键盘按键注塑模具设计.docx
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键盘按键注塑模具设计
17
人员和指导老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我
在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。
使我对塑料模具设计的各种成型
方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺，主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解
决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。
同时也大
量使用相关的专业软件，如用Pro/E绘制模具的三维图，并模仿其开模过程，利用CAD
绘制模具的装配图和零件图，利用moldflow对塑件进行最佳浇口、易出现气泡位置、
熔接缝位置、注射时间压力等工艺分析，确定模具的结构方案。
运用相关软件的辅助作
用，使我们的设计更趋合理，并找到一种最佳的设计方案。
但由于本人能力有限且缺少
工程实际经验，设计过程中难免有错误，希望老师们指出。
致谢
参考文献：
[1]李建军，李德群主编．模具设计基础及模具CAD[M]．机械工业出版社，2005.
[2]邓明等编著．现代模具制造技术[M]．化学工业出版社，2005.
[3]叶久新，王群主编．塑料制品成型及模具设计[M]．湖南科学技术出版社，2005.
[4]孙玉芹等主编．机械精度设计基础[M]．科学出版社，2004.
[5]陈再枝，蓝德年编著．模具钢手册[M]．冶金工业出版社，2002.
[6]中国模具工业协会标准件委员会编．中国模具标准件手册[M]．上海科学普及出版社，1989.
[7]张克惠编著.注塑模设计[M].西安：
西北工业大学出版社，1995，160～162.
[8]Fishy,Z.L.Lou,J.G.LuandY.Q.Zhang.AnImprovedRoughSetApproachtoDesignofGatingScheme
forInjectionMolding[M].AdvancedManufacturingTechnology,2003，（21）[R].
[9]张祥杰等编著．PRO/ENGINEER模具设计WILDFIRE[M]．中国铁道出版社，2004.
[10]《塑料模具技术手册》编委会编著．塑料模具技术手册[M]．机械工业出版社，2001.
[11]宋玉恒主编.塑料注射模具实用手册.北京：
航空工业出版社，1994，472～581.
[12]大连理工大学工程画教研室编著．机械制图（第四版）[M]．高等教育出版社，2002.
[13]邹立谦主编.塑料制品设计[M].北京：
机械工业出版社.1993，796～806.
[14]中国模具工业协会标准件委员会编．中国模具标准件手册[M]．上海科学普及出版社，1989.
[15]张清.UG注射模具设计与制造[M].北京：
化学工业出版社.2005.09.
[16]X.G.Ye,J.Y.H.FuhandK.S.Lee.AutomatedAssemblyMoldingforPlasticInjectionMould[M]
AdvancedManufacturingTechnology,2000,（16）[R].
16
图7-5气纹分析
图7-6熔接痕分析
7.3结果分析
从以上分析图像，我们可以概括得到以下几点：
第一在塑件的肋上可能产生较多的气纹。
第二塑件上会产生少量的熔接痕，总体在33～100deg之间，并不算严重。
第三原料在0.5（0.43）秒内将型腔填充完毕，填充质量稳步增加。
第四浇口开设在塑件外表面中间处较好。
7.4改善意见
针对上述情况，我们制定出以下改善方案：
（1）正确选择浇口位置，选择塑件侧面中部设计浇口。
（2）对原料进行充分的预干燥处理，或提高成型件和流道精度，或提高注射压力，
或对模具预热等，以保证最好的熔融流动性，对型腔充分填充。
（3）在成型零件的加工上，一定根据加工要求，特别是顶杆和型腔的狭长部分，
保证其加工精度和表面粗糙度，保证模具的排气性良好，减少气穴熔接痕。
（4）设计冷却系统或在塑件取出后用热水立即对其进行淬火处理，保证塑件的尺
寸稳定性。
8总结
历经近三个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。
在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教极具经验的模具设计
15
图7-1塑件的网格划分图
第三步：
网格诊断，网格划分需要满足一些基本原则，如联通域个数为1，最大纵
横比小于20，网格匹配度大于85%等。
第四步：
选择工艺参数，选择材料，注塑机及注塑的基本工艺。
图7-2填充时参数设置
第五步：
开始分析，得到分析图像
图7-3最佳浇口位置分析
图7-4表面温度分析
14
图6-4模具开模实体图
7塑件的工艺优化分析
7.1moldflow模塑分析简介
注塑成型CAE分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据，
其中主要包括[15]：
（1）浇注系统的平衡，浇口的数量、位置和大小；
（2）熔接痕的位置预测；
（3）型腔内部的温度变化；
（4）注塑过程中的注射压力和熔融料体在填充过程中的压力损失；
（5）熔融料体的温度变化；
（6）剪切应力、剪切速率。
根据注塑成型的CAE分析结果，就可以判断模具及浇注系统的设计是否合理，其
中的一些基本原则如下：
（1）各流道的压差要比较小，压力损失要基本一致；
（2）整个浇注系统要基本平衡，即保证熔融料体要同时到达，同时填充型腔；
（3）型腔要基本同时填充完毕；
（4）填充时间要尽可能短，总体注射压力要小，压力损失也要小；
（5）填充结束时熔融料体温度梯度不大；
（6）熔接痕和气穴位置合理，不影响产品质量。
7.2moldflow分析
以下为moldflow软件分析塑件成型工艺的简单步骤和部分图形介绍，得到相应的
保压时间、注射时间、注射压力、熔接缝出现的位置等图象。
第一步：
导入塑件；用Pro/e软件生成零件后转化为stl格式文件导入到moldflow
软件中。
第二步：
模型网格划分；这是CAE分析最重要的一步，一般情况下，MPI系统会
给出一个推荐的网格大小，但在某些情况下可能并不合适，网格的边长一般是产品最小
壁厚的1.5～2倍，这样基本能保证分析的精度。
在这里，塑件的最小壁厚为1mm，通
过反复比对，我们发现取边长为2mm时网格效果较好。
13
图6-1动模部分实体图
图6-2定模部分实体图
图6-3模具闭合实体图
12
5模具结构及工作原理分析
5.1模具结构简介
根据塑件的结构特征与外观要求，我们可以采用一模两腔侧浇口的三板式注射模。
脱模机构采用一次脱模，即推杆脱模方式。
模具装配图结构如下图5-1所示；
1-动模座板2-垫铁3-内六角螺钉4-导柱5-动模板6-导套7-定模板8-定模座板9-内六角螺钉10-浇口衬套11-内六角螺
钉12-内六角螺钉13-凹模14-凸模15-拉料杆16-推杆17-复位杆18-内六角螺钉19-推板20-推板固定板
图5-1装配图主视图
5.2模具原理解析
模具安装在注射机上，定模座固定在注射机的定模板上，动模座固定在注射机的动
模板上。
合模后，注射机通过喷嘴将熔料经流通注入型腔，经保压，冷却后塑件成型。
开模时，动模随动模板一起运动,推板19逐渐将分型面顶开，与此同时在推杆16和拉
料杆15的作用下将注塑件和凝料从型腔中推出。
合模时，由于复位杆17的作用，可以
将推板，导柱，拉料杆和推杆复位。
6模具的三维实体造型
6.1软件实体造型简介
模具的三维实体造型，即是通过三维造型软件将平面的二维图纸转化为三维实体
模型，使技术人员对模具拥有更直观的认识，有利于模具的优化设计，缩短模具设计周
期，降低设计成本，提高设计质量。
在目前的模具设计行业中，普遍应用的实体设计软件有Pro/E、UG、Solidworks等
等，在这里我们选用实体造型功能强大的Pro/E软件。
6.2模具实体造型
11
查表，取f=7.22（水温为30c
?
时）。
0.8
0.8
4
2
0.2
0.2
4.187（
）
4.1877.22（9961.69）
3.4610
（
）
0.006
f
h
kJm
hc
d
ρν
×
×
×
=
=
=
×
⋅⋅°
（4-13）
（5）计算冷却管道总传热面积：
3
2
1
4
1
60
603.210/60
0.0021
3.4610
[70（3025）/2]
WQ
A
m
ht
×
×
=
=
=
Δ
×
×
−
+
（4-14）
（6）计算模具上应开设的冷却管道的孔数：
0.0021
0.35
0.0060.315
A
n
dBπ
π
=
=
=
×
（4-15）
综上我们可以知道，本模具可以不设计冷却系统。
4.9注射模具材料选择
成型零件的材料选择的要求如下：
（1）机械加工性能良好，要选用易于切削，且在加工后能得到较高精度零件的钢种。
（2）内部组织性能优良，注射成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra≤0.8um，
要求钢材硬度35～40HRC为宜，过硬表面会使抛光困难。
钢材的显微组织应均匀致密，
较少杂质，无瑕疵和针点。
（3）磨性和抗疲劳性能好，所选用钢种应使注射模具能减少抛光修模的次数，能长
期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限。
（4）有耐腐蚀性能。
总之，要求在达到使用要求的前提下应尽量选用价格低廉，易于成型加工和比较常
见的钢种。
合金钢Cr12通过淬火热处理，强度高耐磨性好，常用于形状复杂，要求热处理变
形小的型腔、型芯或者镶件和增强塑料的成型模具，可作为塑件成型件钢种。
（5）其它模具零件材料的选择
a、导柱、导套材料的选择
使用要求：
对导柱要求表面硬度较高，内部具有足够的韧性，不易折断、折弯；表
面的耐磨性要好。
在材料上，导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此多采用低碳
钢（20号钢）渗碳（0.5～0.8mm深），经淬火处理（56～60HRC）或碳素工具钢（T8A、T10A）
经淬火或表面淬火处理（50～55HRC）。
导套材料选用T8A，淬硬到50～55HRC。
其硬度较导柱低5度以免同硬度材料之
间碰撞磨损。
b、主流道衬套材料的选择
使用功能要求：
有良好的耐磨性，有时还需要有耐腐蚀性。
45钢表面淬火硬度为
43～48HRC，用于本模具的主流道衬套用钢。
c、顶杆、拉料杆材料的选择
使用要求：
有一定的强度，不能产生压杆失稳，也要有一定的耐磨性。
头部要与塑
料接触，硬度也要达到要求；此外，顶杆经常会更换，还要具有好的经济性，并且是常
用钢种。
T8A淬火低温回火硬度大于等于50HRC，用作本模具的顶杆和拉料杆等用钢。
d、模板、推板、推板固定板、垫块和模座等的材料选择
本模具为中小型注塑模具。
要求模板、推板、推板固定板、垫块、模座等具有足够
的强度、刚度，易于加工成型。
大部分时候是从模具的经济性方面来考虑这些零件的材
料。
该模具采用45钢或Q235作为模板、推板、推板固定板、垫块和模座等的钢材。
10
在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。
由于各种
塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。
流动性差的塑料如PC，POM
等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增
大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。
普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节
水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再
通入模内，可以提高成型效率。
对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为
了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。
本次设计所选用的塑件其材质是ABS塑料，它具有优良的加工性能。
比热容较低，
在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定性好，对于模温的要求低。
经过校核计
算，在此不需要设计冷却水道系统。
4.8.2冷却时间的计算
塑件在模具内的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满型腔时到可以开模取出制件时
的这一段时间。
结晶形塑料制件的最大壁厚中心温度达到固熔点时所需的冷却时间t（s），所选塑
料为ABS塑料，
则
m
c
S
t
θ
θ
−
+
=
8.
157
8.
157
27
.
36
2
（4-10）
=
2
275157.8
36.272
157.870
+
×
×
−
=715s
式中S—制品的壁厚，mm；
m
θ--模具型腔壁温度，c
?
；
cθ--塑料注塑温度，c
?
。
4.8.3冷却管道直径计算
模具的冷却主要采用循环水冷却方式。
这里我们选用25º的水作为冷却介质，
取出口温度为30º。
（1）每个成型周期注射塑料质量m=30×1.1g=33g
产量W=M/总t=33/40=0.045kg/min=2.97kg/h
式中总t—成型周期，s；
单位时间内塑件所发出的热量Q=W
1
Q=2.97×3.5×100KJ/h=1039.5kJ/h
（2）计算冷却水的体积流量
vq：
（
）
（
）
83
.0
25
30
10
18
.4
60
/
5.
1039
3
2
1
=
−
×
×
=
−
=
θ
θ
ρ
Q
qv
m3/min（4-11）
式中
vq—冷却介质的体积流量，m3/min；
ρ—冷却介质水的密度，kg/m3；
W—单位时间内注入模具中的塑料质量，kg/min；
1
Q—单位重量的塑料在凝固时放出的热量，kJ/kg；
1θ—冷却介质出口温度，c
?
；
2θ—冷却介质进口温度，c
?
。
由《塑料塑模成型技术》表4—15，可取冷却水道直径d=6mm。
（3）计算冷却水在管道内的流速v:
s
m
d
q
v
v
/
80
.1
60
）
1000
/
6（
10
83
.0
4
4
2
3
2
=
×
×
×
=
=
−
π
π
（4-12）
（4）计算冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h：
9
侧壁自由边中心最大挠度为
3
4
1
max
ES
Ph
C
=
δ
（4-6）
满足刚度条件
]
[
max
δ
δ
≤
，故
3
1
4
1
]
[
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≥
δ
E
Ph
C
S
（4-7）
式中，
1
C为整体型腔侧壁厚度的刚度计算系数，查表得到（如下表）。
15/24=0.625
整体型腔侧壁厚度的刚度计算系数
1
C
h/L1
0.6
0.7
C1
0.188
0.177
表4-1模具型腔壁厚刚度系数（部分）
式中S—型腔侧壁厚度，mm；
P—模腔压力，Mpa；
1L—型腔长边长度，mm；
H—型腔深度（h）+型腔底板厚度（t），mm；
E—型腔材料拉伸弹性模量，Mpa，非合金钢E=2.1×
5
10Mpa，预硬化模具钢E=2.2
×
5
10Mpa；
[δ]—最大允许变形量，mm。
当
1L‹300mm时，按允许变形量δ=
1L/6000mm计算。
∴
1
C=0.625
p=
0Pk=200/3MPa=66Mpa；k为为注射压力损耗系数k=0.3～0.7。
[δ]=24/6000=0.004
3
1
4
1
]
[
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≥
δ
E
Ph
C
S
=
3
1
5
4
004
.0
10
1.2
15
66
625
.0
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
×
×
×
mm=13.3mm，取整为S=15mm。
（2）按强度度条件计算
最大应力在最大弯矩处，最大应力为
2
2
max
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
S
h
P
C
σ
（4-8）
满足强度条件
max
σ
≤
]
[σ，
故
2
1
2
2
]
[
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≥
σ
Ph
C
S
（4-9）
式中，h—型腔深度，mm；
]
[σ—型腔材料许用应力，Mpa,非合金钢
]
[σ=160~200Mpa，预硬化模具钢
]
[σ=300～350Mpa；
2
C—整体型腔侧壁厚度的强度计算系数，按下表查取。
24/15=1.6
整体型腔侧壁厚度的强度计算系数
2
C
表4-2模具型腔壁厚强度系数（部分）
L1/h
1.5
2.0
C2
0.727
1.226
∴
2
C=0.727
2
1
2
2
]
[
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≥
σ
Ph
C
S
=
1
2
2
0.7276620
（
）
160
×
×
mm=8.21mm,
从安全方面考虑，应该取值大者，即取S=15mm。
4.8冷却系统的设计
4.8.1模具冷却系统介绍
8
4.7成型零部件的设计及计算
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。
凹、凸模工作尺寸的精
度直接影响塑件的精度。
4.7.1凹模深度和型芯高度
由于计算凹模深度和型芯高度的基准平面与脱模方向垂直，在计算这两种尺寸时可
不考虑磨损引起的尺寸公差。
凹模深度：
m
H=［（1+
cp
s）
sh-
△
x］（4-4）
m
H—凹模深度名义尺寸（最小尺寸）
cp
s—平均收缩率,
cp
s=0.5%
sh—制品高度名义尺寸（最大尺寸）,
sh=10mm
△
x—修正系数，
△
x=1/2～1/3，一般取0.63。
计算得
m
H=9.42mm。
型芯高度：
m
H=［（1+
cp
s）
sh+
△
x］（4-5）
m
H—型芯高度名义尺寸（最小尺寸），
cp
s—平均收缩率，
cp
s=0.5%
sh—制品高度名义尺寸（最大尺寸），
sh=20mm
△
x—修正系数，
△
x=1/2～1/3，一般取0.63。
计算得
m
H=10.68mm。
4.7.2成型型腔壁厚的计算
在注射成型时，为承受型腔高压熔体作用，型腔侧壁与底板应有足够的强度、刚度，
为了使刚度、强度不发生失效，有必要确定那侧要求的壁厚。
采用整体式矩形型腔，刚度计算时，将每一侧壁视为均匀载荷的两端固定梁，其最
大扰度发生在中点，受力情况如图4-5所示。
其壁厚可按以下计算
图4-5模具型腔壁示意图
（1）按刚度条件计算
矩形模具整体型腔侧壁是三边固定一边自由的矩形板，最大变形量在自由边中间，
7
A—垂直于抽芯方向型芯的投影面积，mm2
∵A=
2
1
L
L×
=20mm×20mm=400mm2；
∴Q=
A
f
tg
f
l
tE
10
cos
sin
1
）
（
cos
1
2
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
α
α
α
α
ε
π
=
400
10
1
cos
1
sin
17
.0
1
）
1
17
.0（
1
cos
33
.0
1
20
%
5.0
1800
1
14
.3
2
×
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
+
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
×
×
×
×
×
?
?
?
?
tg
N
=4256.5N
4.6.2推杆脱模机构的设计
推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果
好等特点。
推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。
4.6.3推杆直径的确定及校核
推杆尺寸计算：
本设计采用的是圆形推管和推杆推出，在求出脱模力的前提下可以
对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核。
圆形推杆的直径公式为：
d=K
4
1
3
2）
（
64
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
E
n
L
Q
π
μ
（4-2）
d—推杆直径；
Q—总脱模力；
μ—与杆件约束条件有关的系数；模具上的推件杆是一端固定另一端不固定的，取
μ=0.7；
n—推杆的数量，n取3；
L—推杆长度（参考模架尺寸，估取L=88）；
E—推杆材料的弹性模量，取E=2.1×10
5Mpa；
K—安全系数，取K=1.5。
则推杆直径d为d=K
4
1
3
2）
（
64
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
E
n
L
Q
π
μ
=1.5
4
1
5
3
2
10
1.2
14
.3
3
）
88
7.0（
5.
4256
64
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
×
×
×
×
×
×
=2.5mm
实际推杆直径为6mm，可见是符合要求的，为安全起见，在对其进行强度校核。
强度校
核公式为：
d≥
]
[
4
压
σ
π
n
Q
（4-3）
=
150
14
.3
3
5.
4256
4
×
×
×
=3.5mm
[
压
σ
]—推杆材料的许用压应力,[
压
σ
]=150Mpa。
可见推杆满足强度要求。
4.6.4复位杆的选择
复位杆用于使推杆及顶出板复位，模板与复位杆配合的孔的极限偏差取H7/f9，配
合间隙值以熔料不溢料为标准，直径取5mm。
6
（4）导柱可以设置
升级会员 