U盘外壳模具设计过程

Ｕ盘外壳模具设计过程
【摘要】：U盘产品的外壳造形很多，市面上不断出现U盘外壳的各种款式。

选择这一款U盘外形美观而畅销产品的外壳形状进行模具设计。

因这款U盘外壳较小，有一定的技术装配要求和它的加工特点。

我们通过分析和研究，参照有关的技术文献，对材料的选定、模具设计的运算过程和有关技术的参数选择，设计出这款U盘外壳的模具。

经多次审核，该模具设计是合理的，现提供给有关模具设计与制造专业的爱好者参考。

【关键词】：设计；技术要求；模具结构；装配
U盘是人们经常用来下载储存有关的文体和资料的一种高科技类产品，因U 盘的外壳造形很多，我们选择其中一款U盘外形美观而畅销产品的外壳形状进行模具设计（如图1），，由于市场的特殊，有备U盘外壳产品外形款式过时，模具设计使用期限为10万次，批量生产。

该模具设计过程要点提供给有关模具设计与制造专业的爱好者参考：
1．U盘外壳材料选用
由于U盘外壳较小，根据选用ABS塑料生产，其具有较好冲击强度、硬度、耐磨、流动性好、不易变形等特点。

2．塑料制品（简称塑件）分析
塑件图样（如图2所示）
2．1 塑件技术要求
2．1．1 且U盘的芯片和U盘的壳体有一定的装配技术要求，考虑到生产的成本，选择塑件精度等级为4级；外表面粗糙为Ra1.6；内表面粗糙度为Ra3.2。

2．1．2 塑件脱模斜度和壁厚选取
因塑件的厚度和尺寸较小，根据脱模斜度控制在1°以内。

平均厚度为1mm 左右。

2．2塑件分型面的选择
该塑件的体积较小，成型时不需侧抽芯，分型面如图5 A—A面所示，这样分型便于脱模，分模面在塑件上下壳体的装配面上，不影响产品外观，而且有利于排气。

3．模具类型及结构的确定
3．1 模具类型
参考采用注射模成型。

3．2 塑件的型腔数及排列方
式的确定为提高生产效率，型腔数为一模
八腔，排列方式如图6所示
3．3模具结构的确定
3．3．1整体结构
根据塑件的结构及开模方式，选用模具为两板模。

采用整体嵌入式模具。

模架以龙记（LKM）为标准，模架的参数为：型号ECI；规格3030；动、定模座板高度25 mm；动模板高度70 mm；定模板高度60 mm；垫块高度90 mm；推杆固定板高度20 mm；推板高度25 mm。

模具的结构如图
3．3．2流道和浇口的设计
流道的形式如图6所示，一、二级分流道都是圆形流道，直径为6 mm，可以减小塑料熔体在流道中的磨擦力，在注射时沿程压力损失减小。

二级分流道设置在两相邻的塑件之间，可以减小离模具中心最远的塑件的流道行程，使各型腔的压力差不会太大，以减小塑件的内部性能差异。

主流道要装流道衫套，其直径为12 mm，从定模座板贯穿到分模面，衫套头部安装止转销。

衫套和型腔的配合为H7/n6。

主流道衫套用定位圈固定在定模座板，定位圈直径100 mm，高15 mm，埋入定模座板5 mm。

其具体形式见图7。

因塑件的体积和厚度较小，浇口不能过大，否则成型时注射速度降低，熔体温度下降，制品可能产生明显的熔接痕和表面云层现象，成型后浇口痕会影响外观，浇口凝固时间也会延长，且不易去除；浇口太小，熔体流动阻力大，压力损失大，冷凝快，补缩困难，会造成制品充模不足，而且小浇口的剪切速率大，可能使塑料熔体升温变质。

为了避免这些缺陷，选择浇口的形式为侧浇口，其位置如图6所示，尺寸为0.8×0.8×0.5 mm(长×宽×高)。

3．3．3冷却装置的设计
动模的顶针和镶件较多，冷却水道不宜通过塑件的下方，否则会引起渗漏，只能通过塑件的外围。

为了保证型腔和型芯的强度，水道离塑件的距离不能太小。

设置水道的直径为8 mm，离塑件的距离为8 mm左右，离顶针和镶件的最小距
离为6.83 mm。

动定模单独冷却，动模部分冷却水从动模板流进，流经型芯后从动模板流出，动模板和型芯之间加装胶垫圈，以防止渗漏；定模部分和动模类似。

其具体形式如图9所示。

3．3．4 顶出装置
塑料制品的厚度比较小，可能会因为顶出力过大和太集中造成塑件出现“顶白”现象甚至破坏，顶针的直径应尽量大，由于塑件体积较小，限制了顶针直径的大小，但可以增加其数量。

这里选用顶针的直径为2mm，每个型腔8根（如图9所示）。

因顶针太细，在推出制品的时候可能折弯，选用有托顶针，托高为75 mm，使顶针孔里除了针托外，留下的空间应大于推出行程，修配时推杆平面应高出分型面0.02—0.05 mm。

为了脱模顺利，流道也要安装顶针，安装位置在一、二级分流道的交界处，共4根，直径为5 mm。

在型芯的主流道下方安装拉料杆，直径为8 mm。

顶针和拉料杆与模仁的配合为H7/f6。

顶出装置的具体形式见图7。

3．3．5 镶件的设计
如图10所示，塑料制品有10处凸起的地方，这在型芯里是细孔，不利于排气，成型时可能充型不足或产生气泡，所以必须装镶件。

镶件上段材料为粉末冶金，下段用顶针代替，和模仁的配合为H7/s6。

具体形式见图11
3．3．6复位装置
模具在开模后的再次合模过程中，需要复位装置完成顶针板的复位运动。

复位装置由复位杆和复位弹簧组成，复位杆直径为φ20mm，长度为131.8 mm，和动模板的配合为H7/f6。

合模时复位杆不能与上模板接触，以免合模时碰撞，复位杆和上模板之间0.2 mm空间。

复位弹簧外径为40 mm，原长100 mm,预压长度10 mm，最大行程35 mm，最大压缩度为(10+35)/100=0.45。

复位装置如图7（右侧）
3．3．7 止动装置
模具在合模时顶针板复位的时候，推板和动模座板接触，由于模具在制造过程中会产生误差，可能使推板不平行，导致下次顶出时顶杆折弯。

另外，如果推板和动模座板之间堆积有污垢，也可能出现上述情况。

安装止停销后，就可以避免这些情况发生。

止动装置见图7（左侧2-止停销）。

4．模具零件的必要计算
型腔侧壁厚度和底板厚度的强度计算
此模具为小尺寸型腔，在发生大的弹性变形之前，内应力已经超过许用应力，因而强度是主要矛盾，型腔侧壁和底板厚度应按强度计算。

4．1 侧壁厚度计算
考虑到冷却水道和固定螺钉的布置以及便以加工，取侧壁厚度约为31mm。

4．2 型腔底板厚度的计算
h=■
式中：a——型腔边长比，a = l2/ l1≈0.375。

[σ]——型腔材料的许用应力，一般常用模具钢[σ]=200 Mpa。

把数值代入公式，得h≈4.5mm。

考虑到冷却水道的布置，取型腔底板厚度约为30mm。

5．注射机的选定和有关参数的校核
5．1注射机的选择
初选注射机型号为SZ—100/630，上海第一塑料机械厂生产。

具体参数如下：
结构形式：卧式；理论注射容量：75/105 cm3；螺杆直径：30/35 mm；
螺杆注射压力：224/164.5 Mpa；注射速率：60/80 g/s；塑化能力：7.3/11.8 g/s；螺杆转速：14~200 r/min；锁模力：630 kN ；拉杆内间距：370×320mm；开模行程：270mm；最大模具厚度：300 mm；最小模具厚度：150 mm；锁模形式：双曲肘；模具定位孔直径：125 mm；喷嘴球半径：15 mm。

5．2有关参数的校核
5．2．1最大注射容量的校核
5．2．2注射压力的校核
5．2．3锁模力的校核
F0≥p模Ａ分
式中F0——注射机的最大锁模力；
p模——模内平均压力，p模＝34.3 Mpa；
Ａ分——制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和，
Ａ分≈6×48×18+4×25×4+100×6=6384mm2
代入数值，得F0=34.3×6384=218971.2N≈219kN。

5．2．4型腔数的校核
n=(Km0-m流)/mi
式中n——型腔数；
m0——注射机规定的最大注射量m0=105 cm3；
m流——模具浇注系统中凝料质量；
mi——一个制品的质量；
用Ｐro/E分析得出，m流=7.62g,mi=1.15g。

代入数值，得n≈66，实际上不可能做那么多腔，取n＝８。

5．2．5 其他有关校核
拉杆内间距校核：模具长宽的尺寸为350×300mm，小于注射机的拉杆内间距。

最大、最小装模厚度：模具高度为282 mm，符合注射机的装模高度。

开模行程：制品总高约为7.2mm，主流道长80 mm，规定制品推出距离为20mm，加上安全距离为8 mm，则开模行程Ｓ＝7.2+80+20+8=115.2 mm。

考虑到要用手取制品，开模太小手不容易伸入，所以规定开模行程为200 mm。

以上校核数据表明，所选定的注射机符合实际情况。

参考文献
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[4]范有发、冲压与塑压成型设备、机械工业出版社，2005年出版引文175页
[5]《塑料模设计手册》编写组.塑料模设计手册（第三版）.机械工业出版社
1981 年毕业于武汉科技大学机械设计与制造专业，在企业基层工作20多年，任技术员，助理工程师、机械工程师，获得阳江市科技成果一等奖和省科技成果三等奖，曾发表《冷却塔技术与安装》论文。

2005年调到阳江职业技术学院理工系从事教学工作，担任模具专业《机械制图》、《机械设计基础》、《塑料模塑成型技术》、《模具制造技术》等课程，现任模教研室主任。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。