基于UG手机保护壳注塑模具设计

摘要

根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，直浇口进料，注射机采用HTF80XB 型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。

关键词：机械设计；模具设计；CAD绘制二维图；塑件。

Abstract

To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a sprue gate feed injection machine adopts TOSHIBA the EC40-Y models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.

Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; molde

目录

第1章绪论 (1)

1.1 塑料简介 (1)

1.2 注塑成型及注塑模 (2)

第2章塑料材料分析 (3)

2.1 塑料材料的基本特性 (4)

第3章塑件的工艺分析 (6)

3.1 塑件的结构设计 (3)

3.2 塑件尺寸及精度 (3)

第4章注射成型工艺方案及模具结构的分析确定 (9)

4.1 浇口种类的确定 (9)

4.2 型腔数目的确定 (10)

4.3 注射机的选择和校核 (10)

4.3.1注射量的校核 (11)

4.3.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 (12)

4.3.3模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 (12)

第5章注射模具结构设计 (12)

5.1 分型面的设计 (12)

5.2 型腔的布局 (12)

5.3 浇注系统的设计 (13)

5.3.1浇注系统组成 (13)

5.3.2主流道的设计 (14)

5.3.3分流道的设计 (14)

5.3.4浇口的设计 (15)

5.3.5冷料穴的设计 (15)

5.4注射模成型零部件的设计[7] (16)

5.4.1成型零部件结构设计 (17)

5.4.2成型零部件工作尺寸的计算 (17)

5.5排气结构设计 (17)

5.5.1 凹模宽度尺寸的计算 (17)

5.5.2 凹模长度尺寸的计算 (18)

5.5.3 凹模高度尺寸的计算 (18)

5.5.4 凸模宽度尺寸的计算 (19)

5.5.5 凸模长度的计算 (20)

5.5.6凸模高度尺寸的计算 (21)

5.6脱模机构的设计 (21)

5.6.1脱模机构的选用原则 (22)

5.6.2脱模机构类型的选择 (23)

5.6.3推板机构具体设计 (23)

5.7直向抽芯机构类型选择 (24)

5.7.1滑块直抽芯机构设计 (25)

5.8斜推杆的设计 (26)

5.9斜推杆的设计要点 (27)

5.10斜推杆倾斜角的确定 (29)

总结 (29)

致谢 (24)

参考文献 (25)

第1章绪论

模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。

1.1塑料简介

塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。

1.2注塑成型及注塑模

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。

要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。

注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的

可挤压性和可模塑性。

第2章 塑料材料分析

2．1 塑料材料的基本特性

ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS 具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS 有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS 坚韧，苯乙烯使ABS 有良好的加工性和染色性能。ABS 价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。

ABS 无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02--1.053cm g 。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS 几乎没有影响， ABS 不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS 表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS 有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C ?左右，热变形温度约为93C ?耐气候性差，在紫外线作用下ABS 易变硬发脆。

第3章 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

手机保护壳塑件如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。

图（1）3D视图

3．1 塑件的结构设计

（1）、脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5 ，根据文献[1]，塑件材料ABS 的型腔脱模斜度为0.35/～1 30/，型芯脱模斜度为30/～1

3．2 塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使

用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

第4章注射成型工艺方案及模具结构的分析确定

4．1 浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。

由于本设计中手机保护壳塑件外表面质量要求较高，所以选用直浇口。直浇口直接在中间的圆端面处进，手机保护壳塑件组装后，浇口被遮挡起来。

直浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。

4．2 型腔数目的确定

因为本设计中采用直浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模二腔，进行加工生产。

4．3 注射机的选择和校核

由于采用一模二腔，需要至少注射量为24.4g，流道水口废料5g，总注塑量达到29.4g，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，选定注射机为海天80XB。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：

海天HTF80XB

4.3.1 注射量的校核

模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：

m m nm %8021≤+

式中 n --型腔数量

1m --单个塑件的体积（3cm ）

2m --浇注系统所需塑料的体积（3cm ）

本设计中：n=2 =1m 12.2 3cm 2m =53cm

M=2x12.2+5=29.4g （约等于）

注塑机额定注塑量为156g

注射量符合要求

4.3.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核

注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。

A A nA <+21

式中 n --型腔数目

1A --单个塑件在模具分型面上的投影面积

2A --浇注系统在模具分型面上的投影面积

n=2 1A =67252m m 2A =1502m m

21A nA +=2x6725+150=136002m m

注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即：

（21A nA +）P < F

式中： P —塑料熔体对型腔的成型压力（MPa ）

F —注射机额定锁模力（N ）

其它意义同上

根据教科书表5-1，型腔内通常为20-40MPa ，一般制品为24-34MPa ，精密制品为39-44MP

（21A nA +）P=13600x1.1x0.01=448.8KN<800KN

锁模力符合要求

4．3．3模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核

（1）、模具厚度（闭合高度）

模具闭合高度必须满足以下公式

max min H H H <<

式中 min H --注射机允许的最大模厚

max H --注射机允许的最小模厚

本设计中模具厚度为300mm 150

符合要求

（2）、开模行程（S ）的校核

模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。

注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于多分型面注射模应有：

mm H H S S 10~521max ++=≥

式中 1H --推出距离

2H --包括浇注系统凝料在内的塑件高度

2H =（水口料的长度+20~30）

本设计中 max S =310mm 1H = 15 mm 2H =90+30=120 mm

总的开模距离需要H=135mm 以上

经计算，符合要要求。

（3）、顶出装置的校核

在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两直顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。

海天80XB 型注射机为两直推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。

第5章 注射模具结构设计

5．1 分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑：

1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

2）使塑件在开模后留在动模上；

3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；

4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；

5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；

6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一直，两直出滑块。

分型面的选择

5．2 型腔的布局

型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔。

图（4）型腔布局方式

5．3 浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系

统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通直浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。

5．3．1 浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。

1－主浇道 2－第一分浇道 3－第二分浇道 4－第三分浇道

5－浇口 6－型腔 7－冷料穴

5．3．3 主流道的设计

流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。

（1）、主流道的尺寸

设计中选用的注射机为海天80XB ，其喷嘴直径为3.5mm ，喷嘴球面半径为16mm ，根据图（6），主流道各具体尺寸如下：

3=α mm R 18216=+=

mm H 3= =L mm 90 =+=2tan 2α

L d D mm 5.7

（2）、主流道衬套的形式

选用如图所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位球设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用67/m H 。

图（7）主流道衬套及其固定形式

（3）、主流道衬套的固定

主流道衬套的固定，采用上模固定板直接压住附固定。

5．3．4 分流道的设计

分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑,且采用直浇口。如图所示。

主流道和直浇口的位置

5．3．5 浇口的设计

浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，直浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。

浇口的位置选择原则：

浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：

1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使

1)流程(包括分支流程)为最短；

2)每一股分流都能大致同时到达其最远端；

3)应先从壁厚较厚的部位进料；

4)考虑各股分流的转向越小越好。

2. 有效地排出型腔内的气体。

根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，采用直浇口。

浇口一般尺寸如CAD图所示，根据此图结合实际选用适当值。

5．3．6 冷料穴的设计

主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为mm

5，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的z形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图（8）所示。5．4 注射模成型零部件的设计

模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。

5．4．1 成型零部件结构设计

成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。

1）、凹模的设计

凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的

形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、

镶拼组合式和瓣合式四种类型。

本设计中采用整体式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。

型腔3D图

2）、凸模的设计

本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，

型芯与动模板的配合可采用6

H。

/7P

型芯3D图

5．4．2 成型零部件工作尺寸的计算

成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。

在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。

由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。

塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定ABS材料的平均收缩率为0.5%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：

+

.0

=

B

A005

B

式中 A —模具成型零部件在常温下的尺寸

B — 塑件在常温下实际尺寸

成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。

5．5 排气结构设计

排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。

在塑料熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。

由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。

此塑件未注上下偏差，所以以下公差都是查表所得。

5.5.1 凹模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：相应的塑件制造公差，

L M1=[(1хS CP )]+L S1+X 1ХP 1]00.22=[(1Х0.015)]+60+0.6Х0.7]00.22=60.300.22mm 式中，cp S 是塑件的平均收缩率，聚丙烯的收缩率为1%~2%,所以平均收缩率015.02

02.001.0=+=cp S ；1x 、2x 是系数， x 一般在0.5~0.8之间，此处取6.021==x x ；21??、分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；21z z δδ、是塑件上相应尺寸制造公差对于中小型零件取?=6

1z δ（下同）。