手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)流程

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1、Pro/E手機(jī)殼注塑模具設(shè)計(jì)流程 || 2010年01月18日| ［字體：小 大］|點(diǎn)擊推薦給好友 關(guān)鍵詞：Pro/E手機(jī)外殼注塑模具 在手機(jī)外殼的注射模具設(shè)計(jì)中，經(jīng)過認(rèn)真調(diào)研和方案論證，確定了具體設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品造型 上有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，深入鉆研每個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品的可行性和工藝進(jìn)行了詳細(xì)分析。采用 Pro/E + EMX建立模型并進(jìn)行模型的受力分析，模擬模型在現(xiàn)實(shí)情況下的使用情況，并得出模 型檢驗(yàn)結(jié)果，以認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度出色的完成了整個(gè)注塑模設(shè)計(jì)的全過程，具備了設(shè)計(jì)人員 應(yīng)有的基本素質(zhì)和能力。 一. 調(diào)研報(bào)告 1 ?手機(jī)殼的造型結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顩r 移動(dòng)的普及速度大大超越了專家的預(yù)測(cè)

2、與想象。它已從最初的模擬系統(tǒng)發(fā)展到目前的數(shù)字 系統(tǒng)。在此期間，移動(dòng)的功能越來越豐富，體積越來越小，造型越來越美觀，充分體現(xiàn)了技術(shù) 與藝術(shù)結(jié)合。除了最基本的實(shí)用功能外，移動(dòng)還要考慮美觀和舒適，在設(shè)計(jì)上必須充分考慮使 用對(duì)象、使用場(chǎng)合、功能要求、人機(jī)工效學(xué)等因素。 2 .材料確定 PC/ABS合金在汽車、機(jī)械、家電、計(jì)算機(jī)、通訊器材、辦公設(shè)備等方面獲得了廣泛應(yīng) 用，如移動(dòng)的機(jī)殼、手提式電腦的外殼、以及汽車儀表盤〔板 ）等。資料顯示：PC/ABS已廣 泛應(yīng)用于制造手機(jī)外殼。 3 ?薄殼制品與模具設(shè)計(jì) 薄殼制品成型時(shí)模具設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一步。成型薄殼制品時(shí)需要特別設(shè)計(jì)的薄殼件專用 模具。與

3、常規(guī)制品的標(biāo)準(zhǔn)化模具相比，薄殼制品模具從模具結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣 系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)都發(fā)生了重大變化，成本也增加了 30 %---40 % 4 ?塑件選擇 據(jù)調(diào)查，東亞尤其是中國(guó)的用戶對(duì)于翻蓋手機(jī)卻相當(dāng)青睞，在中國(guó)市場(chǎng)銷售的全部手機(jī)中， 翻蓋手機(jī)的數(shù)量超過了一半。國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商了解本土消費(fèi)者的心理，摒棄歐美崇尚的直板機(jī)而 主推折疊機(jī)，開發(fā)出符合東方人審美趣味的機(jī)型，款式漂亮，容豐富，得到了廣大消費(fèi)者的喜 愛。針對(duì)以上情況，選用翻蓋式手機(jī)殼注塑模設(shè)計(jì)。 二、 產(chǎn)品工藝分析 1 ?產(chǎn)品造型設(shè)計(jì) 塑件的選擇：女性翻蓋手機(jī) 本人負(fù)責(zé)的部分是翻蓋部分，翻蓋部分的特點(diǎn)是上蓋采用復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)

4、，上下蓋的分型面 都比較復(fù)雜，而且下蓋需要側(cè)向抽芯。見圖 1: a)裝配圖 b) 爆炸圖 圖1塑件造型 2 ?塑件制品的工藝分析 (1) 尺寸和精度 尺寸：塑件尺寸的大小受到塑料材料流動(dòng)性好壞的制約，塑件尺寸越大，要求材料的流動(dòng)性越 好，流動(dòng)性差的材料在模具型腔未充滿前就已經(jīng)固化或熔接不牢，導(dǎo)致成品缺陷和強(qiáng)度下降。 尺寸精度：影響塑件制品尺寸精度的因素是比較復(fù)雜的，如模具各部分的制造精度，塑料收縮 率，成型工藝及模具加工表面質(zhì)量等等。手機(jī)機(jī)殼屬于高精度的塑件，選用 3級(jí)精度。 ⑵壁厚 對(duì)于手機(jī)機(jī)殼本身尺寸向著輕巧化發(fā)展，屬于高級(jí)薄殼制品(壁厚小于 1.2mm )，選

5、用壁厚 1mm，均勻抽殼。 (3) 脫模斜度 結(jié)合本塑件的形狀，設(shè)定脫模斜度為 40分。 (4) 加強(qiáng)筋和凸臺(tái) 針對(duì)本塑件，在殼體轉(zhuǎn)角處設(shè)置距壁面有一定距離的凸臺(tái)，并設(shè)加強(qiáng)筋。同時(shí)在復(fù)雜曲面凸起 的地方設(shè)置加強(qiáng)筋防止變形。 三、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 1 ?塑件制品分析 (1 )產(chǎn)品要求 從對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行的工藝分析中可以得知，所設(shè)計(jì)的塑件材料為，材料收縮率為： 0.005 , 精度要求高，故一次注塑四個(gè)，采用圓形分布的流道布置。塑件立體圖如下所示： （2 ）計(jì)算制品的體積重量：材料采用 PC/ABS，查找GE公司網(wǎng)頁(yè)得知其密度為 1.12，收縮 率為0.5%。 上蓋

6、部分： 使用pro/engineer 軟件對(duì)三維實(shí)體產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)品的體積，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)體尺 寸手動(dòng)計(jì)算出它的體積。下面是部分計(jì)算過程： 通過計(jì)算塑件的體積為：Vi=2737.24mm 3 塑件的重量：M1=3.07g 澆注系統(tǒng)體積：V2=4413.07mm 3 澆注系統(tǒng)重量：M2= p.V2=1.12 X4.41=4.94g 故 V 總=4V 1+V2=4 X2737.24+4413.07=15362.03mm 故 M 總=V 總 Xp=1.12 X15362.03=17.21g p—塑料密度g/ m 3 下蓋部分： 通過計(jì)算塑件的體積為：V1=2230.86mm

7、 3 塑件的重量：M1=2.498g 澆注系統(tǒng)體積：V2=3857.89mm 3 澆注系統(tǒng)重量：M2= p.V2=1.12 X3857.89=4.32g 故 V 總=4V 1+V2=4 X2230.86+4320.84=12781.35mm 故 M 總—V 總 Xp=1.12 X12781.35=14.315g 2. 注塑機(jī)的確定 根據(jù)制品的體積和重量查《塑料模具設(shè)計(jì)》（表 5 — 3）選定注塑機(jī)型號(hào)為： JPH150A。 鎖模力：1500KN 最小模厚：180mm 頂出行程：80mm 注塑機(jī)拉桿的間距: 噴嘴前端孔徑：3mm 410 X410(mm Xm

8、m) 注塑機(jī)的參數(shù)如下: 注塑機(jī)最大注塑量：186g 注塑壓力：194MPa 最大開距：800mm 注塑機(jī)定位孔直徑： 125mm 噴嘴球半徑：10mm 3. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具結(jié)構(gòu)采用一模四腔兩板式結(jié)構(gòu)，考慮到殼體表面美觀性，采用潛伏式膠口。 根據(jù) << 塑料模具設(shè)計(jì) >> （附錄B）所提供的標(biāo)準(zhǔn)模架圖例選模架型號(hào)為：大水口， 4040。 4. 注塑機(jī)參數(shù)校核 對(duì)注塑機(jī)的最大注塑量、鎖模力、模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸、開模行程等進(jìn)行校核，校 核結(jié)果是滿足要求的。 5. 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (1)主流道的設(shè)計(jì) 主流道是塑料熔融體進(jìn)入模具型腔時(shí)最先經(jīng)過的部位，它將注塑

9、機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分 流道或型腔。其形狀為圓錐形，便于熔體順利地向前流動(dòng)，開模時(shí)主流道凝料又能順利地拉出 來。由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模板上，而是 將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道襯套鑲?cè)攵０濉? 澆口套的選用： 進(jìn)料口直徑：D=d+(0.5 ?1)mm=3 + 0.5 = 3.5mm 式中d為注塑機(jī)噴嘴口直徑。 球面凹坑半徑： R=r+(0.5 ?1)mm=10+0.5 = 10.5mm 式中r為注塑機(jī)噴嘴球頭半徑。 所選澆口套的立體圖如圖 2所示： 圖2 澆口套 (2) 冷料井設(shè)計(jì) 選用底部帶有推桿的的冷料井，倒錐孔冷料井的底部

10、由一根推桿組成，推桿裝于推桿固定 板上，因此它常與推桿或推管脫模機(jī)構(gòu)連用。 (3) 分流道的設(shè)計(jì) 分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品種、塑件的大小及流道長(zhǎng)度確定。大多數(shù)塑料所用的 分流道的直徑為 6mm — 10mm,先預(yù)定用6mm，通過塑料顧問分析再?zèng)Q定。 分流道的布置：選用平衡式的圓形分流道布局，即分流道到各型腔澆口的長(zhǎng)度、斷面形狀、 尺寸都相同。 (4) 澆口設(shè)計(jì) 澆口又稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔之間的一段細(xì)短流道，其截面積約為分流道的 0.03?0.09，長(zhǎng)度約為0.5mm?2mm。具體尺寸通過 Pro/E塑料顧問分析確定。 通過Pro/E塑料顧問分析可知最佳澆口位置在殼

11、體側(cè)。再加上考慮手機(jī)外殼的美觀性，決 定用潛伏式澆口。選用圖 3澆口 圖3推桿式澆口 潛伏式澆口的可以是圓形或半圓形，一般尺寸：長(zhǎng) L=1.5 — 2mm，澆口直徑d = 0.5 — 1.5mm , 分流道與點(diǎn)澆口交界處過度圓角 R=1.5 — 3mm 6 ?分型面的選擇 定模和動(dòng)模相接觸的面稱為分型面，分型面的形狀有平面、斜面、階梯面和曲面等。分型面的 選擇就有利于脫模，取在塑件尺寸最大處，并使塑件留在動(dòng)模部分，有利于塑件的外觀質(zhì)量和 精度要求。 a)上蓋 b) 下蓋 圖4分型面 由于下蓋還有側(cè)向抽芯，所以還要做型芯分型面 圖5分型面 7. 排氣系統(tǒng)

12、的設(shè)計(jì) 由于本模具屬小型模具，可利用型芯、頂桿、鑲拼件、分型面等的間隙排氣 8. 成型零件的設(shè)計(jì) 凹模結(jié)構(gòu)：由于按鈕形狀復(fù)雜，故選用局部鑲拼式凹模；凸模：選用鑲拼式凸模。其結(jié)構(gòu) 見圖8，圖9所示。 9. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具設(shè)計(jì)通常購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)模架，其中包括了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)套和導(dǎo)柱，根據(jù)模架的尺 寸結(jié)構(gòu)選用0 40的導(dǎo)柱，然后選用相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)套。其結(jié)構(gòu)見下圖所示： 圖6導(dǎo)套 圖7 導(dǎo)柱 10. 型腔的側(cè)壁和底板厚度計(jì)算 通常模具設(shè)計(jì)中，型腔壁厚及支承板厚度不通過計(jì)算確定，而是憑經(jīng)驗(yàn)確定。 參考《塑料模具設(shè)計(jì)》中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可以得知： 型腔側(cè)壁厚度 S的經(jīng)驗(yàn)值為：S

13、= 0.2L+17=0.2 X190+17 = 55mm 支承板厚度 h的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：h ~0.12b 7.12 X190 ~38mm a)凹模 b) 凸模 圖8上蓋部分 a)凹模 圖9下蓋部分 b) 凸模 11. 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (1 )薄殼制品的頂出頗具技術(shù)性。因?yàn)楸诤徒疃己鼙。浅Ｈ菀讚p壞，而且壁薄沿厚度方向 收縮就很小，使得加強(qiáng)筋和其他小結(jié)構(gòu)很容易粘合，同時(shí)高保壓壓力使收縮更小。為避免頂穿 和粘模，TWM應(yīng)使用比常規(guī)成型數(shù)量更多、尺寸更大的頂出銷。 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)成頂桿脫模機(jī)構(gòu)，選用0 4頂桿，具體結(jié)構(gòu)見圖 2-25。由于采用推桿式

14、 澆口，還應(yīng)采用特殊推桿放置在澆口位置，推桿形狀如圖 10。 圖10頂桿 圖11特殊推桿 12. 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑件的側(cè)面有孔或凹槽，應(yīng)采用側(cè)向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。通過查閱資料， 確定采用斜導(dǎo)柱抽芯，它是利用注塑機(jī)的開模力，通過傳動(dòng)零件，將活動(dòng)型芯抽出。結(jié)構(gòu)原理 是斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)由與模具開模方向成一定角度的斜導(dǎo)柱和滑塊組成，并有保證抽芯動(dòng)作穩(wěn)妥 可行的滑塊定們裝置和鎖緊裝置。根據(jù) << 注塑模具設(shè)計(jì) >> 中公式表算出抽拔力、斜導(dǎo)柱受彎 曲力、抽芯距、斜導(dǎo)柱直徑、斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度等，之后在 Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)中選取合適的型號(hào)，入加模 具中，見圖12 。

15、四、CAE分析 1. 模流分析 本次設(shè)計(jì)采用塑件顧問(Plastic Advisers )進(jìn)行模流分析， 塑件顧問是Pro/E系統(tǒng)的外 持程序之一，屬于 CAE分析軟件，專門用來處理塑料射出成形的模流分析，使設(shè)計(jì)者能在模 具設(shè)計(jì)的階段，對(duì)塑料在型腔中的棄填情況能夠有所掌握。 能檢測(cè)出你所做出來的鑄件的質(zhì)量， 而且塑料顧問工具能模擬澆鑄塑料零件的鑄模填充動(dòng)作。高級(jí)特征提供了有用的工藝性知識(shí)， 它們可以大大減少后期的設(shè)計(jì)更改和重新設(shè)計(jì)鑄模的成本。 分析過程： (1) 對(duì)產(chǎn)品造型分析出最佳澆口位置，在最佳澆口位置設(shè)置澆口，查看填沖情況，在這個(gè)過程 中還可以進(jìn)行選材，得出最佳材料及最佳澆

16、口位置。 (2) 鑄件模流分析，確定澆口，分流道形狀。同樣通過上蓋部分來確定。 (3) 通過質(zhì)量預(yù)測(cè)結(jié)果，分析結(jié)構(gòu)問題，看是否能使情況改善。 以下是分析結(jié)果，可以看出，塑件模流分析出來的質(zhì)量還是不錯(cuò)的。 a) 填充情況 b) 質(zhì)量預(yù)測(cè) 圖13上蓋部分 a) 填充情況 b) 質(zhì)量預(yù)測(cè) 圖14下蓋部分 2. 有限元分析 MSC.Patran 軟件對(duì)可直接從各 CAD軟件中抓取幾何模型，然后， MSC.Patran可以最大 限度地創(chuàng)建一個(gè)模型供多個(gè)程序進(jìn)行分析 ，例如，直接讀取 Pro/ENGINEER,CATIA,Unigrap

17、hics,SolidWork 核心等幾何模型，創(chuàng)建分析模型供 MSC.Nastran 作結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及動(dòng)力響應(yīng)分析，同時(shí)又供MSC.Patran 作高度非線性分析等?？梢? MSC.Patran就好像一座橋梁，將CAD軟件，分析求解器和材料信息等連在一起。 使用MSC.Patran軟件對(duì)本塑件進(jìn)行分析，首先先對(duì)其進(jìn)行受力分析。 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結(jié)果：最大變形： 1.12E-4 最大應(yīng)力：8.66E6 圖15下蓋部分 在上表面加載15N的力產(chǎn)生的分析結(jié)果：最大變形： 6.46E-5 最大應(yīng)力：3.57E6 圖17上蓋部分 五、總結(jié): 模具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與特色總結(jié)： 選擇以女性手機(jī)為主題的翻蓋手機(jī)，本人負(fù)責(zé)的是翻蓋部分，這部分的難點(diǎn)是復(fù)雜曲面的 設(shè)計(jì)，并決定以后模具設(shè)計(jì)中分模面的設(shè)計(jì)及側(cè)向抽芯的設(shè)計(jì)。通過塑料顧問分析得到最佳澆 口在側(cè)，也可以保證了產(chǎn)品外觀，以及采用特殊推桿放置在澆口位置。通過塑料顧問進(jìn)行模流 分析來修改材料，澆口形狀，分流道形狀，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這些修改都可以在做分型面之前完成， 也就不用再把整套模具再重新做一次。這個(gè)過程也是花了很長(zhǎng)時(shí)間，最終結(jié)果還是另人滿意的。 Pro/E數(shù)據(jù)庫(kù)中選 采用側(cè)向成型芯才能滿足塑件成型上的要求。根據(jù)公式算出各個(gè)尺寸之后在 取合適的型號(hào)，入加模具中。