畢業(yè)論文設計-袁嘉倫

1、廣東工業(yè)大學華立學院本科畢業(yè)設計（論文）鍵盤下蓋的產(chǎn)品設計與模具設計系部機電與信息工程學部專業(yè)材料成型及控制工程班級10材料成型及控制工程1班學號12021001031學生姓名袁嘉倫指導老師肖金2014 年 5 月本論文為分析高端機械鍵盤下蓋的設計與塑料鍵盤下蓋注射模的設計及成型工藝 特點，通過pro/e及autocad軟件對機械鍵盤下蓋三維結(jié)構(gòu)設計及模具設計。并且介 紹鍵盤下蓋設計與成型的相關參數(shù)。主要介紹塑料鍵盤下蓋模具的結(jié)構(gòu)設計，包括澆注 系統(tǒng)的設計，推出機構(gòu)的設計，冷卻系統(tǒng)的設計，排氣系統(tǒng)的設計及制件成型缺陷和改 善方法。通過模具加工工藝技術(shù)來提高模具生產(chǎn)以及注塑成品質(zhì)量，通過此次畢業(yè)

2、設計, 對零件的工藝參數(shù)進行獨立的分析和解決工藝問題，提高對復雜程度的零件的工藝規(guī)程 的能力，完成注塑模具的設計開發(fā)以及解決開發(fā)，在本次設計過程中，遇到不少專業(yè)知 識上的難題，學會查閱資料解決問題是必備的途徑。本設計完全通過使用pro/e 4. 0和 autocad來完成鍵盤下蓋的結(jié)構(gòu)設計和模具設計，以及裝配圖和零件圖的2d圖檔生成。 從在校學習到在公司實踐，抽象的專業(yè)知識得到充分地實踐，積累了豐富的工作經(jīng)驗以 及專業(yè)技能，進一步完善專業(yè)知識領域的空缺。關鍵詞：結(jié)構(gòu)設計，注塑模，pro/eabstractthis paper is about features and forming proc

3、ess of the design, analysis of plastic keyboard high-end mechanical keyboard cover, lower cover injection mold. through pro/e and autocad software for mechanical keyboard cover structure design and die design. it introduces the cover design and keyboard the structural design of the main paper plasti

4、c keyboard cover mould, including the design of gating system, the design of ejecting mechanism, the cooling system design, design and molding defects and improving methods for exhaust system. improving the quality of product through processing technological of mould. as to the graduating design to

5、analyze and tackle the craft problems independently. improving the complex degree of parts ability of the directive rules and complete the design of mould and develop. learning how to look for data is necessary while i facing lots of difficulties in major acknowledge in the process of designing. thi

6、s design use pro/e 4.0 and autocad totally to complete the architecture design and mould design of the keyboard bottom and assembly drawing and part drawing. from study in school to practice in the company to makes the abstract major acknowledge transform into practicing. it accumulates abundant wor

7、king experiences and major skills to perfect the vacancy of major acknowledgekeywords: design of injection, mould, pro/e目錄1緒論11.1塑料工業(yè)發(fā)展情況及選題依據(jù)11.2我國國內(nèi)塑料模具工業(yè)今后的發(fā)展方向21.3注塑模具與注塑模具設計31.4注塑成型及注塑材料32產(chǎn)品設計52.1研究對象52.2產(chǎn)品分析52.3塑件原材料的分析72.4塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析73注塑模具設計參數(shù)93.1注塑材料選擇93.2材料的確定103.3塑件制件設計的工藝分析及其要求113.3.1尺寸和精度

8、：11332 形狀：113.3.3 壁厚： 113.3.4 斜度：123.3.5加強筋等防止變形的結(jié)構(gòu)設計：123.3.6支撐面：123.3.7 圓角：134注塑模具設計流程144注塑模人工設計流程分析：144.2模具設計環(huán)境與工具144.2.1 pro/engineer144.2.2 emx154.2.3 pro/e的注塑具設計的過程155模具結(jié)構(gòu)的設計165分型面的設計165.2分模165.3標準模架分類185.5模具結(jié)構(gòu)的初步確定196模具澆注系統(tǒng)設計206澆注系統(tǒng)主要由主流道、分流道、澆口及冷料穴四部分組成。206.1.1主流道：是從模具接觸注射機噴嘴起到分流道止的一段流道。206.1

9、.2分流道：指澆注系統(tǒng)中連接主流道與澆口的一段熔體通道。206.1.3冷料井：是設在主流道（或分流道）末端的一個空穴，以防止冷卻的樹脂流 入型腔。216.1.4澆口：澆口直接灌入行腔，并完成塑膠件的注射。216.1.5澆口的形狀選擇：226.1.6澆口的尺寸確定：226.2脫模機構(gòu)設計: 226.2.1直接頂出元件： 236.2.2復位元件： 247合模導向機構(gòu)設計258冷卻系統(tǒng)設計268.1冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計268.2模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：279存在問題與解決設想289.1本設計存在的問題289.2制品的質(zhì)量2810總結(jié)30參考文獻31致謝321.1塑料工業(yè)發(fā)展情況及選題依據(jù)我們fi常生活，生產(chǎn)

10、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、紐扣以及齊種家用電器的零部件，無不與模具有著密切的聯(lián)系 。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和擴大。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代替多個傳統(tǒng)金屬零件。工業(yè)產(chǎn)品 和日用品塑料的趨勢不斷上升。一個國家模具的生產(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，也影響著產(chǎn)品和經(jīng)濟效益的提 高。采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效益、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，成為多種成型工業(yè)中最有潛力

11、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。因此各行各業(yè)都在應用模具生產(chǎn)產(chǎn)品，大部分制造行業(yè)都高新聘請模具師 傅，也培養(yǎng)著新技術(shù)人員，模具行業(yè)的快速發(fā)展，孕育出了一批有一批模具制造人才， 也提供了不少就業(yè)崗位。模具制造是國家經(jīng)濟建設中的一項重要產(chǎn)業(yè)，我國的模具工業(yè)的振興和發(fā)展，口益 受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)成為廣犬業(yè)內(nèi)人士 的共識。在電了、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%80%的 零部件都要依靠模具實現(xiàn)成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致 性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他

12、加工制造方式所無可比擬的。模具也是“效益放大器”, 用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍，甚至上百倍。模具生產(chǎn) 技術(shù)水平的高低，已衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn) 品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。在國外發(fā)達國家的模具廠大體分為：獨立的模具廠或隸屬于一些大的集團公司的模 具廠，一般規(guī)模都不大，可是專業(yè)化程度高，技術(shù)水平高，生產(chǎn)效率極高。模具企業(yè)一 般不超過100人，基本是都是在50人以下。在人員結(jié)構(gòu)上，設計、質(zhì)量控制、營銷人 員超過30%,管理人員在5%以下。年人均產(chǎn)值卻超過100萬元人民幣，最高能達到200 多萬元人民幣。國外模具企業(yè)對人員素質(zhì)要求

13、一般比較高，技術(shù)人員一專多能，一般能 獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和 掌握很深，而國內(nèi)模具企業(yè)分工較細，明顯缺乏綜合素質(zhì)較高的人員。除外，國外模具 企業(yè)cad/cam/cae技術(shù)的應用較為廣泛，逆向工程、快速原型制造鑄造模具使用也 相對較多。我國塑料模具行業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，也得到了很人發(fā)展，模 具水平提升較大。在大型模具方面已能生產(chǎn)70英寸大屏幕彩電塑殼注射模具12kg大容 量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面， 已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具、照相機塑料件模具及塑封模具。在成型工藝方面，多材質(zhì)塑料

14、成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模 機構(gòu)的創(chuàng)新設計方面，同時也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用也逐漸成熟, 如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在5065英寸電視 機外殼以及一些厚壁零件的模具上通過氣輔技術(shù)實現(xiàn)注塑，一些廠家還使用c-mold 氣輔軟件，獲得了較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及 技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達25%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流 道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具 有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%,與

15、 國外的5080%相比，并距較大。在制造技術(shù)方面，cad/cam/cae技術(shù)的應用水平上 了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的cad/cam系統(tǒng), 如美國 eds 的 ugii、美國 parametric technology 公司的 pro/enginccr 美國 cv 公司的 cads5、英國deltacam公司的doct5> 口本hzs公司的crade、以色列公司的 cimatron>美國ac-tech公司的c-mold及澳人利亞moldflow公的mpa塑模分析軟 件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了 cad/

16、cam的集成，并能支持cae技術(shù)對成型過程(如充模和冷卻等)進行計算機模 擬，獲得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進并推動了我國模具cad/cam技術(shù)的發(fā)展。2 1.2我國國內(nèi)塑料模具工業(yè)今后的發(fā)展方向(1) 由丁塑料模具成形的制品日益人型化，復雜化和高精度的耍求，以及為達到 高生產(chǎn)率需求，發(fā)展的一模多腔非常有必要，重點提高大型，精密，復雜，長壽命模具 的設計水平及比例。(2) 在塑料模具設計制造小全面推廣cad/cam/cae技術(shù)。cad/cam技術(shù)已發(fā) 展成為了一項比較成熟的共性技術(shù)，隨著cad/cam軟件智能化程度的逐步提高，塑料 制作及模具的三維設計，以及成形過程的模擬分析，在我國模具工業(yè)中發(fā)

17、揮了越來越重 要的作用。（3）推廣應用熱流道技術(shù)，高壓注射成形技術(shù)和氣輔注射成形技術(shù)。（4）開發(fā)新的成形工藝和快速經(jīng)濟模具，以適應多品種，少批量的生產(chǎn)方式。（5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。為提高模具質(zhì)量和降低模具制造 成木，模具標準件的應用要大力推廣。（6）應用優(yōu)質(zhì)材料和先進的表面處理技術(shù)來提高模具壽命和質(zhì)量。（7）研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃 描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模cad/cam的關鍵技術(shù)之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價 的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。1-3注塑模具與注塑模具設計注射模具乂稱注塑模具，主要用于熱塑性塑料制品的成型。注塑

18、成型在塑料制品屮 占有很大比重，世界上塑料成型模具的產(chǎn)量已經(jīng)超過一半是注塑模具。由于注射模具的 生產(chǎn)制作并不是設計的最終目的，而是要用它制作出好的塑料制品。因此，模具的設計 不但要考慮到金屬的特性以及加工工藝，還需耍通過樹脂材料特性、注射成型工藝進行 考量。注射模具設計的內(nèi)容主要還包扌舌了市場調(diào)研，塑料的選擇，塑件建模及其設計的 工藝性分析，注塑機、注射模架及其零部件的選擇，并進行相關的參數(shù)計算與校核，以 及工程圖紙的繪制。在模具設計中cad/cae技術(shù)的應用，可大量縮短模具設計的時間 并使設計參數(shù)標準化。雖然如此，我們在正確地、高水平地使用注塑模具計算機輔助設 計的各種軟件的同吋，仍需要對模

19、具設計的原則和方法有深刻地了解，以使cad/cae 技術(shù)在模具的設計、生產(chǎn)、制造過程中發(fā)揮最大的作用。1.4注塑成型及注塑材料注射（注塑）成型：使熱塑性或熱固性模塑料先在加熱料筒屮均勻塑化，而后由柱 寒或移動螺桿推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。注射成型是一個復雜的過程， 其中包括充模、加壓、保壓、冷卻以及脫模等一系列連續(xù)的加工步驟。它基本適用于所 有的熱塑性塑料。近年來，注射成型也成功地用于成型個別熱固性塑料。注射成型的成 型周期短（兒秒到兒分鐘），成型制品質(zhì)量可由兒克到兒十千克，能一次成型得到外形 復朵、尺寸精確、帶有金展或非金屈嵌件的模塑品。因此，該方法適應性強，生產(chǎn)效率 高。注射成

20、型用的注射機分為柱塞式注射機和螺桿式注射機兩大類，由注射系統(tǒng)、鎖模 系統(tǒng)和塑模三大部分組成。本論文也是通過傳統(tǒng)的注射成型技術(shù)來生產(chǎn)出需要的產(chǎn)品。 在家用的電器的發(fā)展中，有各種優(yōu)界性能的塑料材料的應用起著十分重要的作用，塑料 具有質(zhì)輕，比強度高，不銹蝕，絕緣性好等優(yōu)點，而且原材料廣，成型方便，生產(chǎn)的效 率高，因此用塑料材料代替金屬，生產(chǎn)成本低，而且也適合于大批量生產(chǎn)。由于塑料加 工性好，同吋帶來了簡化和減少零部件的好處。根據(jù)塑料熱行為的不同，可將塑料分為 熱塑性塑料和熱固性塑料。（-）熱塑性塑料：熱塑性塑料在加熱到一定溫度時可軟化甚至熔融流動，冷卻后 用又固化為一定形狀，這個過程可反復進行。熱塑

21、性塑料小的合成樹脂一般為線型高分 子，成型時，在熱作用下主要發(fā)生物理狀態(tài)的變化，并且這種變化具有可逆性。熱塑性 塑料成型容易，成型效率高且經(jīng)濟性較好。常見的熱塑性材料有：聚乙烯（pe）、聚丙 烯（pp）、聚酰胺（pa）、聚甲醛（pom）、飽和聚酯（sp）等，以上均為結(jié)晶型塑料；聚 氯乙烯（pvc）、聚苯乙烯（ps）、聚碳酸酯（pc）、（丙烯疑/丁二烯/苯乙烯）共聚物（abs） 等，以上均為非結(jié)晶型塑料。除abs外，一般而言，非結(jié)晶型塑料是透明的。（二）熱固性塑料：熱固性塑料受熱時，其中的合成樹脂將發(fā)生化學變化，樹脂（或 稱聚合物）分子由線型或支鏈型結(jié)構(gòu)通過交聯(lián)反應變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，塑料也因此固化定

22、型。 固化后的熱固性塑料遇熱不再熔融，也不熔于有機溶劑，所以不能反復加工。常見的熱 i占i性塑料品種有：酚醛（pf）塑料、環(huán)氧（ep）塑料、腺醛塑料、氨基塑料等。注射成 型屮應用多的是熱塑性材料，熱固性材料則次z,且從經(jīng)濟、壞保角度岀發(fā)，本設計塑 件材料從熱塑性材料中選取。2產(chǎn)品設計2.1研究對象本論文的研究對象是帶內(nèi)側(cè)加強筋和內(nèi)側(cè)卡勾的機械鍵盤下蓋塑件（1）釆用美國ptc公司的軟件pro/engineer設計出該產(chǎn)品的3d圖，并導出2d 圖。（2）初步選定材料選用abs,收縮率為5/1000左右；分型面為鍵盤下蓋水平放置 時與上蓋接合處為分型面。（3）根據(jù)實際模型，結(jié)構(gòu)比較簡單，采用一模一穴

23、結(jié)構(gòu)。（4）由于本產(chǎn)品尺寸較大，所以采用與產(chǎn)品相應的冷卻回路進行冷卻。（5）模具劃分成動模部分和定模部分，接下來創(chuàng)建型腔、鑲件及側(cè)抽芯等零件， 然后使用pro/engineer軟件分析模塊的草圖和厚度檢測功能評估零件，看所設計出的 零件是否合格。（6）由模具的三維圖和二維圖進行工藝分析，確定好各個模具部件的尺寸，并制 訂零件加工工藝。（7）應用pro/engineer軟件，創(chuàng)建零件的3d模具圖形；應用autocad軟件， 繪制模具2d圖紙。2. 2產(chǎn)品分析本產(chǎn)品為達爾優(yōu)凌豹系列最新的高端機械鍵盤（如圖2.1）,此項目在公司實習指導 老師指導下完成。獲得此項口后，根據(jù)客戶的需求，要求與此前的機械

24、鍵盤公用物料， 減少研發(fā)成本，因此，機械軸使用國產(chǎn)軸，鍵帽采用公司內(nèi)部機械鍵盤專用鍵帽，內(nèi)部 電子pcba也采用公用材料，cable線也公用公司內(nèi)部，所以，此產(chǎn)品只需要新開兩套 模具，一套沖壓模具（上蓋為鋁合金材質(zhì)，能陽極氧化各種顏色，滿足所有其他外貿(mào)客 戶需求，如圖2.2）,另一套為注塑模具（下蓋為塑膠，使用注塑成型工藝完成，如圖2.3）。 注塑模將在下文屮重點論述。圖2. 1產(chǎn)品分析圖2. 2上蓋鋁合金五金件圖2. 3下蓋塑件2. 3塑件原材料的分析如圖23所示，此產(chǎn)品為鍵盤的下蓋。材料使用abs,這種材料是非結(jié)晶性材料中 的一種，吸濕性強，耍充分干燥，流動性中等，可以根據(jù)各個客戶需求而添

25、加各種色粉 來更改下蓋顏色，從而讓鍵盤下蓋不同色彩吸引客戶。此種材料適宜用高料溫、高模溫、 較高壓力注射。模具屮澆注系統(tǒng)對料阻力較小，應注意選擇澆口的位置和形式。abs具體參數(shù)如卜：密度（g/cn?）： 1.02-1.16熔點：130-160 °c吸水率：（0.20.4） %模具溫度（°c） 5080料筒溫度（°c） 150200噴嘴溫度（°c） 170-180（312. 4塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析此產(chǎn)品外表面需要曬紋及局部鏡面拋光，因此外表面不能有明顯的熔接痕，縮水， 銀紋（料花），氣紋印等問題。內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要加強筋來保證鍵盤的強度，鍵盤尺寸為 351x12

26、3x11mm,壁厚為2.0mm,部分區(qū)域需要避開電子元器件,同時需要制作卡扣, 固定pcba,從而使整個鍵盤穩(wěn)固。為了方便脫模，外觀面必須作拔模處理，本產(chǎn)品在id設計中已經(jīng)作了拔模處理， 因此，在模具設計時，必須將筋骨進行拔模處理，以免出模時粘模。（1）塑件脫模斜度：對abs塑料而言型芯：351。30'（取 1。5'）型腔：30,40，（取35，）（2）圓角：為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應力集中，改善充模特性，轉(zhuǎn)角處采用圓角過度。r（0.51mm）（取 0.5mm） 4（3）成型零件的尺寸由模具設計手冊表2-16查得abs的收縮率為q=0.4%0.7%,故平均收縮率為 scp=0.005

27、o根據(jù)塑件尺寸公差要求，及考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具的制造 公差取s z=a/3o具體成型零件尺寸由數(shù)控加工軟件的相關參數(shù)的設置保證。（4）主型芯脫模力計算：d/t=58>20屬于厚壁公式：fi=lfhp0式中，po制件對型芯單位面積的包緊力(n), 般取7.84x 106-1.176x 107pa； h成型部分深度(m);1包緊部分平均周長f摩擦系數(shù)查閱手冊1得：po=lo7 pa, fl.l,l=948x 10-3m, h= 15x10-3 m將數(shù)據(jù)代入公式得：fi=15.2kn總脫模阻力為：qe= qci+ fi =16530n=16.53kn(5) 、側(cè)型芯脫模力計算，公

28、式：qc 產(chǎn) 10f<ae(tftj)th式屮，qcl制件對型芯包緊脫模阻力(n)；t脫模系數(shù)a塑料的線脹系數(shù)(1/°c)e在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量(mpa)tf軟化溫度(°c)t j脫模頂出時的制品溫度(°c)t制件的厚度(nun)h型芯脫模方向的高度(mm)查閱手冊得：化二0.45,a=7. 8x10 5oc_1, e=1.2x103mp, tf=155°c,tj=55°c,t=2mm,h二 15.將數(shù)據(jù)代入公式得：qc產(chǎn)1263. 6n3注塑模具設計參數(shù)3.1注塑材料選擇材料的流動性、密度會影響零件表面的光潔度。功能設計是材料

29、選擇的重要依據(jù)， 材料選擇也要與模具設計，成型加工條件而確定的，而且述要考慮經(jīng)濟成本等問題。塑 料件材料選擇的依據(jù)包括結(jié)構(gòu)，尺寸精度，工作環(huán)境，制造工藝，安全因素，以及塑料 的特性等?，F(xiàn)有的商品級塑料品種繁多，初選吋耍選36種作為候選樣品以備進一步的 篩選，最后選取最佳材料進行模具設計。以下是兒種候選材料的性能和主要用途：（-）abs （丙烯精/丁二烯/苯乙烯共聚物）典型應用范圍：汽車（儀表板、工具 艙門、車輪蓋、反光盒鏡等），電冰箱，大強度工具（頭發(fā)烘干機、攪拌器、食品加工 機、割草機等）、電話機殼體，打字鍵盤等。注塑工藝及模具條件：干燥處理：具有吸 濕性，要求在注犁成型z前進行干燥處理，建

30、議干燥條件為8090°c下最少干燥2h,材 料溫度波動應保證小于0.1%；熔化溫度：210280°c,建議溫度：245°c；模具溫度： 2570°c （模具溫度將影響塑件光潔度，模具溫度較低則會導致成型制品的光潔度較低）; 注射壓力：50loompa；注射速度：中高速度；化學和物理性能：abs是由丙烯月青、丁 二烯和苯乙烯三種單體合成。每種單體都具有不同性能：丙烯臘有高強度、熱穩(wěn)定性及 化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。 從形態(tài)上看，abs是非結(jié)晶性材料。abs材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕 變性和優(yōu)異

31、的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。（二）ps （聚苯乙烯）：典型應用范圍：家庭用品（洗碗機、洗衣機等），電氣設備如控制器殼體、光纖連 接器，各種儀表外殼、骨架、儀表指示燈，燈罩，還可用作電風扇底電機罩，旋鈕等。 注塑工藝及模具條件：干燥處理：除非貯存不當，通常不需要干燥處理，如需要干燥， 建議干燥條件為80°c、23h；熔化溫度：180280°c,對于助燃型材料其上限為250°c； 模具溫度：4050°c；注射壓力：2060mpa；流道和澆口町以采用所有常規(guī)類型的澆 口；化學和物理性能：犬多數(shù)商業(yè)用的ps都是透明的，非結(jié)品材料。ps具有非常好的 兒何穩(wěn)定

32、性、熱穩(wěn)定性、光學透過特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵 抗水、稀釋的無機酸，但能夠被強氧化物如濃硫酸所腐蝕，并且會在一些有機溶劑屮發(fā) 生溶脹變形。典型的收縮率在0.4%0.7%。ps剛性和表面硬度大，尺寸穩(wěn)定性高，著 色性和表面裝飾性好，耐輻射，電性能優(yōu)異等特點。（三）san （苯乙烯-丙烯月青共聚物）典型應用范圍：電氣（插座、殼體等），日用商品（廚房器械，冰箱裝置，電視機 底座，卡帶盒等），家庭用品（餐具、食品刀具等），化裝品包裝、各種開關、按鈕等。 注塑工藝及模具條件：干燥處理：如果非貯存不當，它有一些吸濕性，建議干燥條件為 80°c. 24h；熔化溫度:20027

33、0c,如注塑成型厚壁制品,可釆用熔化溫度的下限; 模具溫度：4080°c,對于增強型材料，模具溫度不要超過60°c,必須設計均衡的冷卻 系統(tǒng)，因為模具溫度將丸接影響制品的外觀、收縮率和旳曲；注射壓力：35130mpa； 流道和澆口：所有常規(guī)類型的澆口都可以使用，澆口尺寸必須很恰當，以避免產(chǎn)生條紋、 糊斑和空隙；化學和物理性能：san是一種堅硬、透明的材料。苯乙烯使san堅碩、 透明并易于加工；丙烯膳使san具有化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。san具有很強的承受載 荷的能力、抗化學反應能力、抗熱變形特性和幾何穩(wěn)定性。san中加入玻璃纖維添加劑 可以增加強度和抗熱變形能力，減小熱膨脹系

34、數(shù)。san的收縮率約為0.3%0.7%。3. 2材料的確定對一個產(chǎn)品而言沒有一種材料是完全適用的，每一種材料都有各口的優(yōu)缺點。從本 組所選擇設計的鍵盤下蓋功能上分析，其主要是以實現(xiàn)支撐上部零件及保證較好的外觀 為主，所承受的沖擊力不大，但仍需具備較好的強度和絕緣性。根據(jù)上述幾種候選材料 的性能、用途比較后，初步選定abs（丙烯睹/丁二烯/苯乙烯共聚物）作為本組設計塑件 的材料。而其他的出選材料則留作備用，以防在后續(xù)的開發(fā)階段（例如，在制造樣品或 生產(chǎn)環(huán)節(jié)）出現(xiàn)意外。abs（丙烯月青/丁二烯/苯乙烯共聚物）具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性 和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。并ii提供

35、很好的顏色、結(jié)構(gòu)等方面的選擇。 abs （丙烯臘/丁二烯/苯乙烯共聚物）主耍具有以下特性：1 流動性良好，成型溫度范 圍寬；2.具有良好的透明性；3.優(yōu)良的電氣性能；4.脆性較大。從我們的鍵盤下蓋塑件的功能角度出發(fā)，由于其強度要求較高，并需要較高要求的 外觀面，故選用abs比較適合。其主要性能參數(shù)：密度：1.031.07g/cm ；抗拉強度:4.7x9.8xlopa；斷裂伸長率：3%；彎曲彈性模量：357x9.8x10 pa；熱線膨脹系數(shù):8xl0°c ；熱變形溫度：77°c；模塑收縮率：0.40.6%；極限使用溫度:低限40°c、高限:100°c；3.

36、 3塑件制件設計的工藝分析及其要求3.3. 1尺寸和精度：1尺、x這里的尺寸是指塑料制件的總體尺寸大小。由于受塑料流動性的影響，對流動性差的塑料或薄壁制件，在注射或壓住成型時塑 件的尺寸不能太大，以免塑料容體充不滿模具型腔或使產(chǎn)生的熔接痕強度過差，從而使 塑件不能正常成型或?qū)λ芗耐庥^和強度產(chǎn)生影響。此外，塑件尺寸還受現(xiàn)有的成型設 備規(guī)格，參數(shù)等的影響。從木組的塑件總體尺寸分析得知，塑件的尺寸比較合理，尺寸 并不大，可以避免塑料容體模具型腔充填不滿或使塑件不能止常注塑成型。2 尺寸精度：影響模塑精度的因素：模具制造的精度，塑料收縮率的波動，模具磨損，模制時工 藝條件。塑料制件尺寸公差：塑件圖上

37、無公差要求的默認均為8級精度。根據(jù)塑件精度 等級的選用(sj1372-78)：abs：高精度3； 般精度4；低精度5。選擇塑件的等級為：5級精度。而塑件的各尺寸的公差可從的塑料制品公差數(shù)值表屮查得，其屮<3mm的尺寸，公 差為0.16mm； >36mm 的取為0.18mm； >610的取為0.20mm； >1014mm 的取為 0.22mm； >1418 取 0.24mm； >1824mm 取 0.28mm； >2430mm 取 0.32mm 塑件最終 的所有尺寸見塑件的設計圖。3.3.2形狀：塑件的兒何形狀除應滿足使用要求外，還應盡可能使其所對應的模

38、具結(jié)構(gòu)簡單，便 于加工。3.3.3壁厚：塑件的樂厚應根據(jù)塑件的使用要求，如強度，剛度，尺寸大小，電氣性能及裝配耍 求等確定，塑件壁厚一般在14mm范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)產(chǎn)品壁厚將決定材料的流動性能和制件模量。由于我們所選的材料是abs,根據(jù)注塑成型技術(shù)有：abs制品的最小壁厚及常用壁厚推薦值，如表3.1所示：表3.1 abs制品的最小厚度及常用厚度推薦值塑料材料最小壁厚小型塑件推薦壁厚中性塑件推薦壁厚大型塑件推薦壁厚abs0.71.02.22.8 3.8綜合考慮以上各種因索，及本產(chǎn)品所設計的塑件的性能和功能要求，初步確定塑件的壁 厚為：2.02.5mm。3.3.4斜度：在塑件的內(nèi)外表而，沿脫模方向應設計

39、足夠的脫模斜度。根據(jù)塑料模具設計塑 件脫模斜度,查得abs：型腔:351。30；型芯:30m09故確定本塑件的脫模斜度為: 外表面:1°5z；內(nèi)表面:35g3. 3. 5加強筋等防止變形的結(jié)構(gòu)設計：1加強筋：提高塑件的強度和剛度，不能僅僅采用增大壁厚的方法，而常采用改變 塑件的結(jié)構(gòu)，增設加強的方法來滿足其強度，剛度的耍求。采用增設加強筋的方法，冇 時還能降低物料的充模阻力。設計者不僅要考慮筋的結(jié)構(gòu)性能，還要考慮諸如排氣、脫 模等加工問題。加強筋通常是楔形的（即冇一斜角），以減小脫模力并使制件在頂出吋 迅速脫模。筋基（筋和側(cè)壁相交的地方）通常有一半徑或圓角，以減小局部應力集屮的 可能性

40、，并使比后的改變更加平緩。加強肋基部的原叫也可改善充模特征，它還是收縮、 冷卻英里緩沖器。筋的最小實際寬度受充模因素的限制，而英最大寬度卻受生產(chǎn)制件所 用材料的收縮特征、對制件的包裝方便性和模制件的平滑、外觀要求等因素制約。根據(jù)筋尺寸的一般標準，確定塑件的筋尺寸：制件壁厚：h =11.5mm；每邊的斜 角（0）： 0.5°；筋高（l）： <5h,（典型：2.53.5h）,取l=4.0mm；筋間距（中心部位）: >0.250.40h,取 5.0mm；筋的厚度（t）： 0.40.8h ,取 t=0.8h。2.加強結(jié)構(gòu)：除采用加強筋外，為避免制品變形翹曲，薄殼狀的制件可做成球面

41、或拱曲面。而木 論文所設計的塑件正是采用了此類加強結(jié)構(gòu)。3.3.6支撐面：當塑件需有一個支承面時，不能用整個底平面作為支承面，因為稍許底翹曲或變形 就會使整個底面不平。設計塑件時通常采用凸邊或幾個凸起的支腳作為支承面。當塑件 底部有加強筋時，支承面的高度應略高于加強筋。本設計采用腳架及腳墊作為整個鍵盤 下蓋支持，腳架可以活動的，在不使用腳架時，下蓋含有凸起塑件邊作為支持，保證整 個鍵盤的平整度。3.3.7圓角：塑件底面與面z間一般應采用圓弧過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應力集屮 提高塑件強度，而口可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。塑件轉(zhuǎn)角處 的圓角一般都會對應丁模具上增加圓角

42、，不僅便于模具的加工制造以及提高模具的強 度，而且還能避免模具在淬火或使用時應力裂開。塑件轉(zhuǎn)角處的圓角半徑通常不要小于0.51mm,在不影響塑件使用的前提下應盡 量取大些，綜合考慮以上的的各種因素后，定本組所設計的塑件的圓角半徑為0.5mm或 1mm。4注塑模具設計流程4.1注塑模人工設計流程分析:圖4.1注射模人工設計基木流程圖手工模具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，問題更加突出。4. 2模具設計環(huán)境與工具4. 2. 1 pro/engineer本塑料模具的

43、設計主要在pro/engineer 4.0系統(tǒng)中完成。本設計是利用pro/e 4.0屮 moldesign這一套專門用于模具設計的工具進行輔助設計的。pro/enginccr 4.0 （以下 簡稱pro/e 4.0）是ptc公司基于單一數(shù)據(jù)庫，參數(shù)化，特征，全相關及工程數(shù)據(jù)再利 用等概念基礎上開發(fā)出的一個功能強大的cad/cae/cam軟件，它能將產(chǎn)品從設計到 生產(chǎn)加工的過程集成在一起，讓所有用戶同時進行統(tǒng)一產(chǎn)品的設計與制造工作。這套工 具可快速地規(guī)劃產(chǎn)品的分模面、完成模具體積塊的分割。再搭配moldbase和emx,使 模座的設計能快速、有效地完成。moldbasc是ptc產(chǎn)品家族屮的一員，

44、提供了 dme、 futabe及hasco三大廠牌的標準模座的裝配，省下建立模座零件的時間。emx是 pro/e 4.0系統(tǒng)中的一個外掛程序，專門用來建立標準模座零件、滑塊及斜銷等其他附件, 并能口動生成2d工程圖和bom圖。為使獨立進行設計的方便，木次注塑模具的設計， 主要是在單機版pro/e 4.0中進行，并同時搭配其外掛模塊moldbase和emx,以保證模 具設計的標準性和完整性。4. 2. 2 emxpro/engineer emx中的模具設計功能：1.輕松設計、定制和細化模架部件和組件；2口動完成諸如余隙切口、螺紋孔、組件安裝、頂桿修飾等工作；3由于組件和部件可以被自動放置在模架屮

45、，所以在自動放置之前，設計人員可以 輕松地實時選擇和預覽3d組件和部件；4. 可以從15個以上的模架和組件供應商預先定制組件和部件，i大i此沒有必要建立模 型庫；5. 口動創(chuàng)建部件和組件圖形，其中包括帶有鬪圈標注和孔類圖表的物料清單；6. 自動檢驗整個模具的開啟順序，其屮包括滑塊、提鉤和頂桿等的動作在模具設計 過程屮述運用了 2d繪圖軟件autocado由于autocad的2d繪圖功能比pro/e 4.0的 容易編輯，故其主要用于對在pro/e 4.0完成的設計的工程圖上進行細節(jié)的修改。4. 2.3 pro/e的注塑具設計的過程針對木模具設計的開發(fā)環(huán)境而言，基于pro/e 4.0的注塑具設計的

46、過程如2（1）設置系統(tǒng)單位為mm,建立塑件的3d實體；（2）在pro/e 4.0中直接導入塑件并設定其位置、建立工件、設置材料收縮率；（3）設計澆注系統(tǒng)以及水流道的位置；（4）建立模具分型面；（5）利用分型面對模仁分割及其實體抽取；（6）模擬注模，生成帶澆注系統(tǒng)的塑件；（7）在emx環(huán)境下導入在pro/e 4.0建成的型腔件；（8）選擇建立標準模座以及其部分基本零部件；（9）根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)設計，制作其它零部件如頂針、滑塊、螺絲等；（10）使用autocad對pro/e 4.0的emx 口動生成的工程圖進行細節(jié)修改。5模具結(jié)構(gòu)的設計5.1分型面的設計分模過程就是做出一個平面，然后用此面將模仁分割

47、為型芯和型腔兩部分，但分型 面要讓pro/e識別出來，首先要把面上開放的孔和槽使用填充命令將其覆蓋起來，那些 需要覆蓋的孔和槽就是需要修補的地方，因此修補零件是分模以前需要完成的首要工 作。修補包括對實體修補和以及片體修補。在實際操作中，注意總結(jié)經(jīng)驗，靈活地運用 各種方法和技巧，才能更好更快地完成設計工作。在不斷學習軟件和嘗試各種修補方法 的過程屮，經(jīng)過許多次失敗和經(jīng)驗的累積，做出了一個成功分模的方案。如圖5所示:圖5.1分型而5. 2分模根據(jù)前面的構(gòu)思，以與上蓋連接面為分型面創(chuàng)建出型芯和型腔，如圖5.2所示:圖52型芯和型腔由于產(chǎn)品有比較多的加強筋，所以在后面必須做拔模斜度，以免在脫模時造成

48、拉 ?；蝽敯赚F(xiàn)象，并且產(chǎn)品含有卡勾，不能強行脫模造成卡勾斷裂，因此，必須制作斜頂 機構(gòu)（如圖5.3所示），主耍制作3個斜頂，實現(xiàn)產(chǎn)品下蓋塑件與pcba的定位，斜頂 機構(gòu)在后模位置如圖5.4所示。圖5. 3斜頂機構(gòu)部分圖5. 4 斜頂在后模位置5.3標準模架分類按進料口（澆口）的形式模架分為人水口模架和小水口模架兩人類，香港地區(qū)將澆 口稱為水口，大水口模架指釆用除點澆口外的其他澆口形式的模具（二板式模具）所選 用的模架，小水口模架指進料口采用點澆口模具（三板式）所選用的模架。大水口模架 共有a、b、c、d四種型式；小水口共有da、db、dc、dd、ea、eb、ec、ed八 種型式，其中以b字母開

49、頭的四種型號適用于自動脫模澆口模具的模架。5.4選擇模架從前面的分析確定采用直澆口，所以選擇futaba公司提供的細水口標準模架庫。模 架的尺寸型號根據(jù)模仁的長寬來確定。模仁長430mm,寬200mm, 一模一腔的布局， 根據(jù)前面選擇模仁時提到的經(jīng)驗值數(shù)據(jù)，模仁長方向上一邊加60mm的長度則總長為 490mm,模仁寬方向上由于需要設計抽芯機構(gòu)所以一邊加80mm的長度則總長為360mm 因此選擇尺寸型號為2750的模架。由于澆口構(gòu)思設計能與下蓋共同脫模的結(jié)構(gòu)，又為 了配合注塑機使用大多數(shù)采用工字模，所以模架的型式釆用sa型（如圖5.5）。根據(jù)經(jīng)驗 數(shù)據(jù)選擇a板厚度為70mm, b板厚度為80mm

50、。其他設計尺寸按標準即可。圖5. 5模架設置圖5. 5模具結(jié)構(gòu)的初步確定由于考慮到模具的成木和市場需求量，該產(chǎn)品應小批量生產(chǎn)，模具采用一模一腔兩 板式結(jié)構(gòu)，直澆口澆注系統(tǒng)。根據(jù)塑料模具設計附錄所提供的模架圖，擬選模架型 號為：sa2750o澆口形式釆用直澆口，注塑件如圖5.6所示：圖5. 6 注冊件6模具澆注系統(tǒng)設計6.1澆注系統(tǒng)主要由主流道、分流道、澆口及冷料穴四部分組成。設計時須遵循如下原則:1型腔布置和澆口開設部位要求便于充模，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；2. 型腔和澆口要盡可能地減少模具外形尺寸；3. 系統(tǒng)流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太犬則塑料耗 費大）;

51、4. 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量；5. 澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形，澆口的痕跡不 應影響塑件的外觀。6.1.1主流道：是從模具接觸注射機噴嘴起到分流道止的一段流道。根據(jù)注塑模具設計要點與圖要一般采用的主流道尺寸查得：abs材料，小型制 品（注塑量80g以下），d為2.5mm, d為4mm （注塑量指注塑機一次的注塑量，d為 主流道入口直徑，d為主流道出口直徑）。主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，而ii主流道貫穿幾塊模板，所 以采用主流道襯套，以避免在模板間的拼縫處溢料，主流道凝料無法脫出。所以本設計 將主流道單獨設計成主

52、流道與塑件內(nèi)，釆用后加工去除澆口，因此直接使用直澆口澆注 系統(tǒng)。澆口套進料口直徑：d=d+（0.51） mm=3+0.5=3.5mm球面凹坑半徑：r=r+（0.5 1） mm=10+0.5=10.5mm （其中：d注塑機噴嘴口直徑，r注塑機噴嘴球頭半徑）;主流道大端直徑應比分流道深度大1.5mni以上，其錐角取2。主流道具體尺寸由 所設計的冷料井決定。為補償在注塑機噴嘴沖擊力作用下主流道襯套變形，可以將它的長度設計得比上模 板厚度短0.02mmo根據(jù)經(jīng)驗推薦，澆口套與定模板的配合配合采用h7/m6。6.1.2分流道：指澆注系統(tǒng)中連接主流道與澆口的一段熔體通道。1. 分流道的形狀：分流道截面形狀

53、可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和u形。圓形 和正方形截面流道的比表面積最?。鞯辣砻娣e與體積z比稱為比表面積），塑料熔體 的溫度下降少，阻力亦小，流道的效率最高；但加工較困難，而且正方形截面不易脫模, 所以在實際生產(chǎn)屮較常用的截面形狀為梯形、半圓形及u形?？紤]在pro/e |«流道繪圖 的簡便性，本設計屮一腔一模注塑，不需要分流道。6.1.3冷料井：是設在主流道（或分流道）末端的一個空穴，以防止冷卻的樹脂流入型 腔。在木設計中，為簡化設計，選取冷料井底部帶推料桿的冷料井，并把冷料井設為棱 邊斜度為2度，且比分流道深度大8mm的圓錐頭形，其冷料推桿|古|定在推出板上，分 模時該曲面起拉

54、料作用，然后再由推桿強行推出。其具體形狀見帶澆注系統(tǒng)的注塑件圖 /j i o圖6. 1冷料井6. 1.4澆口：澆口直接灌入行腔，并完成塑膠件的注射。1. 澆口的作用：（1）使熔融塑料在進入模腔時產(chǎn)生加速度，以達到迅速充模的目的；（2）充模及補縮作用完成后，澆口首先冷凝，封閉型腔，防止型腔屮熔料倒流， 避免因此造成塑件上出現(xiàn)縮孔和凹陷;（3）便于澆注系統(tǒng)凝料與塑件分離；（4）使通過的熔料受到較強的減切作用而升高溫度，提高流動性及充模性。2. 澆口的尺寸、形狀及開設位置：澆口的數(shù)量及位置布置的一般原則：（1）考慮熔融樹脂的填充性。一般澆口設于制品的屮央附近或小心線附近，并且 應盡量設置在制品的厚壁

55、部位；（2）澆口的直面應避開小-直徑的型芯、預埋嵌件，避免因較高的壓力造成小宜徑型芯、預埋嵌件彎曲或變形。（3）澆口不應設在影響制品外觀的部位，避免影響產(chǎn)品的商品價值。（4）澆口應設在便于進行澆口修整的部位。（5）澆口應設置在不易產(chǎn)生熔接痕、氣體容易排除的部位；（6）因澆口附近易殘留應力而變脆，所以澆口應避免設置在受外力的部位及要求 強度的部位；（7）應盡量減少因澆口數(shù)量或澆口位置造成的制品變形。根據(jù)注塑模具設計要點與圖要樹脂的流動比有：abs注塑壓力為90mpa吋，流動比（l/t）為260300 （流動比指熔融樹脂的流動長 度l與制品的壁厚tz比）本設計根據(jù)以上原則來選擇澆口的位置。由于設計

56、屮塑件的質(zhì)量、體積都比較小， 故對應每個塑件只需一個澆口即可。同時我們可通過moldflow軟件或pro/e屮的 plasticadvisor進彳亍澆口位置的分析。6.1.5澆口的形狀選擇：常見的澆口形式有：邊緣澆口（乂名標準澆口、側(cè)澆口）、扇形澆口、平縫澆口、 圓環(huán)澆口、輪輻澆口、爪形澆口、點澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直澆口。直澆口設 于產(chǎn)品的前端面，其截面形狀一般為圓型，這種澆口的優(yōu)點是：加工容易；容易保證澆 口的加工精度；缺點是：澆口較大并ii修正處理較困難；必須成型后立即去除澆口。本 設計選取直澆口。6. 1.6澆口的尺寸確定：澆口尺寸主要為澆口長度尺寸，澆口長度約為35.5mmo本

57、設計選取4mmo對成型零件除要求其尺寸準確外，述要求其具有足夠的強度、剛度和表面粗糙度， 成型零件表面通常需竟熱處理提高偵度。制造成型零件所選用的材料應具有較好的耐腐 蝕性。在pro/e環(huán)境中輸入收縮率計算公式:1+s（s為收縮率），然后利用分型面，通過 計算機短暫時間的計算，即可把工件分成上、下型腔件過extract命令，把它們抽取成 實體。6. 2脫模機構(gòu)設計：在注射成型過程中，當塑件固化到一定程度時就應該有模具中取出塑件，由于成型 收縮等原因，塑件往往包在型芯上或者陷在模腔內(nèi)等，不能自動地掉出模具，必須設計 推頂脫模裝置，而要使下次注塑時推頂裝置乂冋復原位就要設計復位裝置。而且目前口 動化技術(shù)逐漸成熟，大型注塑機一般機構(gòu)h動手臂，通過調(diào)節(jié)自動手臂將頂出的塑件直 接從注塑成型后的模具中拿出。典型的脫模及復位機構(gòu)包括推頂板、導柱、導套、真接頂出零件（如頂桿）和復位 元件等，在開模時利用機床曲柄機構(gòu)的運動或頂桿運動，或者外來動力源如液壓缸、馬 達等的作用將塑件頂出。而推頂板的作用主要是固定頂出元件與復位，以及保證動力作 用在塑件上，將其推動脫模；導柱、導套的作用是使頂岀過程平穩(wěn)、準確，并使頂出元 件