电话机面壳注塑模设计及模拟分析
福州大学至诚学院机械设计制造及其自动化 伊程琳 210792351
摘要：通过对电话机面壳的结构分析,确定一种方便加工、节约成本的模具结构,
以解决内侧抽芯、外侧滑块和产品既薄又大造成塑料流动不好等问题,为同类模具的设计提供参考。利用Pro/e进行电话机面壳的造型、模具设计等，然后传入Moldflow中，在Moldfow中进行流动、冷却、翘曲等分析。然后将注塑模CAE结果反馈到注塑模CAD，提供工程模拟的结果来检查和更改设计，避免后期实际试模、生产时出现不合格的产品，保证试模一次成功，节省模具开发的时间和费用。
1. 前言
21世纪是信息化高速传播的时代，电话在现实生活中起着不可或缺的作用。普通电话一般只能进行语音方面的沟通，而商务智能电话不仅能顺畅进行语音沟通，它还集合了手机、PDA、电脑等诸多(商务办公)功能，成为信息接受终端。同时具有大屏幕、手写功能、网络功能等商务电话的特点 。不仅日后办公电话会换成商务智能电话，而且所有的固网电话都会向这个方向发展。
2. 注塑成型技术的发展与前景
注射成型技术经历了一百多年的发展，已广泛应用于机械、电器、汽车、轻工、航空航
天等各行各业。但传统注射成型工艺仍有许多问题需要解决，如存在压力损失大、收缩率高，
塑件表面凹痕等缺陷。虽然可采取一些补救措施如多浇口、提高保压压力、采用等壁厚设计 等。
3. 注塑模的原理
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注塑模具是在成型中赋予塑料以形状和尺寸的部件。模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。
浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。 主流道
它是模具中连接注射机射嘴至分流道或型腔的一段通道。主流道顶部呈凹形以便与喷嘴衔接。主流道进口直径应略大于喷嘴直径(0.8mm)以避免溢料，并防止两者因衔接不准而发生的堵截。进口直径根据制品大小而定，一般为4—8mm。主流道直径应向内扩大呈3°到5°的角度，以便流道赘物的脱模。
它是设在主流道末端的一个空穴，用以捕集射嘴端部两次注射之间所产生的冷料，从而防止分流道或浇口的堵塞。如果冷料一旦混入型腔，则所制制品中就容易产生内应力。冷料穴的直径约8－l0mm，深度为6mm。为了便于脱模，其底部常由脱模杆承担。脱模杆的顶部宜设计成曲折钩形或设下陷沟槽，以便脱模时能顺利拉出主流道赘物。 分流道
它是多槽模中连接主流道和各个型腔的通道。为使熔料以等速度充满各型腔，分流道在塑模上的排列应成对称和等距离分布。分流道截面的形状和尺寸对塑料熔体的流动、制品脱模和模具制造的难易都有影响。如果按相等料量的流动来说，则以圆形截面的流道阻力最小。但因圆柱形流道的比表面小，对分流道赘物的冷却不利，而且这种分流道必须开设在两半模上，既费工又易对准。因此，经常采用的是梯形或半圆形截面的分流道，且开设在带有脱模杆的一半模具上。流道表面必须抛光以减少流动阻力提供较快的充模速度。流道的尺寸决定于塑料品种，制品的尺寸和厚度。对大多数热塑性塑料来说，分流道截面宽度均不超过8m，特大的可达10－12m，特小的2-3m。在满足需要的前提下应尽量减小截面积，以免增加分流道赘物和延长冷却时间。 浇口
它是接通主流道(或分流道)与型腔的通道。通道的截面积可以与主流道(或分流道)相等，但通常都是缩小的。所以它是整个流道系统中截面积最小的部分。浇口的形状和尺寸对制品质量影响很大。浇口的作用是：A、控制料流速度：B、在注射中可因存于这部分的熔料早凝而防止倒流：C、使通过的熔料受到较强的
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剪切而升高温度，从而降低表观粘度以提高流动性：D、便于制品与流道系统分离。浇口形状、尺寸和位置的设计取决于塑料的性质、制品的大小和结构。一般浇口的截面形状为矩形或圆形，截面积宜小而长度宜短，这不仅基于上述作用，还因为小浇口变大较容易，而大浇口缩小则很困难。浇口位置一般应选在制品最厚而又不影响外观的地方。浇口尺寸的设计应考虑到塑料熔体的性质。 它是模具中成型塑料制品的空间。用作构成型腔的组件统称为成型零件。各个成型零件常有专用名称。构成制品外形的成型零件称为凹模(又称阴模)，构成制品内部形状(如孔、槽等)的称为型芯或凸模(又称阳模)。设计成型零件时首先要根据塑料的性能、制品的几何形状、尺寸公差和使用要求来确定型腔的总体结构。其次是根据确定的结构选择分型面、浇口和排气孔的位置以及脱模方式。最后则按控制品尺寸进行各零件的设计及确定各零件之间的组合方式。塑料熔体进入型腔时具有很高的压力，故成型零件要进行合理地选材及强度和刚度的校核。为保证塑料制品表面的光洁美观和容易脱模，凡与塑料接触的表面，其粗糙度Ra>0.32um，而且要耐腐蚀。成型零件一般都通过热处理来提高硬度，并选用耐腐蚀的钢材制造。 排气口
它是在模具中开设的一种槽形出气口，用以排出原有的及熔料带入的气体。熔料注入型腔时，原存于型腔内的空气以及由熔体带入的气体必须在料流的尽头通过排气口向模外排出，否则将会使制品带有气孔、熔接不良、充模不满，甚至积存空气因受压缩产生高温而将制品烧伤。一般情况下，排气孔既可设在型腔内熔料流动的尽头，也可设在塑模的分型面上。后者是在凹模一侧开设深0.03-0.2mm，宽1.5-6mm的浅槽。注射中，排气孔不会有很多熔料渗出，因为熔料会在该处冷却固化将通道堵死。排气口的开设位置切勿对着操作人员，以防熔料意外喷出伤人。此外，亦可利用顶出杆与顶出孔的配合间隙，顶块和脱模板与型芯的配合间隙等来排气。 T结构零件
它是指构成模具结构的各种零件，包括：导向、脱模、抽芯以及分型的各种零件。如前后夹板、前后扣模板、承压板、承压柱、导向柱、脱模板、脱模杆及回程杆等。加热或冷却装置 这是使熔料在模具内固化定型的装置，对热塑性塑料，一般是阴阳模内冷却介质的通道，借冷却介质的循环流动来达到冷却目的。通入的冷却介质随塑料种类和制品结构等而异，有冷水、热水、热油和蒸汽等。关键是高效率的均匀冷却，冷却不均匀会直接影响制品的质量和尺寸。应根据熔料的热性能(包括结晶)，制品的形状和模具结构，考虑冷却通道的排布和冷却介质的选择。
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4. 注塑模具设计中的CAD/CAE
Pro/ E具有强大的曲面和实体造型功能，还具有十分强大的模具设计功能。首先利用Pro/ E中的Moldesign模块，从电话机面壳塑料制件的二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等，生成电话机面壳模具成形零件的二维实体模型，从而方便而准确地完成模具核心部分的设计工作。由于软件存在着相关性，当塑料制件的尺寸发生改变时，模具成形零件的尺寸也会发生相关的变化，利用Pro/ E的布局及装配模块，进行模具的顶出系统和二维的总装配设计，并最终利用工程图模块生成一维工程图。其间将使用Pro/ E的外挂软件EMX4. 0来进行模具标准元件的导入，以使设计更快速，修改更方便。
Pro/e能进行电话机面壳模具设计，初步解决了从产品造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析到数据库管理中出现的一些问题，彻底改变了传统的设计理念，能让注塑模具设计人员创建、修改、仿真和分析模具构件，并在模具设计变化时快速更新，从而大大缩短了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，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。
MoldFlow在设计中的运用：
Moldflow软件提供强大的分析功能，我们利用其来进行注塑过程中的流动、保压、冷却、翘曲等多种分析，通过分析，模拟了塑料在模具中由熔融态到凝固态的一系列过程，预测塑料充填的效果。在电话机面壳模具设计中,应用Moldflow软件分析了不同的浇口数量、位置及相应的保压压力、保压时间对制品的充模压力、熔接痕分布、翘曲变形量和缩痕缺陷等的影响.通过优化浇口数量、位置并辅助适宜的保压压力和保压时间,减少了注塑缺陷和制品变形,这对模具设计及注塑过程工艺参教的设定均有一定的实际意义.实践表明,Moldflow的分析结果与实际生产中通过试模所得到的方案非常相近,说明了Moldflow分析结果在塑料模具优化设计中具有很好的可靠性.
5. 总结
本研究出于对电话机面壳外形美观和使用性能的要求，产品的外形采用曲面与孔配合使用。应用Pro/E三维建模软件进行建模，为获得高质量的电话机面壳的造型，基本采用给定数据，部分数据根据经验分析对电话机面壳成型规律进行了探讨和研究。然后传入Moldflow中，在Moldfow中进行流动、冷却、翘曲等
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分析。将注塑模CAE结果反馈到注塑模CAD，提供工程模拟的结果，来检查和更改设计，避免后期实际试模、生产时出现不合格的产品，保证试模一次成功，节省模具开发的时间和费用。通过不断的演示，优化了模具的结构和工艺参数，大大减少了试模的次数，提高工作效率，缩短了制模周期。 参考文献：
[1] 于卫东.Moldflow技术在注塑成型过程中的应用.计算机辅助设计与制造,2001(6):59-61 [2] 单岩,王蓓，王刚.Moldflow模具分析技术基础.北京:清华大学出版社，2004 [3] 王刚,单岩.Moldflow模具分析应用实例.北京:清华大学出版社，2005
[4] Jerry Y.H .Fuh. Computer-Aided Injection Mold Design and Manufacture，2002
[5] 龚浏澄.塑料成型加工实用手册.北京:北京科技出版社，1990 [6] 冯爱国主编.塑料成型技术.北京:化学工业出版社，2004
[7] Friedrich Johannaber. Trends in injection molding. Kunststoffe Plastics，2000 [8] Mallon John M. Advances in Automation for Plastics Injection Moulding，2001
[9] 王孝培.塑料成型工艺及模具简明手册.北京:机械工业出版社，2000 [10] 黄虹.塑料成型加工与模具.北京:化学工业出版社，2003 [11] 叶蕊.实用塑料加工技术.北京:金盾出版社，2000
[12] 钟志雄.塑料注射成型技术.广州:广东科技出版社，1995 [13] 于浩主编.塑料应用技术.北京:化学工业出版社，1999 [14] 许健南主编.塑料材料.北京:中国轻工业出版社，1999
[15] 王华山.塑料注塑技术与实例.北京:化学工业出版社，2005
[16] 张中元主编.塑料注射模具设计:入门到精通.北京:航空工业出版社，1999 [17] 申开智主编.塑料成型模具.北京:中国轻工业出版社，2002 [18] 屈华昌主编.塑料模设计.北京:机械工业出版社，2000
[19] 张文华主编.塑胶模具设计制图实务.北京:航空工业出版社，1999 [20] 曹宏深，赵仲志主编.塑料成型工艺与模具设计.北京:机械工业出版社，200 [21] 王琨.基于HFC的IP电话网络系统[J];西部广播电视：2002年04期 [22] 叶飞，傅海阳；呼叫中心的技术研究和方案实现[J]电力系统通信：2001年06期
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手机模具设计文献综述
