手机后壳塑料注塑模具设计-学位论文.doc

密级：

NANCHANG UNIVERSITY
学 士 学 位 论 文
THESIS OF BACHELOR
（2008—2012年）

题 目 手机后壳塑料注塑模具设计

学 院： 机电工程学院 系 机械系
专业班级： 材成082
学生姓名： 陈显明 学号： 5901208061
指导教师： 赖家美 职称： 副教授
起讫日期： 2.12—5.30
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手机后壳塑料注塑模具设计

专业：材料成型及控制工程　　　学号：5901208061
学生姓名：陈显明　　　　　　　指导老师：赖家美

摘 要
注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计是手机后壳塑料模具的设计，对零件结构进行了工艺分析，采用ABS作为塑件的材料。采用单分型面，根据模具的型腔数目以及最大注塑量、注射压力、锁模力、模具的安装尺寸等因素选择了注射机，选择成型零部件的尺寸；采用扇形浇口；利用直导柱导向，斜滑顶杆顶料,斜滑顶杆侧抽，同时完成侧抽和顶出完成脱模，并对模具的材料进行了选择，如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。对模具结构与注射机的匹配进行了校核。最后用UG绘制出模具三维图形及AutoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。

关键词：手机后壳；注塑模具；ABS ；扇形浇口； UG。

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Plastic Mold Design of The Back Cover of Mobile
Abstract
Injection molding is one of the key ways of thermoplasticity plastic molding which can mold precise plastic part with complex shape. The design is a plastic mold design of the back over of mobile, which analysis part structural with ABS as the material of plastic part. The design adopt single parting surface, choose injection machine, the dimension of molding parts according to the factors of the number of molding die cavity and the maximum injection, injection pressure, locking force and so on, adopt fan gate, use straight guide pillar guiding, slanting ejector to eject materials and side core pulling to side core pulling and ejecting, and choose the materials of mold, which can ensure the reliability of molding. This paper check the matching of the structure of molding and injection machine, draw the three dimension of molding with UG a set of molding assembly drawing and part drawing with AutoCAD at last.
Key words: the back over of mobile ；Injection mold；UG ；ABS ；fan gate 。

1

目录
摘 要 I
Abstract II
第一章 毕业设计任务书 2
第二章 塑件及其材料分析 5
2.1 塑件分析 5
2.2 塑件材料分析 5
第三章 塑料成型方案的确定 7
3.1 方案一 7
3.2 方案二 8
3.3 方案三 9
3.4方案分析 11
第四章 注射机型号的确定 12
4.1 注射量的计算 12
4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 12
4.3 选择注射机 13
4.4 注射机有关参数的校核 14
第五章 浇注系统的设计 15
5.1 主流道的设计 15
5.2 分流道的设计 16
5.3 浇口的设计 18
5.4冷料穴的设计 18
第六章 成型零件的设计 20
第七章 合模导向机构的设计 22
第八章 脱模推出机构设计 24
第九章 模架的确定 25
9.1 模架确定 25
9.2 各模板尺寸的确定 25
9.3 尺寸校核 26
第十章 冷却系统的设计 27
参考文献 28
谢辞 29
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前言
随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡导下，中国的制造业也蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中的重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。
现今人类使用的四大工业基础材料分别为木材、水泥、钢铁、塑料，偶见20世纪才发展起来的一大类新材料。塑料因其本身材料易得、性能优越，加工方便，而被广泛应用于机械工业、电子工业，航天工业、医疗器械、化工机械、包装工业、日常用品工业等领域，并日益显示出其巨大的优越性和发展潜力。
塑料工业是发展历史短但发展速度惊人的新兴工业之一，同时又是一个伴随着石油工业的发展而迅速发展的领域。塑料模具已处于同冲压模具并驾齐驱的地位。日本在全国一万多家企业中，生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%。在韩国的全国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9%，生产凌辱模的占44.8%。新加坡的460家企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。另外，在我国的、深圳、江浙等地，其模具工业主要是从事塑料模具的制造和塑料制件的生产。
学习塑料模具的设计是十分的有必要了。将塑料模具设计作为毕业设计题目，这可很好的验证我们的学习效果，锻炼我们自立设计的能力，是一个考验。抓住这个机会好好的学习设计，学习并丰富相关的理论知识，增加实际工业知识。这有助于我们更好的融入到工作中，为以后的事业打下一个良好的基础。
这次的毕业设计花费很大的精力，但不足之处再所难免，还望老师给予批评指正。

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第一章 毕业设计任务书

1. 塑料制品名称：手机后壳(如下图所示)；

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图1-1 塑件二维工程图

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图1-2 塑件三维立体图

2. 塑料原料：ABS；
3. 精度等级：一般精度（5级）；
4. 生产批量：中批量。

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第二章 塑件及其材料分析
2.1 塑件分析
如图1.1、图1.2分别为手机后壳的二维工程图和三维立体图，该产品形状如中空薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分析：制品表面积较大、高度不大但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。
2.2 塑件材料分析
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成，为无定型塑料，综合性能良好，冲击韧度、力学强度高，且在低温下也不迅速下降；尺寸稳定，易于成型和机械加工，经过调色可配成任何颜色。

ABS的技术指标、注射工艺参数具体看表2.1和表2.2。

表2-1 ABS技术指标

ABS技术指标
密度（g/㎝³）
1.02~1.05
比容
0.86~0.98
吸水率
0.2~0.4%
收缩率
0.4~0.7%
熔点
130~160℃
硬度
9.7 HB
拉伸弹性模量
1.8×Mpa
弯曲强度
80Mpa
拉伸屈服强度
50Mpa
温度传导系数
1.3×10m/s

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表2-2 ABS的注射工艺参数
注射机类型
螺杆式
螺杆转速
30 ~ 60r/min
喷嘴形式
直通式喷嘴
喷嘴温度
180~190℃
模具温度
50 ~ 70℃
注射压力
60 ~100Mpa
保压压力
5 ~ 10 Mpa
冷却时间
5 ~ 15s
周期
15 ~ 30s

后处理方法
红外线烘箱温度70℃时间0.3 ~ 1h
备注
原材料应预干燥0.5h以上

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第三章 塑料成型方案的确定
3.1 方案一
1. 分型面位置：截面积最大处。

图3-1分型面位置
2. 型腔数量：一模两腔。
3. 型腔排列形式：

图3-2型腔排列形式

4. 浇口：采用扇形浇口。
5. 顶出机构：斜滑顶杆顶出。
结构草图如下：
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图3-3草图结构
3.2 方案二
1. 分型面位置：同方案一。
2. 型腔数量：一模两腔。
3. 型腔排列形式：

图3-4型腔排列形式
4. 浇口：侧浇口。
5. 顶出机构：斜滑顶杆顶出。
结构草图如下：
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图3-5草图结构

3.3 方案三
1. 分型面位置：同方案一。
2. 型腔数量：一模四腔。
3. 型腔排列形式：

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图3-6型腔排列形式

4. 浇口：扇形浇口。
5. 顶出机构：斜滑顶杆顶出。
结构草图如下：

图3-7草图结构

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3.4方案分析
斜滑顶杆 既能做顶杆还能起内部侧抽的作用，能保证配合精度及互换性，滑动阻力最好，不卡滞，应用很广。
侧浇口 的浇口痕迹适中，适应性强，便于加工和修整；有时会出现熔接痕、缩孔、气孔等缺陷，排气不畅。
扇形浇口 能使熔体在快读方向上得到更均匀的分配，流动速度快，比较容易进浇，但是浇口去除较困难，痕迹较明显。
综合分析，选用扇形浇口，以利于熔料能均匀充满型腔。 并采用后续机加工去除熔接痕。
本产品为中小批量生产，由于塑件大且中空，从精度、经济等方面考虑，采用一模两腔结构。

综上所述，采用方案一。

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第四章 注射机型号的确定
4.1 注射量的计算
通过UG建模分析，塑件的体积，流道凝料的体积V2还是未知数，可按塑件体积的0.6倍来估算。从上述分析中确定为一模两腔，所以一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为：

图4-1 塑件体积
4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2~0.5倍，因此可用来进行估算，所以

式中通过UG分析得出：
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所以锁模力

式中型腔压力取35MPa（因是薄壁塑件，压力损失大，取大一些）。
4.3 选择注射机
根据上面计算得到的V和Fm值来选择注射机，注射机应满足条件

式中为注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。

根据上述条件选用卧式注射机（上海第一塑料机械厂），见表4.1。
理论注射容量
100
锁模力
600
螺杆直径
35
拉杆内间距

注射压力
150
移模行程
300
注射速率/()
85
最大模厚
300
塑化能力/()
11.1
最小模厚
170
螺杆转速
20~200
定位孔直径
125
喷嘴球半径
20
喷嘴孔直径
3.5

表4.1 注射机主要技术参数

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4.4 注射机有关参数的校核
1. 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n

型腔数校核合格。
式中k为注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
M为注射机的额定塑化量（11.1）；
T为成型周期，取30s；
；
。
2. 注射压力的校核

而，注射压力校核合格。
式中k'为注射压力安全系数，一般取1.25~1.4。

3. 锁模力校核

而F=600kN，锁模力校核合格。
式中k为锁模力安全系数，一般取1.1~1.2。

其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可以进行。

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第五章 浇注系统的设计
5.1 主流道的设计
1. 主流道尺寸
主流道长度：一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，这里初选L为40mm。
主流道小端直径：。
主流道大端直径：，式中。
主流道球面半径：。
球面的配合高度：h=3mm。
主流道的凝料体积：

主流道当量半径：
主流道浇口套形式：主流道小端入口与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料的要求较严格，设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理表面硬度为50HRC~55HRC。
如图5-1。

图5-1 浇口套
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2. 主流道剪切速率校核

剪切速率在500~5000之间，校核合格。

5.2 分流道的设计
1. 分流道布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道。
2. 分流道的长度
L=24mm
3. 分流道的形状、界面尺寸及凝料体积
1）形状及截面尺寸。为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。采用经验公式计算截面尺寸：

取B=3.5mm。

取H=3mm。
分流道截面形状如右图5-2所示：
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图5-2 分流道截面形状

2）分流道凝料体积
分流道长度
分流道截面积
凝料体积
4. 校核剪切速率
分流道体积流量

式中t 为注射时间。
剪切速率

其中
剪切速率在500~5000之间，校核合格。

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5.3 浇口的设计
本产品的平面面积较大，若采用侧浇口，那么因浇口宽度窄，有可能使制品内产生气泡或者产生流动痕迹，此时宜采用扇形浇口；但是扇形浇口产生的浇口痕迹较明显，应对制品进行后续机加工，以出去熔接痕。如图5-3示：

图5-3 扇形浇口

浇口最大宽度b取浇口处型腔宽度的25%，但最小不小于8mm。所以b=0.2545=11.25mm，取b=12mm。
浇口末端宽度t常用范围为，此处取t=0.8mm。
浇口中心长度。
浇口台阶长度，取。
浇口始端厚度。

5.4冷料穴的设计
如图5-4所示，采用半球形，并采用球形头拉料杆，该拉料杆固定在动模固
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第六章 成型零件的设计
定板上，开模时利用凝料对球头的包紧力使主流道凝料从主流道衬套中脱出。

图5-4 冷料穴

第六章 成型零件的设计
塑件尺寸按SJ1372-1978标准中的5级精度选取。
ABS的平均收缩率s=0.5%，模具制造误差(为塑件公差值，由表查得)，为修正系数，一般取。尺寸如下表：

表6-1 成型零件尺寸
类别
塑件尺寸
计算公式
型腔或型芯工作尺寸
外形尺寸

20
第六章 成型零件的设计

中心距尺寸

20
第六章 成型零件的设计

第七章 合模导向机构的设计
导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，它能够保证注射模具准确的开合模，并在模具中起定位、导向和承受一定侧压力的作用，导向机构的形式主要有导柱导向和精定位装置。导柱和导套按标准件选取如下：

1. 导柱

图7-1 导柱

2. 导套

20
第六章 成型零件的设计

图7-1 导套

20
第六章 成型零件的设计

第八章 脱模推出机构设计
本设计选用斜滑顶杆，因为它有两方面作用，既能做顶杆还能起内部侧抽的作用，能保证配合精度及互换性，滑动阻力最好，不卡滞，应用很广。顶杆端部的端面要求抛光以符合塑件的粗糙度的要求。
本设计的斜顶杆角度为11°，行程为15mm，最后得出：斜顶杆行程
x= tan11°×15=2.916mm。

图8-1 斜顶杆

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第九章 模架的确定

第九章 模架的确定
9.1 模架确定
型腔平面尺寸为95mm266mm，根据模板有效使用面积可求得
，
查表，取，因此B=200mm，d=12.5mm。
所以
，
取=311mm，得L=355mm。
故所选模架为，AI型模架。

9.2 各模板尺寸的确定
1. A板尺寸
A班是定模型腔板，塑件高度为5mm，在模板上还要开设冷却水道，考虑型腔嵌件及冷却水道，A板取50mm。
2. B板尺寸
B板是型芯固定板，取40mm
3. C垫块尺寸
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）=5+20+16+（5~10）=（46~51）mm，取C为50mm。

从选定模架可知，模架外形尺寸：。

图9-1 模架尺寸
9.3 尺寸校核
模具平面尺寸合格； 模具高度222，，合格；模具开模所需行程=4（型芯高度）+5（塑件高度）+（5~10）=14~19<300（注射机开模行程），合格；其他参数在前面校核均合格，所以本模具所选注射机完全满足使用要求。

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第九章 模架的确定
第十章 冷却系统的设计
冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单计算。假设模具用常温水（24℃）冷却，其出口温度为30℃，冷却水在水道内湍流，并且已知模具温度为40℃，模具宽度为200mm。
1. 塑件固化时每小时释放的热量Q
查资料可知，单位质量的ABS在成型温度下的单位热流量为=；按成型周期为30s计算，单位时间内注入模具中的塑料质量为；所以
2. 冷却水的体积热流量
3. 查表，为使冷却水道处于湍流状态，取d=20mm。
4. 冷却水道在水道内的流速
5. 冷却水道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数
式中f由查表得6.48（设水温为25℃）。
6. 冷却水道总传热面积

7. 模具上应用开设的冷却管道数目

取n=5.

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第九章 模架的确定
参考文献
1、塑料成型工艺与模具设计，孙玲主编，清华大学出版社，2008
2、机械制图，何铭新、钱可强主编，高等教育出版社，2004
3、AutoCAD 2008 基础教程，郭纪林主编，大连理工大学出版社，2008
4、UG NX 6.0模具设计基础与进阶，李伟、李丽华等编著，机械工业出版社，2009
5、塑料模具设计指导，伍先明、王群等编著，国防工业出版社，2006
6、塑料模具课程设计指导与范例，杨占尧主编，化学工业出版社，2008
7、实用注塑模具结构图册，洪慎章编著，上海交通大学出版社，2006
8、模具制造工艺，祁红志，化学工业出版社，2009
9、机械原理 第七版，郑文纬、吴克坚， 高等教育出版社，1996
10、机械设计，濮良贵、纪名刚，高等教育出版社，2007

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第九章 模架的确定
谢辞
经过三个月的努力，我终于完成了本次毕业设计。本次设计是在赖家美老师的悉心指导下完成的，论文的每一部分工作都凝结着老师的心血，老师渊博的知识和严谨的治学态度将使我受益终生，他们追求真理、献身科学、严于律己、宽以待人的崇高品质对学生是永远的鞭策。值此论文完成之际，谨向老师的辛勤培养表示崇高的敬意和衷心的感谢。
感谢大学四年来机电工程学院的老师对我的精心培养。在这三年的学习中结识的各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。在此，也对他们表示衷心感谢。
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！
最后，向所有曾在学习、生活和工作中给与我关心、支持和帮助的老师和朋友们表示衷心的感谢！
本设计参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！

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