畢業(yè)設計---手機殼注塑模具設計

1、<p><b>　　手機殼注塑模具設計</b></p><p>　　【內(nèi)容提要】： 主要闡述手機殼的注塑模設計，提供了使用PRO/E軟件進行整個注塑模設計的流程，以及塑件的CAE分析。</p><p>　　【關(guān) 鍵 詞】： 手機殼、塑料、注塑模、PRO/E模具設計</p><p>　　【教師點評】：該同學在手機外殼的注射模具設計中，經(jīng)

2、過認真調(diào)研和方案論證，確定了具體設計方案，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計的全過程，具備了設計人員應有的基本素質(zhì)和能力。</p><p><b>　　一．調(diào)研報告</b></p>

3、;<p>　　1．手機殼的造型結(jié)構(gòu)發(fā)展狀況</p><p>　　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。</p><p&g

4、t;<b>　　2．材料確定</b></p><p>　　PC／ABS合金在汽車、機械、家電、計算機、通訊器材、辦公設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。</p><p>　　3．薄殼制品與模具設計</p><p>　　薄殼制品成型時模具設計是至關(guān)重

5、要的一步。成型薄殼制品時需要特別設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％</p><p><b>　　4．塑件選擇</b></p><p>　　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。

6、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。針對以上情況，選用翻蓋式手機殼注塑模設計。</p><p><b>　　二、產(chǎn)品工藝分析</b></p><p><b>　　1．產(chǎn)品造型設計</b></p><p>　　塑件的選

7、擇：女性翻蓋手機</p><p>　　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：</p><p>　　a)裝配圖 b)爆炸圖</p><p><b>　　圖1 塑件造型</b></p><p>

8、;　　2．塑件制品的工藝分析</p><p><b>　　(1)尺寸和精度</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

9、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。</p><p><b>　　(2)壁厚</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　(3)脫模斜度</b>

10、;</p><p>　　結(jié)合本塑件的形狀，設定脫模斜度為40分。</p><p><b>　　(4)加強筋和凸臺</b></p><p>　　針對本塑件，在殼體轉(zhuǎn)角處設置距壁面有一定距離的凸臺，并設加強筋。同時在復雜曲面凸起的地方設置加強筋防止變形。</p><p>　　三、模具結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)計算</p>

11、<p><b>　　1．塑件制品分析</b></p><p><b>　?。?）產(chǎn)品要求</b></p><p>　　從對本產(chǎn)品進行的工藝分析中可以得知，所設計的塑件材料為，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：</p><p>　?。?）計算制品的體積

12、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%。</p><p><b>　　上蓋部分：</b></p><p>　　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：</p><p>　　通過計算塑件的體積為：V1=2737.2

13、4mm3</p><p>　　塑件的重量：M1=3.07g</p><p>　　澆注系統(tǒng)體積：V2=4413.07mm3</p><p>　　澆注系統(tǒng)重量：M2=ρ.V2=1.12×4.41=4.94g</p><p>　　故V總=4V1+V2=4×2737.24+4413.07=15362.03mm3</p>

14、<p>　　故M總=V總×ρ=1.12×15362.03=17.21g</p><p>　　ρ—塑料密度g/ m3</p><p><b>　　下蓋部分：</b></p><p>　　通過計算塑件的體積為：V1=2230.86mm3</p><p>　　塑件的重量：M1=2.498g&l

15、t;/p><p>　　澆注系統(tǒng)體積：V2=3857.89mm3</p><p>　　澆注系統(tǒng)重量：M2=ρ.V2=1.12×3857.89=4.32g</p><p>　　故V總=4V1+V2=4×2230.86+4320.84=12781.35mm3</p><p>　　故M總=V總×ρ=1.12×127

16、81.35=14.315g</p><p><b>　　2.注塑機的確定</b></p><p>　　根據(jù)制品的體積和重量查《塑料模具設計》（表5—3）選定注塑機型號為：JPH150A。</p><p><b>　　注塑機的參數(shù)如下：</b></p><p>　　注塑機最大注塑量：186g

17、 鎖模力：1500KN</p><p>　　注塑壓力：194MPa 最小模厚：180mm</p><p>　　最大開距：800mm 頂出行程：80mm </p><p>　　注塑機定位孔直徑： 125mm

18、注塑機拉桿的間距：410×410(mm×mm)</p><p>　　噴嘴球半徑：10mm 噴嘴前端孔徑：3mm</p><p><b>　　3.模具結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　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。</p>&l

19、t;p>　　根據(jù)<<塑料模具設計>>（附錄B）所提供的標準模架圖例選模架型號為：大水口，4040。</p><p><b>　　4.注塑機參數(shù)校核</b></p><p>　　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。</p><p><b>　

20、　5.澆注系統(tǒng)的設計</b></p><p><b>　　主流道的設計</b></p><p>　　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，而是將它單獨設計

21、成主流道襯套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。</p><p><b>　　澆口套的選用：</b></p><p>　　進料口直徑：D=d+(0.5～1)mm=3＋0.5＝3.5mm</p><p>　　式中d為注塑機噴嘴口直徑。</p><p>　　球面凹坑半徑：R=r+(0.5～1)mm=10+0.5＝10.5mm</p>

22、<p>　　式中r為注塑機噴嘴球頭半徑。</p><p>　　所選澆口套的立體圖如圖2所示：</p><p><b>　　圖2　澆口套</b></p><p><b>　　(2)冷料井設計</b></p><p>　　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

23、推桿固定板上，因此它常與推桿或推管脫模機構(gòu)連用。</p><p><b>　　(3)分流道的設計</b></p><p>　　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。</p><p>　　分流道的布置：選用平衡式的圓形分流道布局，即分流

24、道到各型腔澆口的長度、斷面形狀、尺寸都相同。</p><p><b>　　(4)澆口設計</b></p><p>　　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。</p><p>　　通過Pro/E塑料顧問分析可知最佳澆口位置在

25、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</p><p><b>　　圖3 推桿式澆口</b></p><p>　　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</p><p><b>　　6．分型面的選擇&l

26、t;/b></p><p>　　定模和動模相接觸的面稱為分型面，分型面的形狀有平面、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。</p><p>　　a)上蓋 b)下蓋</p><p><b>　　圖4 分型

27、面</b></p><p>　　由于下蓋還有側(cè)向抽芯，所以還要做型芯分型面</p><p><b>　　圖5 分型面</b></p><p><b>　　7.排氣系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　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</p>

28、<p><b>　　8.成型零件的設計</b></p><p>　　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)構(gòu)見圖8，圖9所示， </p><p><b>　　9.導向機構(gòu)設計</b></p><p>　　模具設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

29、，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：</p><p>　　圖6　導套　　　　　　　　　　　　　圖7　導柱</p><p>　　10.型腔的側(cè)壁和底板厚度計算</p><p>　　通常模具設計中，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。</p><p>　　參考《塑料模具設計》中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表

30、可以得知：</p><p>　　型腔側(cè)壁厚度S的經(jīng)驗值為：S＝0.2L+17=0.2×190+17＝55mm</p><p>　　支承板厚度h的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：h≈0.12b≈0.12×190≈38mm</p><p>　　a) 凹模 b) 凸模</p><p><b>　　圖

31、8 上蓋部分</b></p><p>　　a) 凹模 b)凸模</p><p><b>　　圖9 下蓋部分</b></p><p><b>　　11.脫模機構(gòu)設計</b></p><p>　?。?）薄殼制品的頂出頗具技術(shù)性。因為壁

32、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。</p><p>　　脫模機構(gòu)的設計：設計成頂桿脫模機構(gòu)，選用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。</p><p><b>　　圖1

33、0 頂桿</b></p><p>　　a) b)</p><p><b>　　圖11 特殊推桿</b></p><p>　　12.側(cè)向抽芯機構(gòu)設計</p><p>　　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

34、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鎖緊裝置。根據(jù)<<注塑模具設計>>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。</p><p><b>　　圖12 側(cè)向

35、抽芯</b></p><p><b>　　四、CAE 分析</b></p><p><b>　　1.模流分析</b></p><p>　　本次設計采用塑件顧問（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，使設計者

36、能在模具設計的階段，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，它們可以大大減少后期的設計更改和重新設計鑄模的成本。</p><p><b>　　分析過程：</b></p><p>　　(1)對產(chǎn)品造型分析出最佳澆口位置，在最佳澆口位置設置澆口，查看填沖情況，在

37、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。</p><p>　　(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。</p><p>　　(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。</p><p>　　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。</p><p>　　a) 填充情況

38、 b) 質(zhì)量預測</p><p><b>　　圖13 上蓋部分</b></p><p>　　a) 填充情況 b) 質(zhì)量預測</p><p><b>　　圖14 下蓋部分</b></p><p><b&g

39、t;　　2.有限元分析</b></p><p>　　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

40、?？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。</p><p>　　使用MSC.Patran軟件對本塑件進行分析,首先先對其進行受力分析。</p><p>　　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</p><p><b>　　圖15 下蓋部分</b&g

41、t;</p><p>　　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</p><p><b>　　圖17 上蓋部分</b></p><p><b>　　五、總結(jié)：</b></p><p>　　模具設計的創(chuàng)新與特色總結(jié)：</p><

42、p>　　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計，并決定以后模具設計中分模面的設計及側(cè)向抽芯的設計。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

43、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。</p><p>　　通過這次模具設計，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</p><p>　　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</p><p>　　論知識運用到實踐工作中，做一個有用的人才。最后要感謝

44、母校及老師們對我的栽培!</p><p><b>　　【參考文獻】：</b></p><p>　　(1)中國機械工程學會.中國模具設計大典編委會.《中國模具設計大典》.江西科學技術(shù)出版社,　2001</p><p>　　(2)林清安.《Pro/Engineer2001模具設計》.清華大學出版社,2004</p><p>

45、　　(3)張祥杰.《實戰(zhàn)Pro/Engineer2001——模具設計》.中國鐵道出版社,2003</p><p>　　(4)林清安.《Pro/Engineer2001零件設計高級篇上、下》.清華大學出版社,2003</p><p>　　(5)朱光力 萬金保 等.《塑料模具設計》.清華大學出版社,2003</p><p>　　(6)曹文鑫.《PC/ABS合金的開發(fā)和

46、應用現(xiàn)狀》. 化工新型材料,2001.8</p><p>　　(7)田立斌 劉敏江.《PC/ABS 合金研究進展》.工程塑料應用, 2002.3</p><p>　　(8)《PC/ABS 合金研究進展》劉建芳 聞獲江 蘇州大學學報 2002.4</p><p>　　(9)繆德建.《模具制造中CAD／CAE／CAM／CAT的應用》.Die and Mould Te