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手机壳模具设计研究

摘 要
随着制造业和计算机软硬件的发展，模具已经得到了快速发展和广泛的应用，因此对各种塑料制品的模具设计具有重要的理论意义和实际应用价值。
详细论述了热塑性材料成型塑件时所用的整套注塑模具的设计过程，包括塑件的成型工艺，分塑面的选择论证，浇注系统的设计、成型零件的尺寸计算、镶块的固定方式、脱模结构、推出机构、冷却系统以及排气系统等的设计。论证了成型塑件的方式为注塑成型，采用浇注系统推杆推出的方式推出制件的好处，以及整套模具采用标准模架A1形式的好处。
关键词： 手机外壳；注塑模；模具结构

目录

摘 要 I
第1章 绪 论 1
第2章 塑件成形工艺性分析 2
2.1 设计任务 2
2.2塑件的工艺性分析 3
2.4塑料的成型特性分析及影响因素 6
第3章 型腔数目的确定以及型腔型芯尺寸的确定 7
3.1影响模具型腔数目的因素 8
3.2手机外壳注塑体积计算 9
3.3 型腔、型芯工作部位尺寸的确定 9
3.4 塑料模成型零部件的设计 10
第4章 浇注系统的设计 13
4.1确定浇住系统的原则 13
4.2主浇道的设计 14
4.3分浇道的设计 14
4.4主浇道和分浇道的几何形状 14
4.5 浇口的设计 15
4.5.1浇口形式及位置 16
4.5.2 浇口的形式的确定和位置选择 17
4.5.3浇口直径计算 18
4.6 排溢系统设计 18
第5章 注射机的选择和校核 19
5.1 注射机的分类 19
5.2 初选注射机 20
5.3 校核注射机 22
第6章 推出机构设计 23
6.1脱模机构的选用原则 23
6.2推出力计算 23
6.3 导向机构 28
6.3.1导柱的设计 28
6.3.2导向孔与导套 29
第7章 冷却系统的设计 30
7.1水路分布原则 30
7.2冷却的基本原理 31
7.2.1设置冷却水路的原则与注意事项 31
7.2.2本设计的冷却水道计算 34
参考文献 39
致 谢 39

第1章 绪 论
高分子材料科学是现代自然科学的结晶、是物质科学中的新科学和增长点。高分子材料的问世改变了20世纪的物质文明，推动了人类社会的进步。高分子材料已经在人们的衣食住行和国防建设，生态环境等众多领域得到了广泛的应用，并为21世纪物质文明谱写着更辉煌的篇章。
高分子材料包括塑料、合成塑胶和合成纤维。作为高分子材料之一的塑料，集原料丰富，制造方便，加工容易、质地优良、轻巧耐用、用途广泛和投资效益显著等众多优点于一身，在人们的日常生活中及现代工业生产领域中占有很重要的地位。采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的生产效率。因此，在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域，塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用，出现了金属材料塑料化的趋势。 在工业发达国家，据最近数据统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%；韩国模具专业厂中，生产塑料模的43.9% ，生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。作为最有效的塑料成型方法之一的注射成型技术具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑件。成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等优点，因此，世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。
在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。由此可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。
中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。
目前，塑料塑件在国民经济和日常生活中的应用日趋广泛，发挥着举足轻重的作用，塑料塑件的加工基本上是通过模具一次成型的。在众多的成型方法中，注射成型占主导地位，塑料塑件的质量、生产的效率和成本和模具的结构、使用性能密切相关，因此，设计制造出结构合理，使用性能优良的注射成型模具已成为塑料生产厂家关注的焦点。
第2章 塑件成形工艺性分析
2.1 设计任务
如图所示（图2.1）为手机外壳的塑料制件，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），收缩率0.3%~0.8%，其形状，尺寸如上图所示。生产批量不大，为中小批生产。该塑件为中小尺寸，一般精度等级，为保证精度，兼顾经济性，采用一模两腔，并不对制品进行后续加工。
为满足制品高光亮的要求与提高成型效率采用潜伏浇口。为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用拼镶结构。

图2.1 手机外壳零件图
2.2塑件的工艺性分析
一、使用性能、制件技术要求和生产要求
该塑件外形矩形，材料为：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。要求材料有较好的机械性能，如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量都要求较高。根据产品要求，该塑件为大批量生产，采用注塑成型。
二、塑件尺寸精度
塑件中的各个尺寸精度要求为IT3，各尺寸可以按照自由尺寸的精度查取公差等级，因此在模具设计和制造中要按照IT3～IT4精度要求设计制造。
三、塑件表面质量分析
1、该塑件表面质量要求表面光泽，必须避免在塑件有飞边毛刺，缩孔，流痕等工艺缺陷。
2、注意通孔处不出现锐边；
3、表面粗糙度只有塑件外形要求Ra3.2，其它部位没有较高粗糙度要求。
2.3原材料的选择以及原材料的工艺性分析
塑料是以高分子量的合成树脂为主要成分。它在一定的温度和压力的条件下具有可塑性，能够流动变形，其被塑造成制品之后，在一定的使用环境条件之下，能保持形状、尺寸不变，并满足一定的使用性能要求的材料。塑料中的必要和主要成分是树脂，树脂是由高分子物质所组成，它是通过聚合反应而制成的，所以又叫聚合物或称高聚物。塑料的主要成分是合成树脂，并加入填料、增塑剂、燃料、稳定剂等各种辅料组成。其多组成分有：树脂、填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂、抗静电剂、发泡剂、阻燃剂等。塑料具有：1.质量轻；2.化学稳定优越；3.电绝缘性能好；4.比强度高；5.减摩、耐磨性能优良，自润滑性好；6.成型加工方便；7.粘结性能好；８.光学性能好；9.着色性能较强；10.导热率低的特性。但是在目前塑料的应用中，塑料也存在着一些缺点，使其应用受到一定限制。一般塑料的机械强度均不如金属。塑料成型时收缩率较高。塑料对温度的敏感性远比金属或其它非金属材料的大，塑料的使用温度范围远较其它材料的窄。塑料若长期受载荷作用，即使温度不高，其形状会产生“蠕变”，塑料这种渐渐产生的塑件流动是不可塑的，导致塑件尺寸精度丧失。所以，在选择塑料时要注意扬长避短。
塑料按照受热后的表现性能，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。前者的特点是在一定的温度下，经过一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反映而硬化。硬化后的塑料化学结构发生变化，质地坚硬，不溶于溶剂，加热也不再软化，如果温度过高就分解。后者的特点为受热后发生物态变化，由固体软化或者熔化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成为固体。且过程可以多次反复，塑料本身的分子结构则不发生变化。热塑性塑料和热固性塑料的性能对比如下表。
根据手机的外壳的对强度，刚度，柔韧性，热塑性等众多方面的考虑，决定塑件的材料采用ABS材料。ABS材料特性如下：
ABS(丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物)，于热塑性塑料，韧性大、脆性小，适用广泛，但是尺寸稳定性差和热稳定性差
一、ABS物理和化学特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物三种化学单位合成，每种单体都有不同特性；丙烯腈有高强度，热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性，抗冲击特性；苯乙烯具有易加工，高光洁及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯—丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯胶分散相。这就决定了ABS材料的耐高温性、抗冲击性及易加工性等多种特性。缩水率为0.5%
所有手机类轻巧系列产品都提供ABS作为选项，而接近90%的轻巧类塑件产品都是由这种材料制造的。使用者报告说ABS的原型可以达到注塑ABS成型强度的80%，而它的属性，例如耐热性与抗化学性，也是近似或是相当于注塑成型的工件，其耐热度为93.3℃，这让ABS成为功能性测试应的广泛使用材料。ABS材料的典型用途：
汽车（仪表板、工具船门、车轮盖、反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机、搅拌机、食品加工机、割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆（如高尔夫球手推车、及喷气式雪橇车等）等众多领域。
塑料按照受热后的表现性能，可以分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。abs为热塑性塑料，其特点是受热后发生物态变化，由固体软化或者熔化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成为固体，其过程可以多次反复，塑料本身的分子结构则不发生变化。但热固性塑料在一定的温度下，经过一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反映而硬化，硬化后的塑料化学结构发生变化，质地坚硬，不溶于溶剂，加热也不再软化，如果温度过高就分解。
表2.1 ABS为热塑性塑料与热固性塑料的区别：
ABS为热塑性塑料
成型前，塑
料中树脂分
子结构
使制品固
化定型的
模具温度
条件
成型后，塑料中树脂分子结构
成型过程中树脂所发生的变化
制品的熔化，溶解性能
塑料的使 用性
常采用的
成型方法
热塑性
塑料
线型或支链状线型聚合物分子
冷却
基本与成
型前的相同
物理变化
（可能有少
量分解或
交链现象
发生）
可熔化
可溶解
反复多次使用（可回收废料）
注射、挤
出、吹塑
等
热固性
塑料
线型聚合物分子
加热（提供交联反应温度
转变为体型分子
既有物理变化，又有化学变化。有低分子析出
既不可熔化，也不可溶解
一次性使用，因成型过程不可逆
压缩或压
注。有的
品种可以
采用注射

2.4塑料的成型特性分析及影响因素
一、流动性
塑件形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。流动性的优劣以流动性等级衡量，测定流动性的方法用标准测仪器测量，测定值越高，表明流动性越好。人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念，所谓溢料间隙是指熔体塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值，流动性越好，溢料间隙要求越小。
二、收缩性、收缩率、比容和压缩
收缩率与：热胀冷缩、塑料品种、成型工艺（压力、温度、时间）、模具和塑件结构有关,所以设计模具时，需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。比容是单位重量的松散塑料所占有的体积。压缩率是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比。用它们可计算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容积尺寸。注射量是决定设备的主要条件。
三、结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂
结晶性即指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。聚合物的结晶性与它们的结晶度能力大小有关。挥发物含量指塑料中的挥发物包括水、氯、空气、甲醛等低分子物质的含量。热敏性指塑料的热稳定性差的性能。
四、熔结痕、内应力、制品的后处理
减少熔结痕，可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。减少应力措施：注射压力不宜取得过高，使用较高的料温和模温，保压时间要适度，可采取降压保压方法，成型后将制品进行热处理。制品的后处理（热处理）有退火处理和调温处理。
第3章 型腔数目的确定以及型腔型芯尺寸的确定
注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件，模具按型腔数目可以分为两类：
(1) 单型腔模具
该类型仅有一个型腔的模具，每次成型一个塑件。
(2) 多型腔模具
该类型有两个或两个以上的型腔，可一模制成成型多个塑件。目前常规设计都是单层腔。另外也有双层型腔模具，它的优点是在模板面积大小基本不变，获的加倍数量产品，提高经济效益。
3.1影响模具型腔数目的因素
确定模具型腔数目时，我们可以从以下几个方面考虑：
（1） 塑件大小与设备的关系 　
成型大或中型塑件时，一般采用单型腔。这一方面是考虑、塑料的充模流动性，要保证塑料充满型腔，另一方面，设计多个型腔则模具体积大而重，加工难度增大。中、小型塑件的成型模具设计多个型腔可以较好地发挥设备和模具能力，提高生产效率，实现经济化生产。
（2）充分利用现有设备
应优先考虑利用企业自己的生产资源，如成型设备，使生产更加经济。
（3）使塑件精度比较容易得到满足
一般，塑件精度要求不高时，对模具制造以及制品成型工艺的控制要求也较低。在此情况下，可以根据设备的能力计算，确定型腔数目。当塑件精度较高时，型腔过多会使制品质量难以保证，模具加工费过高，型腔数目愈多，对各个型腔的成型工艺条件控制的一致性也就愈差。
（4）不使模具结构复杂化
对形状较复杂或精度较高的塑件，有时为了增加一个型腔，模具结构会变得复杂得多，模具制造精度也提高了许多，所以考虑型腔数目要注意经济效益，不合算则予以避免。
（5）视塑件生产批量要求
当塑件生产批量不大时，为了降低成本，常常设计单型腔模具。塑件生产批量较大或很大时，模具需达到完成相应任务的能力，所以常常设计多个型腔。
（6）降低模具制造费用
模具费用是构成制品成本的一因素，为了降低制品成本，常常对模具费用作一定限制。复杂、精密塑件，其模具每增加一型腔，加工成本增大的数量十分可观。
总之，影响型腔数目因素较多且错综复杂，应统筹兼顾，切忌犯片面性错误

本模具的型腔布置图如下：

图2型腔位置布置图
图3.1 本模具的型腔布置图
3.2手机外壳注塑体积计算
根据塑件的生产批量及尺寸和精度要求采用一模两件。按照图如上塑料件图所示尺寸（小孔、沟槽等部位简化）近似计算：由于这款手机的外形酷似一个矩形，所以其的外形尺寸可以简单的近似为一个长a为114㎜，宽b为60㎜。厚h为0.6㎜的矩形片子，再简单的去掉中间的哪个大矩形和椭圆型，该塑件的基本外形尺寸就出来了。(其中，零件中部的那个椭圆也可以根据矩形的体积进行简单的计算)，该零件体积具体计算过程如下。

其中： =a×b×h=114×60×0.06㎜=4104㎜=4.1㎝
=3.2×2.6×0.06㎝=0.50㎝
1.42.80.06㎝=0.235㎝
所以由上可得： =4.1-0.50-0.235㎝
=3.365㎝
塑件体积 V=3.365㎝
查表6—1塑料ABS的密度为1.15~2.00g/cm(注射时取密度为1.38g/cm)
单件塑件重量级 m=3.365 1.38g=4.64g
3.3 型腔、型芯工作部位尺寸的确定
查表6-4ABS塑料的收缩率为0.3%~0.8%。
平均收缩率 S==0.55%；
型腔工作部件尺寸：
型腔径向尺寸 =[（1+S）- x△]
型腔深度尺寸 =[（1+S）Hs - x△]
型芯径向尺寸 =[（1+S）ls - x△]
型芯高度尺寸 =[（1+S）hs - x△]
式中 Ls——塑件外形径向基本尺寸的最大尺寸（mm）；
ls——塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）；
Hs——塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）；
hs——塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（mm）；
C——塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）；
x——修正系数，取0.5~0.75；
△——塑件公差（mm）；
——模具制造公差，取（1/3-1/4）0。
各工作部位尺寸计算结果如图2—20所示：通常，制品中1mm和小于1mm并带有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并带有大于0.1公差的部位不需要进行收缩率计算。

图3.2 加收缩率后制品尺寸图
3.4 塑料模成型零部件的设计
模具零件按照其作用可以分为成型零件和结构零件。成型零件如凸模（型芯）凹模（型腔），镶件，成型杆，螺纹成型杆及型环等。结构零件如导柱，导套，斜销，滑块，导板，锁紧块，定位圈，浇口套，推杆，推件板，推管，复位杆，拉料钩，垫块，固定板等。
成型零件的大部分表面直接与塑料接触，其形状往往比较复杂，精度与表面粗糙度要求也比较高，因此在设计时除了考虑保证塑件成型外，还要求便于制造与维修。
构成型腔的零件叫成型零件，由于成型零件受高温高压的塑料接触，受高速料流的冲刷，并在脱模时与塑件发生摩擦磨损，因此，制作材料要求具备足够的强度、刚度和耐磨性能。
1.凹模的结构设计
(1).整体式凹模
直接在一整块材料上加工而成的凹模即为整体式凹模。其特点是牢固，不易变形，成型出的塑件表面不会有模具接缝痕迹。
(2).整体嵌入式凹模
将凹模做为整体式，再嵌入模具的模板内，叫做整体嵌入式凹模 。其特点：
加工单个型腔的凹模方便；
节省贵重钢材；
易于维修更换；
各型腔凹模单独加工利于缩短制模周期。
(3).局部镶嵌式凹模
为了便于加工或对易损部位，应采取局部镶嵌式结构。如图4—28所示a、b为镶嵌凹模侧壁的局部凸起结构；c、d为镶嵌凹模底部的局部结构；e为对凹模中带有筋的部位 ，用一个或两个镶件制作后，再放入整体式凹模内。
(4).大面积镶嵌且合式凹模
为了便于机械加工、研磨、抛光和热处理，将凹模由几部分镶嵌组合而成。最常见的是镶拼整个凹模底部。如图4—29、图4—30所示。
(5).四壁拼合的组合式凹模
对于大型和形状复杂的凹模，可以把它的四壁及底分别加工经研磨之后入模套内，如图4—31所示。
2.型芯的结构设计
型芯是用来成型塑件内表面的零件。它也有整体式和镶拼组合式之分 。
成型零件工作尺寸的计算
成型零件上用来成型制品的那一部分尺寸叫工作尺寸又称成型尺寸。
(一)影响塑料制品尺寸精度的因素
1.成型零件的制造公差
所以成型尺寸的精度应当高于制品相对各尺寸的精度，一般，模具制造误差取塑件尺寸公差的三分之一或四分之一。
2.成型收缩率的影响
它包括设计模具选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及成型塑件时由于工艺条件波动、材料批号发生变化而造成塑件收缩率值的波动，前者造成塑件尺寸系统误差，后者造成塑件尺寸的偶然误差。
3.成型零件的磨损量
塑料在型腔中高速流动而冲刷型腔壁，脱模时，塑件与型腔、型芯相摩擦。由于成型过程中的磨损，凹模尺寸变得越来越大，型芯尺寸变得越来越小。假设型芯周向为均匀磨损，故认为中心距尺寸基本保持不变。
4.安装配合误差
成型过程中无动作要求的成型零件，一般采用过渡配合安装。要求动作的零件，如型芯，要求间隙配合安装，则对制品尺寸带来误差，动模与定模时，会产生合模位置误差。
5.水平溢边厚度的波动
采用溢式压缩成型塑件时，其水平溢边厚度常因工艺条件等因素的变化而波动，从而使制品高度尺寸误差增大。因此将压缩成型塑件的高度尺寸视为受模具活动部分影响的尺寸。
综上所述，制品可能产生的最大误差δ为上述各种误差的综合，即
δ=δz+δc+δs+δj+δf
δz——成型零件制造误差
δc——型腔使用过程中的总磨损量
δs——塑料收缩率波动引起塑件尺寸变化值
δj——因配合间隙变化引起塑件尺寸的变化值
δf——压制件水平溢边厚度波动引起的塑件高度尺寸变化。
各种误差累积后的误差值δ应小于或等于塑件的尺寸工差Δ，即δ≤Δ
第4章 浇注系统的设计
浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具的行腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统包括：主浇道 分浇道 冷料穴 浇口等组成。
4.1确定浇住系统的原则
塑料成型特性、设计浇住系统应适用所有塑料的成型特性的要求，以保证塑件的质量。
塑件的大小和形状、根据塑件的大小、形状、壁厚、技术要求等因素，结合分形面同时考虑浇注系统的形式，进料口数量和位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型心或型心受力不匀以及充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修正的余地。
模具成型塑件的型腔数设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。
塑件外观、设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便。同时不影响塑件的外表美观。
注射机安装模板的大小在塑件投影面积较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板的大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时的受力不匀。
成型效率、在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的恰好难题下尽量缩短流程，减少断面积以缩短流程填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。
冷料、在注射间隔时间。喷嘴的端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件的质量，故设计浇注系统是应该考虑储存冷料的措施。
4.2主浇道的设计
主浇道为直接与注射机的喷嘴相连的部分。熔体从喷嘴中以一定的动能喷出。由于熔体在料筒内以被压缩，此时流入模的空腔内，其哦体积必然膨胀，流速也略为减小。
主浇道的截面为圆形，整体为圆锥形，锥度为2·～4·，对于本产品所用的塑料ABS 采用2·。
主浇道的直径的决定、主要取决于住浇道内熔体的剪切速率。
根据经验： 主浇道的计算公式如下：

式中 D—主浇道大头直径（MM）
V—流经主浇道的的熔体体积（包括各个型腔、各级分浇道、主浇道以及冷了穴的容积）（） ，此时的V可以简单的相似与需要注射的塑料体积，根据初选注射机时的计算 ，我们可以简单的认为V=8.15
K—因熔体而异的常数，
ABS类 K=1.5
故：
4.3分浇道的设计
分浇道是连接主浇道和浇口的主要通道。
分浇道的直径的计算可以采用如下的经验公式计算：
（mm）
式中 D— 各级分浇道的直径 （mm）
W— 流经该分浇道的流体重量（g）
L— 流过W流体的分浇道的长度（mm）
4.4主浇道和分浇道的几何形状
（ 1） 主浇道为一圆锥孔，其小头正对注射机的喷嘴。因喷嘴外形为球面，所以主浇道小头孔端的外型应为一凹球面。
为了 配合紧密，防止溢料凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大2～3mm。
主浇道的个部分尺寸关系见图右：
分浇道的截面形状见表4.1
图4 浇口套示意图
表 4.1 国产注射机喷嘴的孔径和球面半径
型号
XS-Z-30
XS-30
XS-Z-60
XS-ZY-60
-125
-250
G54-S
200/400
XS-ZY-250
-300
-500

XS-ZY-1000

XS-ZY-2000
-4000
-7000

孔径
2
3～5
4
3、5、6、8
7、7.5
7～13
球半径
12
12
18
18
18
35
4.5 浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道。浇口的断面形状有圆形、矩形或正方形。取较小浇口的优点，可以增加物料的充模流速，产生摩擦热或增大剪切速率来提高流动性，控制浇口封闭时间，降低模塑周期，易于平衡各型腔的进料速度，尤其是使平衡式分流道达到各浇口同时进料，容易与塑件断离；浇口过小的缺点是会造成太大的流动阻力，延长进料时间。
4.5.1浇口形式及位置
浇口的类型有：
⑴ 直接浇口 ：又称主流道型浇口，其优点：利于排气和消除熔结痕，模具机构简单而紧凑。缺点：周期延长，超压填充，容易产生残余应力。适用于单腔模。形状如图4.2中的A）。
⑵ 侧浇口 ：一般开设在分型面上，由塑件侧面进料，广泛使用于多腔模。浇口与分流道相接处采取斜面或圆弧过度。形状如图4.2中的B）。
⑶ 扇形浇口：它是矩形侧浇口的一种变异形式，此浇口的加工虽困难一些，但有助于熔体均匀地流过扇形浇口。优点：使塑料充模时横向得到更均匀的分配，降低制品的内应力和带入空气的可能性。常用来成型宽度较大的薄片状制品。形状如图4.2中的D）。
⑷ 薄片浇口：其特点是将浇口的厚度减薄，而宽度取作浇口边制品宽度的1/4至全宽，浇口台阶长约0.65mm。优点：能使物料在平行流道内均匀分配，以较低的线速度呈平行流均匀地进入型腔，降低了制品的内应力，减少了因取向而产生的翘曲。缺点：提高了制品的生产成本。适于成型大面积的扁平制品。
⑸ 环形浇口：优点：进料均匀，流速大致相同，空气容易顺序排出，同时避免了侧浇口的型芯对面的熔结痕。主要用于圆筒形制品或中间带有孔的制品。形状如图4.2中的E）。
⑹ 轮辐浇口：这种浇口将整圆周进料改成了几小段圆弧进料，如图4.2所示。优点：去除浇口方便，浇口回头料较少。缺点：熔结痕增多，塑件强度受到影响。
⑺ 爪形浇口：分流道与浇口不在同一个平面内。
⑻ 护耳浇口 ：小浇口加护耳，作用：可以避免喷射现象，降低速度，均匀地进入型腔，确保制件质量。缺点：割除护耳比较麻烦。适于有机玻璃、聚碳酸脂等透明材料和大型ABS塑料成型。
⑼ 点浇口：是一种断面尺寸很小的浇口。优点：自行切断，无需修剪浇口，生产效率高。单腔模多腔模均适用。断离后的点浇口凝料可以由手工取出或靠点浇口自动脱落机构脱模。
⑽ 潜伏浇口：采用潜伏浇口只需要两板式的单分型面模具，而采用点浇口则需要三板式的双分型面模具。其特点：.浇口位置一般选择在制品侧面不影响外观的地方或加工圆柱形分流道；分流道设置在分型面上；浇口部位宜设计为镶拼结构。

A） B） C）

D） E）
图 4.2 各式浇口示意图
4.5.2 浇口的形式的确定和位置选择
根据本产品的结构特点和生产特性，浇口形式采用潜伏式浇口，并避开高光亮的区域。一般浇口位置对制品质量影响极大，在选择上应注意以下几点：
1.避免熔体破裂在塑件上产生缺陷
2.考虑分子定向对塑件性能的影响
3.有利于流动、排气和补缩
4.在多腔模中，各个型腔浇口方位必须保持一致
5.减少熔结痕和提高熔结痕的强度
6.校核流动距离比
7.浇口位置应使浇口便于修整
8.防止料流将型芯或嵌件挤歪变形
根据以上几点和本套塑件的形状、尺寸、精度要求，确定把浇口位置开在如下图的位置，既手机的侧壁。
4.5.3浇口直径计算
由于本套设计的产品尺寸较小，所以浇口直径根据经验直接去 d=1mm

图4.3 浇口位置示意图
4.6 排溢系统设计
当塑件熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔中及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。注射成型时的排气通常有如下四种方式进行。①利用配合间隙排气 ②在分型面上开设排气槽排气 ③利用所有排气塞排气 ④强制性排气
本塑件采用第一种，其具体深度可按下表3选取 取0.03mm
表4.1 分型面上排气槽深度 (mm)
塑料
深度h
塑料
深度h
聚乙烯PE
0.02
聚酰胺PA
0.01
聚丙烯PP
0.01~0.02
聚碳酸酯PC
0.01~0.03
聚苯乙烯PS
0.02
聚甲醛POM
0.01~0.03
ABS
0.03
丙烯酸共聚物
0.03
第5章 注射机的选择和校核
5.1 注射机的分类
注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要装备，按其外形可以简单的分为立式、卧式、直角式三种。卧式注射机的结构图5.1如下，根据注射机的工作过程，一般可将注射机分为以下几个部分：
　1.注射装置
　　注射装置的主要作用是使固态的塑料颗粒均匀地塑化呈熔融状态，并以足够的压力和速度将塑料熔体注入到闭合的型腔中。
　2.锁模装置
　　锁模装置的作用有三点：第一是实现模具的开模动作
　　　　　　　　　　　　　第二是在成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧
　　　　　　　　　　　　　第三是开模时推出模具内制件

图 5.1 卧式注射机的结构图
3.液压传动和电器控制
　　液压传动系统是注射机动力系统，而电器控制系统则是控制各个动力液压缸完成开启，闭合和注射，推出等动作的系统。
5.2 初选注射机
注射量的确定：经计算，（引第2章，手机外壳注塑体积计算）该塑料制件的单件质量为：
浇注系统的重量可根据图1.1浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积；

粗略估计浇注系统质量：
总体积为：
总重量为：
满足注射量：
式中： —额定注射量
—塑件与浇注系统凝料体积
由上可得：
==9.688=9.69
或

式中： — 额定注射量（g）
—塑件与浇注系统凝料的重量和（g）
— 聚苯乙烯的密度（g/ ）：
— 塑件采用塑料ABS的密度（g/ ）。
/（）=8.13×1.05／（1.054×0.8）g=10.1g
2） 注射压力：
由《模具设计指导书》中表6-5可知 ABS塑料成型时的注射压力 = 70～90MPa
锁模力：
式中 p—塑料成型时型腔压力，ABS塑料的型腔压力P=30MPa；
F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（）。
各型腔及浇注系统及个型腔在分分型面上的投影面积：
F=（2）
根据以上分析，计算、查表《模具设计指导》一书中的表6-24 初选注射机型号为：XS-Z-30。
注射机XS-Z-30 有关技术参数如下：
最大开合模行程： 160mm
模具最大厚度： 180mm
模具最小厚度： 60mm
喷嘴圆弧半径： 12mm
喷嘴孔直径： 2mm
动、定模板尺寸： 250mm×280 mm
拉杆空间 235mm
选择标准模架
根据以上分析，计算以及行腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。查（〈模具设计指导〉一书中）表7-1、7-6选用：
-315315-10 GB/T 12556.1—1990
结构图如右： 图 5.2 模架示意图
定模板厚度：A=32mm
动模板厚度：B=40mm
垫块厚度： C=80mm
模具厚度： H=50+A+B+C=（50+32+40+80）mm=202mm
模具外型尺寸：400㎜×400㎜×202㎜
5.3 校核注射机
1）注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 由于在初选注射机和选用标准模板的架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注射压力、模具厚度等不需要校核，已符合注射机的要求。
2）开模行程的校核 注射机最大开模行程S
S≥2（5～10）
式中 －塑料制品的高度（㎜）
－浇注系统的高度（㎜）
如浇注图所示：主流道和分流道位于件的下方，所以
2（5～10）=[2×5+（5～10）]（㎜）
= 20 （㎜）
故满足要求
（3）模具在注射机上的安装 从标准模架外姓尺寸看小于注射机的拉杆空间，并采用压板固定模具，所以所选注射机规格满足要求
㈡ 计算校核注塑机成型工艺参数是否满足制品成型的要求。
1.最大注射量的校核计算
（8-1）
式中 -------注塑机公称注射量，cm3
-------每模的塑料体积量，cm3；是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的体积总和。
注塑机公称注射量是以注射聚苯乙烯塑料为基础，当注射其他塑料时，应换算成其他塑料时的最大注射量V’公。
(P2/P1)为注射塑料的密度（g/cm3）与聚苯乙 烯密度之比。 成型热敏性塑料时一模的注射量最好不底于设备最大注射量的20%，物料在料筒内停留时间过长会发生分解，导致制品成型质量变劣。
第6章 推出机构设计
6.1脱模机构的选用原则
脱模机构的选用原则：使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形）；推力分布依脱模力的大小要合理安排；推杆的受力不可太大，一面造成塑件的被推部分产生隙裂；推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；推杆位置痕迹须不影响塑件外观；脱模机构的运动应保证灵活、可靠、不发生误动作。
推出力计算：脱模力，是指在塑料成形时，由于尺寸上的收缩，对模屦的凸出部位有保紧力。脱模机构的符合就是包紧力对脱模方向上形成的阻力。
根据塑料在成型是有明显的收缩，故手机的模件在注塑后会自动留在凸模上。当脱模斜度不大时（一般是指<5度）初始脱模力最大，一经推动，脱模力即迅速减小。所以脱模力的计算（计算的目的是为了设计推杆）必须按照无脱模斜度的条件计算。
当脱模斜度>5度时，可以计入脱模斜度的影响。