机械平板键盘的模具设计-注塑模具【含7张CAD图纸+PDF图】
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江苏财经职业技术学院 综合毕业实践说明书（论文） 标题：机械平板键盘的模具设计 系 别： 机电工程系机电工程系 专 业： 模具设计与制造模具设计与制造 学 号： 0810403234 0810403234 姓 名： 熊亚辉熊亚辉 指导教师： 陈青云陈青云 2011 年 5 月 15 日 摘 要 随着塑料工业的飞速发展，塑料模具对人们的生活影响越来越大了，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。我国的模具水平在近几年也得到了很大的发展。 在本次设计过程中，主要设计了计算机键盘的注射模具。分析了塑件的形状尺寸，拟订了模具的总体结构设计方案，并选定了所需的注射机的型号，设计了模具的成型部分，浇注系统和冷却系统等，并对模具进行了分模。重点设计了模具的成型部分，并绘制了模具的装配图和动模定模图。 关键词：关键词：注射模;动模;定模;分模 1 目 录 摘 要.1 目 录.2 引言.4 1 绪论.4 1.1 模具工业的概况.4 2 确定模具结构方案.5 2.1 塑件分析.5 2.1.1. 塑件外形分析.5 2.1.2. 塑件的尺寸、公差及设计基准.6 2.1.3. 塑件所用塑料名称、性能及工艺参数.6 2.1.4. 塑件结构要素.6 2.2 注射机的选择.7 2.3 拟定模具结构方案.8 3 模具设计的有关计算.9 3.1 浇注系统.9 3.1.1 浇注系统的总体构成.9 3.1.2 主流道设计.9 3.1.3 分流道设计.10 3.1.4 浇口设计.11 3.2 分型面的设计.12 3.2.1 排气槽的设计.13 3.3 成型部分及零部件.14 3.3.1 型腔数的确定.14 3.3.2 一般凹凸模结构设计.14 3.3.3 成型零件工作尺寸.14 3.3.4 型腔壁厚计算.16 3.4 脱模机构.18 2 3.4.1 脱模机构的构成与功能.18 3.4.2 取出机构的方式.18 3.4.3 脱出机构设计原则.18 3.4.4 塑件的脱出机构设计.20 3.5 浇注系统凝料的脱出部件设计.24 4 拉料及导柱设计.25 4.1 拉料机构.25 4.2 侧向抽芯及合模导向机构.25 4.2.1 侧向抽芯机构设计.25 4.2.2 合模导向机构设计.25 4.3 冷却系统.28 4.3.1 冷却装置设计分析.28 4.3.2 冷却装置的理论计算.28 4.3.3 冷却回路的布置.30 5 模体与支承连接零件.32 5.1 模体结构设计.32 5.2 其他零件吊装设计.33 结束语.33 致 谢.35 参考文献.36 3 机械平板键盘模具设计 引言 引言 毕业设计课题确定为机械键盘的单型腔注射模具设计。 设计内容主要是常用注射机与注射模的关系及选用，材料的选用，成型部分的设计，浇注系统的设计，排溢引气系统的设计，脱模机构的设计，温度调节系统设计，复位系统的设计及模体设计，各种支承部件，导向零件等。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。 IT 行业的兴起，引发着模具制造业的巅峰，富士康、三星公司的模具设计越发得到关注，本设计就电脑类机械键盘进行模具设计，根据对塑件的使用性能.材料选用和成型工艺等进行分析，设计出既节省材料又增加工作效率的键盘设计。 1 绪论 1 绪论 1.1 模具工业的概况 在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母” ，对国民经济发展起着不容质疑的作用。 塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达 30 余家， 4 从事模具技术教育的培训的院校已超过 50 余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学 CAD 国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。 经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 中国虽然在很早以前就制造和使用模具，但一直未形成产业。由于长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方， 因此一直发展缓慢。 1984 年成立了这个模具工业协会， 1987 年模具首次被列入机电产品目录， 当时全国共有生产模具的厂点 6000 家，总产值约为 30 亿元。随着中国改革开放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具工业得到快速发展。在市场竞争中，企业的模具生产技术提高很快，规模不断发展，提高很快。 我国塑料模具的设计与制造目前主要依赖设计人员的经验和工艺人员的技巧， 设计的合理性只有通过试模才知道，制造的缺陷主要靠反复修模来纠正。这不仅难以保证模具的质量，而且使模具的设计与制造周期长，成本高，特别对大型、精密、复杂的中高档模具，问题更为突出。 由于 CAD/CAE/CAM 的应用， 特别是 20 世纪 80 年代开始中国许多模具制造厂从国外引进了许多软件，包括冲压模、级进模、塑料模、压铸模、橡胶模、玻璃模、挤压模等相应软件， 使中国模具设计制造水平有很大提高， 也产生了较大的经济技术和社会效益。但由于人才缺乏和基础工作较差， 引进的软件未能很好应用及发挥其应有的效益现象普遍存在，这是今后应十分重视和有待解决的问题。 2 确定模具结构方案 2 确定模具结构方案 2.1 塑件分析 2.1.1. 塑件外形分析 该塑件为机械键盘（壳类） ，外表为平面，壁厚为 2mm。具体视图如图 2-1 所示： 5 图 2-1 键盘图 图 2-1 键盘图 2.1.2. 塑件的尺寸、公差及设计基准 (1) 塑件尺寸为 4501609MM（不含按键高度） 。塑件要求为一般精度为 3 级，则尺寸公差取 0.56mm. (2) 塑件设计以上端面为基准，进行设计。 2.1.3. 塑件所用塑料名称、性能及工艺参数 塑件选用材料为 ABS ，具体参数如下： 密度（g/cm3） ：1.021.16 (取 1.10) 熔点：130160 C 吸水率：(0.20.4)% 收缩率（%） ： 0.40.7 （取 0.5%） 模具温度（C） ：5080 （取 50） 料筒温度（C） ：150200 喷嘴温度（C） ：17018072.1.4. 塑件结构要素 (1) 塑件脱模斜度：对 ABS 塑料而言， 型芯：351 （取 40） 型腔：40120（取 1） (2) 圆角：为防止塑件转角处的应力集中，改善充模特性，转角处采用圆角过渡。 6 R（0.20.5） （取 0.2） 2.2 注射机的选择 (1) 最大注塑量： 由V （BL+241R） （2-1） （4516422）0.4 7200.4 288(cm3) 995.680%360(cm3) B塑件的宽度（） L塑件的长度（） R塑件圆弧部分的半径（） (2) 注塑压力：因为塑件形状简单，熔体流动性好、壁薄、尺寸大，所以据经验注塑压力选 100140Mpa 即可。 （取 120 Mpa） (3) 锁模力： F锁P腔A/1000 （2-2） F锁301064501604122106/1000 2160kN) P腔型腔压力（Mpa） ，由表 2-2 查得，30 Mpa A 塑件及流道系统在分型面上的投影面积。 (4) 开模行程校核(S)： SL1L2 （2-3） S710825(mm) L1凸模凸出部分高度(mm) L2取出塑件间隙(mm) 顶杆顶出富裕量(510mm) (取 8mm) 总上，选取 SZ-630/2400 卧式注塑机，其主要参数为： 最大注塑体积/cm3： 610 螺杆直径/mm：60 7 注塑压力/ Mpa：151 注塑速率(g/s)：310 锁模力/KN：2400 最小模具厚度/mm：310 定位孔直径/mm：160 喷嘴球半径/mm ：35122.3 拟定模具结构方案 理想的模具结构应充分发挥成型设备的厚力 （如合理的型腔数目和自动化水平等） ，在绝对可靠的条件下使模具本身的工作最大限度地满足塑件的工艺要求 （如塑件的几何形状，尺寸精度，表面光洁度等）和生产经济要求（成本低，效率高。使用寿命长，节省劳动力等） ，由于影响因素很多，可先从以下几方面做起： （1）塑件成型。按塑件形状结构合理确定，其成型位置，同成型位置在程度上影响模具的复杂性。鉴于塑件外形及模具空间的充分利用，要用中间成型。 （2）行腔布置。根据塑件的形状大小，结构特点。尺寸精度，批量大小及模具制造的难易，成本高低等确定型腔的数量与排列方式。根据经验每增加一个型腔，塑件尺寸精度降低 4%，此处根据塑件要求及设计任务要用单型腔。 （3）选择分型面。分型面位置的选取要有利于模具加工、排气、脱气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作等。此方案中，依据塑件小孔的垂直方向为竖直方向作为最大分型面。 （4）确定浇注系统 包括主流、分流道、冷料井、浇口的形状、大小和位置。主浇道的设计符合模具设计标准。由此单型腔、分流道以捷径为原则逼近浇口。冷料井作成Z 形以便于脱模。 （5）选择脱模方式 考虑开模、分型的方法与顺序，推杆的组合方式、合模导向与复位机构的设置以及侧向抽芯机构的选择与设计和模具空间的成分利用， 采用二次开模机构。 （6）模温调节 冷却水道的形状、尺寸与位置，特别是与模腔壁间的距离及位置关系。都影响塑件产品的质量和成型周期。而考虑冷却效果初步设想采用圆孔水道。 （7）确定主要零件的结构与尺寸 考虑成型与安装的需要及制造与装配的可能，根据能选材料，通过理论计算或经验数据，确定型腔、型芯、导柱、导套、推杆等重要零 8 件的结构与尺寸以及安装固定、定位、导向等方法。 （8）支承与连接 合理的将模具的各个组成部分通过支承块、模板、销钉、螺钉等支承与连接零件，按使用与设计要求组合成一体，获得模具的总体结构13。 3 模具设计的有关计算 3 模具设计的有关计算 3.1 浇注系统 3.1.1 浇注系统的总体构成 浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。 3.1.2 主流道设计 主流道是指从注塑机喷嘴与模具接触的部位起到分流道为止的一段。 (1)主流道的结构设计 A 对于所选的卧式注塑机：熔融塑料首先经过主流道，故它的大小直接影响塑料的流速及填充时间。主流道的断面设计为圆形，这样在有限的空间内增大了截面积。 B 为了便于从主流道中拉出浇注系统的凝料及熔体膨胀， 主流道设计成带锥度的圆柱，其锥角 2 4（取 3） ，过大会使流速减慢。 C 主流道大端面呈圆角，其半径常取 r13mm(取 2mm)， ，以减少料流转向过渡时的阻力。 D 为确保塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，主流道对接处设计成半球形凹坑。如图 3-1 所示。具体关系为： R2R135mm1mm 36mm R2主流道对接处半径(mm) R1注塑机喷嘴球半径(mm) 喷嘴球半径接触富裕量(mm) L1凹坑深度(mm).一般 34mm,取 3mm 9 图 3-1 主流道 图 3-1 主流道 E 为了保证塑件成型良好，L(主浇道长度)取最小，减小凝料 LL3(L2L1) 25mm(203) mm42mm L主浇道长度(mm) L1凹坑深度(mm) L2浇口套凸台高度(mm) L3主浇道主要部分长度(mm) (2) 浇口套设计 由于主浇道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞， 所以要模具的主流道部分通常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。为了选用优质钢材和单独加工和热处理，采用分体式。为方便定位，设计圆盘凸出定模端面的高度 H 为：H(510) mm 3.1.3 分流道设计 分流道是指主流道与浇口之间的这一段，它是熔融塑料由主流道流入型腔的过渡段，也是浇注系统中通过断面积变化和塑料转向的过渡段，能使塑料得到平稳的转换。 (1) 分流道的程度及端面尺寸 由经验得，ABS 分流道断面直径为 3.510mm，鉴于塑件的实际尺寸，取 5mm。如图3-2 所示。 图 3-2 分流道 图 3-2 分流道 (2) 分流道截面形状 10 考虑效率，圆形截面积大，表面积小，效率最高，且分流道的中心与浇口中心线共线，故采用圆形截面。但加工相对困难。采用梯形或 U 字型截面时，塑料熔体在流道中流动时。表层冷凝冻结，起绝热作用，熔体仅在流道中心流动，因此为实现理想状态的流道中心线与浇口中心线共线，故采用圆形截面。 (3)分流道的布置 由设计要求，采用单型腔，根据塑件形状采用分流道平衡式布置。 (4)分流道与浇口的连接 分流道与浇口连接处加工成斜面，并用圆弧过渡。 ，利于塑料熔体的流动。 3.1.4 浇口设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状、数量和位置对塑件的质量影响很大。其作用有：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。 (1) 浇口形式设计 潜伏式浇口脱模时，有较强的冲击力，易堵塞浇口，侧浇口适用于两板流下明显的浇口痕。同时，ABS 塑料性能为低粘度、故采用点浇口。这要求采用三板式结构，以脱出流道凝料。由表查得，壁厚 2mm 时，d 为 1.03.0mm(取 1mm);浇口长度:l1mm。如图 3-3所示。 图 3-3 浇口 图 3-3 浇口 (2) 浇口位置的选取原则 A 浇口位置的选择应避免产生喷射和蠕动（蛇形流） B 浇口应开设在塑件断面最厚处。 C 浇口位置的选择应使塑料的流程最短，料流变向最少，以减少动能损失，良好填充。 D 浇口位置的选择应有利于型腔内气体的排出。 E 浇口位置的选择应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。 11 F 浇口位置的选择应防止料流将型腔、型芯等挤压变形。鉴于此，对本塑件浇口选于沿长边一侧接近两端 1/4 处。如图 3-4 所示。 图 3-4 浇口 图 3-4 浇口 3.2 分型面的设计 分型面是打开模具取出塑件浇注系统凝料的面。 (1) 确保塑件尺寸精度 为满足同轴度，防止错腔要求，使塑件全部在定模中成型，且塑件表面呈平面型，故可以采用较小的脱模斜度。 (2)确保塑件表面质量 分型面尽可能选择在不影响外观的部位以及分型面处产生的飞边容易加工修整部位。根据产品实际考虑，我把分型面选在键盘外壳底面的最大面积处。 (3)考虑模具结构 图 3-5 分型面 图 3-5 分型面 12 尽量简化脱模部件，为便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留于动模，即只要上塑件与动模结合力大于塑件与定模结合力即可。在满足此要求前提下，尽可能使塑件与定模有一定结合力，而不将塑件与模具的结合力全部放于动模中。 鉴于分型面以上选取原则及塑件断面尺寸最大和点浇口的应用，采用双分型面，如图 3-5 所示。 3.2.1 排气槽的设计 对于成型大中型塑件的模具，需要排出的气体质量多，通常应开排气槽。排气槽应设在分型面凹槽一边。 排气槽的位置以处于熔体流动末端为好。 排气槽宽度b(35)mm,深度h小于 0.05mm，长度l0.7mm。对于ABS塑料，有经验 3mm。如图 3-6 所示12。 34 1-分流道分流道 2-浇口浇口 3-排气槽排气槽 4-导向沟导向沟 5-分型面分型面 图图 3-6 排气槽排气槽 13 3.3 成型部分及零部件 3.3.1 型腔数的确定 型腔数的确定： 根据锁模力确定型腔数目 设锁模力为F（N） ，型腔压力为P（Mpa）,每一塑件的投影面积为A1(mm2)，浇注系统的投影面积为A2(mm2)，则有： n件废锁AfAF 13 （3-1） 1.27 故在这采用单型腔模具成型。 3.3.2 一般凹凸模结构设计 （1）凹模结构设计 凹模是成型塑件外形的主要部件，其结构随塑件的形状和模具的加工方法而变化。 整体方式强度、刚性好、结构简单。考虑塑件形状采用完全整体式凹模块：它是由整块金属材料直接加工而成的，如图 3-7 所示。这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不易变形，成塑的塑件质量较好。但机械加工较困难，故适用于形状简单的塑件。 图 3-7 凹模 图 3-7 凹模 （2） 凸模的结构设计 凸模上成型塑件内形的成型零件。根据塑件的特殊形状的成型要求，采用完全整体式凸模。 3.3.3 成型零件工作尺寸 （1） 凹模径向尺寸： （平均收缩率法） 。图 3-8 所示为塑件外形（外径）与型腔内 14 形（内径）的对应关系。 图 3-8 成型凹槽图 3-8 成型凹槽 0mSSCPDdd QX S=+腔（） （3-2） 式中 -型腔内形尺寸 D腔Sd -塑件外形基本尺寸（mm） CPQ-塑件平均收缩率 5% X 综合系数 取 1/3 m模具成型尺寸设计公差 m取（1/5-1/3）S D腔=（450+4500.5%-1/20.56） = 0.280452.24D腔=（160+1600.5%-1/20.56） = 0.280160.79型腔深度尺寸： 0(mSSCPHhh QX S)+=+腔 （3-3） 式中 H腔-型腔内形尺寸 Sh -塑件外形基本尺寸（mm） CPQ-塑件平均收缩率 5% 15 X 综合系数 取 1/3 m模具成型尺寸设计公差 m取（1/5-1/3） H腔=9+90.5%-1/20.56 = 0-0.288.7653.3.4 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的计算是模具设计中经常遇到的重要问题， 尤其对大型模具更为重要。目前，许多单位都凭经验决定，但常因为估计不准而造成面具报废或浪费材料，为此，建立科学的计算方法实属必要。目前，常用计算方法有按强度条件和按刚度条件计算两大类， 但实际的塑件模具却要求既并不允许因为强度不足而发生明显的变形，甚至破坏，也不允许用刚度不足而发生过大变形。因此，要求逐一对强度及刚度加以合理考虑。 在注塑成型过程中，型腔所受的力有塑料熔体的压力，合模时的压力，开模时的拉力等， 其中最主要的是熔体的压力， 在塑料熔体压力作用下， 型腔将产生有应力及变形。如果型腔侧壁和壁厚不够，当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时，刚度不足侧发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难。但理论分析和实践表明，模具对刚度及强度的要求并非同时兼顾。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，应按刚度计算。强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力。刚度计算的条件则因模具特殊性，从几个方面考虑： A 要防止溢料。模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注塑时，会产生足以溢料的间隙。对 ABS 而言，间隙为 0.05mm。 B 应保证塑件精度。塑件均有尺寸要求，这就要求模具塑腔具有良好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形。最大弹性变形值可取塑件允许公差的 1/5。 C 要利于脱模。当变形量大于塑件冷却收缩时，塑件的周边将被型腔紧紧的包住而难以脱模，强制顶出易使塑件划伤或损坏，因此型腔允许弹性变形量应小于塑件的收缩值。 (2) 型腔壁厚的计算： 16 图 3-9 型腔 图 3-9 型腔 A 侧壁厚度： 首先按强度计算： 12()mCpapth= （3-4） =7.95mm 再按刚度计算： 143(MCPcP htE=) （3-5） =3.27mm 通过对强度和刚度的比较，在满足两者的情况下，所以选择壁厚为 8mm B 底板厚度： 首先按强度计算： mhpa Ptb= （3-6） =65.54mm 按刚度计算： 143(mhpc p htE=) （3-7） =10.15mm 综合从刚度和强度方面考虑，我们选择的底板厚度为 66mm 17 式中： E模具材料的弹性模量（Mpa） ，碳钢 2.10 510 P型腔压力.约为 0.4 (mpa)151 p刚度条件，即允许变形量(mm) 0.040.05 p模具材料的许用应力（Mpa） 取 180Mpa。 Ct 为凹模型腔侧壁厚度(mm) ht 为凹模型腔底板厚度（mm） 3.4 脱模机构 3.4.1 脱模机构的构成与功能 脱模机构的作用是将型件和浇注凝料等与模具松动分离（称为脱出） ，然后把从模具脱出的塑件和浇注系统凝料等从模内取出，即脱模动作分为脱出和取出两个步骤。本设计中脱出和取出两个动作之间， 有明显的界限 （前者液压脱出， 后者动力来源为人工） 。 3.4.2 取出机构的方式 根据塑件质量要求，采用非掉落取出。即塑件或浇注系统凝料等从模具中被拿出。取出动作依靠人工，在脱出部件使其从模具脱出呈悬挂状时，将其取出而离开模具。 3.4.3 脱出机构设计原则 在注塑成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔中或凸模上松动分离（即脱出） ，脱出塑件的机构，就叫塑件脱出机构。浇注系统凝料等也要从模内脱出，这种机构就叫浇注系统凝料等的脱出机构。本设计采用三模两开式，塑件与浇注系统用两个单独的脱出机构。 (1) 脱出机构设计基本考虑 为了保证塑件在顶出过程中不变形或损坏， 必须正确分析对模腔粘附力的大小及其所在部位，以便选择合理的顶出方式和顶出装置，使顶出力将以均匀合理的分布。顶出位置应设置在阻力大的地方，再有就是使塑件不易变形的部位。在选择顶出位置时，尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，尤其是用顶杆顶出时更应注意这个问题。另外，与塑件直接接触的脱出零件的配合间隙要保证不溢料，以免塑件上留下飞刺 18 痕迹。 (2) 脱出机构的结构 在设计模具结构时，必须考虑在开模过程中保证塑件留在具有顶出装置的那一部件，即留于动模上，这样可简化顶出机构。但因塑件结构的关系，不便留于动模时，亦可采取一些措施，强制塑件留于动模中，或是塑件在开模后由定模上的顶出机构顶出。 脱出机构要求工作可靠，动作节奏点清晰，运动灵活，制造方便，配换容易，且本身具有足够的强度和刚度。根据注塑顶出装置的形式，模具上要相应采用一定的形式。 (3) 所需顶出行程、抽芯距、开模行程计算 A 顶出行程： S顶h凸 e 93 12() S顶所需顶出行程() h凸型芯成型高度() e顶出行程富裕量()，取 23 B 抽芯距： 由于电脑键盘无需侧抽芯，故无需抽芯机构。 C 开模行程：对于双分型面模具来说（如图 3-10 所示） 图 3-10 双分型面 图 3-10 双分型面 S开H1H2ae 97510 19 31 () H1动定模型芯突出分型面的高度总和() H2塑件及浇注系统在开模方向上的总投影高度() a 浇注系统在开模方向的总投影高度() e取件及取出浇注系统凝料的开模行程富裕量() (4)所需顶出力、抽拔力、开模力计算 顶出力的决定与抽拔力的计算相同，塑件与型腔的粘附力，多由塑件收缩引起，因此顶出塑件时所需的顶出力必须克服粘附力所引起的摩擦阻力。 塑件在冷凝收缩时要产生对型芯的包紧力所产生的抽拔阻力及机械传动的摩擦力，才能抽出活动型芯。对于不带通孔的壳体塑件，抽拔时还要克服大气压造成的阻力。在开始抽拔拔瞬间，所需的力称为其始抽拔力，以后抽拔所需的力称为相继抽拔力，前者比后者大，因此计算抽拔力时应以起始抽拔力为准。由公式 3-8 得 Q()cossin1tancos+ffpA （3-8） 4492N P塑件的收缩应力(N/) （由于键盘属于模内冷却的塑件，故取） 24/101960mN A塑件包紧型芯的侧面积() f摩擦系数，一般 f0.150.2 (取 0.2) 脱模斜度，一般 12(取 1) Q抽拔力(N) 顶出力：包括塑件从凸模的脱出力，通过顶出的侧面抽芯力转化来的顶出力，顶出机构惯性力和摩擦力，潜伏式浇口的切断力，流道及冷料井的顶出力，其他脱出力转化来的顶出力等。 所需开模力：包括型腔真空负力、模具及注射机模板惯性力、摩擦力、塑件从凹模中的脱出力、侧抽芯力转化来的开模力、主流道的凝料的脱出力、点浇口的切断力等。 3.4.4 塑件的脱出机构设计 为了顶出塑件，必须根据脱出机构的设计原则，使用一定形式的塑件直接接触的顶出元件。一般顶出机构的顶出元件有顶杆、顶管、推板、活动镶块等。这里采用顶杆。 20 为了使顶出元件能够顶出塑件， 必须将顶出元件直接或通过中间过渡的顶出杆连接到顶出板上。注塑机的顶出机构顶出模具的顶出板运动可靠而带动顶出元件将塑件顶出。为了保持顶出板运动可靠灵活且不致于由于各种因素使顶出元件扭曲，折断或卡住等，导出板应有导向装置。在塑件被取出而进入到下一个注塑操作循环时，顶出机构要进行复位，所以顶出机构上要有用于复位的元件。为了提高顶出板在复位后与模具的动模板有较好的接触性能和方便复位极力的调整， 可采用限位钉安装于顶出板与模具的动模座板之间。 根据塑件分析，采用顶杆顶出机构。顶杆顶出机构是最简单最常用的一种形式，因它制造简单，更换方便，顶出效果好，故广泛应用于生产中。本设计采用两种顶杆： (1) 顶杆选取： A 普通顶杆：如图 3-11 所示，为单节式顶杆，配合部分和固定部分做成一致。它只起顶出塑件的作用，本身只有端面参与成型。 图 3-11 顶杆 图 3-11 顶杆 B 成型顶杆：该种顶杆除了顶出塑件外，本身还直接参与成型，它可以做成与塑件的某一部分的形状相同。 （如图 3-12 所示） 图 3-12 成型顶杆图 3-12 成型顶杆 (2) 顶杆在塑件上的布局： 顶杆的位置应选在顶出阻力大的地方，也即使塑件不易变形的部位。如图所示，侧面处阻力最大，因此顶杆设于此处为宜。由于塑件形状相对简单，且是规则的矩形，故 21 顶杆在塑件上均等分布，使电脑键盘在顶出的过程中受力均匀。如图 3-13 所示。 图 3-13 顶杆布局 图 3-13 顶杆布局 (3) 顶杆固定及配合： 图 3-14 顶杆固定 图 3-14 顶杆固定 顶杆与顶杆孔的配合可采用 H8/f8 或 H7/e7。配合表面的粗糙度，一般为 Ra0.080.4m。顶杆在顶杆固定板中的固定形式如图 3-14 所示顶杆直径要比固定孔的直径小0.51.0 。 (4) 顶杆直径 d、长度 L 的确定： （顶杆如图 3-15 所示） 图图 3-15 顶杆顶杆 d 顶F4 （3-9） 22 8.6 () (取 10 ) Lh凸1h动垫S顶2h顶固 （3-10） 70.1012520 44.1 () 式中 ： h凸凸模的总高度() h动垫动模板的厚度() S顶顶出行程() h顶固顶杆固定板的厚度() 1富裕量，一般为 0.050.1 ，表示顶杆端面比型腔高出。 2顶出行程富裕量()，一般为 36 弹簧并紧后高度()（顶出板和动模垫板间加弹簧） (5) 顶出中附属零部件 A 顶出板：顶出板由顶杆固定板及其垫板组成，用于固定元件作用，常用 45 钢制成。最好经调质处理，235HB。 B 限位钉： 为了提高顶出板在复位后与模具的动模座板有比较好的接触性能和方便复位距离的调整，可采用限位钉装于顶出板与模具的动模之间。所有限位钉的高度必须一致。限位钉数目取 4-6 个，均布于动模座板上。通常与动模过盈配合。限位钉用 T8材质，热处理 55HRC 左右；亦可用 45 钢，并经条调质好处理，235HB。 C 顶出导向零件：在顶出塑件时为了防止垫板和顶杆折断顶杆，尤其对细长顶杆更应该防止产生这种折断现象，故常设导向零件。在这里设导柱两个。导柱通常用 T8 材质做成，淬火 5560HRC。如图 3-16 所示。 图 3-16 导向零件 图 3-16 导向零件 D 复位杆： （回程杆或反顶杆）它的作用是将已经完成顶出塑件的顶板回复到注塑 23 成型时的原始位置。复位杆必须装在固定顶杆的同一固定板上，而且各个复位杆的长度必须一致，且复位杆端面常低于模板平面 0.020.05 。复位杆的材质用 T8、T10 等，淬火 5560HRC。具体形式如图 3-17 所示。 图 3-17 复位杆 图 3-17 复位杆 d=12mm D=17mm H=6mm L=50mm E 弹簧：为了提高顶出的平稳和起缓冲作用，在顶出板与动模垫板之间加上弹簧。如图 3-18 所示。 图 3-18 弹簧 图 3-18 弹簧 3.5 浇注系统凝料的脱出部件设计 图图 3-19 脱出装置脱出装置 结合塑件二次开模的特点，利用侧凹切断点浇口凝料。如图所示结构，在分流道尽 24 头钻一斜孔， 开模时由于斜孔内的冷凝料的限制， 使浇注系统凝料在浇口处与塑件切断，然后由于冷料井倒锥的作用，钩住浇注系统凝料脱离斜孔，最后由中心顶杆顶出浇注系统凝料。侧凹部分结构如图 3-19 所示，斜孔角度 1530，直径 35 ，斜孔深度为 512 。 4 拉料及导柱设计 4 拉料及导柱设计 4.1 拉料机构 拉料机构采用拉料杆。拉料杆头部做成 Z 字形，可将主流道的凝料钩出，开模时即可将该凝料从主流道中拉出。拉料杆的尾部是固定在动模垫板上的。故在一次开模时，凝料被拉于定模上。开模之后，将凝料取下。此处，由于塑件的特殊结构，不采用拉料杆而用冷料井来完成凝料的脱出。 拉料杆结构如图 4-1 所示。 图 4-1 拉料杆结构 图 4-1 拉料杆结构 4.2 侧向抽芯及合模导向机构 4.2.1 侧向抽芯机构设计 鉴于塑件的特殊结构，无需侧抽芯，所以侧抽芯机构不必设计，塑件能够很好的完成塑件的顶出。 4.2.2 合模导向机构设计 导向零件的作用是：模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置。导向零件要受到一定的侧向力， ，起导向和定位的作用。当模具牢靠装于注塑机上后。模具在注塑过程中，如果模具上没有精定位装置，动、定模的正确定位则由注塑机的拉杆精度保证；如果模具上有精定位装置，动、定模的正确定位则由模具的精定位装置保证。 (1) 导向结构的总体设计 A 导向零件应合理地均匀分别在模具的周围或靠近边缘的部位， 其中心到模具边缘 25 应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱后发生变形。 B 根据模具的形状与大小， 本副模具采用 4 个导柱。 在实际中， 为了简化加工工艺，可采用四个直径相同的导柱； 但数量分布不对称， 此处采用导柱位置对称但中心距不同。如图 4-2 所示。 图 4-2 导向结构布置图 4-2 导向结构布置 C 由于塑件留于动模，所以为了便于脱模，导柱安装于定模。 D 为了保证分型面很好的接触，导柱在分型面处制有承屑槽，一般是削去一个面。如图 4-3 所示。 图图 4-3 承屑槽承屑槽 图图 4-4 导向孔导向孔 E 各导柱及导向孔的轴线应保证平行，否则将影响合模的正确度，甚至破坏导向零件。如图 4-4 所示。 F 在合模时， 应保证导向零件首先接触， 避免凸模先进入型腔， 导致损坏成型零件。 (2) 导柱的设计 A 导柱结构如图 4-5 所示，采用带头导柱。 26 图 4-5 导柱 图 4-5 导柱 B 导柱选用材料为 T8，热处理 5055HRC，公差 t 为 6 级。 C 导柱长度必须比凸模端面的高度，高出 68 ，以免在导柱未导正方向之前凸模先进入型腔相碰而损坏。 D 导柱的直径根据模具尺寸来确定。查表1得知，40 E 导柱常见安装固定如图 4-6 所示。 导柱尾部通常应埋入模板内， 固定部分按 H7/m6过渡配合， 导柱滑动部分按 H8/f8 间隙配合。 导柱工作部件的表面粗糙度可为 Ra0.4m。 图 4-6 导柱的安装 图 4-6 导柱的安装 F 导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此采用碳素工具钢（T8）经淬火处理，硬度 55HRC 以上。 (3) 导向孔的设计（无导套式） 导向孔直接开设在模板上，这种形式的导向孔加工简单，适用于小批量生产，精度要求不高的模具，导向孔应做成通孔。如果做成盲孔，则不但因孔内空气无法逸出，对导柱的进入有反压缩作用，而且落入孔内的废料也不易清除，有碍导柱导入。 为了使导柱顺利地进入导向孔，在导向孔的前端应有倒固定圆角。导向孔的滑动部分 H8/f8 间隙配合，表面粗糙度 Ra0.4m。 27 4.3 冷却系统 一般注塑到模具内的塑料温度为 200C 左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在 60C 以下，热塑性塑料 ABS 在注塑成型后，应该对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可以迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于 ABS 而言，属粘度低、流动性好的塑料，且塑件稍大，为缩短成型周期，需设置冷却系统。 4.3.1 冷却装置设计分析 (1) 尽量保证塑件收缩均匀，保持模具热平衡。 (2)冷却系统水孔的数量越多越好，孔径越大，则对塑件冷却也就越均匀。 (3)水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔尽量相吻合，当塑件壁厚不均时，厚壁处水孔应靠近型腔一些，距离要小。一般水边离型腔距离不得小于 10 ，常用 1215 。 (4)浇口处加强冷却。有；不熔融塑料填充时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此，浇口附近应加强冷却，通入冷水，而在温度较低的外侧只需通过经热交换后的温水即可。 (5)降低入水和出水的温差。否则易使模具的温度分布不均。 (6)冷却水通道要避免接近塑件的熔痕部位，以免熔接不牢，影响强度。 (7)冷却系统的设计要考虑尽量避免其与模具结构中其他部分的干涉现象。 (8)冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面，即要埋入模板内，以免模具在运输过程中造成损坏。 (9)冷却水通道要易于加工和清理。一般孔径设计为 812 。 4.3.2 冷却装置的理论计算 理论计算即计算模具的冷却面积与冷却分布造成的不同温度分布， 以便设计冷却回路。求得恰当的冷却管道直径和长度，满足冷却要求。 (1) 传热面积计算： 如果忽略模具同空气对流，热辐射与注塑机结合厂所散失的热量，假设塑料熔体在模内释放的热量，全部由冷却水带走，则模具冷却时需要冷却水的体积流量可按下式计算： 如考虑结晶形塑件的熔解潜热，则每千克塑料释放的总热量为： 28 lha+=焓 15 （4-1） =350+1680 =2030J/kg a每千克塑料所放出的总热量 取 350J/kg 又有 Q=nGa （4-2） 在不考虑其他热量损失的情况下， 可以认为塑件所放出的热量全部被冷却介质所带走。 Q=Cw（） （4-3） 21tt式中： W每小时所需冷却水的质量。kg/h t1冷却水出口温度(C) （取 50C） t2冷却水进口温度(C) （取 25C） C冷却介质的比热容J/(kgK) 所以每小时所需要的冷却是的质量是： W=)(32ttcQ=)(32ttcnGa （4-4） =12.7kg/h 冷却水管所需的传热面积： )(3600WMWTTQA= （4-5） =3.5m2 式中 Q为每小时传递的热量，上式中有计算。 TM 模具的平均温度 TW 冷却水的平均温度 系数，取 0.6 所以冷却系统的总长度是： DAL= （4-6） 29 =111.5m 冷却水孔的数目的确定，由于模具尺寸限制，设水孔的长度为 0.5 米。 n=7.4 根 在这里我们取 8 根。 n 冷却水孔的数目 l 每根水孔的长度（m） L 冷却水孔的总长度(m) 4.3.3 冷却回路的布置 根据塑件形状及所需冷却温度分布要求以及浇口位置等。设计出不同的冷却回路。 (1) 型腔冷却回路 众所周知，在成型过程中，型腔被温度较高的熔融塑料填满随塑料冷却，型腔内快速升温，故设置冷却回路。根据塑件形状分析，采用在型腔附近钻冷却水孔，如图 4-7所示。因型腔较浅，采用直通式冷却水孔。 图 4-7 冷却水孔 图 4-7 冷却水孔 (2) 型芯冷却回路 由于成型过程中，型芯总是被温度很高的熔融塑料包围着，因此，型芯材料的热传导问题就显得非常关键。为了解决型芯的散热问题，虽然可有使用热传导率较高的材料制造型芯（如铍青铜材料） 。如前所述，铍青铜的导热系数是钢的 1.83.3 倍，但因铍青铜的力学强度比钢差，并且大量使用铍青铜材料会使模具成本大幅度提高，所以绝大多数情况下，解决这一问题最好的办法是在型芯中设置冷却水道，利用冷却水道中冷却液的温度和流速来控制型芯的问题，达到制品散热的目的。 对于本塑件尺寸较大，采用图 4-8 所示的冷却水道布置。值得注意的是，在制作这 30 种冷却水道时， 型芯侧面的水道封堵一定要平整， 避免因出现侧面凸凹而影响制品脱模。 图 4-8 冷却水孔布置图 4-8 冷却水孔布置 (3) 模具冷却水道的水嘴（出、入水口）正确位置 A 模具安装在注塑机之后， 其冷却水道的水嘴出入水口， 不能正对着注塑机的拉杆，以免安装困难。 B 冷却水道的水嘴最好装在注塑机的背后（即注塑机操作人员的另一侧） ，以免影响操作。 C 对于自动成型的模具（如卧式）注塑机，其冷却水道的水嘴最好不要设置在模具顶端，以免给机械操作者带来不便（如拆、装水管时，冷却液容易流入型腔） 。 D 避免将冷却水道的水嘴安装在模具底面，因为在自动成型时（卧式机） ，由于水管的限制，会影响制件与“料把”的脱落，形成“料堆”。 (4) 冷却系统的零件 A 水嘴：主要用来连接冷却通道的入口和出口，使冷却水导入模具的冷却系统，并使在模具中吸收了热量的水离开模具。水嘴一般用黄铜材料制成，对于要求不高的模具可用一般结构钢制成。 B 螺塞：主要用来构造水路，起截流的作用。要求高的模具要用黄铜材料的螺塞，要求不高的模具可用钢材料。 C 密封圈：主要用来保证冷却回路不泄露。 D 密封胶带：主要用来使螺塞与冷却通道、水嘴冷却通道连接处不泄露。 E 软管：主要作为连接并构造模外冷却回路的作用，一般为橡胶材料做成。 31 5 模体与支承连
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