模具毕业设计1按钮注射模设计.docx

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模具毕业设计1按钮注射模设计

计算内容

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第一部分材料分析

ABS中文名:

丙烯腈—丁二烯—苯乙烯的三元共聚物

英文名：

Acrylonitrile—Butadiene—Styrene

基本特性：

ABS是无定形高分子材料，外观呈浅象牙色，不透明，无毒无味，相对密度为1.05左右。

其突出的力学性能是冲击强度高,较高的冲击强度来源于ABS中橡胶组分对外界冲击能的吸收和对银纹发展的抑制。

而且ABS的冲击强度随温度降低得很慢，在－40°C时仍有一定的冲击强度，因而制品可长期在－40°C——100°C的温度范围内使用。

冲击强度的增加会使ABS的硬度和拉伸强度等下降，但ABS树脂总的特性是具有坚韧，质硬，刚性等优异的力学性能，并且良好的电绝缘性。

温度，湿度，和频率变化对ABS电性能的影响不显著。

由于结构中存在双键，ABS树脂的耐候性较差，在紫外线和热，氧作用下易发生氧化降解，使制品变脆。

成型特性：

ABS粒料表面极易吸湿，使成型塑件表面出现斑痕，云纹等缺陷。

因此，成型前必须进行干燥处理，比热比聚烯烃低，在注射机料筒中能很快加热，因而塑化效率高，在模具中凝固也比聚烯烃快，故模塑周期短。

表面粘度强烈地依赖于剪切速率，因此模具设计中大都采用点浇口形式。

ABS树脂为非结晶形高聚物，所以成型收缩率小。

其熔融温度低，熔融温度范围宽，流动性较好，有利于成型。

综合性能：

收缩率：

0.3~0.8%

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压缩比：

1.8~2.0

热变形温度：

0.46Mpa—90~180°C

0.185Mpa—83~103°C

拉伸屈服强度：

50Mpa

拉伸弹性模量；1.8x10

Mpa

弯曲强度：

60~80MPa

弯曲弹性模量：

1.4Gpa

压缩强度：

疲劳强度：

脆化温度：

ABS的注射工艺参数：

注射机类型：

螺杆式

喷嘴形式：

直通式

喷嘴温度：

180~190°C

料筒温度：

前段200~210°C后段180~200°C

模温；50~70°C

注射压力：

70~90MPa

保压力：

50~70MPa

注射时间：

3~5s

保压时间：

15~30s

冷却时间：

15~30s

成型周期：

40~70s

第二部分分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

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分型面的选择原则：

（1）便于塑件脱模

①开模时应尽量使塑件留在动模内

②应有利于侧面分型和抽芯

③应合理安排塑件在型腔中的位置

（2）考虑和保证塑件的外观不遭损坏

（3）尽力保证塑件尺寸的精度要求

（4）有利于排气

（5）尽量使模具加工方便

塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上,故从塑件脱模件精度要求角度考虑,应有利于塑件滞留在动模一侧,以便于脱模,而且不影响塑件的质量和外观形状,以及尺寸精度.所以分型面选择如下图:

第三部分型腔数目的确定及排列形式

常用的方法有四种：

1）、根据经济性确定型腔数目。

根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。

设型腔数目为n，制品总件数为N，每个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为C0，每小时注射成型的加工

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费用为y（元/h），成型周期为t（min），则：

模具费用为Xm=nC1+C0（元）

注塑成型费用为Xs=N（yt/60n）（元）

总的成型加工费用为X=Xm+Xs，即：

X=N（yt/60n）+nC1+C0

为使总的成型加工费用最小，即令dx/dn=0，则有N（yt/60n）（-1/n²）+C1=0，

所以n=

2）.根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。

当成型大型平板制件时，常用这种方法。

设注射机的额定锁模力为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm（MPa），单个制品在分型面上的投影面积为A1（mm²），浇注系统在分型面上的投影面积A2（mm²），则：

（nA1+A2）Pm≤F

n≤F-Pm•A2/Pm•A1

3）.根据注射机的最大注射量确定型腔数目。

设注射机的最大注射量为G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统的质量为W2（g），则型腔数目n为：

n≤（0.8G-W2）/W1

4）.根据制品精度确定型腔数目。

根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%。

设模具中的型腔数目为n，制品的基本尺寸为L（mm），塑件的尺寸公差为±σ，单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为±Δ%，则有塑件尺寸精度的表达式为：

L•Δ+（N-1）L•Δ•4%≤σ

简化后可得型腔数目为：

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n≤2500σ/Δ•L-24

对于高精度制件，由于多型腔难以使各型腔的成型条件均匀一致，一般型腔数不超过4个。

塑件的形状及尺寸如下图所示:

塑件的工作条件对精度要求一般,根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为4级精度。

（查阅《塑料模具设计与制造教程》P55表1—3—6）

根据图中各尺寸可得：

塑件的体积为：

V塑=0.3cm3

塑件的质量为：

M塑=V塑x

塑（（查得ABS的注射级密度为1.05g/cm3）

则塑件质量为M塑=0.32g

根据塑件的生产批量及尺寸精度和用途要求，及设计原则采用一模8腔。

其排布形式如下图

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第四部分浇注系统的初步确定

在设计浇注系统时应考虑下列因素：

1）塑件成型特性，设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性要求，以保证塑件质量。

2）根据塑件大小，形状壁后厚、技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑，设置浇注系统的形式，进料口数量及位置。

3）设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形并带有一定的锥度。

1主流道圆锥角α=2~6°，内壁粗糙度Ra=0.63um。

2主流道大端呈圆角，半径r=1~3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

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3在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm

。

主流道主要尺寸图

d=喷嘴直径+1R=喷嘴球面半径+2~3mm

α=2~6°r=1~3mmH=（1/3~2/5）R

根据《塑料模设计》P447中表7-28得4.8≤D≤9.5取D=7mm

L=60mm则计算得d=4mm。

则喷嘴孔径=d-1=3mmR=12+（2~3）取R=15mm

α=3°r=2mmH=6mm

本设计中采用一模八腔。

分流道成对称性分布。

分流道截面设计成圆型截面，加工较容易，且热量损失和压力损失均不大，为常用形式。

圆型截面分流道的直径可根据塑料的流动性等因素确定，该塑料件采用ABS塑料，流动性为中等，所以选用圆型截面。

由资料查得分流道直径d可取5~6mm。

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浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。

浇口的主要作用是：

型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；易于切除浇口凝料；对于多型腔模具，用一平衡进料，多浇口单型腔模具，用以控制熔接缝的位置。

浇口截面形状有矩形和圆形两种。

浇口约为0.5～2mm左右。

表面粗糙度Ra不低于0.4um。

1）浇口的位置

浇口的开设的维护子对塑件的质量影响很大，在决定浇口的位置时，应遵循以下原则：

①浇口应设置在能使型腔的各个角落同时充满的位置。

②浇口应设置在塑件较厚的部位，使熔体的厚断面流入薄断面，以利于补料。

③浇口应设置在有利于排除型腔中的气体的部位。

④浇口应设置在能避免塑件表面产生熔合纹的部位。

⑤对于带有细长型芯的模具，浇口位置的设置应使进料沿型芯轴向均匀进行，以免型心被熔体冲击而变形。

⑥浇口的设置应避免引起熔体的断裂。

⑦浇口的设置应不影响塑件的外观。

⑧浇口不要设置在塑件使用中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位。

2）浇口的形式

根据浇口的特征，浇口可以分为两大类：

非限制性浇口和限制性浇口。

限制性浇口形式常有以下10种：

点浇口、潜伏浇口、侧浇口、重叠浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、

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轮辐式浇口和爪形浇口、护耳浇口等。

根据经验及上述浇口形式，此设计中选用侧浇口形式进行浇注。

侧浇口的一些特点：

侧浇口又称边缘浇口，一般开设在分型面上，从型腔外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便地调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而称之为标准浇口。

侧浇口的特点是浇口截面形状简单，加工方便；能对浇口尺寸进行精密加工；浇口位置选择比较灵活，以便于改善充模状况；不必从注射机上卸模就能进行修正；去除浇口方便，痕迹小。

综上所述及经验，浇注系统采用平衡式浇注系统。

平衡式浇注系统的优点：

分流道与浇口的长度、形状、断面尺寸都对应相等，可以保证在相同的温度和压力下，使所有的型腔在同一时刻被同时充满。

第五部分注射机的选用及其规格

根据计算出的塑件质量和浇注系统的尺寸数值分析计算初步选

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定注射机型号为XS-Z-60并由资料查得注射机的规格参数如下：

型号XS-Z-60

额定注射量（cm3）60

螺杆直径（mm）38

注射压力（Mpa）122

注射行程（mm）170

注射方式柱塞式

合模力（kn）50x104

最大注射面积（cm2）130

最大开（合）模行程（mm）180

模具最大厚度（mm）200

模具最小厚度（mm）70

动、定固定板尺寸（mm）300x400

拉杆空间（mm）190x300

合模方式液压——机械

推出方式中心推出

定位圈尺寸Ø55

机器外型尺寸（m）3.61x0.8x1.46

选标准模架:

根据分析初步选用模架的结构和规格。

查得选用：

A1—160160—27—Z2GB/T12556.1—1990

定模板厚度：

A=32mm

动模厚度：

B=25mm

垫块厚度：

C=50mm

模具厚度：

Hm=40+A+B+C=（40+32+25+50）=147mm

模具外形尺寸：

200mmX200mmX147mm

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第六部分成型零部件的工作尺寸计算

成型零件系指构成模具型腔的零件,通常有凹模\型芯\各种成型杆和成型环.

成型零件应具备的性能,由于成行零件直接与高温高压的塑料熔体接触,它必须具有如下一些性能:

1.具有足够的强度、刚度,以承受塑料熔体的高压.

2.具有足够的硬度和耐磨性,一承受料流的摩擦和磨损.通常进行热处理,使其硬度达HRC40以上.

3.对于成形会产生腐蚀性气体的塑料（如PVC、POM、PF等）,还应选择耐腐蚀的合金钢或进行铬处理。

4.材料的抛光性能好，表面应该光滑美观，表面粗糙度要求应在Ra0.4以下，成形光学用制品的模具，型腔表面应达到镜面。

5.切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好。

6.熔焊性能要好以便于处理修理。

7.成形部位须有足够的尺寸精度，通常孔类零件精度为H8～H10，轴类零件精度为h7～h10。

1）凸模结构的设计：

凸模的作用是将压机的压力传递到塑件上，并压制塑件的内表面及端面。

凸模由两部分组成：

上端与加料室的配合环部分配合，防止熔料溢出并有导向作用，有时下端成形部分并设有脱模斜度。

凸模结构有整体及组合式等形式。

当塑件形状较简单、凸模高度不大，便于加工及热处理变形较小的情况下，则凸模开为整体结构，反之采用组合式结构。

据以上所述，其实际需要，设计的凸模结构形式为组合式，如图:

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2）凹模结构的设计：

凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。

根据需要有以下几种结构形式：

整体式凹模、组合式凹模。

组合式凹模包括整体嵌入式凹模、拼块组合式凹模、局部镶嵌式凹模。

为了达到成形塑件外表面的凹状零件的要求，综上所述，凹模结构设计成整体嵌入式凹模如下图：

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整体嵌入式凹模：

对于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模板中。

这种结构的凹模习惯抓哏、尺寸一致性好，更换方便。

凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，一H7/m6过渡配合嵌入定模板中，然后用定模座板将其固定。

3）成型零件工作尺寸部分尺寸计算:

产生偏差的原因：

1塑件的成型收缩率成型收缩率引起制品产生尺寸偏差的

因有：

额定收缩率（计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）

与制品实际收缩率之间的误差，成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。

σs=（Smax-Smin）x制品尺寸

σs——成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差

Smax、Smin——分别是制品的最大收缩率和最小收缩率

1成型零部件的磨损。

本产品为ABS制品，属于大批量生产的小型塑件。

此品采用4级精度，属一般精度制品。

因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围内，凸凹模各处工作尺寸的制造公差因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达IT7~IT9及，并将凹模各处工作尺寸的制造公差按塑件公差的1/3取值。

型芯中心距的制造公差按塑件上两中心距公差的1/4取值。

综合参考，相关计算具体如下：

各尺寸公差由相关资料查得.

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1）型腔尺寸：

DM=[D（1+S）-3/4Δ]0+δz

=[9.5（1+0.0055）-3/4x0.36]0+0.36/3

=9.45

H1M=[H1（1+S）-2/3Δ]0+δz

=[1.9（1+0.0055）-3/4x0.22]0+0.22/3

=

H2M=[H2（1+S）-2/3Δ]0+δz

=[7（1+0.0055）-3/4x0.36]0+0.36/3

=

2）型芯尺寸：

dM=[d（1+S）+3/4Δ]0-δz

=[1.5（1+0.0055）-3/4x0.22]0-δz

=

H1M=[H1（1+S）-2/3Δ]0+δz

=[1.9（1+0.0055）-3/4x0.22]0+0.22/3

=

H2M=[H2（1+S）-2/3Δ]0+δz

=[7（1+0.0055）-3/4x0.36]0+0.36/3

=

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第七部分导向机构的设计

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。

导柱导向机构用于动、定模之间开合模导向和脱模机构的运动反复系。

导柱导向通常由导柱与导套（或孔）的间隙配合组成，并呈滑动运动的导向机构，主要零件有导柱和导套。

1）导向机构的功用

任何一副模具在定、动模之间都设置有导向机构。

其功用是：

①定位作用合模时维持动、定模之间的一定方位，合模后保持模腔的正确形状。

②导向作用合模时引导动模按序着呢过去闭合，防止损坏型芯，并承受一定的侧向力。

③承载作用采用推件板脱模或三板式模具结构，导柱有承受推件板和定模型腔板的重载荷作用。

④保持运动平稳作用对于大、中型模具的脱模机构，有保持机构运动灵活平稳的作用。

2）设计导柱和导套时应注意以下几点：

①导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。

②导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。

③导柱和导套应有足够的耐磨读和强度，常采用20＃低

碳钢经渗碳0.5～0.8mm，淬火48～55HRC，也可采用T8A碳素工

具钢，经淬火处理。

导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4，固定部分为Ra为0.8，导套内外圆柱面表面粗糙度取为Ra为0.8

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为妥。

④为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。

一般倒脚半径为1～2mm。

⑤导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。

⑥一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。

⑦除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。

⑧导柱的直径应根据模具大小而定，可参考标准模架数据选取。

3）导柱的设计

导柱的作用：

与安装在另一半模具上的导套（或孔）相配合，用以保证动模与定模的相对位置，保证模具开合模运动导向精度的圆柱形零件。

导柱设计如图7-1。

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导套的作用：

与安装在另一半模具上的导柱相配合，用以保证动模与定模的相对位置，保证模具开合模运动导向精度的圆套形零件。

导套设计如图7-2。

4）导柱与导套的装配

导柱、导套分别安装在动模板上，作为模具合模用的导向装置。

因此动、定模板的导柱、导套孔的加工很重要，其相对位置误差应在0.01mm以内。

除了用坐标镗床可以分别在动、定模上镗孔以外，比较普遍采用的方法是将动、定模板合在一起（用工艺销钉定位），在立钻、铣床或镗床上进行钻孔。

导柱、导套的装配很重要，它直接影响模具的后续加工及模具精度。

其装配要点如下：

①对导柱、导套进行选配。

②导柱、导套压入时，应校正垂直度，随时注意防止偏斜。

导套可以采用导向心棒法进行压入。

导柱压入时，可借助定模板上的导套作导向。

③导套压入时，应严格控制导套及导套孔的过盈量，以防止导套孔缩小。

④导柱压入时，一定要试一下启模和合模时是否灵活，以保证达到起模、合模时导套导柱间滑动灵活。

5）导柱与导套的加工工艺过程

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①导柱的机械加工工艺过程如下：

下料→车端面钻中心孔→车外圆→检验→热处理→中心孔研磨→磨外圆→检验

②导套的机械加工工艺过程如下：

下料→车外圆及内孔→车外圆倒角→检验→热处理→磨内外圆→研磨内孔→检验

第八部分脱模机构设计

注射成型没一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构或脱模装置。

1）设计原则及分类

1>设计原则

脱模机构设计一般遵循下述原则：

①塑件滞留与动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。

②防止塑件变形或损坏，正确分析塑件对模将的粘附力的大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模装置，使推卸重心与脱模阻力中心相重合。

由于塑料收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位，作用面积也应尽可能大一些，以离塑件变形或损坏。

③力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。

在采用推杆脱模时，尤其要注意这个问题。

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④结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且具有足够的强度和刚度。

⑤合模装置要正确复位。

2）脱模机构分类

脱模机构分类有多种方法，但主要以脱模装置结构特征分类较实用和直观。

①简单脱模机构又叫简单顶出机构或一次顶出机构，它包括常见的推杆、推管和推板脱模机构。

②二级脱模机构一些形状特殊塑件，如采用一次脱模，易使其变形损坏或不能自动卸下，须对塑件进行第二次推顶的脱模装置。

③双脱模机构动模、定模两边都设置有简单脱模机构的装置。

④顺序脱模机构对于成形形状复杂塑件的模具。

一般要有多个分型面，须按顺序分型才能使塑件顺利脱出的机构。

⑤螺纹塑件脱模装置系指模内自动旋转卸模螺纹型芯或型环脱离塑件的机构。

从塑件形状，对以上脱模机构的形式逐一考虑，因而此设计当中选用的脱模机构为简单脱模机构中的推板脱模机构脱模。

3）推板脱模机构

推出板又称顶出板，对于薄壁壳体系的塑件以及不允许在塑件表面留有顶出痕迹的塑件很适用。

推板脱模的特点是顶出力大并且均匀，运动平稳，塑件不宜变形，表面无顶出痕迹，结构简单那，勿需设置复位装置。

1>推板脱模机构设计注意事项

①为减少推出时的运动摩擦力，防止推板偏心而溢料，推

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板应该与型芯是锥面配合或间隙配合（H7/H6）。

推板内孔应比型芯成形部分要大0.2～0.25mm。

②推板与型芯的配合间隙以塑料不溢料为准。

当推板脱出无通孔的大型深腔壳体类塑件时，要求型芯有一合理的脱模斜度。

比如型芯脱模斜度过小应在型芯上增设一个进气装置。

防止型芯与塑件之间产生真空。

③在动模座板与顶出板之间应该加设顶出限位钉，使推杆复位后，顶出板与动模座板之间有2-5mm空隙，以保护模具的推板及型腔、型芯。

④当型芯细长，塑件可为通孔时，则型芯前端应有定模板支承，以防止偏心和位移。

第九部分冷却系统的设计

塑料注射模温度调节能力的好坏，直接影响到塑件的质量，而且也决定着生产效率的高低，塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速，以减少塑件的内应力，使塑件的生产做到优质高效率。

1）温度调节系统的作用

温度调节系统在模具中的作用是至关重要的，尤其对厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件来讲更为重要。

1>温度调节系统的要求质量优良的塑件应满足以下六方面的要求，即收缩率小，变形小，尺寸稳定，冲击强度高，耐应力开裂性好和表面粗糙度低。

模温对以上各点的影响分述如下：

①低的模温可以减少塑料制件的成型收缩率。

模温均匀冷却时间短，注射速度快.可以减少塑件的变形。

其中均匀一致的模温尤为重要，但是由于塑件形状复杂，壁厚不一样，充满顺。

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序先后不同，常出现冷