1、機械設計與制造專業畢業論文-基于Pro_E的鼠標造型三維仿真設計 摘 要根據企業高效系列化設計產品的要求基于ProE實現幾何模型的參數化建模方法及其實現原理介紹了設計鼠標零件模型的全過程總結出民用產品設計中應用ProE軟件進行外觀造型的一般流程并說明了產品設計研發的開展趨勢 通過對鼠標的設計可以發現在產品開發過程中絕大局部產品是近似的對稱結構或者在同一產品中有許多相同或相似的特征或者由于產品系列化的原因以前的產品中曾有過相同或相似的結構對于這些特征沒有必要再去設計它的尺寸結構ProENGINEER中快速復制這些特征從而大大加快及優化產品設計基于特征的三維造型軟件為設計者提供了方便的設計平臺關鍵

2、詞ProENGINEER 組件創立 曲面設計 鼠標AbstractAccording to the enterprise efficient product design requirements series based on geometric model ProE realization of parameterized modeling is introduced and its realization principle of design process mouse parts model of product design and summarizes the civil app

3、lication software for ProE exterior styling of the general flow and expounds the development trend of product design and developmentThrough the design of mouse can be found in product development process the majority of similar products are approximate symmetric structures In the same products or ha

4、ve many of the same or similar characteristics Or because the reason series products the products have been used in the same or similar structure For these characteristics no longer need to every step size structure design in Proe can quickly copy of these features thus greatly accelerated and optim

5、ization design of the productBased on the characteristics of the ProE 3d modeling software provides convenience for the designers design platform the design of curved surface design and the difficulty of key lies in the design of software for ProE basic characteristics of masteryKey words Pro ENGINE

6、ER components designed to create surface shell mouse目錄摘要IAbstractI目錄I前言11 塑料模具與模架111工程塑料的認識112鼠標用工程塑料113注塑件成型的工藝要求114注塑件設計要點115注塑件缺陷及其原因116分型面設計117模具在加工工業中的地位與趨勢118模具的開展趨勢12鼠標外形設計121原料ABS的成型特性與工藝參數122 鼠標外形設計13模具與模架1建立模具132模架局部133估算塑件體積134選擇注射機1結 束 語1參考文獻1前言為期三年的學習即將結束三年來在各位老師的精心輔導下我的理論知識有了很大的提高為檢驗三年

7、來的學習成果學校選擇proe鼠標三維實體仿真設計作為畢業設計內容在設計過程中我根據在學校所學知識進行設計沒想到看起來簡單的設計實際干起來卻有太多疑問有時為了弄懂一個數據除了要一遍遍的查找資料還要向同學們請教有時還要抱著原來所學過的課程再進行學習經過這段時間的努力終于有了以下這份畢業設計雖然設計的內容中還存在著許多的缺陷但確是這段時間以來辛勤勞動的結果通過這次設計使我學到了許多新的知識更深深地了解到自已所學的知識太少還需要進一步努力這次的畢業設計完成是與各位老師特別是曾純琴老師的悉心教導是分不開的在此表示衷心的感謝1 塑料模具與模架11工程塑料的認識工程塑料是指一類可以作為結構材料在較寬的溫度范

8、圍內承受機械應力在較為苛刻的化學物理環境中使用的高性能的高分子材料-般指能承受一定的外力作用并有良好的機械性能和尺寸穩定性在上下溫下仍能保持其優良性能可以作為工程結構件的塑料如ABS尼龍聚礬等被當做通用性塑膠者包括聚碳酸酯 PolycarbonatePC 聚酰胺 尼龍PolyamidePA 聚縮醛 PolyacetalPolyoxy MethylenePOM 變性聚苯醚 Poly Phenylene Oxide變性PPE 聚酯 PETPPBTP 聚苯硫醚 Polyphenylene SulfidePPS 聚芳基酯而熱硬化性塑膠那么有不飽和聚酯酚塑膠環氧塑膠等拉伸強度均超過50MPa抗拉強度在5

9、00kgcm2以上耐沖擊性超過50Jm彎曲彈性率在24000kgcm2負載撓曲溫度超過100其硬度老化性優聚丙烯假設改善硬度及耐寒性那么亦可列入工程塑膠的范圍此外較特殊者為強度弱耐熱耐藥品性優的氟素塑膠耐熱性優的矽溶融化合物聚酰胺酰亞胺聚酰亞胺PolybismaleimidePolysufone PSF PES丙烯塑膠變性蜜胺塑膠BT ResinPEEKPEI液晶塑膠等因為化學構造不同故耐藥品性摩擦特性電機特性等也有假設干差異且因成形性的不同故有適用于任何成形方式者亦有只能以某種成形方式加工者造成應用上的受限熱硬化型的工程塑膠其耐沖擊性較差因此大多添加玻璃纖維工程塑膠除了聚碳酸酯等耐沖擊性大者

10、外通常具有延伸率小硬脆的性質但假設添加2030的玻璃纖維那么可有所改善丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚Acrylonitrile-Butadiene-Styrene簡稱ABS 是一種通用型熱塑性聚合物ABS性能特征剛性好沖擊強度高耐熱耐低溫耐化學藥品性機械強度和電器性能優良易于加工加工尺寸穩定性和外表光澤好容易涂裝著色還可以進行噴涂金屬電鍍焊接和粘接等二次加工性能由于ABS的特性結合了其三種組分的特點使其具有優良的綜合性能成為電器元件家電計算機和儀器儀表首選的塑料之一為了注射成型出合格的熟料制間除了應合理選用適合注射的塑料材料外還必須考慮蘇建的注射成型工藝性塑件幾何形狀方面的要求 1 要有適宜的脫模

11、斜度 2 要有適宜的壁厚 3 合理應用加強肋加強塑件的剛度但是其壁厚度應小于塑件壁厚的13單面斜度應大于15度 4 需設計支撐面時應采用凸邊或幾個凸起的支腳作為支撐面 5 塑件的各連接處均應有半徑不小于051mm的圓角過渡 6 需開孔時要考慮孔的形狀間距邊距大小方位等因素是否對塑件成型有利 7 最好在塑件上采用凸型文字符號或裝飾花紋 8 使分型面盡量為簡單平面螺紋與齒輪塑件要求帶螺紋的塑件與齒輪塑件應滿足相應的特殊要求金屬嵌件要求在塑件內壓入金屬零件稱為嵌件或鑲件可以提高塑件的機械強度和耐磨性但是應滿足相關要求塑件的尺寸精度要求塑件尺寸公差應符合GBT 國標的要求14注塑件設計要點根據設計任務

12、選擇適宜材料包括塑料名稱密度收縮率推薦厚度等等結合具體設計任務認真分析研究如何滿足前述各項工藝要求判別注塑的形狀類別是普通實用型如容器玩具家用器具藝術型如飾品工程型如電腦機箱汽車零件還是它們的結合以便拿出相關的具體方案措施用PROe設計出注塑件的三維實體詳見后面相關章節用PROe生成注塑件的二維工程圖詳見后面相關章節用PROe對塑件進行模型分析拔模檢測厚度檢查和澆口位置分析等15注塑件缺陷及其原因外表起膜產生原因樹脂內部的添加劑是主要原因造成過度應力的注塑條件等飛邊過大產生原因主要由于合模不良間隙過大塑料流動性太好加料過多等透明性低下產生原因脫模劑過多混入其他樹脂模具溫度等加工條件不適宜異色褪

13、色產生原因著色錯誤樹脂污染過多使用粉碎品注塑機污染樹脂的熱化等外表波紋產生原因熔料成半固化波動狀態沿型腔外表流動或熔料有滯留現象塑件缺乏產生原因主要是供料缺乏熔料流動不良充氣過多或排氣不良等黑點黑條產生原因使用揮發物潤滑劑或脫模劑樹脂的熱化用黑色顏料注塑間清潔不好等尺寸不穩定產生原因模具強度剛度不夠精度不良注射劑工作不穩定成型條件長變等塌坑氣泡產生原因飽壓補縮不良塑件冷卻不均壁厚不均收縮率大等銀絲斑紋產生原因料含水分有低揮發物料中充氣排氣不良注射機壓力小模溫低等溶解線痕產生原因熔接線位置不良及流動性缺乏模具內存在空氣或揮發物脫模劑著色劑等引起裂紋破裂產生原因16分型面設計如何確定分型面需要考慮

14、的因素比擬復雜由于分型面受到塑件在模具中的成型位置澆注系統設計塑件的結構工藝性及精度嵌件位置形狀以及推出方法模具的制造排氣操作工藝等多種因素的影響因此在選擇分型面時應綜合分析比擬從幾種方案中優選出較為合理的方案選擇分型面時一般應遵循以下幾項原那么分型面應選在塑件外形最大輪廓處便于塑件順利脫模盡量使塑件開模留在動模一邊保證塑件的精度要求滿足塑件的外觀質量要求便于模具加工制造對成型面積的影響對排氣效果的影響對側向抽芯的影響其中最重要的是第5和第2第8點為了便于模具加工制造應盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面17模具在加工工業中的地位與趨勢模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具在

15、各種材料加工工業中廣泛的使用著各種模具例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具金屬壓力加工使用的鍛壓模具冷壓模具等各種模具對模具的全面要求是能生產出在尺寸精度外觀物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品以模具使用的角度要求高效率自動化操作簡便從模具制造的角度要求結構合理制造容易本錢低廉模具影響著制品的質量首先模具型腔的形狀尺寸外表光潔度分型面進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能機械性能電性能內應力大小各向同性性外觀質量外表光潔度氣泡凹痕燒焦銀紋等都有十分重要的影響其次在加工過程中模具結構對操作難以程度影響很大在大批量生產塑料制品時應盡量減少開模合模的過程和

16、取制件過程中的手工勞動為此常采用自動開合模自動頂出機構在全自動生產時還要保證制品能自動從模具中脫落另外模具對制品的本錢也有影響當批量不大時模具的費用在制件上的本錢所占的比例將會很大這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具以降低本錢現代生產中合理的加工工藝高效的設備先進的模具是必不可少是三項重要因素尤其是模具對實現材料加工工藝要求塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具才有可能發揮其作用產品的生產和更新都是以模具的制造和更新為前提的由于制件品種和產量需求很大對模具也提出了越來越高的要求因此促進模具的不斷向前開展18模具的開展趨勢近年來模具增長十分迅速高

17、效率自動化大型微型精密高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大從模具設計和制造角度來看模具的開展趨勢可分為以下幾個方面加深理論研究在模具設計中對工藝原理的研究越來越深入模具設計已經有經驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面開展使得產品的產量和質量都得到很大的提高高效率自動化大量采用各種高效率自動化的模具結構高速自動化的成型機械配合以先進的模具對提高產品質量提高生產率降低本錢起了很大的作用大型超小型及高精度由于產品應用的擴大于是出現了各種大型精密和高壽命的成型模具為了滿足這些要求研制了各種高強度高硬度高耐磨性能且易加工熱處理變形小導熱性優異的制模材料革新模具制造工藝在模具制造工藝上為縮短模具的

18、制造周期減少鉗工的工作量在模具加工工藝上作了很大的改良特別是異形型腔的加工采用了各種先進的機床這不僅大大提高了機械加工的比重而且提高了加工精度標準化開展標準化工作不僅大大提高了生產模具的效率而且改善了質量降低了本錢2鼠標外形設計21原料ABS的成型特性與工藝參數丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS樹脂微黃色或白色不透明是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈使聚合物耐油耐熱耐化學腐蝕丁二烯使聚合物具有優越的柔性韌性苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動性因此ABS樹脂具有突出的力學性能和良好的綜合性能同時具有吸濕性強但原料要枯燥它的塑件尺寸穩定性好塑件盡可能偏大的脫模斜度表21 ABS塑料主要的性能指

19、標密 度Kgdm-3113114收縮率0308熔 點130160熱變形溫度45Ncm6598彎曲強度Mpa80拉伸強度MPa3549拉伸彈性模量GPa18彎曲彈性模量Gpa14壓縮強度Mpa1839缺口沖擊強度kJ1120硬 度HRR6286體積電阻系數cm1013擊穿電壓Kvmm-115介電常數60Hz37表22 ABS的注射成型工藝參數注塑機類型螺桿式噴嘴形式通用式料筒一區150170料筒二區180190料筒三區200210噴嘴溫度180190模具溫度5070注塑壓60100保壓4060注塑時間25保壓時間510冷卻時間515周期1530后處理紅外線烘箱溫度70時間03122 鼠標外形設計

20、1設置工作目錄翻開ProENGINEER30的界面窗口選擇文件設置工作目錄選擇叫建模先前建好的文件夾然后單擊確定如圖圖21點擊文件設置工作目錄命令 在適宜的位置設置工作目錄2建立鼠標mouse新文件 步驟1 選擇文件新建命令在新建對話框中選擇零件類型建立zaoxing1的文件單擊確定按鈕進入零件建模界面如圖圖223構造曲面 步驟1通過拉伸命令單擊特征工具欄中的草繪按鈕在繪圖區中選擇TOP平面作為草繪平面畫出草繪1如圖圖23步驟2單擊特征工具欄中的拉伸按鈕文件圖24步驟3單擊特征工具欄中的草繪按鈕在繪圖區中選擇right平面作為草繪平面畫出下步掃描混合的曲線掃描結果如圖圖25步驟4選中掃描的曲面

21、點擊編輯選擇實體化去除材料出現下列圖圖26步驟5在實體化后先對實體進行拔模以有利于模具設計中的模具別離然后點擊拉伸命令進入草繪狀態草繪輪廓進行拉伸去除材料的命令出現下列圖圖27步驟6抽殼步驟7 倒圓角最后鼠標底座如圖圖28步驟8鼠標上蓋的建模在底座的建模開始利用拉伸進行去除材料選擇的是底部而在鼠標上蓋的設計中上一步的拉伸去除材料的方向正好相反如圖圖29步驟9然后再利用拉伸命令去除材料如圖圖210步驟10鼠標按鍵的建模在 上一步拉伸去除材料的命令中選擇去除材料方向相反如圖圖211步驟11再利用拉伸去除材料如圖 圖212 圖213步驟12再利用拉伸通過控制拉伸去除材料的方向做出鼠標的左右鍵 圖21

22、4 圖215步驟13鼠標中鍵的建模在拉伸中保存中間局部如圖圖216然后利用偏移進行加厚如圖圖217最后中鍵如圖圖218步驟14滾珠的設計通過拉伸倒圓角的到滾輪如圖 圖219再通過建立輔助的參考平面利用投影把曲線投影在圓弧上利用掃描陣列命令做出如圖圖220步驟15裝配如圖圖2213模具與模架建立模具1加載參照模型1設置工作目錄 翻開ProENGINEER30的界面窗口選擇文件設置工作目錄選擇叫分模的文件夾然后單擊確定如圖圖312新建模具文件選擇文件新建命令進入新建對話框選中類型選項區域中的制造單項選擇按鈕在子類型選項區域中選中模具型腔單項按鈕在名稱文本框中輸入名稱取消選中使用缺省模板復選框單擊確

23、定按鈕如下圖彈出新文件選項對話框選擇mmns_mfg_mold選項單擊確定按鈕進入模具設計環境圖323翻開參照模型 直接單擊零件圖標進入所建的工作目錄選擇零件zaoxing2然后單擊翻開彈出如下圖的對話框圖33單擊布局起點下面的然后選擇界面上的坐標系MOLDDEFCSYS然后單擊參照模型起點與定向下面的會出現圖所示的界面選擇動態會出現如下圖的對話框調整XYZ軸方向使其到達如下圖的效果圖342設置收縮率單擊設置收縮圖標在圖的對話框出現后選擇屏幕中參照模型的坐標系選中后對話框中的由原來的灰色變成綠色在圖35中的收縮率文本框中輸入0005單擊完成按鈕完成收縮率的設置圖353增加毛坯工件單擊毛坯工件圖

24、標拾取坐標系后在偏移選項區域中的統一偏距中輸入5如圖3-6然后單擊確定按鈕完成毛坯工件的設置創立完成的毛坯工件和參照模型裝配圖如圖圖36 圖374設計主分型面1創立復制曲面為了方便這里我們復制內曲面依次選中內曲面的各個面在工具欄中單擊復制圖標再單擊粘貼圖標會出現圖3-8所示的窗口在選項中選擇排除曲面并填充孔然后搜集三個帶孔的面再單擊確定圖標就把曲面復制好了如圖圖382延伸分型面圖395分割體積塊1第一次分割單擊分割體積塊圖標依次選擇兩個體積塊所有工件完成命令如圖3-10所示彈出分割對話框并彈出選取對話框如圖圖310再單擊分割對話框中確實定會出現圖3-27所示的界面單擊確定會出現圖3-11所示的

25、界面再單擊確定就完成了第一次的分割圖3117抽取模具元件抽取模具元件就是將分割成凸模和凹模的兩個體積塊變成ProE的PRT零件所具有的視角和基準特征的能進行加工的實體零件單擊抽取模具元件圖標彈出圖所示的創立模具元件對話框單擊再單擊確定就完成了模具元件抽取圖3128鑄模選擇右邊菜單管理器中的鑄模創立輸入名稱000單擊完成鑄模圖標完成產品鑄模9開模仿真單擊元件遮蔽圖標將毛坯工件參考模型以及分型面全部遮蔽1定義凸模移動單擊開模仿真圖標選擇定義間距定義移動命令打擊選擇凸模單擊選取對話框中確實定移動參考面選擇如下圖的頂面輸入移動距離50圖313澆注系統的設計普通澆注系統由主流道分流道澆口和冷料井組成在設

26、計澆注系統之前必須確定塑件成型位置可以才用一模兩腔澆注系統的設計是注塑模具設計的一個重要的環節它對注塑成型周期和塑件質量如外觀物理性能尺寸精度都有直接的影響設計時必須按如下原那么型腔布置和澆口開設部位力求對稱防止模具承受偏載而造成溢料現象型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸系統流道應盡可能短斷面尺寸適當太小那么壓力及熱量損失大太大那么塑料消耗大盡量減少彎折外表粗糙度要低以使熱量及壓力損失盡可能小對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落及分流道盡可能平衡布置滿足型腔充滿的前提下澆注系統容積盡量小以減少塑料的耗量澆口位置要適當盡量防止沖擊嵌件和細小型芯防止型芯變形澆口的

27、殘痕不應影響塑件的外觀主流道設計主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經過的部位它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔其形狀為圓錐形便于熔體順利的向前流動開模時主流道凝料又能順利拉出來主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞通常不直接開在定模上而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬塑件外外表不許有澆口痕又考慮取料順利對塑件與澆注系統聯接處能自動減斷采用帶直流道與分流道的潛伏式點澆口為了方便于拉出流道中的凝料將主流道設計成錐形錐度為3內外表的粗糙度為Ra08微米孔徑為05毫米主流道的設計要點如下為

28、便于從主流道中拉出澆注系統的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹主流道設計成圓錐形因ABS的流動性為中性故其錐度取3度過大會造成流速減慢易成渦流內壁粗糙度為R08um主流道大端呈圓角其半徑取r 13mm以減少流速轉向過渡的阻力r 15mm在保證塑件成形良好的情況下主流道的長度應盡量短否那么會使主流道的凝料增多且增加壓力損失使塑料熔體降溫過多影響注射成形為使熔融塑料完全進入主流道而不溢出應使主流道與注射機的噴嘴緊密對接主流道對接處設計成半球形凹坑其半徑為r2 r112其小端直徑D d051凹坑深度常取34mm在此模具中取r2 1112mm由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞所以主流道局部常

29、設計成可拆卸的主流道襯套以便選用優質鋼材單獨加工和熱處理其大端兼作定位環圓盤凸出定模端面的長度H 510mm同時因該鼠標采用ABS需加熱所以在主流道處采用電加熱以提高料溫32模架局部制造模架要用到EMX這次用到的版本為41EMX簡介專家模架擴展系統模具設計專家Expert Moldbase Extension EMX利用該模具庫家用電器玩具和 汽車零件制造商們將可在模具開發及制造方面有效地控制本錢該模具庫不只是一個標準的3D模具庫其智能式的設計還可以讓工程師輕松實現3D環境下的零件裝配和更改從而減少設計誤差及公式化和費時的工序創立零件下面說明建構過程點解EMX工程新建工程如下列圖所示第一步創立零件圖314圖315第二步準備圖316第三部模具組建定義圖317圖318加載標準模架點擊EMX41點擊子菜單中選取模具基體再選擇組件定義本文選擇組件為標準組件EA-TYPE載入后確定如下圖圖319設置好有關參數后點確定33估算塑件體積估算塑件體積和質量該產品材料為ABS查書本得知其密度為113-114gcm3收