毕业论文设计-袁嘉伦

1、广东工业大学华立学院本科毕业设计（论文）键盘下盖的产品设计与模具设计系部机电与信息工程学部专业材料成型及控制工程班级10材料成型及控制工程1班学号12021001031学生姓名袁嘉伦指导老师肖金2014 年 5 月本论文为分析高端机械键盘下盖的设计与塑料键盘下盖注射模的设计及成型工艺 特点，通过pro/e及autocad软件对机械键盘下盖三维结构设计及模具设计。并且介 绍键盘下盖设计与成型的相关参数。主要介绍塑料键盘下盖模具的结构设计，包括浇注 系统的设计，推出机构的设计，冷却系统的设计，排气系统的设计及制件成型缺陷和改 善方法。通过模具加工工艺技术來提高模具生产以及注塑成品质量，通过此次毕业

2、设计, 对零件的工艺参数进行独立的分析和解决工艺问题，提高对复杂程度的零件的工艺规程 的能力，完成注塑模具的设计开发以及解决开发，在本次设计过程中，遇到不少专业知 识上的难题，学会查阅资料解决问题是必备的途径。本设计完全通过使用pro/e 4. 0和 autocad来完成键盘下盖的结构设计和模具设计，以及装配图和零件图的2d图档生成。 从在校学习到在公司实践，抽象的专业知识得到充分地实践，积累了丰富的工作经验以 及专业技能，进一步完善专业知识领域的空缺。关键词：结构设计，注塑模，pro/eabstractthis paper is about features and forming proc

3、ess of the design, analysis of plastic keyboard high-end mechanical keyboard cover, lower cover injection mold. through pro/e and autocad software for mechanical keyboard cover structure design and die design. it introduces the cover design and keyboard the structural design of the main paper plasti

4、c keyboard cover mould, including the design of gating system, the design of ejecting mechanism, the cooling system design, design and molding defects and improving methods for exhaust system. improving the quality of product through processing technological of mould. as to the graduating design to

5、analyze and tackle the craft problems independently. improving the complex degree of parts ability of the directive rules and complete the design of mould and develop. learning how to look for data is necessary while i facing lots of difficulties in major acknowledge in the process of designing. thi

6、s design use pro/e 4.0 and autocad totally to complete the architecture design and mould design of the keyboard bottom and assembly drawing and part drawing. from study in school to practice in the company to makes the abstract major acknowledge transform into practicing. it accumulates abundant wor

7、king experiences and major skills to perfect the vacancy of major acknowledgekeywords: design of injection, mould, pro/e目录1绪论11.1塑料工业发展情况及选题依据11.2我国国内塑料模具工业今后的发展方向21.3注塑模具与注塑模具设计31.4注塑成型及注塑材料32产品设计52.1研究对象52.2产品分析52.3塑件原材料的分析72.4塑件的结构工艺性分析73注塑模具设计参数93.1注塑材料选择93.2材料的确定103.3塑件制件设计的工艺分析及其要求113.3.1尺寸和精度

8、：11332 形状：113.3.3 壁厚： 113.3.4 斜度：123.3.5加强筋等防止变形的结构设计：123.3.6支撑面：123.3.7 圆角：134注塑模具设计流程144注塑模人工设计流程分析：144.2模具设计环境与工具144.2.1 pro/engineer144.2.2 emx154.2.3 pro/e的注塑具设计的过程155模具结构的设计165分型面的设计165.2分模165.3标准模架分类185.5模具结构的初步确定196模具浇注系统设计206浇注系统主要由主流道、分流道、浇口及冷料穴四部分组成。206.1.1主流道：是从模具接触注射机喷嘴起到分流道止的一段流道。206.1

9、.2分流道：指浇注系统中连接主流道与浇口的一段熔体通道。206.1.3冷料井：是设在主流道（或分流道）末端的一个空穴，以防止冷却的树脂流 入型腔。216.1.4浇口：浇口直接灌入行腔，并完成塑胶件的注射。216.1.5浇口的形状选择：226.1.6浇口的尺寸确定：226.2脱模机构设计: 226.2.1直接顶出元件： 236.2.2复位元件： 247合模导向机构设计258冷却系统设计268.1冷却系统的结构设计268.2模具温度调节系统：279存在问题与解决设想289.1本设计存在的问题289.2制品的质量2810总结30参考文献31致谢321.1塑料工业发展情况及选题依据我们fi常生活，生产

10、中所使用到的各种工具和产品，大到机床的各种塑料产品的外 壳，小到一个塑料螺丝、纽扣以及齐种家用电器的零部件，无不与模具有着密切的联系 。随着塑料工业的飞速发展和扩大。如家用电器，仪表仪器，建筑材料，汽车工业， 日用五金等众多领域。一个合理设计的塑料件往往能代替多个传统金属零件。工业产品 和日用品塑料的趋势不断上升。一个国家模具的生产能力的强弱，水平的高低，直接影 响着许多工业部门的新产品的开发和旧产品的更新换代，也影响着产品和经济效益的提 高。采用模具生产制件具有生产效益、质量好、切削少、节约能源和原材料、成本低等 一系列优点。模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工业中最有潜力

11、的发展方向。而注塑模又是模具生产中采用最普遍的方法。世界塑料成型模具中，约60% 为注塑模2。因此各行各业都在应用模具生产产品，大部分制造行业都高新聘请模具师 傅，也培养着新技术人员，模具行业的快速发展，孕育出了一批有一批模具制造人才， 也提供了不少就业岗位。模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，我国的模具工业的振兴和发展，口益 受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广犬业内人士 的共识。在电了、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的 零部件都要依靠模具实现成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致 性、高生产率和低消耗，是其他

12、加工制造方式所无可比拟的。模具也是“效益放大器”, 用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍，甚至上百倍。模具生产 技术水平的高低，已衡量一个国家产品制造水平高低，因为模具在很大程度上决定着产 品的质量、效益和新产品的开发能力。在国外发达国家的模具厂大体分为：独立的模具厂或隶属于一些大的集团公司的模 具厂，一般规模都不大，可是专业化程度高，技术水平高，生产效率极高。模具企业一 般不超过100人，基本是都是在50人以下。在人员结构上，设计、质量控制、营销人 员超过30%,管理人员在5%以下。年人均产值却超过100万元人民币，最高能达到200 多万元人民币。国外模具企业对人员素质要求

13、一般比较高，技术人员一专多能，一般能 独立完成从工艺到工装的设计；操作人员具备多种操作技能；营销人员对模具的了解和 掌握很深，而国内模具企业分工较细，明显缺乏综合素质较高的人员。除外，国外模具 企业cad/cam/cae技术的应用较为广泛，逆向工程、快速原型制造铸造模具使用也 相对较多。我国塑料模具行业从起步到现在，历经半个多世纪，也得到了很人发展，模 具水平提升较大。在大型模具方面已能生产70英寸大屏幕彩电塑壳注射模具12kg大容 量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面， 已能生产多型腔小模数齿轮模具、照相机塑料件模具及塑封模具。在成型工艺方面，多材质塑料

14、成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模 机构的创新设计方面，同时也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用也逐渐成熟, 如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在5065英寸电视 机外壳以及一些厚壁零件的模具上通过气辅技术实现注塑，一些厂家还使用c-mold 气辅软件，获得了较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及 技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达25%以上，一般采用内热式或外热式热流 道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具 有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%,与

15、 国外的5080%相比，并距较大。在制造技术方面，cad/cam/cae技术的应用水平上 了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的cad/cam系统, 如美国 eds 的 ugii、美国 parametric technology 公司的 pro/enginccr 美国 cv 公司的 cads5、英国deltacam公司的doct5> 口本hzs公司的crade、以色列公司的 cimatron>美国ac-tech公司的c-mold及澳人利亚moldflow公的mpa塑模分析软 件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 cad/

16、cam的集成，并能支持cae技术对成型过程(如充模和冷却等)进行计算机模 拟，获得了一定的技术经济效益，促进并推动了我国模具cad/cam技术的发展。2 1.2我国国内塑料模具工业今后的发展方向(1) 由丁塑料模具成形的制品日益人型化，复杂化和高精度的耍求，以及为达到 高生产率需求，发展的一模多腔非常有必要，重点提高大型，精密，复杂，长寿命模具 的设计水平及比例。(2) 在塑料模具设计制造小全面推广cad/cam/cae技术。cad/cam技术已发 展成为了一项比较成熟的共性技术，随着cad/cam软件智能化程度的逐步提高，塑料 制作及模具的三维设计，以及成形过程的模拟分析，在我国模具工业中发

17、挥了越来越重 要的作用。（3）推广应用热流道技术，高压注射成形技术和气辅注射成形技术。（4）开发新的成形工艺和快速经济模具，以适应多品种，少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。为提高模具质量和降低模具制造 成木，模具标准件的应用要大力推广。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量。（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫 描仪实现逆向工程是塑料模cad/cam的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价 的检测设备是实现逆向工程的必要前提。1-3注塑模具与注塑模具设计注射模具乂称注塑模具，主要用于热塑性塑料制品的成型。注塑

18、成型在塑料制品屮 占有很大比重，世界上塑料成型模具的产量已经超过一半是注塑模具。由于注射模具的 生产制作并不是设计的最终目的，而是要用它制作出好的塑料制品。因此，模具的设计 不但要考虑到金属的特性以及加工工艺，还需耍通过树脂材料特性、注射成型工艺进行 考量。注射模具设计的内容主要还包扌舌了市场调研，塑料的选择，塑件建模及其设计的 工艺性分析，注塑机、注射模架及其零部件的选择，并进行相关的参数计算与校核，以 及工程图纸的绘制。在模具设计中cad/cae技术的应用，可大量缩短模具设计的时间 并使设计参数标准化。虽然如此，我们在正确地、高水平地使用注塑模具计算机辅助设 计的各种软件的同吋，仍需要对模

19、具设计的原则和方法有深刻地了解，以使cad/cae 技术在模具的设计、生产、制造过程中发挥最大的作用。1.4注塑成型及注塑材料注射（注塑）成型：使热塑性或热固性模塑料先在加热料筒屮均匀塑化，而后由柱 寒或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。注射成型是一个复杂的过程， 其中包括充模、加压、保压、冷却以及脱模等一系列连续的加工步骤。它基本适用于所 有的热塑性塑料。近年來，注射成型也成功地用于成型个別热固性塑料。注射成型的成 型周期短（儿秒到儿分钟），成型制品质量可由儿克到儿十千克，能一次成型得到外形 复朵、尺寸精确、带有金展或非金屈嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率 高。注射成

20、型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、锁模 系统和塑模三大部分组成。本论文也是通过传统的注射成型技术来生产出需要的产品。 在家用的电器的发展中，有各种优界性能的塑料材料的应用起着十分重要的作用，塑料 具有质轻，比强度高，不锈蚀，绝缘性好等优点，而且原材料广，成型方便，生产的效 率高，因此用塑料材料代替金属，生产成本低，而且也适合于大批量生产。由于塑料加 工性好，同吋带来了简化和减少零部件的好处。根据塑料热行为的不同，可将塑料分为 热塑性塑料和热固性塑料。（-）热塑性塑料：热塑性塑料在加热到一定温度时可软化甚至熔融流动，冷却后 用又固化为一定形状，这个过程可反复进行。热塑

21、性塑料小的合成树脂一般为线型高分 子，成型时，在热作用下主要发生物理状态的变化，并且这种变化具有可逆性。热塑性 塑料成型容易，成型效率高且经济性较好。常见的热塑性材料有：聚乙烯（pe）、聚丙 烯（pp）、聚酰胺（pa）、聚甲醛（pom）、饱和聚酯（sp）等，以上均为结晶型塑料；聚 氯乙烯（pvc）、聚苯乙烯（ps）、聚碳酸酯（pc）、（丙烯疑/丁二烯/苯乙烯）共聚物（abs） 等，以上均为非结晶型塑料。除abs外，一般而言，非结晶型塑料是透明的。（二）热固性塑料：热固性塑料受热时，其中的合成树脂将发生化学变化，树脂（或 称聚合物）分子由线型或支链型结构通过交联反应变为体型结构，塑料也因此固化定

22、型。 固化后的热固性塑料遇热不再熔融，也不熔于有机溶剂，所以不能反复加工。常见的热 i占i性塑料品种有：酚醛（pf）塑料、环氧（ep）塑料、腺醛塑料、氨基塑料等。注射成 型屮应用多的是热塑性材料，热固性材料则次z,且从经济、坏保角度岀发，本设计塑 件材料从热塑性材料中选取。2产品设计2.1研究对象本论文的研究对象是带内侧加强筋和内侧卡勾的机械键盘下盖塑件（1）釆用美国ptc公司的软件pro/engineer设计出该产品的3d图，并导出2d 图。（2）初步选定材料选用abs,收缩率为5/1000左右；分型面为键盘下盖水平放置 时与上盖接合处为分型面。（3）根据实际模型，结构比较简单，采用一模一穴

23、结构。（4）由于本产品尺寸较大，所以采用与产品相应的冷却回路进行冷却。（5）模具划分成动模部分和定模部分，接下来创建型腔、镶件及侧抽芯等零件， 然后使用pro/engineer软件分析模块的草图和厚度检测功能评估零件，看所设计出的 零件是否合格。（6）由模具的三维图和二维图进行工艺分析，确定好各个模具部件的尺寸，并制 订零件加工工艺。（7）应用pro/engineer软件，创建零件的3d模具图形；应用autocad软件， 绘制模具2d图纸。2. 2产品分析本产品为达尔优凌豹系列最新的高端机械键盘（如图2.1）,此项目在公司实习指导 老师指导下完成。获得此项口后，根据客户的需求，要求与此前的机械

24、键盘公用物料， 减少研发成本，因此，机械轴使用国产轴，键帽采用公司内部机械键盘专用键帽，内部 电子pcba也采用公用材料，cable线也公用公司内部，所以，此产品只需要新开两套 模具，一套冲压模具（上盖为铝合金材质，能阳极氧化各种颜色，满足所有其他外贸客 户需求，如图2.2）,另一套为注塑模具（下盖为塑胶，使用注塑成型工艺完成，如图2.3）。 注塑模将在下文屮重点论述。图2. 1产品分析图2. 2上盖铝合金五金件图2. 3下盖塑件2. 3塑件原材料的分析如图23所示，此产品为键盘的下盖。材料使用abs,这种材料是非结晶性材料中 的一种，吸湿性强，耍充分干燥，流动性中等，可以根据各个客户需求而添

25、加各种色粉 來更改下盖颜色，从而让键盘下盖不同色彩吸引客户。此种材料适宜用高料温、高模温、 较高压力注射。模具屮浇注系统对料阻力较小，应注意选择浇口的位置和形式。abs具体参数如卜：密度（g/cn?）： 1.02-1.16熔点：130-160 °c吸水率：（0.20.4） %模具温度（°c） 5080料筒温度（°c） 150200喷嘴温度（°c） 170-180（312. 4塑件的结构工艺性分析此产品外表面需要晒纹及局部镜面抛光，因此外表面不能有明显的熔接痕，缩水， 银纹（料花），气纹印等问题。内部结构需要加强筋来保证键盘的强度，键盘尺寸为 351x12

26、3x11mm,壁厚为2.0mm,部分区域需要避开电子元器件,同时需要制作卡扣, 固定pcba,从而使整个键盘稳固。为了方便脱模，外观面必须作拔模处理，本产品在id设计中已经作了拔模处理， 因此，在模具设计时，必须将筋骨进行拔模处理，以免出模时粘模。（1）塑件脱模斜度：对abs塑料而言型芯：351。30'（取 1。5'）型腔：30,40，（取35，）（2）圆角：为防止塑件转角处的应力集中，改善充模特性，转角处采用圆角过度。r（0.51mm）（取 0.5mm） 4（3）成型零件的尺寸由模具设计手册表2-16查得abs的收缩率为q=0.4%0.7%,故平均收缩率为 scp=0.005

27、o根据塑件尺寸公差要求，及考虑到工厂模具制造的现有条件，模具的制造 公差取s z=a/3o具体成型零件尺寸由数控加工软件的相关参数的设置保证。（4）主型芯脱模力计算：d/t=58>20属于厚壁公式：fi=lfhp0式中，po制件对型芯单位面积的包紧力(n), 般取7.84x 106-1.176x 107pa； h成型部分深度(m);1包紧部分平均周长f摩擦系数查阅手册1得：po=lo7 pa, fl.l,l=948x 10-3m, h= 15x10-3 m将数据代入公式得：fi=15.2kn总脱模阻力为：qe= qci+ fi =16530n=16.53kn(5) 、侧型芯脱模力计算，公

28、式：qc 产 10f<ae(tftj)th式屮，qcl制件对型芯包紧脱模阻力(n)；t脱模系数a塑料的线胀系数(1/°c)e在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量(mpa)tf软化温度(°c)t j脱模顶出时的制品温度(°c)t制件的厚度(nun)h型芯脱模方向的高度(mm)查阅手册得：化二0.45,a=7. 8x10 5oc_1, e=1.2x103mp, tf=155°c,tj=55°c,t=2mm,h二 15.将数据代入公式得：qc产1263. 6n3注塑模具设计参数3.1注塑材料选择材料的流动性、密度会影响零件表面的光洁度。功能设计是材料

29、选择的重要依据， 材料选择也要与模具设计，成型加工条件而确定的，而且述要考虑经济成本等问题。塑 料件材料选择的依据包括结构，尺寸精度，工作环境，制造工艺，安全因素，以及塑料 的特性等。现有的商品级塑料品种繁多，初选吋耍选36种作为候选样品以备进一步的 筛选，最后选取最佳材料进行模具设计。以下是儿种候选材料的性能和主要用途：（-）abs （丙烯精/丁二烯/苯乙烯共聚物）典型应用范围：汽车（仪表板、工具 舱门、车轮盖、反光盒镜等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机、搅拌器、食品加工 机、割草机等）、电话机壳体，打字键盘等。注塑工艺及模具条件：干燥处理：具有吸 湿性，要求在注犁成型z前进行干燥处理，建

30、议干燥条件为8090°c下最少干燥2h,材 料温度波动应保证小于0.1%；熔化温度：210280°c,建议温度：245°c；模具温度： 2570°c （模具温度将影响塑件光洁度，模具温度较低则会导致成型制品的光洁度较低）; 注射压力：50loompa；注射速度：中高速度；化学和物理性能：abs是由丙烯月青、丁 二烯和苯乙烯三种单体合成。每种单体都具有不同性能：丙烯腊有高强度、热稳定性及 化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。 从形态上看，abs是非结晶性材料。abs材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕 变性和优异

31、的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。（二）ps （聚苯乙烯）：典型应用范围：家庭用品（洗碗机、洗衣机等），电气设备如控制器壳体、光纤连 接器，各种仪表外壳、骨架、仪表指示灯，灯罩，还可用作电风扇底电机罩，旋钮等。 注塑工艺及模具条件：干燥处理：除非贮存不当，通常不需要干燥处理，如需要干燥， 建议干燥条件为80°c、23h；熔化温度：180280°c,对于助燃型材料其上限为250°c； 模具温度：4050°c；注射压力：2060mpa；流道和浇口町以采用所有常规类型的浇 口；化学和物理性能：犬多数商业用的ps都是透明的，非结品材料。ps具有非常好的 儿何稳定

32、性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抵 抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化物如浓硫酸所腐蚀，并且会在一些有机溶剂屮发 生溶胀变形。典型的收缩率在0.4%0.7%。ps刚性和表面硬度大，尺寸稳定性高，着 色性和表面装饰性好，耐辐射，电性能优异等特点。（三）san （苯乙烯-丙烯月青共聚物）典型应用范围：电气（插座、壳体等），日用商品（厨房器械，冰箱装置，电视机 底座，卡带盒等），家庭用品（餐具、食品刀具等），化装品包装、各种开关、按钮等。 注塑工艺及模具条件：干燥处理：如果非贮存不当，它有一些吸湿性，建议干燥条件为 80°c. 24h；熔化温度:20027

33、0c,如注塑成型厚壁制品,可釆用熔化温度的下限; 模具温度：4080°c,对于增强型材料，模具温度不要超过60°c,必须设计均衡的冷却 系统，因为模具温度将丸接影响制品的外观、收缩率和旳曲；注射压力：35130mpa； 流道和浇口：所有常规类型的浇口都可以使用，浇口尺寸必须很恰当，以避免产生条纹、 糊斑和空隙；化学和物理性能：san是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯使san坚硕、 透明并易于加工；丙烯膳使san具有化学稳定性和热稳定性。san具有很强的承受载 荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。san中加入玻璃纤维添加剂 可以增加强度和抗热变形能力，减小热膨胀系

34、数。san的收缩率约为0.3%0.7%。3. 2材料的确定对一个产品而言没有一种材料是完全适用的，每一种材料都有各口的优缺点。从本 组所选择设计的键盘下盖功能上分析，其主要是以实现支撑上部零件及保证较好的外观 为主，所承受的冲击力不大，但仍需具备较好的强度和绝缘性。根据上述几种候选材料 的性能、用途比较后，初步选定abs（丙烯睹/丁二烯/苯乙烯共聚物）作为本组设计塑件 的材料。而其他的出选材料则留作备用，以防在后续的开发阶段（例如，在制造样品或 生产环节）出现意外。abs（丙烯月青/丁二烯/苯乙烯共聚物）具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性 和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。并ii提供

35、很好的颜色、结构等方面的选择。 abs （丙烯腊/丁二烯/苯乙烯共聚物）主耍具有以下特性：1 流动性良好，成型温度范 围宽；2.具有良好的透明性；3.优良的电气性能；4.脆性较大。从我们的键盘下盖塑件的功能角度出发，由于其强度要求较高，并需要较高要求的 外观面，故选用abs比较适合。其主要性能参数：密度：1.031.07g/cm ；抗拉强度:4.7x9.8xlopa；断裂伸长率：3%；弯曲弹性模量：357x9.8x10 pa；热线膨胀系数:8xl0°c ；热变形温度：77°c；模塑收缩率：0.40.6%；极限使用温度:低限40°c、高限:100°c；3.

36、 3塑件制件设计的工艺分析及其要求3.3. 1尺寸和精度：1尺、x这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑 件的尺寸不能太大，以免塑料容体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使 塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。此外，塑件尺寸还受现有的成型设 备规格，参数等的影响。从木组的塑件总体尺寸分析得知，塑件的尺寸比较合理，尺寸 并不大，可以避免塑料容体模具型腔充填不满或使塑件不能止常注塑成型。2 尺寸精度：影响模塑精度的因素：模具制造的精度，塑料收缩率的波动，模具磨损，模制时工 艺条件。塑料制件尺寸公差：塑件图上

37、无公差要求的默认均为8级精度。根据塑件精度 等级的选用(sj1372-78)：abs：高精度3； 般精度4；低精度5。选择塑件的等级为：5级精度。而塑件的各尺寸的公差可从的塑料制品公差数值表屮查得，其屮<3mm的尺寸，公 差为0.16mm； >36mm 的取为0.18mm； >610的取为0.20mm； >1014mm 的取为 0.22mm； >1418 取 0.24mm； >1824mm 取 0.28mm； >2430mm 取 0.32mm 塑件最终 的所有尺寸见塑件的设计图。3.3.2形状：塑件的儿何形状除应满足使用要求外，还应尽可能使其所对应的模

38、具结构简单，便 于加工。3.3.3壁厚：塑件的樂厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配耍 求等确定，塑件壁厚一般在14mm范围内。调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。由于我们所选的材料是abs,根据注塑成型技术有：abs制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值，如表3.1所示：表3.1 abs制品的最小厚度及常用厚度推荐值塑料材料最小壁厚小型塑件推荐壁厚中性塑件推荐壁厚大型塑件推荐壁厚abs0.71.02.22.8 3.8综合考虑以上各种因索，及本产品所设计的塑件的性能和功能要求，初步确定塑件的壁 厚为：2.02.5mm。3.3.4斜度：在塑件的内外表而，沿脱模方向应设计

39、足够的脱模斜度。根据塑料模具设计塑 件脱模斜度,查得abs：型腔:351。30；型芯:30m09故确定本塑件的脱模斜度为: 外表面:1°5z；内表面:35g3. 3. 5加强筋等防止变形的结构设计：1加强筋：提高塑件的强度和刚度，不能仅仅采用增大壁厚的方法，而常采用改变 塑件的结构，增设加强的方法来满足其强度，刚度的耍求。采用增设加强筋的方法，冇 时还能降低物料的充模阻力。设计者不仅要考虑筋的结构性能，还要考虑诸如排气、脱 模等加工问题。加强筋通常是楔形的（即冇一斜角），以减小脱模力并使制件在顶出吋 迅速脱模。筋基（筋和侧壁相交的地方）通常有一半径或圆角，以减小局部应力集屮的 可能性

40、，并使比后的改变更加平缓。加强肋基部的原叫也可改善充模特征，它还是收缩、 冷却英里缓冲器。筋的最小实际宽度受充模因素的限制，而英最大宽度却受生产制件所 用材料的收缩特征、对制件的包装方便性和模制件的平滑、外观要求等因素制约。根据筋尺寸的一般标准，确定塑件的筋尺寸：制件壁厚：h =11.5mm；每边的斜 角（0）： 0.5°；筋高（l）： <5h,（典型：2.53.5h）,取l=4.0mm；筋间距（中心部位）: >0.250.40h,取 5.0mm；筋的厚度（t）： 0.40.8h ,取 t=0.8h。2.加强结构：除采用加强筋外，为避免制品变形翘曲，薄壳状的制件可做成球面

41、或拱曲面。而木 论文所设计的塑件正是采用了此类加强结构。3.3.6支撑面：当塑件需有一个支承面时，不能用整个底平面作为支承面，因为稍许底翘曲或变形 就会使整个底面不平。设计塑件时通常采用凸边或几个凸起的支脚作为支承面。当塑件 底部有加强筋时，支承面的高度应略高于加强筋。本设计采用脚架及脚垫作为整个键盘 下盖支持，脚架可以活动的，在不使用脚架时，下盖含有凸起塑件边作为支持，保证整 个键盘的平整度。3.3.7圆角：塑件底面与面z间一般应采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集屮 提高塑件强度，而口可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。塑件转角处 的圆角一般都会对应丁模具上增加圆角

42、，不仅便于模具的加工制造以及提高模具的强 度，而且还能避免模具在淬火或使用时应力裂开。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.51mm,在不影响塑件使用的前提下应尽 量取大些，综合考虑以上的的各种因素后，定本组所设计的塑件的圆角半径为0.5mm或 1mm。4注塑模具设计流程4.1注塑模人工设计流程分析:图4.1注射模人工设计基木流程图手工模具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，问题更加突出。4. 2模具设计环境与工具4. 2. 1 pro/engineer本塑料模具的

43、设计主要在pro/engineer 4.0系统中完成。本设计是利用pro/e 4.0屮 moldesign这一套专门用于模具设计的工具进行辅助设计的。pro/enginccr 4.0 （以下 简称pro/e 4.0）是ptc公司基于单一数据库，参数化，特征，全相关及工程数据再利 用等概念基础上开发出的一个功能强大的cad/cae/cam软件，它能将产品从设计到 生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时进行统一产品的设计与制造工作。这套工 具可快速地规划产品的分模面、完成模具体积块的分割。再搭配moldbase和emx,使 模座的设计能快速、有效地完成。moldbasc是ptc产品家族屮的一员，

44、提供了 dme、 futabe及hasco三大厂牌的标准模座的装配，省下建立模座零件的时间。emx是 pro/e 4.0系统中的一个外挂程序，专门用来建立标准模座零件、滑块及斜销等其他附件, 并能口动生成2d工程图和bom图。为使独立进行设计的方便，木次注塑模具的设计， 主要是在单机版pro/e 4.0中进行，并同时搭配其外挂模块moldbase和emx,以保证模 具设计的标准性和完整性。4. 2. 2 emxpro/engineer emx中的模具设计功能：1.轻松设计、定制和细化模架部件和组件；2口动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作；3由于组件和部件可以被自动放置在模架屮

45、，所以在自动放置之前，设计人员可以 轻松地实时选择和预览3d组件和部件；4. 可以从15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件，i大i此没有必要建立模 型库；5. 口动创建部件和组件图形，其中包括带有鬪圈标注和孔类图表的物料清单；6. 自动检验整个模具的开启顺序，其屮包括滑块、提钩和顶杆等的动作在模具设计 过程屮述运用了 2d绘图软件autocado由于autocad的2d绘图功能比pro/e 4.0的 容易编辑，故其主要用于对在pro/e 4.0完成的设计的工程图上进行细节的修改。4. 2.3 pro/e的注塑具设计的过程针对木模具设计的开发环境而言，基于pro/e 4.0的注塑具设计的

46、过程如2（1）设置系统单位为mm,建立塑件的3d实体；（2）在pro/e 4.0中直接导入塑件并设定其位置、建立工件、设置材料收缩率；（3）设计浇注系统以及水流道的位置；（4）建立模具分型面；（5）利用分型面对模仁分割及其实体抽取；（6）模拟注模，生成带浇注系统的塑件；（7）在emx环境下导入在pro/e 4.0建成的型腔件；（8）选择建立标准模座以及其部分基本零部件；（9）根据模具的结构设计，制作其它零部件如顶针、滑块、螺丝等；（10）使用autocad对pro/e 4.0的emx 口动生成的工程图进行细节修改。5模具结构的设计5.1分型面的设计分模过程就是做出一个平面，然后用此面将模仁分割

47、为型芯和型腔两部分，但分型 面要让pro/e识别出来，首先要把面上开放的孔和槽使用填充命令将其覆盖起来，那些 需要覆盖的孔和槽就是需要修补的地方，因此修补零件是分模以前需要完成的首要工 作。修补包括对实体修补和以及片体修补。在实际操作中，注意总结经验，灵活地运用 各种方法和技巧，才能更好更快地完成设计工作。在不断学习软件和尝试各种修补方法 的过程屮，经过许多次失败和经验的累积，做出了一个成功分模的方案。如图5所示:图5.1分型而5. 2分模根据前面的构思，以与上盖连接面为分型面创建出型芯和型腔，如图5.2所示:图52型芯和型腔由于产品有比较多的加强筋，所以在后面必须做拔模斜度，以免在脱模时造成

48、拉 模或顶白现象，并且产品含有卡勾，不能强行脱模造成卡勾断裂，因此，必须制作斜顶 机构（如图5.3所示），主耍制作3个斜顶，实现产品下盖塑件与pcba的定位，斜顶 机构在后模位置如图5.4所示。图5. 3斜顶机构部分图5. 4 斜顶在后模位置5.3标准模架分类按进料口（浇口）的形式模架分为人水口模架和小水口模架两人类，香港地区将浇 口称为水口，大水口模架指釆用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选 用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水口模架 共有a、b、c、d四种型式；小水口共有da、db、dc、dd、ea、eb、ec、ed八 种型式，其中以b字母开

49、头的四种型号适用于自动脱模浇口模具的模架。5.4选择模架从前面的分析确定采用直浇口，所以选择futaba公司提供的细水口标准模架库。模 架的尺寸型号根据模仁的长宽来确定。模仁长430mm,宽200mm, 一模一腔的布局， 根据前面选择模仁时提到的经验值数据，模仁长方向上一边加60mm的长度则总长为 490mm,模仁宽方向上由于需要设计抽芯机构所以一边加80mm的长度则总长为360mm 因此选择尺寸型号为2750的模架。由于浇口构思设计能与下盖共同脫模的结构，又为 了配合注塑机使用大多数采用工字模，所以模架的型式釆用sa型（如图5.5）。根据经验 数据选择a板厚度为70mm, b板厚度为80mm

50、。其他设计尺寸按标准即可。图5. 5模架设置图5. 5模具结构的初步确定由于考虑到模具的成木和市场需求量，该产品应小批量生产，模具采用一模一腔两 板式结构，直浇口浇注系统。根据塑料模具设计附录所提供的模架图，拟选模架型 号为：sa2750o浇口形式釆用直浇口，注塑件如图5.6所示：图5. 6 注册件6模具浇注系统设计6.1浇注系统主要由主流道、分流道、浇口及冷料穴四部分组成。设计时须遵循如下原则:1型腔布置和浇口开设部位要求便于充模，防止模具承受偏载而产生溢料现象；2. 型腔和浇口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，太犬则塑料耗 费大）;

51、4. 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；5. 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，浇口的痕迹不 应影响塑件的外观。6.1.1主流道：是从模具接触注射机喷嘴起到分流道止的一段流道。根据注塑模具设计要点与图要一般采用的主流道尺寸查得：abs材料，小型制 品（注塑量80g以下），d为2.5mm, d为4mm （注塑量指注塑机一次的注塑量，d为 主流道入口直径，d为主流道出口直径）。主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，而ii主流道贯穿几块模板，所 以采用主流道衬套，以避免在模板间的拼缝处溢料，主流道凝料无法脱出。所以本设计 将主流道单独设计成主

52、流道与塑件内，釆用后加工去除浇口，因此直接使用直浇口浇注 系统。浇口套进料口直径：d=d+（0.51） mm=3+0.5=3.5mm球面凹坑半径：r=r+（0.5 1） mm=10+0.5=10.5mm （其中：d注塑机喷嘴口直径，r注塑机喷嘴球头半径）;主流道大端直径应比分流道深度大1.5mni以上，其锥角取2。主流道具体尺寸由 所设计的冷料井决定。为补偿在注塑机喷嘴冲击力作用下主流道衬套变形，可以将它的长度设计得比上模 板厚度短0.02mmo根据经验推荐，浇口套与定模板的配合配合采用h7/m6。6.1.2分流道：指浇注系统中连接主流道与浇口的一段熔体通道。1. 分流道的形状：分流道截面形状

53、可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和u形。圆形 和正方形截面流道的比表面积最小（流道表面积与体积z比称为比表面积），塑料熔体 的温度下降少，阻力亦小，流道的效率最高；但加工较困难，而且正方形截面不易脱模, 所以在实际生产屮较常用的截面形状为梯形、半圆形及u形。考虑在pro/e |«流道绘图 的简便性，本设计屮一腔一模注塑，不需要分流道。6.1.3冷料井：是设在主流道（或分流道）末端的一个空穴，以防止冷却的树脂流入型 腔。在木设计中，为简化设计，选取冷料井底部带推料杆的冷料井，并把冷料井设为棱 边斜度为2度，且比分流道深度大8mm的圆锥头形，其冷料推杆|古|定在推出板上，分 模时该曲面起拉

54、料作用，然后再由推杆强行推出。其具体形状见带浇注系统的注塑件图 /j i o图6. 1冷料井6. 1.4浇口：浇口直接灌入行腔，并完成塑胶件的注射。1. 浇口的作用：（1）使熔融塑料在进入模腔时产生加速度，以达到迅速充模的目的；（2）充模及补缩作用完成后，浇口首先冷凝，封闭型腔，防止型腔屮熔料倒流， 避免因此造成塑件上出现缩孔和凹陷;（3）便于浇注系统凝料与塑件分离；（4）使通过的熔料受到较强的减切作用而升高温度，提高流动性及充模性。2. 浇口的尺寸、形状及开设位置：浇口的数量及位置布置的一般原则：（1）考虑熔融树脂的填充性。一般浇口设于制品的屮央附近或小心线附近，并且 应尽量设置在制品的厚壁

55、部位；（2）浇口的直面应避开小-直径的型芯、预埋嵌件，避免因较高的压力造成小宜径型芯、预埋嵌件弯曲或变形。（3）浇口不应设在影响制品外观的部位，避免影响产品的商品价值。（4）浇口应设在便于进行浇口修整的部位。（5）浇口应设置在不易产生熔接痕、气体容易排除的部位；（6）因浇口附近易残留应力而变脆，所以浇口应避免设置在受外力的部位及要求 强度的部位；（7）应尽量减少因浇口数量或浇口位置造成的制品变形。根据注塑模具设计要点与图要树脂的流动比有：abs注塑压力为90mpa吋，流动比（l/t）为260300 （流动比指熔融树脂的流动长 度l与制品的壁厚tz比）本设计根据以上原则来选择浇口的位置。由于设计

56、屮塑件的质量、体积都比较小， 故对应每个塑件只需一个浇口即可。同时我们可通过moldflow软件或pro/e屮的 plasticadvisor进彳亍浇口位置的分析。6.1.5浇口的形状选择：常见的浇口形式有：边缘浇口（乂名标准浇口、侧浇口）、扇形浇口、平缝浇口、 圆环浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口。直浇口设 于产品的前端面，其截面形状一般为圆型，这种浇口的优点是：加工容易；容易保证浇 口的加工精度；缺点是：浇口较大并ii修正处理较困难；必须成型后立即去除浇口。本 设计选取直浇口。6. 1.6浇口的尺寸确定：浇口尺寸主要为浇口长度尺寸，浇口长度约为35.5mmo本

57、设计选取4mmo对成型零件除要求其尺寸准确外，述要求其具有足够的强度、刚度和表面粗糙度， 成型零件表面通常需竟热处理提高侦度。制造成型零件所选用的材料应具有较好的耐腐 蚀性。在pro/e环境中输入收缩率计算公式:1+s（s为收缩率），然后利用分型面，通过 计算机短暂时间的计算，即可把工件分成上、下型腔件过extract命令，把它们抽取成 实体。6. 2脱模机构设计：在注射成型过程中，当塑件固化到一定程度时就应该有模具中取出塑件，由于成型 收缩等原因，塑件往往包在型芯上或者陷在模腔内等，不能自动地掉出模具，必须设计 推顶脱模装置，而要使下次注塑时推顶装置乂冋复原位就要设计复位装置。而且目前口 动化技术逐渐成熟，大型注塑机一般机构h动手臂，通过调节自动手臂将顶出的塑件直 接从注塑成型后的模具中拿出。典型的脱模及复位机构包括推顶板、导柱、导套、真接顶出零件（如顶杆）和复位 元件等，在开模时利用机床曲柄机构的运动或顶杆运动，或者外來动力源如液压缸、马 达等的作用将塑件顶出。而推顶板的作用主要是固定顶出元件与复位，以及保证动力作 用在塑件上，将其推动脱模；导柱、导套的作用是使顶岀过程平稳、准确，并使顶出元 件