模具设计论文

手机后盖的模具设计

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摘要：

注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计是手机后盖塑料模具的设计，对零件结构进行了工艺分析，采用ABS作为塑件的材料。采用单分型面，根据模具的型腔数目以及最大注塑量、注射压力、锁模力、模具的安装尺寸等因素选择了注射机，选择成型零部件的尺寸；采用扇形浇口；利用直导柱导向，斜滑顶杆顶料,斜滑顶杆侧抽，同时完成侧抽和顶出完成脱模，并对模具的材料进行了选择，如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。对模具结构与注射机的匹配进行了校核。用ProE绘制出模具三维图形，最后利用PROE对型芯和型腔进行了加工仿真，制定了符合要求的数控加工工艺过程。

关键词：手机后盖； ABS；注塑模具；PROE；

目 录

1绪论

模具发展的现状 存在问题和主要差距 发展展望

2材料与塑件分析 塑件分析 塑件材料分析 确定塑件设计批量 计算塑件的体积和质量 3选择塑件的分型面 4标准件的选择 5 注塑机的选择 6 浇注系统的设计 7 冷却系统的设计 8顶出和导向机构的设计 顶出机构的设计 导向机构的设计 复位机构的设计 9成型零件的设计 10模具设计总图

1 绪论

模具发展的现状

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。

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。

发展展望

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。

2 材料与塑件分析

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。

图1 塑件三维立体图

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。

热塑性塑料还分为很多种，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等，为了选到合适的塑件材料，通过对塑件的分析和查阅有关资料可选择以下材料见表1。

表1 注塑塑料对比

塑料名称 材料特性 ABS 较大的机械强度和良好的综合性能。 聚乙烯 结晶部分多时，塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高，但整体尺寸变小，耐冲击强度及断裂强度底。 成型 工艺 特点 ABS的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热。原料控制水分在%以下。 注射温度 ABS塑料的温度与熔融粘度的关系比较独特，在达到塑化温度后在继续盲目升温，必将ABS的热降解。 注射速度及压力 ABS采用中等注射速度效果较好，注射时需要采用较高的注聚乙烯的注射压力一般选择在～之间。注射速度不易过快，以保证结聚乙烯制件最显著的特点是收缩率大，这与材料的可结晶性和模具温度有关。定型后塑件在强的收缩牵引作用下，可令制件变形和翘曲。 聚乙烯的注射温度一般在120～310℃之间，温度超过300℃时，收缩率会明显增大。 射压力，其溢边料为0.04mm左右。晶程度高。 并需要调配好保压压力和保压时间。 模具温度 ABS的模具温度相对较高，由于模具温度对收缩率影响很一般调节在75～85℃。 大，因此要经常保持模具相对恒定的温度，一般在40～80℃之间。 经以上两种备选材料的性能对比，并考虑到制件的使用环境，本设计采用ABS材料。由于材料的吸湿性强，含水量应小于% ，所以原料应充分干燥。ABS的技术指标、注射工艺参数具体看表2和表3。

表2 ABS技术指标

ABS技术指标 密度 吸水率 熔点 拉伸弹性模量 拉伸屈服强度

表3 ABS的注射工艺参数

注射机类型 喷嘴形式 模具温度 保压压力 周期 后处理方法 备注 螺杆式 直通式喷嘴 50 ~ 70℃ 5 ~ 10 Mpa 15 ~ 30s 螺杆转速 喷嘴温度 注射压力 冷却时间 红外线烘箱温度70℃时间 ~ 1h 原材料应预干燥以上 30 ~ 60r/min 180~190℃ 60 ~100Mpa 5 ~ 15s 50Mpa 温度传导系数 107~ ~% 130~160℃ ×10Mpa 3比容 收缩率 硬度 弯曲强度 ~ ~% HB 80Mpa ×m/s 2 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。

计算塑件的体积和质量

该产品材料为ABS,查手册或产品说明得知其密度为1.03g—1.07g/cm³。收缩率为%—%。计算其平均密度为1.05g/cm³,平均收缩率为%。

使用PROE软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积。当然也可根据形状手动几何计算得到该零件的体积。

图2 塑件体积

通过计算塑件的体积V塑=4.185cm³，可得塑件的质量为M塑=ρV塑=×=4.394g，因为一模两腔所以M=×2=8.788g 式子中ρ塑料密度g/cm³。

由浇注系统体积V浇=5.535cm³可计算出浇注系统质量为 M浇=ρV浇=5.535g×=5.812g

因为一模两腔 故V总=2V塑＋V浇= 13.905cm³ M总=M塑＋M浇= cm³

3选择塑件的分型面

选择分型面时，应考虑到使模具结构简单，分型容易，并且应不影响塑件的外观及使用。 根据手机后盖件的特点，选取分型面。

4 标准件的选择

模具的标准化对于生产中提高效率，改善生产环节有着很重要的作用。近年来在模具行业，特别是塑料模具行业，标准件的大量运用使生产更趋于标准化、简单化，对于生产安全和高效起到很重要的作用，还有利于模具的国际交流和组织模具出口，打入国际市场。

4．1标准模架的选取

模架是设计制造塑料注射模的基础部件，其他部件的设计与制造均依赖于它，选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数，本次设计因参照生产实例采用如图3所示模架。

图3模架的选择

4．2标准紧固件的选用

标准紧固件主要是螺钉。螺钉是日常生活中最常用的标准件，将螺杆直接旋入被连接件之一的螺孔内，螺钉头部即可将两被连接件紧固，其规格和尺寸均有相应的标准，本设计的塑件模架中主要采用内六角螺钉,包括M5,M6,M8和M10,M14不等，长度根据不同需要选取。

5 注塑机的选择

注塑机的概述

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4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4：

表4

立式 卧式 固性塑料注热塑性塑料注射机 形式 容量一般为30～60g 柱塞式30～60g 螺杆式60cm以上 除塑化加热注射装置一般为结构柱塞式、液压机械注射装置以螺杆为主，液系统外，其他压机械式锁模，顶出系统与热塑性塑特性 式锁模机构、顶出系统为机械顶出 采用机械、液压或两者兼料用螺杆式备 注射机相似 卧两种注射机列，优点介于立互相成垂直排模装置的轴线注射装置与合3直角式 射机 容量一般为20～45g 100～500g 之间 1.开模后，塑件自动落下便于实现自动化操作 1.开模后，塑件2.塑化能力大、均匀，注射压力大，注射1.拆装方便 压力损失小，塑件内应力，定向性小，可优点 2.安装嵌件、活动减小变形，开裂倾向 型芯方便 3.螺杆式可采用不同的螺杆，调节螺杆转期，提高生产力 数、背压等用来加工不同的塑料及不同要求的塑件 1.人工取件 1.装模麻烦，安放嵌件及活动型芯不便，2.注射压力损失易发生分解 大，加工高粘度塑2.螺杆式加工低粘度塑料，薄壁，形状复芯安放不便，易料薄壁塑件时要缺点 求成型压力高，塑料清洗不净，易发生分解 件内应力大，注射3.柱塞式结构也有立式结构所具有的特速度均匀，塑化不性 均匀 1.易于加工小，中1.螺杆式适应加工各种塑料，小型设备易型及分两次进行加工薄壁、精密塑件 双色注射加工的适用塑件 范围 2.柱塞式不宜加3.柱塞式也具有立式注射机中柱塞式结工流动性差，热敏构具有的加工特点 性、对应力敏感的迹的平面塑件 允许有浇口痕料的直接加工 件中心部位不2.螺杆式适应于掺和料、有填料，干着色2.适用加工塑侧浇口模具 型塑件，并装有1.适用加工小构的缺点 2.有柱塞式结杂塑件时易发生回流，螺杆不易清洗，贮倾斜落下 1.嵌件、活动型以减小循环周2.使用双模，可自动落下 塑料及大面积，薄壁塑件，宜加工流动性好的中小性塑件

注射机的选择

本次设计已计算出塑件的总体积为13.509cm³，总质量为14.6 g。根据塑料制品的体积或质量查有关手册选定XS-ZY-125卧式注射机。

表5 XS-ZY-125卧式注射机性能参数

注射量（cm³） 螺杆直径（mm） 注射压力（MPa） 注射行程（mm） 锁模力（KN） 最大成型面积（cm²） 模板最大行程（mm） 125 42 120 115 900 320 300 模具最大厚度（mm） 模具最小厚度（mm） 拉杆空间（mm） 模具定位孔径（mm） 喷嘴孔直径（mm） 喷嘴球孔径（mm） 300 200 290 Ф150 Ф4 12 注塑机的参数校核

为使注塑成形过程顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。

5.3.1 最大注塑量校核

我们通过学习知道注塑机的最大注塑量应大于制件的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好为

注塑机的最大注塑量的80%，所以，本次设计选用注塑机最大注塑量应

机≥V塑件+V浇

式中：V机—注塑机的最大注塑量cm³

V塑—塑件的体积，cm³该产品V塑件=8.37cm³ V浇—浇注系统体积，cm³该产品V浇=5.535cm³ 故V机≥（V塑件+V浇）/=（+）/=17.3812cm³

在此选顶的注塑机注塑量为125cm³，所以满足本次设计的要求。

5.3.2 注射压力校核.

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100 MPa。

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140 MPa。

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180 MPa。

本次的产品设计为手机后盖的塑件，整体结构为小型零件，对粘度的要求不高，所以本次注射机的注射压力为120MPa，应能满足此项要求。

5.3.3锁（合）模力校核

高压塑料熔体充满模腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须小于注射机额定锁模力，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，可选用的型腔压力也不同。型腔压力可根据经验取值，常取型腔压力为20～40Mpa，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，我们对锁模力校核，对一些树脂平均压力作简单的比较。

表6 型腔内树脂平均压力/Mpa

树脂名称 硬质PVC 软质PVC ABS PC PP 一般成型 30 25 30 40 30 重视表面质量的成型 40 35 40 55 40 根据上表，本塑件的材料为ABS，可选择型腔压力Pc=40Mpa，型腔平均压力Pc=40MPa决定后，可以按下式校核射机的额定锁模力：

TKPcA

式中 T——注射机额定锁模力；

A——塑件和流道系统在分型面上的总投影面积（mm2）； K——安全系数，通常取— 本次设计所选注射机T=900KN；

两个塑件在分型面上的投影面积为6049.092mm2； 流道系统在分型面上的总投影面积为552.4157mm2；

A=+=6497.114mm K=；

KPcA=×40×10××10

6

-6

2

== T=900KN >;

故所选注射机满足此项要求。

5.3.4模具安装尺寸的校核

模具厚度（闭合高度）必须满足下式： HminHmHmax

式中：Hmin——注射机允许的最小模具厚度（mm）；

Hm——所设计的模具厚度（mm）； Hmax——注射机允许的最大模具厚度（mm）；

Hmin= 200mm， Hm= 290mm，Hmax= 300mm

200<290<300

所选本次选用的注射机满足此项要求。

5.3.5开模行程的校核

注射机的最大开模行程必须大于开模取出塑件所需的开模距离。本设计所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关，故注塑机的开模行程满足下式:

Smax≥H1+H2+(5～10)mm单分型面 式中：Smax——注射机最大开模行程，mm H1——塑件脱模所需顶出距离，mm H2——塑件脱模所需顶出的距离，mm 本设计的塑件高度H1=5mm，H2=80mm, 所以 H1+H2+(5～10)=5+80+10=95mm,

Smax=300mm≥95mm 所选注射机满足此项要求。

通过对以上工艺参数的校核，本次设计所选用的注射机满足要求。

6 浇注系统的设计

概述

浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。

设计浇注系统应注意：1,浇注系统力求距型腔距离近、一致，并首先进入制品的厚壁部位，不宜直冲型芯镶嵌件。2，其位置力求在分型面上，便于加工并易于快速、均匀、平稳地充满型腔；主流道入

口应在模具中心位置。3，有利于制品的外观，并易于清除。4，排气良好。

本次设计中的材料ABS属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观粘度随剪切速率的变化而发生显著的变化，对假塑性流体而言，剪切速率增大时，表观粘度会降低，温度对ABS的表观粘度也有很大影响，跟普通液体相比，ABS又具有很大的可压缩性，当压力增高时，其表观粘度增加，由于塑料在注射模浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率是随时变化的，在设计浇注系统时，综合加以考虑，以期在充模以尽可能低的表观粘度和较快的速度充满型腔，在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分传递到型腔各部分，此外，制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺寸，本制件上表面要求光滑，所以，不宜在表面开设浇道，而应采用内浇口。 流道设计

浇注系统主要由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。 6.2.1 主流道设计

主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位，与注射机喷嘴同轴，因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模板上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模板上。

熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速度。其浇口选择不能太大和太小。浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失也大，但浇口太大，会造成

材料的浪费。因此，合理的主浇道参数，一般情况下取值如下：

1）d=d1+～1) 式中 d1—注射机喷嘴孔直径（mm）

d—主流道口直径（mm）

所以本设计采用d1为4mm，得出d取为5mm。 2）α=2º～4о对流动性较差的塑料可取3о～6о。 本设计采用α=3°。 α—主流道锥角

3）H—按具体情况选择，一般取3～8mm，H取为5mm。 H—球面配合高度 4）R=R1+（1～3）

式中R1—注射机喷嘴球面半径（mm）， R1为6mm，R取为8mm。

5）r—为主浇道与分浇道过渡处采用的圆角半径， 按具体情况选择，一般取1～3mm，现在选择其为1.5mm。 6）L应尽量缩短，本设计取75mm。

6.2.2分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道。多型腔模具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。

1. 分流道的设计要点：

（1）流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。为此，分流道一要

短，二要使粗糙度降到最低，三是容积要小，四是少弯折。

（2）要使分流道的固化时间稍慢于制品的固化时间，以利保压、补

缩和压力传递；

（3）要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔，故在多型腔设计时，

在保证模具结构强度前提下，力求采用平衡进料，而且在保证模具结构强度前提下，力求紧凑、集中。

（4）便于加工，便于使用标准刀具，免于制造专用刀具。 2．分流道的截面形状

分流道的截面类型有圆形、梯形、U形、半圆形等，根据塑件的材料流动性较好，长度较短，可以采用圆形分流道且呈直线布置。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取μm左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

3. 分流道的布置

分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或加上型腔大小不同）。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定不相同。因此，本塑件的

分流道采用了平衡式布置。

图5 分流道设计

浇口设计

浇口是主流道、分流道和型腔之间的连接部分，是浇注系统的最终端，很短，截面积很小。当熔融的料流在高压下经过浇口时，因截面积小而流速加快，因摩擦作用而温度升高，黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔。故浇口是浇注系统的关键部位，其位置、形状及尺寸等决定着塑件质量、注射效果及注射效率。

浇口的作用：⑴快速充型，保压补缩；⑵防止热料回流；⑶使塑件与浇注系统分离。

浇口截面形状和尺寸的确定要根据制品的尺寸大小、壁的厚薄、塑料的品种以及制品的结构和相应的浇口形式而定。先取小值，试模后根据情况在修正。总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时的冷却封闭，因此，浇口的截面要小，长度要短，这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。

注射模具的浇口形式较多，其形式和安放位置有直接浇口、盘形浇口（或中心浇口）、浇口、点浇口等，具体采用的形式可以综合各种影响因素，本设计采用扇形浇口。扇形浇口：流动速度快，比较容易进浇，但增加熔接痕。综上所述，采用侧浇口。

图6 侧浇口

7 冷却系统的设计

冷却时间计算

注射模实质上是一种热交换器。确定恰当的热交换（冷却）时间，是模具设计者的重要任务。为此，首先分析影响冷却时间的因素。本次设计选用的模具材料为钢材。如只考虑材料的冷却效果时，若热率越高，从熔融塑料吸收热量越迅速，冷却得越快。本塑件采用冷却水做冷却介质。我们知道水的比热大，以冷却水出、入处口温差小为好，一般控制在5C以内。冷却水在通道中的流速，以尽可能高为好，其流动状态以湍流为佳，即雷诺系数Re>104为宜。塑料的热性能，对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散率都很低，但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。

根据表7确定冷却时间

表7塑件壁厚与冷却时间的关系

制件厚度（mm） ABS PA 冷却时间` （s） HDPE LDPE PP PS PVC 根据上表，本塑件材料为ABS，壁厚为1.2mm，故冷却时间为。

冷却参数计算

1.计算所需冷却水体积流量： 应用公式：V=

Gi 来计算；

60C(t1t2)式中： V—冷却水的体积流量(m3/min)

G——单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）

i——塑料成型时在模内释放的热量（J/kg）

C——冷却水的比热容(J/kg·K)

——冷却水的密度（kg/m）

t1——冷却水的出口温度（℃） t2——冷却水的进口温度（℃）

3

塑件质量M塑=8.788g,用PROE作出浇注系统的三维图，计算出浇注系统的总质量为5.812g，每小时注射240次，

G=（+）240/1000=3.504Kg；

计算得 V=

Gi=×3×105/60/103/4200/（25-20）=

60C(t1t2)=(m3/min)

参考《塑料模具技术手册》，选定冷却水道直径为8mm 。 2.求冷却水在水孔内的传热速度v

v=

4V-32

=4××10/(6/1000)/60=(m/s) d23.求冷却水孔与冷却水间的传热系数

(v)0.80.2==×(996×0.002

d0.2 =×103（W/m2·K） (= 4.传热水孔总传热面积的计算：

公式 A=

Gi

3600(TwT)式中：A——冷却水孔总传热面积(m2)

G——单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）

——冷却水的传热系数（W/m2·K） C——冷却水的比热容(J/kg·K) ——冷却水的密度（kg/m3）

TW——模具温度（℃）

T——冷却水的平均温度（℃）

计算得： A =

Gi

3600(TwT)=×3×105/3600/103/「40-（25-20）/2」

=（m2）

则传热水孔总传热面积应为0.009m2 5.冷却水孔总长度计算

公式 L=

Gi

3600(vd)0.8(TwT)式中 L——冷却水孔总长度(m) L=

Gi=1.51m

3600(vd)0.8(TwT)则冷却水孔总长度应为1.51m

6.冷却水道孔数计算：

公式 n=计算 n=

A dlA== dl因为模具采用的设计是一模两腔设计，选用铜管以防止漏水，会降低冷却作用故采用14根水道。 冷却回路的设计

根据本次设计的塑件形状及其所需冷却温度分布要求以及浇口位置等，设计出冷却回路。冷却通道之间也可采用内部钻孔法沟通，用堵头使之形成规定的冷却回路。

冷却回路的水孔数量尽可能多、孔径尽可能大，一般的来说，冷却水孔中心线与型腔的距离应为冷却通道直径的1—2倍（通常为12—15mm），冷却通道之间的中心距约为水孔直径的3—5倍，通道一般

在8mm左右以上。

冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔壁厚不均匀时，应在厚壁处强化冷却。

合理确定冷却水接头位置，进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧面。为了不影响操作，通常应设在注射机的背面，水管接头多采用自动密封接头。

综合以上冷却水孔的布置要点同时还要兼顾水道与其它件是否产生干涉，本次设计的冷却水道采用直通式，不会与其他零件产生干涉，水道中插入铜管防止漏水。

8 顶出和导向机构的设计

顶出机构的设计 8.1.1 顶出机构的分类

顶出机构按驱动形式分为：手动顶出、机动顶出、气动顶出。按模具结构形式分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。

8.1.2 顶出机构的设计原则

（1）顶出机构应设置在动模一侧：因塑件一般均留在动模一侧以便顶出。

（2）顶出时与塑件的接触应为塑件内表面及其他不明显的位置，以保证塑件外观。

（3）顶出装置均匀分布，顶出力作用在塑件承受力最大的部位。

以防变形和损伤。

（4）顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠，足够的强度、耐磨性，平稳顺畅无卡滞，并且制造方便，易于维修。

8.1.3 顶出机构的基本形式

1.顶杆顶出机构

基本形式：常用断面形状有圆形、矩形、腰形、半圆形、弓形和盘形等。本设计选用斜滑顶杆，因为它有两方面作用既能做顶杆还能起内部侧抽的作用，能保证配合精度及互换性，滑动阻力最好，不卡滞，应用很广。顶杆的结构形式如图7。本次设计主要采用下面的顶出形式，顶杆端部的端面要求抛光以符合塑件的粗糙度的要求。

图7顶杆的形式

导向机构的设计

导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，它能够保证注射模具准确的开合模，并在模具中起定位、导向和承受一定侧压力的作用，导向机构的形式主要有导柱导向和精定位装置。

8.2.1导柱和导套的设计

导柱导向机构主要包括导柱和导套，导柱与导套的配合具有导向作用、定位作用、承受一定的侧向压力。导柱的结构形式：注射模具常

用导柱的结构形式有两种：带头导柱和带肩导柱。

由于本设计是小型模具设计，但是是深型腔注射模具，所以采用带头短导柱，并且带有储油槽。

导套可分为直导套和带头导套。带头导套轴固定容易，而直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构。本设计中导套选为带头的导套，并且带油槽。导如图8所示。

图8导柱和导套

8.2.2 导柱和导套在模板上的布置

导柱和导套在模板上的布置一般遵循以下几点：

（1） 二导柱（用于小型模具）：合模无方位要求时：二导柱直径相同对称分布；有方位要求时：二导柱直径不同或直径相同不对称分布。

（2）三导柱：用于中小型模具。

（3）四导柱：用于深腔大型模具，在圆模板上，在矩形模板上。 （4）八导柱：四短（增强导向刚性）四长，用语深腔、薄壁，要求壁厚均匀的模具。

根据以上要求本设计选择了四导柱。具体布置参看装配图。

复位机构的设计

复位机构就是在模具闭合时顶出系统的各个顶出元件恢复到原来设定的位置。如顶杆、顶管、顶块等。但因其端部一般并不直接接触

到定模的分型面上，故模具闭合时并不能驱动它们复位，必须依靠特设的复位机构。

复位机构分为复位杆复位和弹簧复位。 由于弹簧复位用于结构简单的小型模具，弹簧弹力应足以使顶出机构复位。因此，本设计利用弹簧进行推杆的复位。具体布置参看装配图。

9 成型零件的设计 9．1凹模的设计

凹模：结构形式有整体式、整体嵌入式、镶拼式，由于手机外壳模具采用一模两腔，塑件形状不太复杂，因此可以采用整体嵌入式凹模，结构简单，安装方便。

9．2凸模的设计

凸模：分为主型芯和内侧抽，由于凸模的加工比较简单，结构牢固，并且手机外壳的内形简单，采用整体嵌入式主型芯；采用八个斜滑顶杆来对手机内部进行侧抽。

9．3成型零件工作尺寸计算

（1）塑件的收缩率波动：塑件收缩率的波动所引起的误差应小于塑件公差的1/3。

（2）型腔、型芯的径向尺寸以及塑件尺寸标注，凡孔都是按基孔制，公差下限为零，公差等于上偏差；凡轴都是按基轴制，公差上限为零，公差等于下偏差；中心距基本尺寸为双向等值偏差。

在此设计当中，塑件的其他尺寸没有精度要求,则模具型腔可直接按制品有关尺寸加工制作。

10模具设计总图

图9 模具三维装配图

图10 模具三维装配爆炸图