模具毕业设计鼠标外壳注塑模具虚拟设计

毕业设计（论文）鼠标外壳注塑模具虚拟设计The plastic injecti on mould virtualdesig n ofmouseXXX系 另专业（班级）：作者（学号）：指教师:机械与电子工程系XXXXXX完成日期2011年5月09日鼠标创新结构设计与建模摘要：本文通过对鼠标发展现状、趋势的调查以及鼠标结构设计要求的分析，针 对用户的需求特点和人体工程学的研究成果，提出相应的鼠标外壳设计方案。然 后运用PRO/E三维软件来进行鼠标的结构设计，设计中进行了鼠标的外观结构分 析、色彩分析以及充分考虑了人机工程学，应用PRO/E软件的高级建模技术对鼠 标进行三维建模、虚拟装配。这样在设计阶段就能直观、全面地反映设计意图， 无需制造出昂贵的实物样品，即可分析产品结构、性能，及时发现设计问题，缩 短设计开发周期。应用PRO/E对电话机进行结构设计既减轻了工作量，又节省了 资金,大大提高了产品的设计开发效率，符合现代技术的发展要求。关键词：鼠标；Pro/E软件；三维建模；虚拟装配The mouse innovative structure design and modelingAbstract: Based on the developme nt status and trend of the mouse inv estigatio n andanalysis of the structure of the mouse, the design requirements for female users dema nd characteristic and research achievem ents of huma n body engin eeri ng,andputs forward the corresp onding mouse shell desig n scheme. Then PRO/E 3d software to desig n the structure desig n, mouse in a mouse's appeara nee and structure an alysis, colour is fully con siders the ergo no mics, applicati on of adva need PRO/E software modeli ng tech no logy of 3d modeli ng, mouse and virtual assembly. So in the desig n stage, and fully reflect the visual design intent, without produce expensive real sample, product structure, performanee analysis and design proble ms, shorten the time that desig n developme nt cycle. Applicati on of teleph one PRO/E structure design is reduced workload, and save money, and greatly improve the efficiency of desig n, the product con forms to the requireme nts of the developme nt of moder n tech no logy.Keywords: mouse, Pro/E software, 3d modeli ng, The virtual assembly.摘 要ABSTRACT第一章概述 11.1国内外发展趋势 11.1 1模具工业的概况 错误！未定义书签。1.1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布 21.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向51.1.4注塑模具CAD发展概况及趋势 51.2 研究内容 71.2.1 鼠标上盖制品外形设计 71.2.2最佳成型方法的选择 71.2.3分析最佳成型工艺 71.2.4模具设计 71.3研究目的及意义 8第二章鼠标上盖设计及其成型工艺分析 82.1产品开发依据用途清单 82.2 制品结构和形状的设计 92.3 .制品材料选择 92.3.1丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物（ABS） 9232聚苯乙烯（PS）10233双酚A型聚碳酸酯（PC） 102.4注射工艺选择122.4.1工艺难点分析122.4.2 ABS塑料的干燥122.4.3 注射压力132.4.4注射速度132.4.5模具温度132.4.6料量控制13第三章 模具设计143.1概述143.2注塑机选型143.2.1注射量计算143.2.2注射压力校核143.2.3 锁模力校核143.2.4开模行程和模板安装尺寸校核 153.3模具浇注系统设计163.3.1主流道和冷料井163.3.2分流道163.3.3浇口设计 173.4注塑模成型零部件结构设计 183.4.1分型面位置和形状的设计183.4.2型腔镶拼组合193.4.3排气方式193.4.4型腔成型尺寸计算203.4.5塑料模具力学设计223.5合模导向和定位机构设计223.6 脱模机构设计233.7 模温调节系统233.8 模具材料25结语26致谢27参考文献28第一章 绪论1.1国内外发展状况。1.1本课题研究的目的及意义近年来，我国网络建设创造了举世瞩目的奇迹。国家网络的规模容量、技术层次， 服务水平都发生了质的飞跃。一个即将跨入世界先进行列的网络基本框架已经构 成。为计算机产品制造产业的发展开拓了巨大的市场随着计算机时代的来临，新 颖、时尚且功能超强的计算机产品日见增多，鼠标作为电子计算机的输入设备随 着计算机技术的发展也一同发展着，Windows系统的广泛使用更进一步推广了鼠 标的应用，使得鼠标逐渐流行起来，并最终成为了电脑的标准配置。然而随着人 们消费水平的提高，人们对鼠标的功能、选型提出了更高的要求。人们的消费观 念在发展，消费产品的设计水平也随之提高。因此，产品外观设计与功能配置的 好坏决定了一个产品的成功与否。往往一款具有漂亮外观的鼠标能够大大提升它 的市场竞争力。所以鼠标的外观和功能的设计日趋重要。1.2鼠标技术的现状和发展趋势随着我国网络事业的发展，计算机正逐步走进千 家万户，而鼠标作为计算机的重要配件之一也具有着巨大的市场。面对市场的巨 大挑战，鼠标外观设计就要迎难而上。为了能够更直观、更全面地反映设计意图， 可在计算机内部建立相应的三维实体模型。而PRO/ENGINEER 是美国参数技术 公司研制的CAD/CAM 软件就具有这个功能它是一个全方位的3D产品开发的软 件，集成了零件设计、产品装配、曲面造型、模具设计、逆向工程以及机构仿真 等诸多功能，广泛应用于消费电子产品、家用电器、汽车、航天设备及玩具等各 个行业的产品，也是国内中小型企业设计软件中的最佳选择。它主要由工业设计 模块、机械设计模块、功能仿真模块、制造模块、数据管理模块、数据交换六大 模块构成。PRO/E技术的发展与应用水平己成为和衡量一个国家的科学技术现 代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，PRO/E 技术己经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世 界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的 工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用PRO/E技术。我国PRO/E技 术的研究和开发工作起步相对较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步 得到了开展，随后PRO/E也有了应用，国家逐步认识到开展PRO/E应用工程的 必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广PRO/E技术，同时展开PRO/E技 术的开发和研制工作。随着POR/E技术的不断研究，开发与广泛应用，对POR/E 技术提出越来越高的要求，因此POR/E从本身技术的发展来看，其发展趋势是 集成化、智能化、和标准化。1.3主要技术指标1、本设计应符合消费电子产品 设计的安全标准及规范，结构设计合理，造型新颖独特，美观大方。2、在设计 鼠标曲面时，应要考虑手持的舒适程度，应考虑大部分人的手持方式，设计时应 考虑外观和结构空间的问题。在构造曲面时，要随时检查所建曲面的状况，注意 检查曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。3、设计功能 结构时，需要考虑电路部分的位置问题。4、设计过程要预留间隙，以免模具的 一些误差导致零件无法装入等现象发生。1.1.2 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平 的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质 量、效益和新产品的开发能力。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很 大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产18英寸大屏幕彩电塑壳注射模 具、6. 5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。精密塑料 模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津荣天 和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的 这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采 用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要 求。还能生产厚度仅为0. 08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等 等。注塑模型腔制造精度可达0. 02 0. 05mm ，表面粗糙度RaO. 2 u m ，模具质量、寿命明 显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达50 100万次，交货期较以前缩短， 但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构 的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模 具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁 零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如 上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂 采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水 平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的5080%相比， 差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的 企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM 系统,如美国EDS的UG II、美国Parametric Technology 公司的Pro/Engineer 、美 国CV公司的CADS5、英 国Deltacam 公司的DOCT5、日 本 HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron 、美 国AC-Tech公司的C-Mold 及澳 大利亚 Moldflow 公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但 在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷 却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM 技术 的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软 件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等， 这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及 模具CAD/CAM 技术创造了良好条件1。近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I 、SM II 等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准 模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了 一些国产的商品化的热流道 系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国 家已达到70%-80%相比，仍有很大差距3。技术比较见表1表 1-1:国内外塑料模具技术比较表项目国内国外注塑模型腔精度0. 0050. 01mm0.020.05mm型腔表面粗糙度Ra0.010. 05 umRa0.20 um非淬火钢模具寿命10-60万次1030万次淬火钢模具寿命160300 万次50100万次热流道模具使用率80%以上总体不足10%标准化程度7080%小于30%中型塑料模生产周期一个月左右24个月目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居 第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进 步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距2。我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政 策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。据统计， 我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%. 2000 年总产值为270亿元，占世界总量的5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化 模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具， 仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中， 中高档模具进口比例达40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复 杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足 的进步。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、 长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大； 专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三 资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快，等等。从地区分布来说，以珠 江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。 目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总 量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量 虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要 表现在下列六方面：1. 国内自配率不足80 %,中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60 %。2. 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。3. 模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要 比国际先进水平长许多。4. 开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重 视产品开发，在市场中常处于被动地位。5. 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。6. 与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后1。纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业 发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力， 它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发 展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装 备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模 具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造 精度和使用性能，大大地提高模具质量。早在1989年，在国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械 工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国 家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准， 从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工 业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持1。在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、 学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中 积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制 造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实 在在的新时代即将到来。1.1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着 更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息 化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、 产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是：CAD、CAM CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD / CAMT CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机 辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系 统）及In ternet 平台等信息网络技术的不断发展和应用；高速、高精加工技术的发展与应 用；超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；快速成型与快速 制模（RP / RT）技术的发展与应用；热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及 并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；优质模 具材料的研制及正确选用；模具自动加工系统的研制与应用；虚拟技术和纳米技术等1 的逐步应用。1.1.4 注塑模具CAD发展概况及趋势计 算机辅 助设计（Computer Aided Desig n, CAD）是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发 展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析 与制造，即模具CAD、CAE和 CAM也 一直是国内外普遍关注的热点。三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料 在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元 法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验， 在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来， 注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水 平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的软件系统有:澳 大利亚Moldflow PTY 公司的Moldflow 系统该系统 具有很强的注射模分析模拟功能， 包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD,有限元网格生成软件FMESH,流动分析软件FLOW 冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及 翘曲分析模拟软件。美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III ，二维注射流动分析软件SIMUFLOW,三维有限元 流动分析软件SLMUFLOW 3D， 冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架（美国DME标准）选择软件OPTIMOLD等部分。美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEP专 家系统，该 系统包 括材料选择TMC-MS、注 射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO注 射流动分析TMC-FA、型 腔尺寸设计 TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校 核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分 大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研 院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。多年来，我国对注射模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间， 这方面安排了 “大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技 术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还 安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项 目的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的 发展和应用水平得到很快提高1。我国在注射模CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有：华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中 期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作， 并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模 拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取 得较好效果，现已实现商品化。浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造 型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了 型腔模型的快速生成。上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD®行了多方面的研究。在国内首次将人工智 能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作 站UG II平台上进一步开 发智能CAD/CAE/CAM系统。北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框 造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平 与实用价值。合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微 机注塑模CAD系统PMCAD微机注塑模CADE维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两 方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0 和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模 型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CADE维参数化系统IPMCAD V4.0 ，在技 术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平4 。1.2 研究内容本文将对鼠标上盖成型的几个关键问题：鼠标制品外形的设计与建模、最佳成型方法 的选择，分析最佳成型工艺，模具设计并进行理论和试验研究。1.2.1 鼠标上盖制品外形设计本课题利用PRO/ENGINEER 软件对鼠标上盖进行实体建模，PRO/E的图形设计是基 于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。生成的模型直观，立体感强，可以在任 何角度进行观察。另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等。使 设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的 效率和准确性。1.2.2 最佳成型方法的选择比较几种可用于成型鼠标外壳这种薄壁单分型面制品的常用塑料加工方法，根据产 品开发依据和使用要求选择合理的成型方法。1.2.3 分析最佳成型工艺鼠标上盖为薄壁制件，比表面积大，可能的工艺方案较多，工艺方案的优劣直接影响 到产品质量、生产成本以及生产效率。本文在对塑件进行分析的基础上，确定并优化了工 艺方案。具体内容如下：(1)对塑件成型工艺性进行分析，对可能的工艺方案进行比较分析，初步得出可能的工艺方 案以及其可行的条件。根据产品开发依据及成型要求，确定工艺方案。1.2.4 模具设计1 .模具结构分析和确定针对鼠标上盖尺寸小，精度高的特点，根据工艺方案和零件的形状特点、精度要求、 生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求，对模具进行分析，确定模具的合理结 构。2. 模具主要零部件的结构设计根据模具结构型式和特点，确定模具工作、导向以及固定等并确定模具主要零件的形 式以及尺寸。本研究的主要目的是通过一个具有代表性模具的分析研究，从而达到掌握具有复杂曲 面模具的设计制造以及加工的方法。1.3 研究目的及意义电器产品是人们日常生活必不可少的生活用品，人们对电器产品的要求从实用性、 可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求，从而对电器产 品也提出了许多新的要求。对电器产品的这种不断提出的新要求，促使电器产品的外形不 断的改进，外形零件的生产技术也不断得到新的发展，使电器产品外壳零件成形技术在成 形领域中占有越来越重要的地位。目前，电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内 外的高度重视，德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们 的电器产品外观美观，让人赏心悦目，而且设计高效快捷，产品更新换代加快。如台湾的 罗技公司，其鼠标产品外形美观，设计人性化，使用寿命长。目前，国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于初级阶段，与发达国家 的差距很大。由于电器产品美观性的要求，零件外形多为复杂曲面，传统的设计方法在对 零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力，产品成形过程数值模拟 技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。面对日益激烈的国际竞争， 必须紧跟国际先进水平，不断提高电器产品外观零件的质量，降低设计和生产成本，加快 生产周期。因而，鼠标上盖成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。 以此作为一个突破口，带动和促进相关电器产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新。第二章鼠标上盖设计及其成型工艺分析2.1产品开发依据用途清单最大几何尺寸：110 x 60mm环境：室内，使用温度范围0 C 40 C无化学品接触抗冲击要求：限定量从1.5m高度，0 C下摔下外壳不出现裂缝或者开裂特征，不允许 内部件曝露刚性要求：在2Kg负荷下无变形电气性能：电绝缘性好外观要求：部件美观，外部光洁性好使用寿命：5年根据上述使用要求可归纳产品设计要求为制品材料需要具有一定的抗冲击性并且由于 是电子产品的外壳要有良好的电绝缘性，随着数码产品的大量普及价格也不断下跌要求生 产自动化程度高，成型周期短生产自动化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有较好电绝缘性。2.2 制品结构和形状的设计用Pro/E软件进行鼠标上盖的三维建模，三维实体模型更加直观的表现了产品造型,可 以从各个角度对模型进行观察，软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用Pro/E 的CAE分析模块-塑性顾问进行熔体的充模仿真，可以验证模具结构的正确性，制品如图2.2图2.1 :鼠标上盖外形（用Pro/E设计完成的制品图）2.3 .制品材料选择通用塑料如聚丙烯PP ,聚乙烯PE ,聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好， 价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不 选用，以下拿三种常用典型材料比较选取。2.3.1 丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物（ABS）ABS外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好 的综合物理力学性能，耐热，耐腐，耐油，耐磨、尺寸稳定，加工性能优良，它具有三种 单体所赋予的优点。其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和 电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良 好的加工流动性。改变三组分的比例，可以调节材料性能。ABS为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同， 在160190 C范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于285 C时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体 粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降。ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在 0.2%0.45%之间，但由于熔体粘度不太高，故对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干 燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在8090 C下干燥23h,可以满足各 种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%0.8% ,在多数 情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机， 但更长采用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型5。2.3.2 聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体，制品掷地时有金属般响鸣。聚苯乙烯透光率不 低于80%,雾度约为3%,折射率较大，在1.59 1.60之间，具有特殊光亮性，但储存时易 泛黄。泛黄原因之一是单体纯度不够，特别是在含有微量元素时；二是聚合物在空气中缓 慢老化引起发黄。聚苯乙烯较轻，密度在1.041.065 之间。1. 力学性能 聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆塑料，拉伸、弯曲等常规 力学性能皆高于聚烯烃，拉伸时无屈服现象。2. 热学性能 聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定形结构，超过玻璃化温度 即开始软化，软化点仅95 C左右，许多力学性能都受到温度升高的明显影响。最高连续使 用温度仅6080 C。120 C开始成为熔体，180 C后开始具有流动性，其热稳定性较好，超 过300 C才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。3. 电性能：聚苯乙烯是非极性聚合物，具有颇为优异的介电、电绝缘性能，由于吸湿 性很小，电性能也不受环境湿度改变的影响。加工工艺性吸湿性很小，加工前一般不需要专门的干燥工序成型温度范围较宽收缩率及其变化范围都很小，一般在0.2% 0.8%有利于成型出尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品5聚苯乙烯制品容易产生内应力，并且在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用2.3.3 双酚A型聚碳酸酯（PC）双酚A型聚碳酸酯是无色或者微黄色透明的刚硬、坚韧固体。1. 力学性能双酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韧聚合物，具有良好的综合力学性能。拉伸、压缩、 弯曲强度均相当于聚酰胺6、聚酰胺66，冲击强度高于所有脂肪族聚酰胺和大多数工程塑 料，抗蠕变性也明显优于聚酰胺、聚甲醛。力学性能方面缺点是耐疲劳性较差，缺口敏感 性较明显2. 热性能有良好的耐热性，玻璃化温度较高，高于所有的脂肪族聚酰胺，熔融温度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66，热变形温度和最高连续使用温度均高于绝大多数脂肪族聚酰胺，也高于几乎所有的热塑性通用塑料。在工程塑料中，他的耐热性优于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和PBT,与PET相当，但逊于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐热性，脆化温度为-100 C3. 电性能双酚A型聚碳酸酯是弱极性聚合物，极性的存在对电性能有一定不利影响，在标准条 件下电性能虽不如聚烯烃、聚苯乙烯等，但也不失为是电性能较优的绝缘材料，特别是因 其耐热性优于聚烯烃，可在较宽温度范围保持良好的电性能。由于吸湿性较小，环境温度 对电性能无明显影响。4. 其他性能在干燥的气候条件下物理力学性能基本不变，但在潮湿环境及强烈日照条件下，会产一5生表面裂纹并发暗，在火焰中可缓慢燃烧，离火源后可自熄 。PC剪切黏度高，充模阻力大，并且由于其在力学性能方面的缺点也不选用。表2.1:三种材料性能参数表ABSPSPC密度1.051.04 1.061.18 1.20收缩率0.3 0.80.2 0.80.5 0.7熔点130 160131 165220240热变形温度65 986590132138(45N/cm 2)模具温度6080406085120喷嘴温度180 190160170250300中段温度180 230170190270320后段温度150 170140160250270注射压力601006010050110塑化形式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式拉伸强度33 4935636066拉伸弹性模量1.82.8 3.52.3弯曲强度8061 98105113弯曲弹性模量1.4-1.54压缩强度183980 11285缺口冲击强度11 200.25 0.40不断硬度R62 86洛氏M658011.7HB体积电阻率1 6101 71910 101510介电常数60HZ2.4 5.0106 Hz > 2.760HZ3.0击穿电压-19272030外观浅象牙色或白色无色透明、摔打透明微黄不透明音清脆耐热、表面硬度耐水、耐化学品、透明度高、硬而韧、高抗特占八、高、，尺寸稳定、绝缘性好、不耐冲、尺寸稳定性优电绝缘耐化学及电性能冲击不耐温性和耐热性好、耐开裂耐好，易成型加工，药品性差可镀铬材料最终选定为ABS,其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成 型收缩率小，理论计算收缩率为0 5 %;溢料值为0 . 04 mm 比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮。2.4注射工艺选择2.4.1工艺难点分析鼠标上盖为外观件，要求零件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，周口部 高度差不可过大，以保证与下盖的严密配合。零件的曲面较为复杂，尺寸精度很高，由于 零件为薄壁制件，外形很不规则，这些就造成了成形时容易受到各种因素影响引起制品翘 曲变形的问题。同时零件在整个表面有几处孔形分布，这些孔形有较高的尺寸和位置精度， 并关系到上下盖的配合问题，保证零件表面孔形的成形要求也是需要重点考虑的问题。 流程图：混料一干燥一螺杆塑化一充模一保压一冷却一制品后处理2.4.2 ABS 塑料 的干燥ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥和预热，不单能消 除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑5 和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下 。注塑前的干燥条件是：干冬季节在7580 C以下，干燥23h，夏季雨水天在8090 C 下，干燥48h，干燥达816h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑。在此，由于鼠 标外壳属批量件要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器， 以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮20。1.注射温度：表2.4: ABS 工艺参数表工艺参数通用型ABS料桶后部温度180 200料桶中部温度210 230料桶前部温度200 210喷嘴温度/ C180190模具温度/ C5070ABS塑料非牛顿性较强，在熔化过程温度升高时，其熔融降低很小，但一旦达到塑化温 度（适宜加工的温度范围，如220250 C ）,如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的21 ABS的热降解反而使熔融粘度增大，注塑更困难，制件的机械性能也下降 。2.4.3 注射压力ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射时要采用较高的注射压力但 并非所有ABS制件都要施用高压，考虑到本制件小型、构造不算非常复杂、厚度中等可以用 较低的注射压力。注制过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了制件的表面质量及 银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容 易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模6。244注射速度ABS塑料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气 化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。并且鼠标壳为薄壁 制件，要保证有足够高的注射速度，否则难以充满。2.4.5模具温度ABS的成型温度相对较高，模具温度也相对较高。一般调节模温为7585 %，当生产具 有较大投影面积制件时，定模温度要求7080 C ,动模温度要求5060 C。鼠标属中小型 制件，形状也不算复杂不用考虑专门对模具加热。2.4.6 料量控制注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75 %。为了提高制件质量及尺 寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50 % 6。通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多数的产品和生产能力要求包 含于这范围内，并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程，这种生产条件范 围愈大，生产过程愈稳定，使注塑产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低。第三章 模具设计3.1概述在对鼠标上盖进行零件工艺性分析的基础上，通过经验设计与数值模拟相结合的方 法，最终确定了零件成形的最佳工艺方案。再根据该工艺方案，确定成形最终零件形状， 因此，成形模具的设计是本课题的一个比较关键的问题3.2注塑机选型3.2.1 注射量计算根据生产经验，注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75 %。为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，选定注射量为标定注射量的50 %V=n x Vz+Vj0.5Vg > n x Vz+VjV 一个成型周期内所需要注射的塑料容积cm3n 型腔数Vz 单个塑件容量cm3Vj 浇注系统.凝料和飞边所需的塑料的容积cm3Vg 注射机的额定注射量预计单个塑件体积Vz=3cm 3,预计浇注系统和飞边体积为2cmV=2 x 3+2=6.9 cm0.5Vg < n x Vz+Vj3Vg > 16 cm3.2.2 注射压力校核ABS塑料推荐注射压力为7090MPa ,考虑到本制件壁厚较小，充模阻力较大取注射压力为80 MPa 83.2.3 锁模力校核注射成型时的塑料会产生模板间的涨模力，此涨模力等于塑件和浇注系统在分形面上22的投影面积与型腔压力之积 。为防止模具分型面被涨模力顶开，必须对模具施加足够的 锁模力，否则在分型面处会产生溢料现象，因此模具设计时应使注射机的额定锁模力大于 涨模力。P=PB x KCX KSP型腔内压KC- 材料系数，查表得ABS=1.15KS-塑件复杂系数，取1.3PB与进浇口流程长度、壁厚的流程比(L/H )有关。根据 H=(L/100+0.8) X 0.7 可算出 L=348 故 L/H=174 故选 PB=32MPaP=32 X 1.15 X 1.3=48MPa3.2.4开模行程和模板安装尺寸校核模具开模取出制品所需的开模距离必须小于注射机的开模行程。注射机最大的开模 行程的大小直接影响模具所形成的塑件高度，太小时塑件无法从动定模之间取出。S maxS= H m +H 1+H 2+ ( 510 )S max-注射机的最大开模行程(mm )S-模具所需开模距离(mm )H 1 -塑件脱模距离(mm )H2-包括浇注流道凝料在内的塑件高度(mm )H m 模厚S=220+40+20+10+10=300mm选择震德机械厂CJ90M5变量泵注塑机锁模力900KN ,开模行程330mm,模板尺寸520 X 520mm,容模量130 360mm理论注射容积165cm3,理论注射压力175Mpa ,皆满足计算结果。根据所选注塑机模板尺寸确定定模底板和模脚尺寸，以便于安装模脚选择分开式的，两个模脚分别固定在注塑机动模板上，选择分开的模脚不仅节省 材料还可以不用考虑注塑机顶杆的顶出位置根据注塑机模板尺寸确定模具底板尺寸为200 X 400,可以安装在注塑机的模板上，如图3.2IS1-1图3.2 :所选注塑机模板及喷嘴参数3.3模具浇注系统设计3.3.1 .主流道和冷料井主流道顶部设计成半球形凸坑，以便与喷嘴衔接，为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球 半径比喷嘴球头半径大2mm如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出 8，由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选 用45#钢材并经热处理提高硬度，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道 衬套的进口直径略大于喷嘴直径1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截。为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的对面设冷料井，对于卧 式注塑机冷料井设在与主流道末端相对的动模上，在脱模时制件的活动方向不受限制所以 采用底部带Z型头拉料杆的冷料井。3.3.2 .分流道模具采用一模两腔对称布置，型腔数过多影响制品精度，而型腔数过少生产效率太低 不能达到使用要求，故采用一模两腔。为使塑料熔体以等速度充满两型腔，分流道在模具 上采用对称等距离分布，在注射时采用对称分布可以使型腔和浇注系统投影面积重心更接 近锁模力的中心，避免局部胀模力过大影响锁模。分流道长度也尽可能短小，便于注射成 型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。如图3.3gcu400440图3.3 :型腔分布图分流道截面形状和尺寸也对塑料熔体的流动和模具的制造难易及脱模有影响，圆柱形 流道虽然比表面积最小流动阻力最小，但该种流道须开设在两半模上，既加工费力又不易 对准，如果加工误差较大没有对准比表面积反而会有相当大的增加，本设计选用断面形状 为梯形的流道，此种流道只需要开设在凹模上节省了加工成本，在流道表面进行抛光处理 减小流动阻力。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态 较为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra并不一定要很低，取1.6卩m既可，这样表面稍不 光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度 差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。3.3.3 浇口设计ABS在熔融时显现比较明显的非牛顿性，其熔体表面粘度随剪切速率的升高而降低。 如采用尺寸较大的浇口，能够降低流动阻力，促使流动速率升高，但熔体通过扁平式浇口 时比小浇口剪切速率低，导致熔体表观粘度升高，从而使流动速率降低，因此不能通过增 大浇口尺寸来提高非牛顿熔体流动速率。另外，注塑机注射时有一定的注射速率，浇口尺 寸过大，浇口前后方的压力降 P减小，会导致得不到理想的充模速率。鼠标上盖制品壁厚 较小流程相对过长不利于熔体充满整个型腔，对成型不利。剪切速率是影响ABS熔体粘度的 最主要因素，而粘度又直接影响熔体在模腔内的流动速率。因此采用小浇口不但会大大提 高熔体通过浇口时的剪切速率，而且产生的摩擦热也会降低熔体粘度，以达到顺利充模的 目的。综合以上分析和考虑到制品和实际模具形状，浇口采用边缘浇口，位置在制件尾端内 缘处，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单，提高了工作效 率，也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。将模型数据导入Pro/E的模流分析模块-Plastic Advisor（ 塑性顾问）建立仿真分析，分析结果 如图3.3a充模时间场变化b充模压力降变化图3-4:数值模拟结果图3.3为CAE软件模拟充模流动状况，a图中从红色区域向蓝色区域的过渡表明了充模时 的流动过程深红色区域是最先被充填，蓝色区域最后被充满，b图为充模过程中的熔体压 力损失的变化情况，蓝色区域为熔体压力损失最小部分，熔体从喷嘴进入型腔初期熔体压 力损失较小，当熔体到达型腔末端时压力损失达最大以红色表示，中间的颜色过渡显示了 熔体压力损失的变化情况，从分析结果看，浇口选在该位置熔体充模良好，不会发生充填 不满的情况。浇口尺寸计算：浇口采用边缘浇口浇 口深度 h=k.合=1.15 x 2=2.3mmk为材料系数查表得ABS为1.15, S为制品厚2mm浇 口 宽度 3 =k.A ?/30=4mm中型制件浇口长度取13.4注塑模成型零部件结构设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型 杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间 还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙 度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型 零件时，根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和 浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求 进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校9核。3.4.1 分型面位置和形状的设计该制品无需侧抽芯，且为简化模具结构选择单分型面，流道凝料连同制件一起由拉料 杆从定模脱下再连同制品由推杆推出，比之双分型面此种脱模过程较为简单易于操作。图3-5:分型面位置如图3.4 ,分型面位置选择首先要保证制品能顺利从