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1、引言第 1 页（共 32 页）1. 引言塑料的注塑成型过程是借助螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速度注入闭合模具型腔内，经冷却固化定型后开模而获得制品。注射成型在整个塑料制品生产中占有重要的位置，除少数集中塑料外，几乎所有的塑料都已注射成型。塑料注射模能一次性地成型形状复杂、尺寸精确和带嵌件的塑料制品。注塑件生产中，通常以最终的塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量，包括表面质量和内在质量。从塑件的形状和尺寸精度来衡量表面质量，包括注塑件的表面粗糙度和表现的缺陷有：凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥层、暗斑纹、烧焦、翘曲、溢料、飞边及可见熔合缝等。内在质量也就是
2、性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、取向、密度与收缩等。作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本也十分重要。此外，在注射模设计时，必须充分注意到以下三个特点：（1） 塑料熔体大多属于假塑性的液体，能“剪切变稀” 。它的流动性依赖于物料品种，剪切速度，温度和压力。因此须按其流变特性来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。（2）视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力基础上，进行模具的结构设计。为保证模
3、具的闭合，成型，开模，脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。（3）在整个成型周期中，塑件模具环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学原理应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳技术经济指标的实现。键盘底板注射模具设计第 2 页（共 32 页）2. 键盘底板工艺性的可行性分析键盘底板是键盘的部件之一，其主要作用是固定键盘的按键，使键盘里面的按键不易掉下来。起到保护作用。考虑到它的实用性，生产成本及生产的效率等综合因素，所以其尺寸精度要求不高（取 MT5） 。在生产中，它的整个过程都是用机器操作的（包括脱模取出也不需手工进行） ，故生产
4、效率比较高，可大批量生产。如图 1 所示：图 1 塑件的零件图图 2 零件图的剖面图键盘底板的可行性分析第 3 页（共 32 页）2.1 拟定设计方案通过边计算，边绘制草图的方法来拟定模具设计方案。至少要有两个方案进行比较，需要讨论的内容及大致步骤如下：（1） 确定型腔数目及选择注射机型号；（2） 确定分型面及考虑排气措施；（3） 决定模具的总体结构、凹凸模的结构，同时考虑模具制造工艺的可行性；（4） 拟定注射工艺方案，确定注射各阶段的时间、压力、温度及速率；（5） 设计浇注系统，确定浇口形式和位置，决定主流道、分流道和冷料井的形式及尺寸；（6） 脱模机构设计；（7） 导向机构设计和确定所选用
5、的标准模架；（8） 冷却系统设计；（9） 确定模具与注射机的连接；（10）模具与注塑机有关参数的校核；（11）型腔数目的确定计算；（12）对浇注系统流道和塑件的流程比校核，以及冷却时间的计算；（13）型腔压力的估算和浇注系统的尺寸计算；（14）成型零件的制造尺寸的计算；（15）模具型腔厚度和垫板厚度的强度与刚度校核，以及型芯的偏移和变形计算；（16）开模力和脱模力的计算，脱模顶杆直径与根数的计算。2.2 材料的分析ABS（丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯共聚物）材料的分析：键盘底板注射模具设计第 4 页（共 32 页）（1）典型应用范围 汽车（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等） ，电冰箱，大强度工
6、具（头发烘干机、搅拌器、食品加工机、割草机等） ，电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。（2）注塑工艺及模具条件 干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在注塑成型之前进行干燥处理。建议干燥条件为 8090下最少干燥 2h。材料温度波动应保证小于 0。1%。熔化温度：210-280;建议温度：245。模具温度：25-70（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：50-100MPa。注射速度：中高速度。（3）化学和物理性能 ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯 3 种单体合成。每种单体都具有不同性能：丙烯腈有高强度、热稳定性及
7、化学稳定性；丁二烯具有坚韧性；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。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS 的特性主要取决于三种单体的组成比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上上百种不同品质的 ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲性能等。ABS 材料具有超强的易加工性，外观性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。（4）本制品选用是键盘的底板，属一般结构零件，只要求有较低
8、的强度和耐热性。ABS 的特点：a.流动性差；b.成品性能稳定； c.从外观上来看，浇口处合流线（拼缝线）较明显；d.升温时精度较高，成为高压注射，高温模具。根据以上特点，设计时应注意事项有：（1）由于流动性差不能将浇口设计成潜伏浇口（应设计成直接浇口较为合适） 。（2）因为合流纹明显，所以应考虑浇口设计的位置；（3）为达到高压成型，拔模斜度必须在 2以上；键盘底板的可行性分析第 3 页（共 32 页）（4）成型收缩率必须在 0.5%以上。2.3 塑件注塑工艺性2.3.1 尺寸精度本制品的精度等级选用 MT5；2.3.2 壁厚在设计中，键盘底板的最大厚度为 3mm，查文献3表 1-6 常用热塑
9、性塑料塑件壁厚范围可得：ABS 塑件在其料温 200260，注射压力 80-200 ,模温 40-Mpa60，塑件壁厚为 1.5-4.5mm。故键盘底板壁厚的范围在 ABS 塑料塑件要求的范围之内。这就可使塑件在满足强度和刚度的条件下，成型较容易，不产生气泡、缩孔等缺陷。2.3.3 圆角半径塑件的转角尽量避免尖角，而以圆弧过渡。如图 2 所示：mtR5.43.15021t - 为塑件的平均厚度，mm键盘底板注射模具设计第 6 页（共 32 页）图 3 圆角半径2.3.4 加强筋如图 4 所示：图 4 加强筋图 4 的单位为 mm，在塑件上设置加强筋，从而避免了因壁厚不均匀而产生的缩孔、气泡、凹
10、陷等现象，同时塑件的质量也会有所减轻。加强筋可设置在塑件的内部，也可设置在塑件的外部；可以设置在平面上，也可以设置在其它类型的面上。用加强筋连接塑件上互呈角度的两壁，称之为角撑，能成为塑件结构上必不可少的部分。加强筋的主要作用是在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度和刚度，避免塑件变形翘曲。加强筋的厚度应小于塑件壁厚，并与壁用圆弧过渡。设塑件壁厚为键盘底板的可行性分析第 5 页（共 32 页）t ，则加强筋高度 L=（13）t ，筋条宽 A=（1/41）t ，筋根过渡圆角R=（1/81/4）t ，收缩角 ，筋部端圆角 r=t/8 。o522.3.4 脱模斜度由于脱模斜度 大于 ABS 材料规定的
11、范围 。再加上脱模剂：甲基)2014(/o乙氧基硅油，起模就更方便了。2.4 方案的选择2.4.1 确定方案注射模的结构是由注射机的形式和塑件的复杂程度等因素决定的。一般由动模和定模两部分组成。注射前动模闭合形成型腔和浇注系统，成型后动模和定模分开，取出塑件。按照结构功能，注射模由成型零部件、浇注系统、导向部分、分型抽芯机构、顶出装置、冷却、加热系统、排气系统等部分组成。按塑件的总体结构特征，为了提高键盘底板的模具设计的可行性，增强其实用性，降低成本，提高生产效率。本人选择了单分型面注射模这种方案。单分型面注射模也称两板式注射模，见图 5。单分型面注射模的主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上
12、，开模后制件连同流道凝料一起留在动模一侧。动模上的脱模机构顶出制件和流道凝料。在打开的动模和定模之间，取走塑件和流道凝料。在模具重新闭合时，一般由回程杆 15 使脱模机构复位。它是注射模中比较简单的一种。考虑到塑件的形状和浇口位置比较明显，采用直接浇口系统比较好，也更有利于塑件的成型。键盘底板注射模具设计第 8 页（共 32 页）图 5 二板式模具结构2.4.2 模架选择根据塑件的形状大小和注射机型号，选用中小型模架。型号为：A2-500560-16-Z3 （GB/T12556.1-90）2.5 型腔数目的确定及注塑机型号的选择2.5.1 型腔数目的确定根据制品生产总量，确定一个经济的型腔数量
13、，其计算方法如下：键盘底板的可行性分析第 9 页（共 32 页）manctyA360式中，m制品生产总量，个A成型每个制品所需费用，元/个n 型腔数量，个t成型周期，sy成型费用，元/hc单个型腔模具制作费，元/个a多型腔模具制作费递减率，%anc模具费用，元。然后假设型腔数量试算进行比较，求出 A 为最小值时的型腔数量，及为经济数量。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以为增加一个型腔其制造费用有一个递减率。递减率由模具制造企业根据情况确定。2.5.2 注塑机型号的选择根据以上估算及塑件的面积，选取注塑机型号为 XS-ZY-1000，其技术规范及特性如下表：型号
14、 XS-ZY-1000螺杆（柱塞）直径（mm） 85注射容量（cm 3或 g） 1000注射压力（10 5Pa） 1210锁模力（10 4N） 450最大注射面积（cm 2） 1800最大模具厚度（mm） 700最小模具厚度（mm） 300模板行程（mm） 700喷嘴球半径（mm） 18喷嘴孔直径（mm） 7.5定位孔直径（mm） 150注射时间（s） 3.0动、定模固定板尺寸（mm） 900 1000拉杆空间（mm） 650550顶杆中心距（mm） 350键盘底板注射模具设计第 10 页（共 32 页）顶出形式 两侧顶出2.6 模具材料的选择塑料模具结构比较复杂，组成一套模具的零件数目较多，
15、而且由于各零件在工作中所处的地位，作用不同，对材料的性能要求也不同。总的来说，用于制作塑料模具的材料，在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性；其次，有一定的强度和韧性；再次，易于加工。塑料模具的基本性能要求有以下几个方面：（1） 材料容易选购到，这将影响到模具制造周期；（2） 切屑性能好，易机加工，影响到制造成本和型腔质量；（3） 热处理后变形小，影响到型腔表面质量；（4） 抛光性能好，容易得到光泽表面，也影响到型腔表面的质量；（5） 表面硬度高而芯部强度高，影响到模具强度与刚度。零件的材料及其热处理如下表所示：零件类别 零件名称 材料牌号 热处理方法硬度 说明调质成型零件 凹模、型芯、凸模、
16、成型镶嵌件45淬火2226HRC 用于形状简单、要求不高的型腔、型芯垫板（支承板） 、浇口板45 淬火 4348HRC固定板 45 调质 230270HBS模体零件推板 45 调质 230270HBS浇注系统零件主浇道衬套、拉料杆、拉料套、分流锥T8A 淬火 5055HRC导柱 20 渗碳、淬火5660HRC导向零件导套 T8A 淬火 5055HRC模具结构设计第 11 页（共 32 页）限位导柱、推板导柱、推板导套、导钉T8A 淬火 5055HRC推杆、推管T8A 淬火 5458HRC复位杆、推块45 淬火 4348HRC推杆固定板45推出机构零件挡板 45 淬火定位圈 45定位零件限位钉、定距螺钉45 淬火 4348HRC支承零件 垫块 45手柄、套筒Q235A喷嘴、水嘴45、黄铜其他零件吊钩 453.模具结构设计3.1 分型面及排
