键盘外壳设计说明书讲解.docx
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键盘外壳设计说明书讲解
毕业设计
键盘外壳的注塑模具设计
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本文对模具行业的发展状况、现代注塑模具设计制造技术、注塑模具的设计方法及过程进行了阐述。
采用计算机辅助设计（CAD）可以大大提高设计的精确性；计算机辅助工程（CAE），可以提高塑料模具的设计制造水平及塑件质量；利用计算机辅助加工（CAM）可以把设计师的意图准确的反映在产品上。
本文阐述了键盘外壳注射模具的设计计算过程。
首先运用传统的模具设计方法，进行键盘外壳的产品设计，确定塑件结构尺寸；然后用Proe软件对塑件进行三维实体造型；对塑件进行结构工艺性和成型工艺性分析，确定塑件结构尺寸和成型方案。
运用Proe模块，输入各部分的尺寸和形状参数，生成三维模型，不仅可以直观的了解产品的外形，还可以进行干涉检测等；对注塑机进行校核，包括注塑容量、锁模力、模具外形尺寸、模具厚度尺寸、模具安装尺寸等校核；运用CAD技术可对模具开模、合模以及塑件被脱模的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。
关键词：
键盘外壳；塑料模具；注射成型；CAD；Proe。
Abstract
Plasticindustryisintheworldgrowsnowoneofquickestindustryclasses，butcaststhemoldisdevelopmentquicktype，therefore，theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.Usingthecomputer-aideddesign（CAD）tobeallowedgreatlytoenhancethedesignaccuracy;Usingthecomputer-aidedmanufacturing（CAM），thedesigner'sintentionmayaccuratereflectionontheproduct.Thisarticleelaboratedtheplasticinjectmolddesignandcalculationprocessofthepapertoweltube.
（1）First，utilizingthetraditionalmolddesignmethoddesignthepapertoweltubeanddefinitethestructureandsizeoftheproduct;ThendrawingthethreedimensionalentitymodelwithProesoftwaretotheproduct。
（2）WithProemolddesignmodule，foundsworkpieceandparting surface ，dividesworkpiece，obtainsthecavity（ofamould）andamoldofaproduct;Calculatethesizeofthemoldshapingcomponents，ThroProehcomputationdeterminateexternaldimensionsofinjectionsystem，temperaturecontrolsystem，guidanceanddetentmechanism，drawingofpatternsorganizationeachsparepart.
（3）Proe，inputseachpartofsizesandtheshapeparameter，producesthethree-dimensionalmodel，notonlymaythedirect-viewingunderstandingproductcontour，butalsomaycarryontheinterferenceexaminationandsoon;Carriesontheexaminationtocastingmachine，includingcaststhecapacity，thelockmoldstrength，themoldexternaldimensions，themoldthicknesssize，themoldinstallsexaminationandsoonsize;MayoperatethemoldusingtheCADtechnologytothemold，gatherthemoldaswellastheentireprocesswhichpromotesiscarriedonthesimulation，thusinspectsthemoldstructuraldesignnottobeunreasonableplace，andthepromptcorrection，reducesrepairsthemoldtime.
Keyword:
Plasticmold;Injectionforming;CAD;Proe
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1模具在加工工业中的地位1
1.2模具的发展趋势1
1.3设计在学习模具专业中的作用2
第2章塑件的工艺分析4
2.1塑件成型工艺分析4
2.2ASB塑料的成型特性与工艺参数5
第3章成型方案的选择6
3.1模具结构形式选择6
3.2型腔数的确定7
第4章注塑设备的选择9
4.1估算塑件体积9
4.2模架的选定10
4.3选择注射机10
第5章模具结构设计11
5.1浇注系统的设计11
5.1.1主流道设计11
5.1.2分流道设计12
5.1.3冷料井设计13
5.1.4浇口选择13
5.2分型面的选择与排气系统的设计14
5.2.1分型面的选择14
5.2.2排气系统的设计15
5.3成型零部件设计16
5.3.1型腔结构设计16
5.3.2型芯结构设计17
5.4模架的确定和标准件的选用18
5.5合模导向机构的设计18
5.5.1导向机构的分类19
5.5.2导柱导向机构设计要点19
5.5.3导柱的设计20
5.5.4导套的设计20
5.6脱模机构的设计20
第6章温度调节系统的设计23
6.1模具冷却系统的设计24
6.2模具加热系统的设计25
第7章注射机及各个参数的校核26
7.1最大注射压力的校核26
7.1.1注射压力校核26
7.1.2最大注塑量的校核26
7.2锁模力校核26
7.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核26
7.4开模行程校核27
第8章模具的装配28
8.1模具的装配顺序28
8.2开模过程分析29
第9章总结31
参考资料32
致谢33
第1章绪论
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸塑件的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制塑件。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着塑件的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料塑件时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证塑件能自动从模具中脱落。
另外模具对塑件的成本也有影响。
当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。
因此促进模具的不断向前发展
1.2模具的发展趋势
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：
（1）加深理论研究
在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。
（2）高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。
高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。
（3）大型、超小型及高精度
由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。
（4）革新模具制造工艺
在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。
（5）标准化
开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。
1.3设计在学习模具专业中的作用
通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在成型过程中对模具的工艺要求，掌握模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，结合模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。
毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。
本模具设计流程：
1.课题调研，查阅有关资料
2.塑件的工艺分析及工艺方案的确定
3.模具结构的总体方案设计
4.模具的结构参数及工艺性能参数的设计计算
5.模具的装配图、零件工作图的设计
6.编写设计说明书和技术文件
第2章塑件的工艺分析
2.1塑件成型工艺分析
塑件为键盘外壳，三维图如图2-1所示，塑件结构为圆形，壁厚均匀，结构简单，造型不难。
从快接键盘外壳的用途上分析，快接键盘外壳通过高速的流体，所以要求有抗冲击性，那么就需要低流动率的ASB料，采用ASB料对注塑过程又提出很高的要求，即为了完成注塑，对于低流动率ASB料，注塑时必须提高注射压力，且浇口要适当的加大，则对注塑机的要求也较高。
图2-1塑件图
2.2ASB塑料的成型特性与工艺参数
基本特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成形的塑料件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm³。
ABS树脂是良好的工程塑料，其突出的性能是具有高冲击强度，能长期在-40～100℃环境下使用，同时具有质硬、刚性等优异力学性能，有良好的电绝缘性。
ABS成型收缩率为0.4%～0.8%，可以制得尺寸精度较高的塑件，表面经抛光后具有很好的光泽。
因其具有如此良好的综合性能，故广泛用于生活用品的生产。
但ABS的耐候性较差，在紫外线和热、氧作用下易发生氧化降解，使塑件发硬发脆。
ABS有极好的抗冲压强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70°C左右，热变形温度为93°C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下变硬变脆；
主要用途：
在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪器盘、水箱外壳等。
ABS还用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教用品、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。
成型特点：
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力比较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇口对流道的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐用时，应控制在60～80°C。
我们将苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）的成型工艺参数和性能特点归类：
成型工艺参数：
塑料名称：
ABS密度（g/cm³）：
1.02～1.05；
计算收缩率（%）：
0.5；
模具温度（℃）：
50～60；
注射压力（MPa）：
60～100；
成型时间（s）：
15～30；注射时间15～60；加压时间0～3；冷却时间20～90；
总周期50～160。
适应注射机类型：
柱塞式
表2.1原材料苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）分析
塑料
品种
结构
特点
使用温度
化学稳
定性
性能特点
成型特点
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）
线型结构非结晶型材料
小于70℃，
一较好的定的化学稳定性
机械强度较好，有一定的耐磨性。
但耐热性较差，吸水性较大
成型性能很好成型前原料要干燥
结论
该塑料有良好的工艺性能，适宜注射成型，成型前原料药干燥处理
表2.2ABS工艺参数表
工艺参数
通用型ABS
料桶后部温度
160～170
料桶中部温度
200～220
料桶前部温度
180～200
喷嘴温度/℃
170～190
模具温度/℃
40～80
第3章成型方案的选择
当塑件设计完成之后就进入了模具设计，首先必须考虑采用单型腔还是多型腔模，并决定型腔数量的多少。
考虑的因数主要有：
现有的注塑机的规格，所要求的塑件质量，塑件成本及交货期，起决定作用的因素有很多，它既有技术方面的因数，也有生产管理方面的因数。
一般来说，从经济的角度出发，订货量大时可选用大型机，多型腔模具。
当尺寸精度和重复性精度要求很高时应尽量减少型腔的数目，在满足其它的各项要求的前提下尽量采用单型腔模具。
由于是学校的毕业设计，所以不必考虑交货日期，只需从经济角度和注塑机规格上考虑即可。
3.1模具结构形式选择
方案一：
热流道模具
热流道模具是利用加热装置使流道内熔体始终不凝固的模具。
因为它比传统模具成形周期短，而且更节约原料，所以热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用。
（1）优点：
①缩短制件成型周期
因没有浇道系统冷却时间的限制，制件成型固化后便可及时顶出。
许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5秒钟以下。
②节省塑料原料
在纯热流道模具中因没有冷浇道，所以无生产费料。
这对于塑料价格贵的应用项目意义尤其重大。
事实上，国际上主要的热流道生产厂商均在世界上石油及塑料原料价格昂贵的年代得到了迅猛的发展。
因为热流道技术是减少费料降低材料费的有效途径。
③减少废品，提高产品质量
在热流道模具成型过程中，塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制。
塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔，其结果是品质一致的零件。
热流道成型的零件浇口质量好，脱模后残余应力低，零件变形小。
所以市场上很多高质量的产品均由热流道模具生产。
如人们熟悉的MOTOROLA手机，HP打印机，DELL笔记本电脑里的许多塑料零件均用热流道模具制作。
④消除后续工序，有利于生产自动化
制件经热流道模具成型后即为成品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序。
有利于生产自动化。
国外很多产品生产厂家均将热流道与自动化结合起来以大幅度地提高生产效率。
许多先进的塑料成型工艺是在热流道技术基础上发展起来的。
如PET预成型制作，在模具中多色共注，多种材料共注工艺，STACKMOLD等
（2）热流道模具的缺点
尽管与冷流道模具相比，热流道模具有许多显著的优点，但模具用户亦需要了解热流道模具的缺点。
概括起来有以下几点。
①模具成本上升
热流道元件价格比较贵，热流道模具成本可能会大幅度增高。
如果零件产量小，模具工具成本比例高，经济上不花算。
对许多发展中国家的模具用户，热流道系统价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。
②热流道模具制作工艺设备要求高
热流道模具需要精密加工机械作保证。
热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格，否则模具在生产过程中会出现很多严重问题。
如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产，喷嘴镶件与浇口相对位置不好导致塑件质量严重下降等。
③操作维修复杂
与冷流道模具相比，热流道模具操作维修复杂。
如使用操作不当极易损坏热流道零件，使生产无法进行，造成巨大经济损失。
对于热流道模具的新用户，需要较长时间来积累使用经验。
方案二:
传统模具
传统模具在社会生产上比较常用，较之热流道模具，模具制造成本低，维修方便，工艺要求低。
比较两种方式模具方案，我选择传统模具。
3.2型腔数的确定
型腔数目的确定主要参考以下几点来确定：
1）根据经济性确定型腔数目和总成型加工费用最小的原则，并略准备时间试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。
2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目，当成型大型平板塑件时常用这种方法。
3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目，根据经验，每加一个型腔制品尺寸精度要降低4%，对于高精度制品，由于多型腔模具难以保证各型腔的成型条件一致，故推荐型腔数目不超过4个。
分析塑件外形尺寸为460×23.093×190.862mm。
结合分型方式如采用一模一腔结构，从经济上和效率上比较并结合型腔数目确定原则，一模一腔更合适。
第4章注塑设备的选择
4.1估算塑件体积
该产品材料为ASB，查模具设计手册得知其密度为1.02～1.05克/cm3，收缩率为0.5﹪。
计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。
使用Proe软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形塑件的体积。
单件塑件体积=116853㎜3
单件塑件投影面积=42280㎜3
单件塑件重量=122695.65克
流道凝料V’=8.764cm3
实际注射体积为:
V=116853+8.764=116861.764cm3；
实际注射质量为M=116.862×1.05=122.705g；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则，即：
0.8V0≧V
V0=V/0.8
=116.862/0.8
=146.078cm3；
由锁模力选定注射机
F
F
=A
·P
=42280×100
=4228（KN）
式中F
—注射机的锁模力（N）；
A
—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和
P
—型腔压力，查资料可知ABS注射压力为70～120，则取P=100Mpa，而型腔压力为注射压力的80%，故P
=80%*P=80Mpa；
4.2模架的选定
根据塑件粗步选定为大水口二板模DI型模架结构为如图4-1。
图4-1模架示意图
4.3选择注射机
结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表4.1所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ-100/200，主要技术参数如下:
表4-4国产注射机SZ-100/200技术参数表
特性
内容
特性
内容
结构类型
卧
拉杆内间距（mm）
530×830
理论注射量（cm
）
150
移模行程（mm）
250
螺杆（柱塞）直径（mm）
40
最大模具厚度（mm）
550
注射压力（MP
）
180
最小模具厚度（mm）
250
注射速率（g/s）
70
锁模形式（mm）
双曲肘
塑化能力（g/s）
35
定位孔直径（mm）
φ100
螺杆转速（r/min）
0-200
喷嘴球头半径（mm）
SR21
锁模力（KN）
6000
喷嘴口直径（mm）
φ3
第5章模具结构设计
5.1浇注系统的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：
（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：
尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。
（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
5.1.1主流道设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。
主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。
塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。
采用带直流道与分流道的侧浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为100，内表面的粗糙度为Ra0.8微米。
主流道的设计要点如下：
（1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因ASB的流动性为一般，故其锥度取10度，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R0.8um。
（2）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度
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