鼠标上盖制品毕业论文.doc

湖北工业大学商贸学院毕业设计 摘 要 本文以鼠标上盖为例，对鼠标上盖制品进行了零件造型及其模具设计。鼠标上盖是 流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用 Pro/E 软件对鼠标上盖制品及模具进行 了三维造型，采用 Pro/E 的数值模拟技术和经验设计计算相结合的方法优化设计,同时仿 真了塑料熔体在型腔内的充模流动以及冷却分析过程，预测了缺陷产生的临界条件，优 化了工艺方案及工艺参数，降低了缺陷出现的可能性。利用参数化实体造型的方法，为 更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。生成的模型数据可以直接导 入数控机床进行三维加工。 塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活中的方面得到广泛应用，特别是在电子 业中则尤为突出。电子产品的外壳大部分是塑料制品，产品性能的提高要求高品质的塑 料模具和合适的塑料性能、合理的成型工艺和制品的设计。 关键词关键词: 注塑模具 Pro/E 鼠标上盖 湖北工业大学商贸学院毕业设计I I Abstract The top cover of mouse is streamline. So it is difficult to describe by two-dimensional drawing. The product and mold of the top cover of mouse were 3D designed by Pro/E software. An optimized design was made by numerical simulation techniques of Pro/E and experience. The plastic melt flow and cooling process were simulated for forecasting critical conditions of errors. Technical parameters and processes have been optimized. The possibility of errors was reduced. Solid parameters are used which provide a practical approach for more rapid and efficient forms .The model data can be used directly for numerically controlled machine tools with 3D processing. The system uses a digital potentiometer to facilitate accurate adjustment, long service life, the impact of the external environment by a small, stable performance characteristics of the circuit design with self-calibration, range can be automatically converted, high measurement accuracy, stable performance and so on. Keyword: Injection mold Pro/E The top cover of mouse. 湖北工业大学商贸学院毕业设计II II 目 录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目目 录录 IIIIII 1 1 引引 言言 1 1 1.1 国内外发展状况 .1 1.1.1 模具工业的概况1 1.1.2 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布 2 1.1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 .6 1.1.4 注塑模具 CAD 发展概况及趋势 6 1.2 研究内容 8 1.2.1 鼠标上盖制品外形设计 8 1.2.2 最佳成型方法的选择 9 1.2.3 分析最佳成型工艺 9 1.2.4 模具结构分析和确定 .9 1.2.5 模具主要零部件的结构设计 .9 1.3 研究目的及意义 9 2 2 鼠标上盖设计及其成型工艺分析鼠标上盖设计及其成型工艺分析 1111 2.1 产品开发依据用途清单 .11 2.2 制品结构和形状的设计 .11 2.3 制品材料选择 .12 2.3.1 丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物（ABS） 12 2.3.2 聚苯乙烯（PS） .12 2.3.3 双酚 A 型聚碳酸酯（PC） 13 2.4 注射工艺选择 .15 2.4.1 工艺难点分析 15 2.4.2 ABS 塑料的干燥 .15 2.4.4 注射速度 16 2.4.5 模具温度 16 2.4.6 料量控制 16 3 3 模具设计模具设计 1717 3.1 型腔数目的确定 .17 3.2 注塑机选型 .17 3.2.1 注射量计算 .17 3.2.2 注射压力校核 18 3.2.3 锁模力校核 18 3.2.4 开模行程和模板安装尺寸校核 .18 3.3 模具浇注系统设计 .19 湖北工业大学商贸学院毕业设计III III 3.3.1 主流道和冷料井 .19 3.3.2 分流道 .19 3.3.3 浇口设计 .20 3.4 注塑模成型零部件结构设计 .22 3.4.1 分型面位置和形状的设计 22 3.4.2 成型零部件结构设计 .23 3.4.3 排气结构设计 25 3.4.4 型腔成型尺寸计算 25 3.4.5 塑料模具力学设计 27 3.5 合模的导向及脱模机构设计 .28 3.5.1 导向机构设计 28 3.5.2 脱模机构设计 .29 3.5.3 复位机构设计 .30 3.6 冷却系统的设计 .30 3.7 模具材料 31 结结 束束 语语 3232 参参 考考 文文 献献 3333 致致 谢谢 3434 附附 录录 3535 湖北工业大学商贸学院毕业设计0 0 1 引 言 1.1 国内外发展状况 1.1.1 模具工业的概况 讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展 方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一 个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。 作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国 际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新 技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业” ；美 国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业” ;日 本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“整个工业发展的秘 密”，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超 过日本机床总产值 9000 亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工 业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%， 其它各类模具约占 11%。 塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业 是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉， 塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮 革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。 目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公 设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品 以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经 向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而 各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽 车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑 料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要 的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。 湖北工业大学商贸学院毕业设计1 1 塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。 用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致， 特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计 与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工 业也随之迅速发展。 在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。1999 年中国大陆 制造工业对模具的总市场需求量约为 330 亿元，今后几年仍将以每年 10%以上的速度增长。 对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年 10%的增幅。汽车、摩托车 行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999 年，国内汽车年产量为 183 万辆， 保有量为 1500 万辆，预计到 2005 年汽车年产量将达 600 万辆。仅汽车行业就将需要各 种塑料件 36 万吨，而目前的生产能力仅为 20 多万吨，因此发展空间十分广阔。家用电 器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量 己超过 3200 万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了 100 万台。家用电器行业的 飞速发展使之对模具的需求量极大。到 2010 年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普 及率为 30%，塑料管的普及率将达到 50%，这些都会大大增加对模具的需求量。其它发展 较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技 术的发展产生巨大的推动作用。 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 l8 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， 湖北工业大学商贸学院毕业设计2 2 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 Ra0. 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。 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。技术比较见表 1 表 1: 国内外塑料模具技术比较表 湖北工业大学商贸学院毕业设计3 3 项目国内国外 注塑模型腔精度 0. 0050. 01mm 0.020.05mm 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。 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： 湖北工业大学商贸学院毕业设计4 4 (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。 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。 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计5 5 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 CADCAMCAE 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 Internet 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(RPRT)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 Design, 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: 湖北工业大学商贸学院毕业设计6 6 1. 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。 2. 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。 3. 美国和意大利的 Plastics&Computer Inc 公司的 TMCONCEPT 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。 4. 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。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: 1. 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计7 7 2. 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。 3. 上海交通大学从 1983 年开始，对注射模 CAD 进行了多方面的研究。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。 4. 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。 5. 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 和微机注塑模 CAD 三维系统 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 CAD 三维参数化系统 IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平。 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计8 8 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。 (2)根据产品开发依据及成型要求，确定工艺方案。 模具设计 1.2.4 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。 1.2.5 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 湖北工业大学商贸学院毕业设计9 9 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计10 10 2 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：11060mm。 环境：室内，使用温度范围 040。 无化学 品接触。 抗冲击要求：限定量从 1.5m 高度，0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 2.2:鼠标上盖外形（用 Pro/E 设计完成的制品图） 湖北工业大学商贸学院毕业设计11 11 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 丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物（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范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于 285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。 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 1.591.60 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。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。热学性能 聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定 湖北工业大学商贸学院毕业设计12 12 形结构，超过玻璃化温度即开始软化，软化点仅 95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。120开始成为熔体，180后开始具有流 动性，其热稳定性较好，超过 300才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。 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。 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。 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。 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。 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。 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，会产生表面裂纹并发暗，在火焰中可缓慢燃烧，离火源后可自熄。 湖北工业大学商贸学院毕业设计13 13 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 ABSPSPC 密 度 1.051.041.061.181.20 收 缩 率 0.30.80.20.80.50.7 熔 点 130160131165220240 热变形温度 （45N/cm） 65986590132138 模具温度 6080406085120 喷嘴温度 180190160170250300 中段温度 180230170190270320 后段温度 150170140160250270 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 334935636066 拉伸弹性模量 1.82.83.52.3 弯曲强度 806198105113 弯曲弹性模量 1.4-1.54 压缩强度缺口冲击强度 11200.250.40 不断 硬 度 R6286 洛氏 M6580 11.7HB 体积电阻率 1016101710191015 介电常数 60Hz2.45.0106 Hz2.760Hz3.0 击穿电压 -19272030 外 观浅象牙色或白色 不透明 无色透明、摔 打音清脆 透明微黄 特 点 耐热、表面硬度 高、 ，尺寸稳定、 耐化学及电性能 好，易成型加工， 可镀铬 耐水、耐化学 品、绝缘性好、 不耐冲击不耐 温 透明度高、硬而韧、高抗 冲、尺寸稳定性优电绝缘 性和耐热性好、耐开裂耐 药品性差 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 05 ；溢料值为 004 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计14 14 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： 混料干燥螺杆塑化充模保压冷却制品后处理 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以下，干燥 23h，夏季雨水天在 8090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。(1) 注射温度： 表 2.2: ABS 工艺参数表 工艺参数通用型 ABS 料桶后部温度 180200 料桶中部温度 210230 料桶前部温度 200210 喷嘴温度/ 180190 模具温度/ 5070 ABS 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)，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太 高的 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 湖北工业大学商贸学院毕业设计15 15 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。 2.4.4 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，动模温度要求 5060。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。 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。 湖北工业大学商贸学院毕业设计16 16 3 模具设计 3.1 型腔数目的确定 考虑到制件较小，由于大批量生产，所以我们采用一模两腔的形式。采用对称式分 布。 图 3-3 型腔布排 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=nVz+Vj mnmn+mj 3.(1) 0.5VgnVz+Vj nmnmj0.5mg 3.(2) V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=14cm3，预计浇注系统和飞边体积为 3 湖北工业大学商贸学院毕业设计17 17 cm3V=214+3=31 cm3 nVn+Vj0.5Vg Vg62cm3 3.(3) 3.2.2 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。 3.2.3 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=PBKCKS 3.(4) P型腔内压 KC-材料系数，查表得 ABS=1.157KS-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) 0.7 可算 出 L=348 故 L/H=174 故选 PB=32MPaP=321.151.3=48MPa 3.2.4 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 max S= HM+H1+H2+（510） 3.(5) S max-注射机的最大开模行程（mm）S-模具所需开模距离（mm）H1-塑件 脱模距离（mm）H2-包括浇注流道凝料在内的塑件高度（mm）HM-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 520520mm，容模量 130360mm 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