按钮开关支架注射模设计.docx

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按钮开关支架注射模设计

按钮开关支架注射模设计

1引言

1.1模具的概述

模具，是金属与非金属压力成形加工工艺系统的专业工业装备，是专用成型工具，是专用技术产品。

模具实现工业化和商品化生产，是制造业生产技术进步和水平的标志，是制造业现代化的工业基础。

在我国模具工业总产值中，冲压模具占50%，塑料模具占33%，压铸模具占6%，其他模具各占11%。

模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。

模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，与其它加工制造业所无法比拟的[1]。

模具产品的品种很多，主要以冲压模具、塑料模具和压铸模具为主。

塑料注射模具是现在所有塑料模具中使用最广的模具，能够成型复杂的高精度的塑料制品。

设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。

如我们常说的ABS塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体采用乳液、本体或悬浮聚合法生产，使其具有三种单体的优越性能和可模塑性，在一定的温度和压力下注射到模具型腔，产生流动变形，获得型腔形状，保压冷却后顶出成塑料产品[2]。

现代模具设计与制造技术，涉及机械工程、信息与电子工程、冶金与材料工程、工程管理等学科专业范围。

优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来5～20年的模具生产技术的发展趋势。

所以在这种情况下,研究这一课题是具有现实意义的。

1.2国内外模具的现状及发展

1.2.1国外模具技术发展及目前水平

模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展：

（1）CAD/CAM/CAE技术的应用

在欧美CAD/CAM/CAE已成为塑模企业普遍应用的技术。

在CAD的应用方面已经超越了甩掉图板，二维绘图的初级阶段。

目前3D设计已达到了70%、89%，Pro/E，UG，CI以TRON等软件的应用很普遍。

应用这些软件不仅可完成2D设计，同时也获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。

应用3D设计，还在设计时进行装配干涉的检查，以保证设计和工艺的合理性。

在欧美的塑模企业中，为了提高CAD技术的效率，塑模标准件的采用率一般在80%以上[1]。

（2）激光技术的应用日益受到重视

激光技术在模具制造中的应用主要是在快速成形与一些特殊模具的加工两个方面。

快速成形是根据CAD的数据,不借助任何机械加工工具,通过逐层增加材料的方法（如聚合、粘结、烧结等）快速制造出零件原型或零件实物,故也称快速原形制造（缩写为PRM）技术。

快速成形技术主要有立体光固造型（SLA）,选择性激光烧结（SLS）,分层实体制造（LOM）等。

该技术将CAD技术、激光技术、CNC技术、材料加工和材料科学技术有机地结合起来,给模具制造业带来了根本性的变革[2]。

与传统的模具设计制造相比,它能比数控加工更快、更方便地设计并制造出各种复杂的原型,使模具的制造成本和生产周期减少1/2,明显提高生产率。

国内的一些大型企业集团,如海尔、春兰和科龙等公司已经应用激光快速成形于新产品开发等方面,并取得显著的经济效益。

（3）模具材料先进

随着模具工作条件的日益苛刻，对模具的质量，特别是钢的纯净度、等向性的水平提出了更高的要求。

为达此目的$国外普遍采用电炉外精炼工艺生产纯净度高的模具钢，对于大截面锻压模块和大型的钢材规定采用真空处理。

对于纯净度要求更高的模具钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。

因此，模具钢的质量有了较大提高。

为了加强竞争力量，适应经济全球化的发展趋势，国外模具钢的生产从分散趋向于集中，并多家公司进行跨国合并，为了更好地进行竞争，这些公司都建成了完善的技术先进的模具钢生产线和模具钢科学研究基地，形成几个世界著名的工模具生产和科研中心，以满足迅速发展的模具工业。

1．2．2国内模具技术发展及目前水平

我国模具行业近年来发展很快,据不完全统计,目前模具生产厂点共有2万多家,从业人员约50万人,全年模具产值约360亿元,总量供不应求,出口约2亿美元,进口约10亿美元。

当前,我国模具行业的发展具有如下特征:

大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平;塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。

从地区分布来看,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。

目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江,其模具产值约占全国总产值的60%以上。

我国模具总量虽然已位居世界第三,但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家,模具商品化和标准化程度也低于国际水平[3]。

全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区转移,中国正成为世界制造业的重要基地。

制造业模式的变化,必将产生对新技术的需求,也必将导致CAD技术的发展。

同时,由于网络技术的大面积应用,正如10年前由于成本的大幅度下降,使得微机进入千家万户改变我们的生活一样,网络应用的普及将在更大程度上改变制造业的模式。

随着中国加入WTO,逐渐成为世界制造业的重要基地,将要求我国的产品要有创新性,并且要有更高的质量、更低的成本并在更快的时间内提供给市场。

作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面对竞争的第一线,模具工业除其需要“高技艺”的从业人员外,还需要更多的“高技术”来保证。

2方案分析与设计

2．1塑料注射模具的设计步骤

2．1．1塑料件的工艺性分析

（1）本课题是对按钮开关支架的注射模设计。

首先对按钮开关支架进行观察并进行测绘，尺寸大都是估算值，无特殊要求，尺寸公差按IT7级精度查取[11]。

（2）塑件结构工艺性分析：

（a）塑件厚度为2mm，壁厚均匀，塑件成型性能良好；

（b）塑件本身有内螺纹，用自动脱螺纹方便脱模；

（c）从塑件结构看，设置一个分型面。

（3）塑件表面要求光滑无裂痕，未明确粗糙度值的按Ra6.3要求。

2．1．2按钮开关支架材料的选择

塑料材料的相对密度在0.83～2.2范围内，在众多的材料中只有比木材的相对密度稍高。

且在各种的材料中，塑料材料具有最高的比强度，甚至比特种合金铝还要高。

塑料还具有很好的绝缘性、防震、隔热、隔音性能。

耐腐蚀性仅次于玻璃及陶瓷材料。

且塑料材料具有优异的加工性能。

按钮开关支架选择的材料为聚乙烯（PE）。

聚乙烯在常温下成白色蜡状半透明颗粒，柔而韧，易变形，无毒。

他密度小，耐热氧化性能好。

聚乙烯成型工艺性好，生产效率高，且价格便宜。

2．1．3绘制模具装配草图

模具装配图的设计应先从绘制装配图入手，根据塑件的具体情况，经过认真考虑、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。

以下就是装配草图中应考虑到的几个重要部分：

（1）成型零件的结构及安装方法：

塑件成型的好坏直接影响塑件质量、加工的难易程度。

选择合理的成型位置能使成型结构在现有的设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。

（2）确定浇口位置及结构形式：

模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置确定。

浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键，所以我们要在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。

且易于清除浇注塑料。

（3）确定分型面的位置和结构形式：

分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接触面。

一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑设计。

（4）选择成型设备：

根据塑件的具体情况，选择相适应的注射机并进行模具设计。

成型设备有两个重要参数。

一是理论注射容量，另一个是最大投影面积。

根据这两个参数及可选用合适的成型设备。

（5）侧抽机构的确定：

根据塑件侧壁凹凸槽或孔及螺纹结构选择合适的侧抽机构。

（6）顶出机构的确定：

定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。

塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，碍，折实顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。

（7）确定温度调节方式：

温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观和效率，所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分，为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。

（8）确定主要结构件的尺寸：

通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等。

2．1．4对零件进行造型设计并绘制工程图

装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的造型设计。

工程图尽量按1：

1的比例画出，因为这样比较直观，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出。

按制图规划，正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。

最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。

主要零件绘制完成，对装配草图的自我检验和审定。

即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。

2.2毕业设计任务要求

本课题是按钮开关支架注射模的设计。

要求对塑件进行测绘，并完成其CAD三维造型设计。

按钮开关支架注射模要求一模两件，并自动脱螺纹。

完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件CAD三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。

2.3方案设计与分析

具体方案如图3.1示。

开模时，模具沿分型面开始分型，动模后退，带动斜导柱9，使得动模板11两侧移动，推杆14向上顶出，使制品向前移动，达到自动脱件目的。

1-动模座板；2-限位杆；3-支承板；4-螺钉；5-弹簧；6-定模座板；7-定位圈；8-型芯；9-斜导柱；10-挡板；11-动模板；12-垫块；13-型芯；14-推杆；15-垫块；16-推板；

图2.3装配图

3按钮开关支架注射模的详细设计

3．1塑料注射成型机的选择

3．1．1注射成型机的分类

（1）注射机按外形特征可分为立式、卧式、直角式三种[13]。

（a）立式注射机：

它的注射装置与合模机构都在同一竖直线上。

优点:

占地少，模具拆装方便，易于安放嵌件。

缺点:

重心高，加料困难;容积较小。

（b）卧式注射机：

目前使用最广泛的注射成型机械。

它的注射装置与合模装置方向在同一水平线上横卧安装。

优点:

重心低，操作及维修方便，塑件可自行脱落，易实现自动化。

缺点:

模具安装麻烦，嵌件安放不稳，机器占地较大。

（c）角式注射机：

它的注射装置与合模装置方向呈垂直排列。

优点、缺点介于立式注射机和卧式注射机之间。

特别适用于成形中心不允许有浇口痕迹的平面塑件。

（2）注射机按塑料在料筒的塑化方式不同可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。

（a）柱塞式注射机；注射柱塞直径为20mm～100mm的金属圆杆，当其后退时物料自料斗定量地落入料筒内，柱塞前进，原料通过料筒