按键注塑模具设计(马付羊)

图 2-2 塑件 2D 图
2.2 塑件选材
图 2-2 塑件 3D 图
根据塑件的设计原则，经过综合考虑，选择塑件材质为 ABS 工程塑料。它的化学
名称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，比重:1.05 克/立方厘米，成型收缩率:0.4-0.7%，
成型温度：200-240℃，干燥条件：80-90℃ 2 小时。
具，模具的型芯型腔为组合拼式，因此，无需开设排气体槽，利用模具配合间隙以及顶 出元件和配合孔之间的间隙排气便可满足要求。且与整体式型芯型腔相比，组合式型芯 型腔使加工和热处理工艺大为简化。 4.4 浇注系统设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流 动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情 况决定着塑件的内在和外表质量。本模具用一模两腔的成型方法，将浇注系统设在塑件 中央孔处，采用侧浇口的浇注形式，分流道截面为梯形，使得模具结构简单，易于加工。 4.4.1 主流道的设计
目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。 中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进 的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有 很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特 别重要的意义[2]。 1.2 毕业设计课题简述
根据情况，ABS 塑料的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适 当的调整。
料筒温度：后段温度 t1 选用 190℃，中段温度 t2 选用 210℃，前段温度 t3 选用 230 ℃；
喷嘴温度：选用 200℃； 注射压力：选用 100MP； 注射时间：选用 20s； 保压时间：选用 2s； 保压：80MP； 冷却时间：选用 28s； 总周期：50s。
按键注塑模具设计
1 前言
1.1 塑料工业简述 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的
流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低， 生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模 具在机械、电子、轻工、汽车、纺织、航空、航天等工业领域里，日益成为使用最广泛 的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 60％-90％的产品的零件，组件和部件的生 产加工。
1
度为 MT4 级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用 MT5 级精度[6]。该零件的尺寸精度 属中等，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，厚度较为均匀。 2.4 塑件的表面质量
该塑件表面粗糙度只有塑件外形要求较高,其它部位没有较高粗糙度要求，取表面 粗糙度为 Ra0.8µm，模腔表面的粗糙度要高于塑件，一般为塑件的 1/2，故为 Ra0.4µm。 还有就是要避免在分型面处出现毛边，注意孔处不出现锐边，表面无凹坑等缺陷。 2.5 塑件结构工艺分析
塑件厚度适中，壁厚较均匀，塑件成型性能良好；本身有一定的斜度，利于脱模； 从塑件结构看，模具应设置一个分型面。 2.6 确定成型方法
塑件采用注射成型法生产，为符合塑件外观要求，初步采用侧浇口，模具为单分型 面双型腔注射模。
3 注射机的选择及校核
3.1 塑件及浇注系统面积计算
首先计算塑件的体积:V 塑件=2×698=1396mm3
拉出。本模具采用常用的带 Z 形头拉料杆的冷料穴,如图 4-4 所示。
图 4-4
4.4.4 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。浇口的类
型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件 的形状和尺寸而定。本模具采用侧浇口，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模 后修正。浇口的截面积一般为分流道截面积的 3%～9%，截面形状为矩形或圆形；浇口 长度约为 1-1.5mm。 4.5 导向与定位机构的设计
4.2 分型面的选择
图 4-1 型腔的布置 3
模具的分型面影响着成型零部件的结构。根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱 模；（2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具 的加工方便。结合该产品的结构，分型面确定在塑件的最大投影面积上。如图 4-2 所示：
分型面
图 4-2 分型面的选取
2
模具开模行程应满足：Sm<Sz,其中：Sz 为最大开模行程，查注射机 XS-Z-30 型 Sz = 160mm，Sm 为模具的开模行程。
Sm =塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）mm = 10+75+22+7 = 114mm
可见 Sm<Sz ，XS-Z-30 满足其开模行程。 3.3.4 塑件的注射工艺参数的确定
2 塑件的设计
2.1 功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标.该塑件是
计算机上的按键，承受外力很大，承受冲击载荷，振动，摩擦等情况很多；塑件的环境 温度和室温相近，这使得在材料选择时对热变形温度，脆化温度，分解温度的要求降低。 因此，塑件设计的原则是应该具有良好的力学性能，电绝缘性及耐磨损性，尺寸稳定性 好，耐化学药品性，耐疲劳性，它的生产批量应该是大批大量生产，并且生产出来的塑 件表面无明显的缺陷和毛刺和熔接痕等不良情况，内部不能有气孔。这样，就必须考虑 生产成本和模具寿命，在材料的选择时要综合各种因素，尽量选择价格低廉，成型性能 较好的材料。该塑件的2D和3D图如下：
本次设计的题目是计算机按键的注塑模具设计，本次设计是根据零件的实体形状结 构，通过测绘得到各个尺寸，用 AutoCAD 绘制装配图及零件图，用 Pro/E 绘制实体图。 通过本课题能够帮助我系统了解塑料的工艺性及注塑成型的有关成型原理、工艺特点 等，正确分析成型工艺对模具的要求；掌握模具结构及零部件的设计、计算方法、模具 结构特点及设计程序等；了解其它模具有关知识及模具 CAD/CAM；本课题还与机械制 图、公差配合、材料学、模具制造工艺学等课程关系紧密，是所学知识综合应用。
=12+1 =13mm。锥角为 3°，内表面粗糙度 Ra0.8μm，材料为 T8A。
4.4.2 分流道的设计
分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断
面尺寸推荐如表 4-1 所示。
表 4-1
塑料名称
分流道断面直径 mm
塑料名称
分流道断面直径
mm
4
ABS，AS 聚乙烯
4.8~9.5 1.6~9.5
最小装模高度 模板安装尺寸
60mm 250×280mm
螺杆直径/mm 最大开模行程
3.3 注射机校核
表 3-1 国产注塑机 XS-Z-30 主要参数
3.3.1 最大注射机压力的校核
Φ63.5mm R12mm Φ2mm Φ28 160mm
选用的注塑机的注射压力 PBiblioteka Baidu机为 116.6Mpa，ABS 塑料成型注射压力 P 塑为 60-100Mpa，
特点：
(1)综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好.
(2)与 372 有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理.
(3)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
(4)流动性比 HIPS 差一点，比 PMMA、PC 等好，柔韧性好。
用途：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。
注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。 4.5.1 导柱、导套之间的配合及固定
导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱 应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别 对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核[14]。
位等方法。
(4)如成形耐热级或阻燃级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解物，导致
模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
2.3 塑件的尺寸和精度
在满足塑件的尺寸精度要求下，考虑到模具的制造成本问题，根据翁其金编的《塑
料模塑成型技术》材料的成型建议及此零件的使用要求，对一些重要和次重要的尺寸精
6.5~13
分流道的截面有圆形、梯形、U 形、半圆形等，其中以半圆形效率最高。这里我们
采用半圆形形分流道。综合以上，我们选分流道直径为 4mm。 4.4.3 冷料穴设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，作用是存放料流前端
的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中
成型特性：
(1)无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时
间预热干燥 80-90 度，3 小时。
(2)宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为>270 度)。对精度较高的
塑件，模温宜取 50-60 度，对高光泽.耐热塑件，模温宜取 60-80 度。
(3)如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水
聚苯乙烯 软聚氯乙烯
3.5~10 3.5~10
尼龙类
1.6~9.5
硬聚氯乙烯
6.5~16
聚甲醛
3.5~10
聚氨酯
6.5~8.0
丙烯酸
8~10
热塑性聚酯
3.5~8.0
抗冲击丙烯酸
8~12.5
聚苯醚
6.5~10
醋酸纤维素
5~10
聚砜
6.5~10
聚丙烯
5~10
离子聚合物
2.4~10
异质同晶体
8~10
聚苯硫醚
4.3 排气系统设计 在模具中排气系统的设计有助于保证塑件的便面质量，若注塑模型腔缺乏排气或排
气不畅时，对于薄壁塑件来说，多表现为型腔填不满。 排气系统的设计方法有以 3 种：a.利用配合间隙排气；b.在分形面上开设排气槽排
气；c.利用推杆排气槽排气。 此模具为热塑性塑料模具，排除的气体量比较少，且制件小，属中小型简单型腔模
由装配图上测出浇注系统主流道总高为 75mm，半径平均为 4mm，分流道在投影面
上总长为 26mm，平均半径为 1mm，由此计算出浇注系统的体积：
V 浇=V 主流道+V 分流道=3.14×52×75+3.14×1×26=5970mm3 所以 V 总=V 塑件+V 浇=1396+5970=7.4cm3
P 机> P 塑。可见 XS-Z-30 注射机满足 ABS 注射压力的要求。 3.3.2 锁模力的校核
（1）塑件投影面积计算 A=20×20=400mm2 （2）型腔压力计算 P=KPi=106.6/3=58.6Mpa,K：熔体流经喷嘴和浇注系统时的压力 损耗系数。一般在 0.3-0.7 之间。 （3）锁模力计算 F=0.1PA=0.1×58.6×4kN=23.44kN＜25kN(所选注塑机的最大锁模 力)。 3.3.3 开模行程的校核
设计导柱时需要注意的事项有： （1）合理确定导柱的直径和材料，导柱的直径由模具大小而定，按经验其直径 d 和模板宽度 B 之比这 d/B=0.06～0.1，圆整后选标准值。模具长×宽为 210mm×198mm。 取 d=0.06×198=11.88mm，整取为 d=15mm。导柱的表面要耐磨而且芯部要坚韧，故本次 模具的导柱采用 T8A，并进行渗碳淬火处理，硬度达到 50-60HRC； （2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出 6～8mm，以确保其导向与引导作用； （3）导柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱 固定部分配合精度采用 H7/k6；导套外径的配合精度采取 H7/k6。配合长度通常取配合 直径的 1.5-2 倍，导柱的配合部分的表面粗糙度为 Ra0.8μm；
4 确定模具结构方案
4.1 模具型腔数目的确定和型腔的排列 注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确定时主
要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的 生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是计算机键盘的常用品，查手册得塑件的 经济精度推荐 5 级，这个产品是壳件的组合，所以初定为一模两腔。为使模具设计制造 简便，综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用图 4-1 所示的型腔排列 方式。此模具可采用一模两腔，平衡布置。
参阅《注塑模具设计》一书中的常用国产注塑机主要技术参数表格，出于保险设计，
采用 XS-Z-30 的注塑机，公称注射量为 30cm3[7]。 3.2 选用的注射机参数
国产注塑机 XS-Z-30 的主要注射参数如表 3-1：
标称注射量
30cm3
定位孔直径
锁模力
25t
喷嘴球头半径
最大装模高度
180mm
喷嘴孔直径
主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线 上，断面为圆形，有一定的锥度，通常为 2°～8°，目的是便于冷料的脱模，同时也改 善料流的速度。
查表得知 XS-ZY-30 型注射机的喷嘴孔直径 d0=Φ2、喷嘴球半径 R0=12，模具浇口
套主流道小端直径为 d =d0+1=2+1=3mm，模具浇口套主流道球面半径为 R=R0+（1～2）