键盘撑脚注射模具设计及制造工艺设计

设计题目键盘撑脚注射模具设计及制造工艺 目 录摘 要引言1第一章 产品图3第二章 对塑料件的材料与工艺性分析42.1材料成型的特点分析：42.1.1使用性能42.1.2成型性能42.2塑料件的工艺性分析42.2.1塑件表面质量分析42.2.2塑件的结构工艺性分析4第三章 根据塑件的质量体积确定型腔数目和选择注射机53.1确定型腔数53.2根据模具型腔能否充满与最大注射量关系计算53.3注射压力的校核63.4锁模力的校核63.5 开模行程的校核7第四章 模架的选择8第五章 塑料制件在模具中的位置95.1分型面95.2成型零件及排列方式105.2.1型腔：105.2.2型芯：105.2.3 排位方式：11第六章 浇注系统设计126.1 主流道的设计126.2 分流道的设计146.3 浇口的设计156.4 泠料穴和拉料杆的设计16第七章 排气系统的设计17第八章 推出机构设计18第九章 冷却系统的设计.19结论21参考文献.22致谢23 摘 要为了保证成型合格的塑料制品，满足产品的使用要求，保证模塑成型工艺顺利进行，提高劳动生产率，降低成本，必须根据塑料制品的要求和塑料的工艺性能，认真分析制品的工艺性或正确设计塑料制品，正确确定成型方法及成型工艺，正确选择成型工艺条件，正确设计塑料模具及选择合适的成型机械。在塑料成型工艺和各种塑料模具结构及设计计算的基础上，现扼要叙述一个塑料模设计的实例。本设计是键盘撑脚塑料成型工艺与模具设计。根据指导老师所给的任务书，应用ug软件，创建零件模型图，然后创建分型面，并把模型图停留在动模部分和定模部分。同时，由于键盘撑脚的设计在工业产品设计中是一类比较实用型产品的设计，涉及到多方面因素。综述了塑料产品的工艺性能,对键盘撑脚的注射成型工艺进行了分析，并选择注塑机以及注塑机工艺参数，充分论述了键盘撑脚的注射成型工艺过程。如何设计出有特点、符合批量生产要求，同时又要充分满足使用要求保护键盘撑脚塑的使用寿命，因此，材料的选择、工艺分析、结构设计重要性。对于本次设计是在阅读大量技术文献的基础上，详细介绍了工艺设计的各个步骤。为了方便说明，还插入了一部分图。此设计是对毕业生在大学三年中所学知识的一次全面的素质与能力的综合检验。关键词：模具技术、塑料、制品、参数、计算ABSTRACTIn order to ensure a qualified plastic molding products, to meet product use requirements designed to ensure the smooth progress of molding processes, improve labor productivity, reduce costs, must be based on the requirements of plastics and plastic process performance, a careful analysis of products, processes or the proper design plastic products, to determine the correct method of forming and molding processes, correct choice of molding process conditions, the proper design and selection of a suitable plastic mold molding machine. In the plastic molding process, and all kinds of plastic mold structure and the design calculations, based on a plastic mold is a brief description of the design example.This design is the outlet cover plastic molding process and mold design. According to the mandate given by the instructor to find a parts book their own kind, their own mapping, application ug software, create a part model diagram, and then create a sub-type surface, and to remain in the dynamic simulation model diagram part and the fixed mold section. At the same time, due to the design of outlet cover in industrial product design is a kind of more practical product design, involving various factors. An overview of the process performance of plastic products on the socket cover injection molding process was analyzed, and select injection molding machine injection molding machine, as well as process parameters, fully discussed with plastic cup with a handle of injection molding process.How to work out features, in line with volume production requirements, at the same time fully meet the application requirements to protect the life of plastic outlet cover, so the choice of materials, process analysis, the importance of structural design. For this second design is a large number of technical literature in reading, based on the detailed design of the various steps of the process. To facilitate the descriptions, but also inserted a part of Fig. This design is a graduate of the school at the university three years, a comprehensive knowledge of the quality and ability of the comprehensive examinations.Keywords: Mold technology、plastics、 products、 parameters、 calculation 23引言一、模具工业在国民经济中的地位 在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型，例如，塑料产品是通过注射方式使塑料材料在模具内成型而获得的。由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，现在已经在国民经济各个部门，特别是汽车、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻功日用品等部门得到极其广泛的应用。随着社会经济的发展，人们对工业产品的品种、数量、质量及款式的要求越来越高。为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一。二、塑料模塑成型技术的发展动向塑料模塑成型工艺及塑料模技术的发展与整个塑料工业的发展是分不开的。随着塑料产量的提高和品种的增多以及应用范围的扩大，促进了塑料成型工艺、塑料成型设备和塑料模具的不断发展。塑料成型模具是塑料模塑成型关键的工艺装备。这是因为在现代塑料制品生产中，正确的加工工艺、高效率的设备、先进的模具是影响塑料制品生产的三大重要因素，而塑料模对塑料模塑工艺的实现，保证塑料制品的形状、尺寸及公差起着极重要的作用，高效率全自动的设备只有配备了适应自动化生产的塑料模才可能发挥其效能；产品的更新也是以模具的制造和更新为前提。目前，对塑料制品的品种、质量和产量的要求愈来愈高，因而对塑料模的需求也愈来愈迫切。可见塑料模在模具工业中是极其重要，塑料模成型发展动向：1） 加深理论研究。2） 高效率，自动化。3） 大型，微型，高精度。4） 高寿命和简易经济模具。5） 模具制造先进设备及先进工艺。6） 模具的标准化与专业化生产。7） 计算机辅助设计和计算机辅助制造模具技术。第一章 产品图图1-1 产品图第二章 对塑料件的材料与工艺性分析2.1材料成型的特点分析：2.1.1使用性能PC是聚碳酸酯的简称，聚碳酸酯的英文是Polycarbonate，简称PC工程塑料，是分子主链中含有O-R-O-CO链节的热塑性树脂，按分子结构中所带酯基不同可分为脂肪族、脂环族、脂肪一芳香族型。是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点，它的强度和韧性很好，pc的Tg（玻璃化温度）较高（约为150）熔融温度为220320以上，长期工作温度可高达120短时使用温度可达140，其脆化温度低达-100，甚至在-181以下。以其他热塑性塑料相比pc的刚性较大，蠕变值很小，具有良好的尺寸稳定性，性能优越。2.1.2成型性能PC塑料成型性能较好,它的流动性较好.PC熔体冷却时收缩均匀，成型收缩率小，一般在0.4%0.8%的范围内。尽管PC的吸水率不大，但是由于酯基发生高温水解，在成型加工温度下（220300）下微量的水分也能导致其降解，放出CO2等气体，产生变色，相对分子质量急剧下降，制品表面出现银丝、气泡等。因此PC塑料成型必须进行干燥。2.2塑料件的工艺性分析2.2.1塑件表面质量分析该塑件制品是某键盘撑脚，要求尺寸稳定，外表美观，无斑点、条纹、凹痕、起泡、变色、飞边，并且尽量减少熔接痕、顶白等。表面粗糙度可取Ra1.6,而塑件内部没有较高的粗糙度要求。此外还要求具有一定的表面光泽性、一定的硬度、耐磨性。2.2.2塑件的结构工艺性分析该塑件外形为方形壳类零件外形尺寸为45mmX10mmX4.5mm，平均壁厚为1.5mm,总体尺寸为小型，塑件成型性能良好；没有扣位，产品简单， 可进行注塑生产。第三章 根据塑件的质量体积确定型腔数目和选择注射机模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射的范围内。3.1确定型腔数根据塑件的几何结构特点模具制造比较容易，精度尺寸要求不是很高，要求的表面光洁度比较高,为降低成本，又是批量生产，再从受力平衡等方面考虑,选择一模四腔。3.2根据模具型腔能否充满与最大注射量关系计算塑件的体积应该小于或者等于注射机的注射量。其关系式为：0.8最大注射量利用系数；制品的体积； 注射机的最大注射容量。根据UG计算，得到塑件的体积为=899 所以：/0.8 = 899/0.8= 1.2由于模具是一模四腔，所以模具塑件的总体积：=1.2x4=4.8估算浇注系统的凝料体积：=0.5=0.54.8=2.4所以估算的总体积为：=4.8+2.4=7.2由塑料成型工艺与模具设计表4-1 热塑性塑料注射机型号与主要技术规格中，根据以上所得出的体积和模具高度选择，初步选XS-ZY-250（卧式）注射机。其主要技术规格如下表1-1。表1-1 XS-ZY-250（卧式）注射机主要技术规格螺杆直径（）50合模力（kN）1800额定注射容量（）250最大注射面积（）500、550注射压力（）130最大模板行程（）500模具厚度（）最大350注射方式螺杆式最小200注射时间(s)2.0动、定模固定尺寸()589X520最大开(合)模行程()5003.3注射压力的校核塑件成型所需要的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按下式校核：式中 塑件成型所需的注射压力（）；所选注射机的额定注射压力（）。本塑件成型材料为pc塑料，=100-13OMPa，对于XS-ZY-250（卧式）型注射机， =130，因此 ，所以注射压力满足要求。3.4锁模力的校核模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按下式校核：F式中 模具的型腔压力；F塑件与浇注系统在分型面上的投影面积（）；注射机的额定锁模力（N）。 =kk损耗系数，这里取1/3；塑件成型所需的注射压力(），=100-130，这里取130。 =k=1/3130=43用UG计算塑件的表面积：A= 74982估算浇注系统在分型面的投影面积：注射机喷嘴球半径，孔直径，根据成型塑料，取主流道直径=16mm，分流道直径d=8mm，分流道长度l=76mm。故浇注系统在分型面上的投影面积=27616（6/2）2=2460.26 。所以 F=A+=7498+2460.26=9958F=439958=428194N根据模具设计指导表6-24查的 =2.54N故F ，即所选注射机的锁模力符合要求。3.5开模行程的校核塑件所需的开模距离应小于注射机的最大开模行程。对于本塑件，可按下式校核：式中 塑件脱模时的距离， =15塑件高度，包括浇注系统， =6=15+6+10=31 S=30031故开模行程符合要求。第四章 模架的选择注射模具的基本结构有很多共同点，所以标准化的工作已经基本完成，市场上有标准件出售，为制造注射模具提供了便利条件，根据生产批量成型合理性本次设计采用一模四腔的方案。本设计使用的推出机构使用顶针推出，所以（根据燕秀工具箱）模架选用:2030( A=70,B=100,C=90)，龙记大水口CI型。第五章 塑料制件在模具中的位置5.1分型面模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，也叫合模面。我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。分型面设计得是否得当，对制件质量、操作难易、模具结构复杂性有很大影响。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、镶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：1.分型面应选在塑件外形的最大轮廓处，设在台阶或转角处，避免在制件上留下拼合缝的痕迹,保证塑件的精度要求，满足塑件的外观质量，要求便于模具加工制造；2.分型面的选择应有利于顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧，有利于推出机构的设计；3.分型面的选择应有利于保证塑件的精度要求；4.分型面的选择应满足塑件的外观质量要求 ；5.分型面的选择要有利于模具成型零件的加工制造 ；6.分型面的位置要有利于模具的排气 ；7.尽量减少塑件在分型面上的投影面积 ；8.分型面的选择要有利于简化模具结构，塑件不止有一个抽芯的时候，在选择分型面时要使较大的型芯与开模方向一致。另外，为了利于模具的加工和零件更好的成型，本设计采用了以顶针的方式如零件内孔的方式，这样不仅加工方便，零件成形性好。也有利于制件的脱模。根据以上原则并结合实际情况，本次采用单分型面，分型面采用平直形式。以下为分型面简图：图1-3 分型面5.2成型零件及排列方式模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环、滑块等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。5.2.1型腔：图1-4 型腔 根据制品的表面要求采用整体式凹模，凹模是成型塑料制品的外形的主要零件，这种整体式的凹模结构简单，但是它成型的表面质量比较好。5.2.2型芯：图1-5 型芯根据制品的内部形状采用整体凸模形式。由于制件的内孔较小为方便加工型芯，内孔成型采用顶针镶入方式。5.2.3 排位方式：该塑件产品为中小型塑件，采用一模四腔，型腔布置在模架的中心，主流道侧浇口，采用这样的平衡浇注系统，能使型腔的产品浇满，达到同时冷却的目的，有利于产品的生产、加工。塑件的排列图1-6所示：图1-6 塑件排列方式第六章 浇注系统设计浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部分，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。6.1 主流道的设计主流道是连接机台喷嘴至分流道入口处之间的一段通道，是塑料进入模具型腔时最先经过的地方其尺寸，大小与塑料流速和充模时间长短有密切关系因此，一般情況下，主流道会制造成单独的浇口套，镶在母模板上。主流道尺寸，如图1-7所示：图1-7 主流道尺寸喷嘴球面孔径：d12mm ；喷嘴球面半径：SR116mm ；SR2 =SR1 +（1-2）mm ； d= d1 +（0.5-1）mm ；取主流道球面半径：SR2=18mm ；取主流道的小端直径：d=3mm ；球面配合高度：h3mm 。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2。主流大端直径：D6.6mm。7.主流道衬套的形式及固定采用的有托唧咀，用定位圈配合固定在模具的面板上。如图1-8所示：图1-8 主流道衬套6.2 分流道的设计分流道是主流道的连接部分，介于主流道和浇口之间，起分流和转向作用分流道必须在压力损失最小的情況下，将熔融塑胶以较快速度送到浇口处充模.分流道型式有多种，它因塑胶和模具结构不同而异，常用型式有圓形，半圓形，矩形，梯形，形，正六边形,设计时基本原则：1.在条件允许下，分流道截面积尽量小，长度尽量短。2.分流道较长时，应在末端设置冷料穴，以容纳冷料和防止空气进入，而冷料穴上一般会设置拉料杆，以便于胶道脱模。3.如分流道较多时，应考虑加设分流锥，可避免熔融塑胶直接冲击型腔，也可避免塑料急转弯使塑胶平稳过渡。4.分流道一般采用平衡式方式分布，特殊情况可采用非平衡方式，要求各型腔同时均衡进胶，排列紧凑，流程短，以减少模具尺寸。结合本次设计分流道采用直径为8mm。如图1-9所示：图1-9 分流道6.3 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。浇口的设计与位置的选择恰当与否,直接关系到塑件能否非完好的高质量地注射成型。浇口的位置、形状对塑件的性能和质量的影响很大。浇口可分限制性浇口和非限制性浇口两种。浇口作用可以概述为，非限制性浇口起着引料、进料的作用；限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速而均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：1.浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置；2.浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩；3.浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除；4.浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位；5.对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形；6.浇口应尽量设在不影响制品外观的部位；7.不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。本次设计选择侧浇口。浇口的布置如图1-10所示：图1-10 浇口6.4 泠料穴和拉料杆的设计冷料井，又称滞料部，目的是贮存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，以防止熔体冷料进入型腔,造成下一个成形品有流痕产生所设计。冷料穴一般设在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也开设冷料穴。本设计冷料井采用底部带拉料杆的形式，拉料杆为Z形头拉料杆。具体形状及位置如图2-1所示：冷料井 图2-1 浇注系统凝料穴第七章 排气系统的设计排气系统的作用是将型腔和浇注系统中原有的空所和成型过程中固化反应产生的气体顺利地排出模具之外。当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地排出，将会在制件上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，粘度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。因此设计型腔时必须充分地考虑排气问题。本次设计塑件的顶针比较多，因此利用顶针排气。如图2-6所示： 图2-6 排气系统第八章 推出机构设计制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将决定制件的质量。在设计推出机构时应遵循下列原则：1.推出机构应尽量设置在动模一侧由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。2.保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。3.机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。4.良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件，尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。5.合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不会与其他模具零件相干涉。 本次设计利用圆推杆推出制品是推出机构中最简单的，最常用的。因为它制造简单，更换方便，滑动阻力小，脱模效果好。如下图所示：图2-8 顶杆第九章 冷却系统的设计热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定形质量和生产效率。模具冷却系统的设计原则：1.尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡2.冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。3.尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。4.浇口处加强冷却。5.应降低水进、出口水的温差值和便于加工清理。6