消防队选址模型的建立与分析
汕头职业技术学院毕业设计（论文）
论文题目：手机电池盖的模具设计
系 名： 机 电 工 程 系
专 业： 计算机辅助设计与制造
班 级： 09CAD
姓 名： 魏 焯
学 号： 0930601142
指导教师： 黄 纯 老 师
2011-12-08
目 录
一、引言-------------------------------------------------------------------------------------------（1）
二、材料与塑件分析--------------------------------------------------------------------------（2）
（一）塑件分析---------------------------------------------------------------------------------（2）
（二）塑件材料分析--------------------------------------------------------------------------（3）（三）确定塑件设计批量-------------------------------------------------------------------（4）
（四）计算塑件的体积和质量------------------------------------------------------------（4）
三、选择塑件的分型面----------------------------------------------------------------------（5）
四、标准件的选择------------------------------------------------------------------------------（5）
（一）标准模架的选取-----------------------------------------------------------------------（5）
（二）标准紧固件的选用-------------------------------------------------------------------（6）
五、注塑机的选择-----------------------------------------------------------------------------（6）
（一）注塑机的选择--------------------------------------------------------------------------（7）（二）注塑机的参数校核-------------------------------------------------------------------（7）
1．最大注塑量校核------------------------------------- ----------------------------------------（7）
2．注塑压力校核---------------------------------------------------------------------------------（7）
3．锁（合）模力校核---------------------------------- ----------------------------------------（7）
4．模具安装尺寸校核---------------------------------------------------------------------------（8）
5．开模行程的校核------------------------------------------------------------------------------（9）
六、浇注系统的设计--------------------------------------------------------------------------（9）
（一）概述-------------------------------------------------------------------------------------（9）
（二）流道设计--------------------------------------------------------------------------------（10）
七、冷却系统的设计------------------------------------------------------------------------（10）
（一）冷却时间计算-------------------------------------------------------------------------（10）
（二）冷却回路的设计---------------------------------------------------------------------（11）
八、复位机构的设计------------------------------------------------------------------------（11）
九、成型零件的设计------------------------------------------------------------------------（12）
（一）凹模的设计----------------------------------------------------------------------------（12）
（二）凸模的设计----------------------------------------------------------------------------（12）
（三）成型零件工作尺寸计算-----------------------------------------------------------（12）
十、模具设计总图----------------------------------------------------------------------------（12）
参考文献------------------------------------------------------------------------------------------（13）
附录--------------------------------------------------------------------------------------------------（14）
致谢--------------------------------------------------------------------------------------------------（15）
手机电池盖的模具设计
计算机辅助设计与制造专业 魏焯 指导教师 黄纯
摘要：本次设计是手机电池盖塑料模具的设计，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；采用潜水浇口和点浇口；利用直导柱导向，扁顶杆和圆顶杆顶料,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UG绘制出模具三维图形，制定了符合要求的数控加工工艺过程, 该模具的设计方法对同类产品的模具设计具有一定的借鉴作用。
关键词：手机电池盖；ABS；注塑模具；UG
一、引言
在塑料零件中, 手机电池盖的结构相对简单, 但精度要较高，且外观面面积较大，为获得外形清晰，表面光泽的塑件, 提高后期生产中的自动化程度，浇注系统采用了前后两个浇口,分别为点浇口和潜水浇口。在去除浇口以后，塑件上留下的痕迹不明显，不影响塑件表面的美观。根据本产品的结构特点, 在总结同类产品模具设计经验的基础上, 我们采用定模斜顶抽芯机构。目的就是要在保证塑件成形生产效率的前提下, 尽量简化模具结构,降低加工难度, 便于日后的注塑生产和维护。
二、材料与塑件分析
（一）塑件分析
如图1-1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，要求脱模力、顶出机构顶出均匀。
图1-1 塑件三维立体图
（二）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，本次设计为注塑设计，将采用热塑性塑料。
热塑性塑料还分为很多种，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，从五大通用塑料中选出ABS和PE进行对比，详情见表1。
表1 注塑塑料对比
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、注射工艺参数具体见表2和表3。
表2 ABS技术标准
表3 ABS的注塑工艺参数
（三）确定塑件设计批量
该产品为小批量生产，设计的模具要有一定的注塑效率，由于塑件长宽度小，采用两点进料，浇口形式采用点浇口和扇形浇口，以利于均匀充满型腔。
（四）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UG软件画出图1-2三维实体图，软件中的“分析”— “测量体”可测出所画图形的体积。
图1-2 塑件体积
通过计算塑件的体积V塑=7.391cm3，可得塑件的质量为M塑=ρV塑=1.05×7.391=7.761g 由浇注系统体积V浇=0.904cm3可计算出浇注系统质量为
M浇=ρV浇=0.904×1.05=0.949
故V总=V塑＋V浇=7.391+0.904=8.295 cm3
M总=M塑＋M浇=7.761+0.949=8.71 g
三、塑件的分型面
分型面选在塑件外形最大轮廓处，有利于塑件的顺利脱模、排气、模具的加工、保证塑件的尺寸精度和表面质量等，结合制件自身的结果公益性和尺寸精度，分型面如图1-3红色面所示。
图1-3 分型面
四、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。
（一）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，本次设计因有两处浇口，故采用如图1-4所示的LKM公司简化细水口FCI系列模架。
图1-4 模架的选取
（二）标准紧固件的选用
标准紧固件主要是螺钉。螺钉是模具中必不可少的标准件，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。
五、注塑机的选择
（一）注塑机的选择
本次设计已计算出塑件的总体积为8.295cm3，总质量为8.71 g。根据塑料制品的体积或质量查塑料成型工艺与模具设计选定XS-ZY-125卧式注射机，该机器性能参数见表4。
表4 XS-ZY-125卧式注射机性能参数
（二）注塑机的参数校核
为使注塑成形过程顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。
1．最大注塑量校核
我们通过学习知道注塑机的最大注塑量应大于制件的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好为注塑机的最大注塑量的80%，所以，本次设计选用注塑机最大注塑量应
0.8V机≥V塑件+V浇
式中：V机—注塑机的最大注塑量125cm3
V塑—塑件的体积，该产品V塑件=7.391cm3
V浇—浇注系统体积，cm3该产品V浇=0.904cm3
故V机≥（V塑件+V浇）/0.8=（7.391+0.904）/0.8=10.369cm3
在此选顶的注塑机注塑量为125cm3，所以满足本次设计的要求。
2．注塑压力校核
所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成形所需注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。根据经验，现在对塑件的流动性和黏度做比较，可知道成形所需注射压力大致如下：
1．塑料熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚者所需注射压力一般小于70MPa。
2．塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般者，所需注射压力通常选为70至100 MPa。
3．塑料熔体具有中等粘度（PS、PE等），塑件形状一般，有一定精度要求者，所需注射压力选为100至140 MPa。
4．塑料熔体具有较高粘度（PMMA、PPO、PC、PSF等），塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均匀，尺寸精度要求严格的塑件，所需注射压力约在140至180 MPa。
本次的产品设计为手机电池盖的塑件，整体结构为小型零件，对粘度的要求不高，所以本次注射机的注射压力为120MPa，应能满足此项要求。
3．锁（合）模力校核
高压塑料熔体充满模腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须小于注射机额定锁模力，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，可选用的型腔压力也不同。型腔压力可根据经验取值，常取型腔压力为20～40Mpa，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，我们对锁模力校核，对一些树脂平均压力作简单的比较。
表5 型腔内树脂平均压力/Mpa
根据表5参数，本塑件的材料为ABS，可选择型腔压力Pc=40Mpa，型腔平均压力Pc=40MPa决定后，可以按下式校核射机的额定锁模力：
式中 ——注射机额定锁模力；
——塑件和流道系统在分型面上的总投影面积（mm2）；
——安全系数，通常取1.1—1.2
本次设计所选注射机T=900KN；
两个塑件在分型面上的投影面积为6494.471mm2；
流道系统在分型面上的总投影面积为66.667mm2；
=6494.471+66.667=6555.138mm2
=1.2；
=1.2×40×106×6555.138×10-6
=314646.624N=314.647KN
T=900KN >314.647KN;
故所选注射机满足此项要求。
4．模具安装尺寸校核
模具厚度（闭合高度）必须满足下式：
式中：——注射机允许的最小模具厚度（mm）；
——所设计的模具厚度（mm）；
——注射机允许的最大模具厚度（mm）；
= 200mm， = 286mm，= 300mm
200<286<300
所选本次选用的注射机满足此项要求。
5．开模行程的校核
注射机的最大开模行程必须大于开模取出塑件所需的开模距离。本设计所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关，故注塑机的开模行程满足下式:
Smax≥H1+H2+(5～10)mm单分型面
式中：Smax——注射机最大开模行程，mm
H1——塑件脱模所需顶出距离，mm
H2——塑件脱模所需顶出的距离，mm
本设计的塑件高度H1=7.182mm，H2=52.250mm,
所以 H1+H2+(5～10)= 7.182+52.250+10=69.432mm,
Smax=300mm≥69.432mm
所选注射机满足此项要求。
通过对以上工艺参数的校核，本次设计所选用的注射机满足要求。
六、浇注系统的设计
（一）概述
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。
设计浇注系统应注意：1,浇注系统力求距型腔距离近、一致，并首先进入制品的厚壁部位，不宜直冲型芯镶嵌件。2，其位置力求在分型面上，便于加工并易于快速、均匀、平稳地充满型腔；主流道入口应在模具中心位置。3，有利于制品的外观，并易于清除。4，排气良好。
本次设计中的材料ABS属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观粘度随剪切速率的变化而发生显著的变化，对假塑性流体而言，剪切速率增大时，表观粘度会降低，温度对ABS的表观粘度也有很大影响，跟普通液体相比，ABS又具有很大的可压缩性，当压力增高时，其表观粘度增加，由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率是随时变化的，在设计浇注系统时，综合加以考虑，以期在充模以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满型腔，在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分传递到型腔各部分，此外，制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺寸，本制件上表面要求光滑，所以，不宜在表面开设浇道，而应采用内浇口。
（二）流道设计
浇注系统主要由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。
主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位，与注射机喷嘴同轴，因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模板上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。
熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速度。其浇口选择不能太大和太小。浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失也大，但浇口太大，会造成材料的浪费。
七、冷却系统的设计
（一）冷却时间计算
注射模实质上是一种热交换器。确定恰当的热交换（冷却）时间，是模具设计者的重要任务。为此，首先分析影响冷却时间的因素。本次设计选用的模具材料为前模仁为进口S136、后模仁为NAK80。如只考虑材料的冷却效果时，若热率越高，从熔融塑料吸收热量越迅速，冷却得越快。本塑件采用冷却水做冷却介质。我们知道水的比热大，以冷却水出、入处口温差小为好，一般控制在5以内。冷却水在通道中的流速，以尽可能高为好，其流动状态以湍流为佳，即雷诺系数Re>104为宜。塑料的热性能，对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低，但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。
根据表7确定冷却时间
表7塑件壁厚与冷却时间的关系
根据上表，本塑件材料为ABS，壁厚为1.2mm，故冷却时间为2.9-4.1s。
（二）冷却回路的设计
根据本次设计的塑件形状及其所需冷却温度分布要求以及浇口位置等，设计出冷却回路。冷却通道之间采用内部钻孔法沟通，用堵头使之形成规定的冷却回路。
冷却回路的水孔数量尽可能多、孔径尽可能大，一般的来说，冷却水孔中心线与型腔的距离应为冷却通道直径的1—2倍（通常为12—15mm），冷却通道之间的中心距约为水孔直径的3—5倍，通道一般在6—8mm。
冷却系统可缩短模具的冷却时间，提高生产效率，还有调节和控制模温，保证成型产品质量的作用。
合理确定冷却水接头位置，进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧面。为了不影响操作，通常应设在注射机的背面，水管接头采用自动密封接头。
综合以上冷却水孔的布置要点同时还要兼顾水道与其它件是否产生干涉，本次设计的冷却水道采用环绕式，不会与其他零件产生干涉，冷却回路如图：
图1-5 冷却回路
八、复位机构的设计
复位机构就是在模具闭合时顶出系统的各个顶出元件恢复到原来设定的位置。如顶杆、顶管、顶块等。但因其端部一般并不直接接触到定模的分型面上，故模具闭合时并不能驱动它们复位，必须依靠特设的复位机构。
复位机构分为复位杆复位和弹簧复位。 由于弹簧复位用于结构简单的小型模具，弹簧弹力应足以使顶出机构复位。因此，本设计利用弹簧进行推杆的复位。
九、成型零件的设计
（一）凹模的设计
凹模：结构形式有整体式、整体嵌入式、镶拼式，由于手机外壳模具塑件形状不太复杂，因此本次设计采用整体嵌入式凹模，结构简单，安装方便。
（二）凸模的设计
凸模：分为主型芯和内侧抽，由于凸模的加工比较简单，结构牢固，并且手机外壳的内形简单，采用整体嵌入式主型芯；采用10根斜滑顶杆来对手机内部进行侧抽，并在三处开设了排气镶件。
（三）成型零件工作尺寸计算
（1）塑件的收缩率波动：塑件收缩率的波动所引起的误差应小于塑件公差的1/3。
（2）型腔、型芯的径向尺寸以及塑件尺寸标注，凡孔都是按基孔制，公差下限为零，公差等于上偏差；凡轴都是按基轴制，公差上限为零，公差等于下偏差；中心距基本尺寸为双向等值偏差。
在此设计当中，塑件的其他尺寸没有精度要求,则模具型腔可直接按制品有关尺寸加工制作。
十、模具设计总图
图1-5 模具设计总图
参考文献
[1] 黄义俊主编．注塑模具课程设计指导［M］．华中科技大学出版社，2011，92-98．
[2] 李茂廷 马建国．手机外壳注塑模具设计［C］．注塑模具设计 专栏，2008，78．
[3] 屈华昌主编．塑料成型工艺与模具设计第二版［M］．机械工业出版社，2007，107．
[4] 梁明昌主编．注塑成型实用技术［M］．辽宁科学技术出版社，2010，210-211．
[5] 张佑生主编．模具设计计算机辅助设计［M］．机械工业出版社，19999，200-201．
附录
本文结合手机后壳的注塑模具设计实例, 详细介绍了注塑模具设计的四大步骤, 分别为工艺分析, 选择注塑机定型腔数, 确定成形方案, 最后对注塑机相关工艺参数进行校核, 该方法简单实用, 具备一定的参考价值。
致谢
三年的大学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。感谢所有在毕业论文中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。在本文的撰写过程中，黄纯老师作为我的指导老师，由于她在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型。在此特向文指导黄纯老师致以衷心的谢意！同时感谢汕头职业技术学院各位老师一直以来对我的栽培和教育。
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