基于PROE笔记本键盘外壳注塑模设计

基于PRO/E笔记本键盘外壳注塑模设计
摘要：
基于pro/e的笔记本键盘外壳塑模设计是对传统设计的创新，利用pro软件完成注塑模的各个环节的设计，先进行塑件的设计，然后pro/e根据塑件的形状可以生成型心和型腔，最后在标准模架系统下生成型心、型腔和标准模架的装配图，完成整个模具的设计。

Pro/e功能强大，囊括了零件设计、产品组立、模具开发、NC加工、板金件设计、铸造件设计，造型设计、自动测量、机构仿真设计、应力分析、数据库管理等多种功能。

他的出现改变了传统的CAD/CAM作业方式，参数花设计及全关联性数据库使产品的设计变得更加容易，大大缩短了用户开发产品的时间。

但是，这一切都是建立在对传统的注塑模设计方法的熟练掌握的基础上。

只有熟悉注塑材料知识和通晓常规设计的人，才能更好地应用和掌握CAD技术。

关键词：PRO/E 笔记本键盘外壳注塑模
1 引言
1.1 关于PRO/E设计软件
PRO/ENGINEER是有美国PTC公司推出的一套三维的CAD/CAM参数化软件系统，其被容涵盖了产品概念设计，工业造型设计，三维模型设计，分析计算，动态模拟与仿真，工程图的输出，生产加工产品的全过程，其中还包括了大两的电缆和管道布线，模具设计与分析等使用模块。

应用领域涉及到了航空航天，汽车，机械，数控（CNC）加工，电子等诸多行业。

PRO/E软件是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。

工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型；另外，PRO/E是建立在统一基础上的单一数据库。

所谓单一数据库就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户不管是哪一个部门都为一件产品造型而工作。

这使得设计更优化，成品质量更高，价格也更便宜。

PRO/E功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型、三维上色实体或线框造型和完整工程图及不同视图。

PRO/E是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋、槽、倒角和抽空等。

通过标准数据交换格式，PRO/E还可以输出三维和二维图形给予其它应用软件，诸如有限元分析及后置处理软件等。

1.2 关于EMX模具装架系统
注塑模具设计专家（EMX）是一个基于知识库的模架装配和细化工具，它增强了PRO/E的模具设计功能。

使用EMX进行注塑模设计，能够简化模具设计过程，
提高生产效率。

EMX装架系统有以下优点：
1. 可以快速选取标准模架和配件
2. 根据选取的顶杆规格，自动切出相应的孔位及沉孔
3. 按照预先定义的曲线轻松设计冷却水孔，并自动安装水管堵头
4. 自动生成装配图、零件图及BOM下料单
5. 完整的滑快、开模、斜顶等结构
6. 自动生成各类零件，并放置在相应的图层中
但是由于本人所学知识有限，不能完全运用其强大功能，请各位老师见谅。

1.3 关于模具的简介
模具是工业生产的重要装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。

在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，75%以上的金属制品（含半成品），95%以上的塑料制品是通过模具（包括压延辊筒）来成型的，如金属制品成型的压铸模、锻压模、浇铸模、非金属制品成型的玻璃模、陶瓷模、塑料模等。

每种材料成型模具按成型方法不同又分为若干种类型。

采用模具生产制件具有生产率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列的优点，模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。

模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。

注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有广泛的应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。

2 注塑模具设计的基础知识
2.1 塑料的基本性能
塑料是以高分子量合成树脂为主要成分，在一定条件下（如温度、压力）可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。

塑料按受热后表现的性能不同，可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。

塑料都是以合成树脂为基本原料，并加入一定的填料、增塑剂、染料、稳定剂等各种辅助料而组成的。

不同品种牌号的塑料，由于选用的树脂和辅助料的性能、成分、配比以及塑料的生产工艺的不同，则其使用性能、成型性能及工艺特性不同。

所以在设计模具时，必须了解所用塑料的工艺特性。

设计塑料笔记本键盘外壳时选用ABS，ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。

ABS树脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1,3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。

ABS材料的物理力学主要性能：
相对密度：1.06 导热系数(10-2×K/（m.K))：13.8～31.2
线胀系数（10-5×1/K）：5.8～8.6 吸水率（24时）（%）：0.20～0.45
成型收缩率（%）：0.5～0.7 摩擦系数（与钢）：0.50
硬度：R108～R115（洛氏）拉伸强度MPa：43.5～55.2
拉伸弹性模量（102×MPa）：22.8～27.6断裂伸长率（%）：5～20
冲击强度（J/m）缺口：106.8～213.5 热变形温度（1.82MPa）(℃)：85～106 连续最高工作温度（℃）：65
2.2 塑料制品的成型方法
塑料制品的生产是把成型所需的塑料原料装入各种形式的成型模具中，并使之硬化成要求的形状。

在一般情况下，热固性塑料主要采用压缩和压注成型，而热塑性塑料主要采用注塑和挤出成型。

2.3 塑料成型的常用设备
液压机是热固性塑料压缩和压注成型的主要设备。

挤出机是挤出出成型的主要设备。

注塑机是热塑行塑料和部分热固性塑料注塑成型的主要设备。

3 塑料笔记本键盘外壳塑件
3.1塑料笔记本键盘外壳塑件分析
3.1.1 表面质量分析
该零件的表面除要求没有、毛刺、缺肉、消水、断柱，表面光滑度好。

3.1.2 塑件壁厚
塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。

塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。

根据成型成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩孔，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。

热塑性塑料的壁厚应该控制在1mm—4mm之间。

太厚，会产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。

3.1.3 尺寸精度分析
塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。

一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。

而模具的某
些结构特点又在相当大程度的影响塑件的尺寸精度。

故而，塑件的精度应尽量选择的低些
3.2 创建笔记本键盘外壳的三维模型
（1）设置工作目录为“zq毕业设计”，新建零件文件“zq”，选择模板为“mmns_part_solid”。

(2) 单击，拉伸——“定义”。

选择草绘平面
单击“草绘”。

在草图上画如图所示，继续当前部分。

填写拉伸长度为“10”，确定“”。

（3）单击拉伸按钮“”，定义草绘平面
画如上右图所示：
继续当前部分
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
画如图所示，并“继续当前部分”。

选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
（5）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
（6）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
（7）选定，再单击“阵列”。

再点选“选取项目”。

再点选
再填写相关数据：
选择尺寸阵列，并将阵列数填写为14个，阵列间距填写19.75。

点，得效果图如下：
（8）同第（7）步拉伸阵列画出下面系列图
（9）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
页
（10）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
（11）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“1.00”，
最后单击完成“”
得到效果图如下：
（12）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“3.00”，如下图所示：
按住ctrl键点选倒圆角的边如下图所示：
单击完成键得出下图:
(13)同上一步骤得出下图：
（14）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“0.80”，
单击完成键得出下图:
（15）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“5.00”，如下图所示：
点选倒圆角的边如下图所示：
单击完成键得出下图:
（16）同上一步骤得出以下倒圆角图形：
（17）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

效果如图所示：
(18) 单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“1.00”,
单击完成键得出下图:
（19）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

单击完成键得出下效果图:
（20）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“0.50”,
单击完成键得出下效果图:
（21）单击基准平面工具，选择参照平面并填写偏移距离“3.00”如下图：
（22）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“7.00”。

单击完成键得出下效果图:
（23）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“20”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（24）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“20”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（25）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“20”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（26）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“12”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（27）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“12”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（28）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至选择面”，“去除材料”。

单击完成键效果如图所示：
（29）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”。

填写深度为“1.00”
单击完成键效果如图所示：
（30）单击倒圆角工具，选择过渡模式，倒圆角半径设置为“14”，如下图所示：
点选倒圆角的边得下面的图：
单击完成键得出下效果图:
（31）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，
填写深度为“1.00”
单击完成键得出下效果图:
（32）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”
填写深度为“2.00”
单击完成键得出下效果图:
（33）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“至指定面”
单击完成键得出下效果图:
（34）单击“拉伸”——“放置”——“定义”，选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
选择拉伸方式为“指定深度”，“去除材料”
填写深度为“4.00”
单击完成键得出下效果图:
4 塑料顾问
打开PRO/E文件的中的DHJZJ.PRT文件，在菜单中的应用程序选项中选择Plastic Advisor ,可以选择一个注射点也可以不选择，打开 View Point 工具栏，选择按钮。

再选择
选择项目。

系统开始自动分析，系统将用色谱土表示最佳进浇口的位置，如图所示，其中红色表示最差进浇口位置，蓝色表示最佳进浇口位置。

选择图标，然后在图形窗口中选择进浇口的位置。

单击按钮，出现如话框，设置如图所示。

单击完成，系统将开始自动分析。

分析完成后，系统弹出Result Summary 对话框，单击close，退出对话框，系统会出现分析的结果，如图。

从下图可以看出，填充的质量还是比较不错的。

查看分析结果单击Result工具栏上的show按钮，在打开的列表中选择Plastic Flow 选项，拖动Animation工具栏上的滑块至不同的百分比，即可观察不同时刻的塑流图。

在Result 工具栏还有注塑时的注射压力图，如下图示
容易产生气泡的地方
塑料流动示意图
5 笔记本键盘外壳的分模设计
（1）进入注塑模具的设计环境
单击新建“”，修改相关参数，如下图所示：
（2）选取模板“mmns_mfg_mold”。

（3）定位参照零件如上右图 确定参照模型
将参照模型的约束模式选为缺省后点击
最后在点击“确定”。

（4）创建工件
单击模具模型下面的创建和模具模型类型下面的工件——单击创建工件下面的手动：
：
输入元件名称“zq_work”：
在创建选项中选择创建特征如上右图。

选择实体下面的加材料；选择拉伸—实体—完成；单击放置—定义—草绘平面：
画如图所示，并“继续当前部分”；选择两侧拉伸模式，拉伸距离为350，单击
单击完成／返回
得到下面的效果图：
（5）收缩
选择模具下面的收缩；选择收缩下面的按尺寸；更改设计零件尺寸下面的所有尺寸后的数值填写为0.006。

单击完成／返回得到下面的效果图：
点选做分型面的面，点与，遮蔽参照元件
得到下面的效果图:
选择编辑下面的填充—参照—选择如图的草绘平面。

画如图所示，并“继续当前部分”
单击完成键
点选搞做好的填充面与上面做的粘贴面
单击合并
得如下的效果图：
（7）单击拉伸——放置——定义，选择如图的草绘面：草绘如下图，并“继续当前部分”
填写下列数据和选择相关项：
单击完成键得下面的效果图:
同理做出下列效果图
选择特征—型腔组件；选择实体—切减材料；选择拉伸—实体—完成：
草绘如下图，并“继续当前部分”
选择拉伸至选择面：
单击完成键得下面的效果图:
（9）分割体积块
单击
选择两个体积块—所有工件—完成：
选择分割曲面：
填写waibu1—确定；填写shaxin1—确定：
两个体积块—模具体积块--选择面组：F16（WAIBU1）
选择确定分割曲面—确定：
填写waibu2—确定；选择shaxin2—确定：
选择分割曲面—确定
填写up—确定；填写down—确定：
（11）抽取体积块
模具—模具元件—抽取
全选之后按完成/返回:
再单击模具元件下面的抽取
（12）铸模
单击铸模下面的创建
输入零件名称：zq2ing
按确定
再出现一个输入零件名称，直接按确定不用输入名称。

（13）对模具进行体积块分离
视图—分解—编辑位置
分离后得到下面的效果图：
至此模具创建结束。

6 塑模计算
6.1塑模分析
（1）明确塑件设计要求
音箱面板尺寸精度的要求不高，但要求内部表面光滑，并且朴素大方，由于形状比较复杂，故采用热注塑成型。

（2）计算塑件的体积和质量
该产品所使用的材料为ABS，查手册得知其密度为1.06g/cm³，收缩率为0.5%~0.7%，平均收缩率为0.6%。

（3）明确塑件批量
因为抽芯机构较复杂，采用一模一件。

（4）计算塑件的体积和质量
塑料线骨架对尺寸精度的要求不高，但要求内部光滑。

由于形状比较复杂。

故采用注塑成型。

V=57600 mm3 M=ρV=1.06g/ cm3×57600×10-3 cm3=607.38g
6.2注塑机的选择
根据塑料制品的的体积或质量查有关手册选定注塑机型号为：G54-S200/400
注塑机的参数如下：
注塑机的额定注塑量200～400 cm³锁模力：2540 KN；
注塑压力：109 Mpa 最小模厚：165 mm
模板最大行程：260 mm 最大模厚：406 mm
注射行程：160 mm 最大成型面积：645 mm
螺杆直径：55 mm 注塑机定位孔直径：Φ250mm 喷嘴孔直径：Φ4mm 喷嘴圆弧半径：18 mm
注塑机拉杆的间距：290×368/mm×mm
6.3 模具设计的有关计算
凹凸模零件工作尺寸的计算在使用PRO/E进行模具设计时，可使用收缩工具直接产生学要的凹凸模腔尺寸，这是使用软件的一大优点。

6.4 模具的结构设计
模具接够采用一模一件，采用热塑性注塑模。

7 注塑机参数校核
7.1最大注塑量校核
注塑机的最大注塑量应大与制品质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边）通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的80％，所以，选用注塑机最大注塑量应： 0.8M机≥M塑+M浇
式中：M机-注塑机的最大注塑量 32g
M塑-塑件的质量 0.24g
M浇-浇注系统的质量 <0.1g
0.8 M机=0.8×0.24=0.192
因为0.8 M机≥M塑+M浇
所以，注塑量满足使用要求。

7.2锁模力校核
F锁＞P模A
式中：P模-熔融型材料在型腔内的压力（20～40）MPa
A-塑件浇注系统在分型面上的投影面积之和<100cm2
F锁-注塑机的额定锁模力
故 F锁＞P模A=40×100=40KN
此处选定的注塑机额定锁模力为250KN，满足要求。

7.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合
模具长×宽＜拉杆面积
模具长×宽为150×150（mm×mm）＜注塑机拉杆的间距410×385
（mm×mm）
故满足要求。

（2）模具闭合高度校核
模具实际高度：H模=200mm
注塑机的最小闭合高度：Hmin=150mm
注塑机的最大闭合高度：Hmax=300mm
因为Hmin＜H模＜Hmax, 故满足要求。

7.4开模行程校核
所选注塑机的最大行程与模具厚度有关，故注塑机的开模行程应满足下式：
S机-（S模-S最小）＞H
1+H
2
+（5～10）mm
因为S机-（S模-S最小）=500-（300-150）mm=350mm
H
1+H
2
+(5～10)mm=32+50+10=92mm
故满足要求
式中：H
1
-推出距离 32mm
H
2
-包括浇注系统在内的塑件 50mm
S机-注塑模最大开模行程 500mm
8 浇注系统设计
8.1主流道设计
（1）浇口套进料口直径：
D=d+（0.5～1）mm
=1+1
=2mm （d是注塑机喷口直径）
（2）球面凹坑半径R：
R=r+（0.5～1）mm
=10+1
=11mm （r是注塑机喷嘴球头半径）
（3）浇口套与定模板的配合
两者的配合可采用H7/ m6 , 浇口套与定位圈的配合可采用H9/ f8 8.2浇口位置选择
（1）浇口的位置应使填充型腔的流程最短
（2）浇口设置应有利于排气和补缩
（3）浇口设置选择要避免塑件变形
（4）浇口设置应减少或避免产生熔接痕
8.3冷料井设计
在完成一次注塑循环的间隔，考虑到注塑机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约
10－25mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。

位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这些温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。

为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井，冷料井一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5 倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式。

由于本次设计我采用的是直接浇口，所以，不需要冷料井。

9 分型面的选择和排气系统的设计
分型面的选择原则：
（1）应有利于脱模即分型面应取在塑件尺寸最大处、塑件留在动模部分，开模斜度较小时或塑件较高时，为了便宜脱模，可将分型面选在塑件的中间部位（2）利于保证塑件的外观质量和精度要求
（3）应有利于成型零件的加工制造
（4）有利于侧向抽芯
10 脱模机构设计
设计原则：
（1）因为塑料收缩时包紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。

（2）顶出力作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强肋、凸缘、壁厚等处，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。

（3）为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。

（4）本次设计当开模时推杆推动，使4个推杆向上移动，顶出塑件。

11 冷却装置设计
冷却水孔的设计原则：
（1）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径尽可能的大。

冷却水孔中芯线与型
腔壁的距离应为冷却水道的1
~2倍（通常12mm
~
15mm），冷却水道之
间的中芯距约为水孔直径的3
~
5倍。

水道直径一般在8mm以上。

（2）冷却水孔至行腔表面的距离应尽可能相等。

（3）浇口处要加强冷却。

（4）冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防止漏水
（5）冷却水孔应避免设在塑件的熔焊处。

（6）进出水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧
（7）本次设计的音箱面板，由于每次生成两个制品，且制品的发热量较大，为了不影响产品质量，需要对模具加冷却水道。

12 模具成型零件的设计
(1)定义新项目
打开主菜单中EMX5.0菜单并打开如图所示的定义新项目对话对框，进行如图设置。

点击确定，进入模架装配界面。

单击图标，打开工作目录中以zq 2.asm 为后缀的文件，进入如图的装配约束界面进行约束操作。

选择如图所示的【缺省】选项，单击按钮，可得下图。

（2）组件定义，加载标准模架，对加载体积块的板进行修改，添加浇注系统组件，生成模架。

(3)加载体积块
(4)推出机构的设计
(5)抽筋。