1、江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 1-键盘外壳注塑模设计摘要：本文是关于键盘外壳注塑模具的设计，在正确分析塑件工艺特点和 ABS 材料的性能后，采用了点浇口进行浇注。详细介绍了对凸模，凹模，浇注系统，脱模机构，选择标准零件，设计非标件的设计过程。涉及模具结构、强度、寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂的工程运算问题；运用 CAD、辅助工程 PRO/E 等不同的软件分别对模具的设计、制造和产品质量进行分析。盒盖注塑模具设计，采用一般精度，利用 CAD、PRO/E 来设计或分析注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件和脱模机构等等。综合运用了专业基础、专业课知识设计，其核心知识是塑料成型模
2、具、材料成型技术基础、机械设计、塑料成型工艺、计算机辅助设计、模具 CADCAM 等。 关键词：键盘外壳 注塑模具 PRO/E CAD江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 2-Keyboard injection mould designAbstact: This article is about Keyboard, in the correct analysis of plastics technology characteristics and ABS material properties, using a runner after are pouring. A detailed in
3、troduction to the punch and die, gating system, the choice standard and demoulding mechanism design non-standard parts, parts of the design process. Involve the mould structure, strength calculation and molten plastic, life in the mold flow prediction of engineering operations such complex problems,
4、 Using CAD auxiliary project PRO/E, different software for mould design, manufacturing and quality analysis. The lid, the design of injection mould CAD, precision, using PRO/E to design and analysis of the injection mould, gating system, discusses h0 guide components and demoulding mechanism, etc. T
5、he comprehensive use of specialized knowledge, professional design, its core knowledge is plastic molding, material molding technology, mechanical design, plastic injection molding process, the computer aided design, mould CAD/CAM, etcKe words: Keyboard injection moud PRO/E CAD江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 3-
6、目录前言 51. 设计内容及目的61.1 设计内容 61.2 设计的目的 62、确定塑料件的有关参数及注射机选择 72.1、塑件特性分析 72.2、注射机的选择 73. 型腔的排布 104. 分型面的确定 115. 浇注系统和溢系统设计 125.1、主流道设计 125.2、分流道设计 125.3、浇口设计125.4、排溢系统 136. 型腔、型芯设计 146.1 设计型芯和型腔的结构形式 146.2 型芯和型腔设计 146.3、型腔、型芯工作尺寸的计算156.4 型腔壁厚计算 167. 模架的设计 187.1、导向机构的设计 187.2、脱模与复位机构设计197.3、冷却系统设计 208、整体
7、设计 22江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 4-小结 .23参考文献 .24江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 5-前言模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。随着工业飞速发展，带来了塑料工业的迅猛发展；石油工业的发展又为塑料工业插上了腾飞的翅膀。塑料制品已进入到人们生活的各个领域，几乎所有的电器都有塑料制品，快餐盒、塑料袋等都是塑料制品。塑料以其密度小、机械性能好等优点独领风骚，未来的世界必将是塑料的世界，而模具是塑料工业的基石。模具设计具有广阔的发展前景。本次毕业设计，就瞄准这一发展前景，在杨红飞老师的精心指导下，通过对键盘外壳注射模的设计，深入学习了 Pro
8、e，掌握了注射模具设计的一般方法、模具制造的专用设备及注射机的工作原理，为今后工作打下坚实的基础。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 6-1、 设计内容及设计目的1.1 设计内容：键盘外壳注塑模，对产品（图 1）设计一副注塑模。图 11.2 设计的目的：掌握注塑模设计的一般方法。了解模具加工方法。进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 7-2、确定塑料件的有关参数及注射机选择2.1、塑件特性分析所设计产品为键盘外壳，其主要是起固定作用，其材料为 ABS 全称为丙烯腈- 丁二烯- 苯乙烯共聚物。英文名全称 Acrylonitrile-butadi
9、ene-styrene，收缩率为 0.30.8%，密度为 1.021.05g/cm 3。该键盘外壳产品（图 1）的体积为 7.86103mm3（通过 proe 软件得出） ，质量为8.11g，属工程材料。该塑件形状较为简单，其表面没有复杂的曲面，型芯镶件结构较简单，不需要抽芯。但要求要有较高的强度。因此在设计时应保证产品性能、质量以及互换性的同时，重点考虑模具加工的成本、加工时间。注射机类型：柱塞式、螺杆均可密度 ：1.031.05g/cm 3收缩率 ：0.0030.008预热 ：8085 C料筒温度： 前段 150170C中段 165180C后段 180200C喷嘴温度：170180 C模具
10、温度：5080 C注射压力：60120Mpa成型时间： 注射时间 ：2090s高压时间 ：05s冷却时间：20120s总周期： 50220s2.2、注射机的选择一个产品的质量为 8.11 克,根据以下公式，选择注射机的最大注射量：江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 8-K G 公 NG 件 +G 废式中 K=0.8N 为型腔数量G 公 为注射机公称注射量G 件 为产品重量G 废 为各部分冷料的质量由于根据设计要求和加工的经济性取 N=2，通过 proe 得到 G 废=5.628gG 公 （28.11+5.628）1.25=67.86（g）也就是说注射机的注射量要大于 27.86 克。参照模
11、具设计与制造简明手册选择公称注射量为 125 3 的注射机，机型为 XS-Z-125，也就是说这台注射机的公称注射量为大约为 125 克。XS-Z-125 注射机参数如下：柱塞直径： 42注射容量：125 3注射压力：120Mpa锁模力：900KN最大注射面积：600 2模具厚度： 最大 300最小 200模板行程：300喷嘴： SR12孔直径 D4定位孔直径：D50 0+0.06顶出（中心孔）直径：D50下面校核各部分参数：注射量江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 9-KG 公 =0.8125=100(g)NG 件 +G 废 =68.11+5.628=67.86(g)很明显 KG 公 N
12、 G 件 +G 废 ，符合条件注射压力校核P 公=120MPa产品要求注射压力 P 注在 60120MPa 之间锁模力校核F 锁 =K 损 P 注 A 分式中 F 锁 注射机额定锁模力（ N）P 注 塑件所须的实际注射压力（Pa）K 损 注射压力达到型腔的压力损失系数，一般取0.340.67A 分 塑件及浇注系统等在分型面上的投影面积通过计算得 A 分 =4159.98mm20.00416F 锁 =900KNK 损 P 注 A 分 =0.51201060. 00416所以 F 锁 K 损 P 注 A 分， 符合条件模板安装尺寸400360 的最大安装尺寸完全可以安装 302x220 的模具模具
13、厚度所设计的模具厚度为 240，小于模具的最大厚度 300mm。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 10-3、型腔的排布该产品是用来起外壳作用键盘。其长为 280mm 宽为 100mm。由于其尺寸小，应采用一模多腔。现确定取一模 2 腔，为了使每个型腔得到稳定相同的压力，使型腔与主流道之间的距离尽可能短，使塑料熔体同时充满每个型腔，使每个型腔的的塑件内在质量均一稳定，使模具整体达到平衡稳定。因此选择左右对称的排布方式。具体排布见下图 2。图 2江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 11-4、分型面的确定设计分型面设计塑料成型模具时，分型面的设计是一个重要的设计内容，分型面选择合理，模具结
14、构简单，塑件容易成型，并且塑件质量高。如果分型面选择不合理，模具结构变得复杂，塑件成型困难，并且塑件质量差。分型面的形状 主要有平面、斜面、阶梯面、曲面等。选择分型面的一般原则 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：为了便于塑件起模，分型面一般使塑件在开模时留在下模或动模上，且分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。选择分型面时，应尽量只采用一个与开模
15、方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型。对于有同轴度要求的塑件，模具设计时应将有同轴度要求的部分设计在同一模板内。分型面的选择应有利于防止溢料。当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大面积时，就有可能产生溢料。分型面的选择应有利于排气。为此，一般分型面应与熔体流动的末端重合。对于高度较高的塑件，其外观无严格要求时，可将分型面选择在中间。此外，选择分型面是还应考虑到塑件的精度、塑件的外观质量要求、模具加工难易程度等因素。综上所述：该产品（键盘外壳）为了能顺利的出模，使塑件能留在动模江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 12-一侧，不影响该塑件的整体外观，分型面应设在该产品的上表面。
16、 5、浇注系统和排溢系统设计5.1、主流道设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流道通道。由于选的是卧式注塑机，主流道垂直于分型面。为使凝料能从其中顺利拔出，把其设计成圆锥形，锥角为 1.5其表面粗糙度为 Ra0.8图 3图 35.2、分流道设计由于该产品为曲面结构，而该产品是用来键盘外壳作用，其要有较高的强度，为了减少熔接痕的产生，降低产品的强度，在设计流道时应设计为切向进料。其截面为 S 型。由于所设计模具型腔为整体式。因此在满足其型腔强度的前提下。使流道最短。为了减少塑料熔体的热量损失，从主流道分两根分流道。这样既能保证塑件的填充时间，又能节省
17、模具加工的加工时间。流道不应加工的太光滑，让塑件熔体和流道有点摩擦，这样可以使塑件熔体放出热量，从而使其更不易凝固。若是流道加工的太光滑。这江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 13-样反而使熔体更易凝固。一般流道粗糙度为 Ra1.60.8。5.3、浇口设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，根据该产品的结构，以及采用的一模两腔的多腔模具，所以选用测浇口。浇口处的尺寸确定，由于产品尺寸不大，所需的塑件熔体不需很多，所以选浇口深 b=1.5mm， 为了塑件熔体能快速地充满型腔，浇口表面粗糙度很小，一般为Ra0.4 以下 ,现取 Ra0.4 作为浇口的表面粗糙度。这样不致产生较大的摩擦阻力
18、，有利于充型。5.4 排溢系统排溢是指排出充模冷料中的前锋冷料和模具内的气体等。广义的注射模排溢系统应包括浇注系统部分的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。模具充型过程程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，必须考虑如何将多余的气体排出模外，否则被压缩的气体产生高温引起塑件局部炭化，或使塑件产生气泡的工艺缺陷。为了解决该问题,必要时可开设排气槽等办法.但是对于 ABS 这种材料,排气间隙不得高于 0.0 5。为了能快速充满型腔。得到质量合格的产品。采用了以下措施：型芯采用组合式，型芯的长度高出型腔，把型腔板上的型芯孔打通
19、，型芯与型腔小间隙配合。这样可以成为主要的排气途径。由于型腔板和推件板存在小的间隙，这样也可以排出一部分气体。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 14-6、型腔、型芯设计6.1 设计型芯和型腔的结构形式型腔结构设计：由于模具采用一模两腔，若是采用镶拼组合式，这将增加加工量。特别会给装配带来极大的难度。因此型腔采用整体式结构。也就是型腔和定模板做成一块。型腔可通过电火花成型进行加工。这种结构形式具有以下优点：加工效率高，减少装配难度，可节约优质钢材，减少加工量 型芯结构设计：型芯采用镶拼组合式结构，这样就可方便更换，若是某根型芯由于磨损或其它原因被损坏，就可以直接换。这样就不须整体换。由于型
20、芯各部分分开，这样就降低了型芯的加工难度，把复杂的型芯加工转化为镶拼块的表面加工，且易于保证加工精度。这种结构形式具有以下优点：加工难度不大，加工成本低，易于保证型芯精度，易于更换。6.2 型芯和型腔设计型芯设计型芯的尺寸计算型芯的尺寸按以下公式计算D = 1+ d +x1s10 式中 D 型芯外径尺寸d 塑件内形尺寸1塑件公差塑料平均收缩率s成形零件制造公差,取 。31型腔设计型腔径向尺寸按以下公式计算D = 1+ d x2s20江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 15-式中 D 行腔的内形尺寸2d 塑件外形基本尺寸 塑件公差塑料平均收缩率s成形零件制造公差,取 。31型腔深度尺寸按以下
21、公式计算=MH0)(xs式中 型腔深度塑件外形高度尺寸 塑件公差塑料平均收缩率s成形零件制造公差,取 31由于该产品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取 Ra1.6,在机床上加工就可以直接投入使用，不需要经过其它的特殊加工。考虑模具的修模以及型芯的磨损，在精度范围内，型芯尺寸尽量取大值。而型腔则取大值，型腔的表面粗糟将决定产品的外观，因此型腔的表面粗糙度则要求较高，一般取 Ra0.80.4。在本次设计中，型腔取 Ra0.8。4 X综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素） ，塑件精度低、批量较小时，X 取 1/2；塑件精度高、批量比较大，X 取 3/4，
22、根据设计要求取 X 为 0.5。6.3、型腔、型芯工作尺寸的计算要计算型芯、型腔的工作尺寸，必先确定塑件的公差及模具的制造公差。根据要求塑件精度取五级精度。根据塑料制件公差数值表（SJ137278）塑件在五级精度下，基本尺寸对应的尺寸公差如下：江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 16-基本尺寸 公差 基本尺寸 公差3 0.16 36 0.18610 0.20 1014 0.221418 0.24 1824 0.282430 0.32 3040 0.364050 0.40 5065 0.466580 0.52 80100 0.60100120 0.68型腔：d =300；取 =0.5%（以下
23、收缩率都取 0.5%）2s型腔深度：H=3.5 ; X=0.46.4 型腔壁厚计算1.型腔的强度及刚度要求塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度计算是模具设计中经常遇到的问题，尤其对大型模具更为突出。目前常用的计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类，但塑料模具要求既不许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不许刚度不足而变形过大的情况，因此要求对强度和刚度加以考虑。对于型腔主要受到的力是塑料熔体的压力，在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔侧壁和底壁厚度不够。当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔发生强度破坏，与此同时，刚度不足则发生弹性变形，从而产生溢料现象，将影响塑件
24、成型质量，所以模具对强度和刚度都有要求。但是，实践证明，模具对强度和刚度的要求并非同时兼顾，对大型腔，按刚度条件，对小型腔则按强度条件计算即可。 （在本设计中按强度条件来计算）江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 17-对圆形定模底板厚度：h=r 75.0p式中 p型腔内塑料熔体的压力（MPa）r型腔内半径（mm ） 材料弯曲许用应力。材料为 45#钢， 取 100Mpa根据条件：r=32mm；p=120Mpah = 32(0.75120/100)1/230.35()由于型芯为一凸台结构，现确定型芯为 60mm。可以满足型芯的强度要求。确定型腔的壁厚腔内壁直径 2r 整体式型腔壁厚 s=Rr
25、40 204050 255060 306070 357080 408090 4590100 50100120 55120140 60140160 65如未用淬硬钢，应乘以系数 1.21.5根据上表，s=Rr=20R=20+22=42江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 18-由于在生产中，两型腔同时充满塑料熔体，受到大小相等的压力，形成作用力与反作用力。现取型腔中心到定模板的中心的距离为 60mm 是可以满足型腔的强度要求。 7、模架的设计7.1、导向机构的设计导向机构主要包括导套（如图 4） 、导柱（如图 5） ，主要作用是在动模与定模合模时保证型芯与型腔的精确定位。导向零件应合理地均匀分
26、布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。根据模具的形状和大小，一副模具 一般一般采用 2 到 4 根导柱。在此设计中采用了 4 根导柱，因为是采用了推件板推出塑件。由于模具的凸模与凹模在装配时有方位要求，常在设计时采用不对称结构。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 19-图 4图 57.2、脱模与复位机构设计脱模机构设计塑件冷却后由于有少量的收缩，塑件会紧抱在型芯上，所以在脱出产品时不象冲压件那样可以自动脱落。这样，我们必须设计推出机构将塑件顶出，推出机构设计时我们考虑的是要使塑件各部分受力均匀，在此设计中，由于采用了
27、一模两腔的结构。故利用推杆把产品同时推出，这样每个产品的受力相同且均匀。结合产品的精度要求，在加工推杆时其强度足够，光滑，采用调质 HB230270， （如图 6） 。图 6复位机构确定江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 20-注射机上液压机构将推板推出之后，塑件也被完全顶出但是模具要合模， 要使顶杆，拉料杆恢复到原来的位置，而不会影响下一周期的正常生产。在下一次模具中，在合模时可以在推件板推动复位杆，从而达到合模的目的。具体结构见总装图。7.3、冷却系统设计冷却系统对产品成型周期有很大的关系，对产品质量也有比较大的影响,所以要对模具的冷却系统加以计算，使之有利于成型要求。考虑到模具的具体
28、结构，安装冷却水通道是一个既实惠又简单的解决方法。在此设计中，每次所要注射的量只有 12.648g，由此可以得到注射一次所放出的热量：Q=GH 焓式中 Q熔融塑料所放出的热量（J） ；G每次注射的塑料量（包括浇注系统在内，） ；H 焓 塑料从熔融状态进入型腔的温度到塑件冷却后的脱模温度的焓之差；Q=0. 0127x1470x(190-60)=2426.97(J/h)由此可以看出该每次所放出来的热量是很少的，模具本身就可以散发出。但为了防止型腔受热变形，在定模板加两跟水道。这样可以保证产品精度。而塑件传给推件板的热量，则在每次开模时，推件板可以散发出去，不需要对其加冷却装置。江西农业大学 键盘外
29、壳模具设计说明书- 21-x0.5水 嘴 尺 寸 及 结 构冷却水孔的开设原则如下：冷却水孔的数量应尽可能多，直径尽量大。各冷却水孔至型腔表面的距离应相等，一般保持在 1520mm 范围内，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。水孔直径一般取 812mm。孔距最好为水孔直径的 5 倍。水孔通过镶块时，防止镶套管等漏水。冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方，以免影响塑件强度。水管接头（冷却水嘴）应设在不影响操作的一侧。凹模上的冷却水孔采用直流式，其中深孔为工艺孔，空口处用螺纹密封，浅孔通过水嘴与水管相连，冷却冷却水孔的直径为8mm。凸模的冷却系统采用直孔隔板示冷却，与分型面垂直的管道和底部的
30、横向管道形成冷却回路，同时为了使冷却水沿着冷却回路流动，在每一个直管道中均设置有隔板。江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 22-8、整体设计模具整体设计也就是模体的设计。随着现代工业的发展，模体设计已接近标准化，可以从市场上购买相应的模体。标准模体一般包括定模板、动模板、垫块、顶出固定板、顶板、导柱、导套、复位杆等。在本次设计中,导柱、导套、顶杆、水嘴都采用的标准件,可以外购。该模具总体结构如下图所示。采用一模两腔，分型面为平面模具装配实体图江西农业大学 键盘外壳模具设计说明书- 23-模具内部结构图结 束 语经过这次毕业设计，我觉得自己学到了不少东西。归纳起来，主要有以下几点：1、大学四
31、年的时间都是在学习机械理论基础知识，并未真正地去应用和实践。平时很少接触设计，加工，生产。但是在这次毕业设计，我在指导老师的带领下多次深入工厂了解产品的注塑方法和模具的加工过程。在参观学习中，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。2、了解进行一向设计必不可少的几个阶段。毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。我经过这次系统的毕业设计，熟悉了对模具进行设计、生产的详细过程。这些对我在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助和启发。江西农业大学 键
32、盘外壳模具设计说明书- 24-3、学会了怎样查阅资料和利用工具书。平时课堂上所学习的知识不够全面，作为机械专业的学生，由于专业特点自己更要积极查阅资料吸取别的在设计，加工中的宝贵经验。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己应用的能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。4、毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的消化和巩固。5、毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及相对应的工程意识，同学之间的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现出来了。
33、在这里，我要感谢我的指导老师，他给了我许多的帮助。我还要感谢毕业设计过程中所有给我真诚帮助的老师和同学。参考文献：1、党根茂、骆志斌、李集仁 编著 模具设计与制造 西安电子科技大学出版社 2001年2、塑料模具设计手册编写组 编， 塑料模具设计手册，机械工业出版社，2000 年第二版；3、陈万林 编， 塑料模具设计与制作教程，北京希望电脑公司，2001 年；4 冯晓曾、李士玮、武维扬、何世禹 编著 模具用钢和热处理 机械工业出版社，1982 年。5、谭雪松、谢正超、柳祖国编，Pro/ENGINEER2001 中文版基础教程，人民邮电出版社，2002。6、冯炳尧、韩泰荣、殷振海、蒋文森编模具设计与制造简明手册，上海科技出版社，1985。7、史铁梁主编，模具设计指导，机械工业出版社，2005。
