按钮塑料模具的设计.docx

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按钮塑料模具的设计

前言

随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。

要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。

注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。

传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。

又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。

目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。

大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。

模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。

模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。

塑料模是应用最广泛的一类模具。

近年来，我国塑料模有长足的进步。

在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。

摘要：

首先对产品进行市场调查及工艺分析，定出可行的方案，然后详细介绍注塑模设计的人工及CAD流程，阐述了在Pro/Engineer环境下注塑模设计的一般流程，对塑件进行CAE分析后，进入模具的结构设计及有关参数计算，接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计，最后把关键零部件的二维图和立体图，还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。

关键词：

按钮、塑料、注塑模、Pro/Engineer

InjectionPlasticMoldDesign

Abstract：

First，investigatedandanalyzedthetechnologyoftheproduct,decidedtheavailableprogram.AndthenintroducedthemanualandCADprocessoftheinjectionplasticmolddesign.ExpoundtheprocessoftheinjectionplasticmolddesignundertheenvironmentofPro/Engineer.AnalyzedtheCAEoftheproduct.Thendesignedthestructureofthemoldandcomputedtherelatedparameters.Finallydesigntherelatedpartofthemoldandshowalloftheengineerpicturesandthree-dimensionaldrawing.

Keyboards:

button、plastic、mold、Pro/Engineer

目录

一、概述

（一）产品调研报告··················································

1、注塑成型工艺介绍·············································

（二）产品的工艺分析报告·············································

1、材料的确定····················································

2、塑件制件设计的工艺分析········································

（三）模具设计流程（手工与CAD方法）···································

1、注射模人工设计流程分析········································

2、塑模CAD流程···················································

（四）模具设计环境与工具·············································

1、PRO/E环境介绍·················································

2、PRO/E外挂工具及其功能········································

二、模具设计··························································

（一）模具结构设计与参数计算·········································

1、塑件制品分析··················································

2、注塑机的确定··················································

3、模具结构设计··················································

4、注塑机参数校核················································

（二）浇注系统设计、关键零部件设计····································

1、浇注系统的设计················································

2、分型面的选择··················································.

3、排气系统的设计················································.

4、成型零件的设计················································.

5、型腔的侧壁和底板厚度计算······································

6、导向机构设计··················································

7、脱模机构设计··················································.

8、加热和冷却装置设计············································.

四、附图：

····························································

1、零部件3D图及工程图···········································

2、模具3D装配图············································

五、模具设计的创新与特色总结·········································

六、论文存在问题与解决设想···········································

七、参考文献·························································

八、致谢···························································_

一、概述

（一）、产品调研：

1、注塑成型工艺介绍：

注塑成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法。

其基本路线是塑料原料经注射机熔融塑化并注入模具，在模具中固化后脱模成为制品。

通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融，这一过程又称塑化。

然后再借助于柱塞或螺杆的向熔化好的聚合物熔体施加压力，则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇注道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经冷却定型就可开启模具，顶出制品，得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。

注塑成型几乎适用于所有的热塑性塑料。

注塑成型的成型周期短（几秒到几钟），成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。

因此，该方法适应性强，生产效率高。

注射成型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。

㈡、产品的工艺分析：

1、材料的确定：

现有的塑料品种繁多，故要求我们根据塑料的性能和功能来合理选择材料，从所设计的塑件品来分析，确定适合按钮的最佳材料为ABS塑料。

查有关资料书可以得知所选的ABS塑料的工艺性能如下：

　ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。

ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。

一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品（如电镀）的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。

ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

化学和物理性能：

ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。

ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。

2、塑件制件设计的工艺分析：

（1）尺寸和精度

尺寸：

这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。

由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料容体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。

此外，塑件尺寸还受现有的成型设备规格，参数等的影响。

从本人所设计的塑件按钮总体尺寸分析得知，塑件的尺寸较为合理，不会太大，这样就可以避免塑料容体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型。

其尺寸见工程附图一和附图

尺寸精度：

塑料制件尺寸公差：

塑件图上无公差要求的默认为8级精度，本人所选塑件材料为ABS塑料，故定塑件的等级为：

5级精度。

（2）形状：

塑件的几何形状除应满足使用要求外，还应尽可能使其所对应的模具结构简单，便于加工。

而本塑件的形状具备了以上的优点，故为模具设计带来了方便。

（3）壁厚：

塑件的壁厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定，塑件壁厚一般在1－4mm范围内。

调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。

最小壁厚应满足：

具有足够的强度和刚度；脱模时能经受脱模机构的冲击和振动；装配时能承受紧固力。

壁厚过大：

浪费材料，增加了压塑时间或冷却时间；也影响产品质量。

同一个塑料零件的壁厚应尽可能一致。

否则因冷却速度或固化速度不一致产生附加内应力。

综合考虑以上各种因素，及联系本人设计的塑件的性能和功能要求，初步确定塑件的壁厚为：

1～1.5mm。

（4）脱模斜度：

在塑件的内外表面，沿脱模方向应设计足够的脱模斜度。

根

据已选定的材料ABS塑料，查有关资料书可以得知其脱模斜度范围50′～2°，结合分析本塑件形状，定其脱模斜度为50′。

（5）加强筋等防止变形的结构设计：

加强筋：

为提高塑件的强度和刚度，不能仅仅采用增大壁厚的方法，而常采用改变塑件的结构，增设加强的方法来满足其强度，刚度的要求。

采用增设加强筋的方法，有时还能降低物料的充模阻力。

加强筋的作用：

增加制品强度；确定本塑件肋尺寸的一般标准：

制件壁厚：

ｈ=1～1.5mm，每边的斜角（θ）：

0.5°～1.5，肋高（L）:

≤5h，（典型地2.5-3.5h），取L=4.0mm；肋间距（中心部位）:

>=0.25～0.40h，取5.0mm；肋的厚度（t）:

0.4-0.8h,t=0.8。

（6）圆角：

塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。

塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5～1mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，综合考虑以上的的各种因素后，定本人所设计的塑件的圆角半径为0.5mm或1mm。

（8）小结：

以上为本人所设计塑件设计的工艺分析，最终的目的是为了使其达到成型工艺的要求，使其所对应的模具结构简单合理。

（三）、模具设计流程：

1、注射模人工设计流程分析：

（1）分析设计出来的注射模应保证注射成型的制件（塑料制品）符合图纸的形状与尺寸要求；模具结构简单，安装牢固，工作安全可靠，便于制造，价格低廉。

（2）收集资料，分析制件的工艺性，如发现制件的工艺性差，则在不影响制件的使用性能的情况下，提出便于制件的修改意见，使制件设计、制件的工艺、注射模设计与制造生产，相互协调。

定制件的拔模斜度、分模面。

（3）缩率确定。

（4）道系统设计与计算。

（5）却系统设计与计算。

（6）具结构设计与分析计算。

（7）确定模具设计图纸的绘制方法，并绘制模具的设计图纸。

模具总图一般包括俯视图和仰视图、主视图，必要的侧视和局部剖视图、制件图及其排样图，模具的技术要求和说明，标题栏及模具零件明细表等内容。

而零件图一般包括主视图、俯视图、侧视图和必要时的局部剖视图，技术要求和说明，详尽的尺寸、形位公差标注等内容。

其设计流程可概括为：

明确设计要求—>工艺分析—>确定收缩率、分型面—>浇道系统设计—>冷却系统与计算—>模具结构件设计—>注射设备选择—>绘制模具设计图纸。

2、塑模CAD流程：

注塑模具CAD即计算机辅助设计，它以计算机软件为工具，不仅完成手工设计的各项任务，包括资料查询、设计构思、模型建立、分析计算、自动绘图、零件成型过程和充模过程模拟；而且对制造中的物流和信息进行控制、管理和监督，包括相对于物流系统是“离线”工作的工艺准备、生产作业计划、数控编程等。

目前，它已被公认为现代注塑模具技术的一个重要方面，是注塑模具生产实现自动化的保证。

它的流程如下图所示：

人手设计与CAD设计的比较：

随着市场竞争日趋激烈，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。

因为传统手工绘图设计模式，很难用二维图纸去描绘

三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作，因此其工作流程是按顺序进行的。

很多时候是等模具做出来了，对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。

在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，从而使产品设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。

要提高制造业水平，必需要有先进的设计工具。

随着计算机硬件性能的不断提高，维软件造型功能的不断完善，CAD已完成从二维向三维质的飞跃，到了三维CAD的实用阶段。

用三维CAD/CAM系统进行产品开发，从根本上改变了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。

设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这是一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要手段之一。

（四）、模具设计环境与工具：

1、PRO/E模具设计的环境：

模具设计于pro/engineer环境下进行，所用到的外挂工具是Pro/E+MB+EMX，Pro/ENGINEER是第一套使用3D实体模型的设计工具，彻底改变了传统的设计理念。

由于其强大的功能，已风靡欧美、日本及港台地区，大有取代传统CAD/CAM/CAE系统而成为新一代的业界标准之势。

Pro/E全参数设计、特征基础模型、关系数据库等特色都是其他3D模型工具所不可比拟的。

Pro/E与传统的CAD系统仅提供绘图工具有着极大的不同，它提供了一个完整的解决方案，从工业设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析到数据库管理，甚至产品生命周期的管理。

可以说,Pro/E为业界专业人士提供了一个艺术般的创作环境，让您的创意得到淋漓尽致的表现。

在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER软件，将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。

基于Pro/Engineer模具设计的流程图如下所示：

2、PRO/E外挂工具及其功能：

Pro/ENGINEER能够仿真注塑模设计的过程。

它能让注塑模具设计人员创建、修改和分析模具构件，并在模具设计变化时，快速更新它们。

其外挂工具Pro/ENGINEEREMX能大大缩短模具设计人员花费在创建、定制和细化模架部件以及注塑模具和压铸模具所需的模具组件上的时间。

Pro/ENGINEEREMX提供了智能、自动化模架和模具组件。

组件就位后，系统会自动完成相邻板材和组件上的余隙切口以及钻孔和螺纹孔的操作。

该过程把模具设计人员从耗时的、重复性的模具细化工作中解放出来。

另外，该工具还简化了复杂的设计工作，并通过一个全新的用户界面，从根本上缩短了学习进程。

Pro/ENGINEEREMX中的模具设计功能：

（1）轻松设计、定制和细化模架部件和组件；

（2）自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作；

（3）由于组件和部件可以被自动放置在模架中，所以在自动放置之前，设计人员可以轻松地实时选择和预览3D组件和部件；

（4）可以从15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件，因此没有必要建立模型库

（5）自动创建部件和组件图形，其中包括带有圆圈标注和孔类图表的物料清

（6）自动检验整个模具的开启顺序，其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作

三、模具设计

（一）、模具设计与参数计算:

1、本塑件制品分析：

（1）产品要求：

从对本产品进行的工艺分析中可以得知，所设计的塑件材料为ABS塑料，材料收缩率为：

0.005，进行模具设计时，按钮的注塑模设计，其精度要求不高，故可以一次注塑至少出八件产品，采用矩形分布的流道布置。

塑件立体图如下所示：

产品图

（2）计算制品的体积重量：

该产品为按钮，材料采用ABS塑料，查书《塑料模具设计》附录得知其密度为1.10g/cm3，收缩率为0.4-0.9%。

使用pro/engineer软件对三维试题产品自动计算出产品的体积，当然也可以根据实体尺寸手动计算出它的体积。

下面是部分计算过程：

通过计算塑件的体积为：

V1=17.15cm3

塑件的重量：

M1=ρ.V1=1.10×17.15=18.87g

浇注系统体积：

V2=15.46cm3

浇注系统重量：

M2=ρ.V2=1.1×15.46=17g

故V总=8V1+V2=8×17.15+15.46=152.66cm3

故M总=V总×ρ=152.66×1.10=167.9g

ρ—塑料密度

2、注塑机的确定：

根据制品的体积和重量查《塑料模具设计》表5—3选定注塑机为卧式螺杆式注射机，型号为：

SZY-300。

注塑机的参数如下：

注塑机最大注塑量：

320cm3锁模力：

1500KN注塑压力：

77.5MPa最小模厚：

285mm最大开距：

340mm注射行程：

150mm

注塑机拉杆的间距：

400×300（mm×mm）喷嘴前端孔径12mm

3、模具结构设计：

由于考虑到模具的成本和市场需求量，该产品应大批量生产，故本产品应具有较高的注塑效率，模具采用一模八腔结构，侧浇口浇注系统。

根据《塑料模具设计》附录所提供的模架图选模型号为：

大水口2020，其具体结构见工程附图。

4、注塑机参数校核：

（1）最大注塑量：

注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料飞边），常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量的80%。

所以选用的注塑机最大注塑量应0.8M机>=M塑件+M浇

式中：

M机——注塑机的最大注塑量，单位g。

M塑件—塑体的重量，单位g，该产品M塑件=8×18.87=150.96g

M浇——浇注系统重量，单位g，该产品M浇=17g

M机>=（M塑件+M浇）/0.8=（150.96+17）/0.8＝209.95g

而本人选定的注塑机注塑量为：

320g，所以满足要求。

（2）锁模力校核：

锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力。

锁模力的作用在于平衡和克服模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力，保持模具紧密锁和，防止溢料。

注射机锁摸力与模腔压力的关系可用下式表示：

F0≥K．P模．AF0——注射机锁模力；K——安全系数，一般取1.1～1.2；

P模——熔融型料在型腔内的压力。

（15Mpa～20MPa）；A——塑件和浇注系统在分型面上的投影之和；

F锁机>K．P模．A=1.1×20×19.79=435.38KN本人选定的注塑机为：

1500，满足要求。

（3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核：

a、模具闭和高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。

即模具长×宽<拉杆面积

模具长×宽为325×300（mm×mm）<注塑机拉杆间距400×300（mm×

mm）

故满足要求

b、模具闭和高度校核

模具实际厚度H模=325mm

注塑机最小闭和厚度H最小=285mm

即H模>H最小，故满足要求

（4）开模行程校核：

所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注

塑机），故注塑机开模行程应满足下式：

S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm

因为S机-（H模-H最小）＝340-（325-285）=300mm

H1＋H2＋（5～10）＝15+108+10=133mm

即S机-（H模-H最小）>H1+H2+（5～10）mm

故满足要求

H1——推出距离，单位mm；

H2——包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；

S机——注塑机最大开模行程。

（二）、浇注系统设计、关键零部件设计：

1、浇注系统的设计：

浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。

（1）主流道的设计：

主流道是塑料熔融体进入模具型腔时最先经过的部位，将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。

其形状为圆锥形，便于熔体顺利地向前流动，开模时主流道凝料又能顺利地拉出来。

于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，