1、 本科毕业设计（论文） 题 目 基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳模具设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 (职称 ) 完成时间 基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 目 录 中文摘要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 我国塑料注射模具的现状与发展前景 . 1 1.1.1 我国塑料模具的发展现状 . 1 1.1.2 我国塑料模具的发展趋势 . 3 1.2 塑料制品与塑料模具概述 . 4 1.2.1 塑料制品 . 4 1.2.2 塑料模具 . 4 1.3 毕业设计应达到的要求 . 5 2 模具设计要求 2.1 塑料材料的选用 . 6 2.1
2、.1 塑料的基本概念 . 6 2.1.2 影响聚合物取向的主要因素 (以注射成型为例 ). 7 2.1.3 常用塑料分析和数据的选取 . 7 2.2 塑料造型以及材料成型特性 . 9 2.2.1 ABS 的特性 . 9 2.2.2 ABS 的用途 . 9 2.2.3 材料成型特性 .10 2.3 制品的体积和质量 . 11 3 笔记本键盘外壳磨具设计 . 11 3.1 型腔数和分型面的确定 . 11 3.1.1 型腔数目的确定 . 11 3.1.2 分型面的选择 . 11 3.2 注射工艺参数的计算 . 11 3.2.1 ABS 注射参数 . 11 3.2.2 注射量的确定 .12 基于 Pr
3、o/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 3.2.5 开模行程校核 .13 3.3 注射机的选择 .13 3.4 成型零件设计 .15 3.4.1 成型零件的结构设计 .15 3.4.2 成型零件材料的选用 .15 3.4.3 成型零件工作尺寸的确定 .15 3.4.4 成型型腔壁厚的确定 .18 3.4.5 Pro/E 分割模具模型 .20 4 笔 记本键盘外壳注塑设备的设计及其装配方案 4.1 模架的选择 .20 4.2 模具内部结构的设计 .21 4.2.1 导向机构的设计 .21 4.2.2 推出机构的设计 .22 4.3 模具材料的选择 .23 4.4 浇注系统的设计 .24 4.4.1
4、 主流道的设计 .24 4.4.2 浇口的设计 .26 4.5 脱模结构的设计 .27 4.5.1 脱模力的计算 .27 4.5.2 脱模机构设计 .28 4.6 排气系统设计 .28 4.7 温度调节系统设计 .28 4.7.1 调节模具温度的主要目的 .29 4.7.2 冷却系统的设计原则 .31 4.8 装配图 .32 致 谢 .34 参考文献 .35 基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 I 基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 摘 要 本文介绍了基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具的设计、模具配套模架的结构设计，模具浇注系统、制品退出系统、模具温度控制系统的
5、设计、注塑机的选择原则，阐述了塑料模制品设计的步骤。包括注塑模具 设计和开合模动画以及装配动画三部分。首先用 Pro/E 进行笔记本键盘外壳的三维造型，其次根据笔记本键盘外壳的结构特点设计了模具的型芯、型腔，脱模及其他结构，然后根据设计的结构，利用 Pro/E三维造型完成模架零件的制作，并通过装配，组成模架，同时，本文主要内容包括模具注塑材料的选择及其注塑材料的特征、塑料产品的设计原则、塑料注塑模具的工作原理及应用、设计准则、模具结构以及产品的简介。 关键词 塑料；注塑模；注塑基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 II DESIGN OF INJECTION MOULD FOR MO
6、USE BACK COVER BASED ON PRO/E ABSTRACT This paper introduces the structure design, the outer shell of the notebook keyboard of injection mold Pro/E mold supporting frame based on the principle, selection of die casting system, product exit system, design, mold temperature control system of injection
7、 molding machine, the plastic mold design steps. Including the injection mold design and mold opening and closing animation and animation in three parts. Three-dimensional modeling of first Pro/E the outer shell of the notebook keyboard, then according to the structural features of the outer shell o
8、f the notebook keyboard design core, cavity mold, mold and other structures, and then according to the design of the structure, using Pro/E 3D modeling parts mold, and the mold assembly, composed of, at the same time, the main content of this paper includes die plastic materials and injection moldin
9、g material characteristics, the design principle of plastic products, plastic injection molds principle of work and the application, design criteria, die structure and product introduction. Keywords Plastic， Injection mold， Plastic injection machine基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 1 1 绪论 1.1 我国塑料注射模具的现状与发展前景
10、 1.1.1 我国塑料模具的发展现状 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高 ，但是尚与国外先进水平和市场存在着较大差距，需要我们进一步努力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发 展的 ,在我国起步较晚 ,但发展很快 ,特别是最近几年 ,无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展 ,取得了很大成绩，这可以从下列 几个方面来看。 （ 1） CAD/CAM/CAE 技术的应用。现在 CAD/CAM/CAE 技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍 ,特别是 CAD/CAM 技术的应用较为普遍 ,取得了很大成绩。目前 ,使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要
11、结构及零件的设计、数控机床加工的编程等已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析 (CAE)技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷 却分析、应力分析等 ,合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数 及冷却系统的布置等 ,使模具设计方案进一 步优化 ,也缩短了模具设计和制造周期。 （ 2）电子信息工程技术的应用。电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。国内一些主要的塑料模生产企业已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上产品电子信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等 ,这不仅缩短了生产前的准备时间 ,而且还为扩大模具出口创造了良好的条件。由于直接
12、利用了用户提供的产品电子信息 ,大大缩短了 CAD/CAM 的技术准备时间 ,也相应缩短了模具的设计和制 造周期。 （ 3）气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。几年前还是刚刚开始应用的气体辅助注射成型技术近年来发展很快 ,更趋成熟。目前 ,不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术 ,一些厂家还使用 CMOLD 气辅软件 ,取得了良好效果。 （ 4）热流道技术 的应用更加广泛。近年来 ,热流道技术发展很快 ,热流道模具比例不断提高。虽然在全国范围来说 ,热流道模具比例仍旧不高 ,但也有些模具企业 ,热流 道模具已占其模具生产总量的 1/3 左右。
13、现在 ,一般内热式、外热式元件以及分流板基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 2 多点热喷嘴的 结构应用已比较普遍 ,具有先进水平的针阀式喷嘴和通断控制式喷嘴国内也能自行设计制造。与此相应 ,国产商品化热流道系统元件也已出现。 （ 5）精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高。目前 ,国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件 ,纠正了由于成型压缩造成的齿形误差 ,达到了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、多注射头塑封模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模、洗衣机滚筒注塑模、塑料管路三通接头注塑模、汽车灯及汽车饰件注
14、塑模、冰箱吸塑发泡模等一大批 精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使塑件尺寸精度达到 6 7 级的塑料模具国内已可生产 ,其分型面接触间隙为 0102,模板的弹性变形为 0105,型面的表面粗糙度为 Ra= 0105 01025。使用 CAD 三维设计、计算机模拟注塑成形、有些模具零件达到互换、抽芯脱模机构设计新颖等 ,对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。 20 吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平。 34 英寸彩电塑壳和 48 英寸背投电视机壳模具 ,615kg 洗衣机塑料模具、汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具 ,国内 都已可生产。国内最大的
15、塑料模具已达 50 吨。 （ 6）模具寿命不断提高。通过采用优质模具钢、对模具工作零件进行相应的热处理、采用高质量模架再镶入淬火工具钢件等结构 ,近年来模具寿命不断提高 ,不少模具的寿命已能达到 100 万次以上。 （ 7）模具效率不断提高。挤出速度达 215m/min 以上的高速塑料异型材挤出模国内已能商品化供应。双腔共挤、多腔注塑 (塑封膜已达 600 腔 )、采用热流道技术等使模具效率不断提高。不少企业在自动脱模 (脱流道 )方面精心设计 ,同时更加重视冷却系统的设计 ,使模具的效率大幅度提高 ,有的甚至能使注塑 生产效率提高几倍。 综上所述 ,我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确
16、实发展很快 ,有些已达到或接近国际水平 ,尤其是随着改革开放政策的不断深入 ,“三资”企业蓬勃发展 ,对我国塑料具设计制造水平的提高起到了非常大的作用。然而 ,由于我国模具制造基础薄弱 ,各地发展极不平衡 ,因此总体来看 ,与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比差距还很大。 基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 3 1.1.2 我国塑料模具的发展趋势 由于塑料工业的快速发展及上述各方面差距的存在 ,因此我国今后塑料模具的发展速度必将大于模具工业总体发展速度。“十一五”期间 ,预计每年可望达到 12%以上的市场增长率。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时 ,“小而专”、“小
17、而精”仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说 ,为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求 ,以下的发展趋势也较为明显。 （ 1）在模具设计制造中将全面推广 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM/CAE 技 术 是 模 具 技 术 发 展 的 一 个 重 要 里 程 碑 , 实践证明 ,CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在 ,全面普及 CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。随着微机软件的发 展和进步 ,技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具 CAD/CAM 技术的过程中 ,应抓住机遇 ,重点扶持国产模具软件的开发和应用
18、;加大技术培训和技术服务的力度 ;进一步扩大 CAE 的技术应用范围。 （ 2）快速原型制造 (RPM)及相关技术将得到更好的发展 快速原型制造 (RPM)技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的 ,是一种全新的制造技术 ,是基于新颖的离散 /堆积（即材料累加）成形思想 ,根据零件 CAD 模型 ,快速自动完成复杂的三维实体 (模型 )制发展的高科技技术 ,被公认为是继 NC 技术 之后的一次技术革命。 （ 3）高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工 ,机床主轴转速可达 40000r/min 100000r/min,快速进给速度可
19、达到 30m/min 40m/min,加速度可达 1g,换刀时间可提高到 1s 2s。这样就大幅度提高了加工效率 ,并可获得 Ra m1 的加工表面粗糙度。另外 ,还可加工硬度达 60HRC 的模块 ,形成了对电火花成形加工的挑战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低（加工工件只升高 3）、热变形小等优点。 （ 4）模 具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用 高速扫描机和模具扫描系统已在我国 200 多家模具厂点得到应用 ,取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能 ,大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统可快速安装在已有的数控铣床及加工
20、中心上 ,用雷尼绍的 SPZ21 扫描测头实现快速数据采集 ,采集的数据通过软件可自动生成各种基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 4 不同数控系统的加工程序及不同格式的 CAD 数据 ,用于模具制造业的“逆向工程”。高速扫描机扫描速度最高可达 min/3m ,大大缩短了 模具制造周期。 （ 5）电火花铣削加工技术将得到发展 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术 ,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术 ,它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样） ,因此不再需要制造复杂的成型电极 ,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床
21、在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 （ 6）模具标准化程度将不断提高 我国模具标准化程度正在不断提高 ,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30 %左右 ,国外发达 国家一般为 80%左右。为了适应模具工 业发展 ,模具标准化工作必将加强 ,模具标准化程度将进一步提高模具标准件生产也 必将得到发展。 1.2 塑料制品与塑料模具概述 1.2.1 塑料制品 塑料制品就是塑料用各种不同的模具和各种不同的成型工艺制造出来的，具有一定的形状、一定功能和一定使用价值的产品。至 2002 年，全球所生产的塑料制品超过 1.65 亿吨之多。塑料已成为在木材、钢铁、水泥之后的第四大工业基础材料，成为人
22、们生活中不可或缺的一部分。塑料及制品具有下列优点： （ 1）质轻：普通塑料的相对密度一般在 0.9-2.3 3/cmg 之间。 （ 2）有优良的电绝缘性能。 （ 3）有良好的耐腐蚀性能。 （ 4）减震消音作用强。 （ 5）隔热保暖性能好。 （ 6）优异的透光性和防护性，常用做玻璃替代品。 1.2.2 塑料模具 塑料模具包括注射模、压缩模、传递模、挤出模、中空吹塑模、压缩空气成型模、旋转成型模、发泡成型模、和空气辅助成型模和水辅助成型模等多种塑料成型模具。 在上述各种塑料模中，由于注射模具具有高效、精密、可成型各种复杂制品，工艺先进等诸多其他成型模具所不及的特点而成为塑料制品成型工艺中最重要的并
23、且起主基于 Pro/E 的笔记本键盘外壳注塑模具设计 5 导作用 的模塑工艺装备。在高速发展中，注射模又将其它成型模具的优点吸纳、融合和发展。形成了更加完善，更加优越也更加先进的一种新的成型技术。 1.3 毕业设计应达到的要求 通过这次毕业设计，应达到学校对毕业设计的要求，同时对于本具体的塑料注射模的设计，应达到如下目的： （ 1）更深入了解聚合物的物理性能、流动性、成型过程中的物理、化学变化以及塑料的组成、分类及其性能。 （ 2）更深入了解塑料成型的基本原理和工艺特点，正确分析成型工艺对模具的要求。 （ 3）掌握各种成型设备对各类模具的要求。 （ 4）掌握各类成型模具的结构特点 及设计计算方法，能设计中等复杂模具。 （ 5）具有分析、解决成型现场技术问题的能力，包括具有分析成型缺陷产生的原因和提出克服办法的能力。 （ 6）在设计中熟练使用 Pro Engineer3D 造型软件和 Auto CAD 等 2D 绘图软件 。 （ 7）结合以前学过的各门课程，综合运用各种知识来完善这次毕业设计。 （ 8）在设计过程中，还应该注意了解塑料模具的新工艺、新技术和新材料的发展动态，阅读外文资料，学习掌握新知识，更好地为本设计和振兴我国的塑料成型加工技术服务。
