冰箱调温按钮塑模设计.docx
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冰箱调温按钮塑模设计
摘要
本毕业项目是做一套冰箱调温按钮的塑模，进行塑料产品的模具设计首先要对成型制品进行分析，再考虑浇注系统、型腔的分布、导向推出机构等后续工作。
通过制品的零件图就可以了解制品的设计要求。
对形态复杂和精度要求较高的制品，有必要了解制品的使用目的、外观及装配要求，以便从塑料品种的流动性、收缩率，透明性和制品的机械强度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考虑注射成型工艺的可行性和经济性。
关键词：
浇注系统，分型面，型腔，设计
一、产品介绍
1.产品名称：
冰箱调温按钮
2.产品用途：
用于各种电气系统的控制按钮键
3.产品结构尺寸（见产品图[1]）
4.生产量：
月产量150万只。
5.产品性能及使用要求：
（1）外观为原料本色，透明美观；无其它杂色或斑点，表面平滑无裂纹、银丝，无气泡，无形变等缺陷；质量轻，可减轻设备自重。
（2）性能要求：
收缩率不大于0.5%，吸水性不高于0.8，冲击强度>15KG•cm2，弯曲强度>70KG•cm2.表面电阻系数<1×1013Ω;体积电阻系数<1015Ω•cm，马丁耐热温度>70℃。
（3）使用条件：
使用温度：
室温，220V用电场所；使用负荷：
人工手指操作按压力。
二、产品材料的选择与配方设计
根据产品的使用要求和性能要求，选择PSH-GN-095-06的树脂作主原料，PS是所有塑料当中最轻的一种，能减轻设的自重。
透光率不低于88%，雾度约3%，折射率比较大具有特殊的光亮性。
PS的拉伸、弯曲常规力学性能皆高于其它聚烯烃，是属于硬而脆的材料，所以必须加入一些增韧剂以改善制品的柔韧性，加入量为15份。
由于制品属于透明塑件，无需加染色剂。
如表2—1：
表2—1PSH-GN-095-06树脂性能参数表
项目
参数值
项目
参数值
相对密度
吸水性%
收缩率%
比体积率%
拉伸屈服强度Mpa
冲击韧性KJ•m-2
1.05
0.04
0.7
0.95
48
20.6
拉伸弹性模量Mpa
马丁耐热温度℃
热变形温度℃
体积电阻率Ω•cm
熔点℃
软化温度℃
2.8×103
52
92
1×1016
165
120
PS中文名：
聚苯乙烯
英文名：
Polystyrene
1.基本特性
聚苯乙烯是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种。
聚苯乙烯无色透明、无毒无味，落地时发出清脆的金属声，密度为1.054g/cm³。
聚苯乙烯的力学性能与聚合方法、相对分子质量大小、定向度和杂质量有关。
相对分子质量越大，机械强度起高。
聚苯乙烯有优良的电性能（尤其是高频绝缘性能）和一定的化学稳定性。
能耐碱、硫酸、磷酸、10﹪~30﹪的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用。
对水、乙醇、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的抗蚀能力。
能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮类和脂类等。
聚苯乙烯的着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩。
但耐热性低，热变形温度一般在70~98oC，只能在不高的温度下使用。
质地硬而脆，有较高的热膨胀系数，因此限制了它在工程上的应用。
近几十年来，发展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯为基体的共聚物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺点，又保留了它的优点，从而扩大了它的用途。
2.成型特性
1.无定形料,吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力。
2.流动性较好，溢边值0.03mm左右，防止出飞边。
3.塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件，（如有嵌件应预热），缺口，尖角，各面应圆滑连接。
4.可用螺杆或柱塞式注射机加工，喷嘴可用直通式或自锁式。
5.宜用高料温，模温、高注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形（尤其对厚壁塑件），但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性差。
6.可采用各种形式浇口，浇口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度宜取2度以上，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂、变形，可用热浇道结构。
3.综合性能
热变形温度：
65oC----96oC
屈服强度:
35~63MPa
抗拉强度:
35~63MPa
断裂伸长率1.0%
拉伸弹性模量：
2.8~3.5GPa
抗弯强度：
61~98MPa
抗压强度：
80~112Mpa
4.PS的成形条件
注射机类型：
螺杆式
预热：
温度60~75oC
时间2h
料筒温度：
前段170~190oC
后段140~160oC
模具温度：
32~65oC
成形时间：
注射时间15~45s
高压时间0~3s
冷却时间15~60s
总周期40~120s
注射压力：
60~110Mpa
螺杆转速：
48（r/min）
参照树脂性能对照产品性能与使用要求可知，PSH-GN-095-06能满足要求，故除加增强剂外不需加其它助剂配方，即可生产产品。
三、工艺参数的确定
1.注射量计算
根据一次注射出的产品和浇注系统的体积进行计算
V实=6（V塑+V分）+V主
V塑=¼πd1²×2+¼π（d2²-d3²）×1+¼πd2²×0.5
=¼π（13.5）²×2+¼π（10²-6²）×1+¼π10²×0.5
=316㎜³
V分=π×（d/2）²×h=3.14×4×10=12.56㎜³
V主=⅓πh（r²+Rr+R²）=⅓π×35（1.75²+1.75×3+3²）
=634.2㎜³
V实=6（376+12.56）+634.2=2965.56㎜³=2.966㎝³
2.锁模力计算
根据[3]：
F=K
P
A
根据PS的流动性和模具结构特点选取K=0.6；注射压力考虑采用多型腔注射，压力应高些，取P=60MPa/cm2。
A表示表示成型面积
A的计算：
A=¼πd²=0.25×13.5²=1.4316cm2
F=K
P
A=0.6×60×1.4316=51.696KN
3.保压时间的计算
T保=0.3（S+2S2）=0.3×（2+2×32）=3s
4.冷却时间的计算
T冷=[S²/π²k]×in[8（Ts-Tm）/π（TE-Tm）]=3s
5.塑化时间的计算
T塑=一次注射量/塑化能力=2.3/10=0.23s
Ts—成型温度[5]Tm—模具温度
TE—脱模温度α—热扩散系数（㎡/h），取3.2×1
表3—1注射工艺控制参数
项目
控制部位
控制参数
备注
温度（℃）
干燥
60
[5]P237附D
料筒后段
150±5
料筒中段
180±5
料筒前段
160±5
喷嘴
150±5
模具
60±5
压力（Map）
塑化背压
<20
注射压力
60
保压压力
30~40
锁模力（吨）
52
时间（秒）
干燥时间
2h
注射时间
0.2
保压时间
3
冷却时间
3
开合模时间
5
成型周期
12
四、设备的选择
1.注射机的选择
（1）注射量的确定
由工艺参数的确定中已知一次注射量为2.4cm3
射机的公称注射量Q为：
Q＝2.4×1.2＝2.88cm3
取注射机的公称注射量为~~3cm3
（2）锁模力的计算
由工艺参数的确定中已知为（0.6）吨，成型面积为（1.4316）cm2
（3）所需注射机台数的计算
由月产量和注射机的生产能力（成型周期）及考虑设备利用率求出:
本产品生产工作制度设计为24h三班工作制，设备24小时连续运转，设备利用率设为0.85，根据如前初设的工艺控制参数成型周期约为12秒，生产模具一模六件，则所需注射机台数为:
÷（
×6×0.85）=1.36（台）取整数值2台
根据以上计算出的公称注射量（3）cm3,锁模力（0.6）吨，成型面积选用SYS-10型号注射机）数量为
（2）台。
表4—1注射机技术性能参数表
项目
单位
参数
理论注射量
cm3
10
注射压力
Map
150
最大注射面积
cm2
90
锁模力
KN
15
最大模具厚度
㎜
180
最小模具厚度
㎜
100
模板行程
㎜
120
喷嘴球半径
㎜
12
喷嘴口半径
㎜
2.5
五、模具设计
1.选择制品的分型面[5]
分型面应设置在零件截面最大的部位，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。
如A-A面，箭头的朝向代表动模的位置，塑料包紧动模的型芯而留在动模，模分型如下图：
分型如下图：
图5-1分型面
2.型腔布置
已知的体积V塑或质量W塑，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模六腔平衡式排列；根椐制品的形状，在模板上的的排列形式为圆形。
以确保制品的均一和稳定，而且型腔布置与浇口开设部位也非常对称，这样防止了模具承受偏载而产生的溢料现象。
排布图如下图所示
图5—2型腔布置
3.浇注系统的设计
浇注系统的设计主要包括主流道、分流道、浇口、冷料井和拉料杆的设计。
浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。
根据塑件的形状采用推杆推出。
（1）主流道及主流道衬套[5]
主流道的主要设计要点：
1在模具结构的允许的情况下，L尽量短，一般小于60mm，过大则会影响熔体的顺利充型。
2主流道大端呈圆角，以减少料流转向过渡时的阻力。
3大多数情况下，将主流道和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，主流道衬套采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。
4主流道衬套选用T8、T10制造，热处理强52~56HRC。
5定位环固定螺钉一般取M6~M8，螺钉一般选用两个以上。
R=喷嘴球面半径+2~3=12+3=15mm
d=喷嘴孔径+1=2.5+1=3.5mm
a=4°r=1mmD=6mm
图5—3主流道及主流道衬套的结构
（2）分流道[3]
①分流道截面和尺寸
选用U形分流道截面,表面积/体积比小,冷却速度慢最低,热量及摩擦损失小,进料流中心冷凝慢,有利于保压。
尺寸的确定:
根据经验公式确定分流道的直径[5]
D=0.2654×（m）½（L）¼m—流经分流道的塑料量（g）
L—分流道的长度（mm）D—分流道直径（mm）
查资料得部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围:
苯乙烯是3.5~10之间
根据实际情况取D=5mm
图5—4分流道截面形状
②分流道布置
根据型腔的布置,选用平衡式布置,其长度、形状和断面尺寸都必须对应相等，以保证塑件在强度、性能及质量上的一致性。
分流道表面粗糙度Ra一般为1.6um
图5—5分流道的布置
③浇口[5]：
各浇口的尺寸计算[1]
α=2°l=1㎜r=2㎜
经验公式计算h=nt=0.6×2.5=2.5n—塑料系数,PS为3.6
b=n（A）½/30=0.2
图5—6浇口尺寸
④冷料井[6]
结构及尺寸：
图5—7冷料井
d=6㎜H1=（5/4）d=8㎜
H2=（3/4）d=5㎜α=20∘
⑤拉料杆[3]
拉料杆的结构：
图5—8拉料杆的结构
下图为主流道的拉料杆组合形式，同时还具有脱除主流道凝料的作用。
一般拉料杆安装在主流道的对面，开模时，拉料杆将主流道凝料拉出。
d=6公差为0.015,与拉料杆配合的型板孔
配合长度M1=（1.5~2）d=10D=10H=4M根据模板尺寸确定
图5-9拉料杆的组合形式
4.成型零件的设计
（1）成型零件的工作尺寸的计算
根据塑件形状简单，体积较小，适宜采用整体式型腔，见图[2]和图[3]，组合式型芯见图[4]。
这种形式的型腔形状简单，牢固可靠，不易变形，成型塑件的质量较好。
、本产品为PS制品，属于大批量生产的小型塑件，此产品采用6级精度，属于一般精度制品。
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的范围之间，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到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：
收缩率Sax=0.8%Sin=0.6%
平均收缩率为S=0.7%,
图5—10塑件成型尺寸
如上图所示塑件尺寸单位/mm
已知D=13.50-0.24D1=100-0.16H1=1.50-0.16
H2=20-0.16H3=1.50-0.16d=6+0.20h=1+0.160
①型腔尺寸:
Dm=[D（1+S）-0.75Δ]0+δz
=[13.5（1+0.007）-0.75×0.24]0+0.043
=13.40+0.043
Dm1=[Dm1（1+S）-0.75Δ]0+δz
=[10（1+0.007）-0.75×0.16]0+0.036
=9.99540+0.036
Hm1=[H1（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[1.5（1+0.007）-0.667×0.16]0+0.025
=1.4040+0.025
Hm2=[H2（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[2（1+0.007）-0.667×0.16]0+0.025
=1.9070+0.025
Hm3=[H3（1+S）-0.667Δ]0+δz
=[1.5（1+0.007）-0.667×0.16]0+0.025
=1.4040+0.025
②型芯尺寸
dm=[d（1+S）＋0.75Δ]0-δz
=[6（1+0.007）-0.75×0.2]-0.0360
=6.19-0.0360
hm=[h（1+S）＋0.667Δ]0-δz
=[1（1+0.007）-0.667×0.16]-0.0250
=1.017-0.0250
（2）型腔壁厚和底板厚度计算
注射成型过程中,型腔主要承受塑料熔体的压力,如注射压力、保压力、合模力和脱模力等，因此模具的型腔必须具有足够的强度和刚度,如果型腔壁厚和底板厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许应力时,型腔将导致塑性变形，甚至开裂。
与此同时,若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔由外膨胀或溢料间隙，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求，因此必须对型腔进行强度和刚度的计算。
型腔板采用调质钢45，弹性模量E=2×105MPa强度计算的许用应力σ=160MPa
型腔压力=50Map型腔半径r=6.75㎜h=3.5㎜
由表3.4-16对于中粘度塑料PS，模具制造精度IT9级时，有许用变形量[δ]
[δ]=25i且W=H=3.5㎜
I2=0.45w0.2+0.001w=0.58㎜
所以[δ]=25×0.666=14.54um=0.0145㎜
图5—11圆形整体型腔
①整体式圆筒型腔壁厚[6]
A按钢度计算:
按强度计算：
②整体式圆筒型底板厚
B按钢度计算：
按强度计算：
公式分别计算出相应的值为：
按强度计算得：
S=4.27㎜hs=3.28㎜
按刚度计算得：
S=1.55mmhs=0.76mm
比较强度刚度条件计算结果,取整体式圆筒形型腔壁厚为15㎜。
按强度的刚度分别计算取底板厚度为18㎜。
（3）支承板的强度
常规结构凹模做在定模上，型芯固定在动模上。
支承板与垫块构成桥形，承受型芯投影注射压力，因此支承弹性变形量必须控制在允许的范围之内。
支承板的受力状态可以简化为受均布荷重的简支梁
图5—12支承板的变形
支承板的厚度计算如下[2]：
=9[5×50×3.14×29²/32×2.1×105×20×0.005]=1.927㎝=20㎜
H---支承板的厚度L---支承板在垫块之间的跨度
P---型腔内压力表R---凹模型腔半径
B---支承板的宽度E---钢材的弹性模量一般为2.1×105
y---支承板允许最大弯曲变形量,一般取0.005㎝
其整体形状与尺寸见图[5]
（4）垫块的设计[2]
垫块设在支撑板与动模座板之间,可以减少动模座板的变形,或可减少动模座板的厚度.
L=50㎜D=30㎜
螺钉直径选用M10,d1=11㎜d2=16㎜H=11㎜
5.合模导向机构设置
导向机构的主要零件是导柱和导套，主要作用是导向、定位、承受一定的侧压力。
，导柱导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。
导柱导套的选择：
一般在注射模中，动、定模之间的导柱既可设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，视具体情况而定，通常设置在型芯凸出分型面最长的那一侧。
导柱的直径应根据模具的尺寸选用，必须保证足够的强度、刚度和足够的抗弯强度。
导柱设计要点：
①长度：
导柱导向的长度应该比凸模端高出10㎜。
②形状：
导柱前端应做成锥台，以使导柱能顺利进入导向孔。
③材料：
导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧不易折断的内芯。
因此多采用T8、T10钢（经淬火处理），硬度为50—55HRC。
④数量及分布：
导柱应合理均匀分布在模具的分型面上，根据此模具形状，数量为四根。
固定部分粗糙度Ra=0.8um,导向部分Ra=0.5um
⑤配合精度:
固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合,导柱导向部分采用H7/m6的间隙配合.
图5—13导柱尺寸
导套设计要点：
a形状为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。
导柱孔最好做好通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。
b材料导套用导柱相同的材料或铜合金耐磨材料制造，其硬度一般低于导柱硬度。
导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8um。
c固定形式及配合精度直导套用H7/r6的配合镶入模板，为了增加导套镶入的牢固性防止导套被拉出来。
图5—14导套
6.脱模机构的设计[6]
（1）脱模机构设计：
为了保证塑件在顶出过程中不变形或不损坏，必须正确分析塑件对模腔粘附力的大小及所在部位。
以便选择合适的顶出方式，和顶出装置。
顶出位置应设在顶出阻力大的地方，根据此塑件的形状，零件的推出阻力不大，将推杆设在ø6孔的内部，推杆参与成型，此类推杆又称为成型推杆。
（2）脱模力的计算[6]
脱模力Fe由两部分组成，即：
Fe=Fc+Fb
Fc---克服塑料件对型芯包整的脱模力，N
Fb---一端封闭壳体需克服的真空阻力，N
其中Fb=0.1AbAb---型芯的断面面积,㎜²
Ab=0.25×3.14×d²=28.26㎜²
所以Fb=2.86N
已知rcp=3㎜t=2㎜h=1㎜β=0
E=2.8×103MPaf=0.4v=0.32s=0.007
λ=rcp/t=3/2=1.5<10为厚壁圆筒塑料件
所以:
Fe=Fc+Fb=60.4+2.826=63N
E—塑料材料的拉伸弹性模量,MPa
S—塑料的平均收缩率
ν—塑料材料的泊松比
β—型芯的脱模斜度
h—型芯脱模方向高度
κf—脱模斜度修正系数
κλ—厚壁塑料的计算因子
（3）推杆脱模机构[2]
推杆直接与塑件接触,开模后将塑件推出,此成型推杆除了推出塑件之外还参与塑件局部成型,即作为型芯。
推杆的计算公式:
圆形推杆的直径可由欧拉公式简化得
d—推杆直径E—推杆材料的弹性模量,MPa
L—推杆长度F脱—塑件的脱模力
κ—安全系数取1.5Ø—为推杆长度系数
n—推杆数量
推杆直径确定后还应进行强度校核,其计算式为
[σ压]—为推杆材料许用力,MPa
[σs]—推杆钢材的屈服极限强度,N/cm²,一般中碳钢的σs为3200N/m
所以此材料合符要求,推杆的具体形状及尺寸见型芯图[4]
（4）推杆位置
推杆应设置于有效部位，根据此塑件形状，可将推杆设置在凹模内部，从投影面上看，如下图应在阴影部位范围之内。
图5—15推杆位置布置
推杆的设计要点：
①推杆和模体的配合性质一般为H8/f7，以保证同轴度，配合长度一般为走私的（1.5~2）倍,但至少要大于15㎜
②推杆材料多用45钢,T8、T10碳素工具钢，淬火硬度为HRC50以上，
③表面粗糙度在Ra1.6以下.
（5）复位机构
为了使推出机构合模后能回到原来的位置,推出机构通常设有复位杆,复位杆在结构上与推杆相似,所不同的是与与模板的间隙比较大,同时复位杆顶面不应高出分型面.复位杆的材料选用一般T8、T10，淬火55-60HRC。
顶杆长度计算如下[6]：
H=（H凸+δ1）+H动模+H垫块-H顶垫
=（1+0.1）+30+50-13=67.1㎜
图5—16复位杆的结构与装配尺寸
7.模具调温系统的设置
基本原则：
熔体热量95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。
（1）注射模冷却系统设计：
①冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大，型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。
②冷却水道至型腔表面距离应尽量相等：
当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。
一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用12~15mm.
③浇口处加强冷却
塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。
④冷却水道出、入口温差应尽量小：
如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。
冷却水道的总长度的计算可公式：
Lw=Aw/π
Lw——冷却水道总长度Aw——热传导面积Dw——冷却水道直径
⑤冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置：
聚苯乙烯的收缩率较小，水道应尽量沿着收缩方向设置。
冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm左右，不小于8mm。
根据此套模具结构，采用孔径为8mm的冷却水道。
冷却系统的结构设计：
根据塑料制品形状及其所需冷却效果，冷却回流可选择直通式既简单流道式，这是生产过程中最常用的形式。
其具体结构及尺寸如下图所示：
冷却水孔直径d=8㎜，两水孔的中心距C=20㎜
图5—17直通式冷却系统
（2）加热系统的设计
需要设置加热系统的一般是对模具温度要求在80℃以上、熔融黏度高、流动性差的热塑性塑料，或者是热固性塑料。
而PS对模温的要求只需60℃以下，且是属于熔融黏度低、流动性好的热塑性塑料，所以此模具对加热系统的设置可以不予考虑。
8.排气系统的设计
（1）排气槽的设计要点
当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。
如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。
有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀
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