【文章內(nèi)容簡介】 30%左右，國外在 50W0 以上。歐、美等國家的模具企業(yè)，大部分也是 3050 人的小企業(yè)，但 CAD/CAE/CAM 的應(yīng)用水平高，數(shù)控加工設(shè)備多，模具零部件的精度靠先進(jìn)的加工設(shè)備保證，工人嚴(yán)格按工藝操作，每個(gè)模具零件的加工都很到位，最后鉗工的裝修工作量很小，一個(gè) 50人左右的模具廠，裝配鉗工一般只有 2~3 人。 三 、產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平低 產(chǎn)品水平和生產(chǎn) 工 藝水平總體上比國際先進(jìn)水平低，而模具 生產(chǎn)周期卻要比國際先進(jìn)水平長。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在尺寸精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上，這幾項(xiàng)指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比差距十分明顯。工藝水平低主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、加工、工藝裝備等方面，模具工業(yè)的整體裝備水平相對(duì)落后、利用率低。 雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和 CAD/CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等方面原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附、配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好的解決。裝備水平低，帶來我國模具 企業(yè)鉗工比例過高等問題。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低，也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對(duì)模具制造周期有很大影響。國內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率只有 35%左右，而國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度為 70%一 80%。如能廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件，將會(huì)縮短模具設(shè)計(jì)制造周期 25%一 40%，并可大大減少由于自制模具零件而造成的工時(shí)浪費(fèi)。 四 、模具材料技術(shù)落后 模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比還有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 11 –頁 水平的提高。 論文的選 題背景和意義 手機(jī)是個(gè)人隨身常用物品，對(duì)外觀的要求很高，美觀效果常?？梢泽w現(xiàn)手機(jī)的產(chǎn)品檔次，而且整機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。翻蓋手機(jī)、直板超薄手機(jī)、大顯示屏手機(jī)、金屬面板手機(jī)，不斷成為手機(jī)外形的主潮流，手機(jī)的造型日新月異、不斷更新，新產(chǎn)品生命周期越來越短，也就對(duì)產(chǎn)品的成型和模具提出了更高、更苛刻的要求。我國早期生產(chǎn)的手機(jī)外殼，模具只能全部從國外進(jìn)口，之后采用由國外設(shè)計(jì)圖紙國內(nèi)制造的模式，經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)可以自我設(shè)計(jì)制造部分模具。但是，新的手機(jī)外殼結(jié)構(gòu)模具，以及外殼二次加工新工藝，仍然需要從國外引進(jìn)消化 。 從目前的制造技術(shù)來看，手機(jī)塑料外殼的成型方法主要是注射成型，最近流行的金屬殼體需要精密沖壓加工。手機(jī)注射模成為當(dāng)今注射模制造行業(yè)最為復(fù)雜的模具之一，是手機(jī)結(jié)構(gòu)件制造的難點(diǎn)，引起了相關(guān)尖端工程技術(shù)人員的高度重視 。 2 方案設(shè)計(jì) 直板手機(jī)外殼設(shè)計(jì)方案 （方案一）如圖 21 所示 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 12 –頁 圖 21 直板手機(jī)外殼 翻蓋手機(jī)設(shè)計(jì)方案 （方案 2）如圖 22 圖 22 翻蓋手機(jī)外殼 方案二手機(jī)外殼外形美觀，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所使用的模具的制造相對(duì)復(fù)雜，制造成本也較高，而方案一外形機(jī)構(gòu) 簡單，模具制造也相對(duì)容易，制造成本較低，并且直板類手機(jī)在市場上使用廣泛，為大多數(shù)用戶所喜愛，顧采用方案一 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑件結(jié)構(gòu)工藝分析與設(shè)計(jì) 材料的選用 該塑件為手機(jī)面殼，要求具有一定的強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨損等性能，同 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 13 –頁 時(shí)還必須滿足絕緣性。塑件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖 a—— 塑件正面 b—— 塑件反面 ABS 合成塑料以其具有很好 的韌性 ( 抗震性 ) 、密封性，很高的機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕，拿在手上很有質(zhì)感的特點(diǎn)而受到人們的青睞。 ABS 樹脂的優(yōu)點(diǎn)如下： ,特別是在低溫有無與倫比的沖擊強(qiáng)度 ,而且熱變形溫度高 ,耐化學(xué)藥品性 ,耐油性好 ,易電鍍 ,注射成型 ,擠出成型 ,模壓成型等所有的加工方法都可以 ,而且尺寸穩(wěn)定性 ,耐堿性 ,耐應(yīng)力開裂性也好 根據(jù)以上特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)因素，采用 ABS 塑料，規(guī)格性能如表 31 所示： 表 31ABS 塑料規(guī)格性能 型號(hào) R102 密度 收縮 率 溢邊值 成型溫度 200240℃ 干燥條件 8090℃ 2 小時(shí) 脫模斜度 設(shè)計(jì)脫模斜度的目的是便于塑件的脫模，避免在脫模過程中拉傷塑件表面，其大小取決于塑料的收縮率。脫模斜度的取向要根據(jù)塑件的內(nèi)外型尺寸而定。塑件外形以型腔大端為準(zhǔn)，尺寸要符合圖紙要求，斜度沿形狀減小方向。要求開模后塑件留在型芯上，塑件內(nèi)表面的脫模斜度應(yīng)小于外表面的脫模斜度。根據(jù) ABS 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 14 –頁 的性能，參考《實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》表 3— 10，型芯和型腔的脫模斜度取 1176。 。 塑件的尺寸精度 尺寸精 度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對(duì)塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般民用品，所以精度要求為一般精度即可，但是由于要保證 上下蓋 的 配 合，所以在 配合處定位處 應(yīng)該對(duì)精度要求高些，對(duì)其要有公差配合要求，應(yīng)選擇高精度。根據(jù)精度等級(jí)選用表， ABS 的高精度為 2級(jí)，一般精度為 3 級(jí)。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在 100~120 范圍內(nèi)，取 MT2B 級(jí)的公差數(shù)值為 mm， MT3B 級(jí)的公差數(shù)值為 mm。 尺寸精度的組成及影響因素；制品尺寸誤差構(gòu)成為： ? =? s +? z +? c +? a 式中 ? —— 制件總的成型誤差； ? s—— 塑料收縮率波動(dòng)所引起的誤差； ? z—— 模具成型零件制造精度所引起的誤差； ? c—— 模具磨損后所引起的誤差； ? —— 模具安裝，配合間隙引起的誤差； 影響塑料制品尺寸精度的因素比較復(fù)雜，歸納有以下三個(gè)方面。 （ 1） 模具 —— 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。 （ 2） 塑料材料 —— 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。 （ 3） 成型工藝 —— 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。 該塑件長 100mm，寬 40mm，最高 5mm，其粗糙度值為 。影響塑公差的主要因素是 : 模具制造誤差及磨損誤差，尤其是成型零件的制造和裝配誤差以及使用中的磨損、塑料收縮的波動(dòng)、注射工藝條件的變化、塑件的形狀和飛邊厚度的波動(dòng)、脫 模斜度及成型后塑件的尺寸變化。該塑件選用尺寸精度等級(jí)為 MT2，公差為 GB/T14486—— 1993 尺寸公差數(shù)值。如圖 32 所示： 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 15 –頁 1009637?847534382923310451.6423 圖 32 塑件尺寸 塑件的表面質(zhì)量 表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理 力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一 個(gè)等級(jí)。該塑件要求對(duì)型腔拋光，所以對(duì)粗糙度的要求比較高，查表得 ABS 拋光后順紋路方向的表面粗糙度為 m，垂直紋路方向的表面粗糙度為 m。 壁厚 各種塑件 ， 不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁 ,根據(jù)使用要求具有一定的厚度 ， 以保證其力學(xué)強(qiáng)度 。 一般地說 ， 在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚 ， 不僅可以節(jié)約原材料 ， 降低生產(chǎn)成本 ， 而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短 ， 提高生產(chǎn)率 ；其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷 ,縮孔 ,夾心等質(zhì)量上的缺陷 。本設(shè)計(jì)選用的材料是ABS，它 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成 。 脫模斜度 由于塑件成型時(shí)冷卻過程中產(chǎn)生收縮 ， 使其緊箍在凸模或型芯上 ， 為了便于脫模 ， 防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損 ， 與脫模方向平行的塑件內(nèi) ，外表面都應(yīng)具有合理的斜度 。 以下是 ABS 的脫模斜度推薦值 ： 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 16 –頁 制件外表面 制件內(nèi)表面 35′ ～ 1030′ 30′ ～ 40′ 塑件內(nèi)表面在造型時(shí)就有弧度 ,如果要有脫模斜度就是在凹槽和鎖位處 ,這不僅對(duì)脫模有好處，而且可以更好的鎖緊 。 加強(qiáng)肋 加強(qiáng)肋的主要作用是在不增加壁厚的情況下加強(qiáng)塑件的強(qiáng)度和剛度。 塑件上適當(dāng)設(shè)置的加強(qiáng)肋可以 防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動(dòng)方向的加強(qiáng)肋還能降低充模阻力，提高融體流動(dòng)性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。 但本課題設(shè)計(jì)的 手機(jī)外殼 的受力很小所以不需要設(shè)置加強(qiáng)肋。 圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循 R/T 函數(shù)關(guān)系，當(dāng) R/T= 以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取 R1，較大值取到 R3。 孔的設(shè)計(jì) 孔的極限尺寸原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型，在注射成型時(shí)，型芯受到高速流動(dòng)的塑料熔體的沖擊，如果型芯的直徑太小或太長，則會(huì)因?yàn)楦邏簺_擊而彎曲，所以對(duì)孔的最小直徑和孔的最大深度加以限制。 ABS 材料孔的最小直徑為 ，孔的最大深度為 4d。本課題與齒輪、嵌件、飛邊、文字與符號(hào)及制品表面彩飾等的設(shè)計(jì)無關(guān)，故不作考慮。 塑件的表面形狀 塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)在滿足使用要求的前提下盡可能易于成型。塑件的形狀應(yīng)有利于提高塑件的強(qiáng)度和剛度，薄殼狀塑件可設(shè)計(jì)成球面或拱形面 。因此，在設(shè)計(jì)塑件時(shí)應(yīng)盡可能避免側(cè)向凹凸而減少或消除不必要的側(cè)向抽芯，以簡化模具結(jié)構(gòu)。 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 17 –頁 4 注塑成型機(jī)的選擇 注塑成型工藝簡介 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作。 如圖 41 所示： 圖 41 注塑成型壓力 — 時(shí)間曲線 （ 1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 （ 2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓 ，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過程可以用如圖所示 所示。圖中 T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（ T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值 P0。從時(shí)間 T1 到 T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從 T2到 T3），由于模腔內(nèi)的壓力比 流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和 手機(jī)外殼及其模具設(shè)計(jì) 第 18 –頁 溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。 （ 3）制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開裂。 故 有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理