手机保护罩的注射模设计.doc

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1、上海第二工业管理学院 毕 业 设 计题目手机保护罩的注射模设计 系别 机电系 专业 模具设计与制造 班级 模具班 姓名 学号 0801 指导教师 日期 2011年4月 目 录摘要2第一章：塑件成型工艺性分析3第二章：模流分析7第三章：拟定模具结构17第四章：注塑机型号的确定20第五章：浇注系统形式和浇口的设计21第六章：成型零件尺寸表25第七章：模架的确定和标准件的选用28第八章：脱模推出机构28第九章：排气系统的设计32第十章：冷却系统的设计32第十一章：型腔数量及注射机有关工艺参数的校核34第十二章：非标零件的加工工艺 37小结 41致谢 45参考文献 46 手机保护罩的计算机辅助设计摘要

2、：本课题主要是针对手机保护罩的注射模设计。从模具的开模和分型开始，再结合一定的理论知识和成型工艺的要求进行整套模具的设计和必要的尺寸计算等，设计出结构合理的模具。在设计过程中运用了MOLD FLOW、PRO/E、UG、AUTOCAD2007。运用MOLD FLOW做模具的模流分析、PRO/E做模具的结构设计、UG做模具的加工程序、AUTOCAD2007绘制零件的装配图和零件图。关键词：聚碳酸酯工艺分析、结构方案、浇注系统、脱模结构、斜顶针 Computer Aided Design of mobile protection coverAbstract：This topic is mainly

3、aimed at mobile protective shield of the injection mold，Mold from the mold and start typing，Combined with theoretical knowledge and process requirement for complete mold design and the necessary size calculation，Reasonable structure of the mold design，In the design process used the MOLD FLOW、PRO/E、U

4、G、AUTOCAD2007、MOLD FLOW make molds using mold flow analysis、PRO / E to do the structural design of mold、UG do mold processing、AUTOCAD2007 draw assembly drawings of parts and parts diagram。Key words: Polycarbonate process analysis、Structure of the program、Gating system、Stripping structure、Oblique thi

5、mble.第一章 塑件成型工艺性分析一、塑件 图1.1 塑件1. 塑件尺寸如图1.1所示2. 塑料名称：聚碳酸酯（PC）3. 色调：无色透明4. 生产纲领：小批量5. 塑件结构及成型工艺性分析（1）结构分析如下 该零件为手机保护罩，对于外观要求较高，不允许出现熔接痕、顶杆痕迹、印纹等。在塑件的两边有内凹结构，成型时推出要平稳，而且需要斜顶针，零件壁厚很薄需要用推板推出。（2）成型工艺分析如下1精度等级 选为5级，MT52脱模斜度 36塑件壁厚 聚碳酸酯树脂（PC）作为一种综合性能比较优秀的热塑性工程塑料，在国民经济不少领域都已得到应用，其制品可用注塑、挤塑吹塑、吸塑等成型工艺制备。在使用注射成

6、型制成的产品中，不乏有作为结构零件使用的实例。然而由于注射成型的一般规律和PC本身的一些工艺特性，故在产品设计时，其壁厚一般均要求在0.5-5.0mm围内，而且要求壁厚能均匀过渡。8. 塑件的原材料分析PC是分子链中含有碳酸酯一类化合物的总称。在其分子主链结构中除了含有酯基外，还有苯环和异丙基。碳酸酯链赋予PC有一定的柔顺性和韧性；而苯环则赋予PC具有刚性，因此这些基团使PC具有既韧又刚的力学性能。主链苯环空间位阻大，因此在一定程度上刚性占有主导地位，这正是PC制品容易造成内应力甚至制品易开裂的主要原因之一。为此，要求制品合理设计并正确掌握成型工艺。酯基对水敏感，易吸潮水解，特别是在高温下树脂

7、更易水解。将透明的PC产品在121、0.015MPa水中反复蒸煮10次，则会完全失去透明度而成为乳白色不透明产品。这就要求PC树脂在成型加工之前必须进行充分的干燥处理，在加工过程中对于加料斗中的或待加工已经干燥的树脂，必需采取严格的保温措施，以防树脂重新吸潮。目前常用的PC树脂，大部分是以双酚A作为主要原料聚合而成的。对此类的PC，链节重复单元较长（约100左右）每一个链节中又有两个苯环，它限制了分子的柔顺性，导致PC的玻璃化温度和熔融温度都比较高，熔体黏度较大。PC分子链虽对称简单，但结构庞大，空间位阻大，使PC成为无定形结构，无明显熔点。PC的这些特征要求模具的浇道、浇口设计短而粗，尽量减

8、少熔体流动阻力，同时需采用较高的注射压力，而较高的注射压力，可能会因PC分子刚性大，取向和解取向都困难，使制品内应力较大。PC树脂的熔体黏度较高，可多达1.0x104Pas（比一般的塑料要大出2个数量级），而且熔体黏度对剪切速率的依赖性较小，对注射压力的依赖性较小，而对温度的敏感性较大。这就是说要提高熔体的流动性，应采用提高注射温度的办法而不是采用增大注射压力的办法来实现。二：热塑性塑料的注射成型过程及工艺参数1. 注射成型过程 （1） 成型前准备。成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡。（2） 注射过程。在料筒内经过加热，塑化达到流

9、动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型。过程可分为充填、压实、保压、倒流、和冷却。（3） 塑件后处理2. 注射工艺参数 表1.1塑件注射成型工艺参数如表1所示，试模时，可根据实际情况作适当调整。表1.1 注射工艺参数料筒温度喂料区7090（80）区1230270（250）区2260310（270）区3280310（290）区4290320（290）区5290320（290）喷嘴300320（290）括号内的温度建议作为基本设定值，行程利用率为35和65，模件流长与壁厚之比为50：1到100：1熔料温度280310料筒恒温220模具温度80110注射压力因为材料流动性差，需要很高的注射压力：

10、90-110MPa保压压力注射压力的4060；保压越低，制品应力越低背压1015MPa（100150bar）注射速度取决于流长和截面厚度：薄壁制品需要快速注射；需要好的表面质量，则用多级慢速注射螺杆转速最大线速度为0.6m/s；使塑化时间和冷却时间对应；螺杆需要大扭矩计量行程（0.53.5）D残料量26mm，取决于计量行程和螺杆直径预烘干在120温度下烘干3h；保持水份低于0.02，会使得力学性能更优回收率最多可加入20回料；较高的回料比例会保持抗热性，但力学性能会降低收缩率0.60.8，若为玻璃增强类型，0.20.4浇口系统浇口直径应该至少等于制品最大壁厚的6070，但是浇口直径至少为1.2

11、mm（浇口斜度为35，或表面质量好的制品需要2）；对壁厚均匀的较小制品可采用点式浇口机器停工时段如生产中断，操作机器像挤出机那样直到没有塑料挤出并且温度降到200左右：清洗料筒，用高粘性PE，将螺杆从热料筒中抽出并用钢丝刷刷去残料料筒设备标准螺杆，止逆环，直通喷嘴三：PC的主要性能指标聚碳酸酯（Polycarbonate，简称PC）是一种无色透明的无定性热塑性材料。其名称来源于其内部的CO3基团。聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，需要添加阻剂才能符合UL94 V-0级。但

12、是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价格差异在日益缩小。 不能长期接触60以上的热水，聚碳酸酯燃烧时会发出热解气体，塑料烧焦起泡，但不着火，离火源即熄灭，发出稀有薄的苯酚气味，火焰呈黄色，发光淡乌黑色，温度达140开始软化， 220熔解，可吸红外线光谱。聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。密度：1.201.22 g/cm 线膨胀率：3.810 cm/cmC 热变形温度：130C。 不耐强酸，不耐强碱。聚碳酸酯耐酸，耐油。聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。

13、聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。第二章 模流分析目前，CAD/CAM技术已经比较成熟的运用在注塑模具设计与制造中，且能制造出高质量和高精度的模具，但如果仅凭经验的进行设计、制造，必将会进行多次的修模，浪费大量的时间与成本。因此，需要运用CAE技术对产品进行模流分析。注塑成型CAE技术采用有限元计算方法来模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品质量的影响，它可以模拟塑料制品在注塑成型过程中的流动，保压和冷却过程以及预测制品中的应力分布、分子取向、收缩和翘曲变形等，帮助设计人员及早发现问题，及时修改模具设计，提高一次试模成功率，帮助企业缩短产品上市周期，

14、增强市场竞争能力。单个塑件模流分析：模型详细资料 : 图1：划分网格图 网格类型 = 双层面网格匹配百分比 = 89.8 %相互网格匹配百分比 = 86.5 % 节点总数 = 3427 注射位置节点总数 = 1 注射位置节点标签是: 2754 单元总数 = 6862 制品单元数 = 6862 主流道/流道/浇口单元数 = 0 管道单元数 = 0 连接器单元数 = 0 分型面法线 (dx) = 0.0000 (dy) = 0.0000 (dz) = 1.0000 三角形单元的平均纵横比 = 3.2478 三角形单元的最大纵横比 = 96.1119 具有最大纵横比的单元数 = 112 三角形单元的

15、最小纵横比 = 1.1570 具有最小纵横比的单元数 = 2277 总体积 = 2.7710 cm3 最初充填的体积 = 0.0000 cm3 要充填的体积 = 2.7710 cm3 要充填的制品体积 = 2.7710 cm3 要充填的主流道/流道/浇口体积 = 0.0000 cm3 总投影面积 = 7.7080 cm2注塑机参数：注塑机参数: 最大注塑机锁模力 = 7.0002E+03 tonne 最大注射压力 = 1.8000E+02 MPa 最大注塑机注射率 = 5.0000E+03 cm3/s 注塑机液压响应时间 = 1.0000E-02 s 工艺参数: 充填时间 = 0.4000 s

16、 自动计算已确定注射时间。 射出体积确定 = 自动 冷却时间 = 20.00 s速度/压力切换方式 = 自动 保压时间 = 10.0000 s 螺杆速度曲线(相对): % 射出体积 % 螺杆速度 - 0.0000 100.0000 100.0000 100.0000 保压压力曲线(相对): 保压时间 % 充填压力 - 0.0000 s 80.0000 10.0000 s 80.0000 20.0000 s 0.0000 环境温度 = 25.0000 C 熔体温度 = 277.0000 C 理想型腔侧模温 = 95.0000 C 理想型芯侧模温 = 95.0000 C充填分析充填阶段: 状态:

17、V = 速度控制 P = 压力控制 V/P= 速度/压力切换|-| 时间 | 体积 | 压力 | 锁模力 | 流动速率|状态 | (s) | (%) | (MPa) | (tonne) |(cm3/s) | |-| 0.02 | 3.94 | 10.63 | 0.03 | 6.12 | V | 0.04 | 8.36 | 18.44 | 0.10 | 6.18 | V | 0.06 | 12.83 | 26.08 | 0.19 | 6.24 | V | 0.08 | 17.14 | 33.14 | 0.31 | 6.37 | V | 0.10 | 21.74 | 40.07 | 0.44 |

18、6.46 | V | 0.12 | 26.31 | 46.41 | 0.58 | 6.54 | V | 0.14 | 31.22 | 52.49 | 0.72 | 6.61 | V | 0.16 | 35.59 | 58.12 | 0.88 | 6.61 | V | 0.18 | 40.38 | 65.05 | 1.10 | 6.62 | V | 0.20 | 45.00 | 72.23 | 1.33 | 6.64 | V | 0.22 | 49.68 | 79.71 | 1.59 | 6.67 | V | 0.24 | 54.39 | 87.55 | 1.88 | 6.72 | V | 0.

19、26 | 58.96 | 94.93 | 2.17 | 6.76 | V | 0.28 | 63.54 | 102.06 | 2.44 | 6.79 | V | 0.30 | 68.14 | 108.80 | 2.72 | 6.82 | V | 0.32 | 72.79 | 118.13 | 3.18 | 6.81 | V | 0.34 | 77.24 | 127.13 | 3.65 | 6.85 | V | 0.36 | 81.69 | 135.33 | 4.10 | 6.88 | V | 0.38 | 86.31 | 142.41 | 4.52 | 6.91 | V | 0.40 | 90

20、.75 | 148.30 | 4.92 | 6.93 | V | 0.42 | 95.19 | 157.54 | 5.85 | 6.93 | V | 0.42 | 95.52 | 158.15 | 5.95 | 6.80 | V/P | 0.43 | 97.38 | 126.52 | 5.42 | 3.53 | P | 0.44 | 98.19 | 126.52 | 5.63 | 3.31 | P | 0.46 | 99.82 | 126.52 | 5.94 | 2.30 | P | 0.46 | 99.93 | 126.52 | 5.99 | 2.22 | P | 0.46 |100.00

21、| 126.52 | 6.01 | 2.22 |已充填 |-|充填阶段结果摘要 : 最大注射压力 (在 0.422 s) = 158.1520 MPa 充填阶段结束的结果摘要 : 充填结束时间 = 0.4626 s 总重量(制品 + 流道) = 3.1842 g 最大锁模力 - 在充填期间 = 6.0085 tonne 推荐的螺杆速度曲线(相对): %射出体积 %流动速率 - 0.0000 28.7720 10.0000 55.4869 20.0000 80.5013 30.0000 93.8049 40.0000 83.8582 50.0000 90.6897 60.0000 100.000

22、0 70.0000 88.9774 80.0000 96.7963 90.0000 80.0855 100.0000 23.6146 % 充填时熔体前沿完全在型腔中 = 0.0000 % 制品的充填阶段结果摘要 : 体积温度 - 最大值 (在 0.422 s) = 290.6630 C 体积温度 - 第 95 个百分数 (在 0.422 s) = 286.1520 C 体积温度 - 第 5 个百分数 (在 0.462 s) = 186.9950 C 体积温度 - 最小值 (在 0.462 s) = 95.0000 C 剪切应力 - 最大值 (在 0.381 s) = 6.2901 MPa 剪切

23、应力 - 第 95 个百分数 (在 0.420 s) = 1.4446 MPa剪切速率 - 最大值 (在 0.141 s) = 1.6666E+04 1/s 剪切速率 - 第 95 个百分数 (在 0.020 s) = 1.5758E+04 1/s制品的充填阶段结束的结果摘要 : 制品总重量(不包括流道) = 3.1842 g 体积温度 - 最大值 = 287.7720 C 体积温度 - 第 95 个百分数 = 283.1580 C 体积温度 - 第 5 个百分数 = 186.9970 C 体积温度 - 最小值 = 95.0000 C 体积温度 - 平均值 = 259.3190 C 体积温度

24、- 标准差 = 29.6289 C剪切应力 - 最大值 = 4.1304 MPa 剪切应力 - 第 95 个百分数 = 0.8572 MPa 剪切应力 - 平均值 = 0.3859 MPa 剪切应力 - 标准差 = 0.2206 MPa冻结层因子 - 最大值 = 1.0000 冻结层因子 - 第 95 个百分数 = 0.2215 冻结层因子 - 第 5 个百分数 = 0.0000 冻结层因子 - 最小值 = 0.0000 冻结层因子 - 平均值 = 0.0480 冻结层因子 - 标准差 = 0.0687剪切速率 - 最大值 = 8693.3203 1/s 剪切速率 - 第 95 个百分数 =

25、2139.0701 1/s 剪切速率 - 平均值 = 615.7250 1/s 剪切速率 - 标准差 = 741.9620 1/s塑件充填区域图2.2：从图中可看出塑件已经充填满 图2.2 塑件填充区域图充填时间图2.3：从图中可看出充填时间为0.4626s最后充填的区域为右下尖角图2.3填充时间图气穴图2.4：从图中可看出气穴出现在中间及塑件边角。可通过在模具分型面处增大适当间隙排除气体，和降低模具温度不要让塑件产生气泡，还可以在烘料时把原料中的水分除尽来解决问题。 图2.4 气穴熔接痕图2.5：从图中可明显看出四个熔接痕。解决办法1.塑料温度太低 提高机筒。喷嘴及模具温度2注射速度太慢 提

26、高注射速度 3.改变塑件结构，降低成型工艺要求。图2.5 熔接痕注射压力图2.6：从图中可看出注射压力太高达到158Mpa,可以把浇口位置放到塑件中间，这样可以减小浇口到尖角的距离，从而降低注塑压力。还可以改变塑件的尖角形状，使其过度圆滑。 图2.6 注塑压力图推荐的螺杆速度 图2.7图2.7推荐的螺杆速度图结论：此次分析存在的主要问题是注射压力太大，气泡多，熔接痕多，可以通过调节零件结构，和模具结构以及工艺参数的方法来解决。调节零件结构和工艺参数后在做模流分析得出结果如下所示：熔接痕图2.8 图2.8 熔接痕通过与图2.5比较，可看出塑件上面的熔接痕明显减少，而且分布在结合处，符合流动的规律

27、。气穴图2.9图2.9 气穴图通过与图2.4比较，可看出塑件上面的气泡减少很多。注射压力图2.10图2.10 注塑压力图通过与图2.6比较可看出塑件的注射压力明显升高，在浇口位置注射压力达到180，可改变模具结构来降低塑件的注塑压力。通过以上两种塑件结构的注塑工艺参数的对比，可以看出改变零件上面难成型的结构从而提高塑件的注塑质量是可行的。第三章：拟定模具结构形式一：分型面选择分型面的形状应尽可能简单，以便于制品成形和模具制造。分型面的形状可以是平面、阶梯面或者曲面。一般情况下只采用一个与注射机开模方向相垂直的分型面，而且尽可能用简单的平面作为分型面。选择分型面时应遵守如下原则：1.分型面应选择

28、在制品的最大截面处，否则制品无法脱模。在选择分型面时，这是首要原则。2.尽可能使制品留在动模一侧，因为注射机的推出液压缸设在动模一侧，制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置。3.有利于保证制品的尺寸精度4.有利于保证制品外观质量，动、定模相配合的分型面上稍有间隙，熔体就会在制品上产生飞边，影响制品的外观质量。因此在制品平滑平整的表面或圆弧曲面上，应尽量避免选择分型面。5.尽可能满足制品的使用要求，在注射成形过程中，制品上会产生一些很难避免的工艺缺陷，如脱模斜度、飞边及推杆与浇口痕迹等。在分型面设计时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响制品的使用功能。6.尽量减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所

29、需锁模力。7.长型芯应置于开模方向，当制品在相互垂直的两个方向都需要设置型芯时，应将较短的型芯置入侧抽芯方向，有利于减小抽拔距。8.有利于排气9.有利于简化模具结构10.在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便结论：根据分型面应选择在制品的最大截面处，尽可能使制品留在动模一侧等原因，有以下两种方案可供选择。方案1：选择塑件外表面图3.1图3.1 外边面分型面方案2：选择塑件内表面图3.2图3.2内表面分型面通过分析：由于该塑件有内凹结构，需要斜顶针，如果选择外表面会干涉斜顶针的运动，所以选择塑件内表面为分型面。开模图3.3： 图3.3 开模图二：确定型腔数量及排列方式型腔数量：该

30、塑件为小型塑件 先暂定为一模两腔。排列方式：1.型腔在模板上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等。在设计时应注意以下几点：2.尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定。3.型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。4.尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。5.型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工困难。除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下，常用直线形排列和H形排列。结论：为了保证制品质量的均一和注塑过程受力平衡，型腔布置和浇口开设部位对称，并使型腔排列得紧凑更加便于加工.具体型腔图

31、见3.4图3.4 型腔三维图 三：模具结构形式的确定图3.5 通过分析该塑件有小的内凹结构，需要选择斜顶针。图3.5 斜顶针三维图 推板三维 图3.6图3.6 推板三维图第四章：注塑机型号确定1:塑件质量、体积计算1） 塑件体积:=6.86cm32） 塑件质量：8.24g2：浇注系统凝料体积初步估算可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模两腔，所以浇注系统凝料体积为 =20.6=8.23cm33:该模具一次注射所需塑料PC体积 =+=15.09cm3质量 m=18.1g4：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1）=245mm100mm=9000mm2投影面积按照经验取=1

32、000mm2总投影面积A=10000mm2=10000110N=1100000N=1100KN取110MP(PC注射压力为80-120MP取大值，因为塑件为薄壁零件)2)选择注射机根据每一周期的注射量和锁模力的计算值，可选用SZ-250/1250(上海第一塑料机械场) 注射机主要技术参数见下表4.1： 表4.1 注塑机参数图结构类型注射容量螺杆直径注射压力注射速率塑化能力螺杆转速锁模力 卧270 45 160 11018.9102001250拉杆内向距移模行程最小模厚锁模形式定位孔径喷嘴半径415*415360 150双曲肘 160 14 第五章：浇注系统形式和浇口的设计一：主流道的设计 设计原则：1结合型腔布置考虑，尽可能采