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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 32 頁 共 32 頁
1 引言
1.1 模具的概述
模具，是金屬與非金屬壓力成形加工工藝系統(tǒng)的專業(yè)工業(yè)裝備，是專用成型工具，是專用技術(shù)產(chǎn)品。
模具實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和商品化生產(chǎn)，是制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和水平的標(biāo)志，是制造業(yè)現(xiàn)代化的工業(yè)基礎(chǔ)。
在我國模具工業(yè)總產(chǎn)值中，沖壓模具占50%，塑料模具占33%，壓鑄模具占6%，其他模具各占11%。模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、電子通訊、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛應(yīng)用，與其它加工制造業(yè)所無法比擬的[1]。
模具產(chǎn)品的品種很多，主要以沖壓模具、塑料模具和壓鑄模具為主。塑料注射模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復(fù)雜的高精度的塑料制品。設(shè)計(jì)塑料注射模具首先要對(duì)塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我們常說的ABS 塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體采用乳液、本體或懸浮聚合法生產(chǎn)，使其具有三種單體的優(yōu)越性能和可模塑性，在一定的溫度和壓力下注射到模具型腔，產(chǎn)生流動(dòng)變形，獲得型腔形狀，保壓冷卻后頂出成塑料產(chǎn)品 [2]。
現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，涉及機(jī)械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學(xué)科專業(yè)范圍。優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應(yīng)用針對(duì)各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場(chǎng)多樣化和新產(chǎn)品試制，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成型沖模、塑料注射?；驂鸿T模等，應(yīng)當(dāng)是未來5～20年的模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。所以在這種情況下,研究這一課題是具有現(xiàn)實(shí)意義的。
1.2 國內(nèi)外模具的現(xiàn)狀及發(fā)展
1.2.1 國外模具技術(shù)發(fā)展及目前水平
模具產(chǎn)品是工業(yè)產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。西方發(fā)達(dá)國家為了適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品品種多、更新快、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的局面，加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)周期短、精度高、壽命長、成本低的模具產(chǎn)品的研究和開發(fā)，近十多年來，國外先進(jìn)國家的模具技術(shù)水平得到了飛速發(fā)展：
(1)CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用
在歐美CAD/CAM/CAE已成為塑模企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在CAD的應(yīng)用方面已經(jīng)超越了甩掉圖板，二維繪圖的初級(jí)階段。目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70%、89%，Pro/E，UG，CI以TRON等軟件的應(yīng)用很普遍。應(yīng)用這些軟件不僅可完成2D設(shè)計(jì)，同時(shí)也獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。應(yīng)用3D設(shè)計(jì)，還在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行裝配干涉的檢查，以保證設(shè)計(jì)和工藝的合理性。在歐美的塑模企業(yè)中，為了提高CAD技術(shù)的效率，塑模標(biāo)準(zhǔn)件的采用率一般在80%以上[1]。
(2)激光技術(shù)的應(yīng)用日益受到重視
激光技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用主要是在快速成形與一些特殊模具的加工兩個(gè)方面?？焖俪尚问歉鶕?jù)CAD 的數(shù)據(jù),不借助任何機(jī)械加工工具,通過逐層增加材料的方法(如聚合、粘結(jié)、燒結(jié)等) 快速制造出零件原型或零件實(shí)物,故也稱快速原形制造(縮寫為PRM) 技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)主要有立體光固造型(SLA) ,選擇性激光燒結(jié)(SLS) ,分層實(shí)體制造(LOM) 等。該技術(shù)將CAD 技術(shù)、激光技術(shù)、CNC 技術(shù)、材料加工和材料科學(xué)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,給模具制造業(yè)帶來了根本性的變革[2]。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造相比,它能比數(shù)控加工更快、更方便地設(shè)計(jì)并制造出各種復(fù)雜的原型,使模具的制造成本和生產(chǎn)周期減少1/ 2 ,明顯提高生產(chǎn)率。國內(nèi)的一些大型企業(yè)集團(tuán),如海爾、春蘭和科龍等公司已經(jīng)應(yīng)用激光快速成形于新產(chǎn)品開發(fā)等方面,并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)模具材料先進(jìn)
隨著模具工作條件的日益苛刻，對(duì)模具的質(zhì)量，特別是鋼的純凈度、等向性的水平提出了更高的要求。 為達(dá)此目的$國外普遍采用電爐外精煉工藝生產(chǎn)純凈度高的模具鋼， 對(duì)于大截面鍛壓模塊和大型的鋼材規(guī)定采用真空處理。對(duì)于純凈度要求更高的模具鋼，大部分采用電渣重熔，以進(jìn)一步提高鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。 因此，模具鋼的質(zhì)量有了較大提高。為了加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力量，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展趨勢(shì)，國外模具鋼的生產(chǎn)從分散趨向于集中，并多家公司進(jìn)行跨國合并，為了更好地進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，這些公司都建成了完善的技術(shù)先進(jìn)的模具鋼生產(chǎn)線和模具鋼科學(xué)研究基地，形成幾個(gè)世界著名的工模具生產(chǎn)和科研中心，以滿足迅速發(fā)展的模具工業(yè)。
1．2．2 國內(nèi)模具技術(shù)發(fā)展及目前水平
我國模具行業(yè)近年來發(fā)展很快,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前模具生產(chǎn)廠點(diǎn)共有2 萬多家,從業(yè)人員約50 萬人,全年模具產(chǎn)值約360 億元,總量供不應(yīng)求,出口約2億美元,進(jìn)口約10 億美元。 當(dāng)前,我國模具行業(yè)的發(fā)展具有如下特征:大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于行業(yè)總體發(fā)展水平;塑料模和壓鑄模成比例增長；專業(yè)模具廠家數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加較快；“三資”企業(yè)及私營企業(yè)發(fā)展迅速;股份制改造步伐加快等。 從地區(qū)分布來看,以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū),南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最集中的省份是廣東和浙江,其模具產(chǎn)值約占全國總產(chǎn)值的60 %以上。我國模具總量雖然已位居世界第三,但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等發(fā)達(dá)國家,模具商品化和標(biāo)準(zhǔn)化程度也低于國際水平[3]。
全球制造業(yè)正以垂直整合的模式向中國及亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移,中國正成為世界制造業(yè)的重要基地。制造業(yè)模式的變化,必將產(chǎn)生對(duì)新技術(shù)的需求,也必將導(dǎo)致CAD 技術(shù)的發(fā)展。同時(shí),由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大面積應(yīng)用,正如10 年前由于成本的大幅度下降,使得微機(jī)進(jìn)入千家萬戶改變我們的生活一樣,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及將在更大程度上改變制造業(yè)的模式。隨著中國加入WTO ,逐漸成為世界制造業(yè)的重要基地,將要求我國的產(chǎn)品要有創(chuàng)新性,并且要有更高的質(zhì)量、更低的成本并在更快的時(shí)間內(nèi)提供給市場(chǎng)。作為產(chǎn)品制造的重要工藝裝備、國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一的模具工業(yè)將直接面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)的第一線,模具工業(yè)除其需要“高技藝”的從業(yè)人員外,還需要更多的“高技術(shù)”來保證。
2 方案分析與設(shè)計(jì)
2．1 塑料注射模具的設(shè)計(jì)步驟
2．1．1 塑料件的工藝性分析
(1)本課題是對(duì)按鈕開關(guān)支架的注射模設(shè)計(jì)。首先對(duì)按鈕開關(guān)支架進(jìn)行觀察并進(jìn)行測(cè)繪，尺寸大都是估算值，無特殊要求，尺寸公差按IT7級(jí)精度查取[11]。
(2)塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析：
(a) 塑件厚度為2mm，壁厚均勻，塑件成型性能良好；
(b) 塑件本身有內(nèi)螺紋，用自動(dòng)脫螺紋方便脫模；
(c) 從塑件結(jié)構(gòu)看，設(shè)置一個(gè)分型面。
(3)塑件表面要求光滑無裂痕，未明確粗糙度值的按Ra6.3要求。
2．1．2 按鈕開關(guān)支架材料的選擇
塑料材料的相對(duì)密度在0.83～2.2范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相對(duì)密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強(qiáng)度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。
按鈕開關(guān)支架選擇的材料為聚乙烯(PE)。聚乙烯在常溫下成白色蠟狀半透明顆粒，柔而韌，易變形，無毒。他密度小，耐熱氧化性能好。聚乙烯成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，且價(jià)格便宜。
2．1．3 繪制模具裝配草圖
模具裝配圖的設(shè)計(jì)應(yīng)先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認(rèn)真考慮、比較、初步確定出各部分的結(jié)構(gòu)情況，最大限度地滿足塑件的技術(shù)要求和模具的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應(yīng)考慮到的幾個(gè)重要部分：
(1)成型零件的結(jié)構(gòu)及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的設(shè)備狀況下，基本滿足技術(shù)上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。
(2)確定澆口位置及結(jié)構(gòu)形式：模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關(guān)鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時(shí)物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。
(3）確定分型面的位置和結(jié)構(gòu)形式：分型面是塑件取出時(shí)和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤考慮設(shè)計(jì)。
(4)選擇成型設(shè)備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應(yīng)的注射機(jī)并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。成型設(shè)備有兩個(gè)重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個(gè)是最大投影面積。根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)及可選用合適的成型設(shè)備。
(5)側(cè)抽機(jī)構(gòu)的確定：根據(jù)塑件側(cè)壁凹凸槽或孔及螺紋結(jié)構(gòu)選擇合適的側(cè)抽機(jī)構(gòu)。
(6)頂出機(jī)構(gòu)的確定：定模動(dòng)模分型后，側(cè)抽芯也完成了抽芯動(dòng)作。塑件落在動(dòng)模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，礙，折實(shí)頂出機(jī)構(gòu)在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動(dòng)下將成型塑件從動(dòng)模中頂出。
(7)確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個(gè)模具都必須盡可能好的設(shè)計(jì)溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對(duì)冷卻回路應(yīng)由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預(yù)先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。
(8)確定主要結(jié)構(gòu)件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，這時(shí)應(yīng)確定導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱及頂出系統(tǒng)的復(fù)位以及必要的先復(fù)位等的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。
2．1．4 對(duì)零件進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并繪制工程圖
裝配草圖繪制完成后，就應(yīng)開始對(duì)各零件做詳細(xì)的造型設(shè)計(jì)。工程圖盡量按1：1的比例畫出，因?yàn)檫@樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須嚴(yán)格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標(biāo)出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。
最后，對(duì)模具進(jìn)行裝配并繪制裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。主要零件繪制完成，對(duì)裝配草圖的自我檢驗(yàn)和審定。即已存在的問題會(huì)充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后，描清并正式編號(hào)，標(biāo)出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。
2.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求
本課題是按鈕開關(guān)支架注射模的設(shè)計(jì)。要求對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，并完成其CAD三維造型設(shè)計(jì)。按鈕開關(guān)支架注射模要求一模兩件，并自動(dòng)脫螺紋。完成該注射模具裝配圖設(shè)計(jì)，全部零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，模具成型零件CAD三維造型設(shè)計(jì)，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計(jì)。
2.3 方案設(shè)計(jì)與分析
具體方案如圖3.1示。開模時(shí)，模具沿分型面開始分型，動(dòng)模后退，帶動(dòng)斜導(dǎo)柱9，使得動(dòng)模板11兩側(cè)移動(dòng)，推桿14向上頂出，使制品向前移動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)脫件目的。
1-動(dòng)模座板；2-限位桿；3-支承板；4-螺釘；5-彈簧；6-定模座板；7-定位圈；8-型芯；9-斜導(dǎo)柱；10-擋板；11-動(dòng)模板；12-墊塊；13-型芯；14-推桿；15-墊塊；16-推板；
圖2.3 裝配圖
3 按鈕開關(guān)支架注射模的詳細(xì)設(shè)計(jì)
3．1 塑料注射成型機(jī)的選擇
3．1．1 注射成型機(jī)的分類
(1)注射機(jī)按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種[13]。
(a)立式注射機(jī)：它的注射裝置與合模機(jī)構(gòu)都在同一豎直線上。優(yōu)點(diǎn):占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。缺點(diǎn):重心高，加料困難;容積較小。
(b)臥式注射機(jī)：目前使用最廣泛的注射成型機(jī)械。它的注射裝置與合模裝置方向在同一水平線上橫臥安裝。優(yōu)點(diǎn):重心低，操作及維修方便，塑件可自行脫落，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn):模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機(jī)器占地較大。
(c)角式注射機(jī)：它的注射裝置與合模裝置方向呈垂直排列。優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)介于立式注射機(jī)和臥式注射機(jī)之間。特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。
(2)注射機(jī)按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)。
(a)柱塞式注射機(jī)；注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當(dāng)其后退時(shí)物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進(jìn)，原料通過料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進(jìn)一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機(jī)，注射量小于30g～60g，不易成形流動(dòng)性差、熱敏性強(qiáng)的塑料。
(b)螺桿式注射機(jī)：螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實(shí)、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當(dāng)積存的熔體達(dá)到預(yù)定的注射量時(shí)，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在液壓缸的推動(dòng)下，將熔體注入模具。臥式注射機(jī)多為螺桿式。
3.1.2 塑料注射機(jī)通用的主要裝置組成：
(1)注射裝置：它的主要作用是使固態(tài)的塑料均勻的塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將融料注入模腔中。它的主要部件有：料筒、料筒加熱器、料斗、計(jì)量裝置、螺桿、螺桿的驅(qū)動(dòng)裝置、噴嘴及其驅(qū)動(dòng)裝置。
(2)合模機(jī)構(gòu)：它的主要作用是保證成型模具有可靠的開合動(dòng)作。因?yàn)樵谧⑸溥^程中進(jìn)入模腔中的融料有較高的壓力，這就要求合模裝置給予模具足夠的夾緊力、即鎖模力，防止模具在融料高壓力下推開。它的主要部件有：機(jī)架、定動(dòng)模板、拉桿、合模油缸及肘節(jié)。
(3)頂出裝置：它的作用在開模到一定距離后，驅(qū)動(dòng)模具的頂出裝置，將部件從模具中頂出。
(4) 機(jī)械和液壓傳動(dòng)及電氣控制系統(tǒng)：注射成型是塑料塑化、模具閉合、壓力、溫度調(diào)節(jié)、注射入模、保壓、制品固化定型、開模、頂出塑件等多道工序連續(xù)準(zhǔn)確的發(fā)生過程，這些連續(xù)動(dòng)作都是由機(jī)械和液壓傳動(dòng)及電氣控制的。
工作前，模具分別安裝在動(dòng)模及定模上，注射模的動(dòng)模板、定模板應(yīng)分別與注射機(jī)動(dòng)模板、定模板上的螺孔相適應(yīng)。模具在注射機(jī)上的安裝方法通常有螺栓固定和壓板固定兩種。
塑件從模具中取出時(shí)所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況:一是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度無關(guān)；二是當(dāng)注射機(jī)采用液壓機(jī)械聯(lián)合作用的鎖模機(jī)構(gòu)時(shí)，最大開模行程由連桿機(jī)構(gòu)的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機(jī)最大開模行程與模具厚度有關(guān)。
3．1．3 注射成型機(jī)的計(jì)算
(1)注射容量
國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)注射機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以注射機(jī)注射聚乙烯時(shí)在對(duì)空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞做一次最大行程所能達(dá)到的最大容量。由于聚乙烯的密度為1.304-1.06，即它的單位容量與單位質(zhì)量向近，所以在目前實(shí)際中為便于計(jì)算，有時(shí)還沿用過去的習(xí)慣，通常也用其質(zhì)量可作粗略計(jì)量。
注射容量是選擇注射機(jī)的重要參數(shù)，它在一定程度上反映了注射機(jī)的注射能力，標(biāo)志著注射機(jī)能成型最大體積的塑料制品。
確定了單個(gè)塑件的體積（質(zhì)量）和?？讛?shù)量就可以大體上計(jì)算出多模塑件的總體積，再加上澆注系統(tǒng)中主流道、分流道、澆口、冷井的體積，即是一模塑料的總體積Vm。
Vm≤0.8Vz
式中 Vm—成型零件與澆注系統(tǒng)體積總和，cm3 ；
Vm—注射機(jī)最大注射容量，cm3 ；
估算：Vm=3.14×（22×1-1.82×0.8）×2=8.84 cm3
(2)最大成型面積
最大注射面積是指塑料在模具在分型面上所允許成型的最大投影面積，也就是說在模具設(shè)計(jì)時(shí)，布局在模具分型面上的塑件及澆注系統(tǒng)的投影面積S，只能小于這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)才能正?？煽康淖⑸?。
S=2×3.14×22=25.12 cm3
式中S—塑料在模具分型面上允許成型的投影面積；
(3)模具的閉合高度
注射機(jī)動(dòng)壓板的最大的行程和壓板間最大和最小間距是一個(gè)固定的參數(shù)。它決定著所能安裝的模具的閉合高度。對(duì)于所用的注射機(jī)來說，注射模的閉合高度必須符合下列的要求：
H小≤H≤H大
式中 H小—注射機(jī)允許的最小厚度，mm；
H小—注射機(jī)的實(shí)際閉合高度，mm；
H小—注射機(jī)允許的最大厚度，mm；
H=10+20+20+25+32+50+20=177 mm；
(4) 模具的頂出
注射機(jī)的頂出裝置通常有中心頂桿頂出、兩側(cè)頂桿頂出以及液壓頂出幾種形式。應(yīng)在動(dòng)模座板與注射機(jī)頂出位置相對(duì)的位置上，設(shè)置稍大于注射機(jī)頂桿的通孔，以便于注射機(jī)頂桿通過。
(5) 定位環(huán)和澆口套
定位環(huán)是將定模部分裝入注射機(jī)定壓板的定位對(duì)中位置，應(yīng)與注射機(jī)的定位孔采取動(dòng)配合的連接形式，以保證模具體對(duì)中。
(6) 模具的截面尺寸
可安裝的注射模具外形最大尺寸取決于注射機(jī)的壓板尺寸和拉桿的間距，因?yàn)榇俗⑸淠５淖铋L的邊不應(yīng)超過壓板尺寸，而模具的最短邊應(yīng)小于拉桿間距，才能將注射模裝入注射機(jī)，并應(yīng)留有固定模體的壓緊空間。同時(shí)，注射模動(dòng)、定模上的緊固螺栓孔，也應(yīng)與注射機(jī)壓板上的標(biāo)準(zhǔn)螺孔一致。
綜合考慮上述條件，注射機(jī)選擇XS-ZS-22型號(hào)。
3．2 注射模具分型面的選擇
3．2．1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面[14]。
3．2．2分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：
(1）盡量使塑件開模時(shí)留在動(dòng)模一側(cè)；
(2)分型面應(yīng)有利于排氣；
(3)保證塑件外觀質(zhì)量要求；
(4）有利于塑件分型和抽芯動(dòng)作；
(5)有利于塑件脫模；
(6)考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；
3．3 注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3．3．1 注射模具澆注系統(tǒng)的組成
模具的澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口及冷料穴，它是將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以采用一模多腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則：
(1）型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象；
(2）型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸；
(3）系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大 則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能??；
(4）對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置；
(5）滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量；
(6）澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀；
(7）合理設(shè)計(jì)冷卻穴；
3．3．2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
(1）主流道的設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對(duì)塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動(dòng)減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形，錐度為2°～ 4°，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米。
主流道的設(shè)計(jì)遵循以下幾點(diǎn)原則：
(a)為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，錐度取2°～ 4°，過大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um；
(b)主流道出口端呈過渡圓弧，其半徑取r=1mm～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過渡的阻力；
(c)在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應(yīng)盡量短，否則會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形；
(d)為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑通常主流道進(jìn)口端凹坑的球面半徑Sr要比噴嘴球面半徑Sr大1 mm ～ 2 mm,凹入深度約5 mm，為了補(bǔ)償主流道與噴嘴的對(duì)中誤差，主流道進(jìn)口端的直徑D應(yīng)比噴嘴出口直徑d大0.5 mm～ 1 mm；
(e)由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度一般定為5mm～10mm，大型模具時(shí)為15mm左右。
(f)澆口套的設(shè)計(jì)
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。主流道澆口套及其固定形式如圖3.4所示。
圖3.4 主流道澆口套及其固定形式
注射機(jī)的XS-ZS-22噴嘴球半徑為12 mm，噴嘴孔徑為3 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c注射機(jī)噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取13 mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取4 mm。
3．3．3 注射模具分流道的設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
(1）分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下：
(a)分流道的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較小的截面積，以便在試模時(shí)為必要的修正留有余地；
(b)在可能的情況下，分流道的長度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失；
(c)保證熔體迅速和均勻地充滿型腔；
(d)分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理；
(e)在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
(2）分流道的長度
分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時(shí)減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。
(3）分流道的布局
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡兩種，根據(jù)按鈕開關(guān)支架注射模要求一模兩腔的要求我們選取平衡式，也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對(duì)應(yīng)部位的尺寸相等。這種布置可實(shí)現(xiàn)均衡送料和同時(shí)充滿型腔的目的，是成型的塑件力學(xué)性能基本一致。而且在此模具中不會(huì)造成份流道過長的缺點(diǎn)。分流道的截面形狀選擇半圓形截面，它的效率比圓形稍差，但加工起來比圓形截面要簡(jiǎn)單。
3．3．4 注射模具澆口的設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的熔體通道。澆口的設(shè)計(jì)與位置的選擇直接影響到塑件能否完好的、高質(zhì)量的注射成形。澆口可分成限制性澆口和非限制性澆口兩類。非限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要是對(duì)中大型筒類、殼類塑件型腔起引料和進(jìn)料后的施壓作用。限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最小的部位。
(1)注射模澆口的類型
單分型面注射模的澆口可以采用直接澆口、中心澆口、側(cè)澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口和爪形澆口。
(a)直接澆口
直接澆口叉稱為主流道型澆口，它屬于非限制性澆口。這種形式的澆口只適于單型腔模具。它的特點(diǎn)是：流動(dòng)阻力小，流動(dòng)路程短及補(bǔ)縮時(shí)間長等；有利于消除深型腔處氣體不易排出的缺點(diǎn)；塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積最小，模具結(jié)構(gòu)緊湊，注射機(jī)受力均勻；塑件翹曲變形、澆口截面大，去除澆口困難，去除后會(huì)留有較大的澆口痕跡，影響塑件的美觀。
(b)中心澆口
當(dāng)筒類或殼類塑件的底部中心或接近于中心部位有通孔時(shí)，內(nèi)澆口開設(shè)在該孔處，同時(shí)在中心處設(shè)置分流錐，該澆口稱為中心澆口。它具有直接澆口的一系列優(yōu)點(diǎn)，而克服了直接澆口易產(chǎn)生的縮孔、變形等缺陷。
(c)側(cè)澆口
側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或外側(cè)充填模具型腔，其截面形狀多為％(扁槽)，是限制性澆口，側(cè)澆口廣泛使用在多型腔單分型面注射模上。特點(diǎn)是 由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時(shí)去除澆口容易，不留明顯痕跡。
(d)環(huán)形澆口
對(duì)型腔填充采用圓環(huán)形進(jìn)料形式的澆口稱環(huán)形澆口。環(huán)形澆口的特點(diǎn)是進(jìn)料均勻。圓周上各處流速大致相等，熔體流動(dòng)狀態(tài)好．型腔中的空氣容易排出，熔接痕可基本避免，但澆注系統(tǒng)耗料較多，澆口去除較難。
(e)輪輻式澆口
輪輻式澆口是在環(huán)形澆口基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，由原來的圓周進(jìn)料改為數(shù)小段圓弧進(jìn)料。這種形式的澆口耗料比環(huán)形澆口少得多．且去除澆口容易。這類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)形澆口應(yīng)用廣泛．多用于底部有大孔的圓筒形或殼形塑件。輪輻澆口的缺點(diǎn)是增加了熔接痕，會(huì)影響塑件的強(qiáng)度。
(f)爪形澆口
爪形澆口加工較困難，通常用電火花成形。型芯可用做分流錐，其頭部與主流道有自動(dòng)定心的作用，從而避免了塑件彎曲變形或同軸度差等成形缺陷。爪形澆口的缺點(diǎn)與輪輻式澆口類似，主要適用于成形內(nèi)孔較小且同軸度要求較高的細(xì)長管狀塑件。
(2)澆口的選擇
澆口位置的選擇原則：
(a)盡量縮短流動(dòng)距離；
(b)避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷；
(c)澆口應(yīng)開設(shè)在塑件厚壁處；
(d)考慮分子定向的影響；
(e)減少熔接痕，提高熔接強(qiáng)度。
根據(jù)以上幾點(diǎn)原則加上模具一模兩腔的要求，我選擇側(cè)澆口。側(cè)澆口為扁平形狀，可以大大的縮短冷卻時(shí)間，縮短成型周期。易于去除澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀。澆口設(shè)置在塑件表面，澆口截面形狀簡(jiǎn)單，容易加工，且注射效率高。
3．3．5 冷料穴和鉤料脫模裝置
冷料穴設(shè)置在主流道的末端，即主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上。它的作用是用來儲(chǔ)存注射間歇期間，噴嘴前端由散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時(shí)，如果它們進(jìn)入流道，將堵塞流道并減緩料流速度。進(jìn)入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑。推板式鉤料裝置由冷料穴、鉤料桿組成，鉤料桿安裝在型芯固定板上，不與頂出系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
3．4 注射模具成型零件和模體的設(shè)計(jì)
3．4．1 注射模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔的結(jié)構(gòu)形式大致可以分為以下幾種：
(1）整體式
整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度和剛度都相對(duì)較高，且不易變形，塑件上不會(huì)產(chǎn)生拼?？p痕跡。
(2)整體組合式
型腔由整塊材料制成，用臺(tái)肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個(gè)加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行處理等。
(3)局部組合式
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
(4)完全組合式
完全組合式是由多個(gè)螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。
按鈕開關(guān)支架注射模的型腔部分不是很復(fù)雜，可利用點(diǎn)火花進(jìn)行。這里選擇整體式型腔。
3．4．2 注射模具型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：a)整體式；b)整體復(fù)合式；c)局部組合式；d)完全組合式。
3．4．3 注射模具成型零件的尺寸確定
(a）型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計(jì)算尺寸的表述如下。
(1)型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各徑向尺寸：
2)型腔的深度根據(jù)尺寸的計(jì)算公式
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的各深度尺寸：
(2）型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
(a)型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中—型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各徑向尺寸：
(b)型芯的高度尺寸的計(jì)算：
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的各高度尺寸：
(3)螺紋型芯的尺寸計(jì)算
(a)中徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯中徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋中徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.02；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的中徑尺寸：
(b)外徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯外徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋外徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.03；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的外徑尺寸：
(c)內(nèi)徑尺寸的計(jì)算
式中—螺紋型芯內(nèi)徑尺寸；
—塑件內(nèi)螺紋內(nèi)徑基本尺寸；
S—塑件平均收縮率；
△—塑件中徑公差；
δ—螺紋型芯中徑制造公差，δ=0.03；
根據(jù)公式計(jì)算得螺紋型芯的內(nèi)徑尺寸：
(4）圓柱螺旋彈簧的尺寸計(jì)算
本設(shè)計(jì)中模具開模用到圓柱螺旋彈簧來定距，這樣做的好處在于可以控制模具開模的距離。圓柱螺旋彈簧的尺寸計(jì)算表達(dá)如下：
d=D2-D1 D=D1+d
n=Gd/8(Fmax-F0)C3*λ
H=d*n+2*d
式中d—彈簧絲直徑；
D1—內(nèi)徑；
D2—外徑；
D—中徑；
n—有效圈數(shù)；
H—自由高度；
C—旋繞比D/d;
G—切變模量；
根據(jù)公式計(jì)算得彈簧絲的直徑尺寸：d=2mm;
中徑的尺寸：D=10.5mm
有效圈數(shù)：n=6
自由高度：H=d*n+2d=16mm
3．5 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3．5．1 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：
按驅(qū)動(dòng)方式分類可分為手動(dòng)頂出、機(jī)動(dòng)頂出、液壓頂出和氣動(dòng)頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、澆注系統(tǒng)自動(dòng)切斷頂出。
(1)推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成
將塑料制品及澆注系統(tǒng)中的凝料從模具中脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)，也叫頂出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作通常是由安裝在注射機(jī)上的機(jī)械頂桿或液壓缸的活塞桿來完成的。
結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位和導(dǎo)向零件組成。
(2)結(jié)構(gòu)分類
手動(dòng)推出、機(jī)動(dòng)推出、液壓或氣動(dòng)推出。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
塑件盡量留在動(dòng)模,塑件在推出過程中不變形,塑件的外觀質(zhì)量不損壞,合模時(shí)應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)能夠正確復(fù)位,動(dòng)作可靠。
(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(a)推桿推出機(jī)構(gòu)
推桿推出機(jī)構(gòu)是整個(gè)推出機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、最常見的一種形式。由于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力小，推出動(dòng)作靈活可靠，損壞后也便于更換，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 但是因?yàn)橥茥U的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類或箱類塑件。
(b)推管推出機(jī)構(gòu)
推管推出機(jī)構(gòu)是用來推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運(yùn)動(dòng)方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個(gè)周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會(huì)留下明顯的推出痕跡。
(c)推件板的推出機(jī)構(gòu)
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機(jī)構(gòu)義稱頂板頂出機(jī)構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。推件板推出的特點(diǎn)是頂出力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且推出力大。但是對(duì)于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
(d)活動(dòng)嵌件及凹模推出機(jī)構(gòu)
有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)脫模時(shí)，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
(e)頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置，并盡量保證頂出塑件時(shí)不影響外觀質(zhì)量。在一般情況下開模時(shí)，盡量設(shè)計(jì)使塑件留在動(dòng)模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時(shí)就應(yīng)充分考慮。如果出現(xiàn)塑件并沒有留在動(dòng)模側(cè)的情況時(shí)，可設(shè)法增加動(dòng)模一側(cè)的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時(shí)可采用定模頂出機(jī)構(gòu)。頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。頂出裝置要求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。
3．5．2 自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)
對(duì)于某些帶有螺紋的塑件，采用自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)方便塑件的取出，而且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，塑件不易變形。
在該模具設(shè)計(jì)中考慮到塑件體積不是很大且有內(nèi)螺紋，所以選擇自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)。
3．6 塑料注射模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對(duì)生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過程中，冷卻時(shí)間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求不盡相同，因此，對(duì)模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。
(1）低的模具溫度可降低塑件的收縮率。
(2）模具溫度均勻、冷卻時(shí)間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。
(3）對(duì)結(jié)晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結(jié)晶現(xiàn)象，但是將導(dǎo)致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷。
(4）隨著結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度的提高，塑件的耐應(yīng)力開裂性降低，因此降低模具溫度是有利的，但對(duì)于高粘度的無定型聚合物，由于其耐應(yīng)力開裂性與塑料的內(nèi)應(yīng)力直接相關(guān)，因此提高模具溫度和充模，減少補(bǔ)料時(shí)間是有利的。
(5）提高模具溫度可以改善塑件的表面質(zhì)量。
在注射成形過程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為2000C左右，而從模具中取出塑件的溫度約為600C，溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進(jìn)行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
因按鈕開關(guān)支架使用的塑料是PE，要求模溫高，若模具溫度過低則會(huì)影響塑料的流動(dòng)性，增加剪切阻力，使塑件的內(nèi)應(yīng)力較大，甚至還出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。因此在注射開始時(shí)，為防止填充不足，充入溫水或者模具加熱。
總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求：
(1）確定加熱或是冷卻；
(2）模溫均一，塑件各部分同時(shí)冷卻；
(3）采用低的模溫，快速且大量通冷卻水；
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低謙。
3．6．1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時(shí)可實(shí)現(xiàn)盡量降低入水與出水的溫度差的原則。根據(jù)書上的經(jīng)驗(yàn)值取4根，冷卻水口口徑為6mm.
另外，具冷卻系統(tǒng)的過程中，還應(yīng)同時(shí)遵循：
(1）澆口處加強(qiáng)冷卻；
(2）冷卻水孔到型腔表面的距離相等；
(3）冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑應(yīng)盡可能的大；
(4）冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲快或其接縫部位，以防漏水。
(5）進(jìn)水口水管接頭的位置應(yīng)盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常應(yīng)設(shè)在注塑機(jī)的背面。
(6）冷卻水孔應(yīng)避免設(shè)在塑件的熔接痕處。
而且在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，各相連接處應(yīng)保持密封，防止冷卻水外泄。
3．6．2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
因在PE要求的熔融溫度較高。而且流動(dòng)性能為中性，同時(shí)在注射時(shí)模具溫度要求在600C左右，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具中應(yīng)用電加熱。
3．7 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上采用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。目前的CAD軟件很多，如工程圖設(shè)計(jì)普遍采用的二維AutoCAD，功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)加工軟件UG、Pro/Engineer等，還有易學(xué)易用的Solid Work、Solid Edge等。設(shè)計(jì)采用自上而下、上下結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。首先根據(jù)模具結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行各主要零件的三維造型和設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行裝配體裝配設(shè)計(jì)，在裝配設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)的干涉碰撞等結(jié)構(gòu)問題再進(jìn)行修改，最后完善零件的設(shè)計(jì)[15～17]。
4 注射模加工工藝設(shè)計(jì)
塑料模具的零件類型很多，加工條件不同其加工方法各不相同。目前模具的主要加工手段有：經(jīng)濟(jì)低精度的通用加工、電火化成型與線切割加工、精密數(shù)控加工、高速切削加工等。
由于按鈕開關(guān)支架注射模精度要求一般，模具結(jié)構(gòu)尤其是型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般，因此模具的加工立足于經(jīng)濟(jì)、可行，故采用了普通加工與電火花成型結(jié)合的工藝方法。根據(jù)零件類型下面簡(jiǎn)單分析一下主要類型零件的加工工藝。
4．1 坯料確定
坯料是指模具零件采用材料的原始狀態(tài)。一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)棒料或板材，也可采用鍛造坯料。在專業(yè)模具企業(yè)中，對(duì)性能要求不高的材料多采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材料，而對(duì)性能要求較高發(fā)材料要經(jīng)鍛造，然后經(jīng)熱出路調(diào)質(zhì)后具有適當(dāng)硬度和便于加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料，這種形式加工余量小，節(jié)省了人工和材料用量。坯料通過鍛造可使金屬材料的金相組織密實(shí)，對(duì)其強(qiáng)度和剛度也有提高。只是應(yīng)嚴(yán)格控制加工余量，加工余量過大，會(huì)引起材料和加工工時(shí)的浪費(fèi)。
4．2 模板的平面加工
(1)模板平面的粗加工
平面切削加工是指車床、刨床、銑床等對(duì)坯料的6個(gè)方面進(jìn)行粗加工，再去掉坯料的加工余量后，在留出足夠的半精加工余量，同時(shí)對(duì)模板上較大的孔也應(yīng)該進(jìn)行粗加工。
粗加工完成了以后，應(yīng)進(jìn)行一次退火處理或調(diào)質(zhì)處理，以去除模板的內(nèi)部應(yīng)力，使其組織穩(wěn)定，以防止在模具制造、模具成型或淬火過程中的變形或淬裂。
(2)模板平面的半精加工
在經(jīng)過退火而消除內(nèi)應(yīng)力之后，模板會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。半精就是去除其變形量，并給精加工留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔俊?
(3)模板平面的精加工
通過以上的加工程序，模板已形成了基本輪廓。采用平面磨床磨削模板厚度的兩平面，并達(dá)到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個(gè)分模面即是z軸方向上的加工基準(zhǔn)面。取任意相鄰的兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行高精度的直角加工，并與模板平面相互垂直。這兩個(gè)面即是x，y方向上的加工基準(zhǔn)面，分別作文字標(biāo)記，如x，y。當(dāng)平面的精度要求，特別是平面度公差要求很高時(shí)，可以采用研磨的方法，即采用鑄鐵平板作為研具，由很細(xì)的金剛砂做磨料，施以較小的壓力均勻平衡的去除配合面的余量，達(dá)到多面積的良好接觸。
(4)薄板的精加工
當(dāng)薄板較薄或太薄時(shí)，在淬火填質(zhì)或淬硬后容易發(fā)生彎曲或翹曲形變的現(xiàn)象。薄板在磨削發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)使用薄而寬的擋板，將薄板四周擋住，并將被加工的薄板的凹面向下，然后以很小的磨削量對(duì)凸面進(jìn)行磨削，當(dāng)磨削的部分長度達(dá)到薄板長度的2/3時(shí)，將薄板翻面，依然采取精度磨削的狀態(tài)，這樣反復(fù)數(shù)次，直到翹曲的現(xiàn)象完全消失，才能按常規(guī)磨削。
因此，薄板的預(yù)留量應(yīng)該加大，以防止達(dá)到尺寸要求時(shí)局部仍有凹處，而導(dǎo)致薄板報(bào)廢現(xiàn)象。
5 塑料注射模具型腔常用加工方法及設(shè)備
5.1 型腔的普通切削加工方法及設(shè)備
(1)車床
車床是以加工回轉(zhuǎn)體零件為主的機(jī)械加工機(jī)床。車床的種類很多，包括臥式車床(普通車床)、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床，自動(dòng)車床等。車床工作時(shí)被加工工件裝在卡盤上，主軸使工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具在進(jìn)給箱的帶動(dòng)下做直線運(yùn)動(dòng)，完成切削加工。在模具零件加工中，可以使用車床加工圓形型腔、型芯、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等回轉(zhuǎn)體零件。
(2)銑床
銑床可以加工平面，曲面等各種表面，常見的銑床有立式銑床、臥式銑床、萬能銑床、工具銑床等，銑床可以加工出平面、溝槽、曲面等形狀。
(3)刨床
刨床主要用于平而加工，常見的刨床有牛頭刨床、龍門刨床、插床等。牛頭刨床工作時(shí)，被加工工件用平口u鉗安裝于工作臺(tái)上，工作臺(tái)可以做左右移動(dòng)。刨刀固定在滑枕上的刀架中，刨刀做前后移動(dòng)，通過刨刀與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成平面加工。龍門刨床用于加工尺寸較大的工件。插床又稱立式牛頭刨床，主要用來加工工件的內(nèi)表面，如鍵槽、多邊形孔。
(4)磨床
磨床是用砂輪或其他磨料對(duì)金屬工件進(jìn)行加工的機(jī)床。常見磨床有平面磨床、外圓磨床、自圓磨床等。磨削也是一種切削，砂輪表面上的每個(gè)磨粒，可以近似地看成一個(gè)微小的刀齒，對(duì)金屬表面進(jìn)行切削。磨削加工精度高、表面粗糙度值小，一般常用于半精加工和精加工。不同的磨削機(jī)床可以加工平面、外圓表面、內(nèi)圓表面以及各種曲面。
(5)鉆床
鉆床是以加工孔為主的機(jī)械加工機(jī)床，常見的鉆床有臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床等。鉆床工作是將被加工工件固定在工作臺(tái)上，鉆頭旋轉(zhuǎn)并做直線運(yùn)動(dòng)完成孔的加工。利用鉆床可以自I F模具上的各種孔，深孔鉆床還用來加工冷卻水道等較深的孔。
(6)數(shù)控加工機(jī)床
數(shù)控加工機(jī)床簡(jiǎn)稱為數(shù)控機(jī)床(NC機(jī)床)，數(shù)控就是指把控制機(jī)床或其他設(shè)備的操作指令(或程序)，以數(shù)字形式給定的一種控制方式。利用這種控制方式，按照給定程序自動(dòng)地進(jìn)行加工的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。目前數(shù)控機(jī)床已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的種類有數(shù)控車床，數(shù)控銑床，數(shù)控磨床，加工中心等，其機(jī)械部分與普通車床的差別不大。數(shù)控車床不僅能夠完成普通的車削加工，而且利用數(shù)控系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)復(fù)雜曲線組成的回轉(zhuǎn)表面。
數(shù)控銑床的機(jī)械部分與普通銑床基本相同，工作臺(tái)可以做橫向、縱向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，因此普通銑床所能加工的工藝內(nèi)容，數(shù)控銑床都能完成，此外其數(shù)控系統(tǒng)通過伺服系統(tǒng)同時(shí)控制兩個(gè)或三個(gè)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，加工出復(fù)雜的三維型面。數(shù)控銑床還可以作為數(shù)控鉆床或數(shù)控鏜床，加工具有一定尺寸精度要求和一定位置精度要求的孔。
在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加刀具庫和自動(dòng)換刀系統(tǒng)就構(gòu)成了加工中心。加工中心的刀具庫可以存放十幾把甚至更多的刀具，由程序控制換刀機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)用與更換，這樣就可以一次完成多種工藝加工。
5.2 型腔的特種加工
特種加工是直接利用電能、化學(xué)能、光能等進(jìn)行加工的方法。特種加工與普通機(jī)械加工有本質(zhì)的不同，它不要求工具材料比工件材料更硬，也不需要在加工過程中施加明顯的機(jī)械力它可以解決普通機(jī)械加工無法完成的加工工作，適合于加工各種不同材料而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件，是模具制造中一種必不可少的重要加工方法。
5.2.1 電火花加工
電火花加工的原理是基于工具電極與工件電極(正極與負(fù)極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來對(duì)工件進(jìn)行加工，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工放法。電火花加工也稱放電加工或電蝕加工。當(dāng)工具電極與工件電極在絕緣液體中靠近時(shí)，極間電壓將在兩極間“相對(duì)最靠近點(diǎn)”電離擊穿，形成脈沖放電。在放電通道中瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱能，使金屬局部熔化甚至汽化，并在放電爆炸力的作用下，把熔化的金屬拋出去．達(dá)到蝕除金屬的目的。電火花加工機(jī)床一般由四大部分組成，脈沖電源、間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)器、機(jī)床床身、工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)。
電火花加工特點(diǎn):脈沖放電的能量密度高；工具電極與工件間無作用力；工件加工質(zhì)量高；加工適應(yīng)性廣；自動(dòng)化程度高。
塑料模具型腔常用的電火花工藝方法有：?jiǎn)坞姌O平動(dòng)加工法；多電極更換加工法；分解電極加工法。
5.2.2 電火花線切割加工
電火花線切割加工與電火花成形加丁的原理足一樣的，都是基于電極間脈沖放電時(shí)的電火花腐蝕原理，即極間液體介質(zhì)被擊穿后形成火花放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使電極表面的局部金屬瞬間熔化和汽化，并把熔化和汽化了的金屬去除掉，以實(shí)現(xiàn)加工目的。所不同的是，電火花線切割加工不需要制作復(fù)雜的成形電極，而是用不斷移動(dòng)的電極絲(銅絲或鉬絲)作為工具，工件則按預(yù)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)而“切割”出所需的零件。
電火花線切割加工特點(diǎn)如下：
(1)采用線電極加工工件
以線電極代替成形電極，不需要制造復(fù)雜的成形電極，省去了成形電極的設(shè)計(jì)與制造費(fèi)用．縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。
(2)適合加工復(fù)雜零件
由于線電極的電極絲較細(xì)，可以加工窄縫、微細(xì)異形孔和復(fù)雜形狀的零件。
(3)加工效率高
由于線電極的切縫很窄，而且只對(duì)工件進(jìn)行輪廓切割加工，實(shí)際金屬蝕除量很少，材料利用率高，而且加工切割下來的材料還可以再利用，同時(shí)電火花線切割的加工速度較高。
(4)線電極加工精度高
加工時(shí)由于采用移動(dòng)的電極絲，因此電極絲在單位長度上的損耗較少，對(duì)加工精度的影響也就小。尤其是采用單向走絲進(jìn)行線切割時(shí)，電極絲只使用一次，電極絲損耗對(duì)加工精度的影響就更小了。因此，工件加工精度高。
(5)加工零件形狀受限制
電火花線切割加工只能加丁以直線為母線的曲面，而不能加工任意空間曲面，不能加工盲孔類零件表面和階梯成形表面。
(6)電解加工
電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽極溶解”來加工工件的。加工時(shí)，工件接直流電源的正極，工具接電源負(fù)極，工具以恒速向工件緩慢進(jìn)給，具有一定壓力的電解液從二極之間流過，并把陽極工件溶解下來的電解產(chǎn)物以5m/s～50 m／s的速度沖走。
電解加工與其他加工方法相比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)加工適應(yīng)性廣
電解加丁與被加T材料的硬度，強(qiáng)度，韌性等無關(guān)，故可加工任何金屬材料。常用于加工高溫合金，鈦合金，不銹鋼，淬火鋼和硬質(zhì)合金等難切削材料。
(2)生產(chǎn)效率高
能以簡(jiǎn)單的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，一次加工出復(fù)雜的型腔，型孔或外形表面。因此．生產(chǎn)效率高，約為電火花加工的5倍～10倍。
(3)表面質(zhì)量好
電解加工表面質(zhì)量好，不會(huì)產(chǎn)生毛刺，也沒有殘余應(yīng)力和變形層，對(duì)材料的強(qiáng)度和硬度均無影響。
(4)工具損耗小
電解加工時(shí)，工具負(fù)極材料本身不參與電極反應(yīng)，同時(shí)工具材料又是抗腐蝕良好的不銹鋼或黃銅等，所以工具負(fù)極基本上沒有損耗。
本模具中較復(fù)雜的成型零件主要是型腔，因此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)先采用普通刨削和銑削加工進(jìn)行毛坯加工和半精加工，熱處理后磨削定位面和加工面，再用電火花成型加工兩型腔，最后進(jìn)行人工修磨拋光。
結(jié)束語
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，歷時(shí)四個(gè)月。在此期間，針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了大量的工作，順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。通過此畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)從測(cè)繪塑件圖紙，到完成CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)