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江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
綜合畢業(yè)實(shí)踐說(shuō)明書（論文）
標(biāo)題：機(jī)械平板鍵盤的模具設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計(jì)與制造
學(xué) 號(hào)： 0810403234
姓 名： 熊亞輝
指導(dǎo)教師： 陳青云
2011年5月15日
摘 要
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具對(duì)人們的生活影響越來(lái)越大了，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國(guó)的模具水平在近幾年也得到了很大的發(fā)展。
在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)鍵盤的注射模具。分析了塑件的形狀尺寸，擬訂了模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并選定了所需的注射機(jī)的型號(hào)，設(shè)計(jì)了模具的成型部分，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等，并對(duì)模具進(jìn)行了分模。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了模具的成型部分，并繪制了模具的裝配圖和動(dòng)模定模圖。
關(guān)鍵詞：注射模;動(dòng)模;定模;分模
目 錄
摘 要 1
目 錄 2
引言 4
1 緒論 4
1.1 模具工業(yè)的概況 4
2 確定模具結(jié)構(gòu)方案 5
2.1 塑件分析 5
2.1.1. 塑件外形分析 5
2.1.2. 塑件的尺寸、公差及設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 6
2.1.3. 塑件所用塑料名稱、性能及工藝參數(shù) 6
2.1.4. 塑件結(jié)構(gòu)要素 6
2.2 注射機(jī)的選擇 7
2.3 擬定模具結(jié)構(gòu)方案 8
3 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算 9
3.1 澆注系統(tǒng) 9
3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構(gòu)成 9
3.1.2 主流道設(shè)計(jì) 9
3.1.3 分流道設(shè)計(jì) 10
3.1.4 澆口設(shè)計(jì) 11
3.2 分型面的設(shè)計(jì) 12
3.2.1 排氣槽的設(shè)計(jì) 13
3.3 成型部分及零部件 14
3.3.1 型腔數(shù)的確定 14
3.3.2 一般凹凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.3.3 成型零件工作尺寸 14
3.3.4 型腔壁厚計(jì)算 16
3.4 脫模機(jī)構(gòu) 18
3.4.1 脫模機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與功能 18
3.4.2 取出機(jī)構(gòu)的方式 18
3.4.3 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 18
3.4.4 塑件的脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設(shè)計(jì) 24
4 拉料及導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 25
4.1 拉料機(jī)構(gòu) 25
4.2 側(cè)向抽芯及合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 25
4.2.1 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.2.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.3 冷卻系統(tǒng) 28
4.3.1 冷卻裝置設(shè)計(jì)分析 28
4.3.2 冷卻裝置的理論計(jì)算 28
4.3.3 冷卻回路的布置 30
5 模體與支承連接零件 32
5.1 模體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32
5.2 其他零件——吊裝設(shè)計(jì) 33
結(jié)束語(yǔ) 33
致 謝 35
參考文獻(xiàn) 36
機(jī)械平板鍵盤模具設(shè)計(jì)
引言
畢業(yè)設(shè)計(jì)課題確定為機(jī)械鍵盤的單型腔注射模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是常用注射機(jī)與注射模的關(guān)系及選用，材料的選用，成型部分的設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，排溢引氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，復(fù)位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模體設(shè)計(jì)，各種支承部件，導(dǎo)向零件等。
隨著與國(guó)際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一。
IT行業(yè)的興起，引發(fā)著模具制造業(yè)的巔峰，富士康、三星公司的模具設(shè)計(jì)越發(fā)得到關(guān)注，本設(shè)計(jì)就電腦類機(jī)械鍵盤進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)塑件的使用性能.材料選用和成型工藝等進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出既節(jié)省材料又增加工作效率的鍵盤設(shè)計(jì)。
1 緒論
1.1 模具工業(yè)的概況
在討論注塑模設(shè)計(jì)之前，先要對(duì)國(guó)內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個(gè)較清晰的了解，這也就使我們對(duì)本課題的意義有所了解。首先要對(duì)模具有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。模具是機(jī)械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎(chǔ)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對(duì)其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國(guó)際上被稱為“工業(yè)之母”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。
塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。自塑料問(wèn)世后的幾十年以來(lái)，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業(yè)發(fā)展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個(gè)工業(yè)部門不可缺少的材料。
在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α４送?，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。目前，從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已達(dá)30余家，從事模具技術(shù)教育的培訓(xùn)的院校已超過(guò)50余家。其中，獲得國(guó)家重點(diǎn)資助建設(shè)的有華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海交通大學(xué)CAD國(guó)家工程研究中心、北京機(jī)電研究所精沖技術(shù)國(guó)家工程研究中心和鄭州工業(yè)大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心等。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
中國(guó)雖然在很早以前就制造和使用模具，但一直未形成產(chǎn)業(yè)。由于長(zhǎng)期以來(lái)模具制造一直作為保證企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的手段被視為生產(chǎn)后方，因此一直發(fā)展緩慢。1984年成立了這個(gè)模具工業(yè)協(xié)會(huì)，1987年模具首次被列入機(jī)電產(chǎn)品目錄，當(dāng)時(shí)全國(guó)共有生產(chǎn)模具的廠點(diǎn)6000家，總產(chǎn)值約為30億元。隨著中國(guó)改革開放的日益深入，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)程的加快，模具及其標(biāo)準(zhǔn)件、配套件作為產(chǎn)品，制造生產(chǎn)的企業(yè)大量出現(xiàn)，模具工業(yè)得到快速發(fā)展。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)的模具生產(chǎn)技術(shù)提高很快，規(guī)模不斷發(fā)展，提高很快。
我國(guó)塑料模具的設(shè)計(jì)與制造目前主要依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和工藝人員的技巧，設(shè)計(jì)的合理性只有通過(guò)試模才知道，制造的缺陷主要靠反復(fù)修模來(lái)糾正。這不僅難以保證模具的質(zhì)量，而且使模具的設(shè)計(jì)與制造周期長(zhǎng)，成本高，特別對(duì)大型、精密、復(fù)雜的中高檔模具，問(wèn)題更為突出。
由于CAD/CAE/CAM的應(yīng)用，特別是20世紀(jì)80年代開始中國(guó)許多模具制造廠從國(guó)外引進(jìn)了許多軟件，包括沖壓模、級(jí)進(jìn)模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應(yīng)軟件，使中國(guó)模具設(shè)計(jì)制造水平有很大提高，也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和社會(huì)效益。但由于人才缺乏和基礎(chǔ)工作較差，引進(jìn)的軟件未能很好應(yīng)用及發(fā)揮其應(yīng)有的效益現(xiàn)象普遍存在，這是今后應(yīng)十分重視和有待解決的問(wèn)題。
2 確定模具結(jié)構(gòu)方案
2.1 塑件分析
2.1.1. 塑件外形分析
該塑件為機(jī)械鍵盤（殼類），外表為平面，壁厚為2mm。具體視圖如圖2-1所示：
圖2-1 鍵盤圖
2.1.2. 塑件的尺寸、公差及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
(1) 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(jí)，則尺寸公差取0.56mm.
(2) 塑件設(shè)計(jì)以上端面為基準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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(diǎn)：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(jié)構(gòu)要素
(1) 塑件脫模斜度：對(duì)ABS塑料而言，
型芯：35ˊ~1o （取40ˊ）
型腔：40ˊ~1o20ˊ（取1o）
(2) 圓角：為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善充模特性，轉(zhuǎn)角處采用圓角過(guò)渡。
R（0.2~0.5） （取0.2）
2.2 注射機(jī)的選擇
(1) 最大注塑量：
由V ＝（B·L+） （2-1）
＝（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(zhǎng)度（㎝）
R——塑件圓弧部分的半徑（㎝）
(2) 注塑壓力：因?yàn)樗芗螤詈?jiǎn)單，熔體流動(dòng)性好、壁薄、尺寸大，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)注塑壓力選100~140Mpa?即可。（取120 Mpa）
(3) 鎖模力：
F鎖＞P腔×A/1000 （2-2）
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。
(4) 開模行程校核(S)： S＞L1＋L2＋δ （2-3）
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(jī)，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(jié)構(gòu)方案
理想的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)充分發(fā)揮成型設(shè)備的厚力（如合理的型腔數(shù)目和自動(dòng)化水平等），在絕對(duì)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(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求（成本低，效率高。使用壽命長(zhǎng)，節(jié)省勞動(dòng)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(jié)構(gòu)合理確定，其成型位置，同成型位置在程度上影響模具的復(fù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)。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(jīng)驗(yàn)每增加一個(gè)型腔，塑件尺寸精度降低4%，此處根據(jù)塑件要求及設(shè)計(jì)任務(wù)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(zhì)量及工藝操作等。此方案中，依據(jù)塑件小孔的垂直方向?yàn)樨Q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(shè)計(jì)符合模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。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(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)和模具空間的成分利用，采用二次開模機(jī)構(gòu)。
（6）模溫調(diào)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(guān)系。都影響塑件產(chǎn)品的質(zhì)量和成型周期。而考慮冷卻效果初步設(shè)想采用圓孔水道。
（7）確定主要零件的結(jié)構(gòu)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(guò)理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定型腔、型芯、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿等重要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸以及安裝固定、定位、導(dǎo)向等方法。
（8）支承與連接 合理的將模具的各個(gè)組成部分通過(guò)支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件，按使用與設(shè)計(jì)要求組合成一體，獲得模具的總體結(jié)構(gòu)[13]。
3 模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算
3.1 澆注系統(tǒng)
3.1.1 澆注系統(tǒng)的總體構(gòu)成
澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)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(shè)計(jì)
主流道是指從注塑機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
A對(duì)于所選的臥式注塑機(jī)：熔融塑料首先經(jīng)過(guò)主流道，故它的大小直接影響塑料的流速及填充時(shí)間。主流道的斷面設(shè)計(jì)為圓形，這樣在有限的空間內(nèi)增大了截面積。
B 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(shè)計(jì)成帶錐度的圓柱，其錐角2°~ 4°（取3°），過(guò)大會(huì)使流速減慢。
C 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(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。
D 為確保塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑。如圖3-1所示。具體關(guān)系為：
R2＝R1＋δ＝35mm＋1mm
＝36mm
R2——主流道對(duì)接處半徑(mm)
R1——注塑機(jī)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
E 為了保證塑件成型良好，L(主澆道長(zhǎng)度)取最小，減小凝料
L＝L3＋(L2－L1) ＝25mm＋(20－3) mm＝42mm
L——主澆道長(zhǎng)度(mm)
L1——凹坑深度(mm)
L2——澆口套凸臺(tái)高度(mm)
L3——主澆道主要部分長(zhǎng)度(mm)
(2) 澆口套設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)成可以拆卸更換的主流道襯套。為了選用優(yōu)質(zhì)鋼材和單獨(dú)加工和熱處理，采用分體式。為方便定位，設(shè)計(jì)圓盤凸出定模端面的高度H為：H＝(5~10) mm
3.1.3 分流道設(shè)計(jì)
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(guò)渡段，也是澆注系統(tǒng)中通過(guò)斷面積變化和塑料轉(zhuǎn)向的過(guò)渡段，能使塑料得到平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換。
(1) 分流道的程度及端面尺寸
由經(jīng)驗(yàn)得，ABS分流道斷面直徑為3.5~10mm，鑒于塑件的實(shí)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(duì)困難。采用梯形或U字型截面時(shí)，塑料熔體在流道中流動(dòng)時(shí)。表層冷凝凍結(jié)，起絕熱作用，熔體僅在流道中心流動(dòng)，因此為實(shí)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(shè)計(jì)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(guò)渡。，利于塑料熔體的流動(dòng)。
3.1.4 澆口設(shè)計(jì)
澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀、數(shù)量和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。其作用有：一是塑料熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。
(1) 澆口形式設(shè)計(jì)
潛伏式澆口脫模時(shí)，有較強(qiáng)的沖擊力，易堵塞澆口，側(cè)澆口適用于兩板流下明顯的澆口痕。同時(shí)，ABS塑料性能為低粘度、故采用點(diǎn)澆口。這要求采用三板式結(jié)構(gòu)，以脫出流道凝料。由表查得，壁厚2mm時(shí)，d為1.0~3.0mm(取1mm);澆口長(zhǎng)度:l＝1mm。如圖3-3所示。
圖3-3 澆口
(2) 澆口位置的選取原則
A澆口位置的選擇應(yīng)避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)（蛇形流）
B 澆口應(yīng)開設(shè)在塑件斷面最厚處。
C 澆口位置的選擇應(yīng)使塑料的流程最短，料流變向最少，以減少動(dòng)能損失，良好填充。
D 澆口位置的選擇應(yīng)有利于型腔內(nèi)氣體的排出。
E 澆口位置的選擇應(yīng)減少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。
F 澆口位置的選擇應(yīng)防止料流將型腔、型芯等擠壓變形。鑒于此，對(duì)本塑件澆口選于沿長(zhǎng)邊一側(cè)接近兩端1/4處。如圖3-4所示。
圖3-4澆口
3.2 分型面的設(shè)計(jì)
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(cuò)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(zhì)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(chǎn)生的飛邊容易加工修整部位。根據(jù)產(chǎn)品實(shí)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(jié)構(gòu)
圖3-5 分型面
盡量簡(jiǎn)化脫模部件，為便于塑件脫模，應(yīng)使塑件在開模時(shí)盡可能留于動(dòng)模，即只要上塑件與動(dòng)模結(jié)合力大于塑件與定模結(jié)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(jié)合力，而不將塑件與模具的結(jié)合力全部放于動(dòng)模中。
鑒于分型面以上選取原則及塑件斷面尺寸最大和點(diǎn)澆口的應(yīng)用，采用雙分型面，如圖3-5所示。
3.2.1 排氣槽的設(shè)計(jì)
對(duì)于成型大中型塑件的模具，需要排出的氣體質(zhì)量多，通常應(yīng)開排氣槽。排氣槽應(yīng)設(shè)在分型面凹槽一邊。排氣槽的位置以處于熔體流動(dòng)末端為好。排氣槽寬度b＝(3~5)mm,深度h小于0.05mm，長(zhǎng)度l＝0.7mm。對(duì)于ABS塑料，有經(jīng)驗(yàn)3mm。如圖3-6所示[12]。
1-分流道 2-澆口 3-排氣槽 4-導(dǎo)向溝 5-分型面
圖3-6 排氣槽
3.3 成型部分及零部件
3.3.1 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(shè)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。
3.3.2 一般凹凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件外形的主要部件，其結(jié)構(gòu)隨塑件的形狀和模具的加工方法而變化。
整體方式強(qiáng)度、剛性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。考慮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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，不易變形，成塑的塑件質(zhì)量較好。但機(jī)械加工較困難，故適用于形狀簡(jiǎn)單的塑件。
圖3-7 凹模
（2） 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模上成型塑件內(nèi)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。
3.3.3 成型零件工作尺寸
（1） 凹模徑向尺寸：（平均收縮率法）。圖3-8所示為塑件外形（外徑）與型腔內(nèi)形（內(nèi)徑）的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖3-8 成型凹槽
（3-2）
式中 --型腔內(nèi)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(shè)計(jì)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(nèi)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(shè)計(jì)公差 取（1/5-1/3）
=9+90.5%-1/20.56
=
3.3.4 型腔壁厚計(jì)算
(1) 型腔的強(qiáng)度及剛度要求：
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度的計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的重要問(wèn)題，尤其對(duì)大型模具更為重要。目前，許多單位都憑經(jīng)驗(yàn)決定，但常因?yàn)楣烙?jì)不準(zhǔn)而造成面具報(bào)廢或浪費(fèi)材料，為此，建立科學(xué)的計(jì)算方法實(shí)屬必要。目前，常用計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件和按剛度條件計(jì)算兩大類，但實(shí)際的塑件模具卻要求既并不允許因?yàn)閺?qiáng)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(guò)大變形。因此，要求逐一對(duì)強(qiáng)度及剛度加以合理考慮。
在注塑成型過(guò)程中，型腔所受的力有塑料熔體的壓力，合模時(shí)的壓力，開模時(shí)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(chǎn)生有應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和壁厚不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔即發(fā)生強(qiáng)度破壞。與此同時(shí)，剛度不足側(cè)發(fā)生過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度，也可能導(dǎo)致脫模困難。但理論分析和實(shí)踐表明，模具對(duì)剛度及強(qiáng)度的要求并非同時(shí)兼顧。對(duì)于大尺寸型腔，剛度不足是主要問(wèn)題，應(yīng)按剛度計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算的條件是滿足各種受力狀態(tài)下的許用應(yīng)力。剛度計(jì)算的條件則因模具特殊性，從幾個(gè)方面考慮：
A 要防止溢料。模具型腔的某些配合面當(dāng)高壓塑料熔體注塑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生足以溢料的間隙。對(duì)ABS而言，間隙為0.05mm。
B 應(yīng)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(shí)不產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。最大彈性變形值可取塑件允許公差的1/5。
C 要利于脫模。當(dāng)變形量大于塑件冷卻收縮時(shí)，塑件的周邊將被型腔緊緊的包住而難以脫模，強(qiáng)制頂出易使塑件劃傷或損壞，因此型腔允許彈性變形量應(yīng)小于塑件的收縮值。
(2) 型腔壁厚的計(jì)算：
圖3-9 型腔
A 側(cè)壁厚度：
首先按強(qiáng)度計(jì)算：
（3-4）
=7.95mm
再按剛度計(jì)算：
（3-5）
=3.27mm
通過(guò)對(duì)強(qiáng)度和剛度的比較，在滿足兩者的情況下，所以選擇壁厚為8mm
B 底板厚度：
首先按強(qiáng)度計(jì)算：
（3-6）
=65.54mm
按剛度計(jì)算：
（3-7）
=10.15mm
綜合從剛度和強(qiáng)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
——?jiǎng)偠葪l件，即允許變形量(mm) 0.04—0.05
——模具材料的許用應(yīng)力（Mpa） 取180Mpa。
——為凹模型腔側(cè)壁厚度(mm)
——為凹模型腔底板厚度（mm）
3.4 脫模機(jī)構(gòu)
3.4.1 脫模機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與功能
脫模機(jī)構(gòu)的作用是將型件和澆注凝料等與模具松動(dòng)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(nèi)取出，即脫模動(dòng)作分為脫出和取出兩個(gè)步驟。本設(shè)計(jì)中脫出和取出兩個(gè)動(dòng)作之間，有明顯的界限（前者液壓脫出，后者動(dòng)力來(lái)源為人工）。
3.4.2 取出機(jī)構(gòu)的方式
根據(jù)塑件質(zhì)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(dòng)作依靠人工，在脫出部件使其從模具脫出呈懸掛狀時(shí)，將其取出而離開模具。
3.4.3 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
在注塑成型的每一個(gè)循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模上松動(dòng)分離（即脫出），脫出塑件的機(jī)構(gòu)，就叫塑件脫出機(jī)構(gòu)。澆注系統(tǒng)凝料等也要從模內(nèi)脫出，這種機(jī)構(gòu)就叫澆注系統(tǒng)凝料等的脫出機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用三模兩開式，塑件與澆注系統(tǒng)用兩個(gè)單獨(dú)的脫出機(jī)構(gòu)。
(1) 脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本考慮
為了保證塑件在頂出過(guò)程中不變形或損壞，必須正確分析對(duì)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(yīng)設(shè)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(shí)，盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位，尤其是用頂桿頂出時(shí)更應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，必須考慮在開模過(guò)程中保證塑件留在具有頂出裝置的那一部件，即留于動(dòng)模上，這樣可簡(jiǎn)化頂出機(jī)構(gòu)。但因塑件結(jié)構(gòu)的關(guān)系，不便留于動(dòng)模時(shí)，亦可采取一些措施，強(qiáng)制塑件留于動(dòng)模中，或是塑件在開模后由定模上的頂出機(jī)構(gòu)頂出。
脫出機(jī)構(gòu)要求工作可靠，動(dòng)作節(jié)奏點(diǎn)清晰，運(yùn)動(dòng)靈活，制造方便，配換容易，且本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)注塑頂出裝置的形式，模具上要相應(yīng)采用一定的形式。
(3) 所需頂出行程、抽芯距、開模行程計(jì)算
A 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㎜
B 抽芯距：
由于電腦鍵盤無(wú)需側(cè)抽芯，故無(wú)需抽芯機(jī)構(gòu)。
C 開模行程：對(duì)于雙分型面模具來(lái)說(shuō)（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——?jiǎng)佣Ｐ托就怀龇中兔娴母叨瓤偤?㎜)
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(jì)算
頂出力的決定與抽拔力的計(jì)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(shí)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(shí)要產(chǎn)生對(duì)型芯的包緊力所產(chǎn)生的抽拔阻力及機(jī)械傳動(dòng)的摩擦力，才能抽出活動(dòng)型芯。對(duì)于不帶通孔的殼體塑件，抽拔時(shí)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(jì)算抽拔力時(shí)應(yīng)以起始抽拔力為準(zhǔn)。由公式3-8得
Q′＝ （3-8）
＝4492N
P——塑件的收縮應(yīng)力(N/㎡) （由于鍵盤屬于模內(nèi)冷卻的塑件，故?。?
A——塑件包緊型芯的側(cè)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(guò)頂出的側(cè)面抽芯力轉(zhuǎn)化來(lái)的頂出力，頂出機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)化來(lái)的頂出力等。
所需開模力：包括型腔真空負(fù)力、模具及注射機(jī)模板慣性力、摩擦力、塑件從凹模中的脫出力、側(cè)抽芯力轉(zhuǎn)化來(lái)的開模力、主流道的凝料的脫出力、點(diǎn)澆口的切斷力等。
3.4.4 塑件的脫出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了頂出塑件，必須根據(jù)脫出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的頂出元件有頂桿、頂管、推板、活動(dòng)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(guò)中間過(guò)渡的頂出桿連接到頂出板上。注塑機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)頂出模具的頂出板運(yùn)動(dòng)可靠而帶動(dòng)頂出元件將塑件頂出。為了保持頂出板運(yùn)動(dòng)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(dǎo)出板應(yīng)有導(dǎo)向裝置。在塑件被取出而進(jìn)入到下一個(gè)注塑操作循環(huán)時(shí)，頂出機(jī)構(gòu)要進(jìn)行復(fù)位，所以頂出機(jī)構(gòu)上要有用于復(fù)位的元件。為了提高頂出板在復(fù)位后與模具的動(dòng)模板有較好的接觸性能和方便復(fù)位極力的調(diào)整，可采用限位釘安裝于頂出板與模具的動(dòng)模座板之間。
根據(jù)塑件分析，采用頂桿頂出機(jī)構(gòu)。頂桿頂出機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單最常用的一種形式，因它制造簡(jiǎn)單，更換方便，頂出效果好，故廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。本設(shè)計(jì)采用兩種頂桿：
(1) 頂桿選?。?
A 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
B 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(yīng)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(cè)面處阻力最大，因此頂桿設(shè)于此處為宜。由于塑件形狀相對(duì)簡(jiǎn)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(guò)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：
圖3-14 頂桿固定
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㎜。
(4) 頂桿直徑d、長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)墊——?jiǎng)幽０宓暮穸?㎜)
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(dòng)模墊板間加彈簧）
(5) 頂出中附屬零部件
A 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(jīng)調(diào)質(zhì)處理，235HB。
B 限位釘：為了提高頂出板在復(fù)位后與模具的動(dòng)模座板有比較好的接觸性能和方便復(fù)位距離的調(diào)整，可采用限位釘裝于頂出板與模具的動(dòng)模之間。所有限位釘?shù)母叨缺仨氁恢?。限位釘?shù)目取4-6個(gè)，均布于動(dòng)模座板上。通常與動(dòng)模過(guò)盈配合。限位釘用T8材質(zhì)，熱處理55HRC左右；亦可用45鋼，并經(jīng)條調(diào)質(zhì)好處理，235HB。
C 頂出導(dǎo)向零件：在頂出塑件時(shí)為了防止墊板和頂桿折斷頂桿，尤其對(duì)細(xì)長(zhǎng)頂桿更應(yīng)該防止產(chǎn)生這種折斷現(xiàn)象，故常設(shè)導(dǎo)向零件。在這里設(shè)導(dǎo)柱兩個(gè)。導(dǎo)柱通常用T8材質(zhì)做成，淬火55～60HRC。如圖3-16所示。
圖3-16 導(dǎo)向零件
D 復(fù)位桿：（回程桿或反頂桿）它的作用是將已經(jīng)完成頂出塑件的頂板回復(fù)到注塑成型時(shí)的原始位置。復(fù)位桿必須裝在固定頂桿的同一固定板上，而且各個(gè)復(fù)位桿的長(zhǎng)度必須一致，且復(fù)位桿端面常低于模板平面0.02～0.05㎜。復(fù)位桿的材質(zhì)用T8、T10等，淬火55～60HRC。具體形式如圖3-17所示。
圖3-17 復(fù)位桿
d=12mm D=17mm H=6mm L=50mm
E 彈簧：為了提高頂出的平穩(wěn)和起緩沖作用，在頂出板與動(dòng)模墊板之間加上彈簧。如圖3-18所示。
圖3-18彈簧
3.5 澆注系統(tǒng)凝料的脫出部件設(shè)計(jì)
圖3-19 脫出裝置
結(jié)合塑件二次開模的特點(diǎn)，利用側(cè)凹切斷點(diǎn)澆口凝料。如圖所示結(jié)構(gòu)，在分流道盡頭鉆一斜孔，開模時(shí)由于斜孔內(nèi)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(cè)凹部分結(jié)構(gòu)如圖3-19所示，斜孔角度15°～30°，直徑3～5㎜，斜孔深度為5～12㎜。
4 拉料及導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
4.1 拉料機(jī)構(gòu)
拉料機(jī)構(gòu)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(shí)即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿的尾部是固定在動(dòng)模墊板上的。故在一次開模時(shí)，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(jié)構(gòu)，不采用拉料桿而用冷料井來(lái)完成凝料的脫出。
拉料桿結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。
圖4-1拉料桿結(jié)構(gòu)
4.2 側(cè)向抽芯及合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
4.2.1 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
鑒于塑件的特殊結(jié)構(gòu)，無(wú)需側(cè)抽芯，所以側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)不必設(shè)計(jì)，塑件能夠很好的完成塑件的頂出。
4.2.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向零件的作用是：模具在進(jìn)行裝配和調(diào)模試機(jī)時(shí)，保證動(dòng)、定模之間一定的方向和位置。導(dǎo)向零件要受到一定的側(cè)向力，，起導(dǎo)向和定位的作用。當(dāng)模具牢靠裝于注塑機(jī)上后。模具在注塑過(guò)程中，如果模具上沒(méi)有精定位裝置，動(dòng)、定模的正確定位則由注塑機(jī)的拉桿精度保證；如果模具上有精定位裝置，動(dòng)、定模的正確定位則由模具的精定位裝置保證。
(1) 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)
A 導(dǎo)向零件應(yīng)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(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱后發(fā)生變形。
B 根據(jù)模具的形狀與大小，本副模具采用4個(gè)導(dǎo)柱。在實(shí)際中，為了簡(jiǎn)化加工工藝，可采用四個(gè)直徑相同的導(dǎo)柱；但數(shù)量分布不對(duì)稱，此處采用導(dǎo)柱位置對(duì)稱但中心距不同。如圖4-2所示。
圖4-2 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置
C 由于塑件留于動(dòng)模，所以為了便于脫模，導(dǎo)柱安裝于定模。
D 為了保證分型面很好的接觸，導(dǎo)柱在分型面處制有承屑槽，一般是削去一個(gè)面。如圖4-3所示。
圖4-3 承屑槽 圖4-4 導(dǎo)向孔
E 各導(dǎo)柱及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行，否則將影響合模的正確度，甚至破壞導(dǎo)向零件。如圖4-4所示。
F 在合模時(shí)，應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸，避免凸模先進(jìn)入型腔，導(dǎo)致?lián)p壞成型零件。
(2) 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
A 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)如圖4-5所示，采用帶頭導(dǎo)柱。
圖4-5 導(dǎo)柱
B 導(dǎo)柱選用材料為T8，熱處理50～55HRC，公差t為6級(jí)。
C 導(dǎo)柱長(zhǎng)度必須比凸模端面的高度，高出6～8㎜，以免在導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向之前凸模先進(jìn)入型腔相碰而損壞。
D 導(dǎo)柱的直徑根據(jù)模具尺寸來(lái)確定。查表[1]得知，Φ40
E 導(dǎo)柱常見安裝固定如圖4-6所示。導(dǎo)柱尾部通常應(yīng)埋入模板內(nèi)，固定部分按H7/m6過(guò)渡配合，導(dǎo)柱滑動(dòng)部分按H8/f8間隙配合。導(dǎo)柱工作部件的表面粗糙度可為Ra0.4μm。
圖4-6 導(dǎo)柱的安裝
F 導(dǎo)柱應(yīng)具有堅(jiān)硬而耐磨的表面，堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此采用碳素工具鋼（T8）經(jīng)淬火處理，硬度55HRC以上。
(3) 導(dǎo)向孔的設(shè)計(jì)（無(wú)導(dǎo)套式）
導(dǎo)向孔直接開設(shè)在模板上，這種形式的導(dǎo)向孔加工簡(jiǎn)單，適用于小批量生產(chǎn)，精度要求不高的模具，導(dǎo)向孔應(yīng)做成通孔。如果做成盲孔，則不但因孔內(nèi)空氣無(wú)法逸出，對(duì)導(dǎo)柱的進(jìn)入有反壓縮作用，而且落入孔內(nèi)的廢料也不易清除，有礙導(dǎo)柱導(dǎo)入。
為了使導(dǎo)柱順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔，在導(dǎo)向孔的前端應(yīng)有倒固定圓角。導(dǎo)向孔的滑動(dòng)部分H8/f8間隙配合，表面粗糙度Ra0.4μm。
4.3 冷卻系統(tǒng)
一般注塑到模具內(nèi)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(shí)其溫度在60°C以下，熱塑性塑料ABS在注塑成型后，應(yīng)該對(duì)模具進(jìn)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(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于ABS而言，屬粘度低、流動(dòng)性好的塑料，且塑件稍大，為縮短成型周期，需設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
4.3.1 冷卻裝置設(shè)計(jì)分析
(1) 盡量保證塑件收縮均勻，保持模具熱平衡。
(2)冷卻系統(tǒng)水孔的數(shù)量越多越好，孔徑越大，則對(duì)塑件冷卻也就越均勻。
(3)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(dāng)塑件壁厚不均時(shí)，厚壁處水孔應(yīng)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㎜。
(4)澆口處加強(qiáng)冷卻。有；不熔融塑料填充時(shí)，澆口附近溫度最高，距澆口越遠(yuǎn)溫度越低。因此，澆口附近應(yīng)加強(qiáng)冷卻，通入冷水，而在溫度較低的外側(cè)只需通過(guò)經(jīng)熱交換后的溫水即可。
(5)降低入水和出水的溫差。否則易使模具的溫度分布不均。
(6)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(qiáng)度。
(7)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮盡量避免其與模具結(jié)構(gòu)中其他部分的干涉現(xiàn)象。
(8)冷卻通道的進(jìn)口與出口接頭盡量不要高出模具外表面，即要埋入模板內(nèi)，以免模具在運(yùn)輸過(guò)程中造成損壞。
(9)冷卻水通道要易于加工和清理。一般孔徑設(shè)計(jì)為8～12㎜。
4.3.2 冷卻裝置的理論計(jì)算
理論計(jì)算即計(jì)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(shè)計(jì)冷卻回路。求得恰當(dāng)?shù)睦鋮s管道直徑和長(zhǎng)度，滿足冷卻要求。
(1) 傳熱面積計(jì)算：
如果忽略模具同空氣對(duì)流，熱輻射與注塑機(jī)結(jié)合廠所散失的熱量，假設(shè)塑料熔體在模內(nèi)釋放的熱量，全部由冷卻水帶走，則模具冷卻時(shí)需要冷卻水的體積流量可按下式計(jì)算：
如考慮結(jié)晶形塑件的熔解潛熱，則每千克塑料釋放的總熱量為：
[15] （4-1）
=350+1680
=2030J/kg
a——每千克塑料所放出的總熱量 取350J/kg
又有 Q=nGa （4-2）
在不考慮其他熱量損失的情況下，可以認(rèn)為塑件所放出的熱量全部被冷卻介質(zhì)所帶走。
Q=Cw（） （4-3）
式中：
W——每小時(shí)所需冷卻水的質(zhì)量。kg/h
t1——冷卻水出口溫度(°C) （取50°C）
t2——冷卻水進(jìn)口溫度(°C) （取25°C）
C——冷卻介質(zhì)的比熱容[J/(kg·K)]
所以每小時(shí)所需要的冷卻是的質(zhì)量是：
W== （4-4）
=12.7kg/h
冷卻水管所需的傳熱面積：
（4-5）
=3.5m2
式中
Q——為每小時(shí)傳遞的熱量，上式中有計(jì)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(zhǎng)度是：
（4-6）
=111.5m
冷卻水孔的數(shù)目的確定，由于模具尺寸限制，設(shè)水孔的長(zhǎng)度為0.5米。
n=7.4根
在這里我們?nèi)?根。
n ——冷卻水孔的數(shù)目
l ——每根水孔的長(zhǎng)度（m）
L ——冷卻水孔的總長(zhǎng)度(m)
4.3.3 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(shè)計(jì)出不同的冷卻回路。
(1) 型腔冷卻回路
眾所周知，在成型過(guò)程中，型腔被溫度較高的熔融塑料填滿隨塑料冷卻，型腔內(nèi)快速升溫，故設(shè)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4-7所示。因型腔較淺，采用直通式冷卻水孔。
圖4-7 冷卻水孔
(2) 型芯冷卻回路
由于成型過(guò)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(dǎo)問(wèn)題就顯得非常關(guān)鍵。為了解決型芯的散熱問(wèn)題，雖然可有使用熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)是鋼的1.8～3.3倍，但因鈹青銅的力學(xué)強(qiáng)度比鋼差，并且大量使用鈹青銅材料會(huì)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(wèn)題最好的辦法是在型芯中設(shè)置冷卻水道，利用冷卻水道中冷卻液的溫度和流速來(lái)控制型芯的問(wèn)題，達(dá)到制品散熱的目的。
對(duì)于本塑件尺寸較大，采用圖4-8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(shí)，型芯側(cè)面的水道封堵一定要平整，避免因出現(xiàn)側(cè)面凸凹而影響制品脫模。
圖4-8 冷卻水孔布置
(3) 模具冷卻水道的水嘴（出、入水口）正確位置
A 模具安裝在注塑機(jī)之后，其冷卻水道的水嘴出入水口，不能正對(duì)著注塑機(jī)的拉桿，以免安裝困難。
B 冷卻水道的水嘴最好裝在注塑機(jī)的背后（即注塑機(jī)操作人員的另一側(cè)），以免影響操作。
C 對(duì)于自動(dòng)成型的模具（如臥式）注塑機(jī)，其冷卻水道的水嘴最好不要設(shè)置在模具頂端，以免給機(jī)械操作者帶來(lái)不便（如拆、裝水管時(shí)，冷卻液容易流入型腔）。
D 避免將冷卻水道的水嘴安裝在模具底面，因?yàn)樵谧詣?dòng)成型時(shí)（臥式機(jī)），由于水管的限制，會(huì)影響制件與“料把”的脫落，形成“料堆”。
(4) 冷卻系統(tǒng)的零件
A 水嘴：主要用來(lái)連接冷卻通道的入口和出口，使冷卻水導(dǎo)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(duì)于要求不高的模具可用一般結(jié)構(gòu)鋼制成。
B 螺塞：主要用來(lái)構(gòu)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。
C 密封圈：主要用來(lái)保證冷卻回路不泄露。
D 密封膠帶：主要用來(lái)使螺塞與冷卻通道、水嘴冷卻通道連接處不泄露。
E 軟管：主要作為連接并構(gòu)造模外冷卻回路的作用，一般為橡膠材料做成。
5 模體與支承連接零件
5.1 模體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模體即常說(shuō)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(guò)它將模具的每一部分有機(jī)的聯(lián)系在一起。標(biāo)準(zhǔn)模架一般包括定模底板、定模固定板、動(dòng)模固定板、動(dòng)模底板、動(dòng)模墊板、墊塊、頂出固定板、頂出墊板、導(dǎo)柱、復(fù)位桿等 。
根據(jù)塑件的外形尺寸及型腔壁厚，同時(shí)考慮模具制造周期，選用標(biāo)準(zhǔn)模架。通過(guò)查閱手冊(cè)得：
根據(jù)要求本模具是的中小模具，故選用：
模板：
寬度——400mm
長(zhǎng)度——600mm
厚度——100mm
底座：
寬度——600mm
寬度——450mm
厚度——35mm（動(dòng)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(dǎo)柱直徑——35mm
導(dǎo)套直徑——45mm
復(fù)位桿直徑——20mm
六角螺釘直徑——M 12
內(nèi)六角螺釘直徑——M 12[17]
確定模架 如圖5-1所示。
圖5-1 模架
5.2 其他零件——吊裝設(shè)計(jì)
對(duì)于大、中形模具，為了方便模具在制造、裝配、裝模生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)，通常在模具上開設(shè)一定尺寸的吊裝螺孔，以便安裝吊環(huán)。小型模具可不進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì)，但有時(shí)根據(jù)需要，也可設(shè)計(jì)吊裝螺孔。
吊裝螺孔通常在動(dòng)模板、動(dòng)模墊板、動(dòng)模固定板、定模固定板、定模板、墊塊、頂出板等上均需開設(shè)。一般螺孔位置在模具裝于注塑機(jī)上事，模板上下端面的中央。若在一個(gè)端面上需開設(shè)兩個(gè)螺孔，則在端面上沿中心對(duì)稱開設(shè)。另外，在尺寸較大且較沉的形芯凸模、凹模等鑲塊上的適當(dāng)位置也需開設(shè)吊裝螺孔。螺孔尺寸的大小要保證吊環(huán)的強(qiáng)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。
結(jié)束語(yǔ)
本次設(shè)計(jì)主要對(duì)機(jī)械鍵盤進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)，完成了鍵盤面板的整體設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)等，對(duì)模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程有了很明確的認(rèn)識(shí)和深刻的理解。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先對(duì)塑件的性能進(jìn)行了分析，進(jìn)而依據(jù)分析結(jié)果采取方案，選擇了合理的注塑機(jī)型號(hào)，并對(duì)方案的合理性進(jìn)行了論證。
最后通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析，來(lái)設(shè)計(jì)和選擇與之相適應(yīng)的零部件，以完成最終的模具機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)。查閱模具設(shè)計(jì)與加工速查手冊(cè)，選擇了符合模具注射要求的標(biāo)準(zhǔn)模架。
致 謝
本論文是在陳青云老師的親切關(guān)懷和指導(dǎo)下完成的。陳青云老師的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和樸素的生活作風(fēng)，為我樹立了學(xué)習(xí)的榜樣，也將在我的人生道路上一直鼓勵(lì)著我前進(jìn)。兩三個(gè)多月來(lái)陳老師在學(xué)習(xí)工作和生活上給予我無(wú)微不至的關(guān)懷和照顧，在此我對(duì)恩師表示最由衷的謝意！
感謝設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)以及協(xié)同合作的同學(xué)！三個(gè)多月來(lái)，大家團(tuán)結(jié)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(wú)盡歡樂(lè)以及在工作上對(duì)我的無(wú)私幫助。
感謝我的父母，感謝他們對(duì)我始終如一的關(guān)懷和鼓勵(lì)。在此謹(jǐn)向他們表示衷心的感謝和深深的祝福！
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