電腦鍵盤注射模具設計

電腦鍵盤注射模具設計,電腦,鍵盤,注射,模具設計 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）用紙 齊 齊 哈 爾 大 學 畢業(yè)設計(論文) 、 題 目 電腦鍵盤注射模具設計 院（系） 機械工程學院 專業(yè)班級 機械032班 學生姓名 姜 鵬 指導教師 陳 集 成 績 2007 年 06 月 17 日 注射模設計的三維模型發(fā)展 如今，為了使注塑工藝變得更簡單，很多嵌入式軟件都在高級3D 注塑平臺的基礎上開發(fā)出來的，諸如有限元分析，計算機輔助制造，注射模設計，模擬以及形象化設計。這些軟件都是很有利的。然而，它關非沒有缺點。事實上，這些嵌入式軟件也可以通過低級的3D更靈活和更輕便性開發(fā)出來。這篇文章查閱了各種各樣基于3D應用發(fā)展的期刊和方法，主要是關于軟件方面。首先，提出了一種基于3D的應用發(fā)展的方法，這種觀點通過使用Parasolid模型的注射模實現(xiàn)的?；谠谝呀⒌哪＞咴O計中的模具設計概念，文中說明了一種被叫做IMOLD的模件。在一個Windows NT 平臺上，面向對象的編程語言被用來開發(fā)這種軟件。 關鍵字： 3D 模型； 計算機輔助設計; 注射模設計； 1. 介紹 三維計算機輔助設計系統(tǒng)已經越來越被用來加速產品的實現(xiàn)過程。涉及產品自動化設計過程的第一步是3D建模應用中的組件部件的建立，在建模過程中，這種3D 模型的建立稱為數(shù)字化建模，這種數(shù)字化建模得到的3D的關鍵一步是生產過程自動化。 組件部件的3D數(shù)字化建模僅僅是第一步。還有許多的其他輔助任務必須在零件被生產之前完成。這些任務包括有限元分析、夾具和固定裝置的設計、注射模設計、計算機輔助制造、模擬和形象化設計。當今很多在高級3D建模平臺上發(fā)展起來的嵌入式軟件來促進這些輔助任務。這種3D建模站臺提供了一個具有編程的用戶界面和風格的嵌入式軟件。結果，這種嵌入式軟件的開發(fā)時間大幅度地減少。 這種方法在很多方面都是有利的，但是，它也有它的缺點，特別是從長遠的角度考慮。為了為現(xiàn)有的軟件開發(fā)另外一種嵌入式軟件，那些開發(fā)者必須兼顧很多現(xiàn)有的限制條件，必需與源軟件的風格一致。那些開發(fā)者必須利用系統(tǒng)所提供的各種庫函數(shù)來實現(xiàn)各種功能性操作， 大多數(shù)的終端用戶需要源軟件和嵌入式軟件。不過，在很多情況，他們可能對使用只有嵌入式的軟件更感興趣。 在注射模設計過程中就有這種情況的例子，不過，這些用戶必須購買包括很多他們不需要的特征和功能的整個軟件包， 這么大的程序通常是硬件上所必需的，同時這也意味著會費用更高。這嵌入式軟件也很大程度上依賴源軟件的發(fā)展。一旦源軟件版本被更新，那些嵌入式軟件的開發(fā)者必須采取相應的行動， 如果這些應用在一個低級的平臺上發(fā)展，這些缺點可能會不存在。事實上，這些嵌入式軟件可以使用低級的3D 模型更靈活和更輕便性發(fā)展。在很多情況下，這樣的操作既可行又有利。傳統(tǒng)上，注射模設計可以直接在計算機輔助設計系統(tǒng)執(zhí)行，整個注射模，可能由數(shù)百個組件部件組成，在計算機輔助設計系統(tǒng)(例如 AutoCAD，PRO/工程師和Unigraphics)上建模和裝配，因為注射 模設計過程是反復的，所以重新建模和裝配是相當費時，在這個方面，像這些基于特征的PRO/工程師以及Unigraphics那樣的3D. 計算機輔助設計系統(tǒng)比像AutoCAD那樣的2D 計算機輔助設計系統(tǒng)的更有優(yōu)勢， 為加速注射模設計工藝的發(fā)展，這種嵌入式軟件在3D系統(tǒng)上自動發(fā)展一些注射工藝 ，這種附加應用的例子包括在國立新加坡大學發(fā)展，基于Unigraphics上發(fā)展的IMOLD(智能模型設計和裝配系統(tǒng))、專家模具設計者(基于CADKEY)及模型制作者(基于EUCLID) . 因為以上每一個都基于特定的計算機輔助設計系統(tǒng)，所以都沒有嵌入兼容性。在1994年，Mok和張 [1]基于Unigraphics的注射模設計應用上做了研究。在1997年，Shah [2] 在幾何建模之間的聯(lián)系標準化之間提出了互訪結構模型，他的目標是在基于Parasolid的3D 應用以及ACIS之間獲得嵌入兼容性，只不過它包括三維建模 。 在這篇文章里，作者試圖直接發(fā)展一種質量輕的使用低級的3D模型注射模設計應用，并把重點放在軟件開發(fā)的靈活性和速度上。設計概念和程序來自IMOLD [4,5 ]、模具設計和3D 裝配中應用。盡管這些討論僅僅局限于注射模設計，這種方法學能很容易地被應用在其他基于3D的應用中，并且有相似的作用，開發(fā)者工具的結合就是為了這個目的而選擇的。在方法學被討論之前，對于其中的一些先提出的工具作一個簡短的介紹，他們分別是IMOLD、Parasolid 10.1 版本、VC6.0 版本和微軟公司基礎種類。 2.IMOLD 用作模具設計應用 IMOLD(智能模型設計和裝配) 是在基于3D的應用致力發(fā)展的注射模設計。它在一個叫做Unigraphics的高級計算機輔助設計系統(tǒng)之上發(fā)展起來的。該發(fā)展正在通過使用系統(tǒng)所提供的編程接口(API)來實現(xiàn)。該軟件通過提供常用的設計工具促使模具設計者能夠迅速進行設計。在設計中所需的常用的標準組件部件，可以在軟件里預先創(chuàng)建并且可能被容易被設計者調用。這很大程度上降低了設計時間。模具設計過程可分成幾個階段，以一種固定的方式給設計者們提供模具設計方法。 它們便是： 1. 數(shù)據(jù)準備。 2. 填充系統(tǒng)設計。 3. 模具基礎設計。 4. 插件與零件設計。 5. 冷卻系統(tǒng)設計。 6. 滑板和提升設計。 7. 注射系統(tǒng)設計。 8. 標準零件庫。 每個階段都可以被認為是一個獨立的模件設計過程。基于3D的每個模件的要求變化甚微。成功地建立模型基礎模件意味著在發(fā)展其它模件過程中也是可行的。 3．用作3D模型設計的Parasolid Parasolid被用設計為基于3D 模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。實體建模有必要被用作。 1．建造并且操作實體。 2. 計算質量和慣性矩，并且進行干涉檢測。 3. 以多種方式輸出實體。 4. 在特定的數(shù)據(jù)庫或者檔案內儲存實體并且可以稍后提取出來。 在計算機輔助設計中，Parasolid是最先進的3D 模型設計軟件。它是Unigraphics和Solid- Works的3D核心。它獨特的公差模擬運作功能使得它能以其它格式接收和存儲數(shù)據(jù)。因此Parasolid模型文件是十分方便的而且它也是獨立應用發(fā)展的高級平臺?；?D的應用與Parasolid之間通過它的3個界面中的一個相連接。 這些被稱這之為Parasolid 核心界面、模型界面以及底端界面。PK界面和模型界面位于建模系統(tǒng)的頂部，通過這些方法來建模和對實體進行操作以及控制建模的功能。底端界面位于建模窗口的底部。當需要執(zhí)行集中數(shù)據(jù)或系統(tǒng)類型操作時建模者便需要它。它由3個部分組成：函數(shù)、圖形輸出和外形幾何 ，以下分別對其作出簡短的介紹。 3.1 KI 和PK界面 KI 和PK是供程序員進入Parasolid模型里進行建模的接口 他們是建模功能的標準庫。程序員在他們的程序里稱之為建模功能。因為KI不久將被淘汰，所以我們選擇使用PK界面。 3.2 函數(shù) 函數(shù)是一必須由應用程序員編寫的功能，當數(shù)據(jù)必須被存儲或者提取時需要使用該功能。當使用Parasolid時，應用程序員必須首先決定怎樣管理數(shù)據(jù)的存儲，通過該功能Parasolid輸出該數(shù)據(jù)。通過該功能轉存數(shù)據(jù)通常與寫入文件或導出文件有關。文件的形式和及存儲位置在寫該功能時被確定。 3.3圖形的輸出 對圖形輸出功能是由應用程序員所編寫的另一種功能。對需要PK給予功能的設計者來說，圖形數(shù)據(jù)是由GO界面輸出的， 然后3D數(shù)據(jù)被傳給3D圖像包。OpenGL，是圖形卡片的一個軟件接口可以為我們提供我們所需的數(shù)據(jù)包。 3.4 外形幾何 外形幾何學可以為用戶幾何類型的發(fā)展(例如機構內部及表面的曲線)提供功能操作。它通常與在Parasolid內的建模標準幾何類型一起使用。 4. 使用VC以及微軟公司基金類型的面向對象的程序設計 面向對象的程序設計(OOP)已無可爭議地成為軟件開發(fā)者的選擇。它是在目前所存在的軟件中最高級的開發(fā)軟件。微軟公司Visual Studio就是這樣的一個軟件包。它刻劃了許多基于因特網和基于Windows編程用的開發(fā)工具。在這些工具中包含有VC以及微軟公司基金種類(MFC)。VC是面向對象的程序設計的強有力的開發(fā)工具，而MFC是一種基于Windows編程的框架。它以強大的開發(fā)特性和功能性，例如自動編碼基于wizard操作，為應用程序員提供開發(fā)工具。這大大改進了生產效率。我們使用的程序的整個用戶界面是使用VC以及MFC開發(fā)出來的。 5. 系統(tǒng)設計 基于3D的使用3D模型的附加應用的直接發(fā)展的問題正待解決。在最高的水平上它由3個主要階段組成。 首先，必要特征和嵌入式應用軟件功能的識別： 第二，應用框架的設計與開發(fā)； 最后，具有合適的開發(fā)工具的框架中個別模件的設計與開發(fā)。 5.1 必要軟件的識別 Parasolid作為一種3D建模方法，只提供許多庫函數(shù)以及3D應用開發(fā)的基本框架。因此，那些開發(fā)者有必要識別和開發(fā)3D計算機輔助設計系統(tǒng)中其他的必要設施。為了識別所需的設施，理解兩者之間的差異是很重要。 表格1 總結了3D模型和3D計算機輔助設計系統(tǒng)所提供的主要設備的差別。其中的一些設備，例如特征和參數(shù)建模，在耗時與技術上都要求有發(fā)展。因為大多數(shù)的嵌入式軟件不使用源程序中的所有設備，只通過開發(fā)這些使用低級3D模型所需要的嵌入式軟件生產單獨的版本是很有可能的。 表格1從第7條到第9是使用基于3D的應用發(fā)展Parasolid的必要條件。 通過研究嵌入式的應用的必要條件，其他必要的設備的要求也可以被鑒定。然后提出了該應用程序的一個框架，該框架是基于由Parasolid建模所提供的設備。 5.2 基于3D應用的框架 對于由開發(fā)的工具和.應用的要求所提供的設備，開發(fā)了一種框架。它專門被設計以使單個編程模件之間的差異最小化。這將導致編程代碼發(fā)生小程度的變化。事實上，程序代碼使用起來更加的輕便各更有助于維修，而且將來的發(fā)展前景也是相當好的。這個框架的概述在圖2里得以說明，各種各樣的模件的詳細情況被在以后的章節(jié)里討論。 5.2.1個基于Windows的用戶界面(A) Parasolid不為程序員提供用戶界面。因此，在每一個階段基于3D應用的發(fā)展將涉及到從頭開始設計用戶界面。相關的必要開發(fā)內容包含： 1. 基于3D的應用的環(huán)境設置和顯示。 2. 交互式圖表的接口和全部應用功能操作的執(zhí)行程序。 5.2.2 3D 開發(fā)者(B)圖層的設置 因為不同的基于3D的應用在不同程度上需要不同的3D設備，該框架必須為用戶提供這些變量的設置。一個3D開發(fā)者圖層的設置(參閱圖2)被概念化來解決這些變化。這是基于Parasolid模型已經開發(fā)出來的對象的庫函數(shù)或者類別。開發(fā)的程度取決于建模的要求情況。 圖表一由3D模型和計算機輔助設計系統(tǒng)所提供的設施的摘要 3D模型和3D計算機輔助設計系統(tǒng)設施： 1. 基本3D低級建模和通用功能以及高級功能和特殊功能； 2. 由整個系統(tǒng)提供的裝配多種庫函數(shù)； 3. 基于特征的建模； 4. 不經常被提供的參數(shù)建模； 5. 系統(tǒng)常提供的低級建模功能； 6. 系統(tǒng)提供的不完全草圖； 7. 系統(tǒng)不常提供的交互式用戶界面； 8. 系統(tǒng)所提供的三維物體基本概念框架功能和庫函數(shù)的可視化； 9. 系統(tǒng)所提供文件管理系統(tǒng)的基本概念和多個信息庫功能的完全發(fā)展。 除了要滿足應用條件中的變量要求外，3D開發(fā)者設置層也要為非Parasolid開發(fā)者提供一個編程接口。這樣的一個接口能也其他基于3D的應用的開發(fā)者重新使用。3D開發(fā)者設置層基本上由3 個主要部分組成。他們可分別被用于3D建模和裝配，3D可視化以及3D 數(shù)據(jù)管理。 I . 3D建模和裝配 3D建模和裝配模件是所有這3個部分中最重要和最精心制作的部分。它與由大多數(shù)計算機輔助設計系統(tǒng)提供應用編程接口(API)相似。該模件由一基于3D對象或類別的庫函數(shù)組成，它可用于核心應用模件的發(fā)展。大多數(shù)3D應用所需要的3D基本的功能的操作性能必須被首先開發(fā)出來?；趩蝹€基于3D的應用所需的條件，其他更多的高級特性后來也被增加進來了。 II. 3D的可視化。 在三維物體的顯示窗口用戶范圍需要一個團體軟件圖表接口。圖表的輸出以及所選擇的圖表的接口經常被在基于3D的應用里以及視圖對象管理和轉變之中。為這個目的而開發(fā)了一個類別庫函數(shù)。 III. 3D 數(shù)據(jù)管理。 3D數(shù)據(jù)管理模件是在函數(shù)之上被開發(fā)出來的。函數(shù)是存在于使存檔以及3D零件文件的進入變得容易的Parasolid的模件之中。為此開發(fā)了一種使用函數(shù)來處理的類型選擇器。 1. 3D目標文件形式； 2. 諸如打開和保存3D目標文件這樣的文件管理操作。 5.2.3 應用模塊(C) 這些是位于3D開發(fā)者設置層和應用用戶界面之間存在的基于3D的應用模塊。這些模塊的設計的主要取決于應用的屬性并且相互之間的差別很大。在這個領域已經正在進行很多有研發(fā)工作主要發(fā)展的工作的大部分被進行。然而，研發(fā)的難易主要取決于3D開發(fā)者設置層的能力。 5.2.4個其他軟件模塊(D) 通常，基于3D的應用可能需要來自于其他已存軟件模塊或應用模塊的功能性操作。因此，諸如此類的連接是可能存在的。在這篇文章的應用部分就為這樣的一個例子加以說明了。 5．3 單個模塊的發(fā)展 在進行一個合適設計之前，對每個模塊都得進行研究和分析，它的開發(fā)難易很大程度上取決于所選的框架和開發(fā)者設置層。下一部分說明了注射模設計的3D模型開發(fā)的實施情況。 6. 實施情況 應用系統(tǒng)設計，開發(fā)了基于3D的注射模設計。這被通過使用前面章節(jié)所述的開發(fā)者工具獲得的。因為模型基礎需要更大范圍的3D功能性操作，包括裝配的生成，所以選用它來加以說明。 6.1每個模塊的要求應用框架和所需要的條件 對于識別開發(fā)工作，專門設定了了一個應用框架。發(fā)展的工作鑒定。圖3說明了基于Windows用戶的模型基礎模塊的詳細情況。在每個模件里的詳細要求在討論如下： 6.1.1 Windows NT的用戶界面(A) 模型基礎設計是一個反復的過程。模型設計者首先從目錄中選擇了一個標準模型，然后對模型的尺寸進行修改直到所有的條件都得以滿足。因此，為了這個目的有必要考慮使用交互式用戶界面。 使用VC和MFC來開發(fā)基于Windows的界面，它包括： 1. 菜單條欄目、菜單項和工具條按鈕的創(chuàng)建、顯示和管理，以便更方便地進行應用的功能性操作。 2. 引導用戶或獲得用戶輸入的對話框的創(chuàng)建、顯示和管理 3. 顯示區(qū)域內各種視角的創(chuàng)建、顯示和管理。 4. 拖動的鼠標的作用。 5.對每個功能的順序操作設計。 應用之后的結果如圖4中所示，它是一個典型的其于Windows應用的用戶界面。 6.1.2 3D 開發(fā)者(B)設置層 對基于3D模型基礎設計的要求進行分析，然后識別一下即將開發(fā)的模塊。 基于3D模型基礎設計的要求如下： 1. 創(chuàng)建初始模型(例如矩形，圓柱，圓錐)； 2. 創(chuàng)建圓角和倒角； 3. 進行布爾運算：并集和差集； 4. 變換操作：變換和旋轉； 5. 對象屬性的管理，諸如名字和顏色； 6. 創(chuàng)建引用特征； 7. 創(chuàng)建總裝配和子裝配； 因為以上這些應用不是那么的廣泛，所以可以開了一個基礎建模集。有了單個模塊的詳細開發(fā)情況，就可以給開發(fā)者設置層添加更多的功能。每個模塊的全部要求條件將在以后的章節(jié)加以說明。 I . 3D建模和裝配 一個模型基礎基本上是許多組件部件的集合，諸如鍵和螺絲。 為了使模型基礎設計變得容易，設計者必須提供一個事先已經準備好的模型基礎庫。通過選擇特別的尺寸，可以生成一個標準的模型基礎件。為了使這些變得容易，識別和開發(fā)了基于3D的功能庫，該功能與前面6.1.2所提及到的要求條件相對應。正因為該編碼是面向對象的，在需要的時候，它們很容易被延伸以適應其他模型設計模塊。 II. 3D視圖的可視化 使用圖表的輸出和作為圖表界面的OpenGL所提供的功能共同作用來為3D的實體操作開發(fā)投影和視圖變換等諸多功能。它們包括： 1.用所選擇的顏色給3D堆零部件著色； 2. 用所選擇的顏色給3D裝配體著色(圖7和圖8分別用陰影和線框的模式給3D裝配體加以顯示)； 3. 用所選擇的顏色在屏幕上給其他3D實體著色； 4. 在模型基礎裝配中用不同的顏色分別給單個組件著色； 5. 交互式視圖變換(諸如旋轉，變換和縮放)； 6. 裝配樹顯示和操作。 III. 3D 數(shù)據(jù)管理。 開發(fā)獨立應用程序的好處之一就是它的輕便性，所以采用最大的輕便性打開的形式是很重要的。因此以原先的Parasolid文件形式(.xmtFtxt)來替代新的文件形式。一個模型基礎件的數(shù)據(jù)管理要求包括如下內容： 1. 打開，保存，另存為和關閉Parasolid零件文件。 2. 打開，保存，另存為和關閉Parasolid裝配文件。 3. 輸入和輸出零件文件。 6.1.3個模型基礎模件(C) 為了促進標準模型基礎組件的自動生成，系統(tǒng)必須提供一個模型基礎零部件庫, 其尺寸大小取決于目錄中的標準值。為使設計容易進行，需對這些尺寸進行順序修改，這個模件詳細情況將在第6.2部分進行討論。 6.1.4 數(shù)據(jù)庫支持(D) 一個標準模型基礎件需要用將近100個參數(shù)來對單個組件的尺寸和位置進行完全描述。這些參數(shù)的大部分都是相互聯(lián)系的并且可以從其它數(shù)據(jù)庫中獲得。因此，一個數(shù)據(jù)庫文件需要被用來存儲基于目錄的標準模型基礎件的參數(shù)。Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫形式被使用在MFC里進行直接存儲數(shù)據(jù)庫文件。在MFC里使用數(shù)據(jù)存取對象(DAO)，一套被用作抽取和管理數(shù)據(jù)庫城相關參數(shù)的功能。 6.2模型基礎設計的發(fā)展 模型基礎模件由3個主要部分組成，即，模型基礎組件生成、模型基礎裝配生成、模型基礎類選擇和自定義模件。第4個部分被稱作為模型基礎參數(shù)管理，也是被用來開發(fā)為應用提供數(shù)據(jù)支持。這些已經圖表中5中說明了。注注射模設計的開發(fā)部分的細節(jié)內容討論如下： I . 零部件庫的生成 有了3D開發(fā)者設置層的支持，為模型基礎的標準組件部件被創(chuàng)建和存儲在組件庫中。通過規(guī)定合適的尺寸，這些組件部件可以被生成而且可以被模型基礎裝配生成器所使用。 II.裝配生成器 使用3D 圖層設置并將組件庫生成器各標準模型基礎集中并存儲在裝配庫中。當提供從數(shù)據(jù)庫中提取特定參數(shù)集時，由于它得到了特別的參數(shù)支持，所以特定的標準模具基礎裝配可以自動地 III. 參數(shù)管理者 參數(shù)管理者將模型基礎應用模件和數(shù)據(jù)庫支持連接起來。當一個特定的標準模型基礎被選擇后，它的為模型基礎裝配的相應參數(shù)已經從數(shù)據(jù)庫中提取出來并且發(fā)送到組件庫生成器和裝配生成器中。除此以外，參數(shù)管理者也允許用戶為了設計的目的而對參數(shù)進行修改。 IV. 模型基礎設計者。 模型基礎設計者為兩個主要目的服務。首先，允許用戶選擇來自裝配生成器的標準模型基礎。其次，通過允許模型基礎設計者修改所選擇的模型基礎的尺寸來使模型基礎設計變得容易。該樣品代碼給那些模型基礎來生成功能。從圖9中我們可以注意到使用了許多代表模型基礎的參數(shù)的變量的功能， 這是用于裝入那些零部件生成各種各樣的模型基礎零部件的創(chuàng)造。裝配生成器然后使用那些零部件和那些參數(shù)集來確定模型裝配基礎的創(chuàng)建，正如在3D開發(fā)者層設置外一樣，在樣本程序中沒有直接被叫作 Parasolid功能的當今的模型基礎設計應用能意識到在工廠要求設計的注射?；A設計的全部功能性設計情況。因為模型基礎是IMOLD模件中的最廣泛應用的3D模型，所以它的成功開發(fā)意味著開發(fā)了一完全基于3D注射模設計和裝配應用的可行性。 7. 結論 高級編程語言的發(fā)展已經允許程序員用參數(shù)來重新使用編程代碼，該編程代碼存在于象微軟公司基金類型那樣的對象里。 這些強大的特征已經使程序員從更多的編程標準函數(shù)的程序和建立用戶界面中分離出來了。他們現(xiàn)在能夠把精力集中在軟件的核心組成部分，從而增加生產效率。這導致發(fā)展獨立版本的軟件諸如CAE、計算機輔助設計和計算機輔助制造可行性提高。不過目前，這種方法是既耗時的而且技術要求高。盡管如此，它還是可行的而且前景是非常好的。通過把幾種高級的開發(fā)者工具結合起來，我們已經設法增加了這些工具開發(fā)注射模設計的應用能力。迄今為止，只有模具設計工藝的前三個階段得以編碼。這給隨后的模型設計模件的開發(fā)奠定了基礎。該方法也可以很容易地在包含標準組件設計的其他軟件中實施。這些包括夾具和固定設備設計、冷鑄、和生產產品自動化。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）用紙 第1章 緒論 1.1 塑料工業(yè)發(fā)展情況及選題依據(jù) 我們日常生活、生產中所使用到的各種工具和產品，大到機床的各種塑料產品的外殼，小到一個塑料螺絲、紐扣以及各種家用電器的零部件，無不與模具有著密切的聯(lián)系[1]。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強度和精度方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大。如家用電器，儀表儀器，建筑材料，汽車工業(yè)，日用五金等眾多領域。一個合理設計的塑料件往往能替代多個傳統(tǒng)金屬零件。工業(yè)產品和日用品塑料化的趨勢不斷上升。一個國家模具生產能力的強弱，水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產品的開發(fā)和舊產品的更新?lián)Q代，影響著產品質量和經濟效益的提高。采用模具生產制件具有生產效益高、質量好、切削少、節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點。模具成型已成為當代工業(yè)生產的重要手段，成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向。而注塑模又是模具生產中采用最普遍的方法。世界塑料成型模具中，約60%為注塑模[2]。在國民經濟中，模具工業(yè)已成為五大支柱產業(yè)——機械、電子、汽車、石油化工和建筑的基礎。隨著社會的發(fā)展，它將發(fā)揮更加重要的作用。目前模具技術集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網絡等多科學，是一個綜合性多科學的系統(tǒng)工程。模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型，更精密，更復雜及更經濟的方向發(fā)展。模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產朝著信息化，無圖化，精細化，自動化的方向發(fā)展。目前極需提高的共性技術比如：建立在CAD/CAM/CAE平臺上的先進模具設計技術，提高模具設計的現(xiàn)代化，信息化，智能化，標準化水平，以及先進的模具加工技術與制造技術的綜合[3]。我這次設計的課題正是基于現(xiàn)在的實際情況而選題的。 1.2 中國模具工業(yè)概況 在中國，人們已經越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品質量、效益和新產品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術研究的機構和院校已達30余家，從事模具技術教育的培訓的院校已超過50余家。其中，獲得國家重點資助建設的有華中理工大學模具技術國家重點實驗室，上海交通大學CAD國家工程研究中心、北京機電研究所精沖技術國家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學橡塑模具國家工程研究中心等。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術、模具的電加工和數(shù)控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻[3]。 中國雖然在很早以前就制造和使用模具，但一直未形成產業(yè)。由于長期以來模具制造一直作為保證企業(yè)產品生產的手段被視為生產后方，因此一直發(fā)展緩慢。1984年成立了這個模具工業(yè)協(xié)會，1987年模具首次被列入機電產品目錄，當時全國共有生產模具的廠點6000家，總產值約為30億元。隨著中國改革開放的日益深入，市場經濟進程的加快，模具及其標準件、配套件作為產品，制造生產的企業(yè)大量出現(xiàn)，模具工業(yè)得到快速發(fā)展。在市場競爭中，企業(yè)的模具生產技術提高很快，規(guī)模不斷發(fā)展，提高很快[4]。 我國塑料模具的設計與制造目前主要依賴設計人員的經驗和工藝人員的技巧，設計的合理性只有通過試模才知道，制造的缺陷主要靠反復修模來糾正。這不僅難以保證模具的質量，而且使模具的設計與制造周期長，成本高，特別對大型、精密、復雜的中高檔模具，問題更為突出。 由于CAD/CAE/CAM的應用，特別是20世紀80年代開始中國許多模具制造廠從國外引進了許多軟件，包括沖壓模、級進模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應軟件，使中國模具設計制造水平有很大提高，也產生了較大的經濟技術和社會效益。但由于人才缺乏和基礎工作較差，引進的軟件未能很好應用及發(fā)揮其應有的效益現(xiàn)象普遍存在，這是今后應十分重視和有待解決的問題[5]。 現(xiàn)在，中國已能生產精度達2μm的多工位級進模，壽命可達2億沖次以上。在大型塑料模具方面，中國已能生產34英寸大屏幕彩電和65英寸背投影式電視的塑殼模具，10kg大容量洗衣機全套塑料件模具及汽車保險杠，整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面，中國已能生產照相機塑料件模具多行腔小模數(shù)齒輪模具及精度達5μm的2560腔塑封模具等。在大型精密復雜鑄模方面，國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模和汽車后橋齒輪箱壓鑄模及汽車發(fā)動機殼體的鑄造模具。在汽車覆蓋件模具方面，國內已能生產中高檔新型轎車的部分覆蓋件模具。子午線輪胎活絡模具，鋁合金和塑料門窗異材擠出成型模，精鑄或樹脂快速成型拉延模等，也已達到相當高水平，可與進口模具媲美[6]。 1.3 畢業(yè)設計內容概述 畢業(yè)設計課題確定為電腦鍵盤的單型腔注射模具設計。設計內容主要是常用注射機與注射模的關系及選用，材料的選用，成型部分的設計，澆注系統(tǒng)的設計，排溢引氣系統(tǒng)的設計，脫模機構的設計，溫度調節(jié)系統(tǒng)設計，復位系統(tǒng)的設計及模體設計，各種支承部件，導向零件等。 第2章 方案確定 2.1 塑件分析 2.1.1. 塑件外形分析 該塑件為電腦鍵盤（殼類），外表為平面，壁厚為2mm。具體視圖如圖2-1所示： 圖2-1 a 鍵盤上表面圖 圖2-1 b 鍵盤底部圖 2.1.2. 塑件的尺寸、公差及設計基準 ⑴ 塑件尺寸為450×160×9MM（不含按鍵高度）。塑件要求為一般精度為3級，則尺寸公差取0.56mm. ⑵ 塑件設計以上端面為基準，進行設計。 2.1.3. 塑件所用塑料名稱、性能及工藝參數(shù) 塑件選用材料為 ABS ，具體參數(shù)如下： 密度（g/cm3）：1.02~1.16 (取1.10) 熔點：130～160 oC 吸水率：(0.2～0.4)% 收縮率（%）： 0.4~0.7 （取0.5%） 模具溫度（oC）：50~80 （取50） 料筒溫度（oC）：150~200 噴嘴溫度（oC）：170~180[7] 2.1.4. 塑件結構要素 ⑴ 塑件脫模斜度：對ABS塑料而言， 型芯：35ˊ~1o （取40ˊ） 型腔：40ˊ~1o20ˊ（取1o） ⑵ 圓角：為防止塑件轉角處的應力集中，改善充模特性，轉角處采用圓角過渡。 R（0.2~0.5） （取0.2）[8] 2.2 注射機的選擇 ⑴ 最大注塑量： 由V ＝（B·L+）[9] （1-1） V ＝（45×16＋×22）×0.4 ＝720×0.4＝288(cm3) 995.6÷80%＝360(cm3) B——塑件的寬度（㎝） L——塑件的長度（㎝） R——塑件圓弧部分的半徑（㎝） ⑵ 注塑壓力：因為塑件形狀簡單，熔體流動性好、壁薄、尺寸大，所以據(jù)經驗注塑壓力選100~140Mpa?即可。（取120 Mpa） ⑶ 鎖模力： F鎖＞P腔×A/1000[10] （1-2） F鎖＝[30×106×﹙450×160＋×22]×106]/1000 ＝2160﹙kN) P腔——型腔壓力（Mpa），由表2-2查得，30 Mpa A ——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積。 ⑷ 開模行程校核(S)： S＞L1＋L2＋δ [11] （1-3） S＝7＋10＋8＝25(mm) L1——凸模凸出部分高度(mm) L2——取出塑件間隙(mm) δ——頂桿頂出富裕量(5~10mm) (取8mm) 總上，選取SZ-630/2400臥式注塑機，其主要參數(shù)為： 最大注塑體積/cm3： 610 螺桿直徑/mm：60 注塑壓力/ Mpa：151 注塑速率(g/s)：310 鎖模力/KN：2400 最小模具厚度/mm：310 定位孔直徑/mm：Φ160 噴嘴球半徑/mm?：35[12] 2.3 擬定模具結構方案 理想的模具結構應充分發(fā)揮成型設備的厚力（如合理的型腔數(shù)目和自動化水平等），在絕對可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝要求（如塑件的幾何形狀，尺寸精度，表面光潔度等）和生產經濟要求（成本低，效率高。使用壽命長，節(jié)省勞動力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起： （1）塑件成型。按塑件形狀結構合理確定，其成型位置，同成型位置在程度上影響模具的復雜性。鑒于塑件外形及模具空間的充分利用，要用中間成型。 （2）行腔布置。根據(jù)塑件的形狀大小，結構特點。尺寸精度，批量大小及模具制造的難易，成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式。根據(jù)經驗每增加一個型腔，塑件尺寸精度降低4%，此處根據(jù)塑件要求及設計任務要用單型腔。 （3）選擇分型面。分型面位置的選取要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質量及工藝操作等。此方案中，依據(jù)塑件小孔的垂直方向為豎直方向作為最大分型面。 （4）確定澆注系統(tǒng) 包括主流、分流道、冷料井、澆口的形狀、大小和位置。主澆道的設計符合模具設計標準。由此單型腔、分流道以捷徑為原則逼近澆口。冷料井作成Z形以便于脫模。 （5）選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序，推桿的組合方式、合模導向與復位機構的設置以及側向抽芯機構的選擇與設計和模具空間的成分利用，采用二次開模機構。 （6）模溫調節(jié) 冷卻水道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關系。都影響塑件產品的質量和成型周期。而考慮冷卻效果初步設想采用圓孔水道。 （7）確定主要零件的結構與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據(jù)能選材料，通過理論計算或經驗數(shù)據(jù)，確定型腔、型芯、導柱、導套、推桿等重要零件的結構與尺寸以及安裝固定、定位、導向等方法。 （8）支承與連接 合理的將模具的各個組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件，按使用與設計要求組合成一體，獲得模具的總體結構[13]。 第3章 模具總體結構設計 3.1 澆注系統(tǒng) 3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構成 澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道，其由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。 3.1.2 主流道設計 主流道是指從注塑機噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段。 1. 主流道的結構設計 ⑴ 對于所選的臥式注塑機：熔融塑料首先經過主流道，故它的大小直接影響塑料的流速及填充時間。主流道的斷面設計為圓形，這樣在有限的空間內增大了截面積。 ⑵ 為了便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料及熔體膨脹，主流道設計成帶錐度的圓柱，其錐角2°~ 4°（取3°），過大會使流速減慢。 ⑶ 主流道大端面呈圓角，其半徑常取r＝1~3mm(取2mm)，，以減少料流轉向過渡時的阻力。 ⑷ 為確保塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出，主流道對接處設計成半球形凹坑。如圖3-1所示。具體關系為：[2] R2＝R1＋δ＝35mm＋1mm＝36mm R2——主流道對接處半徑(mm) R1——注塑機噴嘴球半徑(mm) δ——噴嘴球半徑接觸富裕量(mm) L1——凹坑深度(mm).一般3~4mm,取3mm 圖3-1 主流道 ⑸ 為了保證塑件成型良好，L(主澆道長度)取最小，減小凝料 L＝L3＋(L2－L1) ＝25mm＋(20－3) mm＝42mm L——主澆道長度(mm) L1——凹坑深度(mm) L2——澆口套凸臺高度(mm) L3——主澆道主要部分長度(mm) 2. 澆口套設計 由于主澆道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所以要模具的主流道部分通常設計成可以拆卸更換的主流道襯套。為了選用優(yōu)質鋼材和單獨加工和熱處理，采用分體式。為方便定位，設計圓盤凸出定模端面的高度H為：H＝(5~10) mm 3.1.3 分流道設計 分流道是指主流道與澆口之間的這一段，它是熔融塑料由主流道流入型腔的過渡段，也是澆注系統(tǒng)中通過斷面積變化和塑料轉向的過渡段，能使塑料得到平穩(wěn)的轉換。 1. 分流道的程度及端面尺寸 由經驗得，ABS分流道斷面直徑為3.5~10mm，鑒于塑件的實際尺寸，取5mm。如圖3-2所示。 圖3-2 分流道 2. 分流道截面形狀 考慮效率，圓形截面積大，表面積小，效率最高，且分流道的中心與澆口中心線共線，故采用圓形截面。但加工相對困難。采用梯形或U字型截面時，塑料熔體在流道中流動時。表層冷凝凍結，起絕熱作用，熔體僅在流道中心流動，因此為實現(xiàn)理想狀態(tài)的流道中心線與澆口中心線共線，故采用圓形截面。 3. 分流道的布置 由設計要求，采用單型腔，根據(jù)塑件形狀采用分流道平衡式布置。 4. 分流道與澆口的連接 分流道與澆口連接處加工成斜面，并用圓弧過渡。，利于塑料熔體的流動。 3.1.4 澆口設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀、數(shù)量和位置對塑件的質量影響很大。其作用有：一是塑料熔體流經的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 1. 澆口形式設計 潛伏式澆口脫模時，有較強的沖擊力，易堵塞澆口，側澆口適用于兩板流下明顯的澆口痕。同時，ABS塑料性能為低粘度、故采用點澆口。這要求采用三板式結構，以脫出流道凝料。由表4-5[1]查得，壁厚2mm時，d為1.0~3.0mm(取1mm);澆口長度:l＝1mm。如圖3-3所示。 圖3-3 澆口 2. 澆口位置的選取原則 ⑴ 澆口位置的選擇應避免產生噴射和蠕動（蛇形流） ⑵ 澆口應開設在塑件斷面最厚處。 ⑶ 澆口位置的選擇應使塑料的流程最短，料流變向最少，以減少動能損失，良好填充。 ⑷ 澆口位置的選擇應有利于型腔內氣體的排出。 ⑸ 澆口位置的選擇應減少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。 ⑹ 澆口位置的選擇應防止料流將型腔、型芯等擠壓變形。鑒于此，對本塑件澆口選于沿長邊一側接近兩端1/4處。如圖3-4所示。 圖3-4澆口 3.1.5 分型面的設計 分型面是打開模具取出塑件澆注系統(tǒng)凝料的面。 1. 確保塑件尺寸精度 為滿足同軸度，防止錯腔要求，使塑件全部在定模中成型，且塑件表面呈平面型，故可以采用較小的脫模斜度。 2. 確保塑件表面質量 分型面盡可能選擇在不影響外觀的部位以及分型面處產生的飛邊容易加工修整部位。根據(jù)產品實際考慮，我把分型面選在鍵盤外殼底面的最大面積處。 3. 考慮模具結構 盡量簡化脫模部件，為便于塑件脫模，應使塑件在開模時盡可能留于動模，即只要上塑件與動模結合力大于塑件與定模結合力即可。在滿足此要求前提下，盡可能使塑件與定模有一定結合力，而不將塑件與模具的結合力全部放于動模中[14]。 鑒于分型面以上選取原則及塑件斷面尺寸最大和點澆口的應用，采用雙分型面，如圖3-5所示。 圖3-5 分型面 3.1.6 排氣槽的設計 對于成型大中型塑件的模具，需要排出的氣體質量多，通常應開排氣槽。排氣槽應設在分型面凹槽一邊。排氣槽的位置以處于熔體流動末端為好。排氣槽寬度b＝(3~5)mm,深度h小于0.05mm，長度l＝0.7mm。對于ABS塑料，有經驗3mm。如圖3-6所示[12]。 1-分流道 2-澆口 3-排氣槽 4-導向溝 5-分型面 圖3-6 排氣槽 3.2 成型部分及零部件 3.2.1 型腔數(shù)的確定 型腔數(shù)的確定： 根據(jù)鎖模力確定型腔數(shù)目 設鎖模力為F（N），型腔壓力為P（Mpa）,每一塑件的投影面積為A1(mm2)，澆注系統(tǒng)的投影面積為A2(mm2)，則有： n＝[13] （3-1） ＝＝1.27 故在這采用單型腔模具成型。 3.2.2 一般凹凸模結構設計 1. 凹模結構設計 凹模是成型塑件外形的主要部件，其結構隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。 整體方式強度、剛性好、結構簡單?？紤]塑件形狀采用完全整體式凹模塊：它是由整塊金屬材料直接加工而成的，如圖3-7所示。這種形式的凹模結構簡單，牢固可靠，不易變形，成塑的塑件質量較好。但機械加工較困難，故適用于形狀簡單的塑件。 圖3-7 凹模 2. 凸模的結構設計 凸模上成型塑件內形的成型零件。根據(jù)塑件的特殊形狀的成型要求，采用完全整體式凸模。 3.2.3 成型零件工作尺寸 1. 凹模徑向尺寸：（平均收縮率法[14]）。圖3-8所示為塑件外形（外徑）與型腔內形（內徑）的對應關系。[2] 圖3-8 成型凹槽 （3-2） 式中 --型腔內形尺寸 --塑件外形基本尺寸（mm） --塑件平均收縮率 5% X綜合系數(shù) 取1/3 模具成型尺寸設計公差 ?。?/5-1/3）S =（450+4500.5%-1/20.56）= =（160+1600.5%-1/20.56）= 型腔深度尺寸： （3-3） 式中 --型腔內形尺寸 --塑件外形基本尺寸（mm） --塑件平均收縮率 5% X綜合系數(shù) 取1/3 模具成型尺寸設計公差 ?。?/5-1/3） =9+90.5%-1/20.56= 3.2.4 型腔壁厚計算 1. 型腔的強度及剛度要求： 塑料模具型腔的側壁和底壁厚度的計算是模具設計中經常遇到的重要問題，尤其對大型模具更為重要。目前，許多單位都憑經驗決定，但常因為估計不準而造成面具報廢或浪費材料，為此，建立科學的計算方法實屬必要。目前，常用計算方法有按強度條件和按剛度條件計算兩大類，但實際的塑件模具卻要求既并不允許因為強度不足而發(fā)生明顯的變形，甚至破壞，也不允許用剛度不足而發(fā)生過大變形。因此，要求逐一對強度及剛度加以合理考慮。 在注塑成型過程中，型腔所受的力有塑料熔體的壓力，合模時的壓力，開模時的拉力等，其中最主要的是熔體的壓力，在塑料熔體壓力作用下，型腔將產生有應力及變形。如果型腔側壁和壁厚不夠，當型腔中產生的內應力超過材料的許用應力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足側發(fā)生過大的彈性變形，從而產生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導致脫模困難。但理論分析和實踐表明，模具對剛度及強度的要求并非同時兼顧。對于大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按剛度計算。強度計算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的許用應力。剛度計算的條件則因模具特殊性，從幾個方面考慮： ⑴ 要防止溢料。模具型腔的某些配合面當高壓塑料熔體注塑時，會產生足以溢料的間隙。對ABS而言，間隙為0.05mm。 ⑵ 應保證塑件精度。塑件均有尺寸要求，這就要求模具塑腔具有良好的剛性，即塑料注入時不產生過大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5。 ⑶ 要利于脫模。當變形量大于塑件冷卻收縮時，塑件的周邊將被型腔緊緊的包住而難以脫模，強制頂出易使塑件劃傷或損壞，因此型腔允許彈性變形量應小于塑件的收縮值。 2. 型腔壁厚的計算： 圖3-9 型腔 ⑴ 側壁厚度： 首先按強度計算： （3-4） =9.035 =7.95mm 再按剛度計算： （3-5） = =3.27mm 通過對強度和剛度的比較，在滿足兩者的情況下，所以選擇壁厚為8mm ⑵ 底板厚度： 首先按強度計算： （3-6） = =65.54mm 按剛度計算： （3-7） = =10.15mm 綜合從剛度和強度方面考慮，我們選擇的底板厚度為66mm 式中： E——模具材料的彈性模量（Mpa），碳鋼2.10 P——型腔壓力.約為0.4 ——剛度條件，即允許變形量(mm) 0.04—0.05 ——模具材料的許用應力（Mpa） 取180Mpa。 ——為凹模型腔側壁厚度(mm) ——為凹模型腔底板厚度（mm） 3.3 脫模機構 3.3.1 脫模機構的構成與功能 脫模機構的作用是將型件和澆注凝料等與模具松動分離（稱為脫出），然后把從模具脫出的塑件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內取出，即脫模動作分為脫出和取出兩個步驟。本設計中脫出和取出兩個動作之間，有明顯的界限（前者液壓脫出，后者動力來源為人工）。 3.3.2 取出機構的方式 根據(jù)塑件質量要求，采用非掉落取出。即塑件或澆注系統(tǒng)凝料等從模具中被拿出。取出動作依靠人工，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時，將其取出而離開模具。 3.3.3 脫出機構設計原則 在注塑成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模上松動分離（即脫出），脫出塑件的機構，就叫塑件脫出機構。澆注系統(tǒng)凝料等也要從模內脫出，這種機構就叫澆注系統(tǒng)凝料等的脫出機構。本設計采用三模兩開式，塑件與澆注系統(tǒng)用兩個單獨的脫出機構。 1. 脫出機構設計基本考慮 為了保證塑件在頂出過程中不變形或損壞，必須正確分析對模腔粘附力的大小及其所在部位，以便選擇合理的頂出方式和頂出裝置，使頂出力將以均勻合理的分布。頂出位置應設置在阻力大的地方，再有就是使塑件不易變形的部位。在選擇頂出位置時，盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不大的部位，尤其是用頂桿頂出時更應注意這個問題。另外，與塑件直接接觸的脫出零件的配合間隙要保證不溢料，以免塑件上留下飛刺痕跡。 2. 脫出機構的結構 在設計模具結構時，必須考慮在開模過程中保證塑件留在具有頂出裝置的那一部件，即留于動模上，這樣可簡化頂出機構。但因塑件結構的關系，不便留于動模時，亦可采取一些措施，強制塑件留于動模中，或是塑件在開模后由定模上的頂出機構頂出。 脫出機構要求工作可靠，動作節(jié)奏點清晰，運動靈活，制造方便，配換容易，且本身具有足夠的強度和剛度。根據(jù)注塑頂出裝置的形式，模具上要相應采用一定的形式。 3. 所需頂出行程、抽芯距、開模行程計算 ⑴ 頂出行程： S頂＝h凸 ＋e＝9＋3＝12(㎜) S頂——所需頂出行程(㎜) h凸——型芯成型高度(㎜) e——頂出行程富裕量(㎜)，取2～3㎜ ⑵ 抽芯距： 由于電腦鍵盤無需側抽芯，故無需抽芯機構。 ⑶ 開模行程：對于雙分型面模具來說（如圖3-10所示） 圖3-10 雙分型面 S開＝H1＋H2＋a＋e ＝9＋7＋5＋10 ＝31 (㎜) H1——動定模型芯突出分型面的高度總和(㎜) H2——塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度(㎜) a—— 澆注系統(tǒng)在開模方向的總投影高度(㎜) e——取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量(㎜) 4. 所需頂出力、抽拔力、開模力計算 頂出力的決定與抽拔力的計算相同，塑件與型腔的粘附力，多由塑件收縮引起，因此頂出塑件時所需的頂出力必須克服粘附力所引起的摩擦阻力。 塑件在冷凝收縮時要產生對型芯的包緊力所產生的抽拔阻力及機械傳動的摩擦力，才能抽出活動型芯。對于不帶通孔的殼體塑件，抽拔時還要克服大氣壓造成的阻力。在開始抽拔拔瞬間，所需的力稱為其始抽拔力，以后抽拔所需的力稱為相繼抽拔力，前者比后者大，因此計算抽拔力時應以起始抽拔力為準。由公式3-8得 Q′＝ （3-8） ＝ ＝4492N P——塑件的收縮應力(N/㎡) （由于鍵盤屬于模內冷卻的塑件，故?。? A——塑件包緊型芯的側面積(㎡) f——摩擦系數(shù)，一般f＝0.15～0.2 (取0.2) α——脫模斜度，一般α＝1°～2°(取1°) Q′——抽拔力(N) 頂出力：包括塑件從凸模的脫出力，通過頂出的側面抽芯力轉化來的頂出力，頂出機構慣性力和摩擦力，潛伏式澆口的切斷力，流道及冷料井的頂出力，其他脫出力轉化來的頂出力等。 所需開模力：包括型腔真空負力、模具及注射機模板慣性力、摩擦力、塑件從凹模中的脫出力、側抽芯力轉化來的開模力、主流道的凝料的脫出力、點澆口的切斷力等。 3.3.4 塑件的脫出機構設計 為了頂出塑件，必須根據(jù)脫出機構的設計原則，使用一定形式的塑件直接接觸的頂出元件。一般頂出機構的頂出元件有頂桿、頂管、推板、活動鑲塊等。這里采用頂桿。為了使頂出元件能夠頂出塑件，必須將頂出元件直接或通過中間過渡的頂出桿連接到頂出板上。注塑機的頂出機構頂出模具的頂出板運動可靠而帶動頂出元件將塑件頂出。為了保持頂出板運動可靠靈活且不致于由于各種因素使頂出元件扭曲，折斷或卡住等，導出板應有導向裝置。在塑件被取出而進入到下一個注塑操作循環(huán)時，頂出機構要進行復位，所以頂出機構上要有用于復位的元件。為了提高頂出板在復位后與模具的動模板有較好的接觸性能和方便復位極力的調整，可采用限位釘安裝于頂出板與模具的動模座板之間。 根據(jù)塑件分析，采用頂桿頂出機構。頂桿頂出機構是最簡單最常用的一種形式，因它制造簡單，更換方便，頂出效果好，故廣泛應用于生產中。本設計采用兩種頂桿： 1. 頂桿選?。? ⑴ 普通頂桿：如圖3-11所示，為單節(jié)式頂桿，配合部分和固定部分做成一致。它只起頂出塑件的作用，本身只有端面參與成型。 圖3-11 頂桿 ⑵ 成型頂桿：該種頂桿除了頂出塑件外，本身還直接參與成型，它可以做成與塑件的某一部分的形狀相同。（如圖3-12所示） 圖3-12 成型頂桿 2. 頂桿在塑件上的布局： 頂桿的位置應選在頂出阻力大的地方，也即使塑件不易變形的部位。如圖所示，側面處阻力最大，因此頂桿設于此處為宜。由于塑件形狀相對簡單，且是規(guī)則的矩形，故頂桿在塑件上均等分布，使電腦鍵盤在頂出的過程中受力均勻。如圖3-13所示。 圖3-13 頂桿布局 3. 頂桿固定及配合： 頂桿與頂桿孔的配合可采用H8/f8或H7/e7。配合表面的粗糙度，一般為Ra0.08～0.4μm。頂桿在頂桿固定板中的固定形式如圖3-14所示頂桿直徑要比固定孔的直徑小0.5～1.0㎜。 圖3-14 頂桿固定 4. 頂桿直徑d、長度L的確定：（頂桿如圖3-15所示） 圖3-15 頂桿 d＝ （3-9） ＝ ＝8.6 (㎜) (取10㎜) L＝[h凸＋δ1]＋h動墊＋[S頂＋δ2]＋h頂固＋δ （3-10） ＝7＋0.1＋0＋12＋5＋20 ＝44.1 (㎜) 式中 ： h凸——凸模的總高度(㎜) h動墊——動模板的厚度(㎜) S頂——頂出行程(㎜) h頂固——頂桿固定板的厚度(㎜) δ1——富裕量，一般為0.05～0.1㎜，表示頂桿端面比型腔高出。 δ2——頂出行程富裕量(㎜)，一般為3～6㎜ δ——彈簧并緊后高度(㎜)（頂出板和動模墊板間加彈簧） 5. 頂出中附屬零部件 ⑴ 頂出板：頂出板由頂桿固定板及其墊板組成，用于固定元件作用，常用45鋼制成。最好經調質處理，235HB。 ⑵ 限位釘：為了提高頂出板在復位后與模具的動模座板有比較好的接觸性能和方便復位距離的調整，可采用限位釘裝于頂出板與模具的動模之間。所有限位釘?shù)母叨缺仨氁恢?。限位釘?shù)目取4-6個，均布于動模座板上。通常與動模過盈配合。限位釘用T8材質，熱處理55HRC左右；亦可用45鋼，并經條調質好處理，235HB。 ⑶ 頂出導向零件：在頂出塑件時為了防止墊板和頂桿折斷頂桿，尤其對細長頂桿更應該防止產生這種折斷現(xiàn)象，故常設導向零件。在這里設導柱兩個。導柱通常用T8材質做成，淬火55～60HRC。如圖3-16所示。 圖3-16 導向零件 ⑷ 復位桿：（回程桿或反頂桿）它的作用是將已經完成頂出塑件的頂板回復到注塑成型時的原始位置。復位桿必須裝在固定頂桿的同一固定板上，而且各個復位桿的長度必須一致，且復位桿端面常低于模板平面0.02～0.05㎜。復位桿的材質用T8、T10等，淬火55～60HRC。具體形式如圖3-17所示。 圖3-17 復位桿 d=12mm D=17mm H=6mm L=50mm ⑸ 彈簧：為了提高頂出的平穩(wěn)和起緩沖作用，在頂出板與動模墊板之間加上彈簧。如圖3-18所示。 圖3-18彈簧 3.3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設計 結合塑件二次開模的特點，利用側凹切斷點澆口凝料。如圖所示結構，在分流道盡頭鉆一斜孔，開模時由于斜孔內的冷凝料的限制，使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料在澆口處與塑件切斷，然后由于冷料井倒錐的作用，鉤住澆注系統(tǒng)凝料脫離斜孔，最后由中心頂桿頂出澆注系統(tǒng)凝料。側凹部分結構如圖3-19所示，斜孔角度15°～30°，直徑3～5㎜，斜孔深度為5～12㎜。 圖3-19 脫出裝置 3.3.6 拉料機構 拉料機構采用拉料桿。拉料桿頭部做成Z字形，可將主流道的凝料鉤出，開模時即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿的尾部是固定在動模墊板上的。故在一次開模時，凝料被拉于定模上。開模之后，將凝料取下。此處，由于塑件的特殊結構，不采用拉料桿而用冷料井來完成凝料的脫出。 拉料桿結構如圖3-20所示。 圖3-20拉料桿結構 3.4 側向抽芯及合模導向機構 3.4.1 側向抽芯機構設計 鑒于塑件的特殊結構，無需側抽芯，所以側抽芯機構不必設計，塑件能夠很好的完成塑件的頂出。 3.4.2 合模導向機構設計 導向零件的作用是：模具在進行裝配和調模試機時，保證動、定模之間一定的方向和位置。導向零件要受到一定的側向力，，起導向和定位的作用。當模具牢靠裝于注塑機上后。模具在注塑過程中，如果模具上沒有精定位裝置，動、定模的正確定位則由注塑機的拉桿精度保證；如果模具上有精定位裝置，動、定模的正確定位則由模具的精定位裝置保證。 1. 導向結構的總體設計 ⑴ 導向零件應合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心到模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱后發(fā)生變形。 ⑵ 根據(jù)模具的形狀與大小，本副模具采用4個導柱。在實際中，為了簡化加工工藝，可采用四個直徑相同的導柱；但數(shù)量分布不對稱，此處采用導柱位置對稱但中心距不同。如圖3-21所示。 圖3-21 導向結構布置 ⑶ 由于塑件留于動模，所以為了便于脫模，導柱安裝于定模。 ⑷ 為了保證分型面很好的接觸，導柱在分型面處制有承屑槽，一般是削去一個面。如圖3-22所示。 圖3-22 承屑槽 圖3-23 導向孔 ⑸ 各導柱及導向孔的軸線應保證平行，否則將影響合模的正確度，甚至破壞導向零件。如圖3-23所示。 ⑹ 在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致?lián)p壞成型零件。 2. 導柱的設計 ⑴ 導柱結構如圖3-24所示，采用帶頭導柱。 圖3-24 導柱 ⑵ 導柱選用材料為T8，熱處理50～55HRC，公差t為6級。 ⑶ 導柱長度必須比凸模端面的高度，高出6～8㎜，以免在導柱未導正方向之前凸模先進入型腔相碰而損壞。 ⑷ 導柱的直徑根據(jù)模具尺寸來確定。查表[1]得知，Φ40 ⑸ 導柱常見安裝固定如圖3-25所示。導柱尾部通常應埋入模板內，固定部分按H7/m6過渡配合，導柱滑動部分按H8/f8間隙配合。導柱工作部件的表面粗糙度可為Ra0.4μm。 圖3-25 導柱的安裝 ⑹ 導柱應具有堅硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此采用碳素工具鋼（T8）經淬火處理，硬度55HRC以上。 3. 導向孔的設計（無導套式） 導向孔直接開設在模板上，這種形式的導向孔加工簡單，適用于小批量生產，精度要求不高的模具，導向孔應做成通孔。如果做成盲孔，則不但因孔內空氣無法逸出，對導柱的進入有反壓縮作用，而且落入孔內的廢料也不易清除，有礙導柱導入。 為了使導柱順利地進入導向孔，在導向孔的前端應有倒固定圓角。導向孔的滑動部分H8/f8間隙配合，表面粗糙度Ra0.4μm。 3.5 冷卻系統(tǒng) 一般注塑到模具內的塑料溫度為200°C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60°C以下，熱塑性塑料ABS在注塑成型后，應該對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可以迅速脫模，提高塑件定型質量和生產效率。對于ABS而言，屬粘度低、流動性好的塑料，且塑件稍大，為縮短成型周期，需設置冷卻系統(tǒng)。 3.5.1 冷卻裝置設計分析 ⑴ 盡量保證塑件收縮均勻，保持模具熱平衡。 ⑵ 冷卻系統(tǒng)水孔的數(shù)量越多越好，孔徑越大，則對塑件冷卻也就越均勻。 ⑶ 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即水孔的排列與型腔盡量相吻合，當塑件壁厚不均時，厚壁處水孔應靠近型腔一些，距離要小。一般水邊離型腔距離不得小于10㎜，常用12～15㎜。 ⑷ 澆口處加強冷卻。有；不熔融塑料填充時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低。因此，澆口附近應加強冷卻，通入冷水，而在溫度較低的外側只需通過經熱交換后的溫水即可。 ⑸ 降低入水和出水的溫差。否則易使模具的溫度分布不均。 ⑹ 冷卻水通道要避免接近塑件的熔痕部位，以免熔接不牢，影響強度。 ⑺ 冷卻系統(tǒng)的設計要考慮盡量避免其與模具結構中其他部分的干涉現(xiàn)象。 ⑻ 冷卻通道的進口與出口接頭盡量不要高出模具外表面，即要埋入模板內，以免模具在運輸過程中造成損壞。 ⑼ 冷卻水通道要易于加工和清理。一般孔徑設計為8～12㎜。 3.5.2 冷卻裝置的理論計算 理論計算即計算模具的冷卻面積與冷卻分布造成的不同溫度分布，以便設計冷卻回路。求得恰當?shù)睦鋮s管道直徑和長度，滿足冷卻要求。 1. 傳熱面積計算： 如果忽略模具同空氣對流，熱輻射與注塑機結合廠所散失的熱量，假設塑料熔體在模內釋放的熱量，全部由冷卻水帶走，則模具冷卻時需要冷卻水的體積流量可按下式計算： 如考慮結晶形塑件的熔解潛熱，則每千克塑料釋放的總熱量為： [15] （3-11） =350+1680 =2030J/kg a——每千克塑料所放出的總熱量 取350J/kg 又有 Q=nGa （3-12） 在不考慮其他熱量損失的情況下，可以認為塑件所放出的熱量全部被冷卻介質所帶走。 Q=Cw（） （3-13） 式中： W——每小時所需冷卻水的質量。kg/h t1——冷卻水出口溫度(°C) （取50°C） t2——冷卻水進口溫度(°C) （取25°C） C——冷卻介質的比熱容[J/(kg·K)] 所以每小時所需要的冷卻是的質量是： W== （3-14） = =12.7kg/h 冷卻水管所需的傳熱面積： （3-15） = =3.5m2 式中 Q——為每小時傳遞的熱量，上式中有計算。 TM ——模具的平均溫度 TW ——冷卻水的平均溫度 ——系數(shù)，取0.6 所以冷卻系統(tǒng)的總長度是： = （3-16） =111.5m 冷卻水孔的數(shù)目的確定，由于模具尺寸限制，設水孔的長度為0.5米。 在這里我們取8根。 n ——冷卻水孔的數(shù)目 l ——每根水孔的長度（m） L ——冷卻水孔的總長度(m) 3.5.3 冷卻回路的布置 根據(jù)塑件形狀及所需冷卻溫度分布要求以及澆口位置等。設計出不同的冷卻回路。 1. 型腔冷卻回路 眾所周知，在成型過程中，型腔被溫度較高的熔融塑料填滿隨塑料冷卻，型腔內快速升溫，故設置冷卻回路。根據(jù)塑件形狀分析，采用在型腔附近鉆冷卻水孔，如圖3-26所示。因型腔較淺，采用直通式冷卻水孔。 圖3-26 冷卻水孔 2. 型芯冷卻回路 由于成型過程中，型芯總是被溫度很高的熔融塑料包圍著，因此，型芯材料的熱傳導問題就顯得非常關鍵。為了解決型芯的散熱問題，雖然可有使用熱傳導率較高的材料制造型芯（如鈹青銅材料）。如前所述，鈹青銅的導熱系數(shù)是鋼的1.8～3.3倍，但因鈹青銅的力學強度比鋼差，并且大量使用鈹青銅材料會使模具成本大幅度提高，所以絕大多數(shù)情況下，解決這一問題最好的辦法是在型芯中設置冷卻水道，利用冷卻水道中冷卻液的溫度和流速來控制型芯的問題，達到制品散熱的目的。 對于本塑件尺寸較大，采用圖3-27所示的冷卻水道布置。值得注意的是，在制作這種冷卻水道時，型芯側面的水道封堵一定要平整，避免因出現(xiàn)側面凸凹而影響制品脫模。 圖3-27 冷卻水孔布置 3. 模具冷卻水道的水嘴（出、入水口）正確位置 ⑴ 模具安裝在注塑機之后，其冷卻水道的水嘴出入水口，不能正對著注塑機的拉桿，以免安裝困難。 ⑵ 冷卻水道的水嘴最好裝在注塑機的背后（即注塑機操作人員的另一側），以免影響操作。 ⑶ 對于自動成型的模具（如臥式）注塑機，其冷卻水道的水嘴最好不要設置在模具頂端，以免給機械操作者帶來不便（如拆、裝水管時，冷卻液容易流入型腔）。 ⑷ 避免將冷卻水道的水嘴安裝在模具底面，因為在自動成型時（臥式機），由于水管的限制，會影響制件與“料把”的脫落，形成“料堆”。 4. 冷卻系統(tǒng)的零件 ⑴ 水嘴：主要用來連接冷卻通道的入口和出口，使冷卻水導入模具的冷卻系統(tǒng)，并使在模具中吸收了熱量的水離開模具。水嘴一般用黃銅材料制成，對于要求不高的模具可用一般結構鋼制成。 ⑵ 螺塞：主要用來構造水路，起截流的作用。要求高的模具要用黃銅材料的螺塞，要求不高的模具可用鋼材料。 ⑶ 密封圈：主要用來保證冷卻回路不泄露。 ⑷ 密封膠帶：主要用來使螺塞與冷卻通道、水嘴冷卻通道連接處不泄露。 ⑸ 軟管：主要作為連接并構造模外冷卻回路的作用，一般為橡膠材料做成。 第4章 模體與支承連接零件 4.1 模體結構設計 模體即常說的模架，是注塑模的骨架和基體，模具的每有部分都寄生于其中，通過它將模具的每一部分有機的聯(lián)系在一起。標準模架一般包括定模底板、定模固定板、動模固定板、動模底板、動模墊板、墊塊、頂出固定板、頂出墊板、導柱、復位桿等 。 根據(jù)塑件的外形尺寸及型腔壁厚，同時考慮模具制造周期，選用標準模架。通過查閱手冊得： 根據(jù)要求本模具是的中小模具，故選用： 模板： 寬度——400mm 長度——600mm 厚度——100mm 底座： 寬度——600mm 寬度——450mm 厚度——35mm（動模定模都是） 墊塊： 寬度——68mm 厚度——120mm 推板： 厚度——30mm 寬度——260mm 支承板、推件板、推桿固定板的厚度分別為： 60mm、30mm、25mm。 導柱直徑——35mm 導套直徑——45mm 復位桿直徑——20mm 六角螺釘直徑——M 12 內六角螺釘直徑——M 12[17] 確定模架 如圖4-1所示。 圖4-1 模架 4.2 其他零件——吊裝設計 對于大、中形模具，為了方便模具在制造、裝配、裝模生產和儲運，通常在模具上開設一定尺寸的吊裝螺孔，以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進行吊裝設計，但有時根據(jù)需要，也可設計吊裝螺孔。 吊裝螺孔通常在動模板、動模墊板、動模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、頂出板等上均需開設。一般螺孔位置在模具裝于注塑機上事，模板上下端面的中央。若在一個端面上需開設兩個螺孔，則在端面上沿中心對稱開設。另外，在尺寸較大且較沉的形芯/凸模、凹模等鑲塊上的適當位置也需開設吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強度足夠，并能使吊環(huán)的螺牙全部利用，即要保證螺孔有一定的深度。 第5章 分模 對模具進行必要的分模，本次設計過程中重要運用的軟件是CAD和UG，在分模的過程中我們就采用現(xiàn)在比較流行的軟件UG進行的，現(xiàn)把分模的部分過程記錄如下：分模過程和技巧根據(jù)《UGNX4注塑模具設計師就業(yè)實戰(zhàn)精解》[2] 圖5-1 分模前的塑件 圖5-2 分模的布局準備 圖5-3 分模完成的凹模 圖5-4 分模完成的凸模 結 論 本次設計主要對電腦鍵盤進行了模具設計，完成了鍵盤面板的整體設計和零部件的設計等，對模具設計的整個過程有了很明確的認識和深刻的理解。 在設計過程中，首先對塑件的性能進行了分析，進而依據(jù)分析結果采取方案，選擇了合理的注塑機型號，并對方案的合理性進行了論證。 然后是模具的主體設計，主要包括澆注系統(tǒng)、頂出機構、冷卻系統(tǒng)進行設計。合理布局了澆注系統(tǒng)中主、分流道，以及澆口的位置。對頂出機構的合理性進行了論證，保證了頂出機構能夠迅速高效的完成頂出動作；為了保證塑件的成型過程中的質量，提高塑件定型質量和生產效率，采取了冷卻水道。 最后通過對機構設計的分析，來設計和選擇與之相適應的零部件，以完成最終的模具機構整體設計。查閱模具設計與加工速查手冊，選擇了符合模具注射要求的標準模架。 在設計中，由于設計工作的要求，不斷翻閱了模具設計手冊、機械設計手冊、國標（GB）等工具書，保證了設計的完整性和科學性，使設計的產品可以在實際生產中實現(xiàn)產品化。 參考文獻 [1] 周永泰. 中國模具工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展.電加工與模具,2005. （247）. 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[16] 彭建生，模具設計與加工速查手冊 .機械工業(yè)出版社 ,2005. 致 謝 本論文是在陳集老師的親切關懷和指導下完成的。陳集老師的學識、嚴謹求實的治學態(tài)度和樸素的生活作風，為我樹立了學習的榜樣，也將在我的人生道路上一直鼓勵著我前進。兩三個多月來陳老師在學習工作和生活上給予我無微不至的關懷和照顧，在此我對恩師表示最由衷的謝意！ 感謝制圖教研室的謝老師以及其他教研室的各位老師在這三個多月的時間里在學習上和工作上所給予我的無私指導和熱情幫助。 感謝設計過程中給予我?guī)椭耐瑢W以及協(xié)同合作的同學！三個多月來，大家團結協(xié)作共同創(chuàng)造了輕松愉快的工作氣氛，這使我終身難忘。 感謝我所有的朋友們，感謝你們帶給我的無盡歡樂以及在工作上對我的無私幫助。 感謝我的父母，感謝他們對我始終如一的關懷和鼓勵。在此謹向他們表示衷心的感謝和深深的祝福！ 45