1、1綜合課程設計論文綜合課程設計論文題 目：基于 Pro/E 的鼠標上蓋注塑模具設計專 業 名 稱： 飛行器制造工程 姓 名： 田會杰 指 導 老 師: 田衛軍 畢 業 時 間： 二零一五年六月 2 綜合課程 任務書一、題目基于 Pro/E 的鼠標上蓋注塑模具設計二、指導思想和目的要求本次設計的主要內容是鼠標總體結構的設計，本課題采用 Pro/E 以及 EMX 軟件對鼠標上蓋制品進行了零件造型及其模具設計。綜合運用了注塑成形工藝與注塑模具設計的相關知識，從材料、厚度均勻性、脫模角和各成型面等方面分析了該零件的注塑成形性；根據零件體積和模具裝配尺寸選擇注射成形設備；在綜合考慮生產批量、生產效率、精

2、度要求等問題的基礎上，制定了零件的成形工藝方案；進行了注塑?？傮w結構和零部件設計，繪制了模具裝配圖。該設計本著簡單、方便、實用、安全為原則，去除了現在市場上產品的不足，充分體現了自動化、高效化、簡單化、環?；忍攸c。經過對各種鼠標的研究，查看了各種相關資料，了解了當前我國鼠標的現狀以及當前各種鼠標的優點和它們的不足之處。綜合以上，我優化了鼠標的結構，要求結構簡單緊湊，便于拆裝清洗維修，有保護措施滿足廣大消費者的需求。簡單實用的鼠標設計不僅可以讓老人和孩子輕松操作而且維護修理特別簡單。我相信這款鼠標在未來的市場上一定很暢銷倍受消費者的青睞。三、主要技術指標1、完成設計說明書；2、完成一篇相關課題

3、的外文翻譯；3、完成改造后的圖紙，A4 大小兩張左右；四、進度和要求 第一階段 明確選題，確立總體設計方案 （2 天）第二階段 查找、收集相關資料（2 天）第三階段 擬訂初步設計方案和具體設計方案（2 天）第四階段 讓指導老師分析方案的優缺點并給出修改意見（1 天）第五階段 按照設計方案開始畫圖、設計（2 天）第六階段 讓指導老師指出不足并改進（1 天）第七階段 總結，按要求撰寫課程論文（2 天）五、主要參考書及參考資料1 中國模具工業協會編.模具行業“十一五”規劃.模具工業出版社， 2005:12-182 張正修編.模具產業的現狀及發展對策.五金科技出版社， 2005:8-12 3 奚永生編

4、.精密注塑模具設計.中國輕工業出版社，1997: 5-64 應放天編.PRO/ENGINEER中文野火版2.0模具設計實例教程.人民郵電出版社， 2006:1-25 張克惠編.塑料材料學.西北工業大學出版社， 2000:15-22 設計論文36 陳金德，邢建東編.材料成型基礎教程.機械工業出版社， 2004:102-110 7 趙從容編.塑料模具設計.模具工業出版社， 2004:1088 黃銳編.塑料成型工藝學.中國輕工業出版社， 2005:789 黃虹編.塑料成型加工與模具.化學工業出版社， 2005:112-11510 崔令江編. 塑料成型模具. 化學工業出版社， 2005:12311 黃

5、虹編.塑料成型加工與模具.化學工業出版社， 2005:122-12312 李德群編. 塑料成型工藝與模具設計.機械工藝出版社， 2005:8513陳嘉真編. 塑料成型工藝與模具設計. 機械工業出版社， 2002:10313 李紅林.精密注射模排氣系統設計.模具工業出版社， 2004:614 鄒繼強編.塑料模具參考資料匯編.清華大學出版社， 2005:85-8615 牛寶林編.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版模具設計實例教程.清華大學出版社，2007:97-10516 俞芙芳編.塑料成型工藝與模具設計.華中科技大學出版社， 2007:9317 李紅林編.精密注射模排氣系統設

6、計.模具工業出版社， 2004:1818 吳生緒編.塑料成型工藝技術手冊.機械工業出版社， 2008:57-5819 葛正浩編.ProENGINEER塑料模具設計與入門實踐.化學工業出版社， 2004:73-7420 楊峰編. ProENGINEER中文野火版2.0教程.清華大學出版社， 2005:212-213 21 Hill S. Micromoulding-A Small Injection of Technology. Material World.， 2001:24-2522 Wichaeli and A.Spennemann. A New Injection Molding Tec

7、hnology for Micro Partsm.Journal of Polvmer Engineerine， 2001:97-98學生 田會杰 指導教師 田衛軍 系主任 4基于基于 Pro/E 的鼠標上蓋注塑模具設計的鼠標上蓋注塑模具設計摘摘 要要本課題采用 Pro/E 以及 EMX 軟件對鼠標上蓋制品進行了零件造型及其模具設計。主要描述了一個塑料產品（鼠標）的設計過程，包括塑件分析，材料的成型特性與工藝參數分析，設備的選擇與校核，澆注系統的設計，成型零部件的設計與計算，模機構的設計，分型與抽芯機構的設計，合模導向機構設計，溫度調節系統設計。分析了鼠標外殼的工藝特性，外殼結構特點；并介紹了

8、 ABS 材料的成型工藝特點，詳細闡述了鼠標外殼的注射模流程,重點分析了鼠標外殼凸模、凹模、斜滑塊結構及它們的技術難點以及模具結構與計算。綜合運用了注塑成形工藝與注塑模具設計的相關知識，從材料、厚度均勻性、脫模角和各成型面等方面分析了該零件的注塑成形性；根據零件體積和模具裝配尺寸選擇注射成形設備；在綜合考慮生產批量、生產效率、精度要求等問題的基礎上，制定了零件的成形工藝方案；進行了注塑?？傮w結構和零部件設計，繪制了模具裝配圖。關鍵詞：關鍵詞：注塑模具；鼠標上蓋；Pro/E；EMX;CAE；CAD 5AbstractThe subject used Pro / E and EMX softwar

9、e products for the mouse covers parts of the modeling and mold design. Mainly described a plastic product (mouse) the design process, including models an analysis, the material formation characteristic and the technological parameter analysis, equipments choice and the examination, gating systems de

10、sign, the formation spare part design and the computation, the mold organization design, divides with pulls out the core organization the design, the matched molds guide mechanism design, the temperature control system design. Has analyzed the mouse outer covering craft characteristic, the outer cov

11、ering unique feature; And introduced the ABS materials formation craft characteristic, elaborated the mouse outer covering injection mold flow in detail, selective analysis mouse outer covering plunger, lower die, taper slide caking construction and their technical difficulty as well as mold structu

12、re and computation. Synthetically utilized the related knowledge of injection process and injection mould design,the mould of a back cover of a lap top was designed. Considerating material,thickness uniformity,ejection angle and pating surface,the injection performance of this part was analysised; b

13、ased on synthetically considerating the injection procedure requests,product lot,productivity,precision requests, the process plan was established; the injection mould structure and the entire mould-parts were designed; the mould assembly drawing and the parts drawings of the main parts were drew; A

14、ccording to the volume of the part and the assembly size of the mould,injection machine was selected.KeyWords: Injection mold; The top cover of mouse; Pro/E; EMX；CAE;CAD6目目 錄錄第一章第一章 緒論緒論 .1 11.1 國內外發展狀況 .11.1 1 模具工業在國民經濟中的地位 .11.1.2 我國塑料模具工業的發展情況 .11.2 注塑模具計算機輔助設計、輔助工程與輔助制造 .31.2.1 PRO/ENGINEER 簡介.4

15、1.2.2 EMX4.1 簡介 .41.3 研究內容.51.4 研究目的及意義.5第二章第二章 鼠標上蓋的成型性分析及模架和注射機的選擇鼠標上蓋的成型性分析及模架和注射機的選擇 .7 72.1 鼠標上蓋的成型性分析 .72.1.1 樣品壁厚檢查(厚度均勻性分析) .72.2 拔模角分析 .82.3 制品材料的選取 .82.4 工藝難點分析.9第三章第三章 模具設計模具設計 .10103.1 型腔數目的確定 .103.2 注射量計算 .103.3 注塑機選型 .113.4 注射模澆注系統設計 .123.4.1 主流道和冷料穴.123.4.2 分流道.133.4.3 澆口設計.133.5 注塑模成

16、型零部件結構設計.153.5.1 分型面位置和形狀的設計.153.5.2 成型零部件結構設計.163.5.3 排氣結構設計.183.6 注射模的導向及脫模機構設計 .1973.6.1 導向機構設計.193.6.2 脫模機構設計.203.6.3 復位機構設計.203.7 標準模架的選取 .213.8 注塑機校核 .233.8.1 注射壓力校核.233.8.2 鎖模力校核.233.8.3 開模行程和模板安裝尺寸校核.233.9 冷卻系統的設計 .243.10 模具材料.24第四章第四章 模具裝配圖模具裝配圖24244.1 產品模具的裝配過程24第五章第五章 模具數控加工及分析模具數控加工及分析29

17、295.1 模具的有限元模擬分析295.2 模具的數控編程加工后處理31結語結語3535參考文獻參考文獻3636致致 謝謝3737綜合課程設計總結綜合課程設計總結38381第一章 緒論1.1 國內外發展狀況1.1 1 模具工業在國民經濟中的地位在討論注射成型工藝之前，先要對國內外的塑料模具工業的狀況、塑料模具工業的發展方向有一個較清晰的了解。首先還要對模具有一個整體的認識。利用模具來成型零件的方法，實質上是一種少切削，無切削，多工序重合的生產方法。采用模具成型工藝代替傳統的切削加工工藝，可以大大的提高生產效率，保證零件質量，節約材料，降低生產成本，從而取得很高的經濟效益。因此，模具成型方法在現

18、代工業的主要部門如機械，電子，輕工，交通和國防工業中得到了極其廣泛的應用。例如70以上的汽車，電機，電器，儀表零件，80以上的塑料制品，70以上的日用五金及耐用消費品零件都采用模具成型的方法來生產。由此可見，利用模具來生產零件的方法已經成為工業上進行成批或者大批生產的主要手段，它對于保證制品質量，縮短試制周期進而爭先占領市場，以及產品更新換代和新產品開發都具有決定性的意義1。1.1.2 我國塑料模具工業的發展情況塑料模具工業是隨塑料工業的發展而發展的。塑料工業是一門新興工業。自塑料問世后的幾十年以來，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業發展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金

19、屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業部門不可缺少的材料2。 目前在國民經濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業產品、日用品以及家用電器行業中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經向塑料化方向發展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術領域中占有越來

20、越重要的地位。目前，世界的塑料產量已超過有色金屬產量的總和。塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎裝備。用塑料模具生產的主要優點是制造簡便、材料利用高、生產率高、產品的尺2寸規格一致，特別是對大批量生產的機電產品，更能獲得價廉物美的經濟效果。塑料模具的現代設計與制造和現代塑料工業的發展有極密切的關系。隨著塑料工業的飛速發展，塑料模具工業也隨之迅速發展。整體來看，中國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經濟發展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。在總量供不應求的同

21、時，一些低檔塑料模具卻供過于求，市場競爭激烈，還有一些技術含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢。2006年，中國塑料模具總產值約300多億元人民幣，其中出口額約58億元人民幣。根據海關統計資料，2006年中國共進口塑料模具約10億美元，約合83億元人民幣。由此可以得出，除自產自用外，市場銷售方面，2006年中國塑料模具總需求約為313億元人民幣，國產模具總供給約為230億元人民幣，市場滿足率為73.5%。進口的塑料模具中，最多的是為汽車配套的各種裝飾件模具、為家電配套的各種塑殼模具、為通信及辦公設備配套的各種注塑模具、為建材配套的擠塑模具以及為電子工業配套的各種塑封模具等。出口的塑料模具

22、以中低檔產品居多。由于中國塑料模具價格較低，在國際市場中有較強的競爭力，所以進一步擴大出口的前景很好，近幾年出口年均增長50%以上就是一個很好的證明。中國塑料模具行業和國外先進水平相比，主要存在以下問題。(1)發展不平衡，產品總體水平較低。雖然個別企業的產品已達到或接近國際先進水平，但總體來看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。包括生產方式和企業管理在內的總體水平與國外工業發達國家相比尚有10年以上的差距。(2)工藝裝備落后，組織協調能力差。雖然部分企業經過近幾年的技術改造，工藝裝備水平已經比較先進，有些三資企業的裝備水平也并不落后于國外，但大部

23、分企業的工藝裝備仍比較落后。更主要的是，企業組織協調能力差，難以整合或調動社會資源為我所用，從而就難以承接比較大的項目。(3)大多數企業開發能力弱，創新能力明顯不足。一方面是技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開發投入少；更重要的是觀念落后，對創新和開發不夠重視。模具企業不但要重視模具的開發，同時也要重視產品的創新。(4)供需矛盾短期難以緩解。近幾年，國產塑料模具國內市場滿足率一直不足74%，其中大型、精密、長壽命模具滿足率更低，估計不足60%。同時，工業發達國家的模具正在加速向中國轉移，國際采購越來越多，國際市場前景看好。市場需求旺盛，生產發展一時還難以跟上，供不應求的局面還將持續一段

24、時間。(5)體制和人才問題的解決尚需時日。在社會主義市場經濟中，競爭性行業，特別是像模具這樣依賴于特殊用戶、需單件生產的行業，國有和集體所有制原來的體制3和經營機制已顯得越來越不適應。人才的數量和素質也跟不上行業的快速發展3。表 1: 國內外塑料模具技術比較表項目國內國外注塑模型腔精度0. 0050. 01mm0.020.05mm型腔表面粗糙度Ra0.010. 05 umRa0.20 um非淬火鋼模具壽命10-60萬次1030萬次淬火鋼模具壽命160300萬次50100萬次熱流道模具使用率80%以上總體不足10%標準化程度7080%小于30%中型塑料模生產周期一個月左右24個月1.2 注塑模具

25、計算機輔助設計、輔助工程與輔助制造隨著塑料工業的飛速發展，注射模傳統的手工設計與制造已經無法適應當前的形式。近20年的實踐表明，縮短模具設計和制造時間，提高塑料制件精度與性能的正確途徑之一是采用計算機輔助設計(CAD)、輔助工程(CAE)和輔助制造(CAM)現代科學技術的發展，特別是塑料流變學、計算機技術、幾何造型和數控加工的突飛猛進為注射模設計與制造采用高技術創造了條件。20世紀80年代以來，注射模CAD/CAE/CAM技術已經從實驗室研究階段進入了實用化階段，并在生產中取得了明顯的經濟效益。注射模CAD/CAE/CAM技術的發展和推廣被公認為CAD技術在機械工業中應用的一個典范。1.2.1

26、 Pro/ENGINEER 簡介本課題采用美國PTC公司所推出的大型三維CAD/CAM軟件Pro/ENGINEER進行具體實體零件以及模具的設計。Pro/ENGINEER是一套由設計到生產的機械自動化軟件，是CAD/CAM領域最具有代表性的產品。Pro/ENGINEER系統的具體代表性如下。1參數化建模工程設計人員可以隨意勾畫草圖，通過修改相應的參數輕易改變模型。這一功能特性為工程設計人員提供了設計上的簡易和靈活。例如，要畫一個長方形，設計人員可以在繪圖區畫出一個長方形，然后通過修改長和寬的尺寸來精確控制其尺寸。42. 基于特征建模Pro/ENGINEER是采用基于特征的實體模型化系統。特征是

27、Pro/ENGINEER中構成零件的基本單元，設計人員采用具有智能特性的功能去生成模型，如腔、殼、倒角以及圓角等等，在需要的時候直接修改相應的特征即可。3. 單一數據庫所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。Pro/ENGINEER建立在統一的數據庫上，在整個設計過程的任何一處發生變動，可以反應在整個設計過程的相關環節上。例如，一旦修改了零件的某個特征，也會反應在裝配、工程圖等環節，這就給繪圖設計帶來了極大的便利，減少了很多重復性的工作4。1.2.2 EMX4.1 簡介在繪制本課題的模架圖時，運用到了 EMX4.1 軟件。E

28、MX(EXPERT MOLDBASE EXTENSION)，模具專家系統擴展。是 PRO/E 軟件的模具設計外掛，同樣也是 PTC 公司的產品。EMX 可以使設計師直接調用公司的模架，節省模具設計開發周期，節約成本，減少工作量。EMX 特點之一：快速選型及修改下列內容（1） 模架及配件。（2） 選取頂針規格，自動切出相應的孔位及沉孔。（3） 按預先定義的曲線輕易設計運水孔，安裝水喉水堵。（4） 系統預設 BOM 及零件圖。EMX 特點之二：(1)完整的滑塊結構，包含螺絲，銷釘及自動切槽。 (2)完整的開模機構，包含螺絲，銷釘及自動切槽。(3)完整的斜頂結構，包含螺絲，銷釘及自動切槽。(4)模擬

29、開模過程。(5)平面圖的孔表功能。EMX 特點之三：自動化配置(1)預設所有標準件的名稱。(2)預設各類零件的參數及參數值。 (3)螺栓，銷釘自動安裝。(4)各類零件自動產生并歸于相應圖層。(5)各類簡化表達。 (6)預設所有的螺栓，銷釘及頂針的孔位間隙。51.3 研究內容近年來，電腦、移動電話和電腦配件等 3C 產品更新換代速度非常快，人們對這些產品的需求正快速增長。人們對于電腦以及其配件的選擇，除了看重其硬件配置以外，比較注重的就是外觀，可以說鼠標等電腦配件的更新換代主要集中表現在其制品外形上。鑒于此，本次畢業設計選擇了鼠標上蓋注塑模具設計，力求通過此次畢業設計全面了解鼠標零件的模具設計和

30、注塑工藝等方面知識。本論文詳細介紹了此次畢業設計的設計全過程，以豐富的圖片表達手段詳細介紹了鼠標注塑模具。 1.4 研究目的及意義電器產品是人們日常生活必不可少的生活用品，人們對電器產品的要求從實用性、可靠性己經提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經濟性等方面的要求，從而對電器產品也提出了許多新的要求。對電器產品的這種不斷提出的新要求，促使電器產品的外形不斷的改進，外形零件的生產技術也不斷得到新的發展，使電器產品外殼零件成形技術在成形領域中占有越來越重要的地位。目前，電器產品的外形設計及加工技術日益受到了國內外的高度重視，德國、美國、日本等發達國家在這方面的研究已經取得相當的進展。他們的電器產

31、品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設計高效快捷，產品更新換代加快。如臺灣的羅技公司，其鼠標產品外形美觀，設計人性化，使用壽命長。 目前，國內在電器產品外觀零件設計制造方面的研究還處于初級階段，與發達國家的差距很大。由于電器產品美觀性的要求，零件外形多為復雜曲面，傳統的設計方法在對零件成形過程分析以及對產品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產品成形過程數值模擬技術跟不上的現狀己經成為制約產品開發和生產的一個瓶頸。面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進水平，不斷提高電器產品外觀零件的質量，降低設計和生產成本，加快生產周期。因而，鼠標上蓋成形技術的研究與開發具有相當重要的理論意義和實用價值。以此作為一個

32、突破口，帶動和促進相關電器產品外觀零件注塑成形技術的發展和技術創新。6第二章鼠標上蓋的成型性分析及模架和注射機的選擇2.1 鼠標上蓋的成型性分析 圖 2-1(a)正面 圖 2-2(b)背面 圖 2-1 圖 2-2 為某品牌鼠標上蓋，要求部件美觀，外部光潔性好，有一定的強度和剛度，并且要具有一定的抗沖擊性能，隨著數碼產品的大量普及價格也不斷下跌要求生產自動化程度高，成型周期短，生產自動化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有較好電絕緣性。72.1.1 樣品壁厚檢查(厚度均勻性分析)殼體的壁厚對部件的很多關鍵特性的影響至關重要，包括結構強度、外觀、成型及成本。設計階段優化的殼體厚度可以降低后續可

33、靠性測試的風險，修模的成本以及成型的困難。塑件的厚度不應過厚或過薄，對于鼠標來說，壁厚常取 1mm 左右。另外，要查看是否存在薄厚懸殊處，若通過計算在某一部分存在小于 0.4，應進行零件的工藝改進?？梢岳?Pro/E 軟件厚度分析功能對零件進行厚度均勻性分析，分析后的結果如圖所示： 圖 2-3(a)切面層 圖 2-4(b)檢測報告將零件分為 100 個剖切面，間距 2mm，設置最大壁厚為 3mm，最小壁厚為0.4mm。由于切片層有可能切到柱面、圓角面，從而產生無效數據(小于最小壁厚)，所以需要對檢測結果進行必要的篩選。經檢測并篩選，該樣品并無壁厚不均現象。2.2 拔模角分析在模具開模時候，樣

34、品的拔模角決定了制件是否能夠順利脫模，如果角度太小則會使得制品在脫模過程當中產生制品刮花等現象。所以，我們需要對零件進行拔模角分析，在這里，我們使用 Pro/e 軟件自帶的拔模檢測工具。 圖 2-5(a)內表面 圖 2-6(b)外表面8具體拔模檢測如圖 a 和圖 b 所示，粉色凸模成型面都有拔模角，且大于 0度，可以順利脫模，藍色凹模成型面，其角度都小于 0 度，由凹模成型。2.3 制品材料的選取通用塑料如聚丙烯 PP，聚乙烯 PE，聚氯乙烯 PVC 具有應用范圍廣、加工性能良好，價格低廉的優點，但由于其力學性能較差且成型收縮率較大不易成型尺寸穩定的制品故不選用，本課題選用 ABS 材料。AB

35、S(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)外觀上是淡黃色非晶態樹脂，不透明，密度與聚苯乙烯基本相同。ABS 具有良好的綜合物理力學性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨、尺寸穩定，加工性能優良，它具有三種單體所賦予的優點。其中丙烯腈賦予材料良好的剛性、硬度、耐油耐腐、良好的著色性和電鍍性；丁二烯賦予材料良好的韌性、耐寒性；苯乙烯賦予材料剛性、硬度、光澤性和良好的加工流動性。改變三組分的比例，可以調節材料性能。ABS 為無定形聚合物，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，隨所含三種單體比例不同，在 160190范圍即具有充分的流動性，且熱穩定性較好，在約高于 285時才出現分解現象，因此加工溫度范圍較寬。ABS 熔體具

36、有明顯的非牛頓性，提高成型壓力可以使熔體粘度明顯減小，粘度隨溫度升高也會明顯下降5。ABS 吸濕性稍大于聚苯乙烯，吸水率約在 0.2%0.45%之間，但由于熔體粘度不太高，故對于要求不高的制品，可以不經干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光澤并可改善內在質量。在 8090下干燥 23h，可以滿足各種成型要求。ABS 具有較小的成型收縮率，收縮率變化最大范圍約為 0.3%0.8%，在多數情況下，其變化小于該范圍。注塑是 ABS 塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機，但更長采用螺桿式注塑機，后者更適于形狀復雜制品、大型制品成型6。2.4 工藝難點分析 鼠標上蓋為外觀件，要求零件表面平整光滑，無

37、翹曲、皺折、裂紋等缺陷，周口部高度差不可過大，以保證與下蓋的嚴密配合。零件的曲面較為復雜，尺寸精度很高，由于零件為薄壁制件，外形很不規則，這些就造成了成形時容易受到各種因素影響引起制品翹曲變形的問題。同時零件在整個表面有幾處孔形分布，這些孔形有較高的尺寸和位置精度，并關系到上下蓋的配合問題，保證零件表面孔形的成形要求也是需要重點考慮的問題。9第三章模具設計3.1 型腔數目的確定考慮到制件較小，由于大批量生產，所以我們采用一模兩腔的形式。采用對稱式分布。圖 3-1 型腔布排3.2 注射量計算根據生產經驗，注塑機注塑ABS塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的1080。為了提高制件質量及尺寸穩定，表

38、面光澤、色調的均勻，選定注射量為標定注射量的507V=nVn+Vj mnmn+mj；nVn+Vj0.5Vgnmnmj0.5mgV(m)一個成型周期內所需要注射的塑料容積或質量，cm3或 g；n 型腔數目；Vn(mn)單個塑件的容量或質量，cm3或 g；Vj(mj)澆注系統.凝料和飛邊所需的塑料的容積，cm3或 g；Vg(mg)注射機的額定注射量，cm3或 g。單個塑件體積 Vz=14cm3，澆注系統和飛邊體積為 3cm3V=214+3=31 cm3 nVn+Vj0.5VgVg62cm33.3 注塑機選型一般而言，從事注塑行業多年的客戶多半有能力自行判斷并選擇合適的注塑機來生產。但是在某些狀況下

39、，客戶可能需要廠商的協助才能決定采用哪一個規格的注塑機，甚至客戶可能只有產品的樣品或構想，然后詢問廠商的機器是否能生產，或是哪一種機型比較適合。此外，某些特殊產品可能需要搭配特殊裝置如蓄壓器、閉回路、射出壓縮等，才能更有效率地生產。由此可見，如何決定合適的注塑機來生產，是一個極為重要的問題8。通常影響射出機選擇的重要因素包括模具、產品、塑料、成型要求等，因此，在進行選擇前必須先收集或具備下列資訊： (1)模具尺寸(寬度、高度、厚度)、重量、特殊設計等； (2)使用塑料的種類及數量(單一原料或多種塑料)； (3)注塑成品的外觀尺寸(長、寬、高、厚度)、重量等； (4)成型要求，如品質條件、生產速

40、度等。本制品材料采用丙烯氰丁二烯苯乙烯共聚物也就是ABS，查書塑料模具設計手冊附錄得知其密度為1.05gcm3，收縮率為0.5%使用Pro/ENGINEER軟件對三維產品自動計算出產品的體積，當然也可以根據實體尺寸手動計算出它的體積。下面是部分計算過程： 有上述分析知：塑件體積 = 1.4138575e+04 毫米314.138575厘米3塑件質量 = 14.84550375g14.8g11曲面面積 = 1.7025508e+04 毫米2170.25508厘米2綜上所述，根據所得計算，選擇 XSZY250 注塑機。表 3-2 XSZY250 型注塑機參數注射容量(cm3)注射重量(g)螺桿直徑

41、(/mm)最大注射面積(/ cm3)注射壓力(Mpa)鎖模力(KN)250250505001301800移模行程(mm)定位孔直徑(/mm)最大模厚(mm)最小模厚(mm)噴嘴球半徑(/mm)噴嘴孔直徑(/mm)350125 0+0.06350250184圖 3-3 XSZ250 臥式注射機3.4 注射模澆注系統設計3.4.1 主流道和冷料穴主流道頂部設計成半球形凸坑，以便與噴嘴銜接，防止主流道與噴嘴處溢料，為避免高溫塑料熔體溢出，凹坑球半徑比噴嘴球頭半徑大 2mm，如果凹坑半徑小于12噴嘴球頭半徑則主流道凝料無法一次脫出9，由于主流道與注塑機的高溫噴嘴反復接觸和碰撞，所以設計成獨立的主流道襯

42、套，選用 45#鋼材并經熱處理提高硬度，設計獨立的定位環用來安裝模具時起定位作用，主流道襯套的進口直徑略大于噴嘴直徑 1mm 以避免溢料并且防止銜接不準而發生的堵截。為避免前端冷料進入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的對面設冷料穴，對于臥式注塑機冷料井設在與主流道末端相對的動模上，在脫模時制件的活動方向不受限制所以采用底部帶 Z 型頭拉料桿的冷料穴。3.4.2 分流道模具采用一模兩腔對稱布置，型腔數過多影響制品精度，而型腔數過少生產效率太低不能達到使用要求，故采用一模兩腔。為使塑料熔體以等速度充滿兩型腔，分流道在模具上采用對稱等距離分布，在注射時采用對稱分布可以使型腔和澆注系統投影面積重心更

43、接近鎖模力的中心，避免局部脹模力過大影響鎖模。分流道長度也盡可能短小，便于注射成型過程中最經濟地使用原料和注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。分流道截面形狀和尺寸也對塑料熔體的流動和模具的制造難易及脫模有影響，常用的流道截面形狀有圓形、梯形。U 形和六角形等。在流道設計中要減少在流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大；要減少傳熱損失，就希望流道的表面積小。通過資料可以知道，圓形和正方形的流道效率最高。本制件由于體積較小，且不為平面，采用半圓形。由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態較為理想，因而分流道的內表面粗糙度Ra并不一定要很低，取1.6m 既可，這樣

44、表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。3.4.3 澆口設計側澆口一般開設在模具的分型面上，從制品的邊緣進料。側澆口的厚度h決定著澆口的固化時間，在實踐中通常是在容許的范圍內首先將側澆口的厚度加工的薄一些，以調節澆口的固化時間10。側澆口廣泛應用在中小制件的多型腔注射模，其優點是截面形狀簡單。易于加工。便于試模后修正。澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據經驗確定，取其下限，然后在試模過程中逐步加以修正。一般澆口的截面積為分流道截面積的 3%9%，截面形狀常為矩形或圓形，澆口長度為 0.52mm，

45、取 1mm。表面粗糙度 Ra 不低于130.4m。澆口的截面一般只取分流道截面積的 39，澆口的長度約為 0.5mm2mm，側澆口側澆口查表 5-4(常用的澆口形式)塑料成型工藝與模具設計 。這里選用圓形截面的側澆口。 圖 3-4 澆注系統 圖 3-5 冷料穴與分流道圖 3-6 帶 Z 形頭的拉料桿所選用的澆口襯套為 SJAC，具體參數如圖所示：圖 3-7 澆口襯套143.5 注塑模成型零部件結構設計模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓料流的沖刷，脫模時與塑件間還發生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形

46、狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核11。3.5.1 分型面位置和形狀的設計該制品無需側抽芯，且為簡化模具結構選擇單分型面，流道凝料連同制件一起由拉料桿從定模脫下再連同制品由推桿推出，此種脫模過程較為簡單易于操作。分型面的選擇是否合理對于塑件質量、模具制造與使用性能均有很大的影響，它決定

47、了模具的結構類型，是模具設計工作中的重要環節。模具設計時應根據制品的結構形狀、尺寸精度、澆注系統形式。推出方式、排氣方式及制造工藝等多種因素，全面考慮，合理選擇。選擇分型面總的原則是保證塑件質量，且便于制品脫模和簡化模具結構。下面具體說明一下分型面選取的原則：（1） 選擇分型面應盡可能使塑件開模時留在動模。（2） 分型面應盡可能選在不影響外觀的部位。（3） 分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度。（4） 分型面的選擇應有利于排氣。（5） 分型面的選擇應有利于模具零件的加工。（6） 分型面的選擇應該考慮注塑機的的技術規格12。綜上所述，本次課題鼠標的分型面設計應該考慮在鼠標的下表面完成，分為兩步。第一

48、步是將內表面全部復制，第二步則是使用裙邊指令設計新的分型面，然后再將兩個曲面進行合并13。15圖 3-8 分型面圖 33 為利用復制命令、排除孔命令以及邊界混合命令做出的分型面。利用裙邊指令完成的最后的分型面如圖 3-9 圖 3-10 所示： 圖 3-9 裙邊所設計的分型面(a) 圖 3-10 裙邊所設計的分型面(b)3.5.2 成型零部件結構設計成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮14。16 圖 3-11 圖 3-12型芯型腔及鑄件圖 3-13 型芯(動模)17圖 3-14 型腔(定模)3.5.3 排氣結構設計排氣是注射模具設計中一個不可忽

49、視的一個問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓縮將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正常快速充模，同時氣體壓縮所產生的熱量可能使塑料燒焦。在充模速度大、溫度高、物料粘度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑料制件內部，造成氣孔、阻止疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發展，對注射模的排氣系統就更加嚴格。但是由于本制件屬于中小型，且注射速度中等，可以利用分型面和成型桿的間隙排氣，不開設專門排氣槽15。3.6 注射模的導向及脫模機構設計3.6.1 導向機構設計導向機構主要用于保證動模和定模兩大部分或模內其他零部件之間的準確對合，18起定位和定向作用。設在動模上的導

50、柱長度高出型芯 68mm，導柱采用有肩導柱和導套配合的方式，安裝段與模板間采用過渡配合 H7/k6，導向段與導向孔間采用動配合 H7/f7，固定段表面粗糙度為 Ra1.6m 導向段表面用 Ra0.8m，導柱需要有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的芯部，因此采用低碳鋼(20 號鋼)滲碳(0.50.8mm 深)，經淬火處理(HRC60)16。導套選用帶軸肩連接的導套，導套內孔與導柱之間為動配合 H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合 H8/k7，粗糙度內外表面均用 Ra0.8m，材料選用 20 號鋼滲碳淬火處理，表面硬度為 HRC55，低于導柱 5 度。 圖 3-15 導柱 圖 3-16 導套圖

51、 3-17 導柱導套示意圖3.6.2 脫模機構設計脫模機構采用推桿推出的典型結構，推桿直接作用于塑件的內表面不會影響到外觀。此機構由 7 個零件組成分別為推桿，推板，推桿固定板，拉料桿，復位桿，限位釘，推板導柱。推桿直接作用于塑件表面，將塑件推出模外，推桿需要固定，因此設推桿固定板和推板，兩板間螺釘連接；注塑機上的頂桿作用在推板上；為了確保推出板平行移動，推出零件不致于彎曲卡死，設有推板導柱和導套；推板的回程是靠復位桿實現的，最后一個零件是拉料桿，它的作用是勾著澆注系統的冷料使19整個澆注系統隨同塑件一起留在動模，在推板與定模底板間設限位釘，限位釘有兩個作用，一是使推板與底板間形成間隙，一但落

52、入廢料屑，也不會影響推板復位。另一個作用是在模具制造時可調節限位釘頭部的厚度來控制推桿返回的位置17。 脫模動作由注塑機液壓系統來完成，有利于提高生產效率。推出位置設在脫模阻力較大的六處地方，推桿端面加工為與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，否則會影響外觀和使用，推桿直徑56mm，推桿和推桿固定板采用軸肩連接，在推桿固定板上同時安裝四根復位桿和四根導柱起復位和導向作用。所選分型面無需側抽芯，顧不涉及。圖 3-18 推桿3.6.3 復位機構設計復位機構作用是使完成推出任務的推出零部件回復到初始位置。這里將復位桿與彈簧配合使用，將彈簧套在復位桿上

53、，從而防止復位過程中發生卡滯或推出機構不能準確復位的情況18。20圖 3-19 復位彈簧3.7 標準模架的選取模具采用一模兩腔。對模具總體布局和尺寸進行估計，擬選用 FUTABA 公司 SCType 型(兩板)模架，用 Pro/E 的 EMX 插件自動生成。圖 3-20 SCType 模架對模架尺寸進行必要的修改，修改后的尺寸如圖 3-21 所示：21圖 3-21 模架具體尺寸圖圖 3-22 動模尺寸圖圖 3-23 定模尺寸圖223.8 注塑機校核3.8.1 注射壓力校核ABS 塑料推薦注射壓力為 7090MPa，考慮到本制件壁厚較小，充模阻力較大取注射壓力為 80 MPa19。3.8.2 鎖

54、模力校核當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注射機軸向的很大推力 T推，其大小等于制件與澆注系統在分型面上的垂直投影之和乘以型腔內塑料熔體的平均壓力。該推力應小于注射機額定的鎖模力 T和，否則在注射成型時會因為鎖模不緊而發生溢邊跑料現象20。T推Ap平均ApAkp0T和Akp0T推型腔內塑料熔體沿注射機軸向的推力，N；A塑料與澆注系統在分型面上的投影面積，mm2；p平均型腔內塑料熔體的平均壓力，Mpa；p型腔內塑料熔體的壓力，Mpa；查表得 p 取 30Mpap0注射壓力，Mpa；k材料系數，查表得 ABS=1.1510由 PRO/E 測得投影面積為 6840mm2T和Akp01.1580

55、6840629.28KN3.8.3 開模行程和模板安裝尺寸校核模具開模后為了便于取出塑件，要求有足夠的開模距離，而注塑機的開模行程是有限的，應此模具設計時必須進行注射機開模行程的校核。所選用的注塑機的最大行程與模具厚度有關，故注塑機開模行程應滿足下式：S max S= HM+H1+H2+(510)S max注射機的最大開模行程，mm；S模具所需的開模距離，mm；H1塑件脫模需要的頂出距離，mm；H2塑件厚度(包括澆注系統和系統凝料)，mm；HM模具閉合高度，mm23S=240+30+20+10=300mm綜上所述，皆能滿足所選注塑機要求。3.9 冷卻系統的設計在注塑成型中，模具的溫度直接影響到

56、塑件的質量和生產效率。有些塑件的物理性能，外觀和尺寸精度要求較高，對模具的溫度要求十分嚴格，為此要設計專門的模溫調節器21。前已述明本制件無須對模具加熱，只需考慮冷卻問題。模具的冷卻主要采用循環水冷卻方式。 圖3-24 A板冷卻水路 圖3-25 B板冷卻水路圖 3-26 冷卻水路3.10 模具材料塑料模具的工作條件與冷沖模有所不同，一般都必須在一定溫度(1502O0)條件下進行工作，除了要受到一定壓力作用外，還要承受溫度的影響。因此對塑料模的成型零件，除了要求必須具有足夠的強度、硬度和良好的加工性能之外，還要24求熱穩定性好，溫度差異引起的尺寸變化率小。選取常用的45牌號的優質碳素鋼經調質處理

57、后有一定的強度和耐磨性用于模架材料。高碳工具鋼、低合金工具鋼經過熱處理后具有較高的強度和耐磨性，用于成型零件。而型腔和型芯用50號鋼以改善表面拋光性能和耐磨性能22。第四章模具裝配圖4.1 產品模具裝配過程利用 Pro/ENGINEER 提供的 Manufacturing 模塊中的 MoldCavity 子模塊進行鼠標的模具裝配設計。1.參考零件的設計由于鼠標上蓋三維模型已繪制好，可以直接將其裝配到模具模型中作為參考零件。設定工作目錄，從而把本次設計的所有文件保存在一個檔案里;設置絕對精度;新建一個模具設計文件 shubiao_shanggai.mfg，并選擇公制單位作為模板。完成設置后，進入

58、模具設計環境;重新設置參考模型的坐標系，以適應模具設計環境坐標系，然后創建參考模型。252.工件的設計手動方式創建矩形工件。該零件使用長方體工件，設計尺寸為290mm100mm20mm，直接在模具型腔中設計。進入“Model”“Create”“Workpiece”“Manual”“Create Feature”，進行工件設計3.澆注系統的設計該鼠標上蓋的澆注系統采用倒圓角。首先創建主流道，然后再創建分流道及澆口。4.應用收縮鑄造件在冷卻后體積會收縮，因此在模具設計時，應將參考模型適當放大以獲取較大的型腔，使得冷卻后的鑄造件體積滿足設計要求。5.定義分形面這里需要為前后模定義一個主分型面、型心分

59、型面和頂桿分型面。首先通過復制的方式創建兩個分型面，并合并創建的兩個分型面成為主分型面，然后利用旋轉方法為兩個小型芯創建分型面，最后利用拉伸方法創建兩處的型芯頂桿分型面。先利用滑塊分型面對工件進行分割，得到各組滑塊;再利用主分型面對滑塊分型面分割后留下的工件體積塊進行分割得到前后模。進入“Mold Volume”“Split”“TowVolume”“Workpiece” 選取待分割的體積塊“Pick”選擇分型面定義各體積塊，利用參考零件模型與模具體積塊作布爾減運算獲取型腔。進入“Mold Comp”“Ex-tract”，可完成模具體積塊抽取。7.創建制模進入“Molding”“Create”，

60、模擬獲得澆注件。8.生成模具裝配圖添加模架、創建水線、修改頂桿、修改固定板和墊塊，取消各個零件的遮蔽，即可看到所設計的模具裝配圖，至此完成整個模具的設計。26圖 4-1 開模圖 4-2 合模27圖 4-3 模具爆炸圖28圖4-4 模具零部件3D圖29圖4-5 模具二維圖30第五章模具數控加工及分析5.1 模具的有限元模擬分析隨著市場競爭的加劇，產品更新周期愈來愈短，企業對新技術的需求更加迫切，而有限元數值模擬技術是提升產品質量、縮短設計周期、提高產品競爭力的一項有效手段，所以，隨著計算機技術和計算方法的發展，有限元法在工程設計和科研領域得到了越來越廣泛的重視和應用，已經成為解決復雜工程分析計算