深 圳 大 学
毕 业 论 文（设计）
题目:
院 别: 专 业: 学 号 姓 名: 指导教师: 辅导教师:
2004年5月2日
前言
前 言
发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
在科技快速发展的今天，人民对于各行各业的要求都越来越高；当然对于模具工业的要求也不例外。传统的手工设计完全无法满足模具发展的需要。因而，目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计CAD及计算机辅助工程CAE。通过计算机的辅助功能，将减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；并且在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；在经过多次改模-分析-改模的程序后很好的优化了产品的模具设计。
改革开发之后，我国模具工业引进了国外先进技术，使得模具工业得到了飞跃的发展。深圳作为改革开发的前沿城市，更是得到了非常广阔的发展空间。现在，深圳是全国最大的模具制造基地，设计和生产水平高，交货期短，品种齐全。据深圳市机械行业协会专家介绍，深圳可以制造几乎所有产品的模具，诺基亚、摩托罗拉手机和小鸭洗衣机、日立空调等产品的模具都出自深圳。目前，模具的发展需要更多的标准件，需要更多的高水平的技术人员；随着模具的标准件的不断增多，技术人员水平的不断提高，模具将会大大缩短开发周期、开发质量将会取得更大的提高。
深圳大学本科生毕业论文（设计）
摘要：本文以手机外壳为例，介绍产品从调研、市场分析到最后设计模具的整
个注塑模设计的流程：首先，从调研和市场分析入手，通过对比，设计
好自己的具有可行的新产品方案；再用Pro/Engineer对产品建模；然后，对产品进行MSC有限元分析，确定产品满足受力要求后，再设计模具，
并通过Pro/Engineer外挂的塑料顾问模块来分析，确定最佳浇注口，分
析模流情况，以达到最佳的充模效果。通过Pro/Engineer外带的EMX
模块，进行模具的模架设计。最后把关键零部件的二维图和立体图，还
有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。
关键词：手机外壳、注塑模、MSC、Pro/Engineer、MoldFlow、塑料顾问
ABSTRACT: This massage bases on an example of making the shell of a mobile
phone, to introduce the whole flow of making a ready mould of a product, from the survey and research, to the market analysis, to the final design of the mould: first, begin with the survey and research, and design a plan of the highest feasibility for the new product by contrast; then use Pro-Engineer materials to build the mould. From then on, analyze it with MSC, make sure that it meets the demands under imposed strength, and design the mould. At last, put it through the related plastic consultant modules for analysis, searching for the best inject mouth and look into the circulation inside the mould, in order to achieve a best injection.
Keywords: The shell of the mobile phone, Injection mould, MSC,
Pro/Engineer, MoldFlow, Plastic Advisor
目 录
目 录
第一章 概 述..................................................................................................................1
1.1 产品调研报告.....................................................................................................1
1.1.1 手机外型的发展趋势...........................................................................1
1.1.2 外型设计方案的选择...........................................................................1
1.2 产品的工艺分析报告....................................................................................3
1.2.1 材料的确定................................................................................................3
1.2.2 产品的工艺分析......................................................................................4
1.3 模具设计流程.....................................................................................................6
1.3.1 注射模人工设计流程分析................................................................6
1.3.2 注射模CAD流程（图1.7）............................................................7
1.3.3 人手设计与CAD设计的比较...........................................................8
1.4 模具设计环境与工具....................................................................................8
1.4.1 PRO/E模具设计的环境........................................................................................8
1.4.2 PRO/E外挂工具及其功能..................................................................9
第二章 有限元与MOLDFLOW分析.........................................................11
2.1 有限元分析.........................................................................................................11
2.1.1 有限元分析介绍...................................................................................................11
2.1.2 塑件的MSC分析................................................................................................11
2.2 MOLDFLOW分析与Pro/Engineer塑料顾问工具.....................12
第三章 模具设计.....................................................................................................19
3.1 模具简介..............................................................................................................19
3.1.1、塑料模具的分类.................................................................................19
3.1.2、模具的组成...........................................................................................20
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3.1.3、注塑模具的生产过程......................................................................21
3.2 模具设计与参数计算..................................................................................22
3.2.1、本塑件制品分析.................................................................................22
3.2.2、注塑机的确定......................................................................................23
3.2.3、注塑机参数校核.................................................................................24
3.3 浇注系统设计、关键零部件设计......................................................25
3.3.1 浇注系统的设计....................................................................................25
3.3.2 分型面的选择.........................................................................................28
3.3.3 排气系统的设计....................................................................................29
3.3.4 成型零件的设计....................................................................................29
3.3.5 型腔的侧壁和底板厚度计算.........................................................30
3.3.6 导向零件的设计....................................................................................30
3.3.7 脱模机构...................................................................................................30
3.3.8、加热和冷却装置设计......................................................................31
第四章 模具装配图与爆炸图...................................................................32
第五章 模具设计的创新与特色总结...............................................34
第六章 论文存在的问题与解决设想...............................................36
6.1 论文存在的问题.............................................................................................36
6.2 问题解决设想......................................................................................................36 参 考 文 献.................................................................................................................38 致 谢.......................................................................................................................39
第一章 概述
第一章 概 述
1.1 产品调研报告
1.1.1 手机外型的发展趋势
手机作为现代通信工具已经非常普及了，并且手机一直保持加速增长的发展势头。随着手机的快速发展，手机外型也在不断地变化：手机外形最早是直板的，更确切地说是砖头式的，代表有“大哥大”，然后是直板和翻盖的，接着又从直板式演化出滑盖式，从翻盖式演化出折叠式。再演化下去，又有许多概念手机的出现，形状千奇百怪：信用卡式的，手表式的，企鹅式的……也许不少人会产生疑问：那以后的手机到底是什么样的呢？2003年亚洲最大规模的电信展会上，各手机制造商使尽了浑身解数，竞相推出新产品。这些琳琅满目的手机产品透露出了手业机发展的三大趋势：个性化、时尚化与智能化。其中，个性化和时尚化与手机外型的设计息息相关。
1.1.2 外型设计方案的选择
下面介绍我们的设计理念：
1、设计思路（见图1.1）
图1.1
2、常见的设计方法
（1） 开拓创新设计法：不受任何观点束缚，大胆设想、自由发挥而创造出
全新的产品。
（2） 产品开发设计法：采用新的技术和表现技法，创造出升级换代的新产
品。
（3） 改进提高设计法：在原有产品基础上经过改进，提高而区别于同类产
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品的新产品。
3、我们的设计想法
方案：通过了解市场的需求，结合市场需求的现状，使设计出来的手机能够符合市场的需要。
分析：诺基亚作为现有销量第一品牌，在过去的几年内，一直占据了市场的主流。下面的两个表格（东方国际市场研究有限公司移动通信研究组对上海、广州、成都和北京四大城市手机市场研究报告）可以体现：诺基亚不仅在现有的市场中占有重要比例，甚至在已有手机的消费者中占有比较高的选择地位。
方案设计想法：通过分析诺基亚的手机外形，了解诺基亚手机的优缺点，来提高改进，以更好的符合市场的需要。
图1.2：目前用户使用的手机品牌
图1.3：现有用户再次选择的手机品牌
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
设计的手机外壳(图1.4)：
图1.4
1.2 产品的工艺分析报告
1.2.1 材料的确定
由于现在消费者对于手机外壳的要求比较高，比如，不仅要求外观的好看，还要求有比较好的手感，对于光滑程度要求也比较高。然而手机外壳的壁厚比较小，外型比较复杂，因此，对于材料要求也比较高。经过请教专业人员，并且进行多次的比较，最后确定的材料为：ABS/PC。
经过查找有关资料，得知所选的ABS/PC的工艺性能如下（图1.5）：（资料来源：上海普利特复合材料有限公司 http://www.pret.com.cn）
图1.5
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在上图PC/ABS合金系列表中可以看到：该系列包括四种产品；经过对比，CB3110更加适合作为手机外壳的材料。选择出发点：手机外壳要求质量比较轻，应该选择密度小的材料；并且外壳厚度比较小，必须在流动性方面的性能比较好，才有利于提高充模的质量。
通过查《塑料成型加工与模具》P73和P83以及《工程塑料应用手册》P196得到注塑条件为：
干燥：在空气循环干燥箱中，120℃温度下6～8个小时。
注塑温度：喷嘴：253～275℃，前段260～280℃，中段250～273℃，后段228～260℃，熔体温度230～260℃；
注塑压力：一级保压压力8～12MPa，二级保压压力2～10MPa，背压0.5～2Mpa；
螺杆转速：40～100rpm。
模具温度：50～100℃。
1.2.2 产品的工艺分析
（1）产品的尺寸和表面质量
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。由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料熔体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。
我们所设计的手机外壳的尺寸较为合理（约104mm×44mm×19mm），和已经投入市场的手机进行比较，尺寸偏小；然而手机的外壳壁厚比较小，对于注塑可能会增添一些难度，但是经过分析，都能达到要求。没有出现塑料熔体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型的情况。其详细尺寸大小可见工程图。
尺寸精度：塑料制件尺寸公差：塑件图上无公差要求的默认为8级精度，我们设计的手机外壳所选塑件材料为ABS/PC，参考《塑料成型加工与模具》P53塑件的尺寸公差表，选定塑件的等级为：5级精度。
（2）壁厚
塑料制品的壁厚是最重要的结构要素，热塑性塑料制品的壁厚一般为2mm～4mm，制品的最小壁厚与塑料材料的流动性有关。塑件的壁厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定。调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。
制品的壁厚太大，塑料在模具中需要冷却的时间越长，产品的生产周期也
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
会延长。制品的壁厚太薄，刚性差，不耐压，在脱模、装配、使用中容易发生损伤及变形；另外，壁厚太薄，模腔中流道狭窄，流动阻力加大，造成填充不满，成型困难。制品的壁厚原则上要求一致，壁厚不均匀，成型时收缩会不均匀，产生缩孔和内部应力，以致发生变形或者开裂。因此，在没有特殊要求的情况下，尽量选择壁厚均匀。
根据我们对市场上的手机的调查，外壳厚度一般为1mm～1.5mm.我们在建模阶段选用的厚度为：1.4mm。
(3)拔模斜度
为了便于塑件从模腔中脱出，在平行于脱模方向的制品表面上，必须设有一定的斜度。根据所选的材料为ABS/PC和手机外壳的尺寸特点，最后选择的拔模斜度为：1.5°。
(4)加强筋等防止变形的结构
加强筋可定义为塑件上长的突起物，用来改善制品的强度和刚度。加强筋应设计得矮一些，多一些，深而狭窄的沟槽会给模具加工带来困难。高而厚会使加强筋所在处的壁厚不均，易形成缩孔和表面凹陷。加强筋的方向应与模压方向或模具的开模方向一致，便于脱模。
在我们所设计的手机外壳中，建模阶段就增加了不少加强筋，比如手机外壳的上盖，孔特别多，所以在手机外壳屏幕和按键处都增加了不少加强筋。宽度一般都为0.5mm，高度为0.2mm左右。
（5）圆角
塑料制品的内外表面的交接转折处，均应设计成圆角，可以避免因尖角引起的应力集中，改善制品的强度。转折处圆弧过渡可以减少塑料流动的阻力，改善制品的外观。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5～1mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，综合考虑以上的的各种因素后，选定所设计的塑件的圆角半径为0.5mm、1mm或2mm。
（6）小结
以上部分为我们所设计的手机外壳的工艺分析，目的是为了使所设计的手机外壳达到成型工艺的要求，使其所对应的模具结构简单合理。由于能力有限，对于模具侧向抽芯方面的了解不够，手机外壳四周部分装饰用、或者音量按键等孔都无法进行。但是还是达到了手机外壳的主要部件的使用要求。
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1.3 模具设计流程
1.3.1 注射模人工设计流程分析
尽管注射模的种类很多，但其人工设计流程及其内容一般可归纳为如图1.6 所示。
明确设计要求
工艺性分析
确定收缩率、分型面
浇道系统设计
冷却系统与计算
模具结构件设计
注射设备选择
绘制模具设计图纸
图1.6
此次注射模具设计的人工设计流程可分为以下几个步骤：
1、要明确注射模的设计要求：即分析设计出来的注射模应保证注射成型的制件（塑料制品）符合图纸的形状与尺寸要求；模具结构简单，安装牢固，工作安全可靠，便于制造，价格低廉。
2、收集资料，分析制件的工艺性，如发现制件的工艺性差，则在不影响制件的使用性能的情况下，提出便于制件的修改意见，使制件设计、制件的工艺、注射模设计与制造生产，相互协调。本过程工作内容包括：
（1）检查制件视图完备性、制件或样件的技术要求明确与否。并对制件的形状、尺寸大小、精度要求以及装配关系（制件的使用环境情况）等有全面的了解。
（2）了解制件前后工序间的互相关系、各工序间必须相互保证的工艺要求。
（3）掌握制件的生产性质（试制或批量或大量生产）。
（4）制件材料。
（5）制件的注射成型设备资源。
（6）了解最大限度地提供各种模具标准件（厂标、部标、行业标准和国家、国际标准）的可能性（括资制和外购件）。
3、确定制件分模面。 4、收缩率确定。
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
5、浇道系统设计与计算。
6、冷却系统设计与计算。
7、模具结构设计与分析计算
8、确定模具设计图纸的绘制方法，并绘制模具的设计图纸。
1.3.2 注射模CAD流程（图1.7）
确定模具
设计
要求分析工艺性收缩效率、分型面
确定浇道、冷却系统设
计与计算模具结构设计选择注射
机绘制模具设计图
模具
模 具 设 计 人 员设计、分析软件
通用CAD/CAE系统
计算机系统绘图环境
设计
经验专家知识决策能力硬件基础软件
数据库知识库
：算法图形库
图1.7
因此，在引用CAD方法时，对模具设计人员来说，首要的问题是选购什么样的CAD系统，选择什么样的CAD软件对他们的设计工作得到最有效计算机的支持。目前，在CAD软件市场上，可供设计人员选购的CAD软件大部分是通用型的CAD软件+外挂模块（如Pro/E+MB+EMX, Solidwork+MB+EMX）+设计人员。专用系统+设计人员。
此次设计主要采用的是Pro/E+MB+EMX+设计人员的模式对本产品模具进行设计。主要步骤如下：
1、通过PRO/E对产品建模，将产品CAD模型装配产生参照模型，然后对参照模型添加工件。
2、在模具模型上创建收缩。根据前边调研所得的材料收缩值0.5%将其应用到参照模型可按照成型过程中出现的收缩比来增加模型尺寸。
3、设计浇注系统。在工件中添加浇口、流道、水道作为模具特征。
4、设计并在工件中定义分型面。
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5、结构件设计。
6、铸模的建立。
7、模拟开模，同时对模具零件进行干涉检测。
8、装配模座。从供应商中选取标准模座进行装配
9、绘制图纸。出模具装配图、爆炸图和关键部件零件图以及报表。
1.3.3 人手设计与CAD设计的比较
随着市场竞争日趋激烈，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。因为传统手工绘图设计模式，很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作，因此其工作流程是按顺序进行的。很多时候是等模具做出来了，对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，从而使产品设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。
要提高制造业水平，必需要有先进的设计工具。随着计算机硬件性能的不断提高，加上三维软件造型功能的不断完善，CAD已完成从二维向三维质的飞跃，到了三维CAD的实用阶段。用三维CAD/CAM系统进行产品开发，从根本上改变了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这是一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要手段之一。
1.4 模具设计环境与工具
1.4.1 PRO/E模具设计的环境
Pro/E是基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与制造工作。模具设计于pro/engineer环境下进行，所用到的外挂工具是Pro/E+MB+EMX，Pro/ENGINEER是第一套使用3D实体模型的设计工具，彻底改变了传统的设计理念。由于其强大的功能，已风靡欧美、日本及港台地区，大有取代传统CAD/CAM/CAE系统而成为新一代的业界标准之势。Pro/E的模具设计提供了方便实用的三维环境下塑料模具设计与分析工具。利用这些工具，我们可由塑料制件的三维实体模型建立起模具装配模型，设计分型面、浇注系统及冷却系统，
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
生成模具成型零件的三维实体模型，从而可方便且准确地完成塑料模具核心部分的设计工作。再利用Pro/E系统的布局及装配模块，我们还可以进行模具的顶出系统和三维总装配设计，并最终利用工程图模块生成二维工程图。
Pro/E模具设计模块还提供了一些模具设计过程中非常实用的分析检测功能，其中包括拔模检测、厚度检测、分型面检测、投影面积计算，充模仿真、开模仿真、干涉检测等。在模具设计过程中，适当地应用这些分析检测功能，可使模具设计更为合理、准确，且能避免设计中不必要的重复劳动。
利用Pro/E的外挂软件塑料顾问，还可以对已设计完成的模具的流动及充填情况进行分析研究，以便在模具投入制造之前就发现存在的设计问题，并有目的地进行改进设计，减少设计失误造成的不必要损失。
基于Pro/E设计塑料模具，可使模具的设计制造周期大大缩短，而且模具的设计与制造都是建立在一个统一的几何模型之上，保证了模型数据的统一性和正确性。随着CAD/CAM技术的进一步推广应用及数控加工机床的普及，这种设计制造工艺路线一定会越来越显示出其优越性，并被更加广泛地应用与模具制造领域。
1.4.2 PRO/E外挂工具及其功能
Pro/ENGINEER能够仿真注塑模设计的过程。它能让注塑模具设计人员创建、修改和分析模具构件，并在模具设计变化时，快速更新它们。其外挂工具Pro/ENGINEER EMX能大大缩短模具设计人员花费在创建、定制和细化模架部件以及注塑模具和压铸模具所需的模具组件上的时间。Pro/ENGINEER EMX提供了智能、自动化模架和模具组件。组件就位后，系统会自动完成相邻板材和组件上的余隙切口以及钻孔和螺纹孔的操作。该过程把模具设计人员从耗时的、重复性的模具细化工作中解放出来。另外，该工具还简化了复杂的设计工作，并通过一个全新的用户界面，从根本上缩短了学习进程。
总体来说，使用EMX插件来设计模架有如下特点：
通过2D的特定的图形用户界面（GUI），快速实时预览、添加、修改模架部件；
内建大量模架库，支持15个模型组件供应商信息；
智能模具组件及组装；
自动生成各模板的2D工程图，自动创建BOM表；
可进行干涉检查及开模仿真。
Pro/ENGINEER EMX中的模具设计功能：
（1）轻松设计、定制和细化模架部件和组件 ；
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（2）自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作；
（3）由于组件和部件可以被自动放置在模架中，所以在自动放置之前，设
计人员可以轻松地实时选择和预览3D组件和部件；
（4）可以从15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件，因此没
有必要建立模型库；
（5）自动创建部件和组件图形，其中包括带有圆圈标注和孔类图表的物料清检验整个模具的开启顺序，其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作。
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
2.1 有限元分析
2.1.1 有限元分析介绍
有限单元法(finite element method, FEM)：属于力学分析中的数值法，起源于航空工程中的矩阵分析，它是把一个连续的介质(或构件)看成是由有限数目的单元组成的集合体，在各单元内假定具有一定的理想化的位移和应力分布模式，各单元间通过节点相连接，并藉以实现应力的传递，各单元之间的交接面要求位移协调，通过力的平衡条件，建立一套线性方程组，求解这些方程组，便可得到各单元和结点的位移、应力。简言之，就是化整为零分析，积零为整研究。
将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。
有限元的具体分析步骤为：
（1）连续体的离散化；
（2）选择单元位移函数；
（3）建立单元刚度矩阵；
（4）求解代数方程组，得到所有节点位移分量；
（5）由节点位移求出内力或应力。
由于计算复杂，运算工作量大，往往要通过高性能电子计算机才能完成，当前已有多种成熟的有限元法电算程序。
2.1.2 塑件的MSC分析
参数：弹性模量 1.8e9Pa 泊松比：0.33（参考《塑料成型加工与模具》P53塑件的尺寸公差表）
均布力 50N
(1)对上盖的分析：
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最大位移图（图2.1）: 最大应力图（图2.2）:
图2.1 图2.2
最大位移图3.46mm 最大应力图36.9Mpa
(2)对下盖的分析：
最大位移图（图2.3） 最大应力图（图2.4）:
图2.3 图2.4
最大位移图2.30mm 最大应力图19.9Mpa
对上述分析结果可知：手机外壳在50N力的作用下，都没有破裂，说明最大应力不大。然而通过位移量和手机的尺寸对比，位移量变化也不大，在正常工作情况下，变形量也不会超过弹性范围。然而，通过理论力学的计算，手机外壳承受的最大力只是在5N左右，可见，手机外壳完全能够满足力学性能。
2.2 MOLDFLOW分析与Pro/Engineer塑料顾问工具
MoldFlow Plastic Advisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性。MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本。Moldflow软件可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中溶合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进
第三章 模具设计
行优化。Moldflow软件工具中溶合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。
在Pro/E环境下的“塑料顾问（Plastic Advisor）”也基本具备了Moldflow的功能。“塑料顾问”是Pro/E中自带的一种分析软件，属于计算机辅助工程（ACE）的范畴，它具有强大的分析、计算和动态仿真功能。在“塑料顾问”操作界面中，用户可实现注射点位置的分析和选择，通过确定注射点的位置，选择塑料制件的塑料种类，并设置相关的参数，如注塑机射出材料的温度、注射压力、材料的属性等，即可进行分析计算，处理塑料注塑成型时的流动分析，从而得到详细的检查结果；另外，用户在逐项进行分析检查后，“塑料顾问”还提供了制作报告单的功能，可以将所有的结果制作成网页格式，利用浏览器来检查分析的结果。通过在“塑料顾问”中进行的一系列的分析、仿真、计算，用户可直观地观测到塑料的流动情况、制件的填充状态、注射压力的变化情况、温度变化情况等，并得到可靠的反馈信息和建议，从而使得零件和模具在设计阶段就能得到完善和改进，达到用户的设计要求和最终的使用目的。
Moldflow与Pro/E Plastic Advisers的对比：
塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，而moldflow只能针对每个设计进行分析，所以Pro/ Engineer中的塑料顾问是注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具。设计人员可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置，塑料模设计顾问则在屏幕上提供了填模动画、描述设计"可模塑性"的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置。
对我们所设计的手机外壳在Pro/E的“塑料顾问”下分析，首先找到最佳浇注口，分析结果如下（图2.5，2.6）
：
图2.5 图2.6
由于对于潜伏式浇注系统的不熟悉，加上产品对于外表面的光滑度的要求，
最终选择侧浇口。
开始阶段，经过了大量的分析，但是始终
无法得到满意的结果，从作图我们可以发现在
产品的部分地方出现了红色，说明在这些地方
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可能会出现填充困难的情况，或者填充不理想从而影响产品质量。经过分析我发现这是由于此处材料的温度过低造成，其解决方法有:
1、增加产品该部位的厚度。
2、改变注射口的位置，使得红色部分更接近注射口，让其填充完全。或者改变流道布局，在特定情况下增加流道半径等。
3、提高现有材料的熔融温度。
4、选者一个有更高的熔融温度材料。
最后，我们经过分析和实践，提高现有材料的熔融温度，并且加大注塑压力，经过好几十次的改动浇口的位置，终于得到比较满意的结果。
下面是对下盖的分析：
充模设计图
从上图看，最大的充模时间为0.78秒，结果还是比较好。
注塑压力图
第三章 模具设计
填充质量图
从上图可以看到，填充的质量相对比较好，只是在流道处有红色出现，在手机外壳部分，基本都是绿色，有少许的黄色。总体来说，填充的质量相当满意。
我们可以从上图看到，只是在流道处和孔的地方有少量的熔接痕，结果还是比较满意。
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气泡比较小，对于分析结果比较满意。
下面是对上盖的分析：
充模时间图
充模时间相对于下盖的充模时间还短，只用了0.59秒。
第三章 模具设计
注塑压力图
注塑压力最大为38.91Mpa
填充质量图
填充质量相对来说还是比较满意，也是在流道处出现红色，但是相对于下盖来说，黄色的部分比较多。总体来说，结果比较满意。
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熔接痕图
上盖的熔接痕比较多，曾试过多种方法去尝试解决，比如，增大注塑压力，将压力从200Mpa提高到275Mpa，将模具温度从45o提高到60o。但是还是不大理想，甚至还影响到填充质量，将影响整个产品的外观，这是有待改进的地方。
从上图可以看到，气泡也还是比较多，但是但它主要分布在分型面周围，通常在分型面凹模一侧开设一条深0.025～0.1mm宽1.5～6mm的排气槽。利用分型面进行排气。
小结：从上面的模流分析来看，出了上盖的熔接痕比较多，可能会对外观产生一定的负面影响外，其他的分析都很满意。
第三章 模具设计
第三章模具设计
3.1 模具简介
3.1.1、塑料模具的分类
塑料成型模具系保证塑件形状、尺寸、精度与表面质量的主要工具，是模塑
工艺三大要素之一。根据塑料类型、塑料结构、生产批量、成型方法与加工设备的不同，采用各种不同形式的模具。塑料成型模具的种类繁多，分类方法不尽相同，常用的有以下几种分类方式:
1、按成型材料分:
（1）热固性塑料模:成型热固性塑料件时用的模具。
（2）热塑性塑料模:成型热塑性塑料件时用的模具。
2、按成型工艺分
（1）压缩模:用与压缩模塑工艺。它是借助加压和加热，使直接放入型腔内的塑料熔融并固化成型用的模具，该模具主要用与热固性塑料的成型，也可用于热塑性塑料。
（2）压注模:用于压注模塑工艺。它是通过柱塞，使在加料腔内受热塑化熔融的热固性塑料，经浇注系统，压入被加热的闭和型腔，固化成型所用的模具，该模具主要用于热固性塑料的成型。
（3）注射模:用于注射模塑工艺。它是由注射机的螺杆或活塞，使料筒内塑化熔融的塑料，经喷嘴、浇注系统注入型腔，固化成型所用的模具，该模具大多用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料。
按成型工艺分，除了上述三种主要的塑料模外，还有吹塑成型模具，真空或压缩空气成型模具及低发泡塑料成型的发泡模具等。
3、按模具装卸方式分
（1）移动式模具:又称作机外装卸式模具，是将成型中的辅助作业如装料、安装嵌件、合模、开模、卸件和清理模具等移动设备工作台面外进行的模具。移动式模具进行的机外操作均为手工操作，劳动强度大，模具重量受工人体力限制，生产效率低，同时，模具自然冷却，模具温度的变化对塑件质量有一定的影响。但模具结构简单，制造周期短，适合于成型批量小的中小型塑件，以及形状复杂，嵌件多、加料困难和带有螺纹等塑件。
（2）固定式模具:又称机上装卸式模具。它是固定在设备工作台面上，模
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具的全部成型作业均在设备上进行的模具.这种模具重量不受工人体力限制，能够成型的塑件大小仅受设备能力的限制。根据设备类型和规格，可以成型不同生产批量和大小的塑件，可制成多腔模具，易实现自动化生产。设备利用率高，热能浪费小，成型温度波动不大，模具磨损小，使用寿命长，工人劳动强度低。但模具结构复杂，造价高，不能成型嵌件较多的塑件，更换产品时换模与调整都比较麻烦。
4、按型腔数目分
（1）单型腔模具:这是一副模具只有一个型腔，一个模塑周期只生产一个塑件的模具，这种模具结构简单，造价较低，但生产率不高，设备潜力不能充分发挥，主要用于大型塑件和嵌件较多的塑件，或者批量不大的试制产品。
（2）多型腔模具:一副模具具有两个以上型腔，一个模塑周期能同时生产两个以上塑件的模具，生产效率高，一般来说结构复杂，造价高。它主要用于塑件较小，生产批量较大的场合。
3.1.2、模具的组成
1、塑料模具的组成
任何一幅塑料模具的基本结构可看成由动模（下模）和定模（上模）两部分
组成，都可将其组成零件按其用途进行分类。设计模具时，可根据各类零件的用途和要求，在结构及几何参数的设计计算上找到共同的规律。
塑料模的组成零件按其用途可分为成型零件与结构零件两大类：
成型零件一般指与塑料接触的决定塑料形状和尺寸精度的零件，即构成型腔
的零件。它是塑料模具的关键零件。
结构零件一般指在模具中其安装、定位、导向、装配等作用的零件。
根据作用功能的不同，塑料模零件可细分成九个部分，即成型零件，支承与固定零件、抽芯零件、导向零件、定位和限位零件、推出零件、冷却和加热零件、浇注系统或加料室等零件及模架等。
下面我将重点介绍注塑模具的结构。
2、注塑模的结构组成
注塑模的结构是根据所选用的注塑机的种类、塑件的结构特点及一次注塑成型塑件的数量所决定的。注塑模的结构形式很多，但每副注塑模都是由动模和定模两大部分组成、动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模
第三章 模具设计
分离以便取出塑件。根据模具中各零部件所起的作用，一般注射模又可细分为以下几个基本组成部分。
（1）型腔
它通常由凸模或型芯（成型塑件的内形）、凹模（成型塑件的外型）以及螺纹型芯、螺纹形环、镶件等组成。
（2）浇注系统
它是将熔融塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道。通常，浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴4个部分组成。
（3）导向机构
它通常由导柱和导套（或导向孔组成），此外，对多腔或较大型注射模，其推出机构也设置有导向零件，以避免推板运动时发生偏移，造成推杆的弯曲和折断或顶坏塑件。
（4）推出机构
在开模过程中将塑件及浇注系统凝料推出或拉出的装置。
（5）分型抽芯机构
当塑件上有侧孔或侧凹时，开模推出塑件以前，必须先进行侧向分型，将侧型芯从塑件中抽出，方能顺利脱模，这个动作过程是又分型抽芯机构实现。
（6）排气系统
在注射过程中为将型腔内的空气以及塑料在受热和冷凝过程中产生的气体排除出去而开设的气流通道。排气系统通常是在分型面处开设排气槽，有的也可利用活动零件的配合间隙排气。
（7）支承与紧固零件
主要起装配、定位和连接的作用。包括动模和定模座板、型芯或凹模固定板、垫块、支撑板、定位圈、销钉和螺钉等。
3.1.3、注塑模具的生产过程
对注塑模具制造大致可分为以下几个步骤：
1、塑料制品的工艺分析
在模具设计之前，设计者应充分分析研究其塑料制件的工艺性是否符合注塑成型加工原理，需要与制品的设计者仔细协商，以达成共识，其中包括对制品的几何形状、尺寸精度以及外观要求，进行必要的讨论，尽量避免模具制造中不必要的复杂。
2、模具结构设计
3、确定模具材料和选择标准件
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关于模具材料的选用，设计人员在考虑制品精度和产量外，结合本企业加工及热处理的实际能力给予正确的选择。此外，为了减短制造周期，尽量选用现有标准件。
4、零件加工与模具组装
模具的精确度除了在设计时给予最佳的结构与合理的公差配合之外，零件加工和模具组装是致关重要的。因此，加工精度与加工方法的选择在模具制造中占有绝对主导的地位。根据英国塑料协会（BPF）的成型件尺寸误差分配，可知：
（1）模具的制造误差约1/3
（2）模具磨损的误差约1/6
（3）成型件收缩不均所产生的误差约1/3
（4）预定收缩与实际收缩不一致所产生的误差约1/6
总误差=（1）＋（2）＋（3）＋（4）
5、试模
一副模具从设计开始到组装完毕，只不过完成其全部制造过程的70%--80%对于预定收缩与实际收缩不一致所产生的误差，脱模的顺利与否，冷却效果如何，尤其是浇口的尺寸，位置，型制对制件精度及外观的影响等问题，必须通过试模来检验，因此，试模是检验模具是否合格及选择最佳成型工艺不可缺少的步骤。
3.2 模具设计与参数计算
3.2.1、本塑件制品分析
1、产品要求：
从对本产品进行的工艺分析中可以得知，所设计的塑件材料为ABS/PC，材料收缩率为：0.005～0.007；经过比较我们选择了0.005。（参考《塑料成型加工与模具》P66）收缩的程度主要取决于塑料的品种和模具的温度。一般来说，提高模具温度可以使制品收缩率增大。由于模具的温度已经确定为40～80º，可见温度比较低，故选择0.005。进行模具设计时，产品的精度要求一般，选择一次注塑2个，采用对称布置。
产品图：
第三章 模具设计
2、计算制品的体积和重量：
该产品为手机外壳，材料采用丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）和聚碳酸酯（PC），查有关资料得知其综合密度为1.1 g/cm³ (前表)，收缩率为0.5%。 使用pro/engineer软件对三维试题产品自动计算出产品的体积.下面是部分计算过程：
上盖：
通过计算塑件的体积为：V1 = 5.2288 cm3 ；
塑件的重量：M1 =ρ.V1=1.1 g/cm³×5.2288 cm3 ＝ 5.7517g ；
浇注系统体积：V2 = 1.6446 cm³ ；
浇注系统重量：M2 =ρ.V2=1.1 g/cm³×1.6446 cm³ ＝1.8094g ；
故V总 = 2V1+V2 = 2×5.2288 cm3 ＋1.6446 cm³ ＝ 12.1022cm³ ；
故M总 = V总×ρ＝ 12.1028 cm³×1.1 g/cm³ ＝ 13.3128 g ；
下盖：
通过计算塑件的体积为：V3＝8.7677 cm³ ；
塑件的重量：M3 =ρ.V3 = 1.1 g/cm³×8.7677 cm³ ＝ 9.6444 g ；
浇注系统体积：V4= 0.8736 cm³ ；
浇注系统重量：M4=ρ. V4= 1.1 g/cm³×0.8736 cm³＝0.9610 g ；
故V总2 = 2V3+V4 = 2×8.7677 cm³＋0.8736 cm³＝18.4090 cm³ ；
故M总2 = V总2×ρ＝18.409 cm³×1.1 g/cm³＝20.2498 g ；
ρ—塑料密度 ；
3.2.2、注塑机的确定
根据制品的体积和重量查《塑料模具设计》表5—3选定注塑机型号为：JPH150A。
注塑机的参数如下：
注塑机最大注塑量：186g 锁模力：1500KN
注塑压力：194MPa 最小模厚：180mm
模板行程：620mm 最大开距：800mm
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顶出行程：80mm 注塑机定位孔直径： 125mm 注塑机拉杆的间距：410×410(mm×mm)
喷嘴球面半径：SR10mm 喷嘴前端孔径：φ3mm
3.2.3、注塑机参数校核
1、最大注塑量：
注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。 所以选用的注塑机最大注塑量应0.8M机≥M塑件+M浇
式中：
M机——注塑机的最大注塑量，单位g。
M塑件—塑体的重量，单位g，
上盖：塑件的重量：M1 =ρ.V1=1.1 g/cm³×5.2288 cm3 ＝ 5.7517 g
下盖: 塑件的重量：M3 =ρ.V3 = 1.1 g/cm³×8.7677 cm³ ＝ 9.6444 g
M浇——浇注系统重量，单位g，
上盖：浇注系统重量：M2 =ρ.V2=1.1 g/cm³×1.6446 cm³ ＝1.8094g
下盖：浇注系统重量：M4=ρ. V4= 1.1 g/cm³×0.8736 cm³＝0.9610 g
M机≥(M塑件+M浇)/0.8
上盖：M机≥(M塑件+M浇)/0.8＝（5.7517＋1.8094）/0.8 =9.4514 g 下盖：M机≥(M塑件+M浇)/0.8＝(9.6444＋0.9610) /0.8 =13.2568 g 我们选定的注塑机注塑量为：186g，所以满足要求。
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，保持模具紧密锁合，防止溢料。注射机锁摸力与模腔压力的关系可用下式表示：
F0 ≥K．P模．A
F0——注射机锁模力，单位：kN；
K——安全系数，一般取1.1～1.2；
P模——熔融型料在型腔内的压力，单位：Mpa。（上盖:0～38.91Mpa
下盖:0～27.05MPa）；
A——塑件和浇注系统在分型面上的投影之和,单位：mm2（上
盖:7800.6mm2；下盖:14424.2mm2）；
F锁>K．P模．A
第三章 模具设计
上盖:F锁>1.1×38.91×7800.6×1/1000＝333.87kN；
下盖: F锁>1.1×27.05×14424.2×1/1000＝429.19kN；
本人选定的注塑机为：1500kN，满足要求。
3、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核：
（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。
即模具长×宽
模具长×宽为400×400(mm×mm)
mm)
故满足要求
（2）模具闭合高度校核
模具实际厚度H模=255mm
注塑机最小闭和厚度H最小=180mm
即H模>H最小，故满足要求
4、开模行程校核：
所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注
塑机），故注塑机开模行程应满足下式：
S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm
因为S机- (H模-H最小)＝620-（255-180）=545mm
H1＋H2＋（5～10）＝30+70+10=115mm
即 S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm
故满足要求
H1——推出距离，单位mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；
S机——注塑机最大开模行程。
3.3 浇注系统设计、关键零部件设计
3.3.1 浇注系统的设计
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。
作用：（1）输送流体；（2）传递压力。
1、浇注系统的组成及设计原则
组成：由主流道，分流道，浇口，冷料穴等结构组成。
浇注系统的设计原则：
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（1）考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利，快，不紊乱。
（2）避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。
（3）一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模内。
（4）进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。
（5）流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料。
2、主流道设计
主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。
浇口套的选用：
进料口直径：D=d+(0.5～1)mm=3＋0.5＝3.5mm
式中d为注塑机喷嘴口直径。
球面凹坑半径：R=r+(0.5～1)mm=10+0.5＝10.5mm
式中r
为注塑机喷嘴球头半径。
3、冷料井设计
冷料穴与拉料杆的设计
常用的冷料穴及拉料杆形式有以下几种：
带Z型头拉料杆的冷料穴
带球形头拉料杆的冷料穴
无拉料杆的冷料穴
本设计由于无需拉料杆，冷料穴用的是半圆形形式。
4、分流道设计
指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向 作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。其原则如下：
（1）分流道的截面形状
圆形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加
第三章 模具设计
工制造难，直径 5～10mm
梯形：加工较方便，其中h/D = 2/3～4/5 边斜度 5～15°
u形：加工方便，h/R=5/4
半圆形：h/R=0.9
（2）流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。
一般分流道直经在5～6mm以下时，对流动性影响较大，当直经大于8mm 时，对流动性影响较小。
（3）多腔模中，分流道的排布
平衡式和非平衡式：
平衡式：分流道的形状尺寸一致。
非平衡式：a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。
即使达到料流和填充平衡，但材料不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用。
非平衡式分布，分流道长度短 。
如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不至于进入型腔。
分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的
作用线重合。
根据以上原则对本制件进行了分流道设计：采用平衡式分布。
分流道截面形状选较常用的圆形分流道截面形状。
分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定。对于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用以下经验公式计算分流道的直径。
D=0.2654W1/2L1/4
式中：D——分流道的直径，mm；
W——塑件的质量，g；
L——分流道的长度，mm；
由于所设计的塑件的质量小于200g，故按以上公式确定其直径。
1/21/41/21/4上盖： D=0.2654WL=0.2654×20.249852=3.2mm
下盖：D=0.2654W1/2L1/4 ＝0.2654×13.31281/2 ×521/4 ＝2.6mm
由于此式计算的分流道直径限于3.2mm～9.5mm，而所算出来的结果小于此范围，故参考《塑料模具设计》p78表6-1中ABS的分流道推荐值，定出分流道直径为4mm。
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5、浇口设计
浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其截面积约为分流道的0.03～0.09，长度约为0.5mm～2mm。浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，通过Pro/Engineer塑料顾问分析可知选用侧浇口较为合理。侧浇口的端面为圆形，根据成型的需要，定尺寸如下：直径d＝1mm，长度
L＝1mm。
3.3.2 分型面的选择
定模和动模相接触的面称为分型面，分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面等。结合分析塑件的形状，可知分型面为曲面，而为了有利于脱模，设置分型面时应使塑件留在动模的一侧。对于分模面的选择，由于手机外壳上盖比较复杂，曾尝试就用上表面作为分模面，但是最后无法分模，经过查找，最后发现，由于屏幕和按键处都有圆角，如果选择上表面作为分模面，将有一部分无法脱模。如下图3.1
所示。最后只好选择下表面作为分模面。
图3.1
其形状如下图：
第三章 模具设计
3.3.3 排气系统的设计
利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，具体结构见模具装配图。
3.3.4 成型零件的设计
直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。
其结构见下图所示，尺寸图见工程附图：
上盖： 凹模 凸模
下盖： 凹模 凸模
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3.3.5 型腔的侧壁和底板厚度计算
通常模具设计中，型腔壁厚及支承板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。
参考《塑料模具设计》中的经验数据表可以得知：
型腔侧壁厚度S的经验值为：S＝0.2L+17=0.2×100+17＝37mm
支承板厚度h的经验数据：h≈0.12b≈0.12×100≈12mm
3.3.6 导向零件的设计
作用：定位，导向及承受测压的作用 。
类型：导柱导向，锥面导向及斜面导向等。
采用的导向机构零件主要是FUTABA提供的模架中的标准件。
导套 导柱
3.3.7 脱模机构
使塑件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构脱模机构的动作方 向与模具的开模方向是一致的。
要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。
第三章 模具设计
在本设计中采用顶杆脱模机构。
顶杆脱模机构:
一般用于脱模力小的腔类塑件：
（1）顶杆的导向配合部分较短。
（2）筋部由于局部脱模力大，需加筋位。
（3）顶出盘式的顶出。
（4）顶杆材料：45钢，T8或T10钢，HRC 50以上。
（5）与顶杆孔的配合 间隙配合。
（6）顶杆的固定形式。
（7）顶杆的结构形式。
顶杆位置设置了64根顶针在产品内表面处，且非产品外表面，并不影响产品外观。其尺寸型号为HASCO Z41/2.0*160。
3.3.8、加热和冷却装置设计
加热装置设计：
塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。参考《塑料模具设计》表6-10 常用热塑料的模具温度表可以得知所选塑件材料聚苯乙烯的模具温度为：40°C～60°C；模具温度在80°C以下，所以可以不设置加热装置。 冷却装置设计：
为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。
设计原则：
（1） 冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大；
（2） 冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等；
（3） 浇口处要加强冷却；
（4） 冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水；
（5） 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处；
（6） 进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机
的背面；
根据以上原则设计出模具的水流道。
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第四章 模具装配图与爆炸图
装配图：
上盖：
下盖：
第四章 模具装配图与爆炸图
爆炸图：
上盖：
下盖：
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第五章 模具设计的创新与特色总结
模具设计的过程一般为：从客户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。
显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计——修正——再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。
所以,在本次设计中，我很好的将传统设计与CAD/CAE进行结合，增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；在经过多次改模-分析-改模的程序后很好的优化了本产品的模具设计。
我觉得我们所设计的手机外壳具有以下特色：
1、设计的手机外壳的外形尺寸为104×44×19（mm），体积大概是82立
方厘米，外形比较小巧。
2、幕大，按键大，并且符合人体工程学
在比较小的表面上，希望达到按键和屏幕尽量大的要求。这款机壳表面设计采用了工业产品设计中用到的黄金比例（0.618）分段，在数字键和功能键之间分隔开（即屏幕和导航杆占61.8％），但是在有限的键盘空间中，按键尽量设计大些。
另外，有一个很突出的特点是，在按键到机壳边缘的地方按照人体工程学，设计了一个切槽。这个切槽的一端与按键的外形轮廓相切，然后延伸到机壳边缘，并且有一定的倾斜度，使得人手握起来时有一种“稳固”的感觉，不仅解决了人们手握手机时不小心摔落的问题，还可以增加手感。数字按钮设计成椭圆形状，有流畅感，使人感觉舒服。然而，导航杆周围的四个功能键采用棱形，
第五章 模具设计的创新与特色总结
和数字键方圆结合。
3、采用导航杆：导航杆的设计不但节省了面积，而且操作方便。
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第六章 论文存在的问题与解决设想
6.1 论文存在的问题
模具设计需要考虑的因素很多，如塑料品种，产量，制件特点，型腔数目，注射机类型，以及制造工艺的可行性等等，并且是一项经验性很强的工作。因此在缺乏重要经验的情况下，虽然查取了大量的资料，以及使用了先进的CAE辅助设计，但是还是不能很好的解决试模中可能存在的问题，具体存在的问题如下：
（1）产品中存在着比较多的熔接痕，尤其是上盖； （2）产品边缘有气泡产生；
（3）由于对潜伏式浇口设计的不了解，无法设计潜伏式浇口，最后选择侧浇口。可能会对手机外壳的表面质量产生一定的影响。
6.2 问题解决设想
1、熔接痕的解决方法
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善：
（l）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。
（2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。 （3）尽量减少脱模剂的使用。
（4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。 （5）若仅影响外观，则可改变浇口位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。 我所用到的解决办法：
oo
首先，提高模具的温度，将模具温度从45提高到60；另外提高注射压力，
从200Mpa提高到275Mpa，取得了一定的效果，但是还不满意，最后决定改变浇口的位置，在不断的尝试过程中，通过改变浇口的位置，取得了比较理想的效果。但是对于上盖，还没有能够达到理想的效果。 2、气泡问题的改进方法
第六章 论文存在的问题与解决设想
在制品壁厚较大时，其外表面冷却速度比中心部的快，因此，随着冷却的进行，中心部的树脂边收缩边向表面扩张，使中心部产生充填不足。这种情况被称为真空气泡。
解决方法主要有：
（1）根据壁厚，确定合理的浇口，浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的50％～60％。
（2）至浇口封合为止，留有一定的补充注射料。 （3）注射时间应较浇口封合时间略长。 （4）降低注射速度，提高注射压力， （5）采用熔融粘度等级高的材料。
我们选择的方法是提高注射压力，从200Mpa提高到275Mpa虽然取得了比较好的结果，但是还不够理想。 3、浇口的选择和解决办法
潜伏式浇口设置在塑件内侧或外侧隐蔽部分，不影响塑件外形的美观。 对于侧浇口带来的问题，由于浇口的大小为1mm×1mm，尺寸比较小，并且通过了解，手机外壳都需要上漆，上漆之后不会对手机外壳的美观性带来太大的影响。 4、小结
以上问题由于时间和经验上的不足未能得到很好的处理，仅提出一些理论上可行的改良方案。希望在今后经验不断积累后能更好的解决这些问题。
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深圳大学本科生毕业论文（设计）
参 考 文 献
1、苏厚合 黄俊贤 编著《PRO/ENGINEER2001 入门指南》人民邮电出版社出版
2、黄圣杰 张祥杰编著《实战PRO/ENGINEER2001模具设计》中国铁道出版社出版
3、朱光力 万金保 等编著《塑料模具设计》清华大学出版社出版
4、祝凌云 李斌 李竹新 杨勇编著《Pro/ENGINEER实战手机设计》人民邮电出版社
5、李钟猛 编《塑料模设计》西安电子科技大学出版社出版
6、林清安 编著《Pro/ENGINEER模具设计》 清华大学出版社
7、葛正浩 编著《Pro/ENGINEER塑料模具设计入门与实践》 化学工业出版社
8、黄虹 主编 《塑料成型加工与模具》 化学工业出版社 2003年3月第一版
9、程树祥 张桂秋 等主编 《工程塑料应用手册》 江苏科学技术出版社 1986年11月第一版。
致谢
致 谢
本论文是在李积彬、王贤坤、胡琳、程蓉、王红志五位老师的悉心指导和热情关怀下完成的。导师敏锐的洞察力，渊博的学识，严谨的治学态度，务实的工作作风令作者敬佩至深，受益非浅。值此论文完成之际，首先向恩师们表示衷心的感谢和崇高的敬意。
感谢各位同学在作者工作中给予的帮助，使得作者在与他们的交流中得到宝贵的经验。感谢各位同行的网友对我提出宝贵的建议。感谢同组成员麦伟星同学的合作。
最后，还要深深地感谢的是父母、家人，是他们为作者的学习提供了良好的保障，并不断给予作者关怀和鼓励，使作者得以顺利完成学业。 张思明 2004年5月9日
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深 圳 大 学
毕 业 论 文（设计）
题目:
院 别: 专 业: 学 号 姓 名: 指导教师: 辅导教师:
2004年5月2日
前言
前 言
发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
在科技快速发展的今天，人民对于各行各业的要求都越来越高；当然对于模具工业的要求也不例外。传统的手工设计完全无法满足模具发展的需要。因而，目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计CAD及计算机辅助工程CAE。通过计算机的辅助功能，将减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；并且在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；在经过多次改模-分析-改模的程序后很好的优化了产品的模具设计。
改革开发之后，我国模具工业引进了国外先进技术，使得模具工业得到了飞跃的发展。深圳作为改革开发的前沿城市，更是得到了非常广阔的发展空间。现在，深圳是全国最大的模具制造基地，设计和生产水平高，交货期短，品种齐全。据深圳市机械行业协会专家介绍，深圳可以制造几乎所有产品的模具，诺基亚、摩托罗拉手机和小鸭洗衣机、日立空调等产品的模具都出自深圳。目前，模具的发展需要更多的标准件，需要更多的高水平的技术人员；随着模具的标准件的不断增多，技术人员水平的不断提高，模具将会大大缩短开发周期、开发质量将会取得更大的提高。
深圳大学本科生毕业论文（设计）
摘要：本文以手机外壳为例，介绍产品从调研、市场分析到最后设计模具的整
个注塑模设计的流程：首先，从调研和市场分析入手，通过对比，设计
好自己的具有可行的新产品方案；再用Pro/Engineer对产品建模；然后，对产品进行MSC有限元分析，确定产品满足受力要求后，再设计模具，
并通过Pro/Engineer外挂的塑料顾问模块来分析，确定最佳浇注口，分
析模流情况，以达到最佳的充模效果。通过Pro/Engineer外带的EMX
模块，进行模具的模架设计。最后把关键零部件的二维图和立体图，还
有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。
关键词：手机外壳、注塑模、MSC、Pro/Engineer、MoldFlow、塑料顾问
ABSTRACT: This massage bases on an example of making the shell of a mobile
phone, to introduce the whole flow of making a ready mould of a product, from the survey and research, to the market analysis, to the final design of the mould: first, begin with the survey and research, and design a plan of the highest feasibility for the new product by contrast; then use Pro-Engineer materials to build the mould. From then on, analyze it with MSC, make sure that it meets the demands under imposed strength, and design the mould. At last, put it through the related plastic consultant modules for analysis, searching for the best inject mouth and look into the circulation inside the mould, in order to achieve a best injection.
Keywords: The shell of the mobile phone, Injection mould, MSC,
Pro/Engineer, MoldFlow, Plastic Advisor
目 录
目 录
第一章 概 述..................................................................................................................1
1.1 产品调研报告.....................................................................................................1
1.1.1 手机外型的发展趋势...........................................................................1
1.1.2 外型设计方案的选择...........................................................................1
1.2 产品的工艺分析报告....................................................................................3
1.2.1 材料的确定................................................................................................3
1.2.2 产品的工艺分析......................................................................................4
1.3 模具设计流程.....................................................................................................6
1.3.1 注射模人工设计流程分析................................................................6
1.3.2 注射模CAD流程（图1.7）............................................................7
1.3.3 人手设计与CAD设计的比较...........................................................8
1.4 模具设计环境与工具....................................................................................8
1.4.1 PRO/E模具设计的环境........................................................................................8
1.4.2 PRO/E外挂工具及其功能..................................................................9
第二章 有限元与MOLDFLOW分析.........................................................11
2.1 有限元分析.........................................................................................................11
2.1.1 有限元分析介绍...................................................................................................11
2.1.2 塑件的MSC分析................................................................................................11
2.2 MOLDFLOW分析与Pro/Engineer塑料顾问工具.....................12
第三章 模具设计.....................................................................................................19
3.1 模具简介..............................................................................................................19
3.1.1、塑料模具的分类.................................................................................19
3.1.2、模具的组成...........................................................................................20
深圳大学本科生毕业论文（设计）
3.1.3、注塑模具的生产过程......................................................................21
3.2 模具设计与参数计算..................................................................................22
3.2.1、本塑件制品分析.................................................................................22
3.2.2、注塑机的确定......................................................................................23
3.2.3、注塑机参数校核.................................................................................24
3.3 浇注系统设计、关键零部件设计......................................................25
3.3.1 浇注系统的设计....................................................................................25
3.3.2 分型面的选择.........................................................................................28
3.3.3 排气系统的设计....................................................................................29
3.3.4 成型零件的设计....................................................................................29
3.3.5 型腔的侧壁和底板厚度计算.........................................................30
3.3.6 导向零件的设计....................................................................................30
3.3.7 脱模机构...................................................................................................30
3.3.8、加热和冷却装置设计......................................................................31
第四章 模具装配图与爆炸图...................................................................32
第五章 模具设计的创新与特色总结...............................................34
第六章 论文存在的问题与解决设想...............................................36
6.1 论文存在的问题.............................................................................................36
6.2 问题解决设想......................................................................................................36 参 考 文 献.................................................................................................................38 致 谢.......................................................................................................................39
第一章 概述
第一章 概 述
1.1 产品调研报告
1.1.1 手机外型的发展趋势
手机作为现代通信工具已经非常普及了，并且手机一直保持加速增长的发展势头。随着手机的快速发展，手机外型也在不断地变化：手机外形最早是直板的，更确切地说是砖头式的，代表有“大哥大”，然后是直板和翻盖的，接着又从直板式演化出滑盖式，从翻盖式演化出折叠式。再演化下去，又有许多概念手机的出现，形状千奇百怪：信用卡式的，手表式的，企鹅式的……也许不少人会产生疑问：那以后的手机到底是什么样的呢？2003年亚洲最大规模的电信展会上，各手机制造商使尽了浑身解数，竞相推出新产品。这些琳琅满目的手机产品透露出了手业机发展的三大趋势：个性化、时尚化与智能化。其中，个性化和时尚化与手机外型的设计息息相关。
1.1.2 外型设计方案的选择
下面介绍我们的设计理念：
1、设计思路（见图1.1）
图1.1
2、常见的设计方法
（1） 开拓创新设计法：不受任何观点束缚，大胆设想、自由发挥而创造出
全新的产品。
（2） 产品开发设计法：采用新的技术和表现技法，创造出升级换代的新产
品。
（3） 改进提高设计法：在原有产品基础上经过改进，提高而区别于同类产
深圳大学本科生毕业论文（设计）
品的新产品。
3、我们的设计想法
方案：通过了解市场的需求，结合市场需求的现状，使设计出来的手机能够符合市场的需要。
分析：诺基亚作为现有销量第一品牌，在过去的几年内，一直占据了市场的主流。下面的两个表格（东方国际市场研究有限公司移动通信研究组对上海、广州、成都和北京四大城市手机市场研究报告）可以体现：诺基亚不仅在现有的市场中占有重要比例，甚至在已有手机的消费者中占有比较高的选择地位。
方案设计想法：通过分析诺基亚的手机外形，了解诺基亚手机的优缺点，来提高改进，以更好的符合市场的需要。
图1.2：目前用户使用的手机品牌
图1.3：现有用户再次选择的手机品牌
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
设计的手机外壳(图1.4)：
图1.4
1.2 产品的工艺分析报告
1.2.1 材料的确定
由于现在消费者对于手机外壳的要求比较高，比如，不仅要求外观的好看，还要求有比较好的手感，对于光滑程度要求也比较高。然而手机外壳的壁厚比较小，外型比较复杂，因此，对于材料要求也比较高。经过请教专业人员，并且进行多次的比较，最后确定的材料为：ABS/PC。
经过查找有关资料，得知所选的ABS/PC的工艺性能如下（图1.5）：（资料来源：上海普利特复合材料有限公司 http://www.pret.com.cn）
图1.5
深圳大学本科生毕业论文（设计）
在上图PC/ABS合金系列表中可以看到：该系列包括四种产品；经过对比，CB3110更加适合作为手机外壳的材料。选择出发点：手机外壳要求质量比较轻，应该选择密度小的材料；并且外壳厚度比较小，必须在流动性方面的性能比较好，才有利于提高充模的质量。
通过查《塑料成型加工与模具》P73和P83以及《工程塑料应用手册》P196得到注塑条件为：
干燥：在空气循环干燥箱中，120℃温度下6～8个小时。
注塑温度：喷嘴：253～275℃，前段260～280℃，中段250～273℃，后段228～260℃，熔体温度230～260℃；
注塑压力：一级保压压力8～12MPa，二级保压压力2～10MPa，背压0.5～2Mpa；
螺杆转速：40～100rpm。
模具温度：50～100℃。
1.2.2 产品的工艺分析
（1）产品的尺寸和表面质量
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。由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料熔体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。
我们所设计的手机外壳的尺寸较为合理（约104mm×44mm×19mm），和已经投入市场的手机进行比较，尺寸偏小；然而手机的外壳壁厚比较小，对于注塑可能会增添一些难度，但是经过分析，都能达到要求。没有出现塑料熔体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型的情况。其详细尺寸大小可见工程图。
尺寸精度：塑料制件尺寸公差：塑件图上无公差要求的默认为8级精度，我们设计的手机外壳所选塑件材料为ABS/PC，参考《塑料成型加工与模具》P53塑件的尺寸公差表，选定塑件的等级为：5级精度。
（2）壁厚
塑料制品的壁厚是最重要的结构要素，热塑性塑料制品的壁厚一般为2mm～4mm，制品的最小壁厚与塑料材料的流动性有关。塑件的壁厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定。调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。
制品的壁厚太大，塑料在模具中需要冷却的时间越长，产品的生产周期也
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
会延长。制品的壁厚太薄，刚性差，不耐压，在脱模、装配、使用中容易发生损伤及变形；另外，壁厚太薄，模腔中流道狭窄，流动阻力加大，造成填充不满，成型困难。制品的壁厚原则上要求一致，壁厚不均匀，成型时收缩会不均匀，产生缩孔和内部应力，以致发生变形或者开裂。因此，在没有特殊要求的情况下，尽量选择壁厚均匀。
根据我们对市场上的手机的调查，外壳厚度一般为1mm～1.5mm.我们在建模阶段选用的厚度为：1.4mm。
(3)拔模斜度
为了便于塑件从模腔中脱出，在平行于脱模方向的制品表面上，必须设有一定的斜度。根据所选的材料为ABS/PC和手机外壳的尺寸特点，最后选择的拔模斜度为：1.5°。
(4)加强筋等防止变形的结构
加强筋可定义为塑件上长的突起物，用来改善制品的强度和刚度。加强筋应设计得矮一些，多一些，深而狭窄的沟槽会给模具加工带来困难。高而厚会使加强筋所在处的壁厚不均，易形成缩孔和表面凹陷。加强筋的方向应与模压方向或模具的开模方向一致，便于脱模。
在我们所设计的手机外壳中，建模阶段就增加了不少加强筋，比如手机外壳的上盖，孔特别多，所以在手机外壳屏幕和按键处都增加了不少加强筋。宽度一般都为0.5mm，高度为0.2mm左右。
（5）圆角
塑料制品的内外表面的交接转折处，均应设计成圆角，可以避免因尖角引起的应力集中，改善制品的强度。转折处圆弧过渡可以减少塑料流动的阻力，改善制品的外观。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5～1mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，综合考虑以上的的各种因素后，选定所设计的塑件的圆角半径为0.5mm、1mm或2mm。
（6）小结
以上部分为我们所设计的手机外壳的工艺分析，目的是为了使所设计的手机外壳达到成型工艺的要求，使其所对应的模具结构简单合理。由于能力有限，对于模具侧向抽芯方面的了解不够，手机外壳四周部分装饰用、或者音量按键等孔都无法进行。但是还是达到了手机外壳的主要部件的使用要求。
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1.3 模具设计流程
1.3.1 注射模人工设计流程分析
尽管注射模的种类很多，但其人工设计流程及其内容一般可归纳为如图1.6 所示。
明确设计要求
工艺性分析
确定收缩率、分型面
浇道系统设计
冷却系统与计算
模具结构件设计
注射设备选择
绘制模具设计图纸
图1.6
此次注射模具设计的人工设计流程可分为以下几个步骤：
1、要明确注射模的设计要求：即分析设计出来的注射模应保证注射成型的制件（塑料制品）符合图纸的形状与尺寸要求；模具结构简单，安装牢固，工作安全可靠，便于制造，价格低廉。
2、收集资料，分析制件的工艺性，如发现制件的工艺性差，则在不影响制件的使用性能的情况下，提出便于制件的修改意见，使制件设计、制件的工艺、注射模设计与制造生产，相互协调。本过程工作内容包括：
（1）检查制件视图完备性、制件或样件的技术要求明确与否。并对制件的形状、尺寸大小、精度要求以及装配关系（制件的使用环境情况）等有全面的了解。
（2）了解制件前后工序间的互相关系、各工序间必须相互保证的工艺要求。
（3）掌握制件的生产性质（试制或批量或大量生产）。
（4）制件材料。
（5）制件的注射成型设备资源。
（6）了解最大限度地提供各种模具标准件（厂标、部标、行业标准和国家、国际标准）的可能性（括资制和外购件）。
3、确定制件分模面。 4、收缩率确定。
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
5、浇道系统设计与计算。
6、冷却系统设计与计算。
7、模具结构设计与分析计算
8、确定模具设计图纸的绘制方法，并绘制模具的设计图纸。
1.3.2 注射模CAD流程（图1.7）
确定模具
设计
要求分析工艺性收缩效率、分型面
确定浇道、冷却系统设
计与计算模具结构设计选择注射
机绘制模具设计图
模具
模 具 设 计 人 员设计、分析软件
通用CAD/CAE系统
计算机系统绘图环境
设计
经验专家知识决策能力硬件基础软件
数据库知识库
：算法图形库
图1.7
因此，在引用CAD方法时，对模具设计人员来说，首要的问题是选购什么样的CAD系统，选择什么样的CAD软件对他们的设计工作得到最有效计算机的支持。目前，在CAD软件市场上，可供设计人员选购的CAD软件大部分是通用型的CAD软件+外挂模块（如Pro/E+MB+EMX, Solidwork+MB+EMX）+设计人员。专用系统+设计人员。
此次设计主要采用的是Pro/E+MB+EMX+设计人员的模式对本产品模具进行设计。主要步骤如下：
1、通过PRO/E对产品建模，将产品CAD模型装配产生参照模型，然后对参照模型添加工件。
2、在模具模型上创建收缩。根据前边调研所得的材料收缩值0.5%将其应用到参照模型可按照成型过程中出现的收缩比来增加模型尺寸。
3、设计浇注系统。在工件中添加浇口、流道、水道作为模具特征。
4、设计并在工件中定义分型面。
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5、结构件设计。
6、铸模的建立。
7、模拟开模，同时对模具零件进行干涉检测。
8、装配模座。从供应商中选取标准模座进行装配
9、绘制图纸。出模具装配图、爆炸图和关键部件零件图以及报表。
1.3.3 人手设计与CAD设计的比较
随着市场竞争日趋激烈，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。因为传统手工绘图设计模式，很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作，因此其工作流程是按顺序进行的。很多时候是等模具做出来了，对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，从而使产品设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。
要提高制造业水平，必需要有先进的设计工具。随着计算机硬件性能的不断提高，加上三维软件造型功能的不断完善，CAD已完成从二维向三维质的飞跃，到了三维CAD的实用阶段。用三维CAD/CAM系统进行产品开发，从根本上改变了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这是一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要手段之一。
1.4 模具设计环境与工具
1.4.1 PRO/E模具设计的环境
Pro/E是基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行同一产品的设计与制造工作。模具设计于pro/engineer环境下进行，所用到的外挂工具是Pro/E+MB+EMX，Pro/ENGINEER是第一套使用3D实体模型的设计工具，彻底改变了传统的设计理念。由于其强大的功能，已风靡欧美、日本及港台地区，大有取代传统CAD/CAM/CAE系统而成为新一代的业界标准之势。Pro/E的模具设计提供了方便实用的三维环境下塑料模具设计与分析工具。利用这些工具，我们可由塑料制件的三维实体模型建立起模具装配模型，设计分型面、浇注系统及冷却系统，
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
生成模具成型零件的三维实体模型，从而可方便且准确地完成塑料模具核心部分的设计工作。再利用Pro/E系统的布局及装配模块，我们还可以进行模具的顶出系统和三维总装配设计，并最终利用工程图模块生成二维工程图。
Pro/E模具设计模块还提供了一些模具设计过程中非常实用的分析检测功能，其中包括拔模检测、厚度检测、分型面检测、投影面积计算，充模仿真、开模仿真、干涉检测等。在模具设计过程中，适当地应用这些分析检测功能，可使模具设计更为合理、准确，且能避免设计中不必要的重复劳动。
利用Pro/E的外挂软件塑料顾问，还可以对已设计完成的模具的流动及充填情况进行分析研究，以便在模具投入制造之前就发现存在的设计问题，并有目的地进行改进设计，减少设计失误造成的不必要损失。
基于Pro/E设计塑料模具，可使模具的设计制造周期大大缩短，而且模具的设计与制造都是建立在一个统一的几何模型之上，保证了模型数据的统一性和正确性。随着CAD/CAM技术的进一步推广应用及数控加工机床的普及，这种设计制造工艺路线一定会越来越显示出其优越性，并被更加广泛地应用与模具制造领域。
1.4.2 PRO/E外挂工具及其功能
Pro/ENGINEER能够仿真注塑模设计的过程。它能让注塑模具设计人员创建、修改和分析模具构件，并在模具设计变化时，快速更新它们。其外挂工具Pro/ENGINEER EMX能大大缩短模具设计人员花费在创建、定制和细化模架部件以及注塑模具和压铸模具所需的模具组件上的时间。Pro/ENGINEER EMX提供了智能、自动化模架和模具组件。组件就位后，系统会自动完成相邻板材和组件上的余隙切口以及钻孔和螺纹孔的操作。该过程把模具设计人员从耗时的、重复性的模具细化工作中解放出来。另外，该工具还简化了复杂的设计工作，并通过一个全新的用户界面，从根本上缩短了学习进程。
总体来说，使用EMX插件来设计模架有如下特点：
通过2D的特定的图形用户界面（GUI），快速实时预览、添加、修改模架部件；
内建大量模架库，支持15个模型组件供应商信息；
智能模具组件及组装；
自动生成各模板的2D工程图，自动创建BOM表；
可进行干涉检查及开模仿真。
Pro/ENGINEER EMX中的模具设计功能：
（1）轻松设计、定制和细化模架部件和组件 ；
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（2）自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作；
（3）由于组件和部件可以被自动放置在模架中，所以在自动放置之前，设
计人员可以轻松地实时选择和预览3D组件和部件；
（4）可以从15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件，因此没
有必要建立模型库；
（5）自动创建部件和组件图形，其中包括带有圆圈标注和孔类图表的物料清检验整个模具的开启顺序，其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作。
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
第二章 有限元与MOLDFLOW分析
2.1 有限元分析
2.1.1 有限元分析介绍
有限单元法(finite element method, FEM)：属于力学分析中的数值法，起源于航空工程中的矩阵分析，它是把一个连续的介质(或构件)看成是由有限数目的单元组成的集合体，在各单元内假定具有一定的理想化的位移和应力分布模式，各单元间通过节点相连接，并藉以实现应力的传递，各单元之间的交接面要求位移协调，通过力的平衡条件，建立一套线性方程组，求解这些方程组，便可得到各单元和结点的位移、应力。简言之，就是化整为零分析，积零为整研究。
将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。
有限元的具体分析步骤为：
（1）连续体的离散化；
（2）选择单元位移函数；
（3）建立单元刚度矩阵；
（4）求解代数方程组，得到所有节点位移分量；
（5）由节点位移求出内力或应力。
由于计算复杂，运算工作量大，往往要通过高性能电子计算机才能完成，当前已有多种成熟的有限元法电算程序。
2.1.2 塑件的MSC分析
参数：弹性模量 1.8e9Pa 泊松比：0.33（参考《塑料成型加工与模具》P53塑件的尺寸公差表）
均布力 50N
(1)对上盖的分析：
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最大位移图（图2.1）: 最大应力图（图2.2）:
图2.1 图2.2
最大位移图3.46mm 最大应力图36.9Mpa
(2)对下盖的分析：
最大位移图（图2.3） 最大应力图（图2.4）:
图2.3 图2.4
最大位移图2.30mm 最大应力图19.9Mpa
对上述分析结果可知：手机外壳在50N力的作用下，都没有破裂，说明最大应力不大。然而通过位移量和手机的尺寸对比，位移量变化也不大，在正常工作情况下，变形量也不会超过弹性范围。然而，通过理论力学的计算，手机外壳承受的最大力只是在5N左右，可见，手机外壳完全能够满足力学性能。
2.2 MOLDFLOW分析与Pro/Engineer塑料顾问工具
MoldFlow Plastic Advisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性。MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本。Moldflow软件可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中溶合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进
第三章 模具设计
行优化。Moldflow软件工具中溶合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。
在Pro/E环境下的“塑料顾问（Plastic Advisor）”也基本具备了Moldflow的功能。“塑料顾问”是Pro/E中自带的一种分析软件，属于计算机辅助工程（ACE）的范畴，它具有强大的分析、计算和动态仿真功能。在“塑料顾问”操作界面中，用户可实现注射点位置的分析和选择，通过确定注射点的位置，选择塑料制件的塑料种类，并设置相关的参数，如注塑机射出材料的温度、注射压力、材料的属性等，即可进行分析计算，处理塑料注塑成型时的流动分析，从而得到详细的检查结果；另外，用户在逐项进行分析检查后，“塑料顾问”还提供了制作报告单的功能，可以将所有的结果制作成网页格式，利用浏览器来检查分析的结果。通过在“塑料顾问”中进行的一系列的分析、仿真、计算，用户可直观地观测到塑料的流动情况、制件的填充状态、注射压力的变化情况、温度变化情况等，并得到可靠的反馈信息和建议，从而使得零件和模具在设计阶段就能得到完善和改进，达到用户的设计要求和最终的使用目的。
Moldflow与Pro/E Plastic Advisers的对比：
塑料顾问用于评估注塑工艺性的每次设计更改，而不是每个设计，而moldflow只能针对每个设计进行分析，所以Pro/ Engineer中的塑料顾问是注塑设计有关的行业节省成本和时间的理想工具。设计人员可以方便地选择材料类型和提议的浇口位置，塑料模设计顾问则在屏幕上提供了填模动画、描述设计"可模塑性"的图形以及熔合线和气坑等可能出现的问题的位置。
对我们所设计的手机外壳在Pro/E的“塑料顾问”下分析，首先找到最佳浇注口，分析结果如下（图2.5，2.6）
：
图2.5 图2.6
由于对于潜伏式浇注系统的不熟悉，加上产品对于外表面的光滑度的要求，
最终选择侧浇口。
开始阶段，经过了大量的分析，但是始终
无法得到满意的结果，从作图我们可以发现在
产品的部分地方出现了红色，说明在这些地方
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可能会出现填充困难的情况，或者填充不理想从而影响产品质量。经过分析我发现这是由于此处材料的温度过低造成，其解决方法有:
1、增加产品该部位的厚度。
2、改变注射口的位置，使得红色部分更接近注射口，让其填充完全。或者改变流道布局，在特定情况下增加流道半径等。
3、提高现有材料的熔融温度。
4、选者一个有更高的熔融温度材料。
最后，我们经过分析和实践，提高现有材料的熔融温度，并且加大注塑压力，经过好几十次的改动浇口的位置，终于得到比较满意的结果。
下面是对下盖的分析：
充模设计图
从上图看，最大的充模时间为0.78秒，结果还是比较好。
注塑压力图
第三章 模具设计
填充质量图
从上图可以看到，填充的质量相对比较好，只是在流道处有红色出现，在手机外壳部分，基本都是绿色，有少许的黄色。总体来说，填充的质量相当满意。
我们可以从上图看到，只是在流道处和孔的地方有少量的熔接痕，结果还是比较满意。
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气泡比较小，对于分析结果比较满意。
下面是对上盖的分析：
充模时间图
充模时间相对于下盖的充模时间还短，只用了0.59秒。
第三章 模具设计
注塑压力图
注塑压力最大为38.91Mpa
填充质量图
填充质量相对来说还是比较满意，也是在流道处出现红色，但是相对于下盖来说，黄色的部分比较多。总体来说，结果比较满意。
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熔接痕图
上盖的熔接痕比较多，曾试过多种方法去尝试解决，比如，增大注塑压力，将压力从200Mpa提高到275Mpa，将模具温度从45o提高到60o。但是还是不大理想，甚至还影响到填充质量，将影响整个产品的外观，这是有待改进的地方。
从上图可以看到，气泡也还是比较多，但是但它主要分布在分型面周围，通常在分型面凹模一侧开设一条深0.025～0.1mm宽1.5～6mm的排气槽。利用分型面进行排气。
小结：从上面的模流分析来看，出了上盖的熔接痕比较多，可能会对外观产生一定的负面影响外，其他的分析都很满意。
第三章 模具设计
第三章模具设计
3.1 模具简介
3.1.1、塑料模具的分类
塑料成型模具系保证塑件形状、尺寸、精度与表面质量的主要工具，是模塑
工艺三大要素之一。根据塑料类型、塑料结构、生产批量、成型方法与加工设备的不同，采用各种不同形式的模具。塑料成型模具的种类繁多，分类方法不尽相同，常用的有以下几种分类方式:
1、按成型材料分:
（1）热固性塑料模:成型热固性塑料件时用的模具。
（2）热塑性塑料模:成型热塑性塑料件时用的模具。
2、按成型工艺分
（1）压缩模:用与压缩模塑工艺。它是借助加压和加热，使直接放入型腔内的塑料熔融并固化成型用的模具，该模具主要用与热固性塑料的成型，也可用于热塑性塑料。
（2）压注模:用于压注模塑工艺。它是通过柱塞，使在加料腔内受热塑化熔融的热固性塑料，经浇注系统，压入被加热的闭和型腔，固化成型所用的模具，该模具主要用于热固性塑料的成型。
（3）注射模:用于注射模塑工艺。它是由注射机的螺杆或活塞，使料筒内塑化熔融的塑料，经喷嘴、浇注系统注入型腔，固化成型所用的模具，该模具大多用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料。
按成型工艺分，除了上述三种主要的塑料模外，还有吹塑成型模具，真空或压缩空气成型模具及低发泡塑料成型的发泡模具等。
3、按模具装卸方式分
（1）移动式模具:又称作机外装卸式模具，是将成型中的辅助作业如装料、安装嵌件、合模、开模、卸件和清理模具等移动设备工作台面外进行的模具。移动式模具进行的机外操作均为手工操作，劳动强度大，模具重量受工人体力限制，生产效率低，同时，模具自然冷却，模具温度的变化对塑件质量有一定的影响。但模具结构简单，制造周期短，适合于成型批量小的中小型塑件，以及形状复杂，嵌件多、加料困难和带有螺纹等塑件。
（2）固定式模具:又称机上装卸式模具。它是固定在设备工作台面上，模
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具的全部成型作业均在设备上进行的模具.这种模具重量不受工人体力限制，能够成型的塑件大小仅受设备能力的限制。根据设备类型和规格，可以成型不同生产批量和大小的塑件，可制成多腔模具，易实现自动化生产。设备利用率高，热能浪费小，成型温度波动不大，模具磨损小，使用寿命长，工人劳动强度低。但模具结构复杂，造价高，不能成型嵌件较多的塑件，更换产品时换模与调整都比较麻烦。
4、按型腔数目分
（1）单型腔模具:这是一副模具只有一个型腔，一个模塑周期只生产一个塑件的模具，这种模具结构简单，造价较低，但生产率不高，设备潜力不能充分发挥，主要用于大型塑件和嵌件较多的塑件，或者批量不大的试制产品。
（2）多型腔模具:一副模具具有两个以上型腔，一个模塑周期能同时生产两个以上塑件的模具，生产效率高，一般来说结构复杂，造价高。它主要用于塑件较小，生产批量较大的场合。
3.1.2、模具的组成
1、塑料模具的组成
任何一幅塑料模具的基本结构可看成由动模（下模）和定模（上模）两部分
组成，都可将其组成零件按其用途进行分类。设计模具时，可根据各类零件的用途和要求，在结构及几何参数的设计计算上找到共同的规律。
塑料模的组成零件按其用途可分为成型零件与结构零件两大类：
成型零件一般指与塑料接触的决定塑料形状和尺寸精度的零件，即构成型腔
的零件。它是塑料模具的关键零件。
结构零件一般指在模具中其安装、定位、导向、装配等作用的零件。
根据作用功能的不同，塑料模零件可细分成九个部分，即成型零件，支承与固定零件、抽芯零件、导向零件、定位和限位零件、推出零件、冷却和加热零件、浇注系统或加料室等零件及模架等。
下面我将重点介绍注塑模具的结构。
2、注塑模的结构组成
注塑模的结构是根据所选用的注塑机的种类、塑件的结构特点及一次注塑成型塑件的数量所决定的。注塑模的结构形式很多，但每副注塑模都是由动模和定模两大部分组成、动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模
第三章 模具设计
分离以便取出塑件。根据模具中各零部件所起的作用，一般注射模又可细分为以下几个基本组成部分。
（1）型腔
它通常由凸模或型芯（成型塑件的内形）、凹模（成型塑件的外型）以及螺纹型芯、螺纹形环、镶件等组成。
（2）浇注系统
它是将熔融塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道。通常，浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴4个部分组成。
（3）导向机构
它通常由导柱和导套（或导向孔组成），此外，对多腔或较大型注射模，其推出机构也设置有导向零件，以避免推板运动时发生偏移，造成推杆的弯曲和折断或顶坏塑件。
（4）推出机构
在开模过程中将塑件及浇注系统凝料推出或拉出的装置。
（5）分型抽芯机构
当塑件上有侧孔或侧凹时，开模推出塑件以前，必须先进行侧向分型，将侧型芯从塑件中抽出，方能顺利脱模，这个动作过程是又分型抽芯机构实现。
（6）排气系统
在注射过程中为将型腔内的空气以及塑料在受热和冷凝过程中产生的气体排除出去而开设的气流通道。排气系统通常是在分型面处开设排气槽，有的也可利用活动零件的配合间隙排气。
（7）支承与紧固零件
主要起装配、定位和连接的作用。包括动模和定模座板、型芯或凹模固定板、垫块、支撑板、定位圈、销钉和螺钉等。
3.1.3、注塑模具的生产过程
对注塑模具制造大致可分为以下几个步骤：
1、塑料制品的工艺分析
在模具设计之前，设计者应充分分析研究其塑料制件的工艺性是否符合注塑成型加工原理，需要与制品的设计者仔细协商，以达成共识，其中包括对制品的几何形状、尺寸精度以及外观要求，进行必要的讨论，尽量避免模具制造中不必要的复杂。
2、模具结构设计
3、确定模具材料和选择标准件
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关于模具材料的选用，设计人员在考虑制品精度和产量外，结合本企业加工及热处理的实际能力给予正确的选择。此外，为了减短制造周期，尽量选用现有标准件。
4、零件加工与模具组装
模具的精确度除了在设计时给予最佳的结构与合理的公差配合之外，零件加工和模具组装是致关重要的。因此，加工精度与加工方法的选择在模具制造中占有绝对主导的地位。根据英国塑料协会（BPF）的成型件尺寸误差分配，可知：
（1）模具的制造误差约1/3
（2）模具磨损的误差约1/6
（3）成型件收缩不均所产生的误差约1/3
（4）预定收缩与实际收缩不一致所产生的误差约1/6
总误差=（1）＋（2）＋（3）＋（4）
5、试模
一副模具从设计开始到组装完毕，只不过完成其全部制造过程的70%--80%对于预定收缩与实际收缩不一致所产生的误差，脱模的顺利与否，冷却效果如何，尤其是浇口的尺寸，位置，型制对制件精度及外观的影响等问题，必须通过试模来检验，因此，试模是检验模具是否合格及选择最佳成型工艺不可缺少的步骤。
3.2 模具设计与参数计算
3.2.1、本塑件制品分析
1、产品要求：
从对本产品进行的工艺分析中可以得知，所设计的塑件材料为ABS/PC，材料收缩率为：0.005～0.007；经过比较我们选择了0.005。（参考《塑料成型加工与模具》P66）收缩的程度主要取决于塑料的品种和模具的温度。一般来说，提高模具温度可以使制品收缩率增大。由于模具的温度已经确定为40～80º，可见温度比较低，故选择0.005。进行模具设计时，产品的精度要求一般，选择一次注塑2个，采用对称布置。
产品图：
第三章 模具设计
2、计算制品的体积和重量：
该产品为手机外壳，材料采用丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）和聚碳酸酯（PC），查有关资料得知其综合密度为1.1 g/cm³ (前表)，收缩率为0.5%。 使用pro/engineer软件对三维试题产品自动计算出产品的体积.下面是部分计算过程：
上盖：
通过计算塑件的体积为：V1 = 5.2288 cm3 ；
塑件的重量：M1 =ρ.V1=1.1 g/cm³×5.2288 cm3 ＝ 5.7517g ；
浇注系统体积：V2 = 1.6446 cm³ ；
浇注系统重量：M2 =ρ.V2=1.1 g/cm³×1.6446 cm³ ＝1.8094g ；
故V总 = 2V1+V2 = 2×5.2288 cm3 ＋1.6446 cm³ ＝ 12.1022cm³ ；
故M总 = V总×ρ＝ 12.1028 cm³×1.1 g/cm³ ＝ 13.3128 g ；
下盖：
通过计算塑件的体积为：V3＝8.7677 cm³ ；
塑件的重量：M3 =ρ.V3 = 1.1 g/cm³×8.7677 cm³ ＝ 9.6444 g ；
浇注系统体积：V4= 0.8736 cm³ ；
浇注系统重量：M4=ρ. V4= 1.1 g/cm³×0.8736 cm³＝0.9610 g ；
故V总2 = 2V3+V4 = 2×8.7677 cm³＋0.8736 cm³＝18.4090 cm³ ；
故M总2 = V总2×ρ＝18.409 cm³×1.1 g/cm³＝20.2498 g ；
ρ—塑料密度 ；
3.2.2、注塑机的确定
根据制品的体积和重量查《塑料模具设计》表5—3选定注塑机型号为：JPH150A。
注塑机的参数如下：
注塑机最大注塑量：186g 锁模力：1500KN
注塑压力：194MPa 最小模厚：180mm
模板行程：620mm 最大开距：800mm
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顶出行程：80mm 注塑机定位孔直径： 125mm 注塑机拉杆的间距：410×410(mm×mm)
喷嘴球面半径：SR10mm 喷嘴前端孔径：φ3mm
3.2.3、注塑机参数校核
1、最大注塑量：
注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。 所以选用的注塑机最大注塑量应0.8M机≥M塑件+M浇
式中：
M机——注塑机的最大注塑量，单位g。
M塑件—塑体的重量，单位g，
上盖：塑件的重量：M1 =ρ.V1=1.1 g/cm³×5.2288 cm3 ＝ 5.7517 g
下盖: 塑件的重量：M3 =ρ.V3 = 1.1 g/cm³×8.7677 cm³ ＝ 9.6444 g
M浇——浇注系统重量，单位g，
上盖：浇注系统重量：M2 =ρ.V2=1.1 g/cm³×1.6446 cm³ ＝1.8094g
下盖：浇注系统重量：M4=ρ. V4= 1.1 g/cm³×0.8736 cm³＝0.9610 g
M机≥(M塑件+M浇)/0.8
上盖：M机≥(M塑件+M浇)/0.8＝（5.7517＋1.8094）/0.8 =9.4514 g 下盖：M机≥(M塑件+M浇)/0.8＝(9.6444＋0.9610) /0.8 =13.2568 g 我们选定的注塑机注塑量为：186g，所以满足要求。
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，保持模具紧密锁合，防止溢料。注射机锁摸力与模腔压力的关系可用下式表示：
F0 ≥K．P模．A
F0——注射机锁模力，单位：kN；
K——安全系数，一般取1.1～1.2；
P模——熔融型料在型腔内的压力，单位：Mpa。（上盖:0～38.91Mpa
下盖:0～27.05MPa）；
A——塑件和浇注系统在分型面上的投影之和,单位：mm2（上
盖:7800.6mm2；下盖:14424.2mm2）；
F锁>K．P模．A
第三章 模具设计
上盖:F锁>1.1×38.91×7800.6×1/1000＝333.87kN；
下盖: F锁>1.1×27.05×14424.2×1/1000＝429.19kN；
本人选定的注塑机为：1500kN，满足要求。
3、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核：
（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。
即模具长×宽
模具长×宽为400×400(mm×mm)
mm)
故满足要求
（2）模具闭合高度校核
模具实际厚度H模=255mm
注塑机最小闭和厚度H最小=180mm
即H模>H最小，故满足要求
4、开模行程校核：
所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注
塑机），故注塑机开模行程应满足下式：
S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm
因为S机- (H模-H最小)＝620-（255-180）=545mm
H1＋H2＋（5～10）＝30+70+10=115mm
即 S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm
故满足要求
H1——推出距离，单位mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；
S机——注塑机最大开模行程。
3.3 浇注系统设计、关键零部件设计
3.3.1 浇注系统的设计
浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。
作用：（1）输送流体；（2）传递压力。
1、浇注系统的组成及设计原则
组成：由主流道，分流道，浇口，冷料穴等结构组成。
浇注系统的设计原则：
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（1）考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利，快，不紊乱。
（2）避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。
（3）一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模内。
（4）进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。
（5）流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料。
2、主流道设计
主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。
浇口套的选用：
进料口直径：D=d+(0.5～1)mm=3＋0.5＝3.5mm
式中d为注塑机喷嘴口直径。
球面凹坑半径：R=r+(0.5～1)mm=10+0.5＝10.5mm
式中r
为注塑机喷嘴球头半径。
3、冷料井设计
冷料穴与拉料杆的设计
常用的冷料穴及拉料杆形式有以下几种：
带Z型头拉料杆的冷料穴
带球形头拉料杆的冷料穴
无拉料杆的冷料穴
本设计由于无需拉料杆，冷料穴用的是半圆形形式。
4、分流道设计
指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向 作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。其原则如下：
（1）分流道的截面形状
圆形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加
第三章 模具设计
工制造难，直径 5～10mm
梯形：加工较方便，其中h/D = 2/3～4/5 边斜度 5～15°
u形：加工方便，h/R=5/4
半圆形：h/R=0.9
（2）流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。
一般分流道直经在5～6mm以下时，对流动性影响较大，当直经大于8mm 时，对流动性影响较小。
（3）多腔模中，分流道的排布
平衡式和非平衡式：
平衡式：分流道的形状尺寸一致。
非平衡式：a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。
即使达到料流和填充平衡，但材料不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用。
非平衡式分布，分流道长度短 。
如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不至于进入型腔。
分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的
作用线重合。
根据以上原则对本制件进行了分流道设计：采用平衡式分布。
分流道截面形状选较常用的圆形分流道截面形状。
分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定。对于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用以下经验公式计算分流道的直径。
D=0.2654W1/2L1/4
式中：D——分流道的直径，mm；
W——塑件的质量，g；
L——分流道的长度，mm；
由于所设计的塑件的质量小于200g，故按以上公式确定其直径。
1/21/41/21/4上盖： D=0.2654WL=0.2654×20.249852=3.2mm
下盖：D=0.2654W1/2L1/4 ＝0.2654×13.31281/2 ×521/4 ＝2.6mm
由于此式计算的分流道直径限于3.2mm～9.5mm，而所算出来的结果小于此范围，故参考《塑料模具设计》p78表6-1中ABS的分流道推荐值，定出分流道直径为4mm。
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5、浇口设计
浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其截面积约为分流道的0.03～0.09，长度约为0.5mm～2mm。浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，通过Pro/Engineer塑料顾问分析可知选用侧浇口较为合理。侧浇口的端面为圆形，根据成型的需要，定尺寸如下：直径d＝1mm，长度
L＝1mm。
3.3.2 分型面的选择
定模和动模相接触的面称为分型面，分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面等。结合分析塑件的形状，可知分型面为曲面，而为了有利于脱模，设置分型面时应使塑件留在动模的一侧。对于分模面的选择，由于手机外壳上盖比较复杂，曾尝试就用上表面作为分模面，但是最后无法分模，经过查找，最后发现，由于屏幕和按键处都有圆角，如果选择上表面作为分模面，将有一部分无法脱模。如下图3.1
所示。最后只好选择下表面作为分模面。
图3.1
其形状如下图：
第三章 模具设计
3.3.3 排气系统的设计
利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，具体结构见模具装配图。
3.3.4 成型零件的设计
直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。
其结构见下图所示，尺寸图见工程附图：
上盖： 凹模 凸模
下盖： 凹模 凸模
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3.3.5 型腔的侧壁和底板厚度计算
通常模具设计中，型腔壁厚及支承板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。
参考《塑料模具设计》中的经验数据表可以得知：
型腔侧壁厚度S的经验值为：S＝0.2L+17=0.2×100+17＝37mm
支承板厚度h的经验数据：h≈0.12b≈0.12×100≈12mm
3.3.6 导向零件的设计
作用：定位，导向及承受测压的作用 。
类型：导柱导向，锥面导向及斜面导向等。
采用的导向机构零件主要是FUTABA提供的模架中的标准件。
导套 导柱
3.3.7 脱模机构
使塑件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构脱模机构的动作方 向与模具的开模方向是一致的。
要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。
第三章 模具设计
在本设计中采用顶杆脱模机构。
顶杆脱模机构:
一般用于脱模力小的腔类塑件：
（1）顶杆的导向配合部分较短。
（2）筋部由于局部脱模力大，需加筋位。
（3）顶出盘式的顶出。
（4）顶杆材料：45钢，T8或T10钢，HRC 50以上。
（5）与顶杆孔的配合 间隙配合。
（6）顶杆的固定形式。
（7）顶杆的结构形式。
顶杆位置设置了64根顶针在产品内表面处，且非产品外表面，并不影响产品外观。其尺寸型号为HASCO Z41/2.0*160。
3.3.8、加热和冷却装置设计
加热装置设计：
塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。参考《塑料模具设计》表6-10 常用热塑料的模具温度表可以得知所选塑件材料聚苯乙烯的模具温度为：40°C～60°C；模具温度在80°C以下，所以可以不设置加热装置。 冷却装置设计：
为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。
设计原则：
（1） 冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大；
（2） 冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等；
（3） 浇口处要加强冷却；
（4） 冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水；
（5） 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处；
（6） 进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机
的背面；
根据以上原则设计出模具的水流道。
深圳大学本科生毕业论文（设计）
第四章 模具装配图与爆炸图
装配图：
上盖：
下盖：
第四章 模具装配图与爆炸图
爆炸图：
上盖：
下盖：
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第五章 模具设计的创新与特色总结
模具设计的过程一般为：从客户那里接到塑料制品图(可能是二维的，也可能是三维的)，模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。
显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。即使一个设计工程师具有很好的模具设计经验，但是他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计——修正——再设计的特点。如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。
所以,在本次设计中，我很好的将传统设计与CAD/CAE进行结合，增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的可靠性；采用优化设计，降低材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；在经过多次改模-分析-改模的程序后很好的优化了本产品的模具设计。
我觉得我们所设计的手机外壳具有以下特色：
1、设计的手机外壳的外形尺寸为104×44×19（mm），体积大概是82立
方厘米，外形比较小巧。
2、幕大，按键大，并且符合人体工程学
在比较小的表面上，希望达到按键和屏幕尽量大的要求。这款机壳表面设计采用了工业产品设计中用到的黄金比例（0.618）分段，在数字键和功能键之间分隔开（即屏幕和导航杆占61.8％），但是在有限的键盘空间中，按键尽量设计大些。
另外，有一个很突出的特点是，在按键到机壳边缘的地方按照人体工程学，设计了一个切槽。这个切槽的一端与按键的外形轮廓相切，然后延伸到机壳边缘，并且有一定的倾斜度，使得人手握起来时有一种“稳固”的感觉，不仅解决了人们手握手机时不小心摔落的问题，还可以增加手感。数字按钮设计成椭圆形状，有流畅感，使人感觉舒服。然而，导航杆周围的四个功能键采用棱形，
第五章 模具设计的创新与特色总结
和数字键方圆结合。
3、采用导航杆：导航杆的设计不但节省了面积，而且操作方便。
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第六章 论文存在的问题与解决设想
6.1 论文存在的问题
模具设计需要考虑的因素很多，如塑料品种，产量，制件特点，型腔数目，注射机类型，以及制造工艺的可行性等等，并且是一项经验性很强的工作。因此在缺乏重要经验的情况下，虽然查取了大量的资料，以及使用了先进的CAE辅助设计，但是还是不能很好的解决试模中可能存在的问题，具体存在的问题如下：
（1）产品中存在着比较多的熔接痕，尤其是上盖； （2）产品边缘有气泡产生；
（3）由于对潜伏式浇口设计的不了解，无法设计潜伏式浇口，最后选择侧浇口。可能会对手机外壳的表面质量产生一定的影响。
6.2 问题解决设想
1、熔接痕的解决方法
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善：
（l）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。
（2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。 （3）尽量减少脱模剂的使用。
（4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。 （5）若仅影响外观，则可改变浇口位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。 我所用到的解决办法：
oo
首先，提高模具的温度，将模具温度从45提高到60；另外提高注射压力，
从200Mpa提高到275Mpa，取得了一定的效果，但是还不满意，最后决定改变浇口的位置，在不断的尝试过程中，通过改变浇口的位置，取得了比较理想的效果。但是对于上盖，还没有能够达到理想的效果。 2、气泡问题的改进方法
第六章 论文存在的问题与解决设想
在制品壁厚较大时，其外表面冷却速度比中心部的快，因此，随着冷却的进行，中心部的树脂边收缩边向表面扩张，使中心部产生充填不足。这种情况被称为真空气泡。
解决方法主要有：
（1）根据壁厚，确定合理的浇口，浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的50％～60％。
（2）至浇口封合为止，留有一定的补充注射料。 （3）注射时间应较浇口封合时间略长。 （4）降低注射速度，提高注射压力， （5）采用熔融粘度等级高的材料。
我们选择的方法是提高注射压力，从200Mpa提高到275Mpa虽然取得了比较好的结果，但是还不够理想。 3、浇口的选择和解决办法
潜伏式浇口设置在塑件内侧或外侧隐蔽部分，不影响塑件外形的美观。 对于侧浇口带来的问题，由于浇口的大小为1mm×1mm，尺寸比较小，并且通过了解，手机外壳都需要上漆，上漆之后不会对手机外壳的美观性带来太大的影响。 4、小结
以上问题由于时间和经验上的不足未能得到很好的处理，仅提出一些理论上可行的改良方案。希望在今后经验不断积累后能更好的解决这些问题。
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参 考 文 献
1、苏厚合 黄俊贤 编著《PRO/ENGINEER2001 入门指南》人民邮电出版社出版
2、黄圣杰 张祥杰编著《实战PRO/ENGINEER2001模具设计》中国铁道出版社出版
3、朱光力 万金保 等编著《塑料模具设计》清华大学出版社出版
4、祝凌云 李斌 李竹新 杨勇编著《Pro/ENGINEER实战手机设计》人民邮电出版社
5、李钟猛 编《塑料模设计》西安电子科技大学出版社出版
6、林清安 编著《Pro/ENGINEER模具设计》 清华大学出版社
7、葛正浩 编著《Pro/ENGINEER塑料模具设计入门与实践》 化学工业出版社
8、黄虹 主编 《塑料成型加工与模具》 化学工业出版社 2003年3月第一版
9、程树祥 张桂秋 等主编 《工程塑料应用手册》 江苏科学技术出版社 1986年11月第一版。
致谢
致 谢
本论文是在李积彬、王贤坤、胡琳、程蓉、王红志五位老师的悉心指导和热情关怀下完成的。导师敏锐的洞察力，渊博的学识，严谨的治学态度，务实的工作作风令作者敬佩至深，受益非浅。值此论文完成之际，首先向恩师们表示衷心的感谢和崇高的敬意。
感谢各位同学在作者工作中给予的帮助，使得作者在与他们的交流中得到宝贵的经验。感谢各位同行的网友对我提出宝贵的建议。感谢同组成员麦伟星同学的合作。
最后，还要深深地感谢的是父母、家人，是他们为作者的学习提供了良好的保障，并不断给予作者关怀和鼓励，使作者得以顺利完成学业。 张思明 2004年5月9日
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