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1、手機殼注塑模具設(shè)計 【內(nèi)容提要】： 主要闡述手機殼的注塑模設(shè)計，提供了使用PRO/E軟件進行整個注塑模設(shè)計的流程，以及塑件的CAE分析。 【關(guān) 鍵 詞】： 手機殼、塑料、注塑模、PRO/E模具設(shè)計 【教師點評】：該同學在手機外殼的注射模具設(shè)計中，經(jīng)過認真調(diào)研和方案論證，確定了具體設(shè)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(jié)果，以認真負責的工作態(tài)度出色的完成了整個注塑模設(shè)計的全過程，具備了設(shè)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(jié)構(gòu)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(shù)與藝術(shù)結(jié)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(shè)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(shè)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(shè)計 薄殼制品成型時模具設(shè)計是至關(guān)重要的一步。成型薄殼制品時需要特別設(shè)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(jié)構(gòu)、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(shè)計。 二、產(chǎn)品工藝分析 1．產(chǎn)品造型設(shè)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(shè)計，上下蓋的分型面都比較復雜，而且下蓋需要側(cè)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(jié)合本塑件的形狀，設(shè)定脫模斜度為40分。 (4)加強筋和凸臺 針對本塑件，在殼體轉(zhuǎn)角處設(shè)置距壁面有一定距離的凸臺，并設(shè)加強筋。同時在復雜曲面凸起的地方設(shè)置加強筋防止變形。 三、模具結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)采用一模四腔兩板式結(jié)構(gòu)，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(shè)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(guān)尺寸、開模行程等進行校核，校核結(jié)果是滿足要求的。 5.澆注系統(tǒng)的設(shè)計 (1) 主流道的設(shè)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(shè)計成主流道襯套鑲?cè)攵０鍍?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(shè)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(gòu)連用。 (3)分流道的設(shè)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(shè)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(cè)。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(cè)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(shè)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(shè)計 凹模結(jié)構(gòu)：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(jié)

13、構(gòu)見圖8，圖9所示， 9.導向機構(gòu)設(shè)計 模具設(shè)計通常購買標準模架，其中包括了導向機構(gòu)，導向機構(gòu)包括導套和導柱，根據(jù)模架的尺寸結(jié)構(gòu)選用φ40的導柱，然后選用相對應的導套。其結(jié)構(gòu)見下圖所示： 　　　　　　　 　　　　圖6　導套　　　　　　　　　　　　　圖7　導柱 10.型腔的側(cè)壁和底板厚度計算 通常模具設(shè)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(shè)計》中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表可以得知： 型腔側(cè)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(gòu)設(shè)計 （1）薄殼制品的頂出頗具技術(shù)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(jié)構(gòu)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(gòu)的設(shè)計：設(shè)計成頂桿脫模機構(gòu)，選用

15、φ4頂桿，具體結(jié)構(gòu)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(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計 塑件的側(cè)面有孔或凹槽，應采用側(cè)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(jié)構(gòu)原理是斜導柱抽芯機構(gòu)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(shè)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(cè)向抽芯 四、CAE 分析 1.模流分析 本次設(shè)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(shè)計者能在模具設(shè)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(shè)計更改和重新設(shè)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(shè)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(jié)果，分析結(jié)構(gòu)問題，看是否能使情況改善。 以下是分析結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)果：最大變形：6.46E-5 最大應力：3.57E6 圖17 上蓋部分 五、總結(jié)： 模具設(shè)計的創(chuàng)新與特色總結(jié)： 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(shè)計，并決定以后模具設(shè)計中分模面的設(shè)計及側(cè)向抽芯的設(shè)計。通過塑料顧問分析得到最佳澆口在內(nèi)側(cè)，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(jié)構(gòu)，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(jié)果還是另人滿意的。采用側(cè)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(shè)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(shè)計大典編委會.《中國

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