雙色鍵盤按鈕產品設計及模具設計

雙色鍵盤按鈕產品設計及模具設計

雙色鍵盤按鈕產品設計及模具設計雙色鍵盤按鈕產品設計及模具設計設計總說明本塑件要求產品要精細美觀，雙色注塑。零件的外形設計多為簡單曲面。本設計采用CATIA三維建模軟件進行特征建模。再通過CAD將三維建模轉化為二維模圖。利用軟件，為模具設計及制造提供了可靠的依據(jù)，縮短了新產品的開發(fā)周期，提高生產率，節(jié)約生產成本。本設計是雙色鍵盤按鈕的注塑模具，選用了ABS作為塑件的材料，能夠滿足其按鍵的使用性能及注塑模具的成型特點。塑件外觀要求比較高，結構簡單，為了成型此塑件，本模具運用了斜頂抽芯機構、延遲二次抽芯機構以及跳板機構。為了達到順利雙色注塑的目的，本模具設計了兩套模具，分為先打和后打的次序進行注塑。后模完全相同，先打后打分別是三板模和兩板模。成型零部件以及一些輔助零件的形狀尺寸都是經過嚴格的計算校核設計出來，或直接選用國家標準件。本模具的設計的原則是，在實現(xiàn)同等性能的前提下，盡可能的簡化模具結構，降低加工難度，減少設計和制造成本。關鍵詞：CAITA，CAD，注塑，鍵盤按鈕，雙色模具緒論1.1模具與注塑模具模具指一種具有特定形狀的工具，用于成型對應形狀尺寸的制品。在加工工業(yè)中，模具被廣泛地使用于各種冷加工、熱加工。常用的模具種類有沖壓模具、鑄造模具、注塑模具等，它們被用于各種不同材料的加工。我認為，模具和加工工業(yè)的關系就像是共生生物，它們是共同進步，共同進化的。模具由零部件組成，精密的模具需要精密零部件，而精密零部件則需要更為精密的模具來制造。所以在人類技術經驗漸漸提高的推動下，模具會變得越來越精密，零部件也會跟著變得更加精密，就可以制造出更為精密的模具。這就是模具和加工工業(yè)的進化正反饋循環(huán)。這個循環(huán)最重要的，就是工程師們的技術輸入，就像是任何一個生態(tài)循環(huán)都需要有外部的能量輸入一樣，只有把技術和經驗的進步化為動力輸入這個循環(huán)才能讓進化循環(huán)得以運轉。所以國家想要工業(yè)進步，就必須培養(yǎng)高素質高技術的模具工程人才。我國的工業(yè)是落后的。雖然通過進口外國高新技術模具已經讓我們的進化循環(huán)少走了很多彎路，但真正處于技術先端的產品外國是不允許售賣的，這里就只能靠我們自己去努力追趕。本次設計采用的模具是注塑模具。對于塑料制品工業(yè)來說，注塑是最普遍、最有效率的制造方式。而注塑模具的生產和銷售在總體模具中占了四成，由此可見注塑模具在模具工業(yè)中也是最為重要的。注塑模具的發(fā)展前景包括高精度型腔、高注射壓力、高精度控溫等，總之來講就是對注塑產品更高質量的追求。1.2雙色注塑模具隨著注塑模具技術的進步，雙色、多色注塑技術漸漸被人們重視。相比單色注塑生產兩件產品后再進行拼接或者進行顏色噴涂，雙色注塑模具有壓倒性的效率優(yōu)勢。另外，雙色模具的產品結構會更為簡單、美觀，且異色材料間的混合也會更為自然而牢固。但隨之而來的模具設計的難度激增。在雙色注塑中一般后打都會使用前打的部分來作為成型的一部分，而材料間的混合會導致各種缺陷，如混色、熔接縫和氣泡等，這些缺陷要通過改變設計來解決，所以一般雙色模的制造周期會比單色模長的多。一般雙色模的形式有兩種，一種是把雙色注塑放在一套模具的兩邊的連體式，另一種是分為兩套模具，后模相同，前模不同的分體式，本次采用的就是這種，也是最常用的一種。分體式的特點是相對結構簡單，且對注塑機要求不高。但相對的，分體式需要用到兩套模具才能完成，生產效率較連體式低，且占用空間大，使用材料多。雙色注塑模具的發(fā)展前景在于如何模具結構的簡潔化、高效化、自動化，提高產品的尺寸精度、表面精度，改善產品材料性能，以及優(yōu)化雙色材料間的融合連接效果。1.3雙色注塑產品雙色注塑模具的技術逐漸成熟，越來越多的雙色注塑產品走進人們的生活。包括鍵盤按鈕、打火機殼、玩具、電線外包圈、裝飾螺釘、多色燈罩、扳手、手表帶、手機支架、塑料杯、眼鏡框、水管、杯蓋、各式手柄、鼠標、耳機套、汽車車燈、各式塑料絕緣接頭，涵蓋生活用品、辦公用品、汽車配件、電子產品、導光裝飾品等各個領域。雙色注塑模具技術日新月異，我預想在未來將會有更多種類的產品使用雙色注塑模具制造，并且產品結構會更為精巧，又或更為復雜，尺寸上下限寬度更大，質量和性能也更為優(yōu)秀。作為新一代設計工程師我們也需要加倍努力，才能更好更快推動國家工業(yè)前進，造福人類。2產品設計2.1產品設計所用的軟件CATIA是ComputerAidedThree-dimensionalInteractiveApplication的縮寫，這是一個交互式計算機輔助設計與計算機輔助制造系統(tǒng)，由法國達索公司開發(fā)。它是一個通過建模來設計產品的電腦軟件工具，它可以為項目前階段、具體的設計到使用維護在內的全部工業(yè)設計提供支持。CATIA有著線框和曲面設計、零件設計、裝配設計、模具設計、模仁加工設計、運動分析和模擬等多種功能，它在模具設計方面功能特別強大。企業(yè)工廠還能夠利用產品設計知識和參數(shù)設置功能，設計出屬于自己的一套模具標準，以大大縮短開發(fā)周期。AutoCAD由美國Autodesk公司開發(fā)，是一種通用CAD軟件。AutoCAD是一個功能十分強大的交互式計算機輔助設計與計算機輔助制造系統(tǒng)，也是世界上最流行的CAD軟件，被廣泛應用于各種機械、電子、建筑的二維三維設計。2.2產品造型什么是產品設計？產品設計是一個創(chuàng)造性的綜合信息再處理過程。萬事開頭難，產品設計階段是一個產品設計生產最為重要的階段。在這個階段，產品的布局、外觀、結構和功能都會被決定下來，這將直接影響后面生產階段的設計。雖然會有在生產階段設計時反饋信息要求修改產品的情況，但大部分情況修改后產品都不會初始設計產品相差甚遠。但如果出現(xiàn)了設計嚴重違反生產實際情況的場合，這一產品計劃有可能會直接搞廢。所以好的產品設計不可或缺。優(yōu)秀的產品設計，可以在保證產品正常使用的前提下，節(jié)省設計時間、材料，提高生產效率，直接為企業(yè)帶來更多經濟收益。本次產品的設計是在指導老師的指導下完成的，主要設計思路為先保證使用性能，然后再漸漸改良，如減少產品薄壁，增加加強肋等提高產品性能的改良設計。在過去，鍵盤按鈕都是采用單個制造后，進行噴漆上色。這種制造方式雖然簡單，但是生產效率低，需要另外設置噴漆步驟，最重要的是鍵盤按鈕在長時間使用后會掉漆，嚴重影響使用甚至報廢，使用壽命短。而隨著雙色注塑技術的發(fā)展，雙色注塑鍵盤按鈕漸漸成為了主流。這種按鈕無需噴漆，生產效率高；使用壽命是噴漆式的好幾倍，絕對不會發(fā)生掉漆的現(xiàn)象；還能設計出鍵盤不透光，文字是透光材料的特色鍵盤，在背光作用下會非常美觀。圖2.1產品外觀3D圖圖2.2產品三視圖2.3塑件的尺寸精度2.3.1尺寸精度的選擇設計一件塑件，首先要選擇合適的尺寸精度等級。選取塑件精度等級時，要具體塑件具體分析，裝配情況和使用情況來確定尺寸公差。查精度等級選用表，材料ABS的常用高精度為2級，一般精度為3級。這兩個精度等級對注塑模具來說都是容易達到的水平，故可以采用。查塑件尺寸公差表，在產品公稱尺寸在范圍10~30mm內，MT2B級的公差數(shù)值為0.26~0.30mm，MT3B級的公差數(shù)值為0.36~0.40mm。2.3.2尺寸精度的組成及影響因素（1）制品誤差構成δ=δs+δz+δc+δa+δj（2.1）解釋：制品誤差由收縮率波動引起的誤差，模具成型部件的制造誤差、安裝誤差和配合間隙變化引起的誤差所構成。（2）影響尺寸精度的因素1）影響小尺寸塑件尺寸精度的主要因素是模具制造誤差。2）影響大尺寸塑件尺寸精度的主要因素是收縮率波動。3）塑料材料、成型工藝、成型后時效及模具直接原因都是影響尺寸精度的因素。（3）尺寸精度的經驗誤差值為了統(tǒng)一管理誤差，制品會確定一個誤差值Δ來代替誤差。其中Δ≥δ一般使用計算都會采用Δ來進行查表校核。圖2.3塑件平面尺寸圖2.4塑件的表面質量按鈕表面需要保證按鍵要有一定的粗糙感，外沿表面只需保證平滑，雙色交合面和內部表面都沒有特別要求。因此該塑件要求后模和斜頂成型部分簡單拋光，而對后打前模型腔需要進行一定表面處理。2.5制品材料選擇ABS，全稱丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合體，由三種化學單體聚合而成。所以ABS具有三種成分的綜合性能，丁二烯為ABS提供彈性、良好的沖擊強度和耐寒性，丙烯為ABS提供強度、硬度、耐化學性、耐油性及耐熱性，苯乙烯則為ABS提供光澤、良好的成型加工性能和優(yōu)良的介電性能。通過調控丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的含量比例可以由使用需要來改良ABS。ABS密度為1.02~1.08，收縮率為0.4~0.9%，屬于非結晶高分子材料。流動性為中等，具有吸濕性。ABS應用范圍：可作為家用電器和家用電子設備上的零部件，如電冰箱、洗衣機、電視機、錄音機、電話及電風扇等的殼體、內襯和部件；機械工業(yè)上用于制造齒輪、泵葉輪、軸承、儀表板、工具艙門、車輪蓋及鉸鏈等；還可用于制作玩具、包裝容器、家具、安全帽、電話機殼體及打字機鍵盤等。注塑模工藝條件：ABS有吸濕性，加工之前必須要進行干燥處理。注射壓力一般為120-140MPa溢料間隙為0.04mm模具溫度：50~60℃（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導致光潔度較低料溫要求較高：160~220℃脫模角度一般取2°2.6注射工藝選擇2.6.1工藝難點分析鍵盤按鈕為外觀件，要求零件表面平整光滑，無裂紋、皺折等缺陷。零件的內部較為復雜，尺寸精度高，由于零件為較小制件，外形不規(guī)則，這些就造成了成形時容易受到各種因素影響引起制品填充不滿等問題。其中特別是文字鑲件部分需要處理好，不然可能會導致文字變形或不清晰。同保證零件雙色混合良好的成形要求也是需要重點考慮的問題。2.6.2ABS塑料處理ABS具有吸濕性，且水敏性大，所以在加工前必須進行充分的干燥，否則可能導致的制件表面出現(xiàn)氣泡、銀絲等缺陷。ABS原料干燥時需要控制水分在0.3%以下才算成功。其工藝參數(shù)見表2.2。表2.1ABS工藝參數(shù)表工藝參數(shù)通用型ABS料桶后部溫度180~200料桶中部溫度210~230料桶前部溫度200~210噴嘴溫度/℃180~190模具溫度/℃50~70ABS材料運用得當?shù)脑?，相對其他材料會具有更好的成型性、機械加工性、耐沖擊性，和較好的韌性、透明性、耐濕性和尺寸穩(wěn)定性。但如果處理不當，很容易會出現(xiàn)白痕等缺陷，影響美觀和使用。2.6.3注射壓力由經驗表查的ABS的注射壓力一般取120-140MPa。2.6.4注射速度當采用中等注射速度時，ABS材料的表現(xiàn)較好。由于本次塑件屬于薄壁小型件，應取相對較高注射速度，不然可能會導致填充不滿。2.6.5模具溫度ABS的經驗模具溫度為50~60℃，當要求高質量高精度時需要取60~80℃。2.7產品工藝性與結構分析2.7.1產品的脫模斜度脫模斜度的選擇攸關重要。由于塑料的收縮性，塑件會包裹于型芯。而脫模斜度利于產品脫模，還能保護塑件防止被脫模頂出時劃傷，降低脫模力對頂出系統(tǒng)也會有好處，如頂桿壽命提高。其中，選擇脫模斜度需要按實際情況來進行選擇。例如壁厚較大的塑件選擇的脫模斜度應該要比壁厚較小的塑件要大。而高精度的塑件則應該選小的脫模斜度來保證塑件的尺寸精度。查表可得ABS的脫模斜度為：型腔：35′~1°30′；型芯：30′~40′。在本次設計的塑件中，選取ABS的脫模斜度為：型腔：40′；型芯：50′。2.7.2壁厚本設計的塑件平均壁厚δ為2mm。其中最薄部分的壁厚為0.5mm。為了保證塑件壁厚不會突變過度導致塑件性能受到影響，在塑件壁厚變化處都會有過渡圓角處理，這樣才不會因在轉角處應力集中，在受力或沖擊震動時發(fā)生破裂。3模具設計3.1概述在對鍵盤按鈕塑件進行零件工藝性分析的基礎上，分析出零件成形所需的最佳工藝方案。再根據(jù)該工藝方案，確定模具基本結構。由于此塑件的工藝結構比較簡單（只需用到簡單斜頂抽芯機構），同時塑件較小，為了保證生產效率，所以本模具設計為一模四件。該產品的先打是簡單帶孔薄壁件，壁厚為；零件的形狀簡單、對稱，所有孔為三個方向，只需要兩邊對稱側抽芯。零件所用材料為，為注塑常用材料，因此該零件的注塑工藝性良好；零件材料所能達到的表面粗糙度取，普通注塑易達到。3.2注塑機選型3.2.1注塑機基本參數(shù)注塑機的主要選擇方式為一次注射的注射量所占最大注射量的比例，這樣才能保證大量生產的最優(yōu)經濟效益。以下是注塑機的基本參數(shù)及其解釋：1）公稱注塑量指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量，反映了注塑機的注塑能力，與注塑的經濟效益有很大關系。2）注射壓力為了克服熔料流經流道時的流動阻力，螺桿對熔料必須施加足夠的壓力，這種壓力稱為注射壓力，選擇合適的壓力才能避免填充不滿或飛邊等缺陷。3）注射速率為了使熔料及時充滿型腔，除了必須有足夠的注射壓力外，熔料還必須有一定的流動速率。描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。4）塑化能力單位時間內所能塑化的塑料的量。該參數(shù)直接影響注塑機的塑化周期，也就是注塑機的工作效率。5）鎖模力注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力，在此力的作用下模具會被鎖緊。鎖模力不足會導致飛邊等缺陷。6）合模裝置的基本尺寸包括合模高度等尺寸。該尺寸直接決定了機器加工制件所能使用的模具尺寸范圍。設計的模具高度應小于選擇的最大合模高度。7）開合模速度為使模具閉合合模裝置所需時間。其影響注塑機的注塑效率。3.2.2注射量計算根據(jù)生產經驗，為了保證產品的填充以及經濟的平衡，注塑機每次注射量應在標準注射量的80％左右。本次為了提高制件質量，讓產品的文字比較清晰而飽滿，選定注射量為標定注射量的75％。V=n·Vz+Vj；0.75Vg≥n·Vz+Vj(3.1)V—一個成型周期內所需要注射的塑料容積cm3；n—型腔數(shù)；Vz—單個塑件容量cm3；Vj—澆注系統(tǒng).凝料和飛邊所需的塑料的容積cm3；Vg—注射機的額定注射量；初步設計本模具采用一模四件設計。借助CATIA的模型分析工具，可以測量出單個塑件的體積約為1.1cm3；預計澆注系統(tǒng)和飛邊體積為4cm3。V=4×1.1+4=8.4cm3，則Vg≥11.2cm3。由于塑件注射量較小，故大部分注塑機的注射量都足夠。3.2.3鎖模力的計算注塑機的合模裝置在注射過程中會提供鎖模力。若鎖模力不足，在分型面處會產生溢料現(xiàn)象，因此模具設計時應使注射機的額定鎖模力大于該壓力。T≥K·F·q/1000K—安全系數(shù)，取K=1.1q—熔融塑料在模腔內的壓力，選取q=350kg/cm2F—塑件和澆注系統(tǒng)在分形面上的總投影面積，經計算得F=16cm2T≥1.1x16x0.35=6.16kN由于塑件投影面積較小，需求鎖模力也不高，故大部分注塑機鎖模力都足夠。3.2.4開模行程尺寸計算模具開模取出制品所需的開模距離必須小于注射機的開模行程。注射機最大的開模行程的大小直接影響模具所形成的塑件高度，太小時塑件無法從動定模之間取出。Smax≥S=Hm+H1+H2+(5~10)(3.3)Smax—注射機的最大開模行程（mm）Hm—模具所需開模距離（mm）H1—塑件脫模距離（mm）H2—包括澆注流道凝料在內的塑件高度（mm）S=50+10+50=110mm3.2.5模具閉合高度的計算安裝模具的厚度應滿足Hmin＜H＜Hmax（3.4）式中Hmin——注射機所允許的最小模具厚度（mm）H?！＞唛]合厚度（mm）Hmax——注射機所允許的最大模具厚度（mm）設計模具厚度H總=570mm。3.2.6注射機型號選擇及校核綜合考慮塑料制品的最大注射量和模具的閉合高度，查《塑料成型工藝與模具設計》書39頁的表3-1，應選閉合最大厚度大于570mm的注射機，初選定注塑機型號為SZ-1000/300。注塑機的參數(shù)如下。表3.2注射量的參數(shù)螺桿直徑（mm）Φ70注塑容量（）1000注塑壓力/MP150鎖模力/kN3000模板行程/mm650模具最小厚度/mm340模具最大厚度/mm650定位孔直徑/mmΦ250噴嘴球半徑/mm203.3模具澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)是一套注塑模具的核心。澆注系統(tǒng)設計合理與否直接影響塑件的質量和成型工藝的調整難易。一般澆注系統(tǒng)分為熱流道以及冷流道。熱流道系統(tǒng)是通過模具增加熱流道板結構來達成的，它可以通過加熱流道板的熱流道系統(tǒng)，來保證塑料在注射期間的熔融狀態(tài)，提高塑件的質量、精度。本次塑件屬于簡單小型塑件，采用的是冷流道系統(tǒng)。同時，本模具是雙色模具，先打后打對應的澆口方式不同，故后模會對應兩套澆注不同的系統(tǒng)。一個澆注系統(tǒng)的設計好壞，在澆注系統(tǒng)占總澆注量多少就可以看出。越是簡單簡潔效率高的澆注系統(tǒng)，其對應的模具各個性能就越好。澆注系統(tǒng)占比越少，經濟效益越高，損失壓力也越少。在設計時，工程師應考慮成型塑料的各樣工藝特性，做到因材制宜。材料特性與澆注系統(tǒng)不合的話可能會導致各種產品缺陷，嚴重會導致流道堵塞甚至模具報廢。澆注系統(tǒng)應要為產品服務，要以最佳的產品質量為目標設計澆注系統(tǒng)的各個部分。3.3.1主流道設計主流道指連接注射機噴嘴與分流道的進料通道。其設計直接影響進料的流速和填充時間。因為主流道加工相對要求較高，而模架板加工難度高，所以設計成獨立的主流道鑲件。為了防止鑲件偏轉導致影響進料效率，主流道鑲件要做防轉處理。先打后打的主流道設計類似，都是主流道鑲件處理。圖3.2主流道結構為了利于澆注系統(tǒng)料脫模，主流道一般會做脫模斜度2°~6°，并把內表面作拋光處理。由此，主流道的加工難度較高，一般會做在主流道鑲件內，再安裝在模具上。同時，為了減少澆注系統(tǒng)占總注射量的比例，盡量縮短主流道是最有效的方式。一般注塑機注射噴嘴都可伸出，所以主流道也可以作沉入處理，有效減短主流道，節(jié)省注射壓力。3.3.2分流道的設計本模具的分流道設計分為兩套。先打是點澆口三板模，分流道設計在流道板和A板間。分流道分布采用直線形，形狀采用圓形流道，直徑取5mm，長度約290mm。其中要求文字鑲件配合不漏膠。后打是扇形澆口兩板模，分流道設計在B板和A板間。分流道分布采用S形，形狀采用圓形流道，直徑取5mm。其中要求斜頂配合不漏膠。圖3.4分流道結構圖3.3.3拉料桿的設計本模具的對應兩套澆注系統(tǒng)都有設置拉料桿。先打的拉料桿設置于面板與流道板間，作用是使?jié)沧⑾到y(tǒng)料留在流道板側，以便拉斷澆口。直徑3.5mm，長度85mm。一共設置了4根拉料桿，對應四個澆口。固定方式是固定板固定。后打的拉料桿設置于頂針板上，位置在后打主流道的冷料穴下方。直徑7mm，長度230mm。作用是使?jié)沧⑾到y(tǒng)料留在B板側，保護塑件不被損傷，以便澆注系統(tǒng)和塑件一起頂出。圖3.5拉料桿3.3.4澆口設計澆口是澆注系統(tǒng)最為關鍵的部分。一套澆注系統(tǒng)的整體結構可以說都是為了配合澆口而存在的。澆口也是流道與產品間的連接通道，設計合理的澆口應該能使產品均衡、快速地填充滿，所以應該對應產品來選擇合適的澆口形式和澆口位置，否則會導致產品出現(xiàn)縮孔、熔接痕、翹曲等缺陷。為了提高塑件質量及精度，合理的澆口必不可少。先打必須要采用自脫澆口的澆口方式，且由于塑件相對簡單而小型，故選擇點澆口。點澆口形式的熔體從頂部經過極小截面的澆口進入模具型腔，由于其自動切斷且切面質量較好，澆口位置也相當自由，是新時代的澆口之一。圖3.6澆口設計（點澆口）后打為了保證澆注飽和，以及良好的混合效果，選擇使用扇形澆口。扇形澆口是側澆口的一種變異。它不僅有著側澆口形狀簡單、澆注效果較好的特點，還適合扁平而薄的塑件，如本塑件后打。圖3.6澆口設計（扇形澆口）3.3.5特殊設計雙色鍵盤按鈕設計時有一處非常重要的結構，就是先打部分的孔。這個孔的作用是使后打注射時塑料可以流入這個孔，讓先后打融合更為緊密，文字也會變得更清晰美觀。但是要實現(xiàn)這個孔必須用到彈跳板裝置。彈跳板實質是一個帶彈簧的內置板，連接著成型針，并連著有突出內模表面的推桿。在先打時，對應的前模模仁會做推桿的避空，此時后模跳板成型針會表現(xiàn)為型芯，成型出孔。到后打時，對應前模模仁會推下推桿，使跳板成型針讓出孔位，后打注射料得以進入孔內。并且，成型桿還能在先打時提供阻擋后打流道澆口的作用，防止先打膠料流入后打流道，使得流道堵塞或膠料混色。3.4分型面和內模仁的設計3.4.1分型面設計使用CATIA，運用曲面工具對3D產品進行分模面設計。先用CATIA的分模命令對產品3D進行簡單分模分析，分出上下模和大致分模面，然后再拉出分模面。分模面，又稱PL面，合理的分模面設計要求拉出來的分模面平滑、順暢而完整，且與產品的接壤要連續(xù)而合理。本產品的分模面總體來說屬于平滑而簡單的曲面，故只需使用拉伸命令便足以拉出合理的分模面。在最后還需要對分模面進行縮水的縮放，查ABS收縮率0.6%，故縮放倍率1.006。3.4.2內模仁設計模具采用常用的模仁鑲件式。設計模仁要從產品尺寸入手，通過預留足夠的距離來確定模仁大小。用CAD對模仁進行初步設計。先用產品畫出尺寸框，然后通過偏移和平移命令擴大尺寸框。如圖，其中預留的10mm為封膠距離，30mm為排氣及冷卻水管預留距離，35mm為模仁固定螺絲預留距離，距離10mm為經驗預留流道距離，37.5mm為斜頂抽芯的預留距離，然后畫出對稱線，然后通過對稱旋轉等命令得到一模四件整體模仁尺寸。然后用CATIA進行模仁3D設計。先用草圖畫出2D模仁大小，然后用凸臺工具拉成3D，再使用圓角、拔模面等工具對模仁進行修整，要保證四角避空以及兩正兩斜的裝配拔模角度。使用第一步設計出的PL對模仁進行切割，得到含有對應型腔型芯的前后模仁。3.5模架的確定和標準件的選用3.5.1標準注塑模架的選用選用標準注塑模架時要遵循最小原則，即在滿足各種要求的情況下選用最小的模架，選擇的方式是查工廠模架手冊，由上一步得出的模仁尺寸，查出最佳模架大小是700mmX550mm。再由經驗和后續(xù)調整每塊模板高度，盡量取整數(shù)。通過CATIA的裝配命令，把模仁裝配進模架中。在CATIA中，每個零件都有兩部分，一部分是代表本體的PartBody，另一部分則是用于裝配時對其他零件形成影響的DrillHole。這兩個部分使得零件間的布爾變得簡單易用，并可以通過修改DrillHole來做出避空及配合等。3.5.2注射標準化零件的選用注射標準零件基本在廠家標準模架已經預設完成，接下來只需選擇需要的標準零件。本次模具采用的標準零件有導柱、導套、模鎖、回針、針板導柱、針板導套、撐頭、邊鎖、拉桿、各固定螺絲、銷釘?shù)?。選擇標準零件要合理，也要按實際模具結構來決定是否采用。如撐頭，應設置在型腔下方和模具中軸等壓力較大的位置，使模具壓力受力更為平衡。3.6側向分型機構與抽芯機構設計本模具由于是雙色模具，后模完全相同，且要求互換前模時不會有抽芯，故選擇斜頂作為側抽芯結構。斜頂?shù)慕Y構定為每個塑件對應兩邊共兩個斜頂桿，但為了節(jié)省位置和保證強度，定為每兩個塑件對應兩邊共兩個斜頂頭部部分。一模四件所以共8根斜頂桿，4個斜頂頭部。斜頂桿采用了特殊固定卡簧來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的支撐套和墊板等，省下大量模具空間，結構也簡單了許多。固定卡簧的原理是先放入定位套，然后再把有彈性的卡簧圈卡入一個較深的細槽來固定住定位套。斜頂采用了特殊結構。通過斜頂內置滑塊來達成延遲抽芯。由于斜頂抽芯面積相對較大，工件壁厚較薄，抽芯時可能會導致塑件損壞，故增加此裝置來保護塑件。這個內置滑塊的結構由彈簧、成型針部分和連接板部分組成。此結構的工作原理是利用斜面和直面對斜頂和內部滑塊造成的不同步水平移動，使滑塊頂針對塑件產生相對推力，保證塑件在抽芯拉力作用下不會被損壞。然后在斜頂回程時，帶倒角的直面會把內部滑塊重新推回原位。該結構對滑塊頂針和頂針孔配合有較高要求，故在連接板部分也要做出相對定位的軌道以配合頂針。圖3.13抽芯機構總圖3.7排氣方式此制件屬小型，且注射速度中等，可以利用分型面、鑲塊、推桿和斜頂?shù)拈g隙排氣，不開設專門排氣槽。3.8合模導向和定位機構設計先打三板模設計為兩套導柱導套。其中長導柱設計為前模的面板、流道板和A板的導向柱。長導柱固定于面板，固定方式為固定板固定。對應流道板和A板都裝了導套，固定方式是固定板固定。長導柱頂部還安裝了限位拉板，起到限位和拉動AB板間開模的作用，對應B板則需要做避空來避免磨損拉板。另一套導柱導套為AB板間導向，這一套導柱導套的配合要求會相對更高，因為要保護型腔型芯和塑件。后打兩板模設計為一套導柱導套。這套導柱導套對應先打的AB板間導柱導套。針板導向由于模具中有斜頂，導向要求較高，故采用了針板導針來進行針板導向。共設置了四角共四套。為了保護產品和提高零件精度和質量，最終模仁還會加上虎口結構。3.9冷卻系統(tǒng)模具溫度對于熱造模具來說都是非常重要的工藝參數(shù)。注塑模具溫度由實際產品以及塑件材料來決定，其直接控制注射成型的產品質量和生產率。而要在熱造模中控制模具溫度，最簡單而有效的就是開設冷卻水管，也就是所謂的冷卻系統(tǒng)。冷卻水管設置一般按水管的作用范圍來排布。經驗表明，冷卻水管的作用范圍為直徑的2~2.5倍。而冷卻水管壁距各類邊界至少10mm，與其他機構的距離則要保證8mm以上，以防流水腐蝕或者加工誤差導致冷卻水外流。在本模具中還設置了水柱冷卻。水柱冷卻指使用一個較大的垂直于正常水道的水道，插入隔水片，來達到重點冷卻的效果。本模具的水道統(tǒng)一使用直徑8mm，水柱直徑16mm。冷卻系統(tǒng)的設計要點有以下幾點：1.澆口處和流道附近需要加強冷卻，冷卻水進水口應從模具最高溫度處進入。2.水道應與其他結構保持距離，避免水道與模具其他結構干涉。3.冷卻水管口應統(tǒng)一放于非操作側。4.斜面或者斜向開水管需要做沉孔避空。由于此塑件屬于小型簡單件，且抽芯機構相對較大，故整體冷卻要求不高。本模具先打前模在流道板的主流道鑲件設置了簡單冷卻水道，A板設置了簡單外圍冷卻水道，內模仁設置了簡單冷卻水道。后打前模設置了A板簡單外圍冷卻水道和內模仁簡單冷卻水道。后模設置了B板簡單外圍冷卻水道和內模仁簡單冷卻水道。3.9.1型芯的冷卻由于型芯鑲件尺寸較小，且中心有通孔阻礙，無法設置水道。但因為整體冷卻要求不高，故型芯不設置冷卻。3.9.2斜頂?shù)睦鋮s由于斜頂?shù)男螤畋容^復雜，水道與其內部結構相沖突，無法設置水道。但因為整體冷卻要求不高，故斜頂不設置冷卻。3.9.3文字鑲件的冷卻由于型芯鑲件尺寸較小，且形狀比較復雜，無法設置水道。但因為整體冷卻要求不高，故文字鑲件不設置冷卻。3.10頂出機構設計對每一個模具來說，均勻平穩(wěn)的頂出相當于一次表演的終幕，無論前面的設計多么完美，如果頂出設計沒有做好，將有可能前功盡棄。不合理的頂出會導致產品出現(xiàn)白痕、拉傷等缺陷，甚至可能導致產品直接拉裂報廢。所以合理良好的頂出分布和頂出設置非常重要。由于本次產品較平滑且對稱，沒有大落差，故采用簡單中心頂桿頂出。同時由于斜頂自帶部分頂出效果，故每件只用一個頂桿便已足夠。頂桿直徑設計為6mm。3.11模具材料模具材料的選擇非常重要。要考慮材料的耐熱、耐腐蝕和導電性等性能，另外還有硬度、強度和剛度等性能也要考慮，最重要的還是材料的加工性能。但是一般來說模具對應結構都會有對應的常用材料。成型零部件常用5CrMnMo、P20、T8、T10、45鋼、鈹銅等材料；主流道鑲件常用45鋼、50鋼等材料；推桿、拉料桿常用T8、T10、45鋼、50鋼；導柱導套常用20鋼、T8、T10、45鋼等材料；模架板和固定板等常用45鋼、50鋼、Q235、HT200等材料。3.12模具裝配圖及工作原理3.12.1開模時的工作原理先打模具有三處分型面，開模的時候按一定次序分開。具體的原理是，開模時，先是第二分型面在拉鉤作用下打開，點澆口在拉料桿作用下拉斷，其他模板則在拉鉤作用下保持閉合。然后第二拉鉤觸發(fā)，第三分型面打開，推動澆注系統(tǒng)料掉落。導柱限位拉板觸發(fā)，拉動A板，第一分型面打開。但是先打不進行頂出而是旋轉后模至后打前模位置。后打模具只有有一處分型面，開模分型面打開，澆注系統(tǒng)料由冷料穴下拉料桿作用留在后模。3.12.2合模時的工作原理本模具的結構相對簡單，故合模結構運動也會相對簡單。先打合模時，拉鉤復原，模板閉合。跳板因為先打前模對應位置做了推桿避空處理，故跳板不會被壓下，成型針作為孔型芯，并阻擋后打澆口，防止先打料進入。后打合模時，模板閉合，跳板推桿被壓下，成型針下沉，讓出孔位，后打澆口打開。3.12.3脫模原理本模具使用的是斜頂和頂桿脫模機構。斜頂通過斜頂桿和斜頂座與頂針板連接，當完全開模時，頂出裝置推動頂針板，頂針板就會推動斜頂抽芯，同時斜頂和頂桿同步頂出。斜頂在側向抽芯的同時，內部滑塊保持相對塑件靜止，頂住塑件側面。由于塑件高度較小，再加上第一、第二分型面的分型距離，按理論只需要100mm的開模行程，所選注射機最大開模行程完全足夠，所以塑件可以實現(xiàn)自動脫落?？偨Y作為塑料成型加工中最重要的一種，注塑成型是強調理論知識和實際應用的加工方式。既要了解注塑過程中塑料的理論流動狀況，又要結合實際工件情況來進行反饋分析，才能正確剖析出塑件的客觀狀態(tài)。以此為基礎，設計制造出來的模具要保證效率精度，合理又精密的模具設計必不可少。而要提高設計的效率，則仍需要積累足夠的模具設計經驗。一套注塑模具的設計，一般都需要經過多次修改，才能正式加工制造，而豐富的設計經驗能夠大大縮減修改的次數(shù)，提高設計效率。隨著科技發(fā)展，工業(yè)也在漸漸高速化精密化，效率變得非常重要。只有不落后于發(fā)展，注重效率和質量的工程師，才配當一個合格的工程師。學校為了檢驗我們是否能趕上時代潮流的高質量工程師，開始了畢業(yè)設計，受益于這個教學計劃，我學習到了學校沒辦法教的各種東西，也了解到了大量工業(yè)一線的知識。在這次畢業(yè)設計之前，我在廣東工業(yè)大學學習了四年的理論知識，包括注塑模具結構，模具制造加工，高分子基礎及加工流變學等。這些理論知識學完后我對注塑成型的了解只能說是勾勒了一個輪廓，非常模糊而平面。雖然我可以大致講出模具有哪些結構，大概的加工方式，但是實際的取數(shù)和詳細的分析是完全不清楚的。直到我開始畢業(yè)設計，我通過查閱各種書籍以及詢問老師和過去實習的企業(yè)導師，對模具的實際尺寸，結構分布等才有了一個大致了解。在這幾個月中，我一步一步完成了我的第一個散件圖，第一個工件PL面，第一個裝配部件，第一個2D模圖和第一個3D模圖。現(xiàn)在我終于達到了注塑成型模具的初學者的水平。回首過去，企業(yè)導師的課程是促進我進步的最大動力。作為經驗豐富的老師傅，他們給出的經驗取數(shù)和評價標準都非常有參考價值。每次講課，都感覺自己往前了一大步。在車間的實物評講也讓我對模具的實際印象更加深刻，也讓我對現(xiàn)在當時做