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聚苯乙烯

未注公差取MT5级精度

要求设计按钮模具

图1-1按钮塑件图

-3-

第一章塑件工艺性分析

塑件的工艺性分析包括塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑

件的结构工艺分析，其具体分析如下。

1.1塑件原材料分析

见表1-1。

表1-1塑件的原材料分析

材料品种聚苯乙烯,属于热塑性塑料。

结构特点无定形高聚物，透明。

使用温度只能在较低温度下使用，热变形温度一般在70~98?

。

有一定的化学稳定性，能耐碱、硫酸、磷酸。

10%~30%的盐酸、稀化学稳定性

硝酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用等。

电绝缘性（尤其是高频绝缘性）优良，无色透明，透光率仅次于有性能特点

机玻璃，着色性、耐水性良好，机械强度一般。

无定性料，吸湿性小，不易分解;

流动性较好（溢边值为0.03mm左右），可用螺杆或柱塞注射机成型;

成型特点喷嘴用直通式或自锁式，但应防止飞边;

易采用高料温、高模温、低注射压力、延长注射时间，有利于降低

内应力，防止缩孔、变形。

1.流动性好采用螺杆或柱塞式注射机成型，喷嘴用直通式或自锁

式;

可采用各种形式的浇口，浇口和塑件应圆弧连接，防止去

除浇口时损坏塑件;

脱模斜度应大，顶出均匀，以防脱模不良

而发生开裂变形。

结论

2.温度敏性高，对料温应严格控制，否则会出现“银丝”、透明性

差现象。

3.塑件壁厚均匀，最好不带嵌件（如有嵌件应预热），各面应圆弧

连接，不宜有缺口、尖角。

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1.2塑件的尺寸精度、表面质量分析

1.2.1塑件的尺寸精度分析

该塑件需标注的公差尺寸有Ø

10，属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的自由尺寸，可按MT5查取公差，表1-2所列的为塑件的主要尺寸的公差（单位均为mm）。

表1-2塑件主要尺寸的公差要求

部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差

0，0.24Ø

13.53.5,0.320

外内，0.560R1.8R34,0.200型形

0，0.20尺尺60.5,0.200

寸寸0R2,0.20

1.2.2塑件表面质量分析

该塑件要求外形美观，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra1.6µ

m,而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。

1.3塑件的结构工艺分析

具体分析如下:

（1）从图纸上分析，该塑件基本上为回转体，该塑件一端圆周均匀分布6个R2的半圆形凸起花纹，花纹内部开了Ø

3.5mm的凹槽为工作部分，在花纹与大端接触处设计脱模容易，且飞边去除容易，设计合理。

（2）该塑件另一端端部有R1.8mm的圆弧过渡，顶部有R34mm的球面凹陷，便于人手触摸，设计合理。

综上所述，该塑件可采用注射成型加工。

1.4确定成型设备选择与模具工艺规程编制

3

（1）计算塑件的体积V=448，0316mm（过程略）。

（2）计算塑件的质量计算塑件的质量为了选择注射机及确定模具型腔数。

根据有关手

3册查得ρ=1.05g/cm。

所以，塑件的质量为:

3W,,V,448.03，1.05/10g,0.4704g

（1）

根据塑件形状及尺寸采用一模四件的模具结构;

考虑外形尺寸，对塑件及材料的分析

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及注塑时所需的压力情况，参考模具设计手册出初选柱塞式注射机:

XS-Z-60。

该注塑机的参数如表1-3所示:

表1-3注塑机的参数

6038额定注射量/cm?

螺杆直径/mm

122170注射压力/Mpa注射行程/mm

500注射方式柱塞式锁模力/KN

130180最大成型面积/cm?

最大开合模行程/mm

20070模具最大厚度/mm模具最小厚度/mm

124喷嘴圆弧半径/mm喷嘴孔直径/mm

330x440190x300动定模固定板尺寸/mm拉杆空间/mm

合模方式液压-机械顶出方式中心顶出

1.5塑件的注射工艺参数的确定

1.5.1聚苯乙烯注射成型工艺参数

聚苯乙烯注射成型工艺参数见表1-4，试模时，可根据实际情况做适当调整。

表1-4聚苯乙烯

工艺参数规格工艺参数规格

温度t:

60,75注射时间15,45预热和干燥

时间s:

2h保压时间0,3

成型时间/s

前段140,160冷却时间15,60料筒温度t/?

中段160,170总周期40,120

后段170,190螺杆转速n/（r/min）48

红外线灯，喷嘴温度t/?

160,170方法

烤箱

后处理模具温度t/?

32,65温度t/?

70注射压力

60,110时间s/h2,4p/Mpa

1.5.2塑件的结构工艺性分析

按钮模塑工艺卡见表1-5。

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表1-5按钮模塑工艺卡

（厂名）资料编号

塑料注射成型工艺卡片

车间共页第页

零件名称按钮材料牌号设备型号PSXS-Z-60装配图号AN00-00材料定额大批量每模件数4件零件图号单件质量工装号0.470g

设备

材料干燥温度t/?

60,75

时间/h2

喷嘴/?

160,170

前段/?

140,160

料筒温度

中段/?

后段/?

170,190

模具温度/?

32,65

注射/s15,45

时间保压/s0,3

冷却/s15,60

注射压力

60,110

Mpa

压力

背压

温度/?

鼓风烤箱70辅助后处理时间定额

时间/h24单件检验

主管工程编制校对审核组长车间主任检验组长

师

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第二章注射模的结构设计

注射模结构设计主要包括:

分型面的选择，模具型腔数目的确定及型腔的排列，浇注系统设计，型芯型腔结构的确定，推件方式，侧抽芯机构设计，模具结构零件设计等内容。

2.1分型面的选择

根据塑件制品分型面的设计与选择原则，分型面应该设计在零件截面最大的部位，且

-1（a）所示的分型方法A-A水平分型，箭头朝向代表动不影响零件的外观。

若采用如图2

模的位置;

由于塑件凹槽包紧力的存在，塑件可能留在定模，为了使塑件脱模，必须设计定模退出机构，这使得不本来看上去很简单的模具结构变得复杂起来，模具的设计成本也相应提高;

若采用图2-1（b）所示的分型方法，A-A水平分型塑件，塑件就包紧在动模型芯一侧，因而留在动模侧，这使模具的结构变得简单，因而选择该方法为模具设计的分型方案。

（a）

（b）

图2-1分型面

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2.2型腔数目的确定及型腔布局

（1）若采用一模一腔，由于此零件的外型尺寸很小，模架相对于这个模具显得特别大，这样就会造成设备资源的浪费，且不适合大批量生产。

（2）若采用一模多件，生产效率高，资源的利用率也高，这里选用的是一模四腔圆形分布，模具尺寸适中，适合大批量生产，这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

型腔分布如图2-2所示。

图2-2型腔分布

2.3浇注系统的设计

2.3.1主流道的设计

根据手册查得XS-Z-60型注射机喷的有关尺寸如下:

喷嘴半径:

R=12mm;

1

喷嘴孔直径:

d=Ø

4mm;

根据模具主流道与喷嘴的关系:

R=R+（1,2）mm;

d=d+（0.5,1）mm11

取主流道球面半径:

R=14mm;

取主流道的小端直径:

4.5mm;

为了让主流道凝料能顺利地从浇口套中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2?

6?

经估算得主流道大端直径D=10.37mm，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=1,3mm的圆弧过渡，取r=2mm。

2.3.2分流道的设计

分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度，注射速率的因素有关。

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第二章注塑模的结构设计

该塑件的体积比较小，形状也不复杂，本设计采用U型断面分流道，切削加工在动模上，加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大，查相关经验表格得U型分流道截面半径R=3mm，h=3.75mm,据此，该模具的分流道设计如图2-3a，U型分流道截面如图2-3b所示。

图2-3a分流道

如图2-3bU型分流道截面

2.3.3浇口的设计

（1）浇口形式的选择:

由于该塑件外观要求、质量要求较高，浇口的位置和大小以不影响该塑件的外观质量为前提，同时也应尽量使模具结构更简单。

根据对该塑件结构的分析，以确定分型面的位置。

综合对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较，确定成型该模具采用品平衡侧浇口形式。

因为形式所得到的型腔零件加工简单，且浇口容易去除，不影响制品的使用性能和外观质量，容易保证每个型腔内塑件尺寸，如图2-3c所示。

（2）进料位置的选择:

根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式进料位置设计

-10-

在侧面端部。

图2-3c浇口

2.4型芯、型腔结构的确定

型芯、型腔可采用整体式或组合式结构。

整体式型腔是直接在型腔板上在加工，有较高的刚度和强度。

但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。

整体时型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，不便加工和热处理。

整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。

组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型塑件的成型需要。

组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。

同时也有利于型芯冷却和排气的实施。

由于该塑件尺寸较小，最大只有Ø

13.5mm，且形状简单。

若采用拼块组合式型腔，比较麻烦，需要至少8块拼块组成。

所以，型腔采用整体式结构。

考虑加工和热处理比较困难，型芯采用拼块组合式结构。

2.5冷料穴和拉料杆的设计

冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免影响塑件的质量。

冷料穴是浇注系统的结构组成之，模具常用Z形拉料杆冷料穴。

开模时，拉料杆头部的Z字形钩将主流道凝料钩住，使得凝料从主流道中脱出;

拉料杆的底部固定在推板上，在推出塑件时凝料一同被推出，最后连同塑件一起脱出模外。

其结构如图2-5所示。

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图2-5Z形拉料杆冷料穴

2.6推出机构的选择

（1）若采用小推杆推出，虽然推杆推出结构简单，退出平稳，但推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，且每个零件左右布置两个推杆，一模就需要至少8个均布的小推杆。

（2）若采用推管推出，一模只需要4个均布的推管，型芯固定在动模座板上，推管固定在推杆固定板上，又由于推管整个周边接触塑件，故推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹。

从以上分析，该塑件采用推管推出结构。

2.7分模导向定位机构的设计

该塑件精度要求不算高，塑件形状，型腔分布对称，无明显单边注射侧向力，可采用最为常见的导柱导套定位机构。

在动模板、定模板间使用4对导柱、导套，便可满足合模导向和闭模后的定位。

2.8标准模架的确定

综合考虑，本塑件采用一模四腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小等多项因素。

估算型腔模板的概略尺寸，查相关表选取标准模板的尺寸为150×

200×

20，选择A2型标准模架。

如图2-8所示。

-12-

图2-8A2标准模架

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第三章主要零部件的设计计算

第三章主要零部件的设计计算3.1成型零件工作尺寸计算

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。

查相关手册得改性聚苯乙烯的收缩率为

0.7%，故平均收缩率为S=（0.4%+0.7%）/2=0.55%=0.0055。

根据塑件尺寸公差要求，Q=0.4%,

模具的制造公差取δ=Δ/3。

成型零件尺寸计算见表3-1。

z

表3-1型芯型腔主要工作尺寸计算

已知条件:

平均收缩率Scp=0.3,，模具制造公差δz=?

/3

型芯或型腔零件类别名称塑件尺寸计算公式工作部分尺图号寸

0，0.11件2定模板Ø

13.2Ø

13.03,0.320，,Z3,,，，L,1，SL,,0，0.03ms40Ø

9.98Ø

10,0.100件3动模板0，0.07R2R1.86型腔,0.200

0，0.07计算R1.8R1.66,0.200，,Z2件2定模板,,，，H,1，SH,,0，0.07ms3021.88,0.2000，0.08件3动模板43.86,0.240

，0.560R34R34.610,0.19

，0.200030.50.650,0.07,,件2定模板，，l,1，Sl，,ms4,,Z，0.280型芯Ø

6Ø

6.240,0.09计算03,,，，h,1，Sh，,，0.240ms4,,Z件3动模板3.53.680,0.08

3.2模具型腔壁厚的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式圆形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚S和型腔底板厚度T，如图3-2所示。

（1）整体式圆形型腔侧壁厚的计算

a）按刚度条件计算时，其侧壁厚为:

4ph

S,1.15

（2）E,,,

式中:

S——型腔的侧壁厚度，mm;

P——型腔内单位面积熔体压力，Mpa.可取注射成型压力的25%,50%,则p取45Mpa;

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图3-2塑料模具型腔

h——型腔高度，mm.本设计型腔高度为h=2mm;

5E——型腔材料的弹性模量，Mpa（一般中碳钢E=2.1×

10Mpa,预硬化塑料模具钢

5E=2.2×

10Mpa）;

[δ]——型腔许用变形量，mm（查相关表得[δ]?

0.05mm，取[δ]=0.05mm）。

将相关数据代入式

（2）中，得:

4，4523S,1.15mm,0.463mm5，，2.2100.05

b）按强度条件计算，其侧壁厚度为:

,,14733,,,,S,r,1,r,1,4.12mm（3）,,p,，,,2147245

[б]——型腔材料的许用应力，Mpa（一般地，未经淬硬的钢材的许用应力取[б]=78.4,98Mpa，对淬硬到HRC53,58的钢材，取[б]=137.2,156.8Mpa,本设计中取[б]=147Mpa）。

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第三章主要零部件的设计计算

（2）整体式圆形型腔底板厚度的计算

a）按刚度条件计算，其底板厚度为:

4pr

H,30.56（4）,,E,

H——型腔底板的厚度，mm;

r——型腔内半径，mm（本型腔内半径r=6.75mm）。

将相关数据代入式（4）中，得:

445，6.753H,0.56mm,1.143mm52.2，10，0.05b）按强度条件计算，其底板厚度为:

pr2

H,0.87（5）,,,

将相关数据代入式（5）中，得:

245，6.75

H,0.87mm,3.25mm

147根据以上刚度、强度计算得出型腔的壁厚要求为:

型腔侧壁厚度S?

4.12mm;

型腔底板厚度H?

3.25mm。

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第四章成型设备的校核计算4.1模具闭合高度的确定和校核

4.1.1模具闭合高度的确定

定模座板H=20mm;

定模板H=20mm;

2

动模板H=20mm;

3

支承板H=30mm;

4

垫块H=50mm;

5

动模座板H=25mm;

6

则该模具闭合高度

H=H+H+H+H+H+H123456

=（20+20+20+30+50+25）mm=165mm4.1.2模具闭合高度的校核

由于XS-Z-60型注射机所允许的模具最小厚度H=70mm，模具最大厚度min

H=200mm，而计算的模具闭合高度H=165mm，所以模具闭合高度满足H?

H?

H的maxminmax安装条件。

4.2锁模力的校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所施加的最大夹紧力，注射机锁模力的校核关系式为:

F,KpA（6）式中:

F——注射机锁模力，查相关表得XS-Z-60型柱塞式注射机锁模力为500KN;

K——压力损耗系数，一般取1.1,1.2;

P——型腔内熔体的压力，本塑件p=45Mpa;

2,4A——塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具中m;

A,9.7，10将相关数据代入式（6）中，得:

6,4KpA,1.2，45，10，9.7，10,52.38KN<

500KN故锁模力能满足模具设计的要求。

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第四章成型设备的校核计算4.3模具安装部分的校核

该模具的外型最大部分尺寸为100mm×

160mm，XS-Z-60型注射机模板最大安装尺寸

为330×

440mm,故能满足模具安装部分的要求。

4.4模具开合模行程的校核

开模行程也叫做合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示，

XS-Z-60型注射机的最大开模行程S=180mm,满足下列计算所需的出件要求:

Max

S>

H+H+（5,10）mm=6+38+7=51mm（7）Max12

H——塑件所用的脱模距离，mm;

H——包括浇注系统在内的塑件高度，mm;

因S=180mm>

51mm，故该注射机的开模行程满足要求。

Max4.5注射机注射量的校核

在一个注射成型周期内，注射模具内所需的塑料熔体总量（m）与模具浇注系统的熔i体和型腔容积有关，其值用下式计算:

m,Nm，m（8）isj

N——型腔数量;

3m——单个制品的质量或体积，g或cm;

s

3m——浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm;

j

33已知N=4,m?

0.448cm，经估算m?

1.476cm;

sj

将相关数据代入式（8）中，得:

3m,Nm，m?

3.26cmisj

3XS-Z-60型注射机的额定注射量为m=60cm，为使注射成型过程稳定可靠，应有I

3m=（0.1,0.8）m=3,24cmiI

因此，该注射机的注射量满足模具的要求。

以上分析证明:

XS-Z-60型柱塞式注射机能满足要求，

故可以采用。

根据校核结论，将XS-Z-60型柱塞式注射机填入成型工艺卡。

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第五章成型零部件的加工

5.1精密注射模具的特点

1）精度要求高

精密注射模具是用来成型精密塑件的模具，因而对精密模具零件的尺寸精度要求是非常高，必须是以微米（µ

m）为单位进行测量。

）手式加工对机械加工的比例极小2

精密模具的最主要的制造特点是除了抛光和组装作业外，均不用手式加工。

一般模具的机械加工和手式加工所占的百分比分别为60%,70%和30%,40%，而精密模具的机械

10%。

加工和手式加工所占比例为90%,

3）模具可进行淬火处理

模具零件的硬度越高，则寿命业越高，为使淬火的模具零件具有高精度，则必须采用磨削加工或电加工。

如前所述，当模具需进行拼装时，要求各拼块具有很高的精度。

根据成型塑件的差异，在每次注塑过程中，模具处于高温曲内，因而当对模具零件采用低温回火后，在成型加工过程中，模具温度有又对零件进行重复回火而使硬度降低。

同时还需要考虑残留奥氏体所引起的体积膨胀。

一般回火温度至少应是成型加工时模具温度的两倍以上，并适应地进行低温处理以消除残留的奥氏体。

5.2模具制造钢材特点

1）材料及热处理

对退火钢、调质钢、预硬钢、全淬硬钢及析出钢等材料