手机后壳注塑工艺与模具设计

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五温控系统设计注塑模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率以及塑件的形状和尺寸精度都有极大的影响。每种塑料注射成型都有一个合理的模具温度区域，使熔体的流动性好容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小、尺寸稳定，力学性能和表面质量也高。为控制模具的温度，必须设计温度调节系统，一般采用模具冷却或加热的方法，必要时两种兼有，手机外壳模具中使用冷却装置较多。1.温度调节的必要性模具温度对胶件的成型质量、成型效率有着较大的影响。在温度较高的模具里，熔融胶料的流动性较好，有利于胶料充填型腔，获取高质量的胶件外观表面，但会使胶料固化时间变长，顶出时易变形，对结晶性胶料而言，更有利于结晶过程进行，避免存放及使用中胶件尺寸发生变化；在温度较低的模具里，熔融胶料难于充满型腔，导致内应力增加，表面无光泽，产生银纹、熔接痕等缺陷。不同的胶料具有不同的加工工艺性，并且各种胶件的表面要求和结构不同，为了在最有效的时间内生产出符合质量要求的胶件，这就要求模具保持一定的温度，模温越稳定，生产出的胶件在尺寸形状、胶件外观质量等方面的要求就越一致。因此，除了模具制造方面的因素外，模温是控制胶件质量高低的重要因素，模具设计时应充分考虑模具温度的控制方法[16]。2.模具温度控制的原则为了保证在最有效的时间内生产出高外观质量要求、尺寸稳定、变形小的胶件，设计时应清楚了解模具温度控制的基本原则。①不同胶料要求不同的模具温度，如表5-1。②不同表面质量、不同结构的模具要求不同的模具温度，这就要求在设计温控系统时具有针对性。22 ③前模的温度高于后模的温度，一般情况下温度差为20~30º左右。④有火花纹要求的前模温度比一般光面要求的前模温度高，当前模须通热水或热油时，一般温度差为40º左右。⑤当实际的模具温度不能达到要求模温时，应对模具进行升温，因此模具设计时，应充分考虑胶料带入模具的热量能否满足模温要求。⑥由胶料带入模具的热量除通过热辐射、热传导的方式消耗外，绝大部分的热量需由循环的传热介质带出模外。⑦模温应均衡，不能有局部过热、过冷。表5-1常见塑料温度特性表胶料名称ABSASHIPSPCPEPP注射温度(ºC)210~230210~230200~210280~310200~210200~210模具温度(ºC)60~8050~7040~7090~11035~6540~80胶料名称PVCPOMPMMAPA6PSTPU注射温度(ºC)160~180180~200190~230200~210200~210210~220模具温度(ºC)30~4080~10040~6040~8040~7050~7022 七排气系统设计1.模具在制造制品时产生气体的原因①进料系统中物料夹带气体或型腔中原存有空气，在成形加工时，又没有及时将流道、型腔中的气体排出。②树脂中干燥不充分，含有水分，在注射温度下，蒸发而成为水蒸气。③注射温度较高，塑料分解产生气体。④树脂中某些添加剂，挥发或化学反应生成气体(如热固性塑料成形时，不仅塑料本身含有水分和挥发成分，而且在固化过程发生缩聚反应，产生缩合水和低分子挥发气体)。⑤树脂中残余气体。2.模具排气不良的后果①气体经受大的压缩而产生反压力，而这种反压力增加了熔融料体充模流动的阻力，阻止熔融塑料正常快速充模，使模具型腔不能充满，导致塑料棱边不清。②制品上呈现明显可见的流动痕和熔合缝，制件力学性能下降。③气体压缩后，会渗人到塑料内层，使塑料产生银纹、气孔、组织疏松、剥层等表面质量缺陷。④型腔内气体受到压缩后，产生热量而使塑料局部温度上升，塑料熔体分解变色，甚至烧焦碳化。⑤排气不良，降低充模速度，增加了制件成形的周期(尤其是高速注塑)，严重影响生产率[23]。22 3.模具排气系统的设计要点①排气系统的设计，要保证迅速、完全排气，排气速度与充模速度相适应。②排气系统中孔、槽的设计，使溢料产生的毛边应不妨碍制件的脱模。③排气系统中槽的设计，应便于制造、清理，尽量设计在凹模的一面。④排气孔(槽)尽量设计在塑料较厚的成形部位，其方向不应朝向操作面，防止注射漏料伤人，并且设计在料流的终点，如流道、冷料井的尽端。⑤排气孔(槽)，不应有死角，并且表面进行抛光处理，以防止积存冷料。⑥排气系统的设计与模具的分型面、浇口的合理选用进行综合考虑[24]。4.排气系统的设计方法(1)利用排气槽排气排气槽一般开设在前模分型面熔体流动的末端，如图9-30所示，宽度b=0.02mm，高度h=1.5mm~2.0mm。图7.1排气槽结构图22 排气槽的宽度b因树脂不同而异，主要是考虑树脂的粘度及其是否容易分解。作为原则而言，粘度低的树脂，排气槽的宽度要小。容易分解的树脂，排气槽的面积要大，各种树脂的排气宽度可参考表7-1。表7-1各种树脂的排气槽深度树脂名称排气槽宽度(mm)ABS0.03PC0.04PP0.02PS0.02PE0.02PA0.02PC(含玻纤)0.05~0.07(2)利用分型面排气预计充模时料流的终端位置，在该处设平面排气槽，其结构如图7.2。排气槽的深度及延伸部尺寸如图7.2，表7-2，排气槽宽度取3～5mm。图7.2排气槽结构图表7-2排气槽的尺寸（mm）塑料类型hh1ιPA、PE、PS0.020.58~10PC、ABS、POM、PVC0.030.55~8热固性塑料0.01~0.0150.510~15(3)利用推杆排气利用推杆排气设计是利用推杆与型腔或型芯的配合孔的配合间隙进行排气,22 其间隙与推杆直径大小无关,一般按表7-3选取。表7-3推杆与孔之间配合的单面间隙（mm）塑料类型推杆单面配合间隙CPA、PE、PS0.015~0.02PC、ABS、POM、PVC0.02~0.025热固性塑料0.01~0.015(4)利用镶拼间隙排气对于组合式的型腔、型芯，可利用它们的镶拼间隙来排气[25]，如图7.3。图7.3镶件配合面结构图(5)利用多孔金属排气这是一种利用能通过气体而不泄漏液体的烧结合金或多孔金属进行排气。在型芯上开设通向模具外的粗排气槽,在与熔料接触处放入烧结合金。这样在熔料充填时,气体可通过烧结合金排向模具外。与其他排气方式相比,这种方式的排气面积大。通常,多孔金属厚度为0.8～1.5mm，通气孔直径为3～10μm，在衬垫上加工的小孔直径为1～2mm。[26](6)利用强制吸气排气这是一种利用抽气装置或冷却系统负压吸引装置进行排气。在成形零件时,采用对模具抽真空的方法排气,效果极佳。22 八顶出系统设计产品完成一个成形周期后开模，产品会包裹在模具的一边，必须将其从模具上取下来。此工作必须由顶出系统来完成，它是整套模具结构中重要组成部分。一般由顶出、复位和顶出导向等三部分组成。1.顶出系统的设计原则顶出系统形式多种多样，它与产品的形状、结构和塑料性能有关，一般有顶杆、顶管、推板、顶出块、气压复合式顶出等。图8.1顶出系统结构图顶出系统的结构图，如图8.1。其设计原则如下：①选择分模面时尽量使产品留在有脱模机构的一边。②顶出力和位置平衡确保产品不变形、不顶破。③顶针须设在不影响产品外观和功能处。④尽量使用标准件安全可靠有利于制造和更换。⑤22 顶出位置应设置在阻力大处，不可离镶件或型芯太近。对于箱形类等深腔模具，侧面阻力最大，应采用顶面和侧面同时顶出方式以免产品变形顶破。⑥当有细而深的加强筋时一般在其底部设置顶杆。⑦在产品进胶口处，避免设置顶针以免破裂。⑧对于薄肉产品，在分流道上设置顶针，即可将产品带出。⑨顶针与顶针孔配合一般为间隙配合，如太松易产生毛边，太紧易造成卡死。为利于加工和装配、减少摩擦面，一般在动模上预留10~15mm的配合长度，其余部分扩孔0.5~1.0mm,形成逃孔。⑩为防止顶针在生产时转动，须将其固定在顶针板上，其形式多种多样，须根据顶针大小、形状、位置来具体确定[27]。2.顶出类型的选用原则注塑模结构中，顶出机构设计的好坏直接影响到塑料成品的质量，如果设计得不好，塑件会产生一系列缺陷，如：塑件的翘曲变形、裂纹和顶白现象等。顶出类型的确定是顶出设计中最为重要的一个环节，根据顶出力和脱模阻力来进行顶杆类型、数量和顶出位置的优化设计[28]。(1)顶杆顶杆是顶出机构中最简单最常见的一种形式。因其制造加工和修配方便，顶出效果好，在生产中应用最广泛。但圆形顶出面积相对较小，易产生应力集中，顶穿产品，产品变形等不良。在脱模斜度小、阻力大等管形箱形产品中，尽量避免使用。当顶杆较细长时，一般设置成台阶形的顶针以加强刚度，避免弯曲和折断[29]。顶杆结构，如图8.2、8.3、8.4。图8.2圆顶针结构图图8.3台阶圆顶针结构图22 图8.4扁顶针结构图(2)顶管顶管又叫司筒或司筒针，它适用于环形、筒形或带中心孔的产品。它顶出是全周接触受力均匀，不会使产品变形，也不易留下明显顶出痕迹，可提高产品同心度。但对于周边肉厚、较薄的产品避免使用，以免加工困难和强度减弱造成损坏。(3)推板推板适用于各种容器、箱形、筒形和细长带中心孔的薄件产品。它顶出平稳、均匀，顶出力大，不留顶出痕迹。一般会有固定连接，以免生产中或脱模时将推板推落，但只要导柱足够长，严格控制脱模行程，推板也可不固定。22 九装配及检查1.模具装配图总装配图（如图9.1）应尽量按照国家制图标准绘制，要清楚地表明各个零件的装配关系，以便于工人装配。当凹模与型芯镶块很多时，为了便于测绘各个镶块零件，还有必要先绘制动模和定模部装图，在部装图的基础上再绘制总装图。总装图尽量按1：1的比例，清晰表达模具的结构示图，包括定模俯视图、定模仰视图、动模X方向阶梯剖视图、动模Y方向阶梯剖视图、定模侧视图、动模侧视图以及典型部位的局部结构剖视图。要对图中关键装配部位进行简单标注，如顶出距离、滑块结构、斜顶结构、回针结构、大小拉杆结构、浇道结构、浇口结构等[30]。图9.1总装配图22 动模侧俯视图(如图9.2)，根据需要标明顶出孔(KO)、弹簧孔(SPR)、支撑柱(SP)、顶针板导柱(EGP)、回针(RP)水道的进出口（IN和OUT），典型零件要标出零件的长、宽、高等尺寸，注明天侧、地侧、操作者侧。图9.2动模侧俯视图22 定模侧仰视图(如图9.3)，根据需要标明水道的进出口（IN和OUT），典型零件要标出零件的长、宽、高等尺寸，注明天侧、地侧、操作者侧。图9.3定模侧仰视图22 剖视图（如图9.4，9.5）要清晰表达塑件的外形，模芯及各个零件的拼镶方式，对浇注系统，冷却系统，抽芯机构，顶出系统等作完整的描述。阶梯剖视图要经过滑块机构、斜顶机构、回针、支撑柱、弹簧孔、大小拉杆，浇道、浇口等。要标注出顶出距离，滑块、斜顶结构的关键配合尺寸和水平可移动距离，浇道、浇口的关键尺寸，回针、支撑柱、弹簧孔、大小拉杆的结构尺寸和配合尺寸[31]。22 22 浇口的局部放大视图（如9.8），应标注主要尺寸，包括浇口直径、锥度、长度等。图9.8浇口剖视图2.模具检查模具设计完成后要按表9-1，9-2进行检查、校核。检查零件结构是否设计合理，校核脱模机构是否满足脱模要求，校核冷却设计是否满足温度要求，检查机构间运动是否干涉等等，以确保模具能正确运动、安全生产，生产出来的产品符合要求。22 表9-1模具部位检查表检查部位项目检查部位项目产品部分1.表面质量2.钳工修正3.合模面4.斜度5.肉厚6.形状侧凹1.滑动配合2.滑动行程3.定位装置4.斜梢与斜梢孔配合流道1.尺寸形状2.表面光洁冷却系统1.水压试验2.位置大小数量注道1.与喷嘴接触2.孔径温控器1.与模具的嵌合2.位置数量能量3.绝缘电阻试验浇口长宽深分模面1.表面加工2.间隙配合导柱1.与导套配合间隙2.配合有效长度模胚1.外观2.托模孔径与孔距顶出机构1.动作情形2.顶出行程3.顶针配合间隙4.回针配合间隙其它1.模具标记及基准2.吊环孔3.各部定位块4.图面要求的其它事项22 表9-2模具检查注意事项表注意事项品质模具材质,硬度,精度,构造,是否符合要求产品1.塑料的流动,收缩,结合线,裂纹,脱模斜度,流痕等关系产品外观事项2.在产品功能,外形等容许范围内尽量简化加工3.收缩率计算是否得当,是否会变化成型机1.注射量,射出压力,合模力是否充分2.模具能否正确安装于成型机上3.产品从成型机上取出是否顺利4.成型机喷嘴与模具定位环瀙套是否能正确接触5.顶出系统是否正常分模线1.位置是否适当,是否容易长毛边,开模时是否沾模2.是否对模具加工,产品外观有影响顶出机构1.顶出方式对产品是否合适2.位置是否理想,数目是否合适,脱模是否平衡3.剥料板是否易卡住模心温度控制1.温控器能量是否充分2.冷却回路的大小,位置,数量是否合适3.冷却介质是否合适侧凹处理1.方法是否合适2.侧向机构是否会与顶出,回位机构干涉流道浇口1.形状是否合理2.位置,大小是否合适3.主流道,横流道尺寸,形状是否合适装配图1.模具大小,强度是否适当2.模具各相关零件配置是否合适3.装备图的绘制是否明确合适4.各零件是否注明装配位置5.必要零件是否全部记入6.必要的规格栏,标题栏是否明确标明22 续表9-2：零件图1.零件号,名称,数量是否正确记入2.必要时是否使用标准品或市购品3.配合公差,表面精度,粗糙度是否明确标示4.精度要求高的部分是否考虑再修正之可能5.是否有不必要之过剩精度要求6.模具钢材的选用是否适合零件的机能7.是否以注明热处理,表面处理及表面特殊加工之要求8.模仁及基准是否已标明9.各零件之加工方法是否已注明图纸表示1.现场作业者是否能看懂图面的标示2.图面是否重复或有欠充分尺寸1.现场作业者是否无须再作计算2.文字,数字,尺寸,标注位置是否明确合适加工考虑1.检讨加工方法是否适合模具结构2.是否可能而且容易,如可能但加工极难,可否变更设计3.特殊加工及工程指令是否充分4.对加工与装配之基准是否已标示5.是否考虑热处理等加工引起的变形22 十总结及展望本文研究手机后壳产品的注塑工艺、注塑模具设计的整体思路以及典型零件结构的设计方法。采用CAE分析软件，能够形象地模拟熔融塑料的填充模情况，有效地分析浇口、浇道等大小和位置，更为精确地进行浇注系统的设计。在研究过程中完成了工艺的设计与结构的设计，包括了选择分型面的位置、确定脱模斜度的大小、浇注系统的设计、温控系统的设计、抽芯系统的设计、排气系统的设计、顶出系统的设计，最后完成总装配图及检查表。通过一系列的设计，顺利地完成本课题的研究——手机后壳的注塑模具设计，按照本设计，配合工艺条件及生产条件，来制造注塑模具。本课题尚只进行了注塑过程CAE分析、注塑工艺设计、模具结构的设计，而未对模具运动模拟及CAM加工分析，这些问题将在以后工作逐步解决。22 致谢四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。首先，我要特别的感谢我的导师——王华昌导师。我在做毕业设计时一直在公司实习，不能如期参加见面会，但他却能以一位长辈的风范来容谅我。他通过邮件、电话，在我论文完成过程中给予我精心的指导与细致的帮助，帮我及时解决我碰到的困难。他渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了掌握了模具设计的基本方法、开阔了视野、提高了思维能力，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！其次，我要感谢康佳模具塑胶有限公司及其技术工程工艺部的所有同事，特别感谢黄平、鲁丹、朱瀚、张汉文、刘洪伟等。本论文设计顺利完成，每一步都是在他们的指导下完成的，倾注了他们大量的心血，牺牲了他们许多宝贵的时间。还有，我要感谢教授我知识的所有老师们，感谢他们培养我与指导我，我的知识是他们用心思和汗水传授给我的，我会用以服务于我们的社会。感谢材控0401班所有同学，尤其是室友占中华、閤继承、侯志强，在四年的大学生活中，不管在学习中还是在生活中，他们都帮助我克服困难，相互学习，共同进步。最后，感谢我的父母和女友，他们信任的目光、未来的责任和时时可以寻求的慰藉，是我不断进取的力量源泉。感谢帮助我和支持我的每一个朋友和同学，有他们的信任我就能面对工作与生活中的每一个挑战，使我更加坚信一句话：Nothingisimpossible!22 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滑块机构在模具中的应用．工程塑料应用，2008（36）：62-64[22]熊文杰．注塑模组合内置滑块设计．模具工业，2005(11)：35-37[23]张文玉，刘先兰．模具排气系统的设计．机械工人，2002，(4)：32-34[24]杨春旭．模具的排气．模具制造，2004，(2)：64-65[25]熊建武，周进，陈湘舜．塑料注射成型模具排气槽的设计．技术科学与工程，2007，(7)：1446-1450[26]艾方．注塑模的排气槽．模具技术，1996，(2)：92-96[27]杨军，张汝英．手机套盖注射模设计．塑料制造，2007（150）：74-76[28]蒋亚军，娄臻亮．基于知识的注塑模顶出设计．上海交通大学学报，2004（38）：1109-1113[29]费飞．手机后壳的注塑模具设计．黄冈职业技术学院学报，2006（8）：76-84[30]梁书云，张宜生，彭蜀，李德群．塑料注塑模装配模型研究．机械工艺师，2000（6）：18-19[31]张宜生，梁书云，彭蜀，李德群．塑料注塑模装配模型的数据结构．电加工与模具，2000（2）：26-2822