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按鈕模具設(shè)計 指導(dǎo)老師: 譚小紅
摘要
注射模具設(shè)計一個涉及面很廣的設(shè)計,它必須考慮到塑件的材料、精度、注射機和模具的匹配等.
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級就能滿足要求.根據(jù)任務(wù)書要求,該制件屬于打批量生產(chǎn),所以采用了一模24腔設(shè)計,凹凸模開設(shè)在定模板和中間板之間.采用普通澆注系統(tǒng)點澆口的形式.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,315*400*194A1型模架..分型面設(shè)在定模板和中間板之間,分型時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)強度條件取壁厚5mm.由此畫出各模板和零件圖,最后畫出裝配圖并校核各參數(shù),校核無誤才能使用.整個設(shè)計過程必需嚴謹,不能疏忽每一個環(huán)節(jié),有關(guān)標準參考相關(guān)機械相關(guān)設(shè)計手冊.此套模具結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)部分機械的自動化.
關(guān)鍵詞
多型腔（more caviy）;按鈕模,CAD(制圖)
一．引言
有分析認為,我國塑料工業(yè)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求,05年塑料模具在整個模具行業(yè)中的比例已上升到40%左右,在未來的幾年里還將繼續(xù)上升.模具是一種技術(shù)密集,資金密集的產(chǎn)品,在我國國民經(jīng)濟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)不斷進步. 按鈕的用處很廣泛，不管是機械，家用，特別是一寫娛樂工作用的特別的多。它的用途主要就是控制電流的接通和斷開。它的用途很簡單但它的作用卻很大，它直接關(guān)系著工作能否順利進行.目前市場上的按鈕模具也非常多,設(shè)計的很有創(chuàng)意也非常實用.此套模具設(shè)計的著重點主要是簡單實用,滿足市場需求的經(jīng)濟型模具.
圖1 制件
二，塑件的工藝分析
?。?１分析塑件使用材料的種類及工藝特征
該材料為改性聚苯乙烯，一般聚苯乙烯強度不高，質(zhì)硬而脆，有易破碎和耐熱性低性等缺點。而通過改性后：它的抗沖擊性，絕緣性，耐熱性，耐應(yīng)力開列性等性能都提高了。化學性能也更穩(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)簡單，對塑件的測量和計算沒較大影響，符合塑件的設(shè)計要求。
２.３ 塑件精度要求
塑件工作要求不高，故選普通精度：４級
三，初選注射機確定型腔數(shù)
３.１．根據(jù)塑件的形狀估算其體積和質(zhì)量
采用相似值法來計算。
圖2 制件簡圖
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)塑件的計算重量或體積，選擇設(shè)備型號規(guī)格，確定型腔數(shù)當未限定設(shè)備時，須考慮以下因素：
3.2.1、注射機額定注射量Gb，每次注射量不超過最大注射量的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
從計算結(jié)果，并根據(jù)塑料注射機技術(shù)規(guī)格表4.2
選用XS－Z－60型注射機。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)簡單,所以不用設(shè)計小型心,型腔直接開設(shè)在定模板和中間板上.采用兩排各12個型腔分布.
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
開模時,注射機開合模系統(tǒng)帶動中間板下部一起向下運動,運動一定行程后,制件上部和料耙一同從定模板時光后脫離,然后推板開始作用,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，用點澆口形式從零件側(cè)部進料，利用分型面間隙排氣。
4.4.1、主流道設(shè)計
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)計成圓錐形，其錐角為 3o。小端直徑d比注射機噴嘴直徑大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
a．分流道的形狀和尺寸
分流道開設(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
此套模具采用的是點澆口的形式，點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)過初步設(shè)計,預(yù)選中小型315×400×194標準A1模架，各板厚數(shù)值皆已有國際規(guī)定，其強度足夠。
4.6.1型腔尺寸計算
參考資料：《塑料成型工藝與模具設(shè)計》
a、 板厚及側(cè)壁厚計算：
b、 ⑴按強度條件計算側(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按強度條件計算型腔底板厚度：
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)套等標準件借從模架中選取。
b、型腔徑向尺寸的計算：
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、型芯尺寸計算
型芯徑向尺寸的計算：
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過渡配合，四個孔距為260×160mm，四個小孔為160×100的銷釘孔。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16腔孔；采用四個φ30,孔距為230*6mm的導(dǎo)套孔采用過渡配合（H7/k6）；另有四個孔，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24腔孔；采用四個φ20mm、孔距為258×260mm的導(dǎo)柱與孔采用過渡配合（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；四個與φ2.6推桿過渡配合、孔距為150×240mm的孔；四個用于連接推板的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、動模座板
外形尺寸：400×315×25mm；材料：Q235A；調(diào)質(zhì)HB216-260；四個孔距為260×160mm的M16螺釘孔。如圖10所示。
圖10 動模座板
五、校核注射機有關(guān)工藝參數(shù)
5.1、注射量的校核
前面計算的塑件總重量為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力，N。
P——塑料熔體對型腔的成型壓力，MPa，其大小一般是注射壓力的80%，注射壓力大小見表3.1；
n——型腔的數(shù)量；
A——單個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——注射機的額定鎖模力，N。
Fz =50（24×π×13.52+144）=431700N
Fp＞Fz，滿足條件。
5.3、模具厚度H與注射機閉合高度
注射機開模行程應(yīng)大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距，
即滿足下式：
S≥H1+H2+a+（5—10）mm
式中 S——注射機最大開模行程，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距離。
則：H1+H2+a+（5—10）=5+3.5+60+10=78.5mm＜180mm
所以，能滿足要求。
結(jié)束語
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)計和技術(shù)上的不足,使注射模的設(shè)計更加的完美,應(yīng)用也更是
廣泛.注射模具的設(shè)計的重點是體現(xiàn)在滿足產(chǎn)品要求的基礎(chǔ)上經(jīng)濟實用.這就對設(shè)計者提出很高的要求.
不是說模具設(shè)計的很復(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單,但它很實用.
這就是我們所要學習的.在此次設(shè)計中,我主要考慮的也就是這個問題,怎樣才能使我設(shè)計的模具既簡單
又能滿足按鈕的使用要求.通過總結(jié)以前的課程設(shè)計,結(jié)合所學的注射模設(shè)計知識和輔助設(shè)計軟件,在指
導(dǎo)老師的細心帶領(lǐng)下完成了此次設(shè)計.我體會到模具設(shè)計是一門很深學問,沒有一定的耐心毅力和專業(yè)
基礎(chǔ)是不行,還必需不斷學習新的技術(shù)和新的設(shè)計思想.三年的學習即將結(jié)束,面臨的是更加嚴峻的挑戰(zhàn)
和學習.我將以更加飽滿的熱情更加積極的態(tài)度投入到今后的工作學習中,爭做有用人才.
參考文獻
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