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手机外壳注塑模设计
目录
前言
1塑件成型工艺性分析 (1)
1.1 软件简介 (3)
1.2 塑件（某手机外壳）分析 (4)
1.3 零件结构特征、塑料的性能、技术要求及结构工艺性的分析 (4)
1.3.1尺寸及精度 (4)
1.3.2壁厚 (5)
1.3.4 脱模斜度 (5)
1.3.5 圆角 (5)
1.3.6 粗糙度 (6)
1.3.7 塑料性能的分析 (6)
2 模具的设计 (7)
2.1 拟定模具结构形式 (7)
2.2 确定型腔数量及排列形式 (7)
2.3 分型面的确定： (8)
2.4 注射机型号的确定 (8)
2.4.1 注射机的选择 (8)
2.4.2注射成型工艺的参数 (9)
2.4.3注塑机的校核 (10)
2.5浇注系统设计 (10)
2.5.1 浇注系统的设计原则 (10)
2.5.2 浇注系统的组成 (11)
2.5.3 浇注系统的作用 (11)
2.5.4 浇注系统各部件设计 (11)
2.5.5浇口的设计 (13)
2.5.6浇注系统的平衡 (14)
2.5.7 浇注系统凝料体积计算 (14)
2.5.8 注塑时间的计算 (15)
2.5.8 排气系统设计 (16)
2.6成型零件的结构设计和计算 (16)
2.6.1成型零件钢材的选用 (16)
2.6.2成型零件工作尺寸计算 (17)
2.6.3 成型零件强度、刚度的校核 (19)
2.7模架的确定和标准件的选用 (20)
2.8 合模导向机构的设计 (21)
2.8.1 合模导向零件机构的作用 (21)
2
2.8.2 导向机构的设计 (21)
2.9脱模推出机构的设计 (22)
2.9.1 推出机构的组成 (22)
2.9.2 推出机构的分类 (22)
2.9.3 推出机构的设计原则 (22)
2.9.4 脱模力的计算 (23)
2.9.5合模导向机构的设计 (24)
2.10 侧向分型与抽芯机构的设计 (25)
2.10.1 侧向抽芯机构的分类及特点 (25)
2.10.2 本模具的侧抽芯设计 (25)
2.10.3 斜滑块侧抽芯机构 (26)
2.11注射模温度调节系统设计 (27)
2.11.1 冷却系统设计原则 (27)
2.11.2 冷却系统的简单计算 (28)
3 模具的试模与修模 (29)
3.1制品的粘着 (29)
3.2成型缺陷 (30)
3.3注射填充不足 (30)
3.4注射工艺不足 (31)
4 次品分析 (31)
5模流分析 (32)
参考文献····················································································································错误！未定义书签。
前言
我国塑料模具工业现状
我国塑料模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展。模具水平有了较大提高。在大型模具方面，已经生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。精密塑料模具方面，已经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。用这些模具生产的一些塑料制品制件达到了国外同类产品的水平，但总体和国外相比仍有较大差距。
在成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注塑模、抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气辅注射成型技术的使用更加成熟。热流道模具开始推广，有些企业的采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位还采用了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道10%，与国外的50%-60%相比，差距较大。
在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/3～1/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。
我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化]商品化尚待规模化；CAD、CAE、
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Flow Cool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。
塑料模发展趋势
(1)出于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求，而适应高生产率而发展的一模多腔的原因，今后应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
(2)在模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
(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。
(4)开发新的成型工艺和快捷经济模具，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。
(6)应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量
此次的毕业设计（手机外壳模具设计）采用在Pro/ENGINEER Wildfire环境下完成设计，其中涉及到零件模块、装配模块、工程图模块、Pro/Moldesign模块。
在本次设计过程中，曾遇到了不少的困难，但在指导老师的细心指导下和同学的大力帮助下，都加以解决了。但本人知识水平有限，设计中肯定会有不完善的地方，恳请老师指正。
1塑件成型工艺性分析
1.1 软件简介
本设计中主要为模具的设计与计算，为后面完成装配图作好资料准备。装配图用AutoCAD来完成其三个视图的显示。零件为某手机可换机壳的后盖，整体由不规则曲面构成，壳内有多处定位和固定结构，发现小型复杂零件，不能用一般的拉伸剪切就能达到要求。而零件图的绘制在AutoCAD中也较难画出。
计算机辅助设计（Computer Aided Design，简写为CAD），是指利用计算机的计算功能和高效的图形处理能力，对产品进行辅助设计分析、修改和优化。它终合计算机知识和工程设计知识的成果，并随计算机软硬件的不断提高而逐渐完善。AutoCAD的最大特点是让设计者更为轻松，设计者或绘图者几乎可不必离开屏幕就能连续地完成工作。AutoCAD适合于工程制造、建筑设计、装潢设计等各行业技术人员作为设计依据，完成图纸上的工作。
AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一种通用CAD软件。1982年首次推出了AutoCAD R1.0版本，经过十余次的版本更新，AutoCAD已从一个简单的绘图软件发展成为包括三维建模在内的功能十分强大的CAD系统，是世界上最流行的CAD软件，现已广泛应用于机械、电子、建筑、化工、汽车、造船、轻工及航空航天等领域
Pre/Engineer是美国PTC参数技术公司推出，是国际上最先进也是最成熟使用参数化特征造型技术的大型CAD/CAM/CAEA集成软件。这是我们零件模型设计与加工过程中的主要工具。下面是一些简单的介绍：
Pre/Engineer包括三维实体造型，装配模拟，加工仿真NC自动编程，板金设计，电路布线，装配管路设计等专有模块，ID反求工程，CE并行工程等先进的设计方法和模式。其主要特点是参数化
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的牲造型；统一的能使各模块集成起来的数据库；设计修改的关联性，即一处修改，别的模块中的相应图形和数据也会自动更新。它的性能优良，功能强大，是一套可以应用于工业设计，机械设计，功能仿真，制造和管理等众多领域的工程自动化软件包。Pre/Engineer自动化自1988年问世以来，10多年来已成为全世界最普及的3DCAD/CAM系统的标准软件，Pre/Engineer在今日俨然已成为3DCAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，自行车，航天，家电，玩具等各行各业。Pre/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代产品造型系统，是一个参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一的数据库功能。
1.2 塑件（某手机外壳）分析
塑件的相关技术参数见零件图纸
塑件所采用的塑料名称——ABS
塑件的生产批量——中等批量
塑件的体积和重量见表1-1
表1-1 塑件主要参数
材料密度（density）体积（volume）质量（mass）
.3g 05
.1 1.05g/cm33
.3 mm3 50
10
33
1.3 零件结构特征、塑料的性能、技术要求及结构工艺性的分析
塑料制品形状如图1-1
图1-1
1.3.1尺寸及精度
塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。在注射成型过程中，流动性差的塑料及薄壁塑件等的尺寸不能设计的过大。大而薄的塑件在塑料尚未充满型腔时已经固化，或勉强能充满但料的前锋已不能很
5
好的熔合而形成冷接缝影响塑件的外观和结构强度。
塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件的精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动以及成型是工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构等。因此，塑件的尺寸精度一般不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据SJ1372-78塑料制件公差数值标准确定。该标准将塑件分成8个等级，每种塑料可选其中三个等级，即高精度、一般精度、低级精度。1、2级精度要求较高，一般不采用。此外，对塑件图上无公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的8级精度。对孔类尺寸数值冠以（+）；对于轴类尺寸数值冠以（-）；对于中心距尺寸几其他位置尺寸可取表中数值之半冠以（）号。
在本设计中根据《中国模具设计大典》可查得：
手机后盖选用的精度等级为一般精度选用4级。
1.3.2壁厚
塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而异。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。
热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到0.25mm，但一般不宜小于0.6～0.9mm，常取2～4mm。在本设计中，壁厚取1mm左右。同时同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂等的缺陷。
1.3.4 脱模斜度
为了便于脱模，防止脱模是拉伤塑件在设计时必须使塑件塑料封头内外表面沿脱模方向留有足够的脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料收缩率。一般取30ˊ~1o30ˊ, 取斜度的方向一般内孔以小端为准，符合图样要求斜度由扩大方向取得；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向取得，而且脱模斜度不包括在塑料制品公差范围内，脱模斜度见表：
表1-2常用塑料的脱模斜度
塑料名称脱模斜度
型腔型芯
聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯化聚醚25′～45′20′～45′
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35′～40′30′～40′
聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛35′～1 o30′30′～40′
热固性塑料25′～40′20′～40′
1.3.5 圆角
在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处，理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上。这样避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善制品成型时的塑料流动情况及脱模。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开
6
裂。但是，采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使钳工劳动量增大。通常内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍，一般圆角半径不应小于0.5mm。
1.3.6 粗糙度
塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤云纹等疵点来保证外，主要取决于模具型腔表面粗糙度。一般模具粗糙度要比塑件的要求低1~2级。塑料制件表面粗糙度一般为0.8~0.2m之间。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时给以抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况决定他们的表面粗糙度。
1.3.7 塑料性能的分析
塑料的选用及相应特征的说明：
选择的塑料的要求价格合适，具有较好的加工性能、机械性能。，该塑料制品选用的是ABS塑料，ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；具有弹性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合的优良性能，且价格便宜，原料易得。ABS的主要技术指针见表2-3
表1-3 ABS各项性能参数表
密度（g/3
cm）1．05 抗拉屈服强度（mpa）50
比容（
3
cm/g）0．92 拉伸弹性模量（mpa）3
10
1.8?
吸水率24h（%）0．3
2
m 无缺口261
收缩率（%）130-160 缺口11 熔点（C ）130~160 弯曲强度（mpa）80
C 0.45mpa 90~108 强度（hb）9.7
1.80mpa 83~103 体积电阻率（2m
?
Ω）3
10
9.6?
7
2 模具的设计
2.1 拟定模具结构形式
36H7/n6
26H7/f7
图2-1
2.2 确定型腔数量及排列形式
根据任务书的设计要求，该模具采用一模两腔。 多型腔模具排列形式设计的要点：
1） 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定；
2） 型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象； 3） 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸 排列形式如图2-2
定模座 板
推杆固定板
推 板
动模座板
垫 块
动模板
8
图2-2
2.3 分型面的确定：
分型面的选取不仅关系到塑件的正常和脱模，而且涉及模具结构与制造成本。一般来说，分型面的设计原则：
1）分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔；
2）有利于保证塑件尺寸精度；
3）有利于保证塑件的外观质量，塑料熔体容易在分型面上产生飞边，从而影响塑件的外观质量，因此在光滑平整表面或圆弧曲面上应尽量避免选择分型面。
4）考虑满足塑件的使用要求，注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，；应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。
5）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适；
6）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积；
7）尽可能将塑件留在动模一侧，易于设置和制造简便易行的脱模机构；
8）考虑侧向抽拔距
9）尽量方便浇注系统的布置；
10）有利于排气；
11）便于模具零件加工。
2.4 注射机型号的确定
2.4.1 注射机的选择
完整的注射成型工艺过程，按其先后顺序应包括：成型前的准备、注射过程、塑件的后处理等。
1、成型前的准备为使注射成型过程能顺利进行，并保证塑料制件的质量，在成型前应做一些必要的准备工作，包括：a.原料的检验和预处理，在成型前应对原料进行外观（如色泽、颗粒大小、均匀度）及工艺性能（如流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等）的检验;b.料筒的清洗；c.嵌件的预热；d.脱模剂的选用。
2、注射过程完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模几个步骤。其流动的情况又可分为充型、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。
9
3、塑件的后处理塑件在成型过程中，由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件内部不可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂。因此常需要进行适当的后处理以消除存在的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。其主要方法是退火和调湿处理。
2.4.2注射成型工艺的参数
注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把他注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。在塑料成型过程中，工艺条件的选在和控制是保证成型顺利进行和塑件质量的关键因素。主要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力、和相应的各个作用时间。
温度：注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。
压力：注射模注射过程中需要控制的压力包括塑化压力、注射压力和型腔压力三种，它们直接影响塑料的塑化和塑件质量。
1、塑化压力塑化压力又称为背压，是指采用螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的阻力。
2、注射压力注射机的注射压力是指在注射成型时，柱塞或螺杆头部单位面积对塑料熔体所施加的压力。在注射机上常用表压指示注射压力的大小，其大小取决于塑料品种、注射机类型、模具的浇注系统状况、模具温度、塑料复杂程度和壁厚以及流程的大小等诸因素，很难具体确定，一般要经试模后才能确定。其常用的注射压力范围一般在70～150MPa之间。其作用是克服塑料熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等。
时间：完成一次注射成型过程所需的时间称为成型(或生产)周期，它包括以下各部分：注射时间、保压时间、冷却时间、其他时间(含开模、脱模、喷涂脱模剂、放嵌件等)
即：T=t注+t保压+t冷却+t其他，本设计成型周期取20s,
成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此生产中，在保证质量的前提下，应尽量缩短成型周期中各阶段的有关时间。在整个成型周期中，以注射时间和冷却时间最重要，对塑件的质量均有决定性影响。注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压实时间，在整个注射时间内所占比例较大，一般为20-25s。冷却时间主要决定于塑件的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则。冷却时间一般在30-120s之间。冷却时间过长，不仅延长生产周期，降低生产效率，对复杂塑件还将造成脱模困难。成型周期中的其他时间则与生产过程是否连续化和自动化以及两化的程度等有关。具体的参数见表2-1，最终确定注射机型号为XS-ZY-60,具体参数如表：2-1
表2-1 住注射机主要参数
理论注射容积注射压力注射时间注射速率螺杆转速60㎝3180 MPa 2s 70g/s0～200r/min
锁模力拉杆内间距开模行程最大模具厚度最小模具厚度
400KN 200×300mm 500mm 250mm 150mm 喷嘴孔直径定位孔直径喷嘴球半径
4mm125mm SR18mm
10
2.4.3注塑机的校核
2.4.
3.1注射量校核
注射机的表称注射量：V机=60cm3
塑件体积：V s =2×3.33=6.66 cm3 ,而浇注系统流道凝料的体积：V凝=2.33cm3
则实际需要的注射量：V实= V s + V凝=6.66+2.33=8.99 cm3
所以，注射量符合
2.4.
3.2 注射压力校核
因为HDPE的注射压力是70－150MPa，而XS-ZY-60注塑机的压力为180Mpa，显然注塑机的注射压力满足要求。
2.4.
3.3锁模力校核
塑料对模板的压力为：
P=0.3×P1=0.3×100=30MPa
F胀=(nA塑件+A浇)×P=（2×2989+2092）×30=242 KN
F额=400KN> 242KN=F胀
锁模力足够
2.4.
3.4开模行程与推出机构的校核（具有侧向抽芯）：
S侧=87.75+5.25=93 mm＞91.86 mm =82.5+4.06+5.25=H1+H2+（5～10）mm
所以只要校核侧向抽芯需要的开模距离S侧与注射机的最大开模行程Smax相对比即可，本设计注塑机的最大开模行程Smax=500mmm>93mm=S侧
2.4.
3.5安装部分相关尺寸的校核：
喷嘴尺寸：
主流道始端的球面半径SR主流道=13mm＞注射机喷嘴球面半径SR0=10mm,
主流道小端直径d=φ4＞注射机喷嘴直径d0=φ3
定位圈与注射机固定板的关系：
注射机所要求的定位圈尺寸为80mm
模具总厚度与注射机模板闭合厚度的关系：
模具总厚度H m=230mm,注射机允许的最大模具厚度H max=250mm,最小厚度H min=150mm
即H min＜H m＜H max满足要求。
2.5浇注系统设计
2.5.1 浇注系统的设计原则
浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时一般遵循以下原则：
1）重点考虑型腔布局，包括以下三点：
尽可能采用平衡布置，以便设置平衡式分流道
型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象
11
尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸
2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽量短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；
3）均衡进料，尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；
4）塑料耗量要少，在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量；
5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”，防止其进入型腔，影响塑件质量；
6）排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出；
7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象；
8）塑件外观质量，根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用；
9）生产效率，尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高；
本设计的塑件属于日常用品，生产批量中等采用普通浇注系统更符合经济要求。
2.5.2 浇注系统的组成
普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
2.5.3 浇注系统的作用
将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳的输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外质量优良的塑料制件。
2.5.4 浇注系统各部件设计
（1）主流道设计
主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于塑料熔体的流动及流道凝料的拔出。热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接触，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。
主流道设计要点：
；
1）主流道圆锥角α=2°～6°，对流动性差的塑料可取3°～6°，内壁粗糙度为R a =0.63m
2）主流道大端成圆角，半径r=1～3mm,以减小料流转向过度时的阻力；
3）在模具结构允许，主流道应尽可能短，一般小于60mm,过长则会影响熔体的顺利充型；
4）主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合；
5）主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。
主流道的具体尺寸见表2-2
表2-2 主流道具体尺寸
符号名称尺寸取值
12
d 主流道小端注射机喷嘴直径（0.5～1） 5
SR 主流道球面半径喷嘴球面半径（1～2）13
h 球面配合高度 3
α主流道锥角2o～6o2o
L 主流道长度尽量小于或等于60 60
D 主流道大端直径 D +2Ltg(α/2) 6.1
r 主流道大端倒圆角D/8 1 本设计的主流道衬套的结构形式如图2-3
图2-3
（2）冷料穴的设计
主流道一般为于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。
冷料穴的形式有：
1）与推杆匹配的冷料穴
2）与拉料杆匹配的冷料穴
3）无拉料杆的冷料穴
本设计的塑件为ABS，该塑料具有良好的韧性，采用“与推杆
匹配的冷料穴”中的倒锥形将主流道凝料拉出，当其被推出时，塑
件和流道凝料能自动坠落，具体见图2-4
（3）分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，
起分流和转向的作用。多型腔模具一般需设置分流道，单型腔大型图2-4
塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。
分流道设计要点
1）分流道要求熔体的流动阻力尽可能的小。在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道的截面积与长度尽量取小值，尤其对于小型更为重要；
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2）分流道转折处应以圆弧过渡，与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，利于塑料熔体的流动及填充；
3）各型腔要保持均衡进料；
4）表面粗糙度要求以Ra0.8为佳；
5）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井；
分流道的截面形状设计
分流道的截面形状选取，从减少流道内的压力损失考虑，要求流道的截面积大；从热传导角度考虑，为减少热损失，要求流道的比表面积（截面积与外周长之比）最小；在生产实践中还应考虑分流道的加工难度。
分流道形状及效率见表2-3
表2-3常用的分流道截面的形状及其效率
效率0.25D 0.25D 0.217D 0.153D 0.195D d= D/4 0.166D D/4 0.100D D/6 0.071D
各种分流道当中，圆形、正方形的效率最高（即比表面积最小），所以本设计采用圆形截面的分流道。
分流道的分布：
由于分流道的长度与分布跟型腔的数量及其排布有密切关系，并且分流道的直径要稍大于主流道大端直径，其分布如图：2-5
图2-5
分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60μm左右就可以，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速度和剪切热。
2.5.5浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，
14
但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
浇口截面积通常为分流道截面积的7%～9%，浇口截面积形状为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm ～2.0mm 。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取下限值，然后在试模时逐步修正。
浇口的设计，通常要求考虑下面的原则：
1.尽量缩短流动距离。
2.浇口应开设在塑件壁厚最大处。
3.必须尽量减少熔接痕。
4.应有利于型腔中气体排出。
5.考虑分子定向影响。
6.避免产生喷射和蠕动。
7.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
8.注意对外观质量的影响。
综合八点原则，同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印，本设计采用侧浇口。
侧浇口又称边缘浇口，一般开在分型面上，从塑件的外侧进料。侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便地调整充模时的剪切速率和封闭时间，故也称标准浇口。它截面形状简单，加工方便；浇口位置选择灵活，去除浇口方便，痕迹小。但塑件容易形成熔接纹、缩孔、凹陷等缺陷，注射压力损失较大，对壳体件排气不良。 浇口结构尺寸见表2-4。
表2-4 浇口结构尺寸
塑件壁厚/mm
侧浇口尺寸/mm
浇口长度/mm
深度h 宽度w ＜0.8 0～0.5 0～1.0 1.0 0.8～2.4 0.5～1.5 0.8～2.4 2.4～3.2 1.5～2.2 2.4～3.3 3.2～6.4
2.2～2.4
3.3～6.4
注：源自参考文献 注塑成型及模具实用技术 李海梅，申长雨主编 北京：化学工业出版社，2002
综上得本设计的侧浇口尺寸为：深度h=1mm ，宽度w=2.5mm ，长度l=1mm 。 2.5.6浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。
本设计采用平衡式流道布置，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，显然浇注系统是平衡的。
2.5.7 浇注系统凝料体积计算 1） 主流道凝料体积
15
223113.24186.3 2.25126.31377.7233V mm ππ=
???-???=主 2）分流道凝料体积 ()3
1
6.48 5.54 5.832212
7430.67
2
V m m =
?+??=分 3） 浇口凝料体积
由于浇口部分体积很小，可取为0 4） 冷料穴体积
22311
4.5552.03 3.7542.87496.4333
V mm ππ=???-???=冷
5） 浇注系统凝料体积
331377.727430.67496.439304.829.3V V V V V mm cm =+++=++=≈总分主冷浇口
浇注系统各截面流过熔体的体积计算（按分流道取其中一个方向计算） 1） 流过浇口的体积
3312.25V V cm ==塑
2） 流过分流道的体积
32224.5V V cm =?=塑
3） 流过主流道的体积
3
1424.5
V V c m =?=塑 2.5.8 注塑时间的计算 1）确定适当的剪切速率γ 主流道
211510s γ-=?～31510s -? 分流道 212510s γ-=?
侧浇口
313510s γ-=? ～41510s -?
2）确定体积流率q(浇注系统各段的q 值是不相同的) 主流道的体积流率1q 3
333110.251012.265/4
4
S q R cm s π
π
γ=
??=
??=
浇口体积流率3q 2243
30.30.11105/66
Wh q cm s γ???=== 3）注射时间的计算 模具充模时间 s t 112.2549.34.7512.265
s V t s q ?+=
==总 式中 1q ------主流道体积流率 3
/cm s
16
s t ------注射时间 s
S V ------模具成型时所需塑料熔体的体积 3
cm 单个型腔充模时间3t 3112.25
0.998
12.265
S V t s q === 注射时间
根据经验公式求得注射时间t
3323 4.75320.9983 2.248s t t t s =+=+?=
根据注塑机的有关参数，可知t ≥注射机最短注射时间2s ，所选时间合理。
2.5.8 排气系统设计
排气槽的作用是将型腔和型芯中周围空间内的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。该注射模属于小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，无需另外开排气槽。
2.6成型零件的结构设计和计算
注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。如果型腔和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。
设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、浇口、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件熔体有很高的压力，因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。
2.6.1成型零件钢材的选用
对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：
1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。
2）抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra≤0.05μm 。要求钢材硬度在HRC35～40为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。
3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。
4）具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。
我国钢铁冶金行业标准YB/T094—1997推荐的塑料模具钢的用途见表2-5
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表2-5 塑料钢主要性能
钢号 特性和用途
SM45 价格低廉、机械加工性能好，用于日用杂品、玩具等塑料制品的模具
SM50 硬度比SM45高，用于性能要求一般的塑料模具
SM55 淬透性好、强度比SM50好，用于较大型的、性能要求一般的塑料模具
SM1CrNi3
塑性好，用于需冷挤压反印法压出型腔的塑料模具制作
SM45钢属碳素塑料模具钢，其化学成分与高强中碳优质结构钢——45钢相近，但钢的洁净度更高，碳含量的波动范围更窄，力学性能更稳定。SM45钢经正火或调质处理后，具有一定的硬度、强度和耐磨性，而且价格便宜，切削加工性能好，适宜制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需很长的模具等。综上所述，再根据本塑件——手机外壳，为日常用品，其生产批量中等，本设计的成型零件的材料取SM45钢。
2.6.2成型零件工作尺寸计算
制品尺寸能否达到图纸尺寸的要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。成型零件工件尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸（含矩形的长和宽）、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的计算方法很多，现以塑料的平均收缩率为基准计算。
（1） 型腔内径尺寸计算
z
)43
-DQ (D D M δ+?+= （mm ）
式中，M D —型腔内径尺寸（mm ）
D —制品的最大尺寸（mm ）
Q —塑料的平均收缩率（%），ABS 的平均收缩率为0.5%
?—制品公差
43—系数，可随制品精度变化，一般取0.5~0.8之间
z δ—模具的制造公差，一般取z δ=61~41
按矩形计算，手机后盖长度、宽度上的最大尺寸分别为
1D =102mm 2D =45mm
根据塑件的要求取：1?=0.44mm 2?=0.28mm ，则
M1D =（82＋82×0.005-4
3×0.44）35.0+=82.7435
.0+mm
M2D =(42+42×0.005-4
3×0.28)
25
.0+=42.4225
.0+mm
（2） 型芯径向尺寸计算
模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定的，与型腔径向尺寸的计算原理一样，分长、宽两部分计算：
18
z
)43
-DQ (D d M δ-?+=(mm)
式中，M d —型芯外径尺寸(mm) 1D —制品内径最小尺寸(mm)
其余符号含义同型腔计算公式。 按矩形计算，手机后盖长度、宽度的最小尺寸分别为 1D =81mm 2D =40mm
由上可知，1? =0.44mm 2?=0.28mm ，则 1M D =（81＋81×0.005-4
3
×0.44）0.35-=81.730.35-mm
2
M D =（40+40×0.005-
4
3×0.28）0.25-=40.390.25-mm （3）型腔深度尺寸计算
模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所决定，设制品名义高度尺寸为最大尺寸，公差?负偏差。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差+z δ。由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以略去磨损量c δ，在计算中取
3/?=t δ，加上制造偏差有：
（mm ）
式中M H —型腔的深度尺寸（mm ）
1H —制品高度最大尺寸（mm ） 由零件图上可知，1H =5mm ，可得，? =0.14mm ，因此
M H =（5+5×0.005-2/3×0.14）0.30
+=4.93
0.30
+mm
（4）型芯高度尺寸计算
模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定，设制品高度名义尺寸为最大尺寸公差为正偏差+?，型芯高度设计为最大尺寸，其公差为负偏差-z δ。根据有关的经验公式：
M h =（1H +1H Q+?3
2）z δ-（mm ）
式中M h —型芯高度尺寸（mm ） 1H —制品深度最小尺寸（mm ）
由零件图中可得，1H =4mm ，查表1-15得，?=0.12mm
M H =（4＋4×0.005+12.03
2
?）0.25-=6.140.25-mm
（5）型腔壁厚与底板厚度计算
注射成型模型腔壁厚的确定应满足模具刚度好、强度大和结构轻巧、操作简便等要求。在塑料注射充型过程中，塑料模具型腔受到熔体的高压作用，故应有足够的强度、刚度。否则可能会因为刚度
z ) ( δ + ? - + = 3
2 Q h h H 1 1 M
19
不足而产生塑料制件变形损坏，也可能会弯曲变形而导致溢料和飞边，降低塑料制件的尺寸精度，并影响塑料制口的脱模。从刚度计算上一般要考虑下面几个因素：
（1）使型腔不发生溢料，ABS 不溢料的最大间隙为0.05mm 。
（2）保证制品的顺利脱模，为此同时要求型腔允许的弹性变形量小于制品冷却固化收缩量。 （3）保证制品达到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高精度，这就要求模具型腔有很好的刚度。
按整体式的凹模计算侧壁厚度：
3
1
?
??? ??φ=11y E cph h b （mm ）
式中，b —凹模侧壁理论厚度（mm ） h —凹模型腔的深度（mm ） p —凹模型腔内熔体压力（Mpa ） 1y —凹模长边侧壁的允许弹性变形量（mm ），一般塑件1y =0.005mm
c=1.08 1φ=0.8 E=2.1×105
Mpa
b=
3
1
5???
????????0.0050.8102.1301.0855
=2.89mm
取壁厚大于10mm 就能能满足要求。 底板厚度计算，根据公式
3
12
?
??? ??=21Ey
pl c δ（mm ）
由
l l 2
1=2.3， 1c =2.8×10-2，2y =0.005，则
3
18.?
???
???????=0.005102.1403010254-2δ=5.89mm
取实际底板厚度大于10mm 就能满足要求。 2.6.3 成型零件强度、刚度的校核
本设计属中小型、镶拼式塑料模具，所以型腔壁厚按强度条件计算，按刚度条件校核。根据《模
20
具材料应用手册》得本设计所使用的模具材料为SM50，其相关参数如表2-6
表2-6 SM50主要参数
材料名称 b σ/MPa
s σ/MPa
δ
（%） k a /J·cm -2 SM50
630
315
14
35
对侧壁的厚度校核
首先按强度条件对塑件的壁厚进行计算
[]63
36
501024.651050.629.73228010208.3310
Ph t l mm H σ--???==?=????强 按刚度条件对塑见的壁厚进行校核
()
4
6
3
34
3
3
93501024.651050.6210 4.832322001080100.14
Phl
t mm EH δ---?????=
==?????刚
各参数介绍如下：
l ——塑件的长度，本次计算按塑件为长方体进行计算，取l =50.62㎜ P ——模腔的压力，一般取30～50MPa ，本次取大值P =30MPa
h ——塑件的高度，取h =24.65㎜
[]σ——模具材料的许用应力
[]375
208.331.8
s
s
MPa n σσ=
=
= E ——材料的弹性模量，取E =200×109Pa
δ——成型零件的许用变形量
2.7模架的确定和标准件的选用
成型零件确定之后，便根据所定内容设计模架。在学校作设计时，模架部分要自行设计；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。
标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。
在设计模具时，应尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有利的，提高公司在市场中的竞争力。
设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。而且，模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。