鼠标上盖注塑模具设

基于pro/E的鼠标上盖注塑模具设计1 绪论1.1 我国塑料模具工业的现状模具工业的发展，己成为制造业中科技含量增长最快的行业之一。根据2007中国国际模具展情况通报会，近年来我国模具工业以年均20%的速度持续增长，目前已拥有3万多家模具生产企业，模具生产总量已跃居世界第三，直接带动实现工业产值2.4万亿元5。塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。随着塑料的种类不断增多、性能不断改善，塑料制品已在工业、农业、国防、交通运输、通信以及日常生活等方面得到广泛应用。中国塑料工业加工协会会长廖正品在接受消费日报采访时说3：“塑料是我国国民经济的支柱产业之一，改革开放20多年来，我国塑料行业发展非常迅速，1999年至2004年均增长率为14%，是同期GDP增速的1.7倍，预计近十几年增速仍将高于GDP增长。2004年累计完成工业总产值2936.2亿元，占轻工行业总产值的10.5%，产值总额在轻工19个主要行业中位居第三；实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。目前，行业深入发展契机已经显现，受到国家有关部门的重视。在2006年，一向不被人们关注的塑料管材管件也被列入到中国名牌产品评价目录中。”注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，由于能够一次成型形状复杂、尺寸准确的产品,且适用于高效率、大批量的生产方式，因此有很大的市场需求和良好的发展前景。我国塑料模具工业经过了半个多世纪的迅速发展，无论是模具的设计水平、加工制造技术还是CAD技术，都已有了相当规模的开发和应用，但与发达国家相比，仍有不小的差距，例如专用塑料模具钢品种少，模具标准化程度不高，独立的模具工厂少，专业与柔性化相结合尚无规划等等。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。1.2注塑模具计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造1.2.1 CAD/CAM/CAE对模具设计的作用及意义目前，塑料产品种类多、更新快、市场竞争加剧，因此要在激烈的竞争中求生存，就必须走高效率、高质量、高精度的道路。因此如何缩短设计周期、提高产品质量、降低生产成本是我国塑料加工企业共同面对的问题。我国塑料模具目前的设计与分析主要依靠设计人员的经验和工艺人员的技巧，设计合理与否、制品有无缺陷只有通过试模才知道，使得模具的制造周期长、成本高。而注塑模具CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了在传统的注塑机上的反复试模、修模的束缚。同传统的模具设计相比，CAE技术在提高生产率、保证模具质量及其性能，降低生产成本、减轻劳动强度等方面，起到了不可估量的作用。对近几年国内外文献所公布的有关数据的统计表明，国外采用CAD/CAM/CAE技术所取得的平均经济效率大致为：设计时间缩短了50%、制造时间缩短了30%、成本下降了10%、塑料原料节省了7%4。注射模CAD/CAM/CAE技术作为一种划时代的工具和手段，从根本上改变了传统的模具设计与制造方法2。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。1.2.2 Pro/ENGINEER简介本课题采用美国PTC公司所推出的大型三维软件Pro/ENGINEER进行具体实体零件以及模具的设计。Pro/ENGINEER是一套由设计到生产的机械自动化软件，是CAD/CAM领域最具有代表性的产品。Pro/ENGINEER系统的具体代表性如下：第一、参数化建模工程设计人员可以随意勾画草图，通过修改相应的参数轻易改变模型。这一功能特性为工程设计人员提供了设计上的简易和灵活。例如，要画一个长方形，设计人员可以在绘图区画出一个长方形，然后通过修改长和宽的尺寸来精确控制其尺寸。第二、基于特征建模Pro/ENGINEER是采用基于特征的实体模型化系统。特征是Pro/ENGINEER中构成零件的基本单元，设计人员采用具有智能特性的功能去生成模型，如腔、壳、倒角以及圆角等等，在需要的时候直接修改相应的特征即可。第三、单一数据库所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。Pro/ENGINEER建立在统一的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生变动，可以反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦修改了零件的某个特征，也会反应在装配、工程图等环节，这就给绘图设计带来了极大的便利，减少了很多重复性的工作。Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。1.2.3 EMX简介EMX（Expert Moldbase Extension）是PRO/E模具设计系统中的一个外挂软件，其功能强大。具有自动建立各种标准模架及模架所需要的标准件，并可以自动创建保存工程图和BOM。不但节约了模具设计的时间，还可以减少许多不必要的错误，有效的提高模具设计质量与时间，是设计模架不可缺少的好助手。EMX的功能特点:第一、可以快速创建安装模架及配件。对各种元件迅速添加并具备自动安装到相应位置的功能。第二、具备自动创建工程图并可以自动保存。第三、元件库内自带有完整的滑块，斜顶等结构组件。第四、可以模拟设定注塑件的压力、锁模力等设置。并可以设置模拟开模。第五、修改元件名称以及参数。发挥最大自由的创建空间。第六、自带有许多模架生产供应商以及各家生产的模具模架数据，让你在模架设计中更加轻松自如。第七、打破传统2D设计，让你在3D直观感觉中进行创建。1.3 课题研究的目的随着塑料制品应用的日益广泛，对塑料模具设计和制造的要求也越来越高。本课题以鼠标上盖为研究对象，然后借助MoldFlow软件强大的分析和动态仿真功能，对其浇口位置、冷却系统、填充系统、翘曲变形进行优化分析，从而得到了最佳浇口位置和模具的相关结构。整个设计从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，而且真正实现了CAD/CAM/CAE一体化，可以有效地提高模具质量、缩短模具开发周期、减小模具生产成本，提高产品的市场竞争力。2 鼠标上盖结构及成型工艺分析2.1 塑件结构分析一款好的鼠标的外形应符合人体工程学原理，令人手感舒适，因此结构设计非常重要。该塑件属于流线型结构，由许多曲面构成，如图2-1、2-2所示。鼠标上盖最重要的就是外观表面，所以要求其表面光滑美观，成型后无磨损、脱模痕迹、熔接痕、气泡等影响外观的缺陷。其最大轮廓尺寸为71.6mm39.5mm18.2mm。 图2-1 鼠标上盖外表面 图2-2 鼠标上盖内表面2.2 塑件成型工艺分析2.2.1 塑件的分析（1）外形尺寸 该模具壁厚1.5mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。（2）精度分析 该塑件精度要求不高，采用一般精度MT3。（3）脱模斜度 ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-102选择该塑件上型芯和凹模斜度为13。2.2.2 ABS的性能分析（1）使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般的机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。（2）成型性能1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。2）吸湿性强。含水量小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。3）流动性中等。溢边料0.04mm左右。4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。（3）ABS的主要性能指标 其性能指标见下表2-1。表2-1 ABS的性能指标密度/gcm-31.021.08屈服强度/Mpa50比体积/ cm3g-10.860.98拉伸强度/Mpa38吸水性/%0.20.4拉伸弹性模量/Mpa1.4103熔点/130160抗弯强度/Mpa80计算收缩率(%)0.40.7抗压强度/Mpa53比热容/kg1470弯曲弹性模量/Mpa1.41032.2.3 ABS的注射成型过程及工艺参数（1）注射成型过程1） 成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。2） 注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3） 塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6070，处理时间为1620s。（2）注塑工艺参数1） 注塑机：柱塞式2） 料筒温度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。3） 喷嘴温度（）：170180。4） 模具温度（）：6080。5） 注射压力（MPa）：7090。6） 成型时间（S）：14.4（注射时间取0.7，冷却时间5.7，辅助时间8）。3 模具结构设计3.1 分型面的选择分型面是指分开模具取出塑料件和浇注系统凝料的可分离的接触表面，它的选择是塑件能否完好成型的先决条件2。（1）分型面设计的原则1) 符合塑件脱模的基本要求，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。2) 分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。3) 确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面。4) 确保塑件质量。5) 尽量避免形成侧孔、侧凹，力求模具结构简单。6) 满足模具的锁紧要求；分型面是曲面时，应加斜面锁紧。7) 合理安排浇注系统，特别是浇口位置。8) 有利于模具加工。（2）分型面位置的确定通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的曲面上，即其最大轮廓处，位置如图3-1红线框所示。图3-1 塑件最大轮廓处3.2 型腔数量的确定该塑件采用的精度为MT3，且为大批量生产，因此采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸和模具结构尺寸的大小关系，又考虑到型腔的平衡布置和浇口开设部位的对称，所以采用一模两腔布置。3.3 注塑机的选择和校核3.3.1 注射量的计算通过Pro/E分析计算得注塑体积：V塑=5.819cm35.82cm3塑件质量：m塑=5.936g5.94g，密度取=1.02g/cm3。3.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按塑件体积的0.21倍来估算。由于采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V塑（1+0.2）2=13.968cm313.97cm3 式（3.1）3.3.3 选择注塑机根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V总 =13.97cm3，并结合教材公式V公=V总/0.8得V公=17.46cm3。根据以上的计算，初步选定公称注射量为30cm3，注射机型号为XS-Z-30卧式注射机，其主要技术参数见下表3-1。表3-1 注射机主要技术参数理论注射容量/ cm330拉杆空间/mm235螺杆柱塞直径/mm28最大模具厚度/mm180注射压力/MPa119最小模具厚度/mm60注射行程/mm130合模方式液压-机械注射方式柱塞式定位圈直径/mm63.5合模力/N2.5105喷嘴球半径/mm12模板最大行程/mm160喷嘴口孔径/mm43.3.4 注塑机相关参数的校核（1）注射压力校核查表4-1可知2，ABS所需要的注射压力为80110MPa，这里取P0=90MPa，该注塑机的公称注射压力P公=119MPa，注射压力安全系数k1=1.11.3，这里取1.2，则：k1P0=1.290=108P公 式（3.2）所以，注塑机注射压力合格。（2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A塑，通过Pro/E软件测量得A塑=2432.15mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。A浇是塑件在分型面上的投影面积A浇的0.10.3倍。这里取A浇=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+ 2A塑)=21.2A塑=5837.16 mm2 式（3.3） 模具型腔内的膨胀力F胀，则F胀=A总P模=204300.6N=204.3kN 式（3.4）P模为型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540MPa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35MPa。查表3-1可得该注塑机的公称锁模力F锁=250kN，锁模力的安全系数为k2=1.11.2这里取1.2，则k2F胀=1.2 F胀=1.2204.3=245.16F锁 式（3.5）所以，该注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。4 浇注系统的设计和计算浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。其作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件2。4.1 主流道的设计（1）主流道尺寸1） 主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取48mm进行设计。2） 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+mm=mm=4.5mm 式（4.1）3） 主流道大端直径：d=d+2L主tan7.85mm，式中。 式（4.2）4） 主流道球面半径：SR0=注射机喷嘴球头半径+mm=mm=14mm 式（4.3）5） 球面的配合高度：h=3mm。（2）主流道的凝料体积 式（4.4）（3）主流道当量半径 式（4.5）（4）主流道浇口套的形式 浇口套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理2。本设计中采用T10A，热处理淬火表面硬度为5055HRC，并且主流道球面需进行硬化处理。4.2 分流道的设计（1）分流道的布置形式在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽量减少分流道的容积，采用的是平衡式分流道。（2）分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，所以分流道长度L分取35mm。（3）分流道截面形状及表面粗糙度常用的截面形状有圆形、梯形、U形、矩形和六角形等。在分流道的设计为了减少流道内的压力损失和传热损失，通常要求流道的横截面积大而表面积小。因此，常用流道的截面积与周长之比来表示流道的效率。该比值越大，表示流道的效率越高。查表4-5得圆形横截面效率最高2。虽然以前因受模具加工设备的限制，加工成本较高，但是随着模具加工技术的不断发展，如今已逐渐克服困难,从而使圆形截面分流道的应用越来越广泛。经过分析，本设计采用圆形截面分流道，其表面粗糙度Ra的值取1.6m。（4）分流道截面尺寸根据表4-72，取分流道圆形横截面的直径D=5mm，则截面积为 式（4.6）（5）凝料体积V分=L分A分=3519.63=687.05mm30.69cm3 式（4.7）（6）校核剪切速率1) 确定注射时间：查相关资料得t=0.7s。2) 分流道体积流量 式（4.8）3) 剪切速率 式（4.9）该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以，分流道的剪切速率合格。4.3 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接流道与型腔的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，其作用是加快塑料熔体的流动速度，并能防止型腔内的熔体倒流。浇口的形状、尺寸和进料位置对塑件的质量有很大的影响，塑件成型时出现的许多缺陷，如凹陷、缩孔、白斑、熔接痕、翘曲等现象，常常是由于浇口的设计不合理而造成的。因此对浇口的设计应特别重视。注射模的浇口结构形式很多，主要分为直接浇口、中心浇口、点浇口、侧浇口、潜伏式浇口、护耳形浇口等。本设计采用潜伏式浇口中的弯钩式浇口，如图4-1所示，不仅不影响塑件的外观表面，保证了塑件的美观度，还能在开模时实现自动切断浇口凝料，提高注射效率。而且潜伏式浇口有专用的铣切工具，加工方便。图4-1 浇口形状示意图（1）浇口尺寸的确定浇口进入型腔端直径d为0.81.2mm，长1.01.2mm，与分流道相接的大端直径一般为0.8D，D为分流道直径。初步选定浇口尺寸为：小端直径d=1mm，大端直径为4mm。（2）校核剪切速率1) 确定注射时间：查相关资料得t=0.7s。2) 分流道体积流量： 式（4.10）3) 剪切速率根据点浇口经验公式： 式（4.11）该浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率104105S-1之间。所以，浇口的剪切速率合格。4.4 校核主流道的剪切速率1) 确定注射时间：查相关资料得t=0.7s。2) 主流道体积流量： 式（4.12）3) 剪切速率： 式（4.13）主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率51025103S-1之间。所以，主流道的剪切速率合格。4.5 冷料穴的设计冷料穴也称冷料井，位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。常见的主流道冷料穴结构有带钩形（Z形）拉料杆的冷料穴、带球形的冷料穴、带圆锥拉料杆的冷料穴及起拉料作用的冷料穴。本设计仅有主流道冷料穴，采用较为常见的带Z形拉料杆的冷料穴，结构如图6-3所示。开模时，利用拉料杆的钩形头部将凝料从主流道中拉出。拉料杆材料为T8A。图4-2 带Z形拉料杆的冷料穴5 冷却系统的设计一般注射到模具内塑料温度为200左右，而熔体固化后从模具型腔中取出时其温度在60左右的塑件都应设置冷却系统，从而提高塑件质量和生产效率。冷却系统的计算很复杂，在此只进行简单的计算。5.1 冷却介质ABS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200和6080。因此，模具温度初步选为60，用常温水对模具进行冷却。5.2 冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1）塑料制品的体积V=V主+V分+nV塑=1.47+0.69+25.82=13.8cm3 式（5.1）2）塑料制品的质量=13.81.02=14.076g0.0141kg 式（5.2）4） 由于塑件壁厚为1.5mm，可查表4-342，取综合冷却时间t冷=5.7s，取注塑时间t注=0.7s，脱模时间t脱=8s，则注塑周期：t=t冷+t注+t脱=5.7+0.7+8=14.4s 式（5.3）由此得每小时注射次数：N=（3600/14.4）次=250次 式（5.4）5） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：=2500.0141=3.525kg/h 式（5.5）（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量查表4-352直接可知聚乙烯的单位热流量的值的范围在（310400）kJ/kg之间。故可取=370kJ/kg。（3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入口的水温为,出水口的水温为，取水的密度，水的比热容为C=4.187kJ/（kg）,则根据公式可得：=0.00173m3/min 式（5.6）（4）确定冷却水路的直径d当=0.00173m3/min时，根据表4-302知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水管的直径d=6mm。（5）冷却水在管内的流速=1.02m/s 式（5.7）（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h 因为平均水温为23.5，查表4-312可得，则有：=1.992KJ/m 式（5.8）（7）计算冷却水通道的导热总面积AA=m2 式（5.9）式中 模具平均温度（60）与冷却水平均温度（23.5）之间的差值。（8）计算模具所需冷却水管的总长度LL= 式（5.10）（9）冷却水路的根数X设每条水路的长度为=69mm，则冷却水路的根数为X=2.17根 式（5.11）由以上计算可以看出，两条冷却水路对于模具来说显然是不合适的，因此应视具体情况调整水路。5.3 冷却水路的设计（1）冷却系统设计原则1) 冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等，一般取1525mm。2) 冷却水道数量尽可能多，而且要便于加工。一般水道直径选用6.0，8.0，10.0，两平行水道间距取4060mm。3) 所有成型零部件均要求通冷却水道，除非无位置。热量聚集的部位强化冷却，如电池兜、喇叭位、厚胶位、浇口处等。A板、B板、水口板、浇口部分则视情况定。4) 降低入水口与出水口的温差。入水、出水温差会影响模具冷却的均匀性，故设计时应标明入水，出水方向，模具制作时要求在模坯上标明。运水流程不应过长，防止造成出入水温差过大。5) 尽量减少冷却水道中“死水”（不参与流动的介质）的存在。6) 冷却水道应避免设在可预见的胶件熔接痕处。7) 保证冷却水道的最小边距（即水孔周边的最小钢位厚度），要求当水道长度小于150mm时，边间距大于3mm；当水道长度大于150mm时，边间距大于5mm。8) 冷却水道连接时要由“O”型胶密封，密封应可靠无漏水。9) 对冷却水道布置有困难的部位应采取其它冷却方式，如铍铜、热管等。10) 合理确定冷却水接头位置，避免影响模具安装、固定。11) 冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。（2）凹模冷却水路的布置根据上述冷却系统的设计原则，凹模的冷却水路采用蛇形串联布置，水路之间的间距为40mm，布置一个入水口和一个出水口，水路直径取6mm，水路距型腔表面的距离为10mm，如图5-1所示。图5-1 凹模水路布置（3）凸模冷却水路的布置凸模的冷却水路采用串联布置，考虑到水路有可能会干涉到推杆，所以该冷却水路的布置如图5-2所示，布置一个入水口和一个出水口，水路直径取6mm，水路距型芯表面的距离为11mm。图5-2 凸模水路布置6 成型零件的结构设计及计算6.1 成型零件的结构设计1) 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种2。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体式凹模。如图6-1所示。2) 凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型2。通过对塑件的结构分析，选用整体式凸模。如图6-2所示。图6-1 凹模3D图 图6-2 凸模3D图6.2 成型零件钢材的选用成型零件材料选用的要求如下：1) 材料高度纯洁。2) 良好的冷、热加工性能。3) 抛光性能优良。4) 淬透性高。5) 耐磨性和抗疲劳性能好。6) 具有耐腐蚀性和一定的耐热性。根据成型零件材料选用的要求，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能，所以成型零件的钢材选用45钢。45钢经调质处理后有较好的综合力学性能，可进行表面淬火以提高硬度。6.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。前一种计算方法简便，但不适用于精密塑件的模具设计；后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂2。因为本设计的塑件精度采用一般精度等级MT3就能满足要求，所以采用平均值法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。6.3.1 凹模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差；，相应的塑件制造公差； 式（6.1）式（6.2）式中 塑件的平均收缩率，查相关资料可得ABS的收缩率为0.3%0.8%，所以平均收缩率（下同）；系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取；塑件上相应尺寸的公差（下同）；塑件上相应造公差，对于中小型零件取（下同）。6.3.2 凹模深度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式（6.3）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.7之间，此处取。6.3.3 凸模径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差；，相应的塑件制造公差。 式（6.4） 式（6.5）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。6.3.4 凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式（6.6）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。6.3.5 凸模内圆柱径向尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式（6.7）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。6.3.6 凸模内圆柱高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式（6.8）式中 系数，查相关资料可知一般在0.50.8之间，此处取。6.4 成型零件尺寸的计算塑料模型腔在注射成型过程中，在型腔全部充满的瞬间，熔体压力可达到一较高值。型腔必须具有足够的壁厚以承受熔体充模时产生的高压，否则可能因强度不足，产生塑性变形甚至破裂；或因刚度不足，产生大的弹性变形，引起成型零部件在其接触或配合表面出现较大的间隙，形成溢料或飞边，降低塑料制品的精度和影响塑料制品脱模。所以计算成型零件的壁厚是很有必要的。型腔的强度与刚度是型腔应具备的力学性能的两个方面，根据分析，塑料模具型腔对强度与刚度并非在各种情况下都提出较高要求，而是有侧重的。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应首先对模具刚度进行校核；对于小尺寸型腔，在其发生大的弹性变形之前，内应力往往已经超过许用应力，因而强度是主要矛盾。本设计为小尺寸型腔，设计型腔侧壁和底板厚度应按强度计算。本设计的塑件属于中小型尺寸，所以强度不足是主要矛盾，应按强度计算型腔侧壁和底板厚度。1) 侧壁厚度： 式（6.9） 式（6.10）2) 底板厚度： 式（6.11）以上各式中 型腔高度；型腔长度；型腔宽度；模具型腔内最大的熔体压力；许用应力（一般中碳钢许用应力为160Mpa）。7 模架的选择与导向结构设计7.1 各模板尺寸的确定根据计算得到的凹模外形尺寸：长宽高=220mm69mm30mm，凸模的外形尺寸尺寸：长宽高=220mm69mm36.6mm，则可确定以下各板尺寸：1)A板尺寸。A板是定模板，凹模深度18.3mm，又考虑在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故A板厚度取40mm。2)B板尺寸。B板是动模板，按模架标准板厚度取32mm。3)C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=（21+16+12.5+510）mm=54.559.5mm，选定C为63mm。根据上述尺寸的计算，又考虑凹模最小壁厚，导柱，导套的布局等，再同时参考小型标准模架的选型经验公式和表4-382，可确定模架序号为3号，板面为160mm315mm。本设计为单分型面，且采用推杆脱模机构，所以选择模架结构形式为A1型的标准模架。其形外尺寸：宽长高=160mm315mm175mm，如图8-1所示。图8-1 模架结构示意图7.2 模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。1） 模具平面尺寸160mm315mm235mm235mm（拉杆空间），校核合格。2） 模具高度尺寸175mm，60mm175mm180mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。3） 模具的开模行程本设计选用的是锁模机构为液压-机械式的注射机，开模行程与模具的厚度无关，则S=H1+H2+（510）mm=21+66+（510）mm=9297mm160mm（开模行程） 式（7.1）校核合格。式中 S注塑机移动板最大行程； H1塑件脱模所需要的推出距离； H2包括浇注系统在内的塑件高度。7.3 导向结构设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精度定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精度定位。本模具所形成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模具本身多带的定位机构。8 脱模推出机构及排气槽的设计8.1 脱模机构设计原则（1）塑件应尽量留于动模一侧，以便脱模装置在注射机推杆的驱动下完成脱模动作。（2）为保证塑件不变形损坏，推杆布置尽量均匀，并尽量靠近胶料收缩包紧的型芯，或者难于脱模的部位。（3）推力点应作用在塑件刚性和强度最大的部位，避免作用在薄胶位，作用面也应尽可能大一些。（4）顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，从而保证良好的塑件外观。8.2 推出机构的设计8.2.1 推出方式的确定该模具采用一次推出机构，用推杆进行脱模。需要注意的是，该塑件由曲面组成，所以用推杆脱模必须把推杆顶部加工至与塑件表面相贴合的曲面。并且由于推杆顶部不是平面，所以要防转。推杆材料为T8A。8.2.2 推杆的布置推杆布置的一般原则：1) 推杆必须布置在需要排气的区域，这些区域不依靠分型面排气。2) 推杆应布置在制品最低点处。3) 推杆可按需要置于或靠近制品拐角处。4) 推杆应尽可能的对称，均匀地分布在制品上。5) 推杆应布置在肋与肋或壁与肋的相交点上。推杆置于肋与肋，或壁与肋的相交点上，可增大推杆尺寸。该模具的推杆布置如图8-1、8-2所示。图8-1 单个塑件的推杆布置 图8-2 推杆整体布置8.3 脱模力的计算因为矩形塑件内壁长宽尺寸与壁厚之比 式（8.1）所以此塑件为薄壁矩形塑件。 式（8.2）式中 E塑料的弹性模量（1800MPa）；L凸模被包紧部分的长度（68.7mm）；脱模斜度（）；S塑料成型的平均收缩率（0.55%）；F摩擦系数，一般取0.45；T塑件的壁厚（1.5mm）；由与f决定的无因次数，；塑料的泊松比（0.3）；A塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（2432.15mm2）。8.4 推杆的直径计算及强度校核8.4.1 推杆的直径计算 式（8.3） 式（8.4）当前，推杆已制成标准件，设计时应根据计算结果尽量在相应的标准尺寸中选取，所以取、；式中 推杆长度（72.1mm）；推杆长度（66.3mm）；单个塑件的推杆数量，取1，取4；推杆材料的弹性模量（2.1105MPa）；安全系数，取=1.5。8.4.2 强度校核推杆直径确定后，还应进行强度校核： 式（8.5） 式（8.6）所以合格。式中 推杆材料的许用压应力（200Mpa）。8.5 推出机构的复位脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用复位杆复位。8.6 排气槽的设计排气槽是为使模具型腔中的气体排出而在模具上开设的通气槽或通气孔。排气是注射模具设计中一个重要的问题。在注射成型过程中，熔体注入型腔时，必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔。注射模常用的排气方式有以下几种：用分型面排气；用型腔和模板的配合间隙排气；用侧型芯运动间隙排气；利用推杆运动间隙排气；开设排气槽。本模具为中小型模具，且分型面适宜，可以利用、的方式来排气，不必再设计其他排气装置。9 模具的工作原理及安装9.1 模具的工作原理鼠标上盖注塑模具装配图，如图10-1。图9-1 鼠标上盖注塑模具装配图1-定模座板；2-定模板；3-内六角螺钉；4-浇口套；5-内六角螺钉；6-定位环；7-凹模；8-复位杆；9-动模板；10-凸模；11-推杆固定板；12-推板；13-动模座板；14-推杆；15-拉料杆；16-止动销；17-内六角螺钉；18-导套；19-导柱；20-内六角螺钉；21-水嘴；22-垫块；23-推杆；24-内六角螺钉；25、26-O型密封圈模具安装在XSZ30型注射机上，动模座板13固定在注射机的动模板部分，定模座板1固定在注射机的定模板上。注射机合模后，注射机喷嘴伸入到模具中与浇口套4的入料口处实现对接。对接后，熔融的ABS经主流道、分流道和浇口进入型腔内；经保压，冷却后塑件成型。开模时，注塑机带动动模板9向后运动，使其与定模板2从分型面处分开，Z型拉料杆15钩住浇注系统的冷凝料及塑件一起向后运动，当主流道中的凝料完全拉出一段距离后，注射机的顶杆作用在推板12上，使得浇注系统中的的冷凝料和塑料制件分别在Z型拉料杆18和推杆14、23的作用下一起推出，完成脱模过程。由于采用潜伏式浇口，因此在开模时即可实现自动切断浇口凝料。合模时，注射机锁模机构工作，当复位杆8运动到定模板2处后，无法继续前进，从而迫使推板12后移，回到初始状态。待动、定模完全闭合后，完成合模动作，进人下一个成型周期。9.2 模具的安装1) 安装前先要清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。2) 模具安装采用整体安装法。先在机器下面导轨上垫好板，模具从侧面进入机架内，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模板。然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，保证开闭模具时平稳、灵活、无卡住现象，然后固定动模。3) 调节锁模机构，保证有足够的开模距离及锁模力，使模具闭合适当。4) 慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。5) 模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距离注射温度2030时，即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用纸片放在喷嘴和浇口套之间，观察两者的接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧定位螺钉，紧固定位。6) 开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。鼠标上盖模具总装3D爆炸图，如图9-2。图9-2 鼠标上盖注塑模具安装爆炸图结论通过这次模具设计，不仅使我对于塑料模具有了更加深入的了解，对模具的设计过程有了更加清晰的认识，还让我重新拾起了许多已经淡忘的知识，如AutoCAD、Pro/Engineer、机械制图、公差等，可谓受益匪浅。为了完成本次课题的设计，我查阅了大量关于注射模具设计方面的资料，但我发现在设计时有很多需要的公式、参数都是在书本上找不到的，很多情况下都只能凭借设计者自己的经验进行设计，由此可见实践对于我们设计人员的重要性。在我看来，这次模具的设计过程就是一次在总结前人经验的基础上不断创新的过程。在完成了整个模具设计后，总结概括了以下几点结论：1) 选用ABS作为鼠标上盖制作材料。2) 为了提高生产效率，在保证塑件质量的前提下，本模具采用了一模两腔的型腔排布方式。采用潜伏式浇口有利于提高注射效率，并容易实现自动化生产，但增加了凸模的加工难度。3) 利用Pro/E的外挂EMX模块绘制了标准模架、浇注系统、冷却系统以及脱模机构等，可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，提高模具的设计质量及效率。4) 利用CAD/CAE技术设计模具，可以有效地优化模具结构、提高工作效率、缩短模具开发周期、减小生产成本。致谢不知不觉，整个毕业设计已临近尾声，在本次设计过程中，首先要感谢的就是我的指导老师乔东平老师，在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。乔老师不仅在毕业设计方面帮助我，在生活和求职方面也给了不少建议。乔老师的博学、严谨、热忱令我折服，并将积极影响我今后的学习和工作。虽然只有短短的几个月，但我仍能觉得自己进步不少，乔老师，谢谢了！然后要感谢同组做毕业设计的同学，是你们的帮助让我走过一个又一个的难关。大家在一起讨论时，都能无私地拿出自己解决问题的经验，让我少走了不少弯路，在此再次诚挚地感谢大家。在这几个月的时间里，我们结下了深刻友谊，给我留下了一段美好的回忆。在这里要特别感谢一下我的父母，感谢你们二十多年来对我的爱护、鼓励与支持。养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。最后，我要对所有帮助过我的老师、同学、朋友诚挚地说一声：谢谢！参考文献1 中国机械工程学会.中国模具设计大典第二册M.江西科学出版社，2003.2 叶久新，王群塑料成型工艺及模具设计M.北京：机械工业出版社，2008.3 名牌战略，塑料工业发展契机N .消费日报，2006.4 高济.塑料模具设计M.北京：机械工业出版社，2002.5 行业信息J.模具制造，2007，（6）：54.6 陈言秋.塑料模具设计要点与图例M.北京：化学工业出版社，1999.7 屈华昌.塑料成型工艺M.北京：机械工业出版社，2001.8 丁浩.塑料工业实用手册M.北京：化学工业出版社，2000.9 郭洋.Pro/ENGINEER企业实施与应用M.北京：清华大学出版社，2008.10 二代龙震工作室.Pro/MOLDESIGN Wildfire4.0拆模设计M.北京：电子工业出版社，2009.11 甘永立.几何量公差与检测M.上海：上海科学技术出版社，2005.12 范思冲.画法几何及机械制图M.北京：机械工业出版社，1996.13 叶邦彦，陈统坚.机械工程英语M.北京：机械工业出版社，2005.14 肖祥芷，王义林.模具CAD/CAE/CAMM.北京：电子工业出版社，2004.15 Fang-Jung Shiou，Chao-Chang A.Chen，Wen-Tu Li.Automated surface finishing of plastic injection mold steelwith spherical grinding and ball burnishing processes J.Int J Adv Manuf Technol，2006，（28）：6166.16 Nguyen-Chung T，Plichta C，Mennig G.Flow disturbance in polymer melt behind an obstacle J.Rheol Acta，1998，（37）：299305.34