诺基亚2100手机塑料外壳注塑模设计.doc

诺基亚2100手机塑料外壳注塑模设计
摘 要
本毕业设计论文以阐述手机塑料外壳注射模设计过程为主线。该模具设计采用一模两腔的布置；双分型面分型；剪切浇口浇注形式；四导柱对称不等直径分布导向定位方式；使用推杆推出脱模机构；并采用了整体式型腔、型芯，使结构简化、可行；利用弹簧抽芯机构实现模具的侧向抽芯。最后结合模具的标准组合结构和标准零件的选用，完成了整套模具的装配。并对有关技术规范进行全面校核，确保所设计的模具能正确安装在所选的注射机上并应用于生产。
关键词：手机外壳；一模两腔；双分型面；剪切浇口；四导柱；弹簧抽芯; CAD

Abstract
This paper mainly discusses the injection design process of a cover of mobile phone. To make the processing technology simple and available,
The mould uses a mould with two cavities , two parting surfaces, shear gate Besides, four symmetry but not equal-diameter guide pillars for orienting, handspike for pulling off the injection parts. and combined cavities and cores . Besides, spring coil is used in order to realize the side- loose core. In the end the correlative technical standards are checked up in order to ensure that the mould can be properly fixed in the injecting machine and can be put into use .
Key words: cover of mobile phone ; mould with two cavities ; double parting surface ; shear gate, four guide pillar; spring for core-loosing;CAD

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目 录

第一章 塑件的成形工艺性分析····················································· 1
第二章 模具结构形式的拟定······················································· 5
第三章 注塑机型号的确定························································· 7
第四章 分型面位置的确定························································· 11
第五章 浇注系统的形式和浇口的设计··············································· 14
第六章 模架的确定和标准件的选用················································· 26
第七章 合模导向机构的设计······················································· 29
第八章 脱模推出机构的设计······················································· 31

第九章 侧向分型机构的设计······················································· 33
第十章 成型零件的设计··························································· 38
第十一章 排溢系统的设计························································· 49
第十二章 冷却回路的设计························································· 50

第十三章 模具材料的选择························································· 52
第十四章 模具的工作过程························································· 55
第十五章 模具的试模与修模······················································· 56
设计总结········································································· 58
参考文献········································································· 59

第一章 塑件的成形工艺性分析

一、塑件材料的选择及其结构分析
1、塑件（手机外壳）模型图：

图1-1 塑件图
2、塑件材料的选择：选用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。
3、色调：黑色。
4、生产批量：大批量。
5、塑件的结构与工艺性分析：
（1）结构分析
塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。
（2）工艺性分析
精度等级：采用5级低精度
脱模斜度：塑件外表面 40´－1°20´ 塑件内表面 30´－1°（脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。）
二、ABS的注射成型工艺
1、注射成型工艺过程
（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→冷却--→脱模--→塑件送下工序
（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射
2、ABS的注射成型工艺参数
（1）注射机：螺杆式
（2）螺杆转速（r/min）：30——60（选30）
（3）预热和干燥：温度（°C） 80——85
时间 (h) 2——3
（4）密度（g/ cm³）:1.02——1.05
（5）材料收缩率（℅）：0.3——0.8
（6）料筒温度（°C）：后段 150——157
中段 165——180
前段 180——200
（7）喷嘴温度（°C）：170——180
（8）模具温度（°C）：50——80
（9）注射压力MPa）：70——100
（10）成形时间（S）：注射时间 20——90
高压时间 0——5
冷却时间 20——120
总周期 50——220
（11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可
（12）后处理：方法 红外线灯、烘箱
温度（°C） 70
时间（h） 2——4
三、ABS性能分析
1、使用性能：
①综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。
②耐磨性耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。
③水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。
④尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。
2、成型性能：
①无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
②吸湿性强，含水量应小于0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
③流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 °C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 50——60 °C，要求光泽及耐热型料宜取 60——80 °C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180——230 °C，注射压力为 100——140 MPa，螺杆式注塑机则取 160——220 °C，70——100 MPa为宜。
⑤易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。
⑥ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1 °以上。
⑦在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
3、ABS主要技术指标：

表1-1 热物理性能
密度(g/ cm³)
1.02—1．05
比热容(J·kg-1K-1)
1255—1674
导热系数
(W·m-1·K-1×10-2)
13.8—31.2
线膨胀系数
(10-5K-1)
5.8—8.6
滞流温度(°C)
130

表1-2 力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度(MPa)
38
断裂伸长率(﹪)
35
拉伸弹性模量(GPa)
1.8
抗弯强度(MPa)
80
弯曲弹性模量(GPa)
1.4
抗压强度(MPa)
53
抗剪强度(MPa)
24
冲击韧度
(简支梁式)
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺 口
11

表1-3 电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性(s)
50—85
四、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：
主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。
消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。

第二章 模具结构形式的拟定

一、确定型腔数量及排列方式
一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。
该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构型腔的排列方式如下图：

图2-1 型腔排列方式

二、模具结构形式的确定
1.多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
2.多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
该塑件外观质量要求不高，是尺寸精度要求较低的小型塑件，因此可采用多型腔单分型面的设计。
从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。分型面为单分型面垂直分型。
最常用的浇口形式有：第一是侧浇口。这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增多。其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周围的美观。第二是点浇口。塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好，熔接痕不太明显。其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观，并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。由于型腔重量较大，所以不方便移动。第三种是综合上述两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。

第三章 注塑机型号的确定

除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。
一、有关塑件的计算
1、体积 = 3.9420934 （cm³）
曲面面积 = 8.7216837 （cm2）
密度 = 1.05 (g/ cm³）
质量 = 4.1391980 (g)
二、注射机型号的确定
根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。
SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：

表 3-1 注塑机的主要参数
理论注射容积(cm³）
60
螺杆直径(mm)
30
注射压力(MPa)
180
注射速率(g/s)
70
塑化能力(g/s)
35
螺杆转速(r/min)
0—200
锁模力(kN)
400
拉杆有较距离(mm)
220×300
移模行程(mm)
250
模具最大厚度(mm)
250
模具最小厚度(mm)
150
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径(mm)
￠80
喷嘴球半径(mm)
SR10
喷嘴口孔径(mm)
￠3
模板尺寸(mm)
200×315

三、注射机及型腔数量的校核
1、主流道的体积约为：
V(cm³) = 3.14×0.632×2.5 = 3.988
2、分流道与浇口的体积约为：
V(cm³) = 13×1.1304 = 14.6952
3、该模具总共需填充塑件的体积约为：
V(cm³) = 2 × 3.9420934 + 3.988 + 14.6952 = 26.5672
四、注射机及参数量的校核
1、注射量的校核
注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。
在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即
V = nVz + Vj
或 M = nmz + mj
式中 V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm³或g）；
n ——型腔数目
Vz（mz）——单个塑件的容量或质量(cm³或g）。
Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm³或g）。
故应使
nVz + Vj ≤ 0.8Vg
或 nmz + mj ≤ 0.8mg
式中
Vg（mg）——注射机额定注射量(cm³或g）。
根据容积计算
nVz + Vj = 26.5672 ≤0.8Vg
可见注射机的注射量符合要求
2、型腔数量的确定和校核
型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。
可根据注射机的最大注射量确定型腔数n

式中 K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；
mN——注射机允许的最大注射量；
m 2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³）；
m 1——单个塑件的质量或体积（g或cm³）。
所以需要

n=2 符合要求
3、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核
注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：
nA1 + A2 ﹤ A
式中 A——注射机允许使用的最大成型面积(mm2）
其他符号意义同前。
注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：
(nA1 + A2)p ﹤ F
式中符号意义同前。
所以需要
2×40×95+9×80=83200﹤A
查得ABS的平均成型压力为30（cm2/MPa）
（2×4×9.5+0.9×8）×30=83.2×30=2.5﹤F
符合要求
4、最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即：
pmax﹥Kp0
很明显，上式成立，符合要求。
5、模具与注射机安装部份的校核
喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。
模具厚度 模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：
Hmin﹤H﹤Hmax
式中 Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；

Hmax——注射机允许的最大模厚。
注射机允许厚度
150﹤H﹤250
符合要求。
6、开模行程校核
开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：
Smax ≥ s = H1 + H2 + 5—10mm
式中 H1——摧出距离（脱模距离）（mm）；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。
开模距离取 H1 = 20
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40
余量取 8
则有：
Smax ≥ s = 20+20+28 =68
符合要求。

第四章 分型面位置的确定

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、 分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
二、 分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
① 分型面应选在塑件外形最大轮廓处
② 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
③ 保证塑件的精度
④ 满足塑件的外观质量要求
⑤ 便于模具制造加工
⑥ 注意对在型面积的影响
⑦ 对排气效果
⑧ 对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
三、 分型面的确定
根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图：
第一次分型：

图 4-1 第一分型面
第二次分型：

图 4-2 第二分型面（1）

图4-3 第二分型面料（2）