模具设计作业

模具设计

第 1 页 共 26 页 玩具手机外壳模具设计

1 前言

模具属于边缘科学，它涉及机械设计制造、塑性加工、铸造、金属材料，以其热处理、高分子材料、金属物理、凝固理论、粉末冶金、塑料、橡胶、玻璃等诸多学科、领域和行业。

1.1 模具与模具工业

1.1.1 模具工业的重要性

模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，6006一80%的零部件都依靠模具成形川。因此，模具被称之为“百业之母”、“工业之父”。模具的质量和先进程度，直接影响产品的质量、产量、成本，影响新产品投产周期、企业产品结构调整速度与市场竞争力。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍以上。目前，模具生产的工艺水平及科技含量的高低，己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一，决定着一个国家制造业的国际竞争力。

1.1.2 塑料模具前景广阔

塑料工业是新兴的工业，塑料作为一种新的工程材料，发展势头极其迅猛，跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大材料之列，已经广泛用于工业和日常生活。因此，塑料的加工和成型工艺越来越得到重视，新技术、新工艺不断涌现。目前，塑料成型种类包括注射成型、压铸成型、吸塑成型、吹塑成型、发泡成型、挤压成型等，其中注射成型是最常用的方法，几乎所有的塑料都可以注射成型，按重量比计算，实际生产有32%的塑料是靠注射成型的。塑料工业的发展，推动了中国塑料模具产业的发展步伐，近年来塑料模具市场发展相当快，2002年已猛增到140亿元左右「，丁，2004年塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展。

预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，根据建设部等五个部门的要求，2000年塑料门窗的普及率达到150rk，塑料排水管的市场占有率超过30%，预计到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%一50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。因此，塑料模具的增长速度加快，应用潜力是不可低估的。

1.1.3 现代模具制造技术的发展趋向

1）、模具的标准化

加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。

2）、新材料、新技术、新工艺的研究和应用

研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越明显。普及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路。以手机外壳的设计

第 2 页 共 26 页 高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的加工向精密、自动化方向发展，光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术，是模具制造技术的重大发展，尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造，对缩短制造周期有着非常重要的作用。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向。

3）、现代生产制造方式

在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。

4）、塑料制件的精密化、微型化、超大型化

为了满足各种产品越来越高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展。

2 塑料配方分析与选用

2.1 塑件材料的选用

ABS树脂是丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物，其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制，丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。

ABS塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。成型收缩率一般在0.4-0.7%。它迎合现代视觉的美观透明性和色调，使它广泛应用于汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工D等）

2.2 配方的选用

配方选择助剂要遵循几点原则：（1）满足性能要求；（2）保留原有性能；（3）不影响其他助剂；（4）具有可加工性；（5）与树脂相容性好；（6）环境卫生性好；（7）不影响制品的颜色；（8）价格低，来源广泛。

2.3 配方的最终确定

表1 ABS玩具手机外壳的注射成型配方 模具设计

第 3 页 共 26 页 原 料 质 量 分 数

A B S 树 脂 1 00

抗氧剂KY-7910（ 四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸] ） 0.5

抗氧剂DLTP（硫代二丙酸二月桂酸脂） 0.3

GW-508（ 双（1，2，2，6，6-五甲

基-4-哌啶基） ） 0.3

2.4塑件质量计算

根据塑件的大小尺寸，密度ρ＝ 0.91g/cm3，通过PRO/E造型设计，分析查询可知该玩具手机外壳塑件的体积及质量属性：

体积V1=2.91 cm3

曲面面积S1=119.54 cm2

密度ρ=1.05 g/cm3

质量m1=3.06 g 图1 玩具手机外壳三视图（单位:mm）

3 注射机的选用

3.1 注射机的选用

3.1.1 注射机的选用

由于每副模具只能安装在与其相适应的注射机上生产，因此模具设计必须以注射机各项工艺参数为基础，在模具设计之前我们首先要了解注射机有关工艺参数，并对它进行校核

3.1.2 浇注系统凝料体积的初步估算

浇注系统凝料体积可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模四腔浇注系统凝料体积：

V2＝Vl×0.6×4＝2.91×0.6×4≈6.984cm3

m2＝V2×1.05＝6.984×1.05≈7.3332g 手机外壳的设计

第 4 页 共 26 页 式中 Vl——塑件体积；

V2——浇注系统凝料体积；

m2——浇注系统凝料质量。

3.1.3 该模具一次注射所需塑料

体积 V0＝Vl×4＋V2＝2.91×4＋6.984≈18.624cm3

质量 m0＝ρV0＝1.05×18.624≈19.5552g

式中 V0——一次注射所需塑料体积；

Vl——塑件体积；

V2——浇注系统凝料体积；

m0——一次注射所需塑料质量；

3.1.4 注射机型号的选定

近年来我国引进注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。根据模具所需注射量的计算初步选定型号为SZ一45/100A型卧式注射机，上表喷嘴尺寸数据查阅表3欧洲标准喷嘴球面半径和喷嘴孔直径。

3.2 注射机的校核

3.2.1 型腔数量的校核

1)由注射机料筒塑化速率校核型腔数量

21KMt-mnm （1）

式中K——注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.75

M——注射机的额定塑化量，查表2知该注射机为6g/s；

t——成型周期，因塑件较小，壁厚不大，故取30s；

m1——单个塑件的质量和体积，取m1≈3.06g；

m2——浇注系统所需炉料质量和体积，取m2=0.6×4m1。

上式右边＝0.75630-0.612.243.06 模具设计

第 5 页 共 26 页 ＝41.72≥4

故经校核该注射机料筒塑化速率符合要求。

2)按注射机的最大注射量校核型腔数量

12mmKmnN （2）

上式右边＝0.7545-0.612.243.06

＝8.63≥4，

故经校核该注射机的最大注射量符合要求。

式中Nm——注射机允许的最大注射量，该注射机为45 g

其他符号意义与取值同前。

3.2.2 注射机工艺参数的校核

1)注射量校核

注射量以容积表示最大注射容积为:

max0.754936.75Vav

式中maxV——模具型腔和流道的最大容积(cm3)；

V——指定型号与规格的注射机注射量容积(cm3)，该注射机为49cm3；

α——注射系数，取0.75～0.85，无定型塑料可取0.85，结晶型塑料可取0.75，该处取0.75。

倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。

该注射机最小注射量容积为：

min0.254912.25Vav

每次注射的实际注射量容积V′应满足minV

2)锁模力校核

根据计算公式： 手机外壳的设计

第 6 页 共 26 页 12APAPFn型型 (4)

上式[1]右边＝4.25≥4，公式中符号意义同前。经校核，该注射机锁模力符合要求

3)最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力maxp＝200MPa(见表2)，应该大于注射成型是所需调用的注射压力P0，即

maxp≧k′P0 （5）

式中 k′——安全系数，常取k′＝1.25～1.4。

实际生产中，该塑件成型时所需注射压力P0为70MPa～100MPa。

200MP≥87.5～140MP 成立，故该注射机的最大注射压力符合要求。

4 模架的确定和标准件的选用

由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A2型、模架尺寸为250mm×250mm的标准模架，可符合要求。