電腦鍵盤注射模具設計

電腦鍵盤注射模具設計,電腦,鍵盤,注射,模具設計 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）用紙第1章 緒論1.1 塑料工業(yè)發(fā)展情況及選題依據(jù)我們?nèi)粘Ｉ睢⑸a(chǎn)中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機床的各種塑料產(chǎn)品的外殼，小到一個塑料螺絲、紐扣以及各種家用電器的零部件，無不與模具有著密切的聯(lián)系1。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大。如家用電器，儀表儀器，建筑材料，汽車工業(yè)，日用五金等眾多領域。一個合理設計的塑料件往往能替代多個傳統(tǒng)金屬零件。工業(yè)產(chǎn)品和日用品塑料化的趨勢不斷上升。一個國家模具生產(chǎn)能力的強弱，水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品的開發(fā)和舊產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效益高、質(zhì)量好、切削少、節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點。模具成型已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向。而注塑模又是模具生產(chǎn)中采用最普遍的方法。世界塑料成型模具中，約60%為注塑模2。在國民經(jīng)濟中，模具工業(yè)已成為五大支柱產(chǎn)業(yè)機械、電子、汽車、石油化工和建筑的基礎。隨著社會的發(fā)展，它將發(fā)揮更加重要的作用。目前模具技術集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡等多科學，是一個綜合性多科學的系統(tǒng)工程。模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型，更精密，更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展。模具產(chǎn)品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化，無圖化，精細化，自動化的方向發(fā)展。目前極需提高的共性技術比如：建立在CAD/CAM/CAE平臺上的先進模具設計技術，提高模具設計的現(xiàn)代化，信息化，智能化，標準化水平，以及先進的模具加工技術與制造技術的綜合3。我這次設計的課題正是基于現(xiàn)在的實際情況而選題的。1.2 中國模具工業(yè)概況在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達30余家，從事模具技術教育的培訓的院校已超過50余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學CAD國家工程研究中心、北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程研究中心等。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術、模具的電加工和數(shù)控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻3。中國雖然在很早以前就制造和使用模具，但一直未形成產(chǎn)業(yè)。由于長期以來模具制造一直作為保證企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的手段被視為生產(chǎn)后方，因此一直發(fā)展緩慢。1984年成立了這個模具工業(yè)協(xié)會，1987年模具首次被列入機電產(chǎn)品目錄，當時全國共有生產(chǎn)模具的廠點6000家，總產(chǎn)值約為30億元。隨著中國改革開放的日益深入，市場經(jīng)濟進程的加快，模具及其標準件、配套件作為產(chǎn)品，制造生產(chǎn)的企業(yè)大量出現(xiàn)，模具工業(yè)得到快速發(fā)展。在市場競爭中，企業(yè)的模具生產(chǎn)技術提高很快，規(guī)模不斷發(fā)展，提高很快4。我國塑料模具的設計與制造目前主要依賴設計人員的經(jīng)驗和工藝人員的技巧，設計的合理性只有通過試模才知道，制造的缺陷主要靠反復修模來糾正。這不僅難以保證模具的質(zhì)量，而且使模具的設計與制造周期長，成本高，特別對大型、精密、復雜的中高檔模具，問題更為突出。由于CAD/CAE/CAM的應用，特別是20世紀80年代開始中國許多模具制造廠從國外引進了許多軟件，包括沖壓模、級進模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應軟件，使中國模具設計制造水平有很大提高，也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟技術和社會效益。但由于人才缺乏和基礎工作較差，引進的軟件未能很好應用及發(fā)揮其應有的效益現(xiàn)象普遍存在，這是今后應十分重視和有待解決的問題5?，F(xiàn)在，中國已能生產(chǎn)精度達2m的多工位級進模，壽命可達2億沖次以上。在大型塑料模具方面，中國已能生產(chǎn)34英寸大屏幕彩電和65英寸背投影式電視的塑殼模具，10kg大容量洗衣機全套塑料件模具及汽車保險杠，整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面，中國已能生產(chǎn)照相機塑料件模具多行腔小模數(shù)齒輪模具及精度達5m的2560腔塑封模具等。在大型精密復雜鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模和汽車后橋齒輪箱壓鑄模及汽車發(fā)動機殼體的鑄造模具。在汽車覆蓋件模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)中高檔新型轎車的部分覆蓋件模具。子午線輪胎活絡模具，鋁合金和塑料門窗異材擠出成型模，精鑄或樹脂快速成型拉延模等，也已達到相當高水平，可與進口模具媲美6。1.3 畢業(yè)設計內(nèi)容概述畢業(yè)設計課題確定為電腦鍵盤的單型腔注射模具設計。設計內(nèi)容主要是常用注射機與注射模的關系及選用，材料的選用，成型部分的設計，澆注系統(tǒng)的設計，排溢引氣系統(tǒng)的設計，脫模機構的設計，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計，復位系統(tǒng)的設計及模體設計，各種支承部件，導向零件等。第2章 方案確定2.1 塑件分析2.1.1. 塑件外形分析該塑件為電腦鍵盤（殼類），外表為平面，壁厚為2mm。具體視圖如圖2-1所示：圖2-1 a 鍵盤上表面圖圖2-1 b 鍵盤底部圖2.1.2. 塑件的尺寸、公差及設計基準 塑件尺寸為4501609MM（不含按鍵高度）。塑件要求為一般精度為3級，則尺寸公差取0.56mm. 塑件設計以上端面為基準，進行設計。2.1.3. 塑件所用塑料名稱、性能及工藝參數(shù)塑件選用材料為 ABS ，具體參數(shù)如下：密度（g/cm3）：1.021.16 (取1.10)熔點：130160 C吸水率：(0.20.4)% 收縮率（%）： 0.40.7 （取0.5%）模具溫度（C）：5080 （取50）料筒溫度（C）：150200噴嘴溫度（C）：17018072.1.4. 塑件結構要素 塑件脫模斜度：對ABS塑料而言，型芯：351 （取40）型腔：40120（取1） 圓角：為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應力集中，改善充模特性，轉(zhuǎn)角處采用圓角過渡。 R（0.20.5） （取0.2）82.2 注射機的選擇 最大注塑量： 由V （BL+）9 （1-1）V （451622）0.47200.4288(cm3)995.680%360(cm3) B塑件的寬度（） L塑件的長度（） R塑件圓弧部分的半徑（） 注塑壓力：因為塑件形狀簡單，熔體流動性好、壁薄、尺寸大，所以據(jù)經(jīng)驗注塑壓力選100140Mpa即可。（取120 Mpa） 鎖模力：F鎖P腔A/100010 （1-2） F鎖3010645016022106/10002160kN) P腔型腔壓力（Mpa），由表2-2查得，30 Mpa A 塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積。 開模行程校核(S)： SL1L2 11 （1-3） S710825(mm)L1凸模凸出部分高度(mm)L2取出塑件間隙(mm)頂桿頂出富裕量(510mm) (取8mm)總上，選取SZ-630/2400臥式注塑機，其主要參數(shù)為：最大注塑體積/cm3： 610螺桿直徑/mm：60注塑壓力/ Mpa：151注塑速率(g/s)：310鎖模力/KN：2400最小模具厚度/mm：310定位孔直徑/mm：160噴嘴球半徑/mm：35122.3 擬定模具結構方案理想的模具結構應充分發(fā)揮成型設備的厚力（如合理的型腔數(shù)目和自動化水平等），在絕對可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝要求（如塑件的幾何形狀，尺寸精度，表面光潔度等）和生產(chǎn)經(jīng)濟要求（成本低，效率高。使用壽命長，節(jié)省勞動力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起：（1）塑件成型。按塑件形狀結構合理確定，其成型位置，同成型位置在程度上影響模具的復雜性。鑒于塑件外形及模具空間的充分利用，要用中間成型。（2）行腔布置。根據(jù)塑件的形狀大小，結構特點。尺寸精度，批量大小及模具制造的難易，成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式。根據(jù)經(jīng)驗每增加一個型腔，塑件尺寸精度降低4%，此處根據(jù)塑件要求及設計任務要用單型腔。（3）選擇分型面。分型面位置的選取要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質(zhì)量及工藝操作等。此方案中，依據(jù)塑件小孔的垂直方向為豎直方向作為最大分型面。（4）確定澆注系統(tǒng) 包括主流、分流道、冷料井、澆口的形狀、大小和位置。主澆道的設計符合模具設計標準。由此單型腔、分流道以捷徑為原則逼近澆口。冷料井作成Z形以便于脫模。（5）選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序，推桿的組合方式、合模導向與復位機構的設置以及側向抽芯機構的選擇與設計和模具空間的成分利用，采用二次開模機構。（6）模溫調(diào)節(jié) 冷卻水道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關系。都影響塑件產(chǎn)品的質(zhì)量和成型周期。而考慮冷卻效果初步設想采用圓孔水道。（7）確定主要零件的結構與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據(jù)能選材料，通過理論計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定型腔、型芯、導柱、導套、推桿等重要零件的結構與尺寸以及安裝固定、定位、導向等方法。（8）支承與連接 合理的將模具的各個組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件，按使用與設計要求組合成一體，獲得模具的總體結構13。第3章 模具總體結構設計3.1 澆注系統(tǒng)3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構成澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道，其由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。3.1.2 主流道設計主流道是指從注塑機噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段。1. 主流道的結構設計 對于所選的臥式注塑機：熔融塑料首先經(jīng)過主流道，故它的大小直接影響塑料的流速及填充時間。主流道的斷面設計為圓形，這樣在有限的空間內(nèi)增大了截面積。 為了便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料及熔體膨脹，主流道設計成帶錐度的圓柱，其錐角2 4（取3），過大會使流速減慢。 主流道大端面呈圓角，其半徑常取r13mm(取2mm)，以減少料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。 為確保塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，主流道對接處設計成半球形凹坑。如圖3-1所示。具體關系為：2 R2R135mm1mm36mmR2主流道對接處半徑(mm)R1注塑機噴嘴球半徑(mm)噴嘴球半徑接觸富裕量(mm)L1凹坑深度(mm).一般34mm,取3mm 圖3-1 主流道 為了保證塑件成型良好，L(主澆道長度)取最小，減小凝料 LL3(L2L1) 25mm(203) mm42mm L主澆道長度(mm) L1凹坑深度(mm) L2澆口套凸臺高度(mm) L3主澆道主要部分長度(mm)2. 澆口套設計由于主澆道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所以要模具的主流道部分通常設計成可以拆卸更換的主流道襯套。為了選用優(yōu)質(zhì)鋼材和單獨加工和熱處理，采用分體式。為方便定位，設計圓盤凸出定模端面的高度H為：H(510) mm3.1.3 分流道設計 分流道是指主流道與澆口之間的這一段，它是熔融塑料由主流道流入型腔的過渡段，也是澆注系統(tǒng)中通過斷面積變化和塑料轉(zhuǎn)向的過渡段，能使塑料得到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換。1. 分流道的程度及端面尺寸由經(jīng)驗得，ABS分流道斷面直徑為3.510mm，鑒于塑件的實際尺寸，取5mm。如圖3-2所示。圖3-2 分流道2. 分流道截面形狀考慮效率，圓形截面積大，表面積小，效率最高，且分流道的中心與澆口中心線共線，故采用圓形截面。但加工相對困難。采用梯形或U字型截面時，塑料熔體在流道中流動時。表層冷凝凍結，起絕熱作用，熔體僅在流道中心流動，因此為實現(xiàn)理想狀態(tài)的流道中心線與澆口中心線共線，故采用圓形截面。3. 分流道的布置由設計要求，采用單型腔，根據(jù)塑件形狀采用分流道平衡式布置。4. 分流道與澆口的連接分流道與澆口連接處加工成斜面，并用圓弧過渡。，利于塑料熔體的流動。3.1.4 澆口設計澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀、數(shù)量和位置對塑件的質(zhì)量影響很大。其作用有：一是塑料熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。1. 澆口形式設計潛伏式澆口脫模時，有較強的沖擊力，易堵塞澆口，側澆口適用于兩板流下明顯的澆口痕。同時，ABS塑料性能為低粘度、故采用點澆口。這要求采用三板式結構，以脫出流道凝料。由表4-51查得，壁厚2mm時，d為1.03.0mm(取1mm);澆口長度:l1mm。如圖3-3所示。圖3-3 澆口2. 澆口位置的選取原則 澆口位置的選擇應避免產(chǎn)生噴射和蠕動（蛇形流） 澆口應開設在塑件斷面最厚處。 澆口位置的選擇應使塑料的流程最短，料流變向最少，以減少動能損失，良好填充。 澆口位置的選擇應有利于型腔內(nèi)氣體的排出。 澆口位置的選擇應減少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。 澆口位置的選擇應防止料流將型腔、型芯等擠壓變形。鑒于此，對本塑件澆口選于沿長邊一側接近兩端1/4處。如圖3-4所示。圖3-4澆口3.1.5 分型面的設計分型面是打開模具取出塑件澆注系統(tǒng)凝料的面。1. 確保塑件尺寸精度為滿足同軸度，防止錯腔要求，使塑件全部在定模中成型，且塑件表面呈平面型，故可以采用較小的脫模斜度。2. 確保塑件表面質(zhì)量分型面盡可能選擇在不影響外觀的部位以及分型面處產(chǎn)生的飛邊容易加工修整部位。根據(jù)產(chǎn)品實際考慮，我把分型面選在鍵盤外殼底面的最大面積處。3. 考慮模具結構盡量簡化脫模部件，為便于塑件脫模，應使塑件在開模時盡可能留于動模，即只要上塑件與動模結合力大于塑件與定模結合力即可。在滿足此要求前提下，盡可能使塑件與定模有一定結合力，而不將塑件與模具的結合力全部放于動模中14。鑒于分型面以上選取原則及塑件斷面尺寸最大和點澆口的應用，采用雙分型面，如圖3-5所示。圖3-5 分型面3.1.6 排氣槽的設計對于成型大中型塑件的模具，需要排出的氣體質(zhì)量多，通常應開排氣槽。排氣槽應設在分型面凹槽一邊。排氣槽的位置以處于熔體流動末端為好。排氣槽寬度b(35)mm,深度h小于0.05mm，長度l0.7mm。對于ABS塑料，有經(jīng)驗3mm。如圖3-6所示12。 1-分流道 2-澆口 3-排氣槽 4-導向溝 5-分型面圖3-6 排氣槽3.2 成型部分及零部件3.2.1 型腔數(shù)的確定型腔數(shù)的確定：根據(jù)鎖模力確定型腔數(shù)目設鎖模力為F（N），型腔壓力為P（Mpa）,每一塑件的投影面積為A1(mm2)，澆注系統(tǒng)的投影面積為A2(mm2)，則有：n13 （3-1）1.27故在這采用單型腔模具成型。3.2.2 一般凹凸模結構設計1. 凹模結構設計凹模是成型塑件外形的主要部件，其結構隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。整體方式強度、剛性好、結構簡單?？紤]塑件形狀采用完全整體式凹模塊：它是由整塊金屬材料直接加工而成的，如圖3-7所示。這種形式的凹模結構簡單，牢固可靠，不易變形，成塑的塑件質(zhì)量較好。但機械加工較困難，故適用于形狀簡單的塑件。圖3-7 凹模2. 凸模的結構設計凸模上成型塑件內(nèi)形的成型零件。根據(jù)塑件的特殊形狀的成型要求，采用完全整體式凸模。3.2.3 成型零件工作尺寸1. 凹模徑向尺寸：（平均收縮率法14）。圖3-8所示為塑件外形（外徑）與型腔內(nèi)形（內(nèi)徑）的對應關系。2圖3-8 成型凹槽 （3-2）式中 -型腔內(nèi)形尺寸-塑件外形基本尺寸（mm）-塑件平均收縮率 5%X綜合系數(shù) 取1/3模具成型尺寸設計公差 ?。?/5-1/3）S=（450+4500.5%-1/20.56）=（160+1600.5%-1/20.56）=型腔深度尺寸： （3-3）式中 -型腔內(nèi)形尺寸-塑件外形基本尺寸（mm）-塑件平均收縮率 5%X綜合系數(shù) 取1/3模具成型尺寸設計公差 取（1/5-1/3）=9+90.5%-1/20.56=3.2.4 型腔壁厚計算1. 型腔的強度及剛度要求：塑料模具型腔的側壁和底壁厚度的計算是模具設計中經(jīng)常遇到的重要問題，尤其對大型模具更為重要。目前，許多單位都憑經(jīng)驗決定，但常因為估計不準而造成面具報廢或浪費材料，為此，建立科學的計算方法實屬必要。目前，常用計算方法有按強度條件和按剛度條件計算兩大類，但實際的塑件模具卻要求既并不允許因為強度不足而發(fā)生明顯的變形，甚至破壞，也不允許用剛度不足而發(fā)生過大變形。因此，要求逐一對強度及剛度加以合理考慮。 在注塑成型過程中，型腔所受的力有塑料熔體的壓力，合模時的壓力，開模時的拉力等，其中最主要的是熔體的壓力，在塑料熔體壓力作用下，型腔將產(chǎn)生有應力及變形。如果型腔側壁和壁厚不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過材料的許用應力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足側發(fā)生過大的彈性變形，從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導致脫模困難。但理論分析和實踐表明，模具對剛度及強度的要求并非同時兼顧。對于大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按剛度計算。強度計算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的許用應力。剛度計算的條件則因模具特殊性，從幾個方面考慮： 要防止溢料。模具型腔的某些配合面當高壓塑料熔體注塑時，會產(chǎn)生足以溢料的間隙。對ABS而言，間隙為0.05mm。 應保證塑件精度。塑件均有尺寸要求，這就要求模具塑腔具有良好的剛性，即塑料注入時不產(chǎn)生過大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5。 要利于脫模。當變形量大于塑件冷卻收縮時，塑件的周邊將被型腔緊緊的包住而難以脫模，強制頂出易使塑件劃傷或損壞，因此型腔允許彈性變形量應小于塑件的收縮值。2. 型腔壁厚的計算： 圖3-9 型腔 側壁厚度：首先按強度計算： （3-4）=9.035=7.95mm再按剛度計算： （3-5）=3.27mm通過對強度和剛度的比較，在滿足兩者的情況下，所以選擇壁厚為8mm 底板厚度：首先按強度計算： （3-6）= =65.54mm按剛度計算： （3-7）= =10.15mm綜合從剛度和強度方面考慮，我們選擇的底板厚度為66mm式中：E模具材料的彈性模量（Mpa），碳鋼2.10 P型腔壓力.約為0.4 剛度條件，即允許變形量(mm) 0.040.05模具材料的許用應力（Mpa） 取180Mpa。為凹模型腔側壁厚度(mm)為凹模型腔底板厚度（mm）3.3 脫模機構3.3.1 脫模機構的構成與功能 脫模機構的作用是將型件和澆注凝料等與模具松動分離（稱為脫出），然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內(nèi)取出，即脫模動作分為脫出和取出兩個步驟。本設計中脫出和取出兩個動作之間，有明顯的界限（前者液壓脫出，后者動力來源為人工）。3.3.2 取出機構的方式 根據(jù)塑件質(zhì)量要求，采用非掉落取出。即塑件或澆注系統(tǒng)凝料等從模具中被拿出。取出動作依靠人工，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其取出而離開模具。3.3.3 脫出機構設計原則在注塑成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模上松動分離（即脫出），脫出塑件的機構，就叫塑件脫出機構。澆注系統(tǒng)凝料等也要從模內(nèi)脫出，這種機構就叫澆注系統(tǒng)凝料等的脫出機構。本設計采用三模兩開式，塑件與澆注系統(tǒng)用兩個單獨的脫出機構。1. 脫出機構設計基本考慮 為了保證塑件在頂出過程中不變形或損壞，必須正確分析對模腔粘附力的大小及其所在部位，以便選擇合理的頂出方式和頂出裝置，使頂出力將以均勻合理的分布。頂出位置應設置在阻力大的地方，再有就是使塑件不易變形的部位。在選擇頂出位置時，盡量設在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位，尤其是用頂桿頂出時更應注意這個問題。另外，與塑件直接接觸的脫出零件的配合間隙要保證不溢料，以免塑件上留下飛刺痕跡。2. 脫出機構的結構在設計模具結構時，必須考慮在開模過程中保證塑件留在具有頂出裝置的那一部件，即留于動模上，這樣可簡化頂出機構。但因塑件結構的關系，不便留于動模時，亦可采取一些措施，強制塑件留于動模中，或是塑件在開模后由定模上的頂出機構頂出。脫出機構要求工作可靠，動作節(jié)奏點清晰，運動靈活，制造方便，配換容易，且本身具有足夠的強度和剛度。根據(jù)注塑頂出裝置的形式，模具上要相應采用一定的形式。3. 所需頂出行程、抽芯距、開模行程計算 頂出行程： S頂h凸 e9312() S頂所需頂出行程() h凸型芯成型高度() e頂出行程富裕量()，取23 抽芯距： 由于電腦鍵盤無需側抽芯，故無需抽芯機構。 開模行程：對于雙分型面模具來說（如圖3-10所示）圖3-10 雙分型面 S開H1H2ae 97510 31 () H1動定模型芯突出分型面的高度總和() H2塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度() a 澆注系統(tǒng)在開模方向的總投影高度() e取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量()4. 所需頂出力、抽拔力、開模力計算 頂出力的決定與抽拔力的計算相同，塑件與型腔的粘附力，多由塑件收縮引起，因此頂出塑件時所需的頂出力必須克服粘附力所引起的摩擦阻力。塑件在冷凝收縮時要產(chǎn)生對型芯的包緊力所產(chǎn)生的抽拔阻力及機械傳動的摩擦力，才能抽出活動型芯。對于不帶通孔的殼體塑件，抽拔時還要克服大氣壓造成的阻力。在開始抽拔拔瞬間，所需的力稱為其始抽拔力，以后抽拔所需的力稱為相繼抽拔力，前者比后者大，因此計算抽拔力時應以起始抽拔力為準。由公式3-8得Q （3-8）4492N P塑件的收縮應力(N/) （由于鍵盤屬于模內(nèi)冷卻的塑件，故?。?A塑件包緊型芯的側面積() f摩擦系數(shù)，一般f0.150.2 (取0.2) 脫模斜度，一般12(取1) Q抽拔力(N)頂出力：包括塑件從凸模的脫出力，通過頂出的側面抽芯力轉(zhuǎn)化來的頂出力，頂出機構慣性力和摩擦力，潛伏式澆口的切斷力，流道及冷料井的頂出力，其他脫出力轉(zhuǎn)化來的頂出力等。所需開模力：包括型腔真空負力、模具及注射機模板慣性力、摩擦力、塑件從凹模中的脫出力、側抽芯力轉(zhuǎn)化來的開模力、主流道的凝料的脫出力、點澆口的切斷力等。 3.3.4 塑件的脫出機構設計為了頂出塑件，必須根據(jù)脫出機構的設計原則，使用一定形式的塑件直接接觸的頂出元件。一般頂出機構的頂出元件有頂桿、頂管、推板、活動鑲塊等。這里采用頂桿。為了使頂出元件能夠頂出塑件，必須將頂出元件直接或通過中間過渡的頂出桿連接到頂出板上。注塑機的頂出機構頂出模具的頂出板運動可靠而帶動頂出元件將塑件頂出。為了保持頂出板運動可靠靈活且不致于由于各種因素使頂出元件扭曲，折斷或卡住等，導出板應有導向裝置。在塑件被取出而進入到下一個注塑操作循環(huán)時，頂出機構要進行復位，所以頂出機構上要有用于復位的元件。為了提高頂出板在復位后與模具的動模板有較好的接觸性能和方便復位極力的調(diào)整，可采用限位釘安裝于頂出板與模具的動模座板之間。根據(jù)塑件分析，采用頂桿頂出機構。頂桿頂出機構是最簡單最常用的一種形式，因它制造簡單，更換方便，頂出效果好，故廣泛應用于生產(chǎn)中。本設計采用兩種頂桿：1. 頂桿選取： 普通頂桿：如圖3-11所示，為單節(jié)式頂桿，配合部分和固定部分做成一致。它只起頂出塑件的作用，本身只有端面參與成型。圖3-11 頂桿 成型頂桿：該種頂桿除了頂出塑件外，本身還直接參與成型，它可以做成與塑件的某一部分的形狀相同。（如圖3-12所示） 圖3-12 成型頂桿2. 頂桿在塑件上的布局：頂桿的位置應選在頂出阻力大的地方，也即使塑件不易變形的部位。如圖所示，側面處阻力最大，因此頂桿設于此處為宜。由于塑件形狀相對簡單，且是規(guī)則的矩形，故頂桿在塑件上均等分布，使電腦鍵盤在頂出的過程中受力均勻。如圖3-13所示。圖3-13 頂桿布局3. 頂桿固定及配合：頂桿與頂桿孔的配合可采用H8/f8或H7/e7。配合表面的粗糙度，一般為Ra0.080.4m。頂桿在頂桿固定板中的固定形式如圖3-14所示頂桿直徑要比固定孔的直徑小0.51.0。圖3-14 頂桿固定4. 頂桿直徑d、長度L的確定：（頂桿如圖3-15所示）圖3-15 頂桿 d （3-9）8.6 () (取10) Lh凸1h動墊S頂2h頂固 （3-10） 70.1012520 44.1 ()式中 ： h凸凸模的總高度() h動墊動模板的厚度() S頂頂出行程() h頂固頂桿固定板的厚度() 1富裕量，一般為0.050.1，表示頂桿端面比型腔高出。 2頂出行程富裕量()，一般為36 彈簧并緊后高度()（頂出板和動模墊板間加彈簧）5. 頂出中附屬零部件 頂出板：頂出板由頂桿固定板及其墊板組成，用于固定元件作用，常用45鋼制成。最好經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，235HB。 限位釘：為了提高頂出板在復位后與模具的動模座板有比較好的接觸性能和方便復位距離的調(diào)整，可采用限位釘裝于頂出板與模具的動模之間。所有限位釘?shù)母叨缺仨氁恢隆Ｏ尬会敂?shù)目取4-6個，均布于動模座板上。通常與動模過盈配合。限位釘用T8材質(zhì)，熱處理55HRC左右；亦可用45鋼，并經(jīng)條調(diào)質(zhì)好處理，235HB。 頂出導向零件：在頂出塑件時為了防止墊板和頂桿折斷頂桿，尤其對細長頂桿更應該防止產(chǎn)生這種折斷現(xiàn)象，故常設導向零件。在這里設導柱兩個。導柱通常用T8材質(zhì)做成，淬火5560HRC。如圖3-16所示。圖3-16 導向零件 復位桿：（回程桿或反頂桿）它的作用是將已經(jīng)完成頂出塑件的頂板回復到注塑成型時的原始位置。復位桿必須裝在固定頂桿的同一固定板上，而且各個復位桿的長度必須一致，且復位桿端面常低于模板平面0.020.05。復位桿的材質(zhì)用T8、T10等，淬火5560HRC。具體形式如圖3-17所示。圖3-17 復位桿 d=12mm D=17mm H=6mm L=50mm 彈簧：為了提高頂出的平穩(wěn)和起緩沖作用，在頂出板與動模墊板之間加上彈簧。如圖3-18所示。圖3-18彈簧3.3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設計結合塑件二次開模的特點，利用側凹切斷點澆口凝料。如圖所示結構，在分流道盡頭鉆一斜孔，開模時由于斜孔內(nèi)的冷凝料的限制，使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料在澆口處與塑件切斷，然后由于冷料井倒錐的作用，鉤住澆注系統(tǒng)凝料脫離斜孔，最后由中心頂桿頂出澆注系統(tǒng)凝料。側凹部分結構如圖3-19所示，斜孔角度1530，直徑35，斜孔深度為512。圖3-19 脫出裝置3.3.6 拉料機構拉料機構采用拉料桿。拉料桿頭部做成Z字形，可將主流道的凝料鉤出，開模時即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿的尾部是固定在動模墊板上的。故在一次開模時，凝料被拉于定模上。開模之后，將凝料取下。此處，由于塑件的特殊結構，不采用拉料桿而用冷料井來完成凝料的脫出。拉料桿結構如圖3-20所示。圖3-20拉料桿結構3.4 側向抽芯及合模導向機構3.4.1 側向抽芯機構設計鑒于塑件的特殊結構，無需側抽芯，所以側抽芯機構不必設計，塑件能夠很好的完成塑件的頂出。3.4.2 合模導向機構設計 導向零件的作用是：模具在進行裝配和調(diào)模試機時，保證動、定模之間一定的方向和位置。導向零件要受到一定的側向力，起導向和定位的作用。當模具牢靠裝于注塑機上后。模具在注塑過程中，如果模具上沒有精定位裝置，動、定模的正確定位則由注塑機的拉桿精度保證；如果模具上有精定位裝置，動、定模的正確定位則由模具的精定位裝置保證。1. 導向結構的總體設計 導向零件應合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心到模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱后發(fā)生變形。 根據(jù)模具的形狀與大小，本副模具采用4個導柱。在實際中，為了簡化加工工藝，可采用四個直徑相同的導柱；但數(shù)量分布不對稱，此處采用導柱位置對稱但中心距不同。如圖3-21所示。圖3-21 導向結構布置 由于塑件留于動模，所以為了便于脫模，導柱安裝于定模。 為了保證分型面很好的接觸，導柱在分型面處制有承屑槽，一般是削去一個面。如圖3-22所示。 圖3-22 承屑槽 圖3-23 導向孔 各導柱及導向孔的軸線應保證平行，否則將影響合模的正確度，甚至破壞導向零件。如圖3-23所示。 在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致?lián)p壞成型零件。2. 導柱的設計 導柱結構如圖3-24所示，采用帶頭導柱。圖3-24 導柱 導柱選用材料為T8，熱處理5055HRC，公差t為6級。 導柱長度必須比凸模端面的高度，高出68，以免在導柱未導正方向之前凸模先進入型腔相碰而損壞。 導柱的直徑根據(jù)模具尺寸來確定。查表1得知，40 導柱常見安裝固定如圖3-25所示。導柱尾部通常應埋入模板內(nèi)，固定部分按H7/m6過渡配合，導柱滑動部分按H8/f8間隙配合。導柱工作部件的表面粗糙度可為Ra0.4m。圖3-25 導柱的安裝 導柱應具有堅硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此采用碳素工具鋼（T8）經(jīng)淬火處理，硬度55HRC以上。3. 導向孔的設計（無導套式）導向孔直接開設在模板上，這種形式的導向孔加工簡單，適用于小批量生產(chǎn)，精度要求不高的模具，導向孔應做成通孔。如果做成盲孔，則不但因孔內(nèi)空氣無法逸出，對導柱的進入有反壓縮作用，而且落入孔內(nèi)的廢料也不易清除，有礙導柱導入。為了使導柱順利地進入導向孔，在導向孔的前端應有倒固定圓角。導向孔的滑動部分H8/f8間隙配合，表面粗糙度Ra0.4m。3.5 冷卻系統(tǒng)一般注塑到模具內(nèi)的塑料溫度為200C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60C以下，熱塑性塑料ABS在注塑成型后，應該對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可以迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對于ABS而言，屬粘度低、流動性好的塑料，且塑件稍大，為縮短成型周期，需設置冷卻系統(tǒng)。3.5.1 冷卻裝置設計分析 盡量保證塑件收縮均勻，保持模具熱平衡。 冷卻系統(tǒng)水孔的數(shù)量越多越好，孔徑越大，則對塑件冷卻也就越均勻。 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即水孔的排列與型腔盡量相吻合，當塑件壁厚不均時，厚壁處水孔應靠近型腔一些，距離要小。一般水邊離型腔距離不得小于10，常用1215。 澆口處加強冷卻。有；不熔融塑料填充時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低。因此，澆口附近應加強冷卻，通入冷水，而在溫度較低的外側只需通過經(jīng)熱交換后的溫水即可。 降低入水和出水的溫差。否則易使模具的溫度分布不均。 冷卻水通道要避免接近塑件的熔痕部位，以免熔接不牢，影響強度。 冷卻系統(tǒng)的設計要考慮盡量避免其與模具結構中其他部分的干涉現(xiàn)象。 冷卻通道的進口與出口接頭盡量不要高出模具外表面，即要埋入模板內(nèi)，以免模具在運輸過程中造成損壞。 冷卻水通道要易于加工和清理。一般孔徑設計為812。3.5.2 冷卻裝置的理論計算理論計算即計算模具的冷卻面積與冷卻分布造成的不同溫度分布，以便設計冷卻回路。求得恰當?shù)睦鋮s管道直徑和長度，滿足冷卻要求。1. 傳熱面積計算：如果忽略模具同空氣對流，熱輻射與注塑機結合廠所散失的熱量，假設塑料熔體在模內(nèi)釋放的熱量，全部由冷卻水帶走，則模具冷卻時需要冷卻水的體積流量可按下式計算：如考慮結晶形塑件的熔解潛熱，則每千克塑料釋放的總熱量為： 15 （3-11）=350+1680=2030J/kga每千克塑料所放出的總熱量 取350J/kg又有 Q=nGa （3-12）在不考慮其他熱量損失的情況下，可以認為塑件所放出的熱量全部被冷卻介質(zhì)所帶走。Q=Cw（） （3-13）式中：W每小時所需冷卻水的質(zhì)量。kg/ht1冷卻水出口溫度(C) （取50C）t2冷卻水進口溫度(C) （取25C）C冷卻介質(zhì)的比熱容J/(kgK)所以每小時所需要的冷卻是的質(zhì)量是：W= （3-14）=12.7kg/h冷卻水管所需的傳熱面積： （3-15）=3.5m2式中Q為每小時傳遞的熱量，上式中有計算。TM 模具的平均溫度TW 冷卻水的平均溫度系數(shù)，取0.6所以冷卻系統(tǒng)的總長度是：= （3-16）=111.5m冷卻水孔的數(shù)目的確定，由于模具尺寸限制，設水孔的長度為0.5米。在這里我們?nèi)?根。n 冷卻水孔的數(shù)目l 每根水孔的長度（m）L 冷卻水孔的總長度(m)3.5.3 冷卻回路的布置根據(jù)塑件形狀及所需冷卻溫度分布要求以及澆口位置等。設計出不同的冷卻回路。1. 型腔冷卻回路眾所周知，在成型過程中，型腔被溫度較高的熔融塑料填滿隨塑料冷卻，型腔內(nèi)快速升溫，故設置冷卻回路。根據(jù)塑件形狀分析，采用在型腔附近鉆冷卻水孔，如圖3-26所示。因型腔較淺，采用直通式冷卻水孔。 圖3-26 冷卻水孔2. 型芯冷卻回路 由于成型過程中，型芯總是被溫度很高的熔融塑料包圍著，因此，型芯材料的熱傳導問題就顯得非常關鍵。為了解決型芯的散熱問題，雖然可有使用熱傳導率較高的材料制造型芯（如鈹青銅材料）。如前所述，鈹青銅的導熱系數(shù)是鋼的1.83.3倍，但因鈹青銅的力學強度比鋼差，并且大量使用鈹青銅材料會使模具成本大幅度提高，所以絕大多數(shù)情況下，解決這一問題最好的辦法是在型芯中設置冷卻水道，利用冷卻水道中冷卻液的溫度和流速來控制型芯的問題，達到制品散熱的目的。對于本塑件尺寸較大，采用圖3-27所示的冷卻水道布置。值得注意的是，在制作這種冷卻水道時，型芯側面的水道封堵一定要平整，避免因出現(xiàn)側面凸凹而影響制品脫模。圖3-27 冷卻水孔布置3. 模具冷卻水道的水嘴（出、入水口）正確位置 模具安裝在注塑機之后，其冷卻水道的水嘴出入水口，不能正對著注塑機的拉桿，以免安裝困難。 冷卻水道的水嘴最好裝在注塑機的背后（即注塑機操作人員的另一側），以免影響操作。 對于自動成型的模具（如臥式）注塑機，其冷卻水道的水嘴最好不要設置在模具頂端，以免給機械操作者帶來不便（如拆、裝水管時，冷卻液容易流入型腔）。 避免將冷卻水道的水嘴安裝在模具底面，因為在自動成型時（臥式機），由于水管的限制，會影響制件與“料把”的脫落，形成“料堆”。4. 冷卻系統(tǒng)的零件 水嘴：主要用來連接冷卻通道的入口和出口，使冷卻水導入模具的冷卻系統(tǒng)，并使在模具中吸收了熱量的水離開模具。水嘴一般用黃銅材料制成，對于要求不高的模具可用一般結構鋼制成。 螺塞：主要用來構造水路，起截流的作用。要求高的模具要用黃銅材料的螺塞，要求不高的模具可用鋼材料。 密封圈：主要用來保證冷卻回路不泄露。 密封膠帶：主要用來使螺塞與冷卻通道、水嘴冷卻通道連接處不泄露。 軟管：主要作為連接并構造模外冷卻回路的作用，一般為橡膠材料做成。第4章 模體與支承連接零件4.1 模體結構設計模體即常說的模架，是注塑模的骨架和基體，模具的每有部分都寄生于其中，通過它將模具的每一部分有機的聯(lián)系在一起。標準模架一般包括定模底板、定模固定板、動模固定板、動模底板、動模墊板、墊塊、頂出固定板、頂出墊板、導柱、復位桿等 。根據(jù)塑件的外形尺寸及型腔壁厚，同時考慮模具制造周期，選用標準模架。通過查閱手冊得：根據(jù)要求本模具是的中小模具，故選用：模板：寬度400mm長度600mm厚度100mm底座：寬度600mm寬度450mm厚度35mm（動模定模都是）墊塊：寬度68mm厚度120mm推板：厚度30mm寬度260mm支承板、推件板、推桿固定板的厚度分別為：60mm、30mm、25mm。導柱直徑35mm導套直徑45mm復位桿直徑20mm六角螺釘直徑M 12內(nèi)六角螺釘直徑M 1217確定模架 如圖4-1所示。圖4-1 模架4.2 其他零件吊裝設計對于大、中形模具，為了方便模具在制造、裝配、裝模生產(chǎn)和儲運，通常在模具上開設一定尺寸的吊裝螺孔，以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進行吊裝設計，但有時根據(jù)需要，也可設計吊裝螺孔。吊裝螺孔通常在動模板、動模墊板、動模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、頂出板等上均需開設。一般螺孔位置在模具裝于注塑機上事，模板上下端面的中央。若在一個端面上需開設兩個螺孔，則在端面上沿中心對稱開設。另外，在尺寸較大且較沉的形芯/凸模、凹模等鑲塊上的適當位置也需開設吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強度足夠，并能使吊環(huán)的螺牙全部利用，即要保證螺孔有一定的深度。第5章 分模對模具進行必要的分模，本次設計過程中重要運用的軟件是CAD和UG，在分模的過程中我們就采用現(xiàn)在比較流行的軟件UG進行的，現(xiàn)把分模的部分過程記錄如下：分模過程和技巧根據(jù)UGNX4注塑模具設計師就業(yè)實戰(zhàn)精解2圖5-1 分模前的塑件圖5-2 分模的布局準備圖5-3 分模完成的凹模圖5-4 分模完成的凸模結 論本次設計主要對電腦鍵盤進行了模具設計，完成了鍵盤面板的整體設計和零部件的設計等，對模具設計的整個過程有了很明確的認識和深刻的理解。在設計過程中，首先對塑件的性能進行了分析，進而依據(jù)分析結果采取方案，選擇了合理的注塑機型號，并對方案的合理性進行了論證。然后是模具的主體設計，主要包括澆注系統(tǒng)、頂出機構、冷卻系統(tǒng)進行設計。合理布局了澆注系統(tǒng)中主、分流道，以及澆口的位置。對頂出機構的合理性進行了論證，保證了頂出機構能夠迅速高效的完成頂出動作；為了保證塑件的成型過程中的質(zhì)量，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，采取了冷卻水道。最后通過對機構設計的分析，來設計和選擇與之相適應的零部件，以完成最終的模具機構整體設計。查閱模具設計與加工速查手冊，選擇了符合模具注射要求的標準模架。在設計中，由于設計工作的要求，不斷翻閱了模具設計手冊、機械設計手冊、國標（GB）等工具書，保證了設計的完整性和科學性，使設計的產(chǎn)品可以在實際生產(chǎn)中實現(xiàn)產(chǎn)品化。參考文獻1 周永泰. 中國模具工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展.電加工與模具,2005. （247）.2 陳永濤，杜智敏. UGNX4注塑模具設計師就業(yè)實戰(zhàn)精解. 北京 ：清華大學出版社,2006.3 陳萬林.實用塑料注射模設計與制造 北京：機械工業(yè)出版社 .20004 杜智敏 .Pro/ENGINEER野火版塑料注射模具設計實例 北京：機械工業(yè)出版社. 2000.5 賈潤禮，程志遠. 實用注塑模設計手冊. 北京：中國輕工業(yè)出版社. 2000.6 塑料模具技術手冊編委會. 北京：機械工業(yè)出版社,1997.7 Hans-peter Heim specialized Molding Techniquse:Applications, Design,Materrials and Processing ,2001.8 劉昌祺.，塑料模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社. 19989 Avraam I.Isavev .Injection and Compression Molding Fundamentals. 1998110 范欽武 .模具加工技術從書. 化學工業(yè)出版社 ,2005.11 塑料模設計手冊編寫組. 塑料模設計手冊.第二版. 北京：機械工業(yè)出版社,1994.12 劉昌祺. 塑料模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社,1998.13 洪慎章. 快速成型技術是模具加工的創(chuàng)新. 機械制造. 2004，42（474）14 宋王恒. 塑料注塑模設計實用手冊. 北京：航空工業(yè)出版社,1994.15 楊永平，模具技術基礎 .化學工業(yè)出版社,2000.16 彭建生，模具設計與加工速查手冊 .機械工業(yè)出版社 ,2005.致 謝 本論文是在陳集老師的親切關懷和指導下完成的。陳集老師的學識、嚴謹求實的治學態(tài)度和樸素的生活作風，為我樹立了學習的榜樣，也將在我的人生道路上一直鼓勵著我前進。兩三個多月來陳老師在學習工作和生活上給予我無微不至的關懷和照顧，在此我對恩師表示最由衷的謝意！感謝制圖教研室的謝老師以及其他教研室的各位老師在這三個多月的時間里在學習上和工作上所給予我的無私指導和熱情幫助。感謝設計過程中給予我?guī)椭耐瑢W以及協(xié)同合作的同學！三個多月來，大家團結協(xié)作共同創(chuàng)造了輕松愉快的工作氣氛，這使我終身難忘。感謝我所有的朋友們，感謝你們帶給我的無盡歡樂以及在工作上對我的無私幫助。感謝我的父母，感謝他們對我始終如一的關懷和鼓勵。在此謹向他們表示衷心的感謝和深深的祝福！45