山东华宇工学院毕业用纸
山东华宇工学院
高职毕业生毕业设计（论文）课题名称手机后盖模具设计
专业模具设计与制造
班级 12级高职模具一班
学号 20122020121
姓名陈金龙
指导教师孙书敏
手机后盖I塑料成型工艺与模具设计
本文分析了手机后盖塑件的成型特点，对模具结构各工艺参数，包括锁模力、流道截面尺寸等模具参数的进行了计算校核，设计了一副一模两腔、单分型面的，带有斜顶针以及斜导柱侧向抽芯机构的潜伏式浇口注射模具。该模具的关键是解决分型面的选择、侧抽芯结构的设计、潜伏式浇口位置确定、冷却系统的布局、塑件浇注系统布局等问题，以及在实现这些功能的情况下，如何使模具有效而可靠的运动。同时，并通过Moldflow模拟分析软件对变形、填充、浇口、排气、冷却、压力和注射成型时间等参数进行分析和优化，预测产品在成型过程中可能出现的问题。
关键词：手机后盖；注射模具；一模两腔；单分型面；Moldflow
Title Mobile Phone Back Cover I Molding
Process And Mold Design.
Abstract:
This paper analyzes the mobile phone back cover I molding of plastic parts characteristics, process parameters on the mold structure, including the clamping force, such as mold flow section size parameters were calculated check, designed a injection mold, with one-mode two-cavity, single-classification surface, inclined thimble and oblique guide pin lateral core-pulling mechanism and formed by the subsurface gate. The key is to solve the mold parting surface of choice, side core of the structure, the subsurface gate location determine the layout of the cooling system, plastic casting system layout and other issues, as well as in the realization of this function, how to mold an effective and reliable movement. At the same time, and through Moldflow simulation software on the deformation, filling, gate, exhaust, cooling, pressure and time parameters of injection molding analysis and optimization, forecast products in the molding process problems that may arise.
Key words: Mobile phone back cover I; Injection mold; A two-cavity mold;
Single sub-surface; Moldflow
目录
前言 (1)
第一章绪论 .................................... 错误！未定义书签。
1.1模具工业在国民生产中的作用 (2)
1.2塑料模具工业的现状 (2)
1.3塑料模具工业的发展趋势 (3)
第二章塑件的成型工艺性分析 (5)
2.1塑件材料的选用与性能分析 (5)
2.1.1 材料的选择 (5)
2.1.2 ABS的性能分析 (6)
2.2手机后盖塑件的测绘 (7)
2.2.1手机后盖塑件的二维图 (7)
2.2.2手机后盖塑件的三维图 (8)
2.3手机后盖塑件的结构分析 (10)
第三章模具结构形式的初步拟定 (11)
3.1确定型腔数量及排列方式 (11)
3.2模具结构形式的确定 (11)
第四章成型设备的选用 (14)
4.1注塑机的选择 (14)
4.1.1手机后盖I塑件的计算 (14)
4.1.2注塑机型号的初步确定 (14)
4.2模架的选择 (15)
4.3模具参数的校核 (15)
第五章分型面的选择与浇注系统的设计 (18)
5.1确定型腔数量及排列方式 (18)
5.2注射模分型面的选择 (18)
5.3浇注系统的设计 (19)
5.3.1主流道的设计 (19)
5.3.2分流道设计 (20)
5.3.3浇口设计 (22)
第六章成型零部件设计 (24)
6.1成型零部件的结构设计 (24)
6.2成型零部件尺寸的计算 (25)
6.2.1定模型腔尺寸计算 (25)
6.2.2动模型芯尺寸计算 (27)
12.2模拟结果分析 (28)
第十三章结论 (29)
参考文献 (30)
致谢 (31)
前言
随着我国科技文化技术以及国民经济的迅速发展，模具行业的地位越来随着我国科技文化技术以及国民经济的迅速发展，模具行业的地位越来越重要，模具技术的发展也越来越先进。
模具行业是一个对工作和实践经验要求非常强的专业，它要求我们在学校要掌握扎实的理论知识，并要求我们有充分的实践环境。大学四年的本科学习即将结束，在这大学四年里我完成了规定的课程，并取得了不错的成绩，熟练地掌握了机械制图、机械设计、、材料科学基础、模具制造工艺、塑料成型工艺与模具设计、塑性成型工艺与模具设计等相关的基础课、专业基础课和专业课方面的知识，对模具行业的发展、模具技术的应用、模具结构的设计、模具材料的选用、公差配合的选用有了一个比较系统和比较全面的理解，基本上达到了学习的目的。
毕业设计时大学学习过程中的最后一个环节，也是最重要的一个环节，是对以前所学的基础理论知识及所掌握的技能的综合运用和检验，本论文以手机后盖I注塑成型工艺分析及模具设计为主线，依据模具的基本组成部分，基础和设计技巧相结合，理论与实践相结合，对手机后盖模具结构设计中的关键之处以及可能出现的问题和处理方式进行详细地剖析。同时，从模具的加工工艺的角度出发，分析并提供便于加工的模具结构形式，使模具设计和加工更加紧密的结合在一起。在技术上，使用了计算机辅助设计来绘图三维与二维相结合达到优化设计的目的。
在毕业设计的过程中，肯定会遇到很多困难和许多疑惑，但是在指导教师李老师的悉心指导和自己的努力下，克服了所有的困难，完满的完成本次毕业设计，给大学生活画上一个圆满的句号。由于我的水平有限，缺乏实际的模具设计经验，设计中肯定会存在错误和不妥之处，敬请各位老师批评指正。
1.1 模具工业在国民生产中的作用
模具技术是衡量一个国家制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产产品的发展和质量的提高，并获得极大的经济效益。模具是效益的放大器，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。在美国模具被称为点铁成金的磁力工业，德国则认为其是所有工业中的关键工业，日本则认为模具工业是促进社会繁荣富裕的动力。
模具工业在我国几经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国名经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石油化工和建筑都要求模具工业的发展相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电动机、电器、家电和通信等类产品中60%-80%的零部件都依靠模具成型。
1.2 塑料模具工业的现状
塑料模具技术是一门涉及面广、技术综合性强的精密基础工艺装备技术，包括：各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、专业化生产、“四新”即：新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用……等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、计量、摩擦与润滑、机械、电子、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、有削及无削加工、检测等有关工种，是一个要由上述众多学科和工种共同打造的庞大的系统工程。
我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面，已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个
新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM 的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SM Ⅰ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。
1.3塑料模具工业的发展趋势
模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的。
因此，塑料模的未来发展趋势主要为以下几个方面：
（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控所致。
（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控
制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。
（4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
（6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
（8）大力发展快速制造成形和快速制造模具技术。
（9）逐步推广高速铣削在模具业务的应用。
（10）进一步研究开发模具的抛光技术和设备。
第二章塑件的成型工艺性分析
2.1 塑件材料的选用与性能分析
2.1.1材料的选择
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，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。
根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料[1]。
热塑性塑料还分为很多种，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等，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可选择ABS和聚乙烯。以下是两者的对比：
1）材料特性 ABS具有较大的机械强度和良好的综合性能；而聚乙烯结晶部分多时，塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高，但整体尺寸变小，耐冲击强度及断裂强度底。
2）成型工艺特点 ABS的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热。原料控制水分在0.3%以下；聚乙烯制件最显著的特点是收缩率大，这与材料的可结晶性和模具温度有关。定型后塑件在强的收缩牵引作用下，可令制件变形和翘曲。
3）注射温度 ABS塑料的温度与熔融粘度的关系比较独特，在达到塑化温度后在继续盲目升温，必将ABS的热降解；聚乙烯的注射温度一般在120～310℃之间，温度超过300℃时，收缩率会明显增大。
4）注射速度及压力 ABS采用中等注射速度效果较好，注射时需要采用较高的注射压力，其溢边料为0.04mm左右。并需要调配好保压压力和保压时间；聚乙烯的注射压力一般选择在68.6～137.2Mpa之间。注射速度不易过快，以保证结晶程度高。
5）模具温度 ABS的模具温度相对较高，一般调节在75～85℃；由于模具温度对收缩率影响很大，因此要经常保持模具相对恒定的温度，一般在40～80℃之间。
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。
2.1.2ABS的性能分析
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
4.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。
2.2 手机后盖塑件的测绘
2.2.1手机后盖塑件的二维图
任何一个零件从传统意义上来说，它必须含有二维平面图纸，这样它的尺寸就一目了然了。本次的手机后盖I塑料件经测绘后的平面图见图2.1：
图2.1 手机后盖I塑件二维图
2.2.2手机后盖塑件的三维图
本次设计的产品为注塑机一次成型，采用一模两腔的潜伏式浇口进料机构。产品三维效果图见图2.2：
图2.2 塑件三维效果图
2.3 手机后盖塑件的结构分析
（1）结构分析
塑件为手机外壳的下半部分，应有一定的结构强度，由于后面有与手机联接的塑料倒扣，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
（3）成型分析
该手机后盖结构对称，由于内部比较复杂，不采用小型芯结构，而是直接成型，关键是用来与手机联接的那九个倒扣，它们的抽芯距不大，从模具结构简尽量单化的角度，可以采用斜顶针机构来成型侧凹部分。由于在后盖尾部有三个需要侧抽芯的倒扣，若都用斜顶针成型，会互相造成干涉，所以尾部中间那个倒扣采用侧滑块成型。利用模具推出机构的推出力驱动斜顶针作斜向运动，在塑件被推出脱模的同时，由斜导杆完成侧向分型与抽芯的动作。
第三章模具结构形式的初步拟定
3.1 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，采用一模两腔的模具结构。型腔的排列方式如下图：
图3.1 型腔排列方式
3.2 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，通过moldflow分析出浇口的最佳位置，见图3.2。
图3.2 最佳浇口位置图
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，采用潜伏式浇口，又称剪切浇口。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[2]。
第四章成型设备的选用
4.1 注塑机的选择
对于模具设计，必须首先选则合适的注塑机型号，以确定额定注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具的安装尺寸及开模行程等技术规范后，才能进行下面真正的模具设计。
4.1.1手机后盖I塑件的计算
由于制品的外观由许多孔和凸台组成，形状复杂，首先利用UG软件的分析功能对制品的体积和在分型面上的投影面积进行计算与测量。在UG软件里打开三维模型，测出其体积。根据软件计算得出结果如下：
塑件在分型面上的投影面积：A=43.2×76.9=3322mm2
塑件体积： V=3.384cm3 (由UG测得)
塑件密度： =1.14g/cm3（ABS密度：1.08~1.2 g/cm3,取平均值）
所以塑件的质量： m = 3.384×1.14=3.85g
根据产品的特点和设计要求，该塑件采用潜伏式浇口形式，并且采用一模两腔的形式，浇注系统及冷凝料材料体积约为4.06cm3。总体积为10.828cm3，总质量约为12.33g。
4.1.2注塑机型号的初步确定
查《实用注塑模具结构图册》，根据上述塑件的体积初选设备为XS-ZY-125。其主要技术规格见表4.1。
表4.1 XS-ZY-125设备主要技术规格
额定注射量/cm3125 最大开合模行程/mm 300
螺杆直径/mm 42 模具最大厚度/mm 300
注射压力/Mpa 116 模具最小厚度/mm 200
注射速度g/s 72 锁模形式肘杆
锁模力/KN 900 喷嘴孔直径/㎜ 4 模具定位孔直径/mm 100 喷嘴圆弧半径/mm 12 顶出形式两侧设有顶出，机械顶出
4.2 模架的选择
查《新编塑料模具设计手册》，通过塑件的分析以及注塑机的技术规格要求，选用A2型模架，该模架各模板以及相关尺寸见图4.1、表4.2和表4.3。
图4.1 A2型模架示意图
表4.2 模架各板厚尺寸
上模座H1 模板A 模板B 支撑板H2 垫板C 下模座H3
25 40 40 40 63 25
表4.3模架孔位置尺寸
导柱 b 导柱ld 螺钉lm 螺钉b1 推杆lt 推杆b2
194 259 193 200 255 108 H1=25㎜；A=40㎜；B=40㎜；H2=40㎜；C=63㎜；H3=25㎜；所以模具的总厚度为：25+40+40+40+63+25=233mm，在注塑机的装模行程之内。
4.3 模具参数的校核
（1）注射量的校核
要求注射量不超过注射机的最大注射量，在注塑生产中，注塑机每一个成型周期向模具腔内注入的塑料熔体体积或质量称为塑件的注射量，其中包括浇注系统内所存留的塑料熔体体积，选择注塑机时，必须保证塑件的注射量小于注塑机的最大注射量的（80～85）%，最小注射量不小于注塑机注射量的20%，