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編號：
畢業(yè)設計說明書
題 目： 側抽芯計算器外殼
注塑模具設計
學 院： 國防生學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學生姓名： 杜東駿
學 號： 1000110102
指導教師單位： 機電工程學院
姓 名： 曹泰山
職 稱： 講師
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
2013年5月3日
摘 要
現(xiàn)代工業(yè)生產中，模具已經成為國民經濟的重要組成部分，模具生產已經觸及電器、儀器儀表、建筑器材、汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，是一項高效率、高質量、低成本、低能耗、低污染的高新技術產業(yè)，也是目前國家相當重視一門技術。本設計選擇目前了比較熱門暢銷的電子產品—計算器，設計的模具將塑件確定為計算器外殼。
本論文對側抽芯計算器外殼注塑模具設計進行了詳細的介紹和說明，通過對計算器外殼進行工藝分析，最終將完整的模具設計完成。模具采用一模一腔，澆口采用點澆口形式，并設置有冷卻系統(tǒng)，最大化提高生產效率和塑件質量；說明書對注塑機的選擇、模具成型結構、分型面選擇等各項參數(shù)、數(shù)據(jù)進行詳細的計算和校核，說明書中還詳細介紹了模具的具體工作過程。
本次側抽芯計算機外殼注塑模具設計中，大多數(shù)零件使用標準件，成型零件使用了鑲嵌塊，降低了模具制造成本和生產周期，提高了市場競爭力；設計過程中參考各類資料，使用CAXAcad進行繪圖，設計合理可靠。
關鍵詞：計算器外殼；模具設計；成本；效率
Abstract
Modern industrial production, mold has become an important part of the national economy , mold production has touched many areas of electrical, instrumentation , construction equipment , automotive, hardware , etc., is a high- efficiency, high-quality, low-cost, low-energy consumption, low pollution and high-tech industry , is currently the country attaches great importance to a technology. This design choice is currently the more popular selling electronic products - calculators, designed to mold plastic parts for the calculator to determine the shell .
This paper is about the pulling side of the calculator shell injection mold design for a detailed description and explanation, through the calculator shell process analysis will eventually complete mold design is completed. A mold using a mold cavity, gate using point gate form, and provided with a cooling system, maximize productivity and improve the quality of plastic parts; paper also choose the injection molding machine, molding structure, the parting line selection parameters, data for detailed calculation and verification.
The Pulling side of the computer case injection mold design, most parts using standard parts, molded parts using mosaic blocks, reducing mold manufacturing costs and production cycle, improve the market competitiveness; reference design process all kinds of data, use CAXAcad for drawing, reasonable and reliable design.
Keywords: calculator shell; mold design; costs; efficiency
目 錄
引言 1
1 緒論 2
1.1 注塑模具設計發(fā)展的概況 2
1.2塑料模具的特點 3
1.3 注塑模具設計的要求及程序 4
2 計算器外殼的設計及工藝分析 5
2.1 計算器外殼的設計 5
2.2 材料的選擇 6
2.3 計算器外殼的工藝性分析 6
2.3.1 結構工藝性 6
2.3.2 塑件的批量生產 6
3 注塑機的選擇及校核 7
3.1 初選注塑機 7
3.1.1 確定最大注塑量 7
3.1.2 確定模具溫度及冷卻方式 7
3.1.3 確定注塑成型的工藝參數(shù) 7
3.2 注射機的選擇及校核 8
3.2.1型腔數(shù)校核 8
3.2.2 注塑壓力校核 8
4 模具結構分析及設計 10
4.1 結構分析 10
4.1.1型腔數(shù)目及排列 10
4.1.2分型面的選擇 10
4.1.3 排氣系統(tǒng)設計 10
4.2澆注系統(tǒng)的設計 11
4.2.1 主流道的設計 11
4.2.2 分流道的設計 11
4.2.3澆口的選擇和設計 12
4.2.4 分流道的截面尺寸 12
4.3 成型零件的設計 13
4.3.1 凹模、凸模形式的確定 13
4.3.2成型零件的工作尺寸計算 13
4.4冷卻系統(tǒng)的設計 15
4.4.1冷卻通道的位置及數(shù)量 15
4.4.2冷卻系統(tǒng)冷卻通道孔徑的計算 16
4.5 脫模方式的設計 16
4.5.1脫模機構的設計 16
4.5.2脫模力的計算及推桿的設計 17
4.5.3 復位機構的設計 17
4.6 合模導向機構設計 18
4.6.1 合模導向機構的選擇 18
4.6.2 導柱的設計 19
4.6.3 導套的設計 19
4.7成型設備的校核 19
4.7.1鎖模力的校核 19
4.7.2安裝尺寸的校核 20
4.7.3開模行程的校核 20
5 模具零部件的設計尺寸校核 21
5.1 型腔側壁厚度強度校核 21
5.2 型腔底部厚度強度校核 21
5.3 導柱尺寸的強度校核 21
5.4推桿尺寸校核 22
6 側抽芯機構的設計 23
6.1抽芯距的計算 23
6.2斜導柱尺寸計算 23
6.3 滑塊與導滑槽的設計 24
7 側抽芯計算器外殼注塑模工作過程簡介 25
8 模具的修模 28
8.1凝料粘著主流道 28
8.2塑件粘著型腔 28
8.3 塑件粘著型芯 29
9 結論 30
謝 辭 31
參考文獻： 32
第 33 頁 共 32 頁
桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）說明書用紙
引言
模具是汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料、日用品等工業(yè)生產的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，國民生活水平要想得到提高，國家就必須要有優(yōu)秀的模具工藝水平，沒有優(yōu)秀的模具，就沒有高質量的產品。使用注塑模具加工的塑料產品，具有生產率高、質量好、節(jié)約材料、成本低等等特點，已經成為現(xiàn)代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此，模具技術，特別是制造精密、復雜、大型模具的技術，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。
近年來，塑料模具越來越趨于高效率、自動化、大型、長壽命、高精密性的發(fā)展，其產量和設計水平也發(fā)展的十分迅速。本設計是側抽芯計算器外殼注塑成型模具設計，注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內，塑料在其中固化成型。
因為塑料與現(xiàn)代人的生活息息相關，我們的衣食住行都離不開塑料，而注塑成型模具是一種非常高效而成本低廉生產塑料制品的方式，具有工作連續(xù)性強，制成產品質量好，模具使用壽命長，工藝效益好等等優(yōu)點。
在注塑產品當中，電子產品外殼塑件在其中占到很大比例，電子產品外殼要求外觀精美，尺寸精度要求極高，且電子產品更新?lián)Q代時間很短，根據(jù)市場上電子產品半年一變的更新速度，對模具設計者提出了更高的要求，模具的設計要成本低、制造方便、設計周期短等等。本設計的塑件制品是計算器外殼，注塑塑料選擇了ABS塑料，ABS塑料具有良好的配混性、成型加工性、涂裝性、染色性、易加工性及尺寸穩(wěn)定性等等優(yōu)點，可以根據(jù)市場需要制成各種顏色、噴繪各種圖案的產品。本設計中計算器外形創(chuàng)新，輕便簡約，尺寸設計精美，功能完整，整體厚度僅為12mm，符合現(xiàn)在人們喜歡的“超薄”電子產品，同時在計算器屏幕處設計了10°的傾斜度，外表面棱角處都設制有圓角，使用手感良好。以時尚潮流、使用方便、人性化以富有創(chuàng)新的思路進行設計。同時在計算器側壁設置了一個側孔，用于安裝計算器開關，因此需要在模具中加入側抽芯機構，增加了設計難度，設計工作量。本設計通過定距螺釘、彈簧、限位桿等開模限制機構，實現(xiàn)了流道、澆口凝料的自動脫落，并使用脫模機構實現(xiàn)塑件的自動脫模。因此本設計實現(xiàn)了自動化生產，提高產品質量以及生產效率，操作簡單。
在設計過程中，使用了CAXAcad制圖軟件以及proe三維軟件，實現(xiàn)了無紙化設計，大大提高制圖標準和制圖水平。說明書在編寫過程中，查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，對模具中重要零部件都進行了設計尺寸的校核，提升了設計的質量及合理性，對塑料的選擇、注塑機的選擇、成型零部件尺寸計算及強度校核、澆注系統(tǒng)、合模導向部分、推出機構的設計計算校核、模具冷卻系統(tǒng)、側抽芯機構設計計算、模具工作過程、修模分析等進行了詳細的敘述。通過本次畢業(yè)設計，強化鞏固了所學的知識，提高了應用所學知識和技能解決實際問題的能力，提高了動手設計、理論結合實際的能，為獨立完成模具設計積累了一定的經驗。
1 緒論
1.1 注塑模具設計發(fā)展的概況
世貿組織（WTO）于2001年批準了我國加入，距今已經有13年的時間，這10多年來，我過獲得了一個更加穩(wěn)定的國際經貿環(huán)境，對我國與各國、各地區(qū)的經濟貿易合作起到了積極作用，世界經濟的穩(wěn)定發(fā)展，我國的利用外資領域將進一步擴大，國內和國外模具企業(yè)都可以從中得到更多的機會和收益。
我國注射模成型工藝發(fā)展了近50年，但是由于塑料制品的多樣性、復雜性，模具制造精度要求極高，改革開放以前，模具方向科技得不到國家重視，國內科技人才不足，資金困難，加上人員工程技術經驗有限，長期以來，工程技術人員很難精確地設置制品最合理的加工參數(shù)，設計制造模具時舉步維艱，制造效率低、塑件質量差。時至今日，國內在模具的制造水平依然還在中低檔次，無論是模具質量還是模具的設計周期、制造成本、塑件產品的質量效率都與國外工業(yè)發(fā)達國家有著也能打差距。這對我國模具產業(yè)將產生一定的沖擊，但同時必須認識到競爭才會帶來更快的發(fā)展。在國外，塑料模的生產制造比例占模具行業(yè)的50%以上，而我國僅有30%左右，且起步難、起步慢、起步晚，研究經費不足，缺乏研究經驗，但也因此獲得了很大的發(fā)展空間。目前我國相關部門已經意識到發(fā)展模具行業(yè)的重要性，出臺了相關政策，解決了經費方面的一些問題，同時優(yōu)化資源配置、調整經濟結構、提高社會勞動效率，促使企業(yè)轉型發(fā)展，提高管理水平，高效利用資源，聘請國外高新技術人才學習指導等。我國的模具要想在國際上占有一席地位，必需先逐步占領國內市場，才能走向世界。
多年以來，我國制造業(yè)一直是經濟發(fā)展的主要原動力，近年來產業(yè)結構變革加快，使得我國已經成為全球制造業(yè)的中心，根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略要求，我國現(xiàn)在的制造業(yè)正在實現(xiàn)“以信息化帶動工業(yè)化”，使用高新信息技術隊傳統(tǒng)制造產業(yè)進行改造，而模具技術將成為踐行這樣發(fā)展戰(zhàn)略要求的領頭羊，提高模具工業(yè)的技術水平，就是提高工業(yè)產品的質量水平。模具生產的低耗能、低污染、低成本，高效率、高質量也應和了國家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，進而將一些老舊的生產方式淘汰，實現(xiàn)產能優(yōu)化，實現(xiàn)綠色發(fā)展經濟的目標。由此可見，模具在國家戰(zhàn)略發(fā)展和國民經濟中扮演的重要角色。長久以來，我國就早已十分重視對模具的發(fā)展，于1989年3月頒布的《關于當前國家產業(yè)政策要點的決定》，就已經把機械行業(yè)的首要任務確定為模具工業(yè)的發(fā)展。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料制品所占的比例正迅猛增加，塑料制品的應用范圍也在不斷地擴大，如：家用電器、儀器儀表、建筑器材、汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域。由于在工業(yè)產品中，一個設計合理的塑件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結構件，加上利用工程塑料特有的性質，可以一次成型非常復雜的形狀，并且還能設計成卡裝結構，成倍地減少整個產品中的各種緊固件，大大地降低了金屬材料消耗量和加工及裝配工時，因此，近年來工業(yè)產品塑料化的趨勢不斷上升。
多年以前，我國的模具行業(yè)已經開始應用CAD/CAM ，但就整個行業(yè)而言，至今具有較完備集成環(huán)境的企業(yè)較少。目前在該行業(yè)具有代表性的是在設計、制造及管理等部門部分或單獨采用了CAD、CAM 等技術。雖然這些技術在應用初期對提高產品設計水平、增加企業(yè)活力起到了積極的促進作用，但隨著產品更新?lián)Q代速度不斷加快、同行業(yè)競爭加劇及市場不斷擴大，客戶對產品質量、成本、制造周期要求不斷提高，原來分散獨立使用已不適應發(fā)展需要。
這些年，CAD/CAE/CAM技術也越來越成熟，并且隨著軟件市場的迅速發(fā)展，全球科技通過網(wǎng)絡技術集合達到了同步進步發(fā)展，部分資源已經實現(xiàn)共享，但一些高新科技仍然需要花費大量資金引進。近年來我國不斷從國外引進CAD/CAM系統(tǒng)，其中比較著名的如美國EDS公司的UG II、paramet-ric technology 公司的Pro/Emgineer、CV公司的CADS5；英國Deltacam公司的DOCT5等等軟件，為國內模具設計者廣為所知、應用廣泛，同時，國內的軟件制作公司也不斷提升自己的能力，自主研發(fā)這方面的技術，自主開發(fā)符合國人習慣的先進制圖軟件，目前我國的一些軟件已經打入國際市場，獲得國內外使用者的一致好評。這些年來，我國模具行業(yè)已經逐漸將CAD/CAM實現(xiàn)集成，大大提高了模具制造水平，獲得極高的技術和經濟效益，大力的推動了我國模具發(fā)展，為中國的產業(yè)效益做出了極大的貢獻。
現(xiàn)今市場中，產品更新?lián)Q代時間更短，市場波動更大，模具的設計生產和制造周期都需要不斷縮短，以便適應變化莫測的市場風向標?？s短設計生產和制造的周期其中一個重要環(huán)節(jié)就是更多的采用標準件，實現(xiàn)模具零部件的標準化。但是我跟模具的標準化還相當?shù)?，相比其他工業(yè)先進國家78%～80%的模具標準化程度，我國模具的標準化程度僅有25%左右，在與其他國家的商業(yè)競爭中沒有優(yōu)勢，差距很大。目前我過的生產能力僅僅占世界生產總量的10%，而發(fā)的國家日本、美國的生產總量占到了世界的80%左右，同時產品質量、工藝水平水平還相對很低，模具設計生產周期比他國要長很多，因此，發(fā)展模具技術水平迫在眉睫，我國要想在模具市場中能占有一席地位，還需我們努力學習科技技術，向國外先進水平看齊。
雖然我國勞動力多、勞動力相對廉價，但高科技人才相對較少，特別是模具方向，我國當前的模具發(fā)展是重點是向高科技、高標準、高精密性發(fā)展，研究方向主要有開發(fā)熱流道標準元件和模具溫控標準裝置；精密標準模架，精密導向件系列、標準模板及模具標準件的先進技術和等向性標準化模塊等。
1.2塑料模具的特點
塑料模具注射模的特點主要由塑料特點及塑件制品的特點決定，注塑機現(xiàn)將熔融預塑，在打到注塑條件后，通過注射機對熔融塑料施加壓力，將熔融塑料充入模具型腔內。其工藝特點主要由選擇塑料的特性決定，根據(jù)塑料品種，每種塑料都具有不同的收縮率，經過不同的注塑壓力、保壓壓力、保壓時間后，型腔塑料凝固制成塑件。同時注塑時還必須根據(jù)塑件的特征進行選擇注射擊的工藝參數(shù)，還需考慮塑件的樣式，型腔表面粗糙度，流道截面形式、塑件形狀、排氣系統(tǒng)等等因素?；谏鲜鎏攸c，設計注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使設計的模具合理適用，高效的效利用塑料特性，如點澆口模具適用于塑料的流動性要較、好塑件表面精度要求很高的塑件。注塑模具在生產中應用廣泛，制出制品工藝性良好，質地均勻，尺寸精度高，生產效率高，在國家工業(yè)發(fā)展中得到了高度重視。
1.3 注塑模具設計的要求及程序
經過模具設計的多年發(fā)展及設計經驗，模具的設計制造已經有了完善的系統(tǒng)思路，模具的基本要求主要有：
（1）合理地選擇模具結構；
（2）正確地確定模具成型零件的尺寸，盡量減少后加工；
（3）模具機構的設計應當合理簡約，加工方便，零部件盡量采用標準件；
（4）模具應當生產效率高、塑件尺寸及各項要求符合設計標準、模具工作安全可靠；
（5）模具零件經過準確校核，確保其可以正常，具有合格的使用壽命；
（6）模具設計的結構要符合塑料的成型特性；
模具設計的基本程序為：
（1）查閱相關學習資料、期刊等讀物進行鞏固學習；
（2）選擇塑件材料、注塑機型號；
（3）擬訂模具結構方案；
（4）方案的合理性分析與尺寸的設計計算并校核；
（5）繪制模具裝配草圖；
（6）根據(jù)草圖及經過校核的設計尺寸繪制模具的裝配圖、零件圖；
（7）編寫設計說明書；
本文的主要研究工作根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求，及模具設計中的一些經驗、資料的研究，依照模具設計的基本要求和基本成型，此次畢業(yè)設計論文主要內容包括設計說明書一份，塑料計算器外殼注塑模具設計2D圖紙一套。說明書內容具體可分為：
（1）計算器外殼尺寸設計；
（2）塑料及注塑機的選擇；
（3）分型面的選擇；
（4）模具成型零件的工作尺寸計算；
（5）型腔的數(shù)目排列方式；
（6）冷卻系統(tǒng)的設計與計算；
（7）脫模機構的設計，推桿形式及尺寸的計算校核；
（8）側抽芯機構的設計計算；
（9）模具的工作過程分析；
（10）模具的修模。
2 計算器外殼的設計及工藝分析
2.1 計算器外殼的設計
計算器外殼的外形圖如圖2.1、圖2.2所示，外觀要求表面光滑美觀，壁厚為2mm，尺寸精度要求高，由于制作計算器時內表面包裹在內安裝零件，所以只做一般要求。
圖 2.1 計算器外殼CAD圖
圖2.2 計算器3D圖
2.2 材料的選擇
由于計算器在使用時，強度、抗沖擊要求不高，但要求外觀精美，表面光滑，趨于市場變化需要、消費者要求，計算器外殼應當能有各種顏色，甚至是透明的外殼，因此制作計算器外殼的塑料應當要便于染色，流動性良好。
通過查閱相關資料，本設計應當采用ABS塑料。ABS塑料是由丙烯腈（arcylentrile）、丁二烯(butadience)和苯乙烯(styrene)三種化學單體合成,其代號為ABS。ABS可以改變其三種單體成分的比例來改變其性能特性，且ABS具有良好的配混性、成型加工性，ABS與MMA混合可制成透明ABS，透光性達80%，也可以電鍍各種顏色，因此也滿足了制作計算器外殼應當具有的涂裝性、染色性。ABS還具有很高的易加工性及尺寸穩(wěn)定性，因此，選用ABS塑料是最好的注塑塑料。
ABS塑料顆粒及可以制作出的產品如圖2.3、圖2.4所示。
圖2.3 ABS塑料顆粒 圖2.4 ABS塑料產品
2.3 計算器外殼的工藝性分析
2.3.1 結構工藝性
制造計算器外殼的材料為ABS塑料，尺寸精度要求高，按MT5級精度查取公差值。計算器外殼的尺寸為160mmx135mm，顯示屏部分有10°的傾斜度，表面無凹痕、光滑平整，整體厚度為2mm，邊緣部分倒為半徑為1mm的圓角。要求表面精度高，平整光滑無凹痕，可以采用點澆口來保證其表面精度要求。為便于塑件脫模，計算器外殼內表面可以設35’～1°、外表面40’～1°20’的傾斜度，又由于ABS塑料流動性良好，尺寸穩(wěn)定性高，圓角部分可以保持良好弧度，可順勢脫模，符合生產及技術要求。
2.3.2 塑件的批量生產
由于現(xiàn)今市場上電子產品的更新?lián)Q代時間更短，市場對電子產品的要求越來越高，創(chuàng)新產品層出不窮，因此計算器外殼的模具生產要求成本低，設計周期短，成本低，效率高。計算器外殼要求大量生產，模具要求自動化程度高，結構精簡，壽命高，快速冷卻，快速脫模。型芯型腔采用鑲嵌塊，易于維修替換。
3 注塑機的選擇及校核
3.1 初選注塑機
注塑機的選擇對注塑成型模具相當重要，注塑機的選擇要符合塑料的特點、塑件的外形結構、塑件的注射重量、澆口的選擇形式等等，因此本設計從注塑機的各項工藝參數(shù)入手，根據(jù)塑件計算器外殼的外形特點及成型方式，成型零件結構，進行校核并選擇注塑機。
3.1.1 確定最大注塑量
由于計算器外殼的尺寸要求較高，型腔數(shù)目不應太多，因此采用一模一腔的形式，型腔應平衡布置，方便排列澆口。
計算器外殼質量計算：m=≈28.54g，根據(jù)上述一摸一腔，按照塑件質量的160%來計算，所以注塑量為m=1.6x28.54=45.66g
3.1.2 確定模具溫度及冷卻方式
由于ABS為非結晶型塑料，流動性良好，計算器外殼壁厚為2mm，因此在保證順利脫模的前提下，應盡可能降低模具溫度。所以模具應考慮采用適當?shù)难h(huán)水冷卻，并將成型模具溫度控制在60-80°C。
3.1.3 確定注塑成型的工藝參數(shù)
根據(jù)計算器外殼的結構特點和ABS塑料的成型性能，通過查閱資料初步確定計算器外殼的注塑成型工藝參數(shù)，詳見表3.1。
表3.1 注塑成型工藝參數(shù)表
工藝參數(shù)
內 容
工藝參數(shù)
內 容
預熱和干燥
溫度80～90℃
成型時間/s
注射時間
20～90
時間 2 h
保壓時間
0～5
料筒溫度/℃
后段
150～170
冷卻時間
20～120
中段
165～180
總周期
50～220
前段
180～200
螺桿轉速/(r/min)
30 r/min
噴嘴溫度/℃
170～180
后處理
方法
紅外線燈烘箱
模具溫度/℃
60～80
溫度/℃
70
注射壓力/MPa
600～1000
時間/h
2～4
根據(jù)以上分析，結合ABS塑料特性、計算器外殼結構特點、生產批量及注塑成型工藝參數(shù)等等因素，參考《塑料模具設計與制造》P69表2.8，初選型柱塞式注射機。XS-ZY-125注射機主要參數(shù)詳見表3.2。
表3.2 XS-ZY-125注射機主要參數(shù)
序號
主要技術參數(shù)項目
參數(shù)數(shù)值
1
額定注射量/cm
125
2
注射壓力/MPa
120
3
鎖模力/KN
900
4
動、定模模板最大安裝尺寸/mm2
428×458
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
200
7
最大開合模行程/mm
300
8
噴嘴前端球面半徑/mm
12
9
噴嘴孔直徑/mm
4
10
定位圈直徑/mm
100
3.2 注射機的選擇及校核
根據(jù)2.1初選的注射機，本節(jié)對XS-ZY-125注射機的選擇進行校核。校核方向主要為型腔數(shù)目校核和注塑壓力校核。
3.2.1型腔數(shù)校核
型腔數(shù)目的校核可由公式3-1確定：
N≤（kMt/3600-m）/m=5≥1 （3-1）
式中：K—注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
M—注射機的額定塑化量（11.4g/s）；
T—單個計算器外殼生產成型周期，本設計取30（s）；
本設計中，選擇型腔數(shù)目為1，由（3-2-1）計算可知型腔數(shù)目校核合格。
3.2.2 注塑壓力校核
注塑壓力的校核可以參考教科書《塑料成型工藝與模具設計》中公式3-2：
n≤F-PA1/PA2 (3-2)
式中：F—注塑機的額定鎖模力（N）；
A1—單個塑件在模具分型面上的投影面積（mm2）；
A2—澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（mm2）；
P—塑料容體對型腔的成型壓力(MPa)
為了模具能制造出合格的塑件，需要對注塑機的鎖模力及塑件的脫模進行校核，算上安全系數(shù)，可推出校核公式：F≥KFt總
式中：F—注射機額定鎖模力；
Ft總—脫模力；
K—安全系數(shù),本設計取K=1.2；
脫模力Ft=AP(μcosα-sinα)，經計算后脫模力很小，F(xiàn)＞KFt總。注塑壓力校核合格。
綜上，完成了本設計中對注射機的選擇以及相關校核，校核表明，選擇的XS-ZY-125注射機符合設計要求，可以使用該型注射機進行注塑。
4 模具結構分析及設計
4.1 結構分析
4.1.1型腔數(shù)目及排列
本設計中，計算器表面精度尺寸精度要求高，所以型腔數(shù)目不應太多，因此采用一模一腔的形式，型腔應平衡布置，方便排列澆口。型腔的排列方式主要有圓形排列、n行排列、直線排列等形式，基于計算器外殼注塑模具一模一腔的形式，同時滿足澆口開設盡量對稱的原則，本模具采用1行排列。這種形式可防止模具承受偏載進而發(fā)生溢料的現(xiàn)象，同時也減輕了模具的總體重量。
4.1.2分型面的選擇
分型面的定義為：模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸面稱為分型面。分型面的選擇影響著模具的整體結構、澆注系統(tǒng)、塑件的脫模等，由于計算器外殼的尺寸要求較高，外觀要求平整光滑精致，因此分型面的選擇至關重要。
分型面的選擇應當考慮到塑件在模具中的成型位置、塑件的結構特點、塑件的推出方法等，同時，在保證塑件能夠正常脫模、保持計算器外殼外觀符合產品要求的前提下，分型面的選擇應使塑件留在動模部分，塑件冷卻收縮后應抱緊型芯留在動模上，方便推出機構推出塑件；分型面的選擇應利于抽芯，因為本設計的計算器外殼模具中含有側抽芯機構，分型面的選擇應當使側向抽芯盡量短；同時還應考慮利于排氣、利于塑件取出等等因素
綜上所述，結合計算器外殼的外形特點，最終選擇的分型面如圖4.1所示。
圖4.1 計算器外殼分型面選擇示意圖
4.1.3 排氣系統(tǒng)設計
由于模具在注塑過程中，ABS塑料熔體注入型腔時，型腔內的空氣以及塑料熔體的揮發(fā)其他需要排出，否則將導致塑件不完全、塑件內產生氣泡等導致塑件不符合生產標準的缺陷，因此必須為模具設置排氣系統(tǒng)。
由于本設計中，計算器外殼體積較大，壁厚僅2mm，型腔深度不超過12mm，且分型面長度累計長約600mm，退出部分設置有9根頂桿，及2個側抽芯，在沒有額外設置排氣系統(tǒng)的情況下，利用各個零部件之間的配合間隙即可進行良好的排氣，因此不必額外開設排氣槽。若試模后排氣發(fā)生問題，再額外開設排氣槽。
4.2澆注系統(tǒng)的設計
在模具中，塑料熔體從注射機噴嘴開始到型腔為止，這部分流動通道成為澆注系統(tǒng)。主要可分為兩大類：普通澆注系統(tǒng)，無流道凝料澆注系統(tǒng)。因為無流道系統(tǒng)結構復雜，造價昂貴，不適應更新?lián)Q代迅速，生產批量不大的計算器外殼注塑，因此本設計采用普通澆注系統(tǒng)，該系統(tǒng)適應廣泛，配合模具結構中的拉料機構，可以有較好的生產效率。
4.2.1 主流道的設計
根據(jù)XS-ZY-125注射機的主要參數(shù)，查閱相關資料可知：噴嘴前端球面半徑SR0=12mm，噴嘴孔直徑d0=4mm，定位圈直徑為100mm，為提高模具壽命，在定模墊板上設置可拆卸替換的澆口套，在本次設計中，澆口套直接壓入流道推板，與流道推板成H7/m6配合。為了主流道中的凝料能順利脫出，將澆口套內部設計成圓錐形，α=2°～4°，表面粗糙度Ｒａ≤0.4μm，小端直徑較噴嘴孔徑大1mm，即5mm。安裝定位圈時，在定位圈上安裝4個螺釘緊固在定模墊板上，并高出定模墊板表面10mm。材料選擇T10A，熱處理50～55HRC。
4.2.2 分流道的設計
由于本次設計的計算器外殼表面積較大，為135mmx160mm，因此需要在介于主流道與澆口之間開設分流道，將ABS塑料熔體分流至3個位置的澆口，一邊計算器外殼能得到更好的注塑，保證塑件質量。
分流道尺寸的設計應當盡量短一些，從而減小壓力損失和熱量損失，減少冷卻時間。分流道的截面形狀選擇也影響著注塑質量和生產效率，分流道的截面形狀一般分為圓形、U行、梯形、半圓形等等，如圖4.2所示，綜合考慮加工難易程度、加工成本、壓力損失和熱量損失，本次設計采用分流道截面形狀為梯形。
圖4.2 分流道截面形狀
由于ABS塑料的流動性良好，流道表面粗糙度設置為Ra1.6μm即可，梯形截面的分流道加工簡便，壓力損失小，適合本設計。為了方便取出分流道中的凝料，分流道應開設在分型面上，與澆口的連接處設置圓弧過渡，減少熔體流動的阻力，同時，在分流道的末端開設冷料穴，防止冷卻后的熔體堵塞了澆口，避免影響了塑件的質量。
4.2.3澆口的選擇和設計
由于本設計是制造計算器外殼，外形要求高，表面光滑平整，因此澆口類型的選擇尤為重要，澆口的設計應當避免熔體破裂，產生熔接痕、波紋痕等，同時澆口的位置選擇應當與分型面有適當?shù)木嚯x，防止注塑時過早的封閉排氣系統(tǒng)，出現(xiàn)排氣問題，造成塑件有氣泡、充模不充分等缺陷。
綜合上述考慮因素，并綜合計算器外殼外觀要求、產品生產效率高質量好、根據(jù)熔體的流動情況、填充順序及冷卻條件等等，本設計采用點澆口進膠。
點澆口設置在型腔底部，在計算器外殼上分別設置3個，為了提高生產效率，本模具設計了自動切斷脫落澆注系統(tǒng)機構，實現(xiàn)了自動化生產，澆口痕跡很小，保證了計算器外殼的外觀要求美觀，同時距離分型面有一定的距離，確保了塑件不產生氣泡，避免了充模不完整的問題。澆注系統(tǒng)的整體設計如圖4.3所示。
圖4.3 澆注系統(tǒng)及分流道
4.2.4 分流道的截面尺寸
分流道的尺寸可由公式4-1計算：
(4-1)
式中：D—分流道直徑；
m1—塑件質量；
L1—分流道長度;
經計算，分流道直徑D=5.68，取D=6mm，由于圓形分流道加工成本高，故采用分流道截面形狀為梯形的結構，取上底a=7，下底b=5。
4.3 成型零件的設計
為了提高生產產品的質量，在設計模具時應當盡可能的減小誤差。由于塑件尺寸誤差為累積誤差，要從多方面入手降低誤差，因此型腔內表面的設計制造要尤為精致，在設計時零件應當具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。在成型零件的材料選擇上，要注意材料的加工性能要好，易于加工細小的凹槽，并且材料應當具有足夠的剛度強度，確保在多次使用后能保持符合要求的尺寸精度，進行熱處理時變形小，壽命長。
4.3.1 凹模、凸模形式的確定
凹模和凸模在和模時，分別形成型腔及型芯，凹模和凸模都采用整體式結構，分別通過4個螺釘將它們固定在定模和動模上，整體式結構的凹模和凸模設計制造簡單，易于裝配和拆卸，便于維修替換，同時，在設計其他同類產品時，只許更換凹模和凸模，無需重新設計整個模具即可生產出其他類似的產品，大大縮短生產設計周期，方便產品更新?lián)Q代，符合市場需要，前景良好。凹模的設計圖如圖4.4所示。
圖4.4 凹模
4.3.2成型零件的工作尺寸計算
由于成型零件直接接觸注塑塑件，因此成型零件的工作尺寸要精準到位，精度要求很高。影響塑件尺寸的因素主要有行收縮率以及模具成型零件的制造誤差。為保證計算器外殼的尺寸精度符合設計要求，模具成型零件的制造誤差應當在IT7-IT8之間，在進行長時間多次使用后，零件會發(fā)生磨損，但其因磨損產生的誤差應當保持在塑件公差值的1/6以下。因此在材料的選擇上應當使用質量較好的T10A進行制造。
查表可知ABS塑料的收縮率為0.3%～0.8%，在計算時可以按平均值法進行計算。平均收縮率：Scp=(0.3+0.8)%/2=0.0055
計算器外殼成形后的實際尺寸與名義尺寸之間的誤差稱為制品的尺寸偏差。造成這種誤差的原因有很多，在這里就不一一列舉出來了，綜合模具設計經驗，參考各類資料教材，制品的尺寸偏差主要是由以下五方面因素綜合作用的結果,如公式（4-2）：
（4-2）
式中：—塑件的成型誤差；
—模具成型零件制造誤差；
—模具成型零件在多次注塑后產生的磨損引起的誤差；
—ABS塑料收縮率引起的誤差；
—當模具成型零件配合時產生的間隙變化造成的誤差；
—注塑模具在裝配時產生的誤差；
由上式我們可以發(fā)現(xiàn)，塑件尺寸誤差為累積誤差，由于影響因素很多，如果在設計時計算精度不夠，將會導致塑件的尺寸精度嚴重偏低。因此設計計算器外殼時，其尺寸精度的選擇不僅要考慮塑件的使用和裝配要求，同時還要考慮塑件在成型過程中可能產生的誤差，使塑件規(guī)定的公差值大于或等于上述因素引起的累積誤差。
（1）型腔的尺寸
通過教材上的內容可知，塑件的基本尺寸Lm是最大尺寸，其公差為負偏差，如果塑件上原有的公差的標準與此不符，應該按此規(guī)定轉換為單向負偏差，計算時塑件尺寸公差按GB-T14486-1993標準中的MT5級精度選取，型腔尺寸的計算公式為式4-3：
Lm （4-3）
式中：s—塑件的平均收縮率，查表可知ABS塑料平均收縮率為0.55%；
—塑件徑向尺寸；
x—修正系數(shù)，本設計中取0.58；
△—塑件公差值，取0.64；
—制造公差，取△/3；
將計算器外殼的相關數(shù)據(jù)帶入式（4-3）中，計算出：
型腔寬度L1=134.98
型腔長度L2=159.96
（2）型芯高度尺
型芯高度尺寸可由公式（4-4）確定：
（4-4）
式中：—型芯高度尺寸；
△—塑件高度公差值，取0.5；
將計算器外殼的設計尺寸帶入式中，得出計算器按鍵部分型芯高度h1=10.08。
4.4冷卻系統(tǒng)的設計
4.4.1冷卻通道的位置及數(shù)量
由于計算器外殼表面要求、生產效率、產品質量都要求較高，所以在本次設計中需加入冷卻系統(tǒng)。冷卻通道的開設應當避開定模、動模、凹模、凸模及側抽芯機構上的各類螺紋孔，以及脫模機構中推桿、復位機構中的導柱以及各類開設的凹槽等等，同時，距離塑件表面應盡量等距，冷卻通道應盡量多，盡量大，冷卻通道連接處應當加入密封圈，防止漏水，交界處應通暢、便于加工和清理；冷卻水應從溫度較高的澆口附近流入，冷卻通道的布置應當避開可能產生熔接痕的部分。
由于計算器外殼設計為表面積大，縱向深度較淺，壁厚均勻，厚度為2mm，在定模、動模、凹模、凸模共計開設8條冷卻通道，定模及凹模4條，動模及凹模4條，冷卻通道在模具側面應加工小孔用于安裝水嘴及橡膠密封圈符合對稱的要求，力求塑件沖分、均勻的冷卻，提高生產效率，提高塑件質量。冷卻通道在動模及凸模的開設如圖4.5所示。
圖4.5 冷卻通道布局
1— 水嘴 2—冷卻水道
4.4.2冷卻系統(tǒng)冷卻通道孔徑的計算
模具在使用水進行冷卻的過程中，實際上是熔融塑料與金屬與水的熱交換過程，通過冷水吸收熱量達到塑件的降溫效果，因此可以使用熱平衡公式4-5計算：
qv＝WQ1/rc（q1-q2） （4-5）
式中：qv——冷卻水的體積流量（m3/Min）；
W——單位時間內注入模具中的塑料重量（Kg/Min）；
Q1——單位的重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量（KJ/kg）；
r——水的密度(Kg/m3)；
c——水的比熱容；
q1——水的出口溫度(°C)；
q2——水的入口溫度(°C)；
計算時，先求出注塑的計算器外殼在固化時每小時放出的熱量Q。
設注射時間為5s，保壓時間15s，冷卻時間15s，開模取件時間5s，得出注塑成型單個計算器外殼所需時間為40s。
設用20℃的水作為冷卻介質，其出口溫度為28℃，水呈湍流狀態(tài)，一個小時成型次數(shù)n＝3600/40＝90。
W＝Mxn＝45.66×904109.4g/h=4.2kg/h
查手冊可知，ABS塑料單位重量釋放的熱量Q1=3.5×102kj/h，故
Q總=WQ1=4.2×3.5×102kj/h=1.47×103kj/h
將計算出的總熱量Q總帶入式qv＝WQ1/rc（q1-q2），可以計算出水的體積流量：
qv＝WQ1/rc（q1-q2）=2.1×10-4m3/min
最后，根據(jù)水的體積流量查表，得出冷卻系統(tǒng)冷卻通道直徑d=6mm。
4.5 脫模方式的設計
4.5.1脫模機構的設計
為了使注塑的計算器外殼從型腔中推出，必須設置脫模機構，脫模機構應當保證塑件不會因此損壞變形、外觀符合設計要求、結構靈活可靠、加工更換維修方便快捷。由于本設計中，計算器外殼的內表面包裹在型芯上，脫模機構中的推桿將計算器外殼頂出，只影響計算器外殼的內表面，因此不影響計算器外殼的外觀。
根據(jù)計算器外殼的結構特點，在型芯上開設9個通孔安裝推桿，同時避開了冷卻水通道，脫模機構如圖4.6所示。由于推桿直接接觸到塑件表面，并且在模具制作過程中不斷往復運動，在材料選擇上應當使用質量良好的鋼材，并進行熱處理。在本設計中推桿采用T10A鋼，工作段進行熱處理54～58HRC，固定段40～45HRC。
圖4.6
1— 推桿 2—冷卻水道
4.5.2脫模力的計算及推桿的設計
在模具注塑完成后，冷卻系統(tǒng)將塑件冷卻，塑件產生力的作用包緊型芯，同時在推桿推出塑件時，塑件與型芯間將產生真空吸附力以及ABS塑料對金屬的粘著力，推桿與模具配合產生的摩擦力等等組成了脫模力，但因素眾多，計算復雜，可以使用經驗公式（4-6）計算
Ft=AP（μcosα-sinα） （4-6）
由于本設計塑件為計算器外殼，型腔深度較淺，且大部分為平面結構、斜面結構，塑件本身縱向面有傾斜度，因此脫模力較小，其計算將在下文中進行。
因為脫模力較小，對推桿的選擇也相對寬裕，在不影響推桿壽命及使用過程應力強度的條件下，推桿半徑應當相對小一些，避免推桿與塑件接觸面產生不平整的缺陷，影響塑件質量，因此，查表后選擇推桿為圓柱形推桿，取直徑6mm。
4.5.3 復位機構的設計
為了防止開模塑件取出后，再合模推桿復位不到位，發(fā)生干涉現(xiàn)象，應當在模具中加入先復位機構，在動模墊板、推板固定板、推板上開設通孔，在動模板上開設半徑為30mm的沉孔，通過一根復位桿連接，復位桿固定在動模墊板上，在開模時，推板上移壓縮彈簧，開模時又通過彈簧力的作用將推板及推板固定板復位，打到先復位的效果，復位機構由圖4.7所示。
圖4.7 模具復位機構
4.6 合模導向機構設計
4.6.1 合模導向機構的選擇
導向機構是模具中重要組成部分，模具能否持續(xù)穩(wěn)定的工作，與導向機構息息相關，導向機構一般使用導柱與導套的配合組成，在開模和合模過程中起到精確的導向作用，合理的導向機構能避免型芯與其他機構發(fā)生碰撞損壞，導向側抽芯滑塊與斜導柱正確配合，防止導致模具損壞，提高塑件質量，延長模具壽命。
導柱與導套配合間隙采用H 7/h6級配合，如圖4.8所示。
圖4.8 導柱與導套的配合
4.6.2 導柱的設計
導柱的形式采用帶頭直通式導柱，根據(jù)模具整體裝配大小，選擇導柱長度為280mm，在導柱側壁加工距離為3mm，半徑為2mm的油槽，加入潤滑劑，以便使導柱進入導套時排氣順利，減小移動阻力，導柱的制作材料選擇為T10A，熱處理40～45HRC。導柱的樣式如圖4.9所示。
圖4.9 導柱
4.6.3 導套的設計
導套用于與導柱配合，共同組合成為模具的導向機構，導套安裝在動模板和定模板上，導套的配合精度采用H7/h6級配合，為了能使導柱以較小的阻力進入導套，可以再導套上開設通氣孔，也可不另開設通氣孔，僅通過配合間隙進行排氣。導套的材料選擇可以選用T12A或銅等材料，材料硬度較導柱的低，可以防止導向系統(tǒng)在大量工作后產生拉毛，影響模具使用級導向系統(tǒng)的壽命。導套的樣式及設計尺寸如圖4.10所示
圖4.10 導套
4.7成型設備的校核
4.7.1鎖模力的校核
為了防止模具在注塑時發(fā)生溢料，提高計算器外殼的尺寸精度，注塑機的合模機構要對模具施加夾緊力，夾緊力的最大值就是模具的鎖模力。注射機鎖模力的校核關系式為式（4-7）：
F>kpA總 （4-7）
式中 F—注射機鎖模力；
k—壓力損耗系數(shù)；
p—型腔內熔體的壓力；
A總—塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上總投影面積；
查《塑料模設計手冊》附錄表可知，XS-ZY-125型螺桿式注射機的鎖模力為900KN；k值根據(jù)設計經驗一般取1.1～1.2，本塑件中型腔內熔體壓力p=30MPa，塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影總面積A總=0.32×10-2m2將以上數(shù)值代入公式得：F0=kpA總=1.2×30x106×0.32×10-2=115.2KN
H總+(5～10) （4-8）
式中：S—注射機的最大開模行程；
H總—模具開?？偣残谐?；
查《塑件模設計手冊》附錄得XS-ZY-125型螺桿式注射機的最大開模行程S=300㎜；H總為3次分型的總行程，其中流道推板將澆口凝料推出需要行程10mm，塑件脫模推出距離40mm，塑件高度24mm，流道及澆口凝料拉出行程需約100mm。因此H總約為174mm計算得：
H總+(5～10)≈180mm
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