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按鈕模具設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師: 譚小紅
摘要
注射模具設(shè)計(jì)一個(gè)涉及面很廣的設(shè)計(jì),它必須考慮到塑件的材料、精度、注射機(jī)和模具的匹配等.
按鈕采用的材料是改性聚苯乙烯,是一種熱塑性材料,符合注射模的要求.它的精度要求不高,一般4級(jí)就能滿(mǎn)足要求.根據(jù)任務(wù)書(shū)要求,該制件屬于打批量生產(chǎn),所以采用了一模24腔設(shè)計(jì),凹凸模開(kāi)設(shè)在定模板和中間板之間.采用普通澆注系統(tǒng)點(diǎn)澆口的形式.根據(jù)估算制件和澆注系統(tǒng)凝料的重量.選用XS-Z-60型注射機(jī),315*400*194A1型模架..分型面設(shè)在定模板和中間板之間,分型時(shí)利用拉料桿將凝料一同拉出,再用推桿和拉料桿一同將制件和凝料頂出.根據(jù)制件的精度要求和尺寸大少算出型腔和型芯的尺寸公差,再根據(jù)強(qiáng)度條件取壁厚5mm.由此畫(huà)出各模板和零件圖,最后畫(huà)出裝配圖并校核各參數(shù),校核無(wú)誤才能使用.整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程必需嚴(yán)謹(jǐn),不能疏忽每一個(gè)環(huán)節(jié),有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參考相關(guān)機(jī)械相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè).此套模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械的自動(dòng)化.
關(guān)鍵詞
多型腔（more caviy）;按鈕模,CAD(制圖)
一．引言
有分析認(rèn)為,我國(guó)塑料工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求,05年塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中的比例已上升到40%左右,在未來(lái)的幾年里還將繼續(xù)上升.模具是一種技術(shù)密集,資金密集的產(chǎn)品,在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位也非常重要.由于新技術(shù),新材料,新工藝的不斷發(fā)展,促使模具技術(shù)不斷進(jìn)步. 按鈕的用處很廣泛，不管是機(jī)械，家用，特別是一寫(xiě)娛樂(lè)工作用的特別的多。它的用途主要就是控制電流的接通和斷開(kāi)。它的用途很簡(jiǎn)單但它的作用卻很大，它直接關(guān)系著工作能否順利進(jìn)行.目前市場(chǎng)上的按鈕模具也非常多,設(shè)計(jì)的很有創(chuàng)意也非常實(shí)用.此套模具設(shè)計(jì)的著重點(diǎn)主要是簡(jiǎn)單實(shí)用,滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的經(jīng)濟(jì)型模具.
圖1 制件
二，塑件的工藝分析
２.１分析塑件使用材料的種類(lèi)及工藝特征
該材料為改性聚苯乙烯，一般聚苯乙烯強(qiáng)度不高，質(zhì)硬而脆，有易破碎和耐熱性低性等缺點(diǎn)。而通過(guò)改性后：它的抗沖擊性，絕緣性，耐熱性，耐應(yīng)力開(kāi)列性等性能都提高了?；瘜W(xué)性能也更穩(wěn)定了。原料在成型前要很好的干燥，以防止塑件產(chǎn)生氣泡渾濁，銀絲和發(fā)黃等缺陷，影響塑件質(zhì)量：為了得到良好的外觀質(zhì)量，防止塑件表面出現(xiàn)流動(dòng)痕跡，熔接痕和氣泡等不良現(xiàn)象，一般采用盡可能低的注射速度。
２.２分析塑件的結(jié)構(gòu)工藝性
塑件尺寸較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)塑件的測(cè)量和計(jì)算沒(méi)較大影響，符合塑件的設(shè)計(jì)要求。
２.３ 塑件精度要求
塑件工作要求不高，故選普通精度：４級(jí)
三，初選注射機(jī)確定型腔數(shù)
３.１．根據(jù)塑件的形狀估算其體積和質(zhì)量
采用相似值法來(lái)計(jì)算。
圖2 制件簡(jiǎn)圖
V1=3×3.14×2×2×1.5+8.755×7.25×1.5-3.14×3×3×0.5
=135.7421 mm3
V2=3.14×6.75×6.75×1.8=257.508 mm3
塑件的體積 V=135.742+257.508=393.250 mm3
塑件的重量 G=0.39325×1.058=0.413克
改性聚苯乙烯的密度為1.058克每立方厘米
3.2、根據(jù)塑件的計(jì)算重量或體積，選擇設(shè)備型號(hào)規(guī)格，確定型腔數(shù)當(dāng)未限定設(shè)備時(shí)，須考慮以下因素：
3.2.1、注射機(jī)額定注射量Gb，每次注射量不超過(guò)最大注射量的80%
即 n=(0.8Gb－Gj)/Gs 式中n－型腔數(shù)
Gj－澆注系統(tǒng)重量(g)
Gs－塑件重量(g)
Gb－注射機(jī)額定注射量(g)
估算澆注系統(tǒng)的體積Vj，分流道為梯形，根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案
圖3 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)的估算結(jié)果:
V1=[9π+（9π·16π）1/2+16π]×24/3=912 mm3
V2=235×π×r×r/2=1476 mm3
V3=24×[π+（π·4π）1/2+4π]×12/3=4224 mm3
Vj=6612 mm3
Gj=Vjp=6.612×1.05=6.9426克
設(shè)n=24 則得：
Gb=（n Gs+ Gj）/0.8
=（24×0.413+6.9426）/0.8g
=24.0576g
從計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)塑料注射機(jī)技術(shù)規(guī)格表4.2
選用XS－Z－60型注射機(jī)。這樣足夠.
3.2.2、根據(jù)塑件精度，由于該塑件精度較低，
故采用多型腔模具，即n=24。
3.2.3、生產(chǎn)批量該塑件屬大批量生產(chǎn)，故宜采用取多型腔模具。
四．確定模具結(jié)構(gòu)方案
4.1 確定成型位置
由于塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以不用設(shè)計(jì)小型心,型腔直接開(kāi)設(shè)在定模板和中間板上.采用兩排各12個(gè)型腔分布.
4.2 確定分型面
采用單分型面注射模,從AA分型面一次分型,如下圖所示:
圖4 裝配圖
4.3 脫模原理
開(kāi)模時(shí),注射機(jī)開(kāi)合模系統(tǒng)帶動(dòng)中間板下部一起向下運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)一定行程后,制件上部和料耙一同從定模板時(shí)光后脫離,然后推板開(kāi)始作用,推桿和拉料桿在推板的作用下將制件和料耙一同推離中間板,制件和料耙自行下落,再由人工分離料耙和制件.
4.4、澆注系統(tǒng)形式
采用普通澆注系統(tǒng)，由于多型腔模，必須設(shè)置分流道，用點(diǎn)澆口形式從零件側(cè)部進(jìn)料，利用分型面間隙排氣。
4.4.1、主流道設(shè)計(jì)
主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能順利從澆口中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角為 3o。小端直徑d比注射機(jī)噴嘴直徑大0.5－1mm。由于小端的前面是球面，其深度為3－5mm，取值為5mm，注射機(jī)噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面大1－2mm。
4.4.2、分流道設(shè)計(jì)
a．分流道的形狀和尺寸
分流道開(kāi)設(shè)在定模板上，其截面形狀為半圓形，底部以圓角相連。分流道為二次分流道，具體形狀如圖三。
b、分流道的表面粗糙度
由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動(dòng)狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，這可增加對(duì)外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。
c、分流道在分型面上的布置形式
分流道在分型面上的布置形式與行腔在分型面上的布置形式密切相關(guān)。由于行腔呈矩形形狀分布，則分流道一般采用“非”字狀分布。
4.4.3、澆口的設(shè)計(jì)
此套模具采用的是點(diǎn)澆口的形式，點(diǎn)澆口是一種截面尺寸很小的澆口。這種澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增加塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱，從而導(dǎo)致容體的表現(xiàn)粘度下降，流動(dòng)性增加，有利于型腔的充填。
4.5、冷卻與加熱系統(tǒng)
塑件的體積很小，不宜在凸模上開(kāi)設(shè)冷卻水道，故采用較薄的模板,這樣塑件就可以很快的自行冷卻.
4.6確定主要零件結(jié)構(gòu)及尺寸
經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì),預(yù)選中小型315×400×194標(biāo)準(zhǔn)A1模架，各板厚數(shù)值皆已有國(guó)際規(guī)定，其強(qiáng)度足夠。
4.6.1型腔尺寸計(jì)算
參考資料：《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》
a、 板厚及側(cè)壁厚計(jì)算：
b、 ⑴按強(qiáng)度條件計(jì)算側(cè)壁厚：
S≥r［［σ］/（［σ］-2p）-1］
式中 p—型腔內(nèi)單位面積熔體壓力；
σ—型腔側(cè)壁的最大彎曲應(yīng)力；
r—型腔內(nèi)壁半徑。
則S≥6.75［160/（160-2p）-1］=4.45mm
因此取型腔之間的壁厚為5mm。
⑵按強(qiáng)度條件計(jì)算型腔底板厚度：
h≥（1.22pr2/［σ］）1/2
則h≥（1.22×50×6.75/160）1/2=4.20mm
為了方便加工，取S=12。
故選315×400×194A1模架是可行的，其導(dǎo)柱導(dǎo)套等標(biāo)準(zhǔn)件借從模架中選取。
b、型腔徑向尺寸的計(jì)算：
φ13.5：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×13.5-0.5×0.18]+00.18/3=13.48+00.06
R2：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×2-0.5×0.12]+00.12/4=1.95+00.03
R1.8：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×1.8-0.5×0.12]+00.12/4=1.75+00.03
型腔深度的計(jì)算：
2：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×2-0.5×0.12]+00.12/4=1.95+00.03
1.5：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.5×0.12]+00.18/3=1.45+00.04
c、型芯尺寸計(jì)算
型芯徑向尺寸的計(jì)算：
φ6：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×6+0.5×0.16]-00.16/4=6.14-00.04
R34：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×34+0.6×0.26]-00.26/4=34.35-00.09
型芯高度公式：
1：（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×1-0.5×0.12]+00.18/4=1.06+00.04
4.6.2、定模座板
外形尺寸：400×315×25mm；材料：Q235A；調(diào)質(zhì)HB216-260；澆口套與板之間采用φ20H7/k6過(guò)渡配合，四個(gè)孔距為260×160mm，四個(gè)小孔為160×100的銷(xiāo)釘孔。如圖5所示。
圖5 定模座板
4.6.3、定模板
外形尺寸：315×315×32mm；材料：45鋼；調(diào)質(zhì)HB230-270；板上開(kāi)16腔孔；采用四個(gè)φ30,孔距為230*6mm的導(dǎo)套孔采用過(guò)渡配合（H7/k6）；另有四個(gè)孔，孔距為260*0mm。如圖6所示。
圖6 定模板
4.6.3、中間板
外形尺寸：315×315×32mm；材料：45鋼；調(diào)質(zhì)HB230-270；板上開(kāi)24腔孔；采用四個(gè)φ20mm、孔距為258×260mm的導(dǎo)柱與孔采用過(guò)渡配合（H7/k6）；260×160mm。如圖7所示。
圖7 中間板
4.6.7、推桿固定板
外形尺寸：199×315×20mm；材料：Q235A；四個(gè)與φ2.6推桿過(guò)渡配合、孔距為150×240mm的孔；四個(gè)用于連接推板的M12螺釘孔，孔距為285×160mm，如圖8所示。
圖8 推桿固定板
4.6.8、推板
外形尺寸：315×199×20mm；材料：45鋼；淬火HRC43-48；四個(gè)用于連接推桿固定板的φ12孔，孔距為285×160mm。如圖9所示。
圖9
4.6.9、動(dòng)模座板
外形尺寸：400×315×25mm；材料：Q235A；調(diào)質(zhì)HB216-260；四個(gè)孔距為260×160mm的M16螺釘孔。如圖10所示。
圖10 動(dòng)模座板
五、校核注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)
5.1、注射量的校核
前面計(jì)算的塑件總重量為6.608g，澆注系統(tǒng)重量為5.4g
則每次注射所需塑料量為：
6.608+5.4=12.008克
注射機(jī)的最大注射量為：60×0.8×1.05=50.4g>12.008g
5.2、鎖模力與注射壓力
鎖模力校核公式：
Fz=P（nA+A1）＜Fp
式中 Fz——熔融塑料在分型面上的漲開(kāi)力，N。
P——塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力，MPa，其大小一般是注射壓力的80%，注射壓力大小見(jiàn)表3.1；
n——型腔的數(shù)量；
A——單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積，mm2
A1——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm2
Fp——注射機(jī)的額定鎖模力，N。
Fz =50（24×π×13.52+144）=431700N
Fp＞Fz，滿(mǎn)足條件。
5.3、模具厚度H與注射機(jī)閉合高度
注射機(jī)開(kāi)模行程應(yīng)大于模具開(kāi)模時(shí)取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開(kāi)模距，
即滿(mǎn)足下式：
S≥H1+H2+a+（5—10）mm
式中 S——注射機(jī)最大開(kāi)模行程，180mm；
H1——推出距離（脫模距離），mm；
H2——塑料高度，mm；
a——定模板與中間板之間的分開(kāi)距離。
則：H1+H2+a+（5—10）=5+3.5+60+10=78.5mm＜180mm
所以，能滿(mǎn)足要求。
結(jié)束語(yǔ)
注射模是一種高精密型的模具,目前需求量非常大,并且在所有模具的供求比例中急劇上升.隨著新
技術(shù)和新軟件的不斷發(fā)展,解決了很多設(shè)計(jì)和技術(shù)上的不足,使注射模的設(shè)計(jì)更加的完美,應(yīng)用也更是
廣泛.注射模具的設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是體現(xiàn)在滿(mǎn)足產(chǎn)品要求的基礎(chǔ)上經(jīng)濟(jì)實(shí)用.這就對(duì)設(shè)計(jì)者提出很高的要求.
不是說(shuō)模具設(shè)計(jì)的很復(fù)雜,看上去花了很多精力就行.往往一副成功的模具看上去很簡(jiǎn)單,但它很實(shí)用.
這就是我們所要學(xué)習(xí)的.在此次設(shè)計(jì)中,我主要考慮的也就是這個(gè)問(wèn)題,怎樣才能使我設(shè)計(jì)的模具既簡(jiǎn)單
又能滿(mǎn)足按鈕的使用要求.通過(guò)總結(jié)以前的課程設(shè)計(jì),結(jié)合所學(xué)的注射模設(shè)計(jì)知識(shí)和輔助設(shè)計(jì)軟件,在指
導(dǎo)老師的細(xì)心帶領(lǐng)下完成了此次設(shè)計(jì).我體會(huì)到模具設(shè)計(jì)是一門(mén)很深學(xué)問(wèn),沒(méi)有一定的耐心毅力和專(zhuān)業(yè)
基礎(chǔ)是不行,還必需不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)和新的設(shè)計(jì)思想.三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束,面臨的是更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)
和學(xué)習(xí).我將以更加飽滿(mǎn)的熱情更加積極的態(tài)度投入到今后的工作學(xué)習(xí)中,爭(zhēng)做有用人才.
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