手机壳设计模具设计与制造专业毕业论文.docx
《手机壳设计模具设计与制造专业毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机壳设计模具设计与制造专业毕业论文.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
手机壳设计模具设计与制造专业毕业论文
毕业论文
继续教育学院08级模具设计与制造专业
题目：
手机外壳设计
学生姓名：
指导老师：
2013年4月
摘要
本设计提供了注塑模具的设计方法和流程。
首先根据塑件材料及工艺特性对零件进行模流分析,然后选择注塑机并确定型腔数目,接着确定成形方案:
总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。
最后进行注塑机工艺参数校核,包括注射量、锁模力、注射压力、模具厚度和注射机闭合高度等方面。
该设计方法对其它不同结构产品的注塑模具设计有一定的参考价值。
关键词塑料；注塑模；注塑机。
Abstract:
Thisissueintroducesmolddesignintroducesthemethodsandprocesses.Firstofall,plasticmaterialsandprocessesaccordingtocharacteristicsofsoftwarecomponentsanalysis,andthenselectthenumberofinjectionmoldingmachineandtodeterminethecavity,andthenformingtheprogramtodetermine:
theoverallstructuraldesign,sub-surfacedesign,castingdesign,moldreleasemechanismdesign,coolingsystemdesign.Finally,injectionmoldingmachineparameterschecked,includingtheinjectionvolume,clampingforce,injectionpressure,moldthicknessandtheinjectionmachineshutheightandsoon.Thedesignstructureofproductsofotherdifferentinjectionmolddesignhassomereferencevalue.
Keywords:
PlasticInjectionMould;PlasticInjectionMouldMachine。
一、概述
（一）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、银纹等都有十分成型模具并无加热要求。
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基效能，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。
（二）手机壳的造型结构发展状况
移动电话的普及速度大大超越了专家的预测与想象。
它已从最初的模拟系统发展到目前的数字系统。
在此期间，移动电话的功能越来越丰富，体积越来越小，造型越来越美观，充分体现了技术与艺术结合。
除了最基本的实用功能外，移动电话还要考虑美观和舒适，在设计上必须充分考虑使用对象、使用场合、功能要求、人机工效学等因素。
（三）模具发展现状
从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。
天然高分子加工阶段,这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。
合成树脂阶段，这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。
大发展阶段，在这一时期通用塑料的产量迅速增大，聚烯烃塑料在70年代又有聚1－丁烯和聚4-甲基-1-戊烯投入生产。
形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。
同时出现了多品种高性能的工程塑料。
21世纪,塑料工业以前所谓有的速度高速发展。
塑料,在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。
目前，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求。
在2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30％左右，未来几年中，塑料模具还将保持较高速度发展。
模具是工业生产中使用极为广泛的重要装备，采用模具生产制品及零件，具有生产效率高，节约原材料，成本低廉，保证质量的一系列优点，是现代工业生产中的重要手段和主要发展方向。
（四）模具发展趋势
当前，整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争距离。
而模具将有如下十大发展趋势：
1.愈来愈高的精度；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。
2.日趋大型化；
3.扩大应用热流道技术；
4.进一步发展多功能复合模具；
5.日益增多高档次模具；
6.进一步增多气辅模具及高压注射成型模具；
7.增大塑料模具比例；
8.增多挤压模及粉末锻模；
9.广泛应用模具标准化和标准件；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。
10.大力发展快速模具制造技术。
（五）存在问题和主要差距
虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。
当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：
一是总量供不应求，国内模具自配率只有70%左右。
其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右；二是企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理，我国模具生产厂中多数是自产自配的模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。
专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。
国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。
（六）我国的发展前景
目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。
一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。
因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。
随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。
虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。
模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。
因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。
由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。
二、材料塑件分析
图1塑件三维立体图
（一）塑件分析
如图1为手机后盖件的三维立体图，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。
从整体工艺性分析：
根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀。
（二）塑件材料分析
塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的。
根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。
在手机模具制造中，前后盖的材料一般是ABS和PC，这两种材料各有各的优缺点。
ABS树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体的共聚物，ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性，又增加了弹性、强度（丁二烯的特性）、耐热和耐腐蚀性（丙烯腈的优良性能），且表面硬度高、耐化学性好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变ABS的各种性能，故ABS工程塑料具有广泛用途，主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。
聚碳酸酯（PC）是一种新型热塑性工程塑料，聚碳酸酯有优良的电绝缘性能和机械性能，尤其以抗冲击性能最为突出，韧性很高，允许使用温度范围较宽（-100～130℃），透明度高（誉为“透明金属”）、无毒、加工成型方便。
它不但可替代某些金属，还可替代玻璃、木材等。
近年来聚碳酸酯发展迅速，在机械、汽车、飞机、仪器仪表、电器等行业获得了广泛的应用。
总的来说，PC流动性差，价格贵，但机械性好；ABS流动性，电镀，喷涂效果好，但机械性能不如PC。
考虑到成本因素，以及成型要求，故选择ABS。
ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）和苯乙烯（Styrene）三种化学单体合成。
其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
其化学分子结构方式如下：
每种单体都具有不同特性：
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、高光洁度及高强度。
从形态上看，ABS是非结晶性材料。
三中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，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、刚特性，燃烧缓慢，离火后仍继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的ABS材料。
ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的试验数据仅供参考。
（1）物理力学性能
ABS具有优良的物理力学性能，如不透水，但略透水蒸气，冲击强度较高，尺寸稳定性好等。
ABS有极好的冲击强度，即使在低温也不迅速下降。
但是它的冲击性能与树脂中所含橡胶的多少、粒子大小、接枝率和分散状态有关，同时也与使用环境有关，如温度越高则冲击强度越大。
当聚合物中丁二烯橡胶含量超过30%时，不论冲击、拉伸、剪切还是其它力学性能都迅速下降（见表5-5和5-6）。
（2）热性能。
ABS制品的负荷变形温度约为93℃，若能对制品进行退火处理，则还可增加10℃左右。
（3）电性能。
ABS聚合物的电绝缘性受温度和湿度的影响很小，且在很大频率变化范围内保持恒定。
（4）耐环境性
ABS聚合物几乎不受水、无机盐、碱、酸类的影响，但在酮、醛、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，它不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但长期与烃接触会发生软化溶胀。
ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化学药品的锓蚀会引起应力开裂。
（5）耐候性
ABS聚合物的最大不足之处是耐候性较差，这是由于分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故。
经受350nm以下波长的紫外线照射，氧化作用更甚。
氧化速度与光的强度及波长的对数成正比。
ABS是一种成型加工性能优良的热塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。
（6）ABS的流变性
ABS聚合物在熔融状态下流动特性属于假塑型液体。
虽然ABS的熔体流动性与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。
因此在成型过程中可以采用提高剪切速率来降低熔体粘度，改善熔体流动性。
ABS属一无定形聚合物，无明显熔点，成型后无结晶，成型收缩率为0.4%~0.5%。
在成型过程中，ABS的热稳定性较好，不易出现降解或分解，但温度过高时，聚合物中橡胶相有破坏的倾向。
（7）ABS的吸水性
ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%~0.8%范围。
成型时如果聚合物中含有水分，制品上就会出现斑痕、云纹、气泡等缺陷，因此在民型前，需将聚合物进行干燥处理，使其含水量降到0.2%左右。
（8）ABS制品的后处理
一般情况下很少出现应力开裂，所以除了使用要求较为苛刻的制品，通常不作制品的后处理。
注射速度对ABS的熔体流动性有一定影响，注射速度快，制品表面光洁度不佳；注射速度慢，制品表面易出现波纹、熔接痕等现象，因而除了充模有困难的情况下，一般以中、低速为宜。
在制品要求表面光泽较高时，模具温度可控制在60—80℃对一般制品可控制在50-60℃。
表1ABS的主要性能指标
力
学
性
能
屈服强度/Mpa
50
热性能及电性能
玻璃化温度/C
拉伸强度/Mpa
38
熔点（粘流温度）/C
130—160
断裂伸长率/%
35
热变形温度/C
45N/cm3
180N/cm3
90—108
83—103
拉伸弹性模量/Gpa
1.8
线膨胀系数/（10-5/C）
7.0
弯曲强度/Mpa
80
比热容/
1470
弯曲弱性模理/Gpa
1.4
热导率/
0.263
件质量冲击强度/kJ/m2
无缺口
缺口
261
燃烧性/（cm/min）
慢
11
体积电阻/Ω*cm
6.9*1016
布氏硬度/HBS
9.7R121
击穿电压/（kV/mm）
物理性能
密度/（g/cm3）
1.02—1.16
吸水性/%（24h）
0.2—0.4
比体积/（cm2/g）
1.02—1.06
透明度或透光率
不透明
表2ABS的成型工艺参数
温度
料筒一区/℃
150-170
二区/℃
180-190
三区/℃
200-210
喷嘴/℃
180-190
模具/℃
50-70
压力
注射/Mpa
60-100
保压/Mpa
40-60
时间
注射/s
2-5
保压/s
5-10
冷却/s
5-15
周期/s
15-30
后处理
方法
红外线烘箱
温度/℃
70
时间/h
0.3-1
（三）塑件制品的工艺分析
（1）尺寸和精度
尺寸：
塑件尺寸的大小受到塑料材料流动性好坏的制约，塑件尺寸越大，要求材料的流动性越好，流动性差的材料在模具型腔未充满前就已经固化或熔接不牢，导致制品缺陷和强度下降。
尺寸精度：
影响塑件制品尺寸精度的因素是比较复杂的，如模具各部分的制造精度，塑料收缩率，成型工艺及模具加工表面质量等等。
手机机壳属于高精度的塑件，选用3级精度。
（2）壁厚
对于手机机壳本身尺寸向着轻巧化发展，属于高级薄壳制品（壁厚小于1.2mm），选用壁厚1mm，均匀抽壳。
（3）脱模斜度
结合本塑件的形状，设定脱模斜度为40分。
（4）加强筋和凸台
针对本塑件，在壳体转角处设置距壁面有一定距离的凸台，并设加强筋。
同时在复杂曲面凸起的地方设置加强筋防止变形。
（四）确定塑件设计批量
该产品为小批量生产，故设计的模具要有一定的注塑效率，由于塑件长宽度小，所以采用一模两腔结构，浇口形式采用扇形浇口，采用两点进料，以利于均匀充满型腔。
三、模具结构设计与参数计算
（一）模具加工精度的确定
本次设计的手机是日常用品，其外壳要能承受磨损。
对于制件的外观要求和表面精度等级要求比较高。
现初定制品精度等级为4级。
经分析，现确认模具的制造加工精度为IT7级，而型芯和型腔的加工精度均为IT6，型腔采用机械粗加工后电火花精加工，其它采用机械加工。
模具的尺寸公差按GB-180079，IT7。
（二）计算制品的体积重量
材料使用ABS树脂，查表可知其密度为1.02g—1.16g/cm³。
收缩率为0.4%—0.6%。
计算其平均密度为1.12g/cm³,平均收缩率为0.5%。
通过计算塑件的体积为：
V1=2737.24mm3
塑件的重量：
M1=ρ.V1=3.07g
浇注系统体积：
V2=4413.07mm3
浇注系统重量：
M2=ρ.V2=1.12×4.41=4.94g
故V=4V1+V2=4×2737.24+4413.07=15362.03mm3
故M=V×ρ=1.12×15362.03=17.21g
ρ—塑料密度g/m3
（三）注射机的确定及校核
3.3.1注射机介绍
注塑机的全称应为塑料成型机。
注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。
如图2所示，工作时模具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定板上，由合模机构合模并锁紧，由注射装置加热、塑化、注射、待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模，最后由推出机构将塑件推出。
图2注塑机结构
注射机的工作原理：
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。
注射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。
注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压—机械（连杆）式；按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。
其特点如表3：
表3
形式
立式
卧式
直角式
容量一般为30～60g
热塑性塑料注射机
固性塑料注射机
容量一般为20～45g
柱塞式30～60g
螺杆式60cm3以上
100～500g
结构特性
注射装置一般为柱塞式、液压机械式锁模机构、顶出系统为机械顶出
注射装置以螺杆为主，液压机械式锁模，顶出系统采用机械、液压或两者兼备
除塑化加热系统外，其他与热塑性塑料用螺杆式注射机相似
注射装置与合模装置的轴线互相成垂直排列，优点介于立卧两种注射机之间
优点
1.拆装方便
2.安装嵌件、活动型芯方便
1.开模后，塑件自动落下便于实现自动化操作
2.塑化能力大、均匀，注射压力大，注射压力损失小，塑件内应力，定向性小，可减小变形，开裂倾向
3.螺杆式可采用不同的螺杆，调节螺杆转数、背压等用来加工不同的塑料及不同要求的塑件
1.开模后，塑件自动落下
2.使用双模，可以减小循环周期，提高生产力
缺点
1.人工取件
2.注射压力损失大，加工高粘度塑料薄壁塑件时要求成型压力高，塑件内应力大，注射速度均匀，塑化不均匀
1.装模麻烦，安放嵌件及活动型芯不便，易发生分解
2.螺杆式加工低粘度塑料，薄壁，形状复杂塑件时易发生回流，螺杆不易清洗，贮料清洗不净，易发生分解
3.柱塞式结构也有立式结构所具有的特性
1.嵌件、活动型芯安放不便，易倾斜落下
2.有柱塞式结构的缺点
适用范围
1.易于加工小，中型及分两次进行双色注射加工的塑件
2.柱塞式不宜加工流动性差，热敏性、对应力敏感的塑料及大面积，薄壁塑件，宜加工流动性好的中小性塑件
1.螺杆式适应加工各种塑料，小型设备易加工薄壁、精密塑件
2.螺杆式适应于掺和料、有填料，干着色料的直接加工
3.柱塞式也具有立式注射机中柱塞式结构具有的加工特点
1.适用加工小型塑件，并装有侧浇口模具
2.适用加工塑件中心部位不允许有浇口痕迹的平面塑件
因为Cycoloy1950的注射压力需要100MPa左右，并且它的保压是70%-80%，还有注射体积和质量，故选择了JPH150B注射机。
注射机的参数如下：
注射机最大注射量：
23.2g
注射压力：
153MPa
模板行程：
620mm
顶出行程：
80mm
注射机拉杆间距：
410x410mm
锁模力：
1500kN
最小摸厚：
180mm
最大开距：
800mm
喷嘴球半径：
SR10
其参数校核如下：
（1）最大的注射量：
注射机得最大注射量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料飞边），通常注射机的实际注射量最好是注射机的最大注射量的80%，所以选用注射机最大注射量为
0.8M机>M塑件+M浇
式中：
M机为注射机的最大注塑量，单位g；M塑件为塑体的质量，单位g；M浇为浇注系统质量，单位g。
M模>（M塑件+M浇）/0.8=22.25
因选定的注射机注射量为23.2g，所以满足设计要求。
（2）锁模力校核：
锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力，锁模力的作用在于平衡和克服模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力，保持模具紧密锁扣，防止溢料。
注射机锁模力与模腔压力的关系可用下式表示：
F>KPA
式中：
F为注射机锁模力；K为安全系数，一般取1.1-1.2；P为熔融型料在型腔内的压力（10-20MPa）；A为塑件和浇注系统在分型面上的投影之和。
F模具>KPA=1.1x20x57=1254kN
因选定的注射机为1500kN，故满足设计要求。
（3）开模行程校核
开模行程＝H1+H2+5～10
其中：
H1――脱模距离（顶出距离）；
H2――制作高度包括浇注系统在内。
开模行程700mm，满足设计要求
（4）所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。
成形所需注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。
根据经验，现在对塑件的流动性和黏度做比较，可知道成形所需注射压力大致如下：
1．塑料熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚者所需注射压力一般小于70MPa。
2．塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般者，所需注射压力通常选为70至100MPa。
3．塑料熔体具有中等粘度（PS、PE等），塑件形状一般，有一定精度要求者，所需注射压力选为100至140MPa。
4．塑料熔体具有较高粘度（PMMA、PPO、PC、PSF等），塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均匀，尺寸精度要求严格的塑件，所需注射压力约在140至180MPa。
本次的产品设计为手机后盖的塑件，整体结构为小型零件，对粘度的
升级会员 