毕业设计论文塑料键盘按钮注塑模设计

塑料键盘按钮注塑模设计学 生；XXX指导老师；XXX（湖南农业大学工学院，长沙 410128）摘 要：本设计课题是键盘按钮注塑模具的辅助设计与制造，分为注塑模具的设计、工艺参数的校核、成形零件的加工工艺三部分。首先用Pro/E进行键盘按钮的三维造型，然后根据键盘按钮的结构特点进行了模具的设计。此模具的结构较为复杂，动模和定模都采用了镶拼结构关键词：键盘按钮，注塑模，型腔。Abstract: This design topic is the keyboard button casts the mold the assistance design and the manufacture, divides into casts the mold the design and opens and closes the mold animation as well as the assembly animation three parts.First uses Pro/e to carry on the keyboard button the three dimensional modelling, then has designed the mold core, the drawing of patterns and the overall construction according to the keyboard button unique feature.This mold structure was easy, to move the mold and the bottom die all uses has inlaid puts together the structure.Key words: The keyboard button, pours the mold, the die space.1 前言模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“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、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，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。 1999年8月20日党中央和国务院发布的关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定指出：要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通讯、计算机及软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航天航空、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。要加强传统产业的技术升级。注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提高国产技术装备的水平。成型工艺方面，多材质塑料成型模、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也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，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2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。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20%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模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的5080%相比，差距较大。 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UG II、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、及澳大利亚Moldflow公司的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/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，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。经过近几年的发展，在塑料模具发展开发、结构的调整以及企业管理等方面中国塑料模具工业已显示出以下新的发展趋势。在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位.大力增强主动开发能力。模具企业不能等有了合同，才根据用户要求进行塑胶模具设计。目前，青岛海尔模具公司等企业的 “你给我一个概念，我还你一个产品”的一站式服务模式以及太仓求精模塑公司等企业主动开发的办法已被越来越多的企业所接受。 随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了整个模具工业水平的提高，同时也要加强塑胶模具工业生产发展。 模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。 总之，中国塑料模具具有光辉灿烂的前景。只有那些能够把握机遇、开拓市场、不断发现新的增长点的塑胶模具企业和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地。2 拟定模具的结构型设计21 塑件成型工艺分析 （1） 该塑件是一塑料键盘按钮，如图2-1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量为中批量生产，材料为聚苯乙烯（PS），成型工艺性很好，可以注射成型。 图2-1 零件图（2） 材料为聚苯乙烯（PS），电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂。成型特点：1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型. 2.宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形. 3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热。成型收缩率:0.29-0.76%，成型温度：170-250。主要用途： 适用于管材、板材、薄膜、容器、单丝、各种仪器零件等。主要用于发泡成型，用作保温、隔热、防震、包装材料及漂浮制品。通用型（R）适用于包装材料；阻燃型（F）适用于建筑、绝热材料，聚苯乙烯的经常被用来制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯还可以和其他橡胶盒等等。通用的聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物，外观透明，但有发脆的缺点，因此，通过加入聚丁二烯可制成耐冲击性聚苯乙烯（HTPS）。聚苯乙烯的主要生产方法有本体聚合、悬浮聚合和溶液聚合。通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表一所示。表一 材料的特性塑料名称PSPCPMMA拉伸强度/MPa51.96672弯曲强度/MPa11095113断裂伸长率/%280100落球冲击强度J/m16422洛氏硬度（M）11582101氧指数（OI） 18.124.917.3热变形温度/85134100维卡软化点/105153120马丁耐热温度/112体积电阻率/cm10102.1101010吸水率%0.050.131.19透光度/%88929393雾度%30.90.9折射率1.5921.5861.492价格（元/吨）1150123033000410001950020700以上的性能分析对比中看出,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定PS为塑件材料.因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。2.2 分型面位置的确定分型面就是分开模具取出塑件的那个面，而如何确定分型面，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、嵌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：a)分型面必须开设在零件断面轮廓最大的地方，这样才能保证塑料制品能够脱模 b)使型腔深度最浅 c)使塑件外形美观，容易清理 d)尽量避免侧向抽芯e)使分型面容易加工 f)保证塑件的精度要求g)使侧向抽芯尽量短 ，抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度 。h)有利于排气 。 根据塑件的结构形式，分型面选在塑件的最大轮廓处，如图2-2所示。图2-2 分型面2.3 确定型腔数量和排列方式2.3.1 型腔数量的确定该塑件的精度除了给定尺寸有精度要求，其余的为中等要求，而又是中批量生产，可以采用一模多穴的形式，各方面的考虑，初定为一模两穴的模具形式。2.3.2 型腔排列方式的确定型腔方式如图2-3所示。 图 2-3 型腔的排布2.4 模具结构形式的确定从上面分析中可知，本模具采用一模两穴二板模，推杆推出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式或侧布置，两边带侧抽芯，确定模具结构形式为FUTABA-SC型的单分型面注射模。 如图2-4所示： 4-2 模具结构形式2.5 注射机型号的确定251 初选注射机通过Pro/E建模分析，塑件体积和浇注系统的体积总和为26.4cm3,初选注射机的型号为XZ-ZY-125卧室注射机。则12526.4，符号要求。2.5.2 塑件和凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力计算流道凝料(包括浇口)在分型面的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.20.5倍，用0.35nA1来进行估算，所以 A=n A1+ A2= nA1+0.35nA1=1.35 x2x405.6=1095.12 mm2式中A1=405.6mm2。 Fm=Ap =1095.6x30=32853.6N=32.8536KN式中型腔压力取30Mpa( 因是薄壁零件，浇口又是侧浇口，压力损失大，取大一点)。2.5.3 注射机的主要参数根据每一生产周期的注射机的有关参数的校核和锁模力的计算值，可以选择XZ-ZY-125卧室注射机（上海塑料机械厂），见表2：表2：注射机的主要技术参数标称注射容量/ cm3104推出形式两侧推出注射行程/mm160两侧推出时中心距/mm230注射压力/Mpa150模板行程/mm300注射时间/ s1.8模板最大模厚/mm300合模力/KN900模板最小模厚/mm200螺杆转速/(r/min)10140定位圈尺寸/mm100喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm4注射方式螺杆式塑化能力/(g/s)10 3 模具浇注系统设计浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统控制着塑件成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。3.1 主流道设计 3.1.1 主流道尺寸根据所选注射机，则主流道小端尺寸为 D=注射机喷嘴尺寸+(0.51)=4+0.5=4.5mm SR=喷嘴主流道球面半径球面半径+（12）=11+2=13mm3.1.2 主流道衬套形式主流道衬套如图3-1所示，材料为T8A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC57HRC。图3-1主流道衬套 3.1.3 主流道凝料体积计算q主=779 .35mm1cm3.1.4 主流道剪切速率校核由经验公式 r=(3.3x20.168)/3.14x0.173=4313.36 s-15x103 s-1式中 qv= q主+ q分+ q塑=3.768+0.3+2x8.05=20.168 cm3Rn=(4+2.8)/4=1.7mm=0.17cm3.2 分流道设计3.2.1 分流道设计的原则多型腔模设计时型腔布置和分流道不止应同时加以考虑，有：a) 尽量保证个型腔同时充满，并均衡的补料，保证个塑件的性能、尺寸尽可能一致。b) 各型腔的距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够的面积承受注射压力。c) 在满足以上的情况下尽量缩短流道的长度，降低浇注系统的凝料重量。d) 型腔和浇注系统投影面积的重心尽量在注射机锁模力的中分流通的设计如图3-2所示：图3-2 分流道的设计3.2.2 分流道的长度第一级分流道 L1=28mm3.2.3 分流道凝料体积计算q分24x3.14x4301.4mm30.3cm33.2.4 分流道剪切速率校核由经验公式r=3.3q/Rn3=3.3x16.1/3.14x0.3573=371.88s-1=0.371x103 s-12，型腔数校核合格。式中 k-注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； M-注射机的额定塑化量（8g/s）; t-成型周期，因塑件小，壁厚不大，取30s ； m1-单个塑件的质量和体积,取8.05g； m2-浇口系统所需质量和体积（g 或 cm3），取0.6x2m1。11.2 注射压力的校核 PekP0=1.3x100=130 Mpa,而Pe=150 Mpa,注射压力校核合格。式中 k-取1.3（见塑料模具设计指导式2-10）； P0-取100Mpa。11.3 锁模力的校核锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力F. FKAP型=1.2x252.37=302.84Mpa，而F=900KN，锁模力的校核合格。式中 K锁模力的安全系数，一般取1.11.2。11.4开模行程和模板安装尺寸校核 根据型腔的布局可以看出，型腔嵌件尺寸为120x60,又根据两边侧抽芯，以及导柱、连杆螺钉布置应占的位置、推出问题，选择SC型，模架尺寸为200mmx350mm的标准模架，就能符合要求。S max S= H1+H2+（510）S max-注射机的最大开模行程（mm）S-模具所需开模距离（mm）H1-塑件脱模距离（mm）H2-包括浇注流道凝料在内的塑件高度（mm）S=60+40+18.5+10=128.5mmS max S=128.5则开模行程在注射机的行程之内，所以合格。 12 模具装配图装配图如图所示：11-1 装配图13 典型零件的加工工艺规程13.1 型腔的加工艺规程:型腔加工工艺过程如下：1） 下料：用轧制的圆棒料在锯床上切断。2） 锻造：将棒料锻成122X62X42的长方体毛坯。3） 退火：经锻造后的毛坯必须进行退火，以消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。4） 铣床加工：铣矩形122X62X42六个平面，留精磨余量0.30.5mm。铣两边的槽、分流道、浇口留精磨余量0.30.5mm。5） 划线：划出各孔位置，并在孔中心处钻中心眼。6） 孔加工：加工各螺纹孔和8的孔。7） 磨销加工：精磨长方体的六个平面，保证它们的位置关系。8） 铣销加工：由于塑件的精度要求不高，用铣床铣塑件外表面配合的表面，再用电火花至所需要的内形。9） 精加工：钳工精修。13.2 型芯的加工工艺规程：型芯的加工工艺过程如下：1） 下料：用轧制的圆棒料在锯床上切断。2） 锻造：将棒料锻成122X62X42的长方体毛坯。3） 退火：经锻造后的毛坯必须进行退火，以消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。4） 铣床加工：铣矩形122X62X42六个平面，铣分流道、留精磨余量0.30.5mm。5） 划线：划出各孔位置，并在孔中心处钻2的中心眼。6） 孔加工：加工各螺纹孔和3的孔。7） 磨销加工：精磨长方体的六个平面，保证它们的位置关系。8） 铣销加工：由于塑件的精度要求不高，用铣床铣塑件内表面配合的表面，再用线切割至所需要的外形。9） 精加工：钳工精修。 14 结束语 历经一个多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！塑料摸技术发展很快，在国内模具工业产值中塑料模具所占比例不断的扩大。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT8-11级以上，型面的粗造度达到Ra1.6-0.12.5um，塑料使用达1万以上。在塑料模具的设计制造中CAD/CAM技术得到较快的普及，CAE软件已在部分厂家应用，气辅注射技术和高效多色注射技术也开始成功应用。这次毕业设计给我提供了一个学习塑料模具设计相关知识的机会，进一步拓宽了我的知识面，同时也给了我一个温习以前所学知识的机会，使我进一步巩固了机械设计的基础知识。通过这次设计，我学到了许多绘图技巧，对PRO/E 3.0和CAD的用运更加熟练，特别是对模具CAD的应用以及知识的运用有了比较深入的了解，对机械行业的前景有个新的了解。由于以前接触相关知识比较少，但是在周莉老师的悉心指导和同学的帮助下，我基本上完成了本次毕业设计的设计任务，在此向他们致以诚挚的谢意！最后，由于水平有限，设计中难免存在不足，诚恳期盼各位老师予以指正。参考文献1. 伍先明、王群、庞佑霞、张厚安 编著 . 塑料模具设计指导 北京： 国防工业出版社 ，2008.2重印 2. 张秀玲、黄红辉 主编. 塑料成型工艺与模具设计 湖南：中南大学出版社，2008.1印刷3. 申开智 主编. 塑料成型模具北京北京4. 申树义，高济塑料模具设计北京：机械工业出版社，1999 5. 陈万林使用塑料注射模具设计与制造北京：机械工业出版社，2000 6 . 党根茂，骆志斌，李集仁模具设计与制造西安：西安电子科技大学出版社，2001 7. 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森模具设计与制造简明手册上海：上海科学技术出版社，1999 8. 马晓湘，钟均祥画法几何及机械制图（第二版）广州：华南理工大学出版社，1998 9. 周开勤机械零件手册（第四版）北京：高等教育出版社，1998 10. 廖念钊，莫雨松，李硕根，杨兴骏编互换性与技术测量（第四版）北京：中国计量出版社，2000 11. 塑料模具设计手册编写组塑料模具设计手册北京：机械工业出版社，1984 12. 王焕庭，徐善国机械工程材料大连：大连理工大学出版社，2000 13. 吴宗择，罗圣国.机械设计课程设计手册。北京：高等教育出版社，2002. 致 谢在本设计的整个过程中，得到了指导老师周旭红和张老师的精心指导，使得本设计得以顺利完成。指导老师敏锐的学术思想、严谨踏实的治学态度、渊博的学识、精益求精的工作作风、诲人不倦的育人精神，将永远铭记在学生心中，使学生终生受益。她对本设计的构思、框架和理论运用给予了许多深入的指导，使得设计得以顺利完成。在此谨向尊敬的指导老师周莉表示衷心的感谢。感谢我的同学和老师。在毕业设计期间给予我极大的帮助，再次感谢所有支持和帮助过我的老师、同学们。29