基于solidworks的手机壳注射模具设计.docx
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基于solidworks的手机壳注射模具设计
本科毕业设计（论文）
基于SolidWorks的手机壳注射模具设计
学院名称机械与汽车工程学院
专业班级 材控
学生姓名
导师姓名
年月日
基于SolidWorks的手机壳注射模具设计
作者姓名
专业
指导教师姓名
专业技术职务讲师
总结29
摘要
本设计首先分析了塑件的工艺特点，文中介绍了手机壳塑件注塑成型模具设计要点及模具的工作过程。
重点说明了塑件结构的设计包括分析和阐述了塑件的壁厚选择及工艺特点。
该模具采用一模两腔、扇形浇口、二板模、模外定距分型、冷却系统、顶杆顶出机构,并针对塑件的工艺特点进行模具的设计包括模具型腔数目的确定、注塑机的选择、模具分型面、浇注系统、冷却系统、分型机构等的设计过程。
在设计过程当中利用SolidWorks的IMOLD插件进行模具的设计可使该模具结构紧凑，工作可靠，操作方便，生产效率高等。
关键词：
分模面；模外定距分型；模具结构；IMOLD
ABSTRACT
Thefirstdesignofthetechnologicalcharacteristicsoftheplasticparts,thispaperintroducestheMobilephoneshellworkingprocessofinjectionmoldingplasticpartsmolddesignandmold.Focusingonthedesignofplasticstructureincludingtheanalysisandelaborationofthewallthicknessandthetechnologicalcharacteristicsoftheplasticparts.Theuseofamoldtwocavity,fan-shapedgate,twoplatemould,moldrangingparting,ejectorcoolingsystem,ejectionmechanism,designandmoldforthetechnologicalcharacteristicsoftheplasticpartcomprisesthemoldcavitynumber,theselectionofinjectionmachine,thedesignprocessofthemouldpartingsurface,coolingsystem,thegatingsystem,partingmechanismetc..DesignofmoldusingSolidWorksIMOLDplugininthedesignprocesscanmakethemoldcompactstructure,reliablework,convenientoperation,highproductionefficiency.
Keywords：
partingsurface;moldrangingparting;diestructure;IMOLD
第一章绪论
1.1塑料成型模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状成型具有一定形状和尺寸的制造工具。
成型塑料制品的模具叫做塑料模具。
全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品。
从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
塑料模具影响着塑料制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时应尽量减少分模、合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和自动顶出机构。
在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落。
另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。
除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五万件。
当批量不大的时候，模具费用在制件成本中所占比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。
高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提。
由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑料模具生产不断向前发展。
1.2塑料成型模具发展趋势
随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占比例越来越大。
从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势可归纳为以下几个方面：
1）加深理论研究
在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计阶段逐渐向理论计算方面以发展。
2）高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期；各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射出模具等。
高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大作用。
3）大型、超小型及高精度
由于模料应用的扩大，塑料制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热性能优异的制模材料。
4）革命模具制造工艺
为了更新产品花式和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺研究。
5）标准化
开展模具标准化工作，使模板，导柱等通用零件标准化、商品化，以适应大规模地成批生产塑料成型模具。
随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于模具工业，在注射成型系统中，针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入。
本设计中使用的SolidWorks就是其中较为方便快捷功能强大的一个。
塑件设计
塑件的设计包括塑件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。
注射机的使用
常见注射机的使用方面的计算机辅助技术有：
注射机选择专家系统,注射机故障诊断系统。
注射模使用状况
注射模使用状况的好坏直接影响到注射质量，在对于高技术注射模来说，都要对注射模在使用过程中进行监控，由此知注射模的工作状况。
注射工艺
注射工艺方面的计算机辅助技术有：
注射工艺制定的专家系统,塑件质量故障诊断。
注射模设计
注射模设计主要完成注射模的结构尺寸、精度、表面性能等方面的设计，并选择模具的材料等。
1.3我国模具技术的现状及发展趋势
随着各种高新技术的迅猛发展，给模具赋予了新的使命和全新的内涵，其分类不断增加，快速经济制模材料向着多品种系列化迈进，工艺不断有新的创新和突破，与之配套的设备相继问世，服务领域在不断地拓宽，创造的经济效益越来越显著。
国际模具及塑胶五金产业供应商协会负责人罗百辉表示，我国快速经济模具技术发展迅速，已接近国际先进水平。
特别是“十一五”以来，在汽车行业快速发展的引领下，极大地促进了快速经济模具技术的发展，使我国的快速经济模具技术由原来服务于低档小批量生产转向服务于高档轿车的新车型开发以及各类新产品开发。
快速经济模具技术属于先进制造技术，目前我国快速经济模具技术的开发研究基本分布在大专院校、科研院所以及科技型高新技术企业，专业研究、生产快速经济模具的企业不是很多，且多为中小型企业。
因此，目前亟待膨胀快速经济模具企业的规模，支持其对新型快速经济模具技术的研发。
快速经济模具领域存在的主要问题是：
我国专业的快速模具制造企业相对较少，影响了我国自主品牌新产品的开发试制。
如汽车新车型开发，主机厂大多选择国外的新车型快速试制企业，或者国内的外资企业，其主要原因是国内的快速经济模具企业较少，或者发展的还不够强大，影响了汽车主机厂的选择。
其次，我国快速模具企业多为中小企业，自我发展能力较弱，虽然在技术上接近国外先进水平，但在技术改造投入方面能力有限。
近年来，我国的快速经济模具技术发展很快，特别是CNC加工设备的普及，模具的设计水平和质量有了很大的提高，完全可替代进口。
但是与国外先进的快速模具技术水平相比，仍存在一定的差距。
汽车覆盖件快速模具经多年的技术积淀，以及与新技术、新材料的嫁接，其制造水平和速度都有了明显的提升。
与国际先进水平相比其差距主要体现在：
国际先进的汽车覆盖件快速模具制造企业是集快速模具技术、汽车车身技术于一身，对汽车主机厂的新产品开发，实施从快速模具制造、冲压、焊接一条龙服务。
国内的汽车覆盖件快速模具制造企业。
只能承担快速模具的制造及冲压，导致国内的快速模具企业活源匮乏，整体水平提升较慢。
再加上汽车覆盖件快速模具制造企业多为中小企业，投资能力较弱，对于先进的高速加工设备以及在线检测设备的引进较少，还保证不了高档次产品的快速开发。
未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
1）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
2）高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。
另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
3）模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
4）电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
5）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
6）优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
7）模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
8）模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。
1.4SolidWorks软件及其IMOLD插件的介绍
SolidWorks软件功能强大，组件繁多。
SolidWorks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
IMOLD是应用于SolidWorks中的第三方软件，专门用于进行注塑模的三维设计工作，它是由众多的软件工程师和具有模具设计，制造经验的工程师合作开发出来的，他的设计过程最大程度的满足了加工的需要。
在开发过程中利用了UG中的Moldwizard模具设计技术并进一步加强了它的功能。
IMOLD软件提供给模具设计者一系列必须的工具，来对任何产品类型的产品进行模具设计，它完全集成于SolidWorks的界面中，成为一个造型设计的整体，模具设计者通过它可以在一个装配方案中进行包括设计方案管理，模具设计，加工和模具装配的整个过程。
它们将帮助经验丰富的设计者减少产品从设计到制造完成所需的时间，从而大幅度提高生产率。
它的界面直观，友好并且具有互动性，同时它的设计过程和加工方法所包含的设计理论对模具初学者也具有极强的指导意义。
第二章塑件的工艺分析
2.1ABS材料介绍
2.1.1ABS的性能
1）一般性能
ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有90%的高光泽度。
ABS的相对密度为1.05，ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。
ABS是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%～0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%～0.4%，而且绝少出现塑后收缩。
其临界表面张力为34～38mN/cm。
ABS熔体的流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似。
ABS的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。
2）力学性能
ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。
即使ABS制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。
ABS的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
3）热学性能
ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定不太好，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70～107℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
对温度，剪切速率都比较敏感；ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40℃到80℃的温度范围内长期使用。
4）电学性能
ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。
5）环境性能
ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。
ABS的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。
2.1.2ABS塑料的成型加工
ABS是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。
比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。
ABS的热稳定性好，不易出现热降解现象。
ABS的吸水性较高，加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为80℃～85℃，2～4小时；对特殊要求的制品（如电镀），则需70℃～80℃，10～18小时。
ABS制品在加工中易产生内应力，如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体方法是制品置于70℃～80℃的热风循环干燥箱内2～4小时，再冷却到室温即可。
ABS可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型，并以注塑法最广，挤出法次之。
注塑模工艺条件:
干燥处理：
ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。
建议干燥条件为80～90℃下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%。
熔化温度：
210～280℃；建议温度：
245℃。
模具温度：
25～70℃。
（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。
注射压力：
500～1000bar。
注射速度：
中高速度。
ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。
ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
ABS工程塑料的缺点：
热变形温度较低，可燃，耐候性较差。
ABS的“阻燃添加剂”对ABS塑料具有较好阻燃作用的主要有磷系、卤系有机物及某些无机化合物，其中无机阻燃剂在ABS中添加量需要达到40%以上才有较明显的效果，同时由于其添加量大，因此会严重损害ABS的物理力学性能。
而磷系阻燃剂品种、数量较少，且多数又为液体和低熔点化合物，不适用于ABS的造粒加工工艺。
因此，当前对于ABS的阻燃体系主要采用卤系阻燃剂，其中阻燃效果最好的为含溴有机化合物，如十溴联苯醚（DBDPO）、四溴双酚A等。
2.1.3一般参数
ABS注射成型的主要工艺参数如表2-1所示。
表2-1ABS注射成型的主要工艺参数
树脂名称
ABS
料筒温度（℃）
210～230
注射机类型
螺杆式
模具温度（℃）
50～70
螺杆转速（r/min）
30～60
注射压力（MPa）
70～90
形式
直通式
保压压力（MPa）
50～70
喷嘴温度（℃）
180～190
注射时间（s）
3～5
保压时间（s）
15～30
冷却时间（s）
15～30
总周期（s）
40～70
密度（g/㎝
）
1.01～1.08
2.2塑件结构分析
塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。
在塑料生产过程中，成型会对塑件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产品；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。
本次设计任务是塑料制品——手机壳，壁厚平均为1mm，要求大批量生产，其形状及其基本尺寸如图2-1所示。
SolidWorks中建立的的手机壳三维效果如图2-2所示，该产品用于要求具有绝缘性和保护的作用。
精度及表面粗糙度要求为高精度。
塑件表面要求无飞边或缩孔现象。
从塑件结构看，可以设置一个分型面；塑件本身结构简单，利于分模；因而要求成型情况良好。
塑料：
ABS生产纲领：
大批量
图2-1手机壳零件图
图2-2SolidWorks中的手机壳三维模型
2.2.1壁厚
各种塑件，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度。
一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率；其次可避免因过厚产生的凹陷，缩孔，夹心等质量上的缺陷。
2.2.2脱模斜度
塑件成型时冷却过程中产生一定程度的收缩,使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其机构受损，与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。
以下是ABS的脱模斜度推荐值:
制件外表面35′～1.35°，制件内表面30′～1°塑件内外表面在造型时均没有弧度，脱模斜度就是在分型面处，这不仅对脱模有好处，而且可以产生更好的锁紧效果。
2.2.3圆角
塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时采用尖角结构。
尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。
而圆角不仅更有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。
圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R5以内，较小值取到R2。
2.2.4塑件尺寸精度分析
本设计采用的尺寸是未注公差，均按MT4计算的精度设计，在保证基本尺寸情况下，以减少加工成本为第一准则。
2.2.5塑件表面质量分析
1）必须避免在塑件的分型面处出现毛边；
2）注意通孔处不出现锐边。
2.3注塑机的选择
2.3.1注塑机简介
注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。
注射成型是通过注塑机和模具来实现的。
注塑机的类型有:
立式、卧式、全电式，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：
1）加热塑料，使其达到熔化状态；2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。
按螺杆类型划分有柱塞式注射机、螺杆式注射机和排气式注射机等。
2.3.2注塑机的工作原理
注塑成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：
定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。
取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。
注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。
分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。
注塑机的工作原理：
与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。
一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：
首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。
注塑成型的基本要求是塑化、注射和成型。
塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。
同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力，因此必须有足够大的合模力。
由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
2.3.3注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。
这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据：
1）公称注
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