計的全過程，具備了設計人員應有的基本

2、素質(zhì)和能力。 一．調(diào)研報告 1．手機殼的造型結構發(fā)展狀況 移動電話的普及速度大大超越了專家的預測與想象。它已從最初的模擬系統(tǒng)發(fā)展到目前的數(shù)字系統(tǒng)。在此期間，移動電話的功能越來越豐富，體積越來越小，造型越來越美觀，充分體現(xiàn)了技術與藝術結合。除了最基本的實用功能外，移動電話還要考慮美觀和舒適，在設計上必須充分考慮使用對象、使用場合、功能要求、人機工效學等因素。 2．材料確定 PC／ABS合金在汽車、機械、家電、計算機、通訊器材、辦公設備等方面獲得了廣泛應用，如移動電話的機殼、手提式電腦的外殼、以

3、及汽車儀表盤〔板)等。資料顯示：PC/ABS已廣泛應用于制造手機外殼。 3．薄殼制品與模具設計 薄殼制品成型時模具設計是至關重要的一步。成型薄殼制品時需要特別設計的薄殼件專用模具。與常規(guī)制品的標準化模具相比，薄殼制品模具從模具結構、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)都發(fā)生了重大變化，成本也增加了30％---40％ 4．塑件選擇 據(jù)調(diào)查，東亞尤其是中國的用戶對于翻蓋手機卻相當青睞，在中國市場銷售的全部手機中，翻蓋手機的數(shù)量超過了一半。國產(chǎn)手機廠商了解本土消費者的心理，摒棄歐美崇尚的直板機而主推折疊機，開發(fā)出符合東方人審美趣味的機型，款式漂亮，內(nèi)容豐富，得到了廣大消費者的喜愛。針對以上

4、情況，選用翻蓋式手機殼注塑模設計。 二、產(chǎn)品工藝分析 1．產(chǎn)品造型設計 塑件的選擇：女性翻蓋手機 本人負責的部分是翻蓋部分，翻蓋部分的特點是上蓋采用復雜曲面設計，上下蓋的分型面都比較復雜，而且下蓋需要側向抽芯。見圖1： a)裝配圖 b)爆炸圖 圖1 塑件造型 2．塑件制品的工藝分析 (1)尺寸和精度 尺寸：塑件尺寸的大小受到塑料材料流動性好壞的制約，塑件尺寸越大，要求材料的流動性越好，流動性差的材料在模具型腔未充滿前就已經(jīng)固化或熔接不牢，導致制品缺陷和強度下降

5、。 尺寸精度：影響塑件制品尺寸精度的因素是比較復雜的，如模具各部分的制造精度，塑料收縮率，成型工藝及模具加工表面質(zhì)量等等。手機機殼屬于高精度的塑件，選用3級精度。 (2)壁厚 對于手機機殼本身尺寸向著輕巧化發(fā)展，屬于高級薄殼制品（壁厚小于1.2mm），選用壁厚1mm，均勻抽殼。 (3)脫模斜度 結合本塑件的形狀，設定脫模斜度為40分。 (4)加強筋和凸臺 針對本塑件，在殼體轉角處設置距壁面有一定距離的凸臺，并設加強筋。同時在復雜曲面凸起的地方設置加強筋防止變形。 三、模具結構設計與參數(shù)計算 1．塑件制品分析 （1）產(chǎn)品要求 從對本產(chǎn)品進行的工藝分析中可以得知，所設計的

6、塑件材料為，材料收縮率為：0.005，精度要求高，故一次注塑四個，采用圓形分布的流道布置。塑件立體圖如下所示： （2）計算制品的體積重量：材料采用PC/ABS，查找GE公司網(wǎng)頁得知其密度為1.12，收縮率為0.5%。 上蓋部分： 使用pro/engineer軟件對三維實體產(chǎn)品自動計算出產(chǎn)品的體積，當然也可以根據(jù)實體尺寸手動計算出它的體積。下面是部分計算過程： 通過計算塑件的體積為：V1=2737.24mm3 塑件的重量：M1=3.07g 澆注系統(tǒng)體積：V2=4413.07mm3 澆注系統(tǒng)重量：M2=ρ.V2=1.124.41=4.94g 故V總=4V1+V2=42737.24+

7、4413.07=15362.03mm3 故M總=V總ρ=1.1215362.03=17.21g ρ—塑料密度g/ m3 　　下蓋部分： 通過計算塑件的體積為：V1=2230.86mm3 塑件的重量：M1=2.498g 澆注系統(tǒng)體積：V2=3857.89mm3 澆注系統(tǒng)重量：M2=ρ.V2=1.123857.89=4.32g 故V總=4V1+V2=42230.86+4320.84=12781.35mm3 故M總=V總ρ=1.1212781.35=14.315g 2.注塑機的確定 根據(jù)制品的體積和重量查《塑料模具設計》（表5—3）選定注塑機型號為：JPH150A。 注塑機的

8、參數(shù)如下： 注塑機最大注塑量：186g 鎖模力：1500KN 注塑壓力：194MPa 最小模厚：180mm 最大開距：800mm 頂出行程：80mm 注塑機定位孔直徑： 125mm 注塑機拉桿的間距：410410(mmmm) 噴嘴球半徑：10mm 噴嘴前端孔徑：3mm 3.模具結構設計 模具結構采用一模四腔兩板式結構，考慮到殼體表面美觀性，采用潛伏式膠口。 根據(jù)<<

9、塑料模具設計>>（附錄B）所提供的標準模架圖例選模架型號為：大水口，4040。 4.注塑機參數(shù)校核 對注塑機的最大注塑量、鎖模力、模具與注塑機安裝部分相關尺寸、開模行程等進行校核，校核結果是滿足要求的。 5.澆注系統(tǒng)的設計 (1) 主流道的設計 主流道是塑料熔融體進入模具型腔時最先經(jīng)過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地拉出來。由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是將它單獨設計成主流道襯套鑲入定模板內(nèi)。 澆口套的選用： 進料口直徑：D=d+(0.5～1)mm

10、=3＋0.5＝3.5mm 式中d為注塑機噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑：R=r+(0.5～1)mm=10+0.5＝10.5mm 式中r為注塑機噴嘴球頭半徑。 所選澆口套的立體圖如圖2所示： 　　　圖2　澆口套 (2)冷料井設計 選用底部帶有推桿的的冷料井，倒錐孔冷料井的底部由一根推桿組成，推桿裝于推桿固定板上，因此它常與推桿或推管脫模機構連用。 (3)分流道的設計 分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品種、塑件的大小及流道長度確定。大多數(shù)塑料所用的分流道的直徑為6mm－10mm,先預定用6mm，通過塑料顧問分析再決定。 分流道的布置：選用平衡式的圓形分流道布局，即分流道到各型腔澆

11、口的長度、斷面形狀、尺寸都相同。 (4)澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，其截面積約為分流道的0.03～0.09，長度約為0.5mm～2mm。具體尺寸通過Pro/E塑料顧問分析確定。 通過Pro/E塑料顧問分析可知最佳澆口位置在殼體內(nèi)側。再加上考慮手機外殼的美觀性，決定用潛伏式澆口。選用圖3澆口 　　　　　　　　　　　圖3 推桿式澆口 潛伏式澆口的可以是圓形或半圓形，一般尺寸：長L=1.5－2mm，澆口直徑d＝0.5－1.5mm，分流道與點澆口交界處過度圓角R=1.5－3mm 6．分型面的選擇 定模和動模相接觸的面稱為分型面，分型面的形狀有平

12、面、斜面、階梯面和曲面等。分型面的選擇就有利于脫模，取在塑件尺寸最大處，并使塑件留在動模部分，有利于塑件的外觀質(zhì)量和精度要求。 　 a)上蓋 b)下蓋 圖4 分型面 由于下蓋還有側向抽芯，所以還要做型芯分型面 　　　　　　　　　　　　圖5 分型面 7.排氣系統(tǒng)的設計 由于本模具屬小型模具，可利用型芯、頂桿、鑲拼件、分型面等的間隙排氣 8.成型零件的設計 凹模結構：由于按鈕形狀復雜，故選用局部鑲拼式凹模；凸模：選用鑲拼式凸模。其結

13、構見圖8，圖9所示， 9.導向機構設計 模具設計通常購買標準模架，其中包括了導向機構，導向機構包括導套和導柱，根據(jù)模架的尺寸結構選用φ40的導柱，然后選用相對應的導套。其結構見下圖所示： 　　　　　　　 　　　　圖6　導套　　　　　　　　　　　　　圖7　導柱 10.型腔的側壁和底板厚度計算 通常模具設計中，型腔壁厚及支承板厚度不通過計算確定，而是憑經(jīng)驗確定。 參考《塑料模具設計》中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表可以得知： 型腔側壁厚度S的經(jīng)驗值為：S＝0.2L+17=0.2190+17＝55mm 支承板厚度h的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：h≈0.12b≈0.12190≈38mm 　　

14、 a) 凹模 b) 凸模 圖8 上蓋部分 　　　 a) 凹模 b)凸模 圖9 下蓋部分 11.脫模機構設計 （1）薄殼制品的頂出頗具技術性。因為壁和筋都很薄，非常容易損壞，而且壁薄沿厚度方向收縮就很小，使得加強筋和其他小結構很容易粘合，同時高保壓壓力使收縮更小。為避免頂穿和粘模，TWM應使用比常規(guī)成型數(shù)量更多、尺寸更大的頂出銷。 脫模機構的設計：設計成頂桿脫模機構，選用

15、φ4頂桿，具體結構見圖2-25。由于采用推桿式澆口，還應采用特殊推桿放置在澆口位置，推桿形狀如圖10。 　 圖10 頂桿 　　 a) b) 圖11 特殊推桿 12.側向抽芯機構設計 塑件的側面有孔或凹槽，應采用側向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。通過查閱資料，確定采用斜導柱抽芯，它是利用注塑機的開模力，通過傳動零件，將活動型芯抽出。結構原理是斜導柱抽芯機構由與模具開模方向成一定角度的斜導柱和滑塊組成，并有保證抽芯動作穩(wěn)妥可行的滑塊定們裝置和

16、鎖緊裝置。根據(jù)<<注塑模具設計>>中公式表算出抽拔力、斜導柱受彎曲力、抽芯距、斜導柱直徑、斜導柱長度等，之后在Pro/E數(shù)據(jù)庫中選取合適的型號，入加模具中，見圖12。 圖12 側向抽芯 四、CAE 分析 1.模流分析 本次設計采用塑件顧問（Plastic Advisers）進行模流分析，塑件顧問是Pro/E系統(tǒng)的外持程序之一，屬于CAE分析軟件，專門用來處理塑料射出成形的模流分析，使設計者能在模具設計的階段，對塑料在型腔中的棄填情況能夠有所掌握。能檢測出你所做出來的鑄件的質(zhì)量，而且塑料顧問工具能模擬澆鑄塑料零件的鑄模填充動作。高級特征提供了有用的工藝性知識，它們可

17、以大大減少后期的設計更改和重新設計鑄模的成本。 分析過程： (1)對產(chǎn)品造型分析出最佳澆口位置，在最佳澆口位置設置澆口，查看填沖情況，在這個過程中還可以進行選材，得出最佳材料及最佳澆口位置。 (2)鑄件模流分析，確定澆口，分流道形狀。同樣通過上蓋部分來確定。 (3)通過質(zhì)量預測結果，分析結構問題，看是否能使情況改善。 以下是分析結果，可以看出，塑件模流分析出來的質(zhì)量還是不錯的。 　　 a) 填充情況 b) 質(zhì)量預測 圖13 上蓋部分 　　　 a) 填充情況

18、 b) 質(zhì)量預測 圖14 下蓋部分 2.有限元分析 MSC.Patran軟件對可直接從各CAD軟件中抓取幾何模型，然后，MSC.Patran可以最大限度地創(chuàng)建一個模型供多個程序進行分析,例如,直接讀取Pro/ENGINEER,CATIA,Unigraphics,SolidWork核心等幾何模型,創(chuàng)建分析模型供MSC.Nastran作結構強度及動力響應分析,同時又供MSC.Patran作高度非線性分析等?？梢?，MSC.Patran就好像一座橋梁,將CAD軟件,分析求解器和材料信息等連在一起。 使用MSC.Pa

19、tran軟件對本塑件進行分析,首先先對其進行受力分析。 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結果：最大變形：1.12E-4 最大應力：8.66E6 圖15 下蓋部分 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結果：最大變形：6.46E-5 最大應力：3.57E6 圖17 上蓋部分 五、總結： 模具設計的創(chuàng)新與特色總結： 選擇以女性手機為主題的翻蓋手機，本人負責的是翻蓋部分，這部分的難點是復雜曲面的設計，并決定以后模具設計中分模面的設計及側向抽芯的設計。通過塑料顧問分析得到最佳澆口在內(nèi)側，也可以保證了產(chǎn)品外觀，以及采用特殊推桿放置在澆口位置。通過塑料顧問進行模

20、流分析來修改材料，澆口形狀，分流道形狀，產(chǎn)品結構，這些修改都可以在做分型面之前完成，也就不用再把整套模具再重新做一次。這個過程也是花了很長時間，最終結果還是另人滿意的。采用側向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。根據(jù)公式算出各個尺寸之后在Pro/E數(shù)據(jù)庫中選取合適的型號，入加模具中。 通過這次模具設計，使我加深了模具方面的認識，在這個過程中，培養(yǎng)了我獨立思考 題、解決問題的能力。畢業(yè)在即，即將投入到社會工作中去，我會盡自己的能力把學到的理 論知識運用到實踐工作中，做一個有用的人才。最后要感謝母校及老師們對我的栽培! 【參考文獻】： (1)中國機械工程學會.中國模具設計大典編委會.《中國

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