DELL电脑部件注塑模具的设计.docx

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1、DELL电脑部件注塑模具的设计工程技术学院机电系机械设计制造及其自动化专业85【摘要】本论文的主要内容为 DELL 公司电脑部件的注塑模具中对部件序号为 DH205的 设 计 ， 部件 为 壳 体 的外 型 。 首 先获 得 产 品 部件 的 外 型 实体 模 型 （ 原外 型 设 计 运用Pro/ENGINEER 建模），进行数据交换后存为 STEP 文件,然后利用 UG NX 3.0 和 UG MOLDWIZARD模块完成模具的设计，再进行 CAE 分析，主要是用塑料顾问对其进行模流分析和 MSC 进行模具顶杆的受力分析，通过不断分析改进和修整，使设计达到要求；通过所有检验后，完成注塑模具

2、所有零件的零件图和模架的装配图。【关键词】注塑模、 UGNX3.0、UG MOLDWIZARD. Moldflow Plastic Advisers.MSC.patran【教师点评】该同学在 DELL 电脑部件 DH205 的注塑模具设计过程中，经过认真调研和方案论证，确定了具体模具设计方案，对模具产品的可行性和工艺进行了详细分析。采用UG 等软件完成模具的设计，并采用塑料顾问及 MSC 软件进行模流分析和受力分析，经过不断改进和修正使设计结果达到要求。该同学以认真负责的工作态度出色的完成了整个注塑模具设计的全过程，具备了设计人员应有的基本素质和能力。 点评教师: 胡琳 教授 Injectio

3、n Mold Design for the Part ofDELL Computer【Abstract】 This thesis mainly introduce the design for the part of Dellcorporation coputer Injection mold.The part is a shell.The part no.is DH205.The process of the design is that firstly saving the STEP file of the part modelwhich has been designed by DELL

4、 corporation (the part solid model is createdby Pro/ENGINEER WILDFIRE) .Then use the UG NX 3.0 and UG MOLDWIZARD to finish the design of mold , at last ,use MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS to do mold flow analysis and use MSC.patran to check the intensity of theenject pin. The finished mold contains two

5、cavities.If the mold pass allchecks,then finish the drawings of all parts and the ssembly drawing about theinjection mold. At last write out the essay. 【Key Words】Injection mold. UGNX3.0. UG MOLDWIZARD.MoldflowPlastic Advisers. MSC.patran2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）1. 材料的选择分析86制件作为外壳，主要用于防撞击，防水，以及定位内部零件位置

6、及提供保护。因此外壳要求有一定的柔性、韧性；良好的刚性；更需要有高的形状和位置精度，还要求有一定的电镀和染色性能。塑料材料多种多样，到底那种才适合制造外壳呢？PC 特性分析：化学稳定性好，吸水性也较小，介电性能也好。它是透明材料，本身无毒、无味、无臭。虽具有可燃性，但离火后能自熄。缺点时疲劳强度低，成型后塑件的内应力较大，容易开裂，塑件的耐磨性较差。ABS 特性分析：ABS 树脂为微黄色或白色不透明颗粒料，无毒无味；耐油、耐热、耐化学腐蚀；具有卓越的柔性、韧性，有良好的刚性和加工流动性。因此，ABS 树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能，ABS 塑料的表面可以电镀。但它的使用温度不高，不超过

7、 80。ABS 塑料广泛用于制造汽车内饰件、电器外壳、手机、电话机壳、旋钮、仪表盘、容器等，也可以生产板材、管材等产品。ABS 塑料的绝大多数化学和物理特性都符合塑件和注塑过程的要求，因此 ABS 是本次设计中材料的不二选择。2. 模具设计2.1 模具设计与参数计算2.1.1塑件分析1.明确塑件设计要求图 2-1.a）， 2-1.b）为塑料壳体的三维立体图。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）图 2-1.a） 工件三维立体图图 2-1.b） 工件三维立体图87该产品外型较大，产品的最大尺寸 X271mm Y427.5mm 精度及表面粗糙度中等，塑件的壁厚较薄，最大厚度约 2mm。 2.

8、明确塑件批量该产品大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，模具采用一模两腔结构，浇口形式采用侧浇口。由于塑件较大，所以采用两点进料，以便于充满型腔。如图 23 所示。3.计算塑件的体积和质量该产品材料为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS），查手册或产品说明得知其：密度=1.021.05g/cm3，取平均=1.035g/cm3；收缩率 0.40.7%， 取平均值 0.55%；使用 UG 或 PRO/E 软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可根据形状进行手动几何计算得到图形的体积。图 2-3 工件及两点测浇注系统凝料通过计算塑件的体积（计算过程从略，用 UG 软件计算体

9、功能自动得出）V 塑=89265.367 mm389.265 cm32006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）88可得塑件质量为 M 塑=. V 塑=1.03589.265=92.389g93g浇注系统体积 V 浇=V 主+V 分 1+V 分 232 cm3M 浇=V 浇=321.03533.12g故 V 总=2 V 塑+V 浇=289.265+32.12=210.65 cm3211 cm3故 M 总= V 总=210.651.035=218.023g219g式中塑件密度 g/ cm3 ；M质量 g； V体积 cm3；2.1.2注塑机的确定及其参数校核1. 注塑机的确定根据塑料制品的体积或质

10、量查塑料模具设计教材表 5-3 或查有关手册初步选定注塑机型号 JPH180A。注塑机 JPH180A 的参数如下表 2-1 所示。注塑机最大注塑量：315cm3注塑压力：205MPa最大开距：700mm喷涂前端孔径：3mm注塑机拉杆的间距：460460(mmmm)注塑机最大注塑质量：288g最小模厚：200mm注塑机定位孔直径：125mm喷嘴球面半径：SR10mm锁模力：1800KN2.注塑机的参数较核表 2-1 注塑机 JPH180A 的参数（1）注射容量和质量校核由于以容量计算时 V 总0.8 V 注 式中 V 注注射机最大注射容量 cm3；V 总成型塑件与浇注系统体积总和 cm3；0.

11、8最大注射容量的利用系数。 V 注V 总/0.8=211/0.8=263.75 cm3以质量计算时 M 总0.8 M 注 式中 M 注注射机最大注射质量 g； M 总成型塑件与浇注系统质量总和g； 0.8最大注射容量的利用系数。 M 注M 总/0.8=219/0.8=273.75 g所以注塑机符合注射容量和质量要求。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）（2）合模力及注塑面积和型腔数的校核合模力的大小必须满足下式 FsFz=P（nAx +Aj）= PA式中 A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 Ax塑件型腔在模具分型面上的投影面积 Aj塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积 Fz胀模力

12、 Fs合模力 P模腔压力 取 20MPa通过使用 UG 软件计算面功能自动得出 A=43000mm22=86000mm2 由于 Fs=1800KN 20 86000 mm2 =1720KN所以注塑机符合合模力及注塑面积和型腔数的要求。（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合适89 模具的长u23485X为 400400（mmmm）注塑机拉杆的间距 460460（mmmm） 故满足要求。 2）模具闭合高度校核模具实际高度 H 模=530mm ； 注塑机最小闭合厚度 H 最小=200mm ； 即 H 模 H 最小 故满足要求。3) 开模行程校

13、核 此处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）注塑机的开模行程应满足下式： S 机-（H 模- H 最小） H1H2+（510）mm因为 S 机- (H 模- H 最小)700-（530-200）=470mmH1H2（510）110+315+10=430mm即 ： S 机-（H 模-H 最小） H1H2+（510）mm故满足要求。式中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；2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）S 机注塑机最大开模行程。2.1.3 模具结构设计90考虑到工件结构比较复杂，并且体积不小，所以采用一模两腔，既可以节省材

14、料，生产效率又较高。浇注系统则采用侧浇口浇注系统，以利于浇注并避免留下不美观的浇口痕迹。模架的选用模架选用龙记大水口 8080CI 型模架，模架结构如图 2-4.a） 2-4.b）所示。图 2-4.a）龙记大水口 8080CI 模架正视图 图 2-4.b）龙记大水口 8080CI模架2.2 浇注系统设计、关键零部件设计2.2.1 浇注系统的设计浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）91质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响， 故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置

15、也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。1. 主流道的设计：主流道衬套的选用： 进料口直径：D=d+(0.51)mm=314 mm注： d 为注塑机喷嘴口直径。 球面凹坑半径：R=r+(0.51)mm=10+111 mm式中 r 为注塑机喷嘴球头半径。图 3-5 为我选用的 MISUMI 公司提供的 SJB-型的主流道衬套 图 2-5 SJB-型的主流道衬套2. 冷料井设计：冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径宜大于主流道大端直

16、径，长度约为主流道大端直径。选用底部带有推杆的的冷料井，倒锥孔冷料井的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，因此它常与推杆或推管脱模机构连用。3. 分流道的设计分流道的尺寸：分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及流道长度确定。参考塑料模具设计p78 表 6-1 ABS 和 PC 的分流道推荐值，定出分流道直径为 8 mm。分流道的布置：选用左右平衡的一模两腔。此外，分流道和浇注口的布置，在模具设计中，我们还需要用到 MOLDFLOW软件进行模流分析，从而找到最佳浇注位置和分析浇注质量情况。这部分内容，在后面的章节会有分析。4. 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，通

17、过 Plastic Adviser 分析可知本工件选用侧浇口较为合理。侧浇口的端面为矩形，定尺寸为：长=6mm，厚 h=3mm，宽 L=2mm。所选用的测浇口的类型如图 2-6 所示。浇口设计立体图如图 2-7 所示。 侧浇口2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）工件图 2-6 所选用的测浇口的类型图 图 2-7 浇口设计立体图模具的浇注系统如图 2-8.a） 和 图 2-8.b）所示。92分流道图 2-8.a）模具的浇注系统 图 2-8.b）模具的浇注系统2.2.2 分型面的设计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。分型面的选择就有利于脱模，取在塑件

18、尺寸最大处，并使塑件留在动模部分，有利于塑件的外观质量和精度要求。设计分型面，首先要绘制好分型线。在绘制分型线过程中，仔细观察工件，发现有一处倒扣，如图 2-9 所示。倒扣会影响脱模，使制件在脱模过程中脱不下来。因此，在不影响工件工艺性和使用性能的情况下，我在倒扣出现的位置剪了一个长方形，修改后如图 2-10所 示 。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）93图 2-9 倒扣位置展示图 图 2-10 倒扣出现处修改后的情况图经过修改后，分型线也容易绘制出来了。具体情况如图 2-11 2-12 2-13 所示。图 2-11 分型线右视图 图 2-12 分型线左视图图 2-13 分型线缺省视

19、图工件分型面如图 2-14 所示。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷） 图 2-14 工件分型面2.2.3 成型零件的设计94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。由于本模型没有侧向抽孔、凹台以及凸台，可以所以选用比较简单的单分型面注塑模具。分型成功后的凹模如图 2-15.a) 2-15.b)所示，凸模如图 2-16.a) 2-16.b)所示。2

20、-15.a) 凹模 2-15.b) 凹模工程图2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）2-16.a) 凸模 2-16.b) 凸模工程图2.2.4 加热和冷却及排气系统设计1.排气系统的设计利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。2.加热装置设计95塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。ABS 材料的注塑成型温度为 5080C 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模具温度为：100C，所以可以不设置加热装置。3.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

21、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，具体结构见图 2-17.a)所示，冷却装置如图 2-17.b)所示。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）图 2-17.a) 水流道结构图 图 2-17.b) 冷却装置图2.2.5 脱模机构设计961. 薄壳制品的顶出颇具技术性。因为

22、壁和筋都很薄，非常容易损坏，而且壁薄沿厚度方向收缩就很小，使得加强筋和其他小结构很容易粘合，同时高保压压力使收缩更小。为避免顶穿和粘模，应使用比常规成型数量更多、尺寸更大的顶出销。脱模机构的设计：设计成顶杆脱模机构，选用4 顶杆。具体分布情况如图2-20 所示：2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）图 2-20 顶杆分布情况图97选用顶针的尺寸时，我们必须考虑顶针的受力情况，强度是否合适。因此在后面的章节，我们还会谈到用 MSC.Patran 软件，作限元分析。对顶杆的结构强度及动力响应分析。2.3 模座部分设计模具 3D 装配分别图 2-22 所示，模具爆炸图如图 2-23 所示。 图

23、 2-22 模具 3D 装配图 图 2-23 模具爆炸图3. 基于 CAE 的注塑模设计3.1 用 MSC 进行有限元分析3.1.1 导入模型打开 MSC 后新建分析文件，然后打开需要分析的顶杆的导入文件（XXX）.igs。成功导入后将会在 MSC 里面生成零件的模型。3.1.2 划分单元成功创建模型后就可以对模型划分单元，点选 MSC 里面划分单元的命令并按提示设置。3.1.3 设定约束2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）98对模型划分单元以后就要对模型设定约束。设定约束是对模型进行受力分析的前提条件。我对顶杆头部设定越束条件，设定顶杆约束。3.1.4 施加载荷设定好约束后就要对模型

24、施加载荷，即顶杆尾部所受的力。根据公式，PC=KP （MPa） PC型（模）膜压力 P注塑压力 K压力损耗系数 （0.250.5）由于所选用的注塑压力 P=205MPa脱模力： K1PCA=1.12050.2586000=48425N=48.425KN本套模具采用了 44 根4 顶杆，因此平均每根顶杆所受的力约为48.425441.1005KN 取 1.2KN图 3-1 为划分网格、设定约束和施加载荷后的展示图 图 3-1 划分网格、设定约束和施加载荷后的展示图3.1.5 生成应变图下面图 3-5 是计算后得到的应变图，可以看到变形最大处为红色部分，最大变形为 5.8710-6m5.8710-

25、3mm。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）图 3-2 生成应变图3.3 塑料顾问对塑件进行模流分析3.3.2 模流分析过程99首先在材料表里选用好注塑原料 ABS 和其供应商，起初选用材料为美国通用公司的 CYCOLAC GPM2（如图 3-3 所示），然后通过 Plastic Advisor 塑料顾问选取最佳注射区域中的一点（如图 3-4 所示）。图 3-3 注塑材料选取 首先进行的是浇口分析：因为外壳的外观相当重要，所以我决定选择浇注情况不是最好但不会影响外观的侧面，作为侧浇口的位置可以看到，绝大部分都是适合设置浇口位置的,(蓝色的位置都属于最适合做浇口的位置)，再结合塑件本身结

26、构特点和模具设计过程需考虑的问题（如一模多腔的塑件布局，型腔的方位等），以及注塑完成开模取出塑件后断浇口的难易程度和对塑件精度的影响，最后决定浇口位如图 3-5 所示。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）图 3-4 最佳注射区域 图 3-5 浇口位置100接着对工件进行模流分析（填充结果如图 3-6 所示），再查看其填充质量分析，发现其结果中出现了红色区域：说明在这些地方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。（如图 3-7 所示）。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）101 图 3-6 注塑填充情况 图 3-7 修改前填充质量预测经过分析我发现这是由 ABS

27、 原料引起的原因造成的： 原 因 1.原料流动性不良2.原料硬化速度快3.润滑剂不良或用量过多对 策 提高原料温度提高模具温度适当修正造成红色区域的产品质量不好的原因经过查找资料得知是温度降低到最低极限。所以在接着增加 ABS 大约 20C 左右熔融温度的后，填充质量预测的结果得到改善。如图 3-8 所示。 图 3-8 修改后的填充质量预测分析虽然仍然有黄色区域出现，同时也指示出会有熔接痕和气泡的出现，但注射压力图，质量预测图、填充时间图、流锋温度图都显示本产品能顺利的成型。2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）102图 3-9 填充结果显示有气泡 图3-10 填充结果显示有熔接痕压力情

28、况：蓝色为压力最低，黄色中等，红色压力最高。可见工件接近两角部分的压力最大，浇注也会比较困难。但最大压降也只有 167MPa，小于注塑机的注塑压力。（选用的注塑机压力：205Mpa）如图 3-11 所示。图3-11 压力情形4. 总结4.1 模具设计的创新与特色总结本次毕业设计完成了 DELL 公司电脑塑胶注射模具的设计，并对所设计的模2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）103具和制件实体模型进行了一系列的分析（例如模流分析、强度分析等）。在整个设计的过程中运用了 CAD/CAE 技术，使得设计更方便更快捷，在后面发现了问题需对设计作出修改的时候也容易了很多。同时还可以对所设计的内容同

29、步的作出分析，使得设计更科学更合理。达到了缩短产品开发周期、提高产品设计制造质量、降低成本及灵活快速响应市场的目的，为模具设计提供了一种新方法。我深深感受到 CAD/CAE 技术的优越性和科学性。4.2 存在问题与解决设想本次的设计仍然有很多问题存在，如产品中存在的一定量的溶解痕、产品边缘有气泡产生以及在 CAE 分析中出现了产品小量位置质量不理想的情况，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，不断积累经验更好的解决这些问题。另外，工件表面上的一些形状为圆环和手指形状的小印章，如图 4-1，4-2所示。图 4-1 工件表面的小印章工程图 图

30、 4-2 工件表面的小印章立体图 由于尺寸极小，深度只有约 0.2mm，环与环之间的间距也只有 1.5mm 宽。考虑到熔融塑料很难在如此细小的腔体里凝固成型而没有缺陷。我考虑过使用加热系统，如用加热介质加热或电流加热即用电热棒或电热环作为加热元件进行模具加热，这样有利于塑料的流动性提高。但由于时间和经验上的不足，这些问题，在本次设计中我还没有解决。4.3 致谢2006 届优秀毕业论文（设计）选（理科卷）104在此感谢各位指导老师和我身边的同学悉心的教导和帮助，特别是我的指导老师胡琳老师，研究生张勇师兄，还有同学李启明，他们给了我很多方向性的建议，在设计过程中给予的帮助和支持！使我加深了模具方面

31、的认识，培养了我独立思考题、解决问题的能力。【参考文献】1中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会，中国模具设计大典，江西科学技术出版社,20012何华妹，杜智敏，伍柳机，UG NX 3 注塑模具设计实例精解，清华大学出版社，2005.93朱光力，万金保 等，塑料模具设计，清华大学出版社，20034曹文鑫，PC/ABS 合金的开发和应用现状， 化工新型材料,2001.85王文广，田宝善，田雁晨，塑料注射模具设计技巧与实例，化工工业出版社，2004.16缪德建.模具制造中 CADCAECAMCAT 的应用.Die and Mould Technologh, 2002.27张芳.模具 CADCAM 技术的应用. 呼和浩持科技,2002.48 Moldflows Design Group，Modern Plastics Magazine，Briarcliff Manor，2000,9