毕业设计（论文）-鼠标上盖注塑模具设计与仿真加工【完整设计】.doc

目目 录录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1 1 序言序言.1.1 1.11.1 选题依据选题依据 .1.1 1.21.2 国内外研究概括及发展趋势国内外研究概括及发展趋势 . 2 2 1.31.3 研究内容及实验方案研究内容及实验方案 .8.8 1.41.4 目标，主要特色目标，主要特色.8.8 2 2 鼠标上盖的三维鼠标上盖的三维建模建模.1.10 0 3 3 模具设计模具设计.1.14 4 3.13.1 概述概述.14.14 3.23.2 型腔数目的确定型腔数目的确定.14.14 3.33.3 注射模浇注系统设计注射模浇注系统设计.15.15 3.43.4 注塑模凹凸模设计注塑模凹凸模设计.18.18 3.53.5 注射模的导向及脱模机构设计注射模的导向及脱模机构设计.20.20 3.63.6 模架的选取模架的选取.23.23 3.73.7 冷却系统的设计冷却系统的设计.24.24 4 4 鼠标上盖的鼠标上盖的 NCNC 仿真加工仿真加工.25.25 结结 语语.4.44 4 参考文献参考文献.4.44 4 致致 谢谢.46.46 南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 附录（模具装配图）附录（模具装配图） 1 1 序言序言 1.11.1， 选题依据选题依据 随着市场经济的发展，机械制造业的生产类型正在由原来的大批量生产方 式被小批量多品种的生产方式代替，为满足客户对产品多样化的要求，一些先 进制造技术应运而生。例如 DT、CAD、CAPP、CAM、CIMS、CE、AM、LP 等。CAD 是先进制造技术的核心与关键，而各种模具的计算机辅助设计与制造是目前先 进制造技术的重要组成部分，也是机械制造业中很实用的部分，发展相当迅速。 随着塑料工业的飞速发展，各种塑料制品已广泛应用于国民经济的各个领域， 其中大部分塑料制品皆是通过注塑成型工艺来加工的，塑料模具也因此成为被 广泛使用的一类模具。 目前，CAD 在我国的应用正处于初级阶段，一些企业单位还只停留在二维的计 算机辅助设计阶段，当然也有不少单位引入了国外大型的先进设计软件，真正 实现了三维计算机辅助设计，同学们毕业后将面临着利用计算机进行三维设计 的问题。因此，本设计题目具有极强的实用性与前沿性 1.21.2 国内外研究概括及发展趋势国内外研究概括及发展趋势 1.211.21 模具工业的概况模具工业的概况 在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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 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%1。 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2。 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 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3。 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。 1.221.22 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 3 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， 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 国内外塑料模具技术比较表 项目国内国外 南昌航空大学科技学院学士学位论文 4 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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 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。 1.231.23 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向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。 1.241.24 注塑模具注塑模具 CADCAD 发展概况及趋势发展概况及趋势 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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 6 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。 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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 7 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。 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4。 1.31.3 研究内容研究内容及实验方案及实验方案 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。 1.311.31 鼠标上盖制品外形设计鼠标上盖制品外形设计 本课题利用 Pro/E 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。 1.321.32 最佳成型方法的选择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。 1.331.33 分析最佳成型工艺分析最佳成型工艺 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。 1.341.34 模具设计模具设计 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、 南昌航空大学科技学院学士学位论文 8 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。 1.41.4，目标，主要特色，目标，主要特色 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。 1.51.5参考文献参考文献 【1】屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社，1995 【2】彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社，1993 【3】唐志玉. 模具设计师指南. 国防工业出版社，1999 【4】塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社，1994 【5】贾润礼，程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社，2000 【6】廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社，1991 【7】黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社，1999 【8】模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社，1996 【9】冯炳尧，韩泰荣，蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出 版社，1998 南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 2 2 鼠标上盖的三维鼠标上盖的三维建模建模 2.12.1 创建新零件创建新零件 1.在 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 系统中选择主菜单栏文件 新建命令 2.在图 2-1 所示的新建对话框中，选择文件的类型为零件、子类型为实体， 改变系统默认的文件名为 mouse，不选中使用缺省模板复选框。 图 2-1 建立新文件 3.单击对话框中的确定按钮。进入新文件选项对话框，选择模板类型为 mmns_part_solid，并单击确定按钮。 2.22.2 创建双向拉伸曲面创建双向拉伸曲面 1.在绘图区或模型树中选取基准平面 FRONT 为草绘平面，系统已自动选择 基准平面 RIGHT 为右侧参照平面，如图 2-2 所示。单击进入草绘模式。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 图 2-2 草绘对话框 2.绘制的截面如图 2-3 所示。 图 2-3 草绘尺寸绘制 3.绘制完成后，在操控板中选择特征创建的方式为，在数值文本框中 输入 60.0 为双向拉伸的长度。 4.单击图标完成拉伸曲面的创建。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 2.3.2.3.创建落下曲线的参照草绘曲线创建落下曲线的参照草绘曲线 单击建模工具栏的造型图标，进入系统的造型模块。绘制如图所示线条。 2.42.4 创建落下曲线创建落下曲线 1.在造型工具栏中单击图标，利用前一步骤创建的草绘曲线在拉伸曲 面上创建落下曲线。 2.在绘图区中按住键，选取如图 2-5 所示的草绘曲线为参照曲线， 单击确定按钮。系统将要求选取投影方向参照平面，在绘图区或模型树中选取 基准平面 TOP 为方向参照平面。 图 2-5 创建下落曲线 南昌航空大学科技学院学士学位论文 12 2.52.5 创建鼠标顶面的轮廓曲线创建鼠标顶面的轮廓曲线 1.在右侧造型工具栏中单击图标。 2.在绘图区中按住键，分别捕捉如图 2-55 所示的落下曲线两个端 点。 3.在平面曲线上的任意位置右击。在出现的快捷菜单栏中选择添加点命令， 在所选位置添加一个插值点，如图 16 所示。 4.通过调整曲线内部的三个插值点和切线向量来改变平面曲线的外形，使 之符合产品设计的意图，并点击完成按钮。 2.62.6 创建两条自由曲线创建两条自由曲线 1.在右侧造型工具栏中单击图标。 2.在操控板中选择曲线的类型为自由。在绘图区中按住键，捕捉平 面曲线和 COS 曲线为自由曲线首尾端点的参照曲线 3.单击图标完成自由曲线的创建，自由曲线处于选中状态。单击图 标 4. 在绘图区中单击自由曲线的端点以显示切线向量，右击从快捷菜单栏中 选择法向命令，选择基准平面 FRONT 为法向约束的参照平面。调整后的自由曲 线，如 5.单击图标完成自由曲线的编辑。用同样的方法完成另外一条自由曲线 的创建和编辑 南昌航空大学科技学院学士学位论文 13 2.72.7 将自由曲线混合成自由曲面将自由曲线混合成自由曲面 1.在右侧造型工具栏中单击图标，在下面的步骤中将选取 4 条边界曲 线和两条内部曲线以构成自由曲面。 2.单击编辑工具栏中的镜像图标绘制另一半。 3.绘制完成成的鼠标上盖如图所示 南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 鼠标上盖 南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 3 3 模具设计模具设计 3.13.1 概述概述 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 3.23.2 型腔数目的确定型腔数目的确定 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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 3.33.3 注射模浇注系统设计注射模浇注系统设计 3.313.31 主流道和冷料主流道和冷料穴穴 主流道顶部设计成半球形凸坑，以便与喷嘴衔接，防止主流道与喷嘴处溢 料，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9，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 穴，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 型头拉料杆的冷料穴。 3.323.32 分流道分流道 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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 17 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。 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，常用的流道截面形状有圆形、梯形。U 形和六角形等。在流道设计中要减 少在流道内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，就希望流 道的表面积小。通过资料可以知道，圆形和正方形的流道效率最高。本制件由 于体积较小，且不为平面，采用半圆形。 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 1.6m 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。 3.333.33 浇口设计浇口设计 侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料。侧浇口的厚度h决 定着浇口的固化时间，在实践中通常是在容许的范围内首先将侧浇口的厚度加 工的薄一些，以调节浇口的固化时间10。 侧浇口广泛应用在中小制件的多型腔注射模，其优点是截面形状简单。易 于加工。便于试模后修正。 浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限， 然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的 3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为 0.52mm，取 1mm。表面粗 糙度 Ra 不低于 0.4m。 浇口的截面一般只取分流道截面积的 39，浇口的长度约为 0.5mm2mm， 侧浇口侧浇口查表 5-4(常用的浇口形式)塑料成型工艺与模具设计 。这里选 用圆形截面的侧浇口。 图 3-4 浇注系统 图 3-5 冷料穴与分流道 南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 图 3-6 带 Z 形头的拉料杆 所选用的浇口衬套为 SJAC，具体参数如图所示： 3.43.4 注塑模注塑模凹凸模设计凹凸模设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件既为凹凸模型面，又称为成型零件， 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核11。 3.413.41 分型面位置和形状的设计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，此种脱模过程较为简单易于 操作。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 19 分型面的选择是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大的影 响，它决定了模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。模具设计时应 根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统形式。推出方式、排气方式及制造 工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。 选择分型面总的原则是保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构。 下面具体说明一下分型面选取的原则： （1） 选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。 （2） 分型面应尽可能选在不影响外观的部位。 （3） 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度。 （4） 分型面的选择应有利于排气。 （5） 分型面的选择应有利于模具零件的加工。 （6） 分型面的选择应该考虑注塑机的的技术规格12。 综上所述，本次课题鼠标的分型面设计应该考虑在鼠标的下表面完成，分 为两步。第一步是将内表面全部复制，第二步则是使用裙边指令设计新的分型 面，然后再将两个曲面进行合并13。 图 3-8 分型面 图 33 为利用复制命令、排除孔命令以及边界混合命令做出的分型面。 利用裙边指令完成的最后的分型面如图 3-9 图 3-10 所示： 图 3-9 裙边所设计的分型面(a) 图 3-10 裙边所设计的分型面(b) 南昌航空大学科技学院学士学位论文 20 3.423.42 凹凸模型面设计凹凸模型面设计 凹凸模型面设计主要应在保证塑件质量要求下，从便于加工、装配、使用、 维修等角度加以考虑14。 图 3-11 图 3-12 南昌航空大学科技学院学士学位论文 21 3.53.5 注射模的导向及脱模机构设计注射模的导向及脱模机构设计 3.513.51 导向机构设计导向机构设计 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之间的准确 对合，起定位和定向作用。设在动模上的导柱长度高出型芯 68mm，导柱采用 有肩导柱和导套配合的方式，安装段与模板间采用过渡配合 H7/k6，导向段与 导向孔间采用动配合 H7/f7，固定段表面粗糙度为 Ra1.6m导向段表面用 Ra0.8m，导柱需要有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低 碳钢(20 号钢)渗碳(0.50.8mm深)，经淬火处理(HRC60)16。 导套选用带轴肩连接的导套，导套内孔与导柱之间为动配合 H7/f7，外表 面与模板孔为较紧的过渡配合 H8/k7，粗糙度内外表面均用 Ra0.8m，材料选 用 20 号钢渗碳淬火处理，表面硬度为 HRC55，低于导柱 5 度。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 22 导柱 导套 3.523.52 脱模机构（推杆）的设计脱模机构（推杆）的设计 脱模机构采用推杆推出的典型结构，推杆直接作用于塑件的内表面不会影 响到外观。此机构由 7 个零件组成分别为推杆，推板，推杆固定板，拉料杆， 复位杆，限位钉，推板导柱。推杆直接作用于塑件表面，将塑件推出模外，推 杆需要固定，因此设推杆固定板和推板，两板间螺钉连接；注塑机上的顶杆作 用在推板上；为了确保推出板平行移动，推出零件不致于弯曲卡死，设有推板 导柱和导套；推板的回程是靠复位杆实现的，最后一个零件是拉料杆，它的作 用是勾着浇注系统的冷料使整个浇注系统随同塑件一起留在动模，在推板与定 模底板间设限位钉，限位钉有两个作用，一是使推板与底板间形成间隙，一但 落入废料屑，也不会影响推板复位。另一个作用是在模具制造时可调节限位钉 头部的厚度来控制推杆返回的位置17。 脱模动作由注塑机液压系统来完成，有利于提高生产效率。推出位置设在 脱模阻力较大的六处地方，推杆端面加工为与凸模曲面近似的斜面，有利于保 持塑件壁厚一致，且端面等于或高于型芯 0.050.1mm，否则会影响外观和使用， 推杆直径 56mm，推杆和推杆固定板采用轴肩连接，在推杆固定板上同时安装 四根复位杆和四根导柱起复位和导向作用。所选分型面无需侧抽芯，顾不涉及。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 23 图 3-18 推杆 3.63.6 模架的选取模架的选取 模具采用一模两腔。对模具总体布局和尺寸进行估计，拟选用 FUTABA 公司 SCType 型(两板)模架，用 Pro/E 的 EMX 插件自动生成。 图 3-20 SCType 模架 对模架尺寸进行必要的修改，修改后的尺寸如图 3-21 所示： 南昌航空大学科技学院学士学位论文 24 图 3-21 模架具体尺寸图 图 3-22 动模尺寸图 图 3-23 定模尺寸图 南昌航空大学科技学院学士学位论文 25 3.73.7 冷却系统的设计冷却系统的设计 在注塑成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。有些塑件 的物理性能，外观和尺寸精度要求较高，对模具的温度要求十分严格，为此要 设计专门的模温调节器21。前已述明本制件无须对模具加热，只需考虑冷却问 题。模具的冷却主要采用循环水冷却方式。 图3-24 A板冷却水路 图3-25 B板冷却 水路 图 3-26 冷却水路 南昌航空大学科技学院学士学位论文 26 4 4 鼠标上盖的鼠标上盖的 NCNC 仿真加工仿真加工 4.14.1 创建工艺文件创建工艺文件 1.立新 NC 文件 点击新建按钮，在弹出的对话框中选取“制造” ， “NC 组件” ，文件名为 01，取消使用缺省模板选项，单击确定。 在出现的新文件选项对话框中，选择 mmn