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按键注塑模具设计说明书
南京工程学院
毕业设计说明书（论文）
作者：
丁林学号：
1
学院（系、部）：
材料工程学院
专业：
数控加工与模具设计
题目：
平板电脑音量键的注塑模设计
指导者：
评阅者：
2015年11月南京
摘要
根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，考虑塑件制件尺寸。
本模具采用一模四腔，侧浇口进料，注射机采用TOSHIBAEC40-Y型号，设置冷却系统，CAD绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。
附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。
关键词：
模具设计,注塑模，型芯，型腔
Abstract
Tounderstandtheuseofplasticpartsinaccordancewiththerequirementsoftheplasticproducts,analysisofthetechnicalrequirementsoftheplasticpartsoftheprocess,dimensionalaccuracy,selecttheworkpiecesizeoftheplasticparts.ThemoldusingatwosubgatefeedinjectionmachineadoptsTOSHIBAtheEC40-Ymodels,andsetacoolingsystem,CADandUGdrawingtwo-dimensionalassemblydiagramandpartsdiagram,reasonablemoldprocessingmethods.Attachamanual,usebrieftext,aconcisediagramandcalculatedanalysisofplasticparts,inordertomakeareasonablemolddesign.
Keywords:
mechanicaldesign;injectionmold,moldcore,cavity
1前言
1.1课题背景
模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。
在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%～80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。
用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。
随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用X围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型。
该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。
作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度。
注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。
定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。
注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。
一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。
由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其它行业。
模具设计要考虑的要点如下:
a．塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点。
b．塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。
塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。
c．塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模结构。
使模具零件符合制造工艺的要求。
对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。
目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具。
在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模。
一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析（CAE）技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制造周期采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。
采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。
这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。
某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。
新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。
电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。
模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用，对模具制造能力的提高也起到了很大作用。
我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。
一方面，国内模具市场将继续高速发展；另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。
随着计算机技术的发展应用，模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展。
特别是模具成型零件方面的软件等，这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备，实现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。
1.2课题分析
本课题内容是对按键基于生产实践之上的模具设计，模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。
根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，本模具采用一模四腔布局，侧入式浇口进料，注射机采用TOSHIBAEC40-Y型号，设置冷却系统，CAD绘制二维总装图和零件图，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。
选择合理的加工方法。
模具方案确定后进行工艺分析。
根据此方案可以达到设计的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量。
2塑件分析
2.1产品分析及其技术条件
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
课题目标产品是一个生活中常见的按键，其零件外形如图所示。
具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
图1产品3D视图
塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。
为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。
由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级。
根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT5级精度，未注采用MT8级精度。
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。
这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。
塑料制品的表面粗糙度一般为Ra0.02～1.25
之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0.01～0.63
。
模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。
该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为Ra0.8
，内部为Ra1.2
。
2.2塑件材料的确定
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。
可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。
塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。
另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。
此产品壁厚均匀，ABS性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求，容易成型，对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。
2.3塑件材料的性能分析
2.3.1基本特性
ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。
ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用X围最广的工程塑料之一。
是一种良好的热塑性塑料。
ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02--1.05g/cm3。
既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响，ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70
左右，热变形温度约为93
耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。
ABS的性能指标：
密度1.02——1.05（
），收缩率
，熔点
，弯曲强度80Mpa，拉伸强度35
49Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18
39Mpa，缺口冲击强度11
20
，硬度62
86HRR，体积电阻系数
。
ABS的热变形温度为93
118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40
100℃的温度X围内使用。
2.3.2成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50
60℃，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60
80℃。
ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。
2.3.3主要用途
ABS在机械工业上用来制造壳体盖、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。
3成型布局及注塑机选择
3.1进胶方式选择
注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。
其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。
浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。
它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。
其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。
常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。
浇口的位置选择原则：
浇口的位置与塑件的质量有直接影响。
在确定浇口位置时，应考虑以下几点：
1.熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。
要做到这一点必须使
1）流程（包括分支流程）为最短；
2）每一股分流都能大致同时到达其最远端；
3）应先从壁厚较厚的部位进料；
4）考虑各股分流的转向越小越好。
2.有效地排出型腔内的气体
由于本设计中塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。
侧浇口在产品端面处，成形后切除浇口,零件组装时浇口被遮挡起来。
3.2型腔的布局及成型尺寸
因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸小，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模四腔，进行加工生产。
型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。
这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。
成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定，需考虑成形封闭结合面大小，太大造成模具尺寸过大，成本浪费，太小易导致成型时溢料飞边，甚至型腔变形。
因模具是一模四腔，考虑排布可得型腔长为100mm，宽为70mm。
塑件的高度为3mm，塑件的大部分部胶位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加20-40mm，因此得出成型型腔总体厚度为45mm。
型腔布局如图2。
图2型腔布局
3.3估算塑件体积质量
本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的体积为0.107
，ABS的密度为1.03
，即可以得出该塑件制品的质量约为0.12g。
3.4注塑机的选择和校核
3.4.1注射胶量的计算
模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。
校核公式为：
式中：
--型腔数量
--单个塑件的重量（g）
--浇注系统所需塑料的重量（g）
本设计中：
n=4
0.12g
=5g
m≥（4x0.12+5）/0.8即m≥6.85g
因而预选注塑机额定注塑量最少为6.85g以上
3.4.2锁模力的计算
选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。
塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。
成型投影面积
=
式中n--型腔数目
--单个塑件在模具分型面上的投影面积
--浇注系统在模具分型面上的投影面积
n=4
=60
=1421
本设计中
=4x60+1421=1661
锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定：
式中
—锁模力，kN；
—型腔压力，MPa；
A—成型投影面积，mm2；
一般熔料经喷嘴时其注射压力达60～80MPa，经浇注系统入型腔时型腔压力通常为20-40MPa，这里取30MPa。
计算：
×A/1000=30×1661/1000=49.8kN（取整50kN）
得出预选注塑机额定注塑压力为50kN以上。
3.4.3注塑机选择确定
综合考虑以上因素，选定注射机为TOSHIBAEC40-Y。
其相关性能符合成型方案要求，以下相关参数：
表1TOSHIBAEC40-Y注塑机参数（部分）
型号
单位
EC40-Y
参数
螺杆直径
mm
22
理论注射容量
cm3
38
注射重量PS
g
35
注射压力
Mpa
253
锁模力
KN
400
拉杆内间距（水平×垂直）
mm
320×320
允许最大模具厚度
mm
320
允许最小模具厚度
mm
150
移模行程
mm
570
液压顶出行程
mm
60
液压顶出力
KN
20
油泵电动机功率
KW
4.7
机器尺寸（长×宽×高）
m
3.4×1.1×1.6
机器重量
t
2.6
4注塑模具设计
4.1模架的选用
4.1.1模架基本类型
注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下：
单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。
4.1.2模架的选择
根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择CI型的模架，其基本结构如图3所示：
图3模架结构图
CI型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模架，适合侧浇口的注射成形模具。
由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。
根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸，以此分析计算：
模架的长L=型腔长度（100）+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚
180mm
模架的宽W=型腔宽度（70）+导向杆的直径+模板壁厚
150mm
根据成型型腔的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其它螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。
参考成型型腔厚度，考虑模板强度要求，定模板厚度取40mm，动模板厚度取60mm。
考虑顶出行程要求，支撑板取60mm以满足。
综上所述所选择的模架的型号为：
CI-1518-A40-B60-C60。
4.1.3导向与定位机构设计
导向机构的作用：
保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位置。
导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。
1.导向结构的总体设计
（1）导向零件应合理的均匀分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。
（2）根据模具的形状和大小，一副模具一般需要2-4个导柱。
如果，模具的凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直径相同，但错开位置的导柱。
（3）由于塑件通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。
（4）导柱和导套在分型面处应有承屑槽
（5）导柱`导套及导向孔的轴线应保证平行
（6）合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。
2.导柱的设计
（1）有单节与台阶式之分
（2）导柱的长度必须高出公模端面6…8mm
（3）导柱头部应有圆锥或球形的引导部分
（4）固定方式有铆接固定和螺钉固定
（5）其表面应热处理，以保证耐磨。
3.导套和导向孔
（1）无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成盲孔，侧壁增加排气孔。
（2）导套有套筒式`台阶式`凸台式
（3）为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角r。
一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向的作用.
4.2浇注系统的设计
浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口浇注系统。
正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。
浇注系统组成：
普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。
1－主浇道2－第一分浇道3－第二分浇道4－第三分浇道
5－浇口6－型腔7－冷料穴
4.2.1主流道设计
所选用东芝EC40-Y型注射剂喷嘴有关尺寸如下：
喷嘴前段孔径d0=3mm
喷嘴圆弧半径R0=12mm
为了使凝料能够顺利拔出，主流道的小段直径d应稍大于喷嘴直径。
d=d0+（0.5~1）=3.5mm
主流道设计成圆锥形，其锥角通常为2~4∘，过大的锥角会才产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使冲模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2∘，主流道球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm。
这里取主流道球面半径R12mm，经测量主流道长度L取60mm。
4.2.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
其作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短，折弯少，尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取Ra为1.6m，本设计选择圆形截面的分流道，d=2.5mm，采用流道布局如图4所示：
图4流道布局
4.2.3浇口的设计
侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在分型面上，一般塑料熔体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。
4.2.4冷料穴的设计
主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。
因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为2.5mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。
冷料穴的倒扣形式有多种，这里采用Z倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。
它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。
如图5：
图5冷料穴及拉料针
4.3分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
选择分型面时，应从以下几个方面考虑：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
2）使塑件在开模后留在动模上；
3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；
4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；
5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；
6）使塑件易于脱模。
综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图6所示。
图6分型面的选择
4.4成型零部件的设计
模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。
构成模具型腔的零部件称成型零部件。
一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。
成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。
4.4.1成型零部件结构
成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。
型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构
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