鼠标上盖设计.doc

专 科 毕 业 论 文

题 目 鼠标上盖注射模具设计
学 院 工业制造学院 　
专 业 机械设计与制造 　
学生姓名 罗 飞 　
学 号 201020113225 年级 2010级
指导教师 冯威 职称 讲师

2013年 5月 25日

成都学院专科毕业论文（设计）
《论 文 声 明》

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得成都学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

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年 月 日

《关于论文使用授权的说明》

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年 月 日

塑料叉子设计

专 业：2010级机械设计与制造 学 号：201020113225

学 生：罗飞 指导教师：冯威
摘 要
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Solid works 软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，采用Solid works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。
关键词:；注塑模具；数值模拟；鼠标上盖

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 Solid works software. An optimized design was made by numerical simulation techniques of Solid works 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.

Key Words: Injection mold；numerical simulation ；The top cover of mouse

目 录

1绪论
1.1模具工业的概况
1.2研究内容
1.3模具的种类
1.4 我国模具行业的现状
2．鼠标上盖设计及其成型工艺分析
2.1产品开发要求
2.2鼠标上盖结构和形状的设计
2.3制品材料选择
3模具设计
3.1注塑机选型
3.1.1注射量计算
3.1.2注射压力校核
3.2模具浇注系统设计
3.2.1 主流道和冷料井
3.2.2分流道
3.2.3浇口设计
3.3 注塑模成型零部件结构设计
3.3.1设计分型面位置和形状
3.3.2排气方式
3.4 模架的选取

4 型腔布局及模架选定
4.1 型腔布局与分型面设计
4.1.1 型腔数目的确定
4.1.2 型腔的布局
4.1.3 分型面的设计
5 运用MOLDFIOW进行分析
6 浇注系统设计
6.1 主流道设计
6.2 主流道衬套的固定
6.3 分流道的设计
6.4 浇口的设计
6.5 冷料穴的设计
6.6 模具加热和冷却系统的设计
7 成型零件的设计
7.1成型零件的结构设计
7.2 成型零件工作尺寸计算
7.3 合模导向机构的设计
7.4 注塑模具的安装和试模
结 束 语
致 谢
参考文献

II
1．绪 论
1.1 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。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。
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。
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。
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

1.3 模具的种类
注塑模分类：按其所用注塑机的类型可分为卧式注塑机用注塑模、立式注塑机用注塑模、角式注塑机用注塑模及双色注塑机用注塑模等；按模具的型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模；按分型面的数量可分为单分型面和双分型面或多分型面注塑模；按浇注系统的形式可分为普通浇注系统和热流道浇注系统注塑模；另外还有气辅注塑模具、蒸汽模具、重叠式模具（叠模）
1.4 模具的发展及涉及的问题
中国模具行业的发展在地域分布上存在不平衡性,东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区,其模具产值约占全国产值的三分之二以上。广东是中国现在最主要的模具市场,而且还是中国最大的模具出口与进口省。目前我国模具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德、美等国家落后许多,也比韩国、新加坡等国落后而且国内模具市场过早陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力,尤其缺乏诚信可靠的市场体系。
我国还主要存在以下问题:
1. 产品质量不高
2. 标准化水平不高
3. 缺乏相关人才
4. 受到外资企业的挑战
5. 缺乏自有品牌
1.5 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。

产品外形设计

产品的选材与分析

模具的结构分析与确定

模具设计

导向和定位机构设计
注塑模成型零部件结构设计
模具浇注系统设计

模具材料选择

结语与致谢

图.1 设计流程图

2．鼠标上盖设计及其成型工艺分析
2.1 产品开发要求
最大几何尺寸：110×60mm
环境：室内，使用温度范围0℃~40℃
无毒无害
电绝缘性好
抗冲击要求：限定量从1.5m高度，不出现裂缝或者开裂特征
刚性要求：在2Kg负荷下无变形
外观要求：部件美观，外部光洁性好
使用寿命：5年
2.2 鼠标上盖结构和形状的设计
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

图.2 鼠标上盖外形
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定的制品故不选用，以下拿三种常用典型材料比较选取：
1. 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）
2. 聚苯乙烯（PS）
3. 双酚A型聚碳酸酯（PC）
表2.1: 三种材料性能参数表

ABS
PS
PC
密 度
1.05
1.04~1.06
1.18~1.20
收 缩 率
0.3~0.8
0.2~0.8
0.5~0.7
熔 点
130~160
131~165
220~240
热变形温度（45N/cm²）
65~98
65~90
132~138
模具温度
60~80
40~60
85~120
喷嘴温度
180~190
160~170
250~300
中段温度
180~230
170~190
270~320
后段温度
150~170
140~160
250~270
注射压力
60~100
60~100
50~110
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
33~49
35~63
60~66
拉伸弹性模量
1.8
2.8~3.5
2.3
弯曲强度
80
61~98
105~113
弯曲弹性模量
1.4
-
1.54
压缩强度
18~39
80~112
85
缺口冲击强度
11~20
0.25~0.40
不断
硬 度
R62~86
洛氏M65~80
11.7HB
体积电阻率
1016
1017~1019
1015
介电常数
60Hz2.4~5.0
106 Hz≥2.7
60Hz3.0
击穿电压
-
19~27
20~30
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
所以材料最终选定为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；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。
3.模具设计
3.1注塑机选型
3.1．1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％[7]
V=n×Vz+Vj
0.5Vg≥n×Vz+Vj
V—一个成型周期内所需要注射的塑料容积cm3
n—型腔数
Vz—单个塑件容量cm3
Vj—浇注系统.凝料和飞边所需的塑料的容积cm3
Vg—注射机的额定注射量
预计单个塑件体积Vz=3cm3，预计浇注系统和飞边体积为2cm3
V=2×3+2=6.9 cm3
0.5Vg≤n×Vz+Vj
Vg≥16 cm3
3.1.2 注射压力校核
ABS塑料推荐注射压力为70~90MPa，考虑到本制件壁厚较小，充模取注射压力为80 MPa.

3.2模具浇注系统设计
3.2.1 主流道和冷料井
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[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制所以采用底部带Z型头拉料杆的冷料井。
3.2.2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。图3

图3
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，圆柱形流道虽然比表面积最小流动阻力最小，但该种流道须开设在两半模上，既加工费力又不易对准，如果加工误差较大没有对准比表面积反而会有相当大的增加，本设计选用断面形状为梯形的流道，此种流道只需要开设在凹模上节省了加工成本，在流道表面进行抛光处理减小流动阻力。
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1.6μm 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。
3.2.3浇口设计
ABS在熔融时显现比较明显的非牛顿性，其熔体表面粘度随剪切速率的升高而降低。如采用尺寸较大的浇口，能够降低流动阻力，促使流动速率升高，但熔体通过扁平式浇口时比小浇口剪切速率低，导致熔体表观粘度升高，从而使流动速率降低，因此不能通过增大浇口尺寸来提高非牛顿熔体流动速率。另外，注塑机注射时有一定的注射速率，浇口尺寸过大，浇口前后方的压力降△P减小，会导致得不到理想的充模速率。鼠标上盖制品壁厚较小流程相对过长不利于熔体充满整个型腔，对成型不利。剪切速率是影响ABS熔体粘度的最主要因素，而粘度又直接影响熔体在模腔内的流动速率。因此采用小浇口不但会大大提高熔体通过浇口时的剪切速率，而且产生的摩擦热也会降低熔体粘度，以达到顺利充模的目的。
综合以上分析和考虑到制品和实际模具形状，浇口采用边缘浇口，位置在制件尾端内缘处，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单，提高了工作效率，也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。

图4 浇口套
3.3 注塑模成型零部件结构设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，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[1]
3.3.1设计分型面位置和形状
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，比之双分型面此种脱模过程较为简单易于操作。

图5分型面位置
如图5，分型面位置选择首先要保证制品能顺利从型腔中脱出，根据这个原则，分型面应选在塑料制品最大的轮廓线上，而且此平面与开模方向垂直。此制件按此原则有1、2、3三个分型面可供选择，如果模具按1-1分型面分型不仅分型面复杂而且该分型面位于外观面在脱模后在分型面的位置会留有一圈飞边，即使这些飞边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故不选用，如按3-3分型面分型如果要顺利脱出制品还需加设侧抽芯，增加模具设计及生产难度故不选用，将2-2设为分型面比较科学合理有如下好处：①将分型面设在该位置可以将制品一次脱出②该分型面两侧制件表面粗糙度不同，精度要求较低的内壁面在冷却后产生的收缩对模具型芯有一定的包紧力，开模时有利于制件保留在动模一侧方便脱出③该分型面将精度要求不同的外观面与内壁隔开，有利于降低模具型腔和型芯的加工难度，可以将动模和定模以不同的精度一次加工成型④该分型面在注射时是塑料熔体最后到达的位置有利于利用分型面排气。
3.3.2排气方式
此制件属中小型，且注射速度中等，可以利用分型面和成型杆的间隙排气，不开设专门排气槽
3.4 模架的选取
图6
如图6所示为细水口模架侧面结构图，模架结构与一般的大水口模架相类似，唯一不同的是细水口模架中多了一块脱料板和4根拉杆。

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