畢業設計（論文）-紅米K70手機殼注塑模具設計

I紅米K70手機殼注塑模具設計摘要塑料注射成型是產品生產中一種極為常用的成型方法。各種具有熱塑性性能的塑料材料，具有熱固性性能的塑料材料以及橡膠材料等均能夠通過注塑成型的方法生產各種產品，所以本次畢業設計所選注塑模具相關課題非常具有研究價值。本次設計主要內容為成型紅米K70手機殼設計一套塑料模具方案，在開展方案設計之前首先對紅米K70手機殼結構做出了分析，然后根據其使用要求為紅米K70手機殼選擇合適的ABS材質，本次設計型腔數目為一模兩腔的結構，本次設計中澆口形式采用了側澆口進膠的方式，通過三維軟件獲得了產品體積，并對本次模具選定了型號注塑機及龍記標準CI模架型號。確定了模具最佳分型面位置，然后對主要的模具結構比如澆注系統、脫模機構、模具冷卻系統進行詳細的設計及計算。在成型零部件設計時，對成型零件的結構形式做出了選擇并對成型零件的成型尺寸進行計算。最后對所選注塑機型號進行了校核。關鍵詞：紅米K70手機殼；型腔數目；脫模機構；成型零件;冷卻系統AbstractPlasticinjectionmoldingisanextremelycommonmoldingmethodinproductproduction.Variousplasticmaterialswiththermoplasticproperties,plasticmaterialswiththermosettingproperties,andrubbermaterialscanallbeproducedthroughinjectionmolding.Therefore,thetopicrelatedtoinjectionmoldingchosenforthisgraduationprojectisofgreatresearchvalue.ThemaincontentofthisdesignistodesignasetofplasticmoldschemeforformingtheredriceK70promobilephoneshell.Beforecarryingouttheschemedesign,thestructureoftheredriceK70promobilephoneshellwasfirstanalyzed,andthentheappropriateABSmaterialwasselectedfortheredriceK70promobilephoneshellaccordingtoitsuserequirements.Thenumberofcavitiesinthisdesignisthestructureofthefirstmockexaminationandtwocavities.Inthisdesign,thegateformadoptsthewayofsidegateinjection,andtheproductvolumewasobtainedthrough3Dsoftware,AndtheinjectionmoldingmachineandLongjistandardCImoldframemodelswereselectedforthismold.Determinetheoptimalpartingsurfacepositionofthemold,andthencarryoutdetaileddesignandcalculationofthemainmoldstructuressuchasthepouringsystem,demoldingmechanism,andmoldcoolingsystem.Inthedesignofformedparts,thestructuralformoftheformedpartswasselectedandtheformingdimensionsoftheformedpartswerecalculated.Finally,theselectedinjectionmoldingmachinemodelwasverified.Keywords:RedmiK70prophonecase;Numberofcavities;Demouldingmechanism;Formedparts;Coolingsystem

目錄TOC\o"1-3"\h\u173031緒論 .2型腔數目的確定 塑模的型腔數目,可以是一模兩腔,也可以是一模多腔,在型腔數目的確定時主要考慮以下幾個有關因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生產效益；（4）模具制造難度。考慮到紅米K70手機殼是體積比較大的塑料產品,產品側壁上側孔和側凹結構比較多，結構較為復雜，做一模一腔不經濟，效率太低，為了提高生產效率，本次模具設計的腔數定為一模兩腔比較合適。在定下的腔數為一模兩腔之后，按照書上講的型腔布置的平衡性，所以采用”一”字型型腔排列。如圖所示型腔布置4.3澆注系統設計模具的澆注系統主要包括有主流道，分流道，冷料穴和澆口，主流道是連接注射機噴嘴和分流道的主要通道，分流道是連接主流道與澆口的主要通道，澆口是連接分流道與型腔的主要通道，冷料穴一般起著冷卻的作用，澆注系統是模具成型的關鍵，是塑料進入型腔的主要通道，因此澆注系統對成品的質量影響很大，除此之外，本章還介紹了此模具的排氣系統，其中介紹了排氣的種類，本模具的排氣方式是采用分型面排氣，澆注系統的設計對塑件的質量起著非常重要的作用，所以，澆注系統是模具設計中一個很重要的環節，因為它決定著塑件和模具的整體質量。4.3.1主流道設計 主流道是指噴嘴口起至分流道入口處的一段通道，它與注射機噴嘴在同一軸線上，熔料在主流道中并不改變方向。主流道通常處于模具中心處，功能在于注射劑借助于噴嘴將熔融狀態熔料噴出以后，借助于主流道輸入分流道內。形狀上屬于圓錐形，讓熔料流入流道活動容易實現，同時讓凝料在脫模的時候順利進行。在最上面的設計上，通常采用半球凹坑，使得同注射劑噴嘴更好的實現連接，避免塑料溶體對外溢出。選用的注射機為XS-ZY-250臥式注塑機，其噴嘴直徑為4mm，噴嘴球面半徑為18mm主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+（0.5~1）mm=（4+1)mm=5mm主流道大端直徑：d=d+2Ltanα=7.4mm，式中=2°主流道球面半徑：SR0=噴嘴球頭半徑+（1~2）mm=（18+1）mm=19mm主流道的錐角α通常為2°－6°，過大的錐角會產生湍流或渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大。由于主流道襯套要和高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復接觸，所以只有在小批量的注射生產中，注塑模的主流道在注塑模的定板上加工，大部分注射模中主流道部分長設計成可拆卸、可更換的主流道襯套。主流道結構如圖所示：主流道結構4.3.2分流道設計分流道是主流道與澆口之間的通道，其作用通過流道截面及方向變化，使熔體平衡的轉換流向，進入模具型腔。一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。翻閱《注塑模具設計實用教程》查閱常用分流道斷面尺寸推薦如表4.1所示：表4.1流道斷面尺寸推薦值塑料名稱分流道斷面直徑mm塑料名稱分流道斷面直徑mmABS，AS聚乙烯尼龍類聚甲醛丙烯酸抗沖擊丙烯酸醋酸纖維素聚丙烯異質同晶體4.8~11.51.6~9.51.6~9.53.5~108~108~12.55~105~108~10聚苯乙烯軟聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯熱塑性聚酯聚苯醚聚砜離子聚合物聚苯硫醚3.5~103.5~106.5~166.5~8.03.5~8.06.5~106.5~102.4~106.5~13在模具設計澆注系統中分流道常見的截斷面形狀有半圓形，圓形，梯形，矩形，U形和六角形。要減少流道內的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和U形的效率最高，但U形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成圓形流道。本次模具設計澆注系統得分流道取圓形斷面形狀。(5.2)(5.2)式中D—分流道的直徑，mm；W—塑件的質量，g；L—分流道的長度，mm；由上可得D≈7.82mm，圓整為8mm，符合推薦值。分流道圓形截面形狀以及分流道結構如圖所示分流道的截面形狀分流道結構4.3.3澆口設計 澆口，在工程實踐中將其稱作是模具的進料口，主要作用是連接分流道和模具的型腔部分，是模具澆注系統的重要構成，澆口設計情況在一定程度上會直接影響成型塑件產品的尺寸精度及其外觀質量情況，故其相關設計工作是非常重要的，如下所示的是模具澆口設計注意事項：澆口截面面積不能太大，長度尺寸也不能過長。融料流速要設定的大一些，增大內部材料的流動性。澆口痕跡不能太大，不能影響塑件表面位置。澆口要有較好的可加工性。在我們注塑模具設計中，按澆口的結構形式的劃分，我們平時常用的澆口形式有下列11種：側澆口、直接澆口、點澆口、潛伏式澆口等。由于塑件是外觀件，經過仔細的考慮，為了不影響塑件的外觀，該塑件采用側澆口。1)計算澆口的深度，可得側澆口的深度h計算公式為：式中：n—塑料成型系數0.3t—對應塑件厚度1.5mm。(2)計算澆口的寬度。通過下列公式，得到澆口的的寬度b的計算公式為:式中：b—澆口寬度 （5.4）n—塑料成型系數0.3A—塑件外側表面積15916mm2塑件外側表面積圓整后，澆口的寬度為3mm，側澆口結構如圖所示側澆口4.3.4冷料井設計本設計設計Z型拉料桿。使拉料桿頭部的側凹將主流道凝料鉤住，分模是即可將凝料從主流道中拉出。拉料桿底部固定在推桿板上，在推出塑件時，冷料也一同被推出，取產品時向拉料鉤的側向稍微許動，即可脫鉤將塑件連同澆注系統凝料一道取下，這樣方便模具順利生產。拉料桿結構如圖所示拉料桿4.4導向與定位機構模具開合模引導機構統稱合模導向機構，是注塑模具不可缺少的結構，當將模具的可移動模具和固定模具夾緊到特定位置時，它起到引導的作用，并且可移動模具和固定模具的未對準會導致產品大量的塑料熔體可能溢出或損壞型腔，以降低產品的不合格率。常用的模具開合模導向機構主要有兩種形式：導柱導向和圓錐面定位，在本文中，注射模采用導柱導向機構。4.4.1導向機構的作用導向機構是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套。其具體作用有：（1）定位作用；（2）導向作用；（3）承載作用；（4）保持運動平穩作用；（5）錐面定位機構作用。4.4.2導柱導套的設計關于導柱來講，通常將其分成帶頭導柱和有肩的這兩種結構，如果在設計中需要根據具體的情況進行分析選取。關于導套來講，我們應該明確它也有兩種常見形式，首先就是需要在使用的時候預防掉落拔出的不帶頭的直導套，其次還有帶頭的形式，這種形式的結構一般較好裝配。由于動、定模尺寸較大，采用四個導柱作為導向，導柱導套材料選用GCr15，具有一定強度和耐磨性，4個導柱分布在四個角上，呈對稱分布，其導向更為平穩，滿足其使用性能要求。導柱和導套應該相互配合設計使用，因為導柱要貫穿于動定模之間，要起到導向定位作用，導柱、導套尺寸是根據所選模架周邊尺寸大小以及定模板（A板）、動模板（B板）厚度來定的，本次設計所選模架型號為CI-3540-A65B70C100，定模板厚65mm，動模板厚70mm，所以導柱尺寸：直徑30mm，高131mm，導套尺寸：外徑42mm，內徑30mm，高65mm，兩者配合使用起到導向作用，導柱和導套結構如圖所示：導柱導套4.4.3導柱導套的排布導柱于導套的作用：注塑模具運行的過程中，它們主要起導向定位的作用[17]，防止模具發生碰撞，一般模具就設置4組導柱與導套。本次模具設計導向機構布置如圖所示；導向機構布置

4.5脫模機構設計在注射成型的每一循環中，都必須便塑件從模具型腔中型芯上脫出，模具中這種脫出機構稱為脫模機構（或推出機構、頂出機構）。脫模機構的作用包括脫出、取出兩個動作，即首先將塑件和澆注系統凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內取出。4.5.1脫模選擇推桿、推管、推板及推塊等脫模結構，雖然在構造上略有不同，但是其功能卻大同小異。手機殼產品的構造特征，內部結構空間足夠布置推桿，以及產品三面側壁的側凹和側孔結構需要采用斜推桿抽芯，該抽芯機構本身也具有推出產品的作用。所以，本設計采用了推桿和斜推桿共同作用來推出產品。推桿結構形式采用截面為圓形推桿即圓推桿，圓推桿屬于細長型，在制造時，由于擠壓推板墊板的作用，會造成推桿的折斷，通常情況下，推桿采用T8A或者T10A的材料，對其頭部部位進行淬火，使其硬度達到50HRC以上。4.5.2脫模力計算對于一般平板類產品，常用下式計算其脫模力（Q）：式中--型芯或被包緊部分的斷面周長（cm）;--被包緊部分的深度（cm）;--由塑件收縮率產生的單位面積上的正壓力，一般取；--磨擦系數，一般取；--脫模斜度；通過軟件分析L長度為463mm，如圖所示，平均高度為10mm型芯被包緊斷面長度Q=463×10×10×（0.1cos1°-sin1°）=4630N4.5.3推桿布局為了能使脫模結構順利脫出外殼，合理地對推桿位置進行排布是十分有必要的，推桿常會分布在脫模力較大的位置，還要避開冷卻水道，本次設計在產品底部布置多根φ8mm的推桿以及四處斜推桿抽芯機構，脫模機構位置如圖所示；脫模機構分布4.6抽芯機構的設計在產品冷卻成型之后，模具要進行開模工作，直接將模具動模部分和靜模部分從分型面位置處分開，但是很多時候所需要的塑件結構在側邊方向上會有一些孔或者凹槽的存在，此時如果簡單的將兩塊模具分開進行開模，那么將不會生產得到實際想要的制品，側凹、側孔結構成型失敗，因此，會設計側向分型抽芯機構來進行這部分的成型，在脫模前，先將側型芯抽出。順利完成側孔和側凹的成型，最后進行脫模。4.6.1抽芯機構設計確定抽芯機構根據結構形式不同，可以分為斜導柱滑塊抽芯機構，斜推桿抽芯機構，彎銷抽芯機構以及液壓缸抽芯機構等，在選擇抽芯機構的時候，通常會根據側凹側孔或者倒扣結構種類不同，以及抽芯距大小而選擇的。塑件側壁上的側孔和側凹結構，無法通過型芯、型腔合模直接成型，需要借助此機構才能成型，側孔深度不大，本次設計采用斜導柱滑塊抽芯機構，抽芯機構如圖所示；斜推桿抽芯機構4.6.2抽芯距計算抽芯距是指滑塊或者斜推桿移開產品不妨礙產品順利脫模的距離，抽芯距的計算公式為：抽心距：S=S凹+(2～3)mm=4mm(7.1)其中：S—抽芯距；S凹—側凹和側孔深度，即手機殼壁厚為1.5mm；2-3mm為產品抽芯后的安全距離4.6.3斜推桿的設計（1）傾角a確定在模具抽芯機構設計中，斜推桿具體設計成多少度，一般是可以自由選取的，但是選取角度不能太大，否則在工作過程中容易受到大的扭曲作用，導致推桿磨損卡死，斷裂，通常選取度數在3°到15°，斜推桿角度采用6°結構的設計頂桿的頭部要加工成型凸臺結構，這樣才能成型側凹。斜頂桿的底部加工有凹槽，以便在斜頂固定座上滑動。斜推桿結構如圖所示斜推桿4.7模具冷卻系統的設計注塑成型加工生產需要將塑料的溫度加熱至200-300℃，但如果模具的溫度也是這高，人手則是無法觸摸的，這會影響正常生產，模具在正常工作的時候必須要能夠輕微觸摸，模具溫度一般要在40-80℃，綜上考慮，需要設計冷卻系統，既能夠保證作業人員的身體安全，還能夠加快冷卻效果，縮短產品的加工周期，獲取較高的生產效率。設計制造模架溫度調節系統的過程中，重點需要考慮所用材料所具有的相關物理性能，查閱注塑模具設計指導手冊的相關資料，了解所用材料的注射溫度，以及該材料適合用的模具溫度，然后根據獲取的參數結果完成調節方案設計。4.7.1冷卻系統的設計原則（1）根據生產所用塑料材料的具體品種確定此次設計注射模具需要選用加熱方式，還是需要選用冷卻方式；（2）需要把模具的模溫控制的比較均一，保證產品的冷卻同樣是比較均一的，能夠獲得較高的注射生產率，還能夠進一步提高所生產塑件產品的質量情況；（3）如果模具的模溫要求比較低，就需要通過大流量的快速流動水對模具進行冷卻，如此可以獲得比較好的效果；(4)模具所用溫度調節系統的設計方案要盡量簡單化，易于完成該部分和模具整體的加工制造，需要將成本費用控制在合理范圍內；(5)研究分析此次設計任務的成型溫度參數以及實際的使用要求可知，本模具需要冷卻，從而能夠進一步提高注射生產的生產率。4.7.2冷卻系統的簡單計算由于塑件壁厚為1.5mm，可查表，取綜合冷卻時間t冷=14秒，取注塑時間t注=7秒，脫模時間t脫=15秒，則注塑周期：t=t冷+t注+t脫=32秒。由此得每小時注射次數：N=(3600/36)次=100次確定單位質量的塑件在凝固時所放出的熱量Q5查表直接可知ABS的單位熱流量Q5的值的范圍在（590-690）KJ/kg之間。故可取=590KJ/kg。（1）計算冷卻水的體積流量qv設冷卻水道入口的水溫為,出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容為C=4.187/(kg),則根據公式可得：Q===4.73х10-5（2）確定冷卻水路的直徑d當Q=4.7310-3m3/min時，為了使冷卻水處于湍流狀態，取模具冷卻水管的直徑d=8mm。（3）冷卻水在管內的流速V===1.715m/s（4）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數h因為平均水溫為3.5，查手冊可得，則有===2.68KJ/m這部分的系統設計和型腔的基本上式相同的，需要注意的就是在型芯上面的結構要相對簡單一些，而型腔型芯上面則是設備兩條冷卻水道來進行工作的。冷卻水道具體布置結構如圖所示：冷卻水道4.7.3排氣系統的設計排氣槽是為使模具型腔中的氣體排出而在模具上開設的通氣槽或通氣孔。排氣是注射模具設計中一個重要的問題。在注射成型過程中,熔體注入型腔時,必須將型腔中的空氣和從熔體中溢出的揮發性氣體順利排出型腔。

注射模常用的排氣方式有以下幾種:①用分型面排氣;②用型腔和模板的配合間隙排氣;③用側型芯運動間隙排氣;④利用推桿運動間隙排氣;⑤開設排氣槽。本模具為中小型模具,且分型面適宜,可以利用①、②的方式來排氣,不必再設計其他排氣裝置。4.8成型零件設計及計算在模具中，成型零件是對所制造的產品成型結構以及成型質量起到決定性作用的，其中最主要的成形零件是：型芯、型腔，也就是通常所說的凸模與凹模，必要時，還有其他小的鑲件以及成型桿的零件。成型零件材料要求必須要能夠在極高溫度熔融材質高速沖擊下使用，才能滿足使用要求。4.8.1成型零件結構設計模具里面重要的用于成型的零部件有型芯、型腔和鑲件。型芯、型腔分別用于成型紅米K70手機殼的內表面和外表面，分別也稱凸模和凹模。結構分整體嵌入式和組合式兩種。整體式在制造過程中將型芯和模板加工到一塊，結構簡單而卻牢固，同時剛度強度也較大，在加工制造塑料件的時候一般不會產生不必要的縫隙痕跡以免對塑件外觀質量造成影響，有一點就是不方便制造加工；組合式通常主要適用于某些小型芯或者復雜的型芯，在維修以及節省材料等方面有著一定的優勢。綜上所述，此次紅米K70手機殼結構簡單，模具型芯和型腔在設計選用上都采取整體嵌入式，整體嵌入式型芯和型腔結構如下圖所示；型腔型芯4.8.2成型零件尺寸計算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構成塑件的尺寸,主要有型腔和型芯的徑向尺寸(包括矩形和異形零件的長和寬)，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸等＋任何塑料之間都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，則精度要求較高。在模具設計時，應根據塑件的尺寸精度等級確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級。本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這ABS的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取z=Δ/3。型腔徑向尺寸的計算公式公式中塑件的徑向尺寸；塑件的平均收縮率；塑件的尺寸公差；型腔模具型腔深度尺寸的計算公式公式中塑件的徑向高度；塑件的平均收縮率；塑件的尺寸公差；型腔模具公差型芯徑向尺寸的計算公式公式中塑件的徑向尺寸；塑件的平均收縮率；塑件的尺寸公差；模具公差型芯深度尺寸的計算公式公式中塑件的徑向高度；塑件的平均收縮率；塑件的尺寸公差；模具公差 4.9模具裝配圖及三維模型通過以上設計內容，包括澆注系統、脫模機構、抽芯機構、導向機構以及成型零件尺寸的設計及計算，繪制出如圖所示模具裝配圖，根據模具裝配圖利用三維軟件繪制出模具三維模型如圖所示。模具裝配圖模具三維

總

結

本次設計主要內容為成型紅米K70手機殼設計一套塑料模具方案，在開展方案設計之前首先對紅米K70手機殼結構做出了分析，然后根據其使用要求為紅米K70手機殼選擇合適的ABS材質，本次設計型腔數目為一模兩腔的結構，本次設計中澆口形式采用了側澆口進膠的方式，通過三維軟件獲得了產品體積，并對本次模具選定了型號注塑機及龍記標準CI模架型號。確定了模具最佳分型面位置，然后對主要的模具結構比如澆注系統、脫模機構、模具冷卻系統進行詳細的設計及計算。在成型零部件設計時，對成型零件的結構形式做出了選擇并對成型零件的成型尺寸進行計算。最后對所選注塑機型號進行了校核。通過本設計整個過程的學習和回顧，鞏固所學的各項專業理論知識，設計方法及相關技術，能夠更加系統化的掌握所學的知識。能夠獨立思考所遇到的各種難題，能夠結合生產實際運用自己已學的各項知識內容解決實各種問題。同時，能夠根據設計情況高效完成設計計算工作，工程繪圖能力顯著提升，文件編輯與文字表達較以往都有了較為顯著的提升，能夠更快的完成文獻查閱工作，計算機應用水平和工具書的使用水平都提升到了新高度，科學研究方面所涉及的基本方法已經全面掌握。參考文獻[1]陳文,林宗德,彭清和,等.排插前蓋注塑模具的設計[J].吉林化工學院學報,2019(7):43-47.[2]任長春,單以才,夏宗禹,等.基于模內轉印工藝的筆記本電腦主機上蓋注塑模設計[J].塑料科技,2019,47(02):72-77.[3]張韜,原梓皓,林鑫,等.淺談排插內托注塑成型工藝優化及模具設計[J].中國設備工程,2019，3(31):24-35.[4]洪慎章.汽車儀表外殼注塑工藝及模具設計[J].橡塑技術與裝備,2019(12):14-16.[5]JinG,Jian-JunZ.DesignofBicolorInjectionMouldandMulti-typeCorePullingMechanismforAutomotiveInteriorTrim[J].ChinaPlABSticsIndustry,2016，5(15):33-38.[6]RatanawilaiT,LeeyoaM,TiptongY.Influenceofwoodspeciesonpropertiesofinjectionmouldnaturalflour-HDPEcomposites[J].IopConference,2016,131:012002.[7]Min,Zhang,Lili.CAEOptimizationandDesignofInjectionMouldwithInnerPartingStructureforAutomobileFrontBumper[J].RecentPatentsonMaterialsScience,2016，4(24):87-85.[8]劉飛.數據線卡座注塑模具設計[J].設備管理與維修,2019,446(08):150-151.[9]龐光宗.注塑模具的標準化與自動化設計[J].數