基于MasterCAM的鼠标上盖凸模设计 基于MasterCAM的鼠标外壳凸模的数控加工【全套含有CAD图纸三维建模】
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报 告用纸 第 1 页 共 20 页 注塑模具的设计与热分析 摘 要 :本文介绍了用于生产热变形测试样品的注塑模具的设计，这种模具能为自身实现热分析，从而得到模具的热残余应力的影响。文章对技术，理论，方法以及在注塑模型设计中需要的考虑的因素也进行了介绍。模具设计是通过商用计算机辅助设计软件种用于分析因样品不均匀冷却产生的热残余应力的模具，已经通过使用 且存在问题也已经解决。该软件通过绘制相应的时间反应曲线为模具提供了温度分布等高 线图以及注塑周期中的温度的变化。结果表明，与其他区域相比，收缩可能更容易发生在冷却渠道附近的区域。热变形就是这种在模具的不同区域的不均衡降温效果引起的。 关键词 ： 注塑模具；设计；热分析 1. 引言 塑料业是世界上发展最快的工业之一，被列入产值达数十亿美元的产业。几乎每一个在日常生活中使用的产品都涉及塑料的使用，这些产品大部分可通过注塑成型方法生产 1 。注塑成型工艺因其制造过程是以较低的成本生产各种形态和复杂几何形状的产品而众所周知 2 。 注塑成型工艺是一个循环 工艺，整个过程分为四个重要的阶段，即：充模，保压，冷却和喷射。在注塑成型过程是从漏斗中把树脂和适当的添加剂注入到注塑成型机的加热 /注射系统开始的 3 。这就是“充模阶段”，在这个过程中，模腔填充了达到注射温度的热聚合物熔体。在模腔填充后的 “保压”阶段，更多的是聚合物熔体在更高的压力下被装进腔体，以补偿因聚合物固化引起的预计萎缩。接下来便是冷却阶段，在此过程中模具会冷却，直到有足够的刚性部分被弹出。最后一个阶段是“弹射阶段”，这个阶段模具被打开，成型部分被弹出，过后，模具会再次被关闭开始下一个循环 4 。 因为主要是靠经验，包括了实际工具的反复修改，所以设计和制造所需性能的注塑成型聚合物部件的过程很昂贵的。在模具设计任务中，由于包含了喷射和气压因素，通常来说，在核心区为模具设计特别附加的几何结构是相当复杂 5 。 为了设计出模具，许多重要的设计因素必须加以考虑。这些因素是模具的大小，模腔的数量、布局，热流道系统，门控系统，收缩和弹射系统 6 。 在模具的热分析中，其主要目的是分析热残余应力或模压对产品尺寸方面的影响。热诱导应力主要发生在注塑零件的冷却阶段，主要是由于其较低的热传导率和熔融树脂和模具之间的温度差 异。在场冷却过程中的产品腔的温度是不平衡的 7 。 冷却过程中，离冷却通道越近的地方能更大程度的冷却下来。这种温度的不同引起了材料的异收缩，从而带来热应力。明显的热应力可能会引起变形问题。因此，在注射成型过程的冷却阶段对热残余应力场进行模拟是非常重要的 8 。通过了解热残余应力的分布特点，我们就可以预测热残余应力引起的变形。 在这篇论文中，为生产翘曲测试样本设计的提出了这样一种注塑模具设计：它能对模具实现热残余应力对其的影响实现热分析。 2. 方法 曲测试样本的设计 这一部分介 绍了用于注塑模具设计的翘曲测试样本的设计。对于外壳很薄的产品来说，很明显翘曲是存在其中的主要问题。因此，产品开发的主要目的就是设计一个塑件能为外壳很薄的注塑模具的翘曲问题确定影响因素。翘曲测试样本是由薄塑料壳而开发的。样本的总体尺寸是长 120 毫米，宽 50 毫米，厚 1 毫米。生产翘曲测试样本所用材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯（ 塑的温度、时间和压力分别是 210 C, 3 s 和 60 1 表示翘曲测试样本。 图 1 翘曲测试样本 曲测试样本设计注塑模具 本节介绍了用于生产翘曲测试样本 的模具的设计部分和设计中其他需要考虑的因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是美国国家钢铁学会的 1050碳钢。在模具设计中考虑到的四个设计概念包括： I. 三板模具（概念 1）有两个分模线单腔，由于成本高所以不适用。 二板模具（概念 2）有无浇注系统的一个分模线单腔。由于每注的低生产率而不适用。 二板模具（概念 3）有一分模线与门控喷射系统的双腔。由于产品太薄，顶针可能损害它，因此也不适用。 二板模具（概念 4）有一分模线与有门控系统的双腔，只用直浇口拉出器作为喷射器，来避免在喷射过程 中对产品的破坏。在翘曲样本的模具设计中第四个设计概念已经得到应用。 各种设计根据都已经在设计中得到应用。 首先，模具的设计是基于所使用注塑机器的压盘尺寸 (2D)。这个机器是有一定限制的，这就是两个拉杆之间的距离定出的压板机的最大面积在机器拉杆之间的距离为 254毫米。因此，模具板最大宽度应不能超过这个距离。此外，为了达到调定和处理模具的目的，在两个拉杆和模具之间保留了 4毫米的空间。最终这使模具的最高宽度为250毫米。标准模具基地有 250 250毫米的使用面积。模具基底是用美得丽钳安装在模具基 座或模具压板右上角和左下角的。其他相关模具板的尺寸见表 1。 设计了夹紧压力的模具具有高于内部空腔力（反应力）的夹紧力来避免发生突然的活动。 表 1 磨具板尺寸 部件 尺寸：宽度高度厚度 顶部压紧板 250 250 25 腔板 200 250 40 核心板 200 250 40 侧板，支撑板 37 250 70 排出维持板 120 250 15 推出器 120 250 20 底部固定板 250 250 25 基于标准模具系列给出的尺寸，宽度和核心板的高度分别是 200和 250毫米 这些尺寸使核心板两腔的设计是水平放置的，因为腔板为空时有足够的空间，为了填充熔融塑料，只是用浇口衬瓦来固定因此，在产品表面只设计了一个标准分型线。在模具打开的过程中，产品和滑行装置放置在通过分型面的一个平面上，标准门或侧门就是转为这个模具设计的。门就处在滑道和产品之间。在门底部的土地，设计了 20倾斜，而且厚度只有 这个门还设计了四毫米宽 模具设计中，选择了滑道的抛物 线交叉部分的类型，因为他有一个好处，那就是一模只需一半的简单加工，即这一例子中的核心板。 尽管如此，与圆截面类型相比这种滑道有诸如更多的热流失和废料。这可能会引起熔融塑料更快的凝固。这个问题通过使用更短，直径更大的滑道得以减少，它的直径是6毫米。非常重要的一点是滑道的设计要同时在相同的压力和温度下把材料或熔融塑料分送到腔体中。由于这一点，腔体的布局设计成了对称形式。设计中另一个需要考虑的方面就是通气孔的设计。 为了防止发生滑动，核心和板腔之间的配合面板加工非常精细。但是，这可能导致在模具关闭 时空气被封在里面，而使产品出现喷丸不足或部分不完整。为了确保锁住的空气能被排出来而避免部分不完整的发生，我们设计了足够多的通气孔。冷却系统是沿着模具的长度钻出来的，在与模具水平的位置使其更好的冷却这些冷却渠道在两钻腔和和核心板上都有。它们使模具在湍流的情况下能够充分的被冷却。图 2 给出了通气孔和核心板上的冷却渠道在腔里的布局。 图 2 气孔在腔中的布局及冷却通道 在这个模具设计中，弹射系统包括弹射版，直浇口拉出器以及喷射器。位于核心板中心位置的直浇口拉出器的作用不只是作为模具打开时固定产品位置的拉 出器，而且在喷射阶段作为喷射器把产品从模具中推出来。在产品腔中没有放置和使用附加的喷射器，因为产品生产的非常薄，即 1毫米。 产品腔中额外的注射器可能会在喷射阶段给产品增加洞眼和损害。最后，要对尺寸容差进行足够的考虑来补偿材料的收缩。图 3显示了利用 图 3 模具的三维实体建模和线框模型 图 4 用于避免欠注的额外的通风孔 3. 结果和讨论 产和调整产品的结果 从设计和制作的模具来看，生产的翘曲测试样本在实验跑中有一些缺陷。这些缺陷是短射，溢料和翘曲。短射随后被弯道腔排气孔的边缘消除来使被困住的空气能出来。与此同时，溢料也通过减少保压机器的压力得到降低。变形可以通过控制诸如注射时间，注射温度和融融温度等各种参数来得到控制。经过这些修改，模具生产了高品质低成本的翘曲测试样本同时需要尽快完成小门控。图 4显示了模具的修改，正在加工消除短射的额外排气孔。 具和产品的细节分析 模具和产品开发出来以后 , 就进行对模具和产品的分析 t. 在注塑成型额过程中 , 210度的熔融 却发生后，产品就成型了 品的周期大约需要 35秒，而其中冷却的时间就有 20秒。生产翘曲测试样本的材料是 注塑温度，时间，和压力分别是 210度， 3秒和 60 模具选的材料是 1050碳钢，这些材料的性能在有限元素分析开发的模具中决定温度分布的方面是非常重要的。表 2显示了 模具进行分析的关键部分在于腔体和核心板，因为这是产品成型的地方。 所以热分析来知道温度分布和不同时间的不同温度是通过采用商业有限元素分析软件即所谓的 了研究在不同地区热残余应力对模具的影响，进行了二维的热分析，由于是对称的，热分析只要通过垂直截面的上半部分或者在注射阶段被夹住的两腔的侧面和核心板块。图 5显示了用不规则网格分析的热分析模型。 图 5 热分析模型 建模还涉及到性能分配和模型的程序或周期的时间。这使得有限求解分析模具模型建立，并且绘制了时间反应图来显示在特定阶段的不 同地区的温度变化。对于产品的分析，是通过利用 本上在被紧紧地加载在一端，而另一端是被锁住的。负荷会一直增长知道模型达到可塑性。图 6显示了分析的加载模式。 表格 2 模具和产品的材料性能 图 6 分析的加载模式 图 7 不同时间间隔的二维热分布等高线图 模具和产品分析的结果和讨论 对于模具分析来说，可以观察到不同的时间间隔中的热量分布。图 7 显示了一个完整注塑模型周期中不同时间间隔的热分布二维分布等高线图。 对于模具的分析 来说，在不同热量或热能分布等高线绘制图上 ，热量分布在一个完整的注塑周期中。为了实现对于模具的二维分析，绘制了时间反应曲线图来分析热残余压力对产品的影响。图 8 显示了为了绘制时间反应曲线选出的结点。 图 8 时间反应曲线图选出的结点 图 示了图 8 所示不同节点上的温度分布曲线。 从绘制出的温度分布曲线图来看，图 ，为绘制曲线图选择的每一个结点在温度上会经历上升。即，从其周围的温度到比其周围温度高的特定温度，然后在特定的一个时间里，在这个温度上保持不变。这个温度增长是由于熔融塑料被注入产品腔引 起的。段特定的时间 度会进一步升高直到最高温度，然后保持在那个温度上。温度增长归因于引起高压的保压阶段。这个阶段上引起温度上升。这个温度会一直维持到冷却阶段开始，这个阶段上把模具的温度降并维持到一个较低的值。绘制的曲线由于没有熔融塑料的注入率以及冷却剂的制冷率，他是弯曲的。绘制的曲线只是显示了在周期中能够达到的最大值。热残余应力分析的最关键步骤是冷却阶段。这是因为，冷却阶段引起了材料从高于玻璃转化温度到低于它的转化。材料经历了可能导致翘曲的引起热应力的不同的收缩。从图 示的冷却以后的温度中，由于温度进一步降低冷却管附近的温度会很明显的受到更大的冷却效果，而远离冷却管的地方则有较小的冷却效果冷却率越大，冷却效果越多意味着在这个地方发生跟大的收缩。尽管如此，最远的地方，第 284 结点，尽管远离冷却管，由于向环境中损失的热量，经历更大的冷却力。结果是，产品腔中心位置的冷却管引起中间高于其他地方的部分的温度不相同 .。由于更大程度的收缩，中间部分产生了压缩，同时由于收缩不均等引起了翘曲。尽管如此，冷却后，不同结点的温度差异很小，翘曲影响也不明显。 对设计师而言，设计一个有较少热 残余应力及及有效的冷却系统的模具是非常重要的。对产品的分析，从开始进行分析注塑产品的阶段，不同的负载因子在产品上的压力分布在这两个尺寸分析中得到观察。图 18 21 显示了不同负荷应力增量的等高线图。一个临界点，即 127 节点上，产品的最大拉应力被选定出来进行分析。在图 22 和 23 中绘制了这一点上的压力应变曲线和负载应力曲线从图 23 绘制的这一点上的负载应力曲线，很清楚的看到产品经受很大的负荷，直到 23 的负载力，即 1150 牛。这意味着产品能够承受最大在 1150 牛的拉伸力。高于这个值的负荷会引起产品的失灵。基于图 23，失灵很可能会发生在产品的固定端附近的区域，这里最大应力是 107 由于该产品的生产是以为了翘曲测试，也没有分析与拉伸荷载的关系，所以其应力分析揭示的是很有限的信息。未来，尽管如此，建议产品服务条件应该确定，以便能够进行各种其他的负载下的进一步分析。 图 9 284 结点温度分布图 图 10 213 结点的温度分布图 图 11 302 结点的温度分布图 图 12 290 结点的温度分布图 图 13 278 结点的温度分布图 图 14 1830 结点的温度分布图 图 15 1904 结点的温度分布图 图 16 1853 结点的温度分布图 图 17 1866 结点的温度分布图 图 18 在荷载增量为 1 时的等效应力图 图 19 在荷载增量为 14 时的等效应力图 图 20 在荷载增量为 16 时的等效应力图 图 21 在荷载增量为 23 时的等效应力图图 22 应力与应变曲线 图 23 脂的应力与荷载增量曲线 4. 结论 设计的模具可以生产用于确定影响翘曲参数的高质量的翘曲测试样本。该测试样本生产成本低，只涉及很少德控门的修整。注塑模具的热分析提供了热残余应力对标 本的变形后形状的影响的解释另外对产品拉伸应力的分析成功的预测翘曲测试样本在出现失灵之前的拉伸载荷。 鸣谢： 作者向发起本文出版的马来西亚博特拉大学工程学院致谢。 参考文献 1 1987, p. 110. 2 A on of J. 136 (2002) 1. 3 A a J. 11 (2002) 41. 4 O . of J. 128 (2002) 113. 5 1987, p. 83. 6 G. P. 1993, p 129. 7 2001, p. 1. 8 X. in J. 101 (1999) 商丘工学院毕业设计（绘图）任务书 （指导教师填表） 填表时间： 2015 年 11 月 24 日 学生姓名 李昆仑 专 业班 级 机械设计制造及其自动化 12 级 1班 指导教师 黄胜银 课 题类 型 工 程设 计 设计题目 基于 鼠标外壳凸模的数控加工 主要研究内容 设计零件三维模型 ， 对零件的注射模进行结构设计，对凸模进行加工刀具路径的设计和加工仿真，导出数控加工程序。 主要技术指标（或研究目标） 了 解与课题相关的知识，广泛收集相关资料；了解国内外与本课题相关的技术和研究水平，力求改进和创新。 主要完成材料包括： 1. 开题报告一份； 2. 查阅到 12 篇以上与课题相关的科技文献； 3. 翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于 3000 字； 4. 需要完成不少于折合 2张 中应包含 凸模 装配图、主要零、部件 图等 ， 图纸绘制要符合国家制图标准，布图合理，图面整洁、美观。 5. 按要求格式独立撰写不少于 2 万字的设计说明书。 进度计划 成开题报告 。 行课题研究或项目开发与设计，完成具体设计任务，并绘制相关设计图纸，撰写毕业论文。 期检查，内容包括：选题表、任务书、开题报告、毕业论文（设计）进度表、文献综述、外文资料翻译和毕业论文（设计）中期检查表。 成提交毕业设计。 辩 。 主要参考文献 1 孙桓机械原理 M高等教育出版社 2013 2 濮良贵机械设计 M高等教育出版社， 2013 3 魏明 . 具设计与加工，人民邮电出版社， 2004. 4 张盗成 . 三维 用，机械工业出版社， 2002. 5 赵俊武 . 具设计实例教程，清华大学出版社， 2008. 6塑料模设计手册编写组编著 M械工业出版社， 1993 7王之煦等 S械工业出版社， 1992 8屈 华昌 M械工业出版社， 1994 教研室主任签字： 年 月 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 本科毕业论文（设计） 基于 学 院 小三号黑体居中（下同） 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 提交日期 年 月 日 商 丘 工学院 2015业代码 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 诚 信 承 诺 书 本人郑重 承诺和声明 : 我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定 ,恪守学术规范 ,此毕业论文 (设计 )中均系本人在指导教师指导下独立完成 ,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果 ,没有篡改研究数据 ,凡涉及其他作者的观点和材料 ,均作了注释 ,如有违规行为发生 ,我愿承担一切责任 ,接受学校的处理 ,并承担相应的法律责任。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将鼠标外壳作为 设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。 通过对鼠标外壳成型工艺的正确分析，设计了一副一模 2腔的塑料模具。模具中决定塑件几何形状和尺寸的零部件称为成型零件，包括前模板、前模仁、后模板、后模仁、后模镶件、斜导柱、滑块等的设计与加工工艺过程。成型零部件在工作时直接与塑料接触，在一定的温度下承受熔体的高温和高压，因此必须要有合理的结构、较高的强度和刚度、较好的耐磨性、正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。重要零件的工艺参数的选择与计算，推出机构与浇注系统以及其它结 构的设计过程。 设计成型零部件时，应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统、排溢系统等，然后根据加工工艺和装配工艺的要求进行成型零部件的结构设计，计算成型零部件的工作尺寸，对关键的成型零部件进行强度和刚度校核。设计零件三维模型，对零件的注射模进行结构设计，对凸模进行加工刀具路径的设计和加工仿真，导出数控加工程序。 关键词： 塑料模具；注射成型；模具设计； 鼠标外壳 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 is an of is to be a of is as as a to of on of of a of a of a to of as of in at a to it a of be of of to of to of of of of of 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 录 1 绪论 . 1 具的概况 . 1 模具工业的概况 . 1 具发展的前景 . 1 射成型原理 . 2 究内容 . 2 标外壳制品外形设计 . 2 佳成型方法的选择 . 2 析最佳成型工艺 . 3 具设计 . 3 2 鼠标外壳设计及其成型工艺分析 . 4 制品结构和形状的设计 . 4 品材料选择 . 4 烯腈 丁二烯 苯乙烯三元共聚物（ . 4 苯乙烯（ . 5 酚 A 型聚碳酸酯（ . 5 射工艺选择 . 7 艺难点分析 . 7 料的干燥 . 7 射压力 . 8 射速度 . 8 具温度 . 8 量控制 . 8 3 模具设计 . 9 述 . 9 塑机选型 . 9 射量计算 . 9 射压力校核 . 9 模力校核 . 9 模行程和模板安装尺寸校核 . 10 具浇注系统设计 . 12 流道和冷料井 . 12 流道 . 12 浇口设计 . 14 塑模成型零部件结构设计 . 14 型面位置和形状的设计 . 14 腔镶拼组合 . 15 气方式 . 15 腔成型尺寸计算 . 15 料模具力学设计 . 17 模导向和定位机构设计 . 18 模机构设计 . 18 定标准模架尺寸 . 19 具材料 . 19 4 加工前工艺分析 . 20 工工序的划分 . 20 坯材料选择 . 20 具选择 . 21 削用量选择 . 24 5 数控编程 . 27 床选择及参数设置 . 27 模的走刀路径及参数设置 . 27 工代码的生成 . 32 结 语 . 53 致 谢 . 54 参考文献 . 55 V 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 1 1 绪论 具的概况 模具工业的概况 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高 低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。 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。 具发展的前景 改革开放使中国成了世界加工厂，中国的制造业也突飞猛进，尤其是珠三角和长三角地区。中国的模具行业产值也跻身于世界的第三位。但中国模具行业的质量并不是世界上最好的，目前还赶不上德国和日本。但 我们相信，中国不会因此而停顿，中国模具的发展，不仅仅是要量上考虑，更应该要从质上考虑，中国模具行业大有发展的空间。 很多人对模具不了解，什么是模具？模具是能生产出具有一定形状和尺寸要求的零件的一种生产工具。也就是通常人们说的模子，比如电视机、电话机的外壳、塑料 桶等商品，是把塑料加热软化注进模具冷却成型生产出来的。蒸饭锅也是由金 2 属平板用模具压成这样的形状。任何商品都是用模具制造出来的。可以说没有模具就没有产品的生产。那么模具又是怎样做出来的呢？首先它由模具设计人员根据产品（零件）的使用要求，把模具结构用 计算机设计软件设计出来，绘出图纸，再由技术 工人按图纸要求通过各种机械的加工（如车床、刨床、铣床、磨床、电火花、线切割）做好模具上的每个零件，然后组装调试，直到能生产出合格的的产品，所以模 具工需要掌握很高很全面的知识和技能，模具做的好，产品质量好，模具结构合理，生产效率高。工厂效益好。正因如此，模具师傅在外打工的工资都非常的高。少则每月几千元，多则上万元，所以学好模具的设计和制造，前途一片光明。但必须下苦功哟！模具行业被称之为“永不衰退的行业”。 射成型原理 注射模又称注塑模，注射成型是 根据金属压铸成型原理发展起来的，首先将颗粒或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热熔融成粘流态，然后在柱塞或螺秆的推动下，以一定的流速通过料筒前端的喷嘴或模具的浇注系统注射入闭合的模具行腔中，经过一定时间后，塑料在模内硬化定型，接着打开模具，从模内脱出成型的塑件。注射模主要用于热塑性塑料的成型。 注射成型原理：首先注射机的合模机构带动模具的活动部分从左向右移动，最终与模具的固定部分闭合，然后注射机的柱塞（螺杆）将由料斗中落入料筒里的粒料或粉料向前推进，与此同时，料筒中已经熔融成黏流态的塑料，在柱塞（螺 杆）的高度和高压的推动下，通过料筒前端的喷嘴和模具浇注系统以较高的速度注入已经闭合的模具型腔中，充满型腔的通体在受压情况下，经冷却固化而保持型腔所赋予的形状。最后，柱塞（螺杆）复位，料斗中的料又落入料筒，注射机的合模机构带动模具的动模部分向左运动而打开模具，模具的推出机构将塑件推出模具，至此完成一个成型周期，如此周而复始的进行注射成型。 究内容 本文将对鼠标外壳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。 标外壳制品外形设计 本课题利用 件对鼠标外壳进行实体建模， 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。 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， 3 根据产品开发依据和使用要求选择合理的成型方法。 析最佳成型工艺 鼠标外壳为薄壁制件，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。 具设计 具结构分析和确定 针对鼠标外壳尺寸小，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。 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。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 4 2 鼠标外壳设计及其成型工艺分析 制品结构和形状的设计 用 软件进行鼠标外壳的三维建模，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，制品如图 标外壳外形 品材料选择 通用塑料如聚丙烯 乙烯 氯乙烯 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。 烯腈 丁二烯 苯乙烯三元共聚物（ 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。 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。 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。 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。 湿性 稍大于聚苯乙烯，吸水率约在 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。 5 收缩率变化最大范围约为 在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是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。 苯乙烯（ 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 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 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 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 酚 A 型聚碳酸酯（ 双酚 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 逊于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好 6 的耐热性，脆化温度为 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 5。 模阻力大，并且由于其在力学性能方面的缺点也不选用。 表 三种材料性能参数表 S 度 缩 率 点 130160 131165 220240 热变形温度（ 45N/ 6598 6590 132138 模具温度 6080 4060 85120 喷嘴温度 180190 160170 250300 中段温度 180230 170190 270320 后段温度 150170 140160 250270 注射压力 60100 60100 50110 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 3349 3563 6066 拉伸弹性模量 曲强度 80 6198 105113 弯曲弹性模量 缩强度 1839 80112 85 缺口冲击强度 1120 断 硬 度 6 洛氏 0 积电阻率 1016 10171019 1015 介电常数 06 穿电压 - 1927 2030 7 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 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 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。 射工艺选择 艺难点分析 鼠标外壳为外观件，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 料的干燥 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。 下 5。 注塑前的干燥条件是：干冬季节在 75 80 以下，干燥 2 3h，夏季雨水天在 8090 下，干燥 4 8h，干燥达 8 16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 20。 (1)注射温度： 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 8 表 工艺参数 通用型 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 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 220 250 )，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的 塑更困难，制件的机械性能也下降 21。 射压力 注射时要采用较高的注射压力。但并非所有 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。 射速度 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。 具温度 具温度也相对较高。一般调节模温为 75 85，当生产具有较大投影面积制件时， 定模温度要求 70 80 ，动模温度要求 50 60 。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。 量控制 注塑机注塑 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 6。 9 3 模具设计 述 在对鼠标外壳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 塑机选型 射量计算 根据生产经验， 注塑机注塑 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 7 V=n j n j V 一 个成型周期内所需要注射的塑料容积 n 型腔数 单个塑件容量 j 浇注系统 g 注射机的额定注射量 预计单个塑件体积 计浇注系统和飞边体积为 2=2 3+2=6.9 n j 16 注射压力校核 料推荐注射压力为 7090虑到本制件壁厚较小，充模阻力较大取注射压力为 80 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 22。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=C 型腔内压 表得 10 厚的流程比（ L/H）有关。 根据 H=(L/100+ =348 故 L/H=174故选 2=32 8 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 S= 1+ 510） S S=220+40+20+10+10=30011 （资料来自 ） 根据以上分析、计算，查表知初选注射机型号为海天注塑机 50 3）选标准模架 根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格，查表可选用 : 定模板厚度： A=30模板厚度： B=25垫块厚： C=50具厚度： 40+A+B+C=145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 200 400,可以安装在注塑机的模板上，2 图 所选注塑机模板及喷嘴参数 具浇注系统设计 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 2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 1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
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