基于ProE的手机外壳模具设计与解析毕业论文
基于Pro/E的手机外壳模具设计与解析
学生姓名：
指导教师：
所在院系：工程学院
所学专业：机械设计制造及其自动化
研究方向：机械设计
2015年6月
N E A U D i s s e r t a t i o n o f B a c h e l o r D e g r e e N u m b e r:A07110162
The mould design and analysis of mobile phone shell based on Pro/E
Student Name: He Yi
Supervisor: Li Yuanqiang
Department and faculty: E ngineering institute
Major:mechanical : D esign, manufacturing and automation Orientation: M echanical design and manufacturing
Northeast Agricultural University
Harbin·China
June 2015
摘要
本设计是对华为C8812E手机后盖的注塑模设计并解析。注塑模具是塑件制品最常用的成型模具，因为用注塑模具可以一次性注射成型精密复杂的塑件，可以减少科研开发的投入。本设计都手机后盖注塑模具的设计有详细的过程和介绍，首先对华为C8812E 手机后盖造型设计、确定分型面、浇注系统的设计、选择注塑机、再到Pro/E5.0中模架的选取、校核等等，这些过程都有非常细致的说明。在整个手机后盖注塑模具设计过程中主要运用了Peo/E5.0对手机外壳的造型设计和它的EMX模快对模架的选取。而运用Moldeflow软件主要是对浇注系统浇口位置优化、冷却回路优化、注射时压力分析等一系列辅助分析，通过这些分析可以在设计的时候就去不断完善设计，非常大程度上节省了设计周期，提高了效率。通过这次设计，不仅对注射模具设计有了更深的理解，也让学习的知识得到了运用。
关键词: 注塑模 Pro/E 仿真加工 Moldflow
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Abstract
This design is to China for C8812E mobile phone back cover of injection mold design and parsing.Injection mould is one of the most common molding plastic products, because in plastic injection mold can be one-time injection molding sophisticated pieces,can reduce the scientific research and development.This design all mobile phone back cover injection mold design of the detailed process and the introduction, the first in China to C8812E mobile phone back cover design, determine the parting surface, gating system design, the choice of injection molding machine, and then to Pro/E5.0 selection of die set, check, etc., these processes are very detailed instructions.Throughout the cell phone back cover injection mold design process mainly USES the Peo/E5.0 modelling design and its related to mobile phone shell EMX die fast on the selection of die set.On gating system using Moldeflow software mainly gate location optimization, cooling circuit optimization, injection pressure, and a series of auxiliary analysis, through these analysis can be design to improve design, a very large extent, save the design cycle, improve the efficiency.Through this design, not only for injection mold design had a deeper understanding, also make learning knowledge was obtained.
Keywords: injection mold, Pro/E, simulation processing，Moldflow
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目录
摘要 ......................................................................................................................... - 1 -Abstract ......................................................................................................................... - 2 -1前言.......................................................................................................................... - 1 -1.1模具工业在国内外现状及其重要性 .................................................................. - 1 -1.2设计的目的及意义 .............................................................................................. - 2 -2塑件成形工艺性分析.............................................................................................. - 4 -2.1手机后盖分析 ...................................................................................................... - 4 -2.2塑件的材料性能 .................................................................................................. - 5 -2.3塑件的工艺性能 .................................................................................................. - 5 -3注塑机的确定.......................................................................................................... - 6 -3.1分型面的确定 ...................................................................................................... - 6 -3.2型腔的数量确定及排列方式 .............................................................................. - 6 -3.3注塑机的选择 ...................................................................................................... - 8 -4浇注系统的设计.................................................................................................... - 10 -4.1浇注系统的组成和设计原则 ............................................................................ - 10 -4.2主流道的设计 .................................................................................................... - 10 -4.3分流道的设计 .................................................................................................... - 11 -4.4浇口的设计 ........................................................................................................ - 12 -4.5排气方式设计 .................................................................................................... - 13 -4.6型腔、型芯的结构设计和固定方式 ................................................................ - 14 -4.7型腔、型芯工作尺寸计算 ................................................................................ - 14 -4.8型腔侧壁和底板厚度计算 ................................................................................ - 15 -4.9动模垫板厚度 .................................................................................................... - 16 -
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5脱膜机构的设计.................................................................................................... - 17 -5.1推出机构 ............................................................................................................ - 17 -5.2分型原理 ............................................................................................................ - 17 -5.3脱膜力计算 ........................................................................................................ - 17 -5.4推杆尺寸计算 .................................................................................................... - 18 -5.5合模导向机构设计 ............................................................................................ - 18 -5.6定位圈的设计 .................................................................................................... - 18 -5.7复位机构设计 .................................................................................................... - 19 -5.8冷却系统的设计 ................................................................................................ - 19 -6校核........................................................................................................................ - 21 -6.1注射压力机的校核 ............................................................................................ - 21 -6.2锁模力的校核 .................................................................................................... - 21 -6.3最大注塑量的校核 ............................................................................................ - 21 -6.4具厚度和注射机闭合高度校核 ........................................................................ - 21 -6.5注射机的开模行程校核 .................................................................................... - 22 -7模具运动仿真分析................................................................................................ - 23 -7.1造型设计 ............................................................................................................ - 23 -7.2型芯型腔设计 .................................................................................................... - 23 -7.3Moldflow软件的分析 ....................................................................................... - 26 -结束语 ........................................................................................................................... - 29 -致谢 ....................................................................................................................... - 30 -参考文献 ....................................................................................................................... - 31 -
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1前言
1.1模具工业在国内外现状及其重要性
模具是工业生产中的基础工艺装备，是国民经济各部门发展的基础工业，模具生产水平的高低, 在一定程度上决定着一个产品的质量和所能获得的效益以及一个新产品的开发能力,也是用来衡量一个国家制造水平的高低的一个重要标志。这是因为模具制造在汽车、电子、电器、仪表、通信等产品中应用十分广宽，其内零件需要依靠模具成形的比例达到了60%～80%。更重要的是用模具生产制造的制品能达到的高精度、高生产率和消耗很低的特点，是用其它制造加工方法不能达到的。在发达国家有这么一个说法“进入富裕社会的源动力是模具工业”，由此可见其模具工业在一个国家的重要性。
我国的模具工业从开始发展到现在，有半个世纪了。可以说是突飞猛进，年均保持在15%左右的增长速度在飞速发展，现如今我国模具工业的产值仅次于美国、日本，在国际上排名第三，生产厂家更是达到了20000余家，有多达50于万的从业人口。而且具有高技术含量大型复杂的模具份额从20%提升到了30%，使得中国的模具产品结构不断完善。在2010年我国模具制品达到了1120亿元的销售额，同时业内专业人士预计到2015年的时候，我国这方面的产值有望达到3500亿。但是目前我国的模具制造生产厂，大多数是自身需要了才制造生产模具的工模具车间，达到商品化的模具仅占所有模具的1/3 左右。再从模具市场去看，我国国内的模具生产仍然供不应求,每年大概20%的模具仍然需要进口。尤其是大型、精密、长寿命的高档模具，占每年进口比例的40%。，从这方面可以看出，虽然我国模具生产总量有了一定规模,模具生产技术水平也有很大程度的提高，但是模具所制造出来的产品水平和模具生产的工艺水平在总体上要比德、美、日、法等一些发达国家至少要落后十年，主要体现在模具的寿命、精度、复杂程度、工艺装备和加工等方面比之发达国家还有比较大的差距。如国内模具的使用寿命大部分只有国外发达国家模具使用寿命的1/2 ～1/10，甚至还没有，但是模具的生产周期比国际先进水平多很多。另外，我国国内模具的专业化、标准化和商品化程度比较低，模具自身材料方面以及模具的相关技术比较落后。这也是造成我国与发达国家水平差距很大的重要原因。
我国大多数模具生产厂家模具开发能力比较低，尤其是创新能力方面的不足。主要体现在三方面，一方面是技术人员所占比例低，水平不太高;另一反面是模具科研开发时投入资金少;最主要的是观念的落后，对模具的创新和开发不太重视。如果要改变现状，生产模具的企业就需要重视模具的创新和开发。但是模具的制造手段正在发生改变，从过去的依靠钳工转变为如今的依靠技术，这不仅仅是生产手段的转变，同时也是模具生产方式和观念在转变。这种转变的趋势让模具的标准化程度、精度得到了提高，生产周期也变得原来越短，钳工制造越来越少，最终模具工业的整体水平得到了促进。
与这趋势相呼应的是模具生产的主要生产人员必须由技艺型人才向技术型人才转变。不过在目前和未来一段时间里，机艺型的人才仍然很重要，毕竟模具生产很难摆脱对着方面的依靠。在以前设计一套注塑模具，设计中所需要的很多重要数据都是依靠设计人员的丰富经验，使得整个模具没有一个具体的规则，而且每个设计人员都有自己的
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心得，这也造成了整个市场的参差不齐。要设计出一套好的模具一般都要不断的去使模、修模，这些过程不仅浪费了人力，也耗费了大量的财力，使得开发一个新的模具需要很大的投入。现如今利用CAD/CAM/CAE一体化技术，大大的节省了人力和物力，因为利用这个一体化技术在设计初期就可不断的去分析设计的可行性，更可以在设计完成后对一些数据通过分析获得优化。这样不仅可以让设计产品的方案最好的方案，也提高了生产效率，缩短科研开发周期。
在如今的信息化时代中，要成为一个高水平高技术的现代化模具企业，不能只靠CAD/CAM的应用了。很多的企业已经运用CAE/CAT等技术及其它一些高新制造技术等去制造生产模具。可以说向信息化方向发展是模具制造业的共同认识，这种CAD/CAM/CAE 一起运用的一体化先机技术是模具未来主要发展方向。这也促使各种更精密、更智能化的模具得到发展和应用。但是任何东西的转型过程都是油过程的，对于目前来说这种一体化先进技术运用推广和普及仍有很大困难。
1.2设计的目的及意义
手机作为主要的通讯产品，在生活中处处可以看到，可以这么说现代社会已离不开手机。因为手机不仅让我们在说活中通信获得了极大方便，更有很多实用功能，如上网、聊天、浏览最新时势、了解在我们附近发生的新闻，当今我国有6.3亿的手机用户，它带领我们走向互联网时代。最重要的是如此多的功能，手机的价格却越来越低，现在已成为大众都能消费的起的物品。从刚开始的多按键厚手机到现在的智能大屏触屏手机，手机发展在不断的适应大众。
我们再来了解手机的市场，在我国国内2013年手机的销售额达到了570亿美元，手机销量也达到了3.7亿台，而到了2014年销售额高达870亿美元，手机销量高达4.7亿台，这么大的市场，重要的是手机零件大部分都是用注塑模具注射成型出来的，可见模具工业在手机制造领域的重要性。有专门的调查机构，通过调查的数据显示，未来的几年手机销量仍会不断的增长，而且增长的速率会保持在53%左右。手机制造厂家要想在这么大的市场下占头，就必须从两反面入手，第一手机造型要符合大众审美观，更要强烈吸引消费者；第二要降低科研开发周期，以达到降低生产成本的目的。由于手机外形在前期设计就已经确定好了，所以主要还是从第二方面去入手。手机外壳大多是注塑模具注射成型，因为注塑模具有注塑出来的塑件精度高、尺寸精确的优点，而且适合大批量的生产。作为手机外形最直观的手机外壳，使得手机外壳对于表面要求很高，也由于手机后盖有很多的倒勾，增加了注塑成型难度，这也使得整个手机外壳的设计难度加大，因此对手机外壳的注塑设计过程研究具有很大的实用价值，如设计过程中的浇口位置、浇口形式、冷却系统的设计等。
本设计的目的是为了让读者通过我的设计去清晰的认清楚手机注塑模具是咋样的一个设计过程，这次设计的是华为手机后盖，型号为C8812E，从手机后盖的造型设计开始，在到确定型腔、型芯的分型面，模局的零件设计、模架的选择、校核，再到最后对整个模具进行的注塑仿真，让读者对于注塑模具的设计有个非常清晰的认识。同时也让读者了解设计一个模具需要的一些专业设计软件，如Pro/ENGINEER、Moleflow分析软件，和这些软件的作用。Pro/ENGINEER主要是设计手机外壳的造型、型腔、型芯和模架的选择，而Mlodflow分析软件主要是去分析浇注系统设计中的最佳浇口位置、模具成型压力、冷却系统优化分析、熔接痕位置分析等一系列优化分析，使得整个模具设计过程不断得到优化。
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在日常的设计模具中，设计工作者通过Pro/ENGINEER这款专业的设计软件，让许多复杂的工作变得简单，这不仅是设计简单优化，同时让工作效率得到极大提高，这就相当于降低了科研周期，使得科研投入减少。
在这次利用Pro/ENGINEER软件设计中，正常的注塑模具设计中对于模架的设计时很麻烦的，因为一套模具有很多的配件，但是运用EMX5.0这个专门设计注塑模具模块，可以在模架加载块里选择很多的标准模架和标准配件，节省了设计工作者大量的在这方面的工作。而且模架和配件选好后，还可以进行运动仿真，让读者清楚的观察到注塑模具整个开模过程。
最后还可以在所有工作完成后把整个模具3D图转化成二维图纸。而Moldflow这款分析软件，利用其强大的功能，对整个设计过程需要优化的地方对其进行分析优化，同时分析的结果和过程以特别直观的方式直接呈现出来，让设计人员可以根据这些直观的观察和所得的分析数据进行优化，让设计方案不断的优化。是一款应用广泛的模拟仿真软件，使用该软件可以全面模拟注塑成型过程，并以图形的方式直观地显示分析结果，为设计参数的确定和优化提供理论依据，可以帮助设计者进一步修改模具设计方案。
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2 塑件成形工艺性分析
2.1 手机后盖分析
手机后盖的外观如下图1
手机后盖的有关技术参数见零件图纸
所选手机后盖所采用的塑料名称——PC+ABS 这款手机的生产批量——中等批量 体积和重量见表
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2-1手机后盖造型图
2-2尺寸图
表1 华为C8812E后盖的主要参数
2.2塑件的材料性能
PC+ABS材料在手机、汽车、家电、机械等行业获得广泛的应用。尤其是在手机行业，大部分手机外壳采用的材料是PC+ABS。它是由聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物组成的混合物。具有PC的耐热性、抗冲击性和ABS的易加工特性，热变形温度可达80～125℃，普遍用于耐高温的电器中，如手机的外壳。它的材料性能参数见表1-2.
PC+ABS具有以下一些优点：
1.综合性能比较好，抗冲击强度高，良好的耐热性。
2.流动性、柔韧性好。
3.卓越的机械性能。
4.热变形温度达80～125℃。
5.易于注塑。
2.3塑件的工艺性能
（1）塑件尺寸精度：塑件制品尺寸精度受很多因素影响，首先是模具各部分的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率以及成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构等。手机机壳属于高精度的塑件，本设计选用3级的塑料精度，也就是公差等级为IT8。
（2）塑件壁厚：塑料制件规定了它的成形最小壁厚值，不同的塑件都有不同的壁厚值。塑件过厚不仅会造成原料的浪费，也使热塑性塑料得冷却时间增加，降低了生产率，而且影响了产品的质量，可能会产生缩孔、气泡、凹陷等缺陷。
上网查的PC+ABS材料的最小壁厚值为0.75mm。为了避免壁厚不均匀造成的塑件翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂等的缺陷。在本设计中，壁厚均匀取1mm。
（3）塑件表面质量分析：本设计手机后盖表面质量要求表面光泽，粗糙度精度高，必须避免在后盖上有缩孔，飞边毛刺，流痕等工艺缺陷。本设计的手机外壳外表面粗糙精度为Ra0.8。
（4）塑件工艺性分析：由于本设计的手机尺寸为122.3mmx62.6mm，切要求表面精度要高，无凹痕。选择点浇口形式，进行二次分型可以保证表面精度。
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3注塑机的确定
3.1分型面的确定
模具设计中，选择分型面是很重要的，它决定了模具的结构。选择分型面时要根据塑件的成型要求和分型面选择原则。具体有如下要求：
（1）分型面应设在塑件的最大截面处，便于加工型腔和脱膜。
（2）尽可能使塑件留在动模一侧，便于设置和制造简便易行的脱模机构。
（3）有利于保证塑件的尺寸精度。
（4）有利于保证塑件的外观质量。
（5）有利于排气。
（6）考虑锁模力，尽量减少塑件在合模方向上的投影面积。
（7）有利于简化模具结构。
为了满足以上要求，将分型面布置如下图：
3-1 分型面布置
3.2型腔的数量确定及排列方式
上面已经确定了点浇口的浇口方式，根据以下经验公式来求型腔数目,公式如下：
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1PA PA F N -≤
式中：
N —型腔数目；P —塑料熔体对型腔的平均压力/Mpa
A1—浇注系统在分型面上的投影面积/ cm 2
；A2—单个产品在分型面上的投影面积/ cm 2
通常情况A1=A2*（0.2～0.5），取0.5
利用moldflow 软件分析得到A2≈11.15 cm 2，平均压力P=31.07Mpa 。如下图：
Moldflow 分析压力图
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由此得N ≤500-31.07*0.5*11.15/31.07*11.15≤0.94，取N=1。故采用一模一腔。它的主要优点有：塑件的形状和尺寸始终一致，单型腔模具机构简单紧凑，工艺参数易于控制，分型面设计比较方便，制造成本低，制造简单。
3.3 注塑机的选择
注塑机的注塑量要满足8
.0塑件
机V V
式中：V 机—额定注塑量（cm 3
）；V 塑件—塑件与浇注系统凝料体积和（cm 3
） 用proe 软件中的分析命令直接测出本次设计的手机后盖体积为V 后盖=7.79 cm 3
由于是单型腔，正常流道内体积要比塑件小
先假设V 塑件=2xV 后盖=15.58 cm 3
得：V 机≥19.475 cm 3
上网查的PC+ABS 材料密度为1.12 g/cm 3
，所以M 机≈21.81g
根据上面所得总体积和总质量，查《中国模具工程大典第3卷》初选XS-Z-60机。这款注塑机的规格参数如表3：
表3：XS-Z-60注塑机规格参数
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