鼠標(biāo)上蓋注塑模模具設(shè)計要點(diǎn)

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3、 畢 業(yè) 論 文 （2011屆） 題 目：鼠標(biāo)上蓋注塑模模具設(shè)計 姓 名： 張 彬 學(xué) 號： 060702314 系 部： 數(shù)控技術(shù)系 班 級： 06高職模具三班 指導(dǎo)教師： 周 欣 2011年5月

4、 江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)論文 任 務(wù) 書 系部 數(shù)控技術(shù)系 專業(yè)年級 06高職模具3班 學(xué)生姓名 張彬 任務(wù)下達(dá)日期：2011 年 3 月 5 日 畢業(yè)論文日期： 2010 年 3月 5 日至 2011 年 5 月 5 日 畢業(yè)論文題目： 畢業(yè)論文專題題目： 畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求 系主任簽字：

5、 指導(dǎo)教師簽 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽 年 月 日 答辯及綜合成績 答

6、 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 系部領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績 系部領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 系部領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績 系部領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 鼠標(biāo)上蓋注射模模具設(shè)計 張彬 06高職模具3班 摘要:鼠標(biāo)上蓋是流線形結(jié)構(gòu),使用二維繪圖難以描述，本

7、課題采用Pro/E軟件對鼠標(biāo)上蓋制品及模具進(jìn)行了三維造型，采用Pro/E的數(shù)值模擬技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計計算相結(jié)合的方法優(yōu)化設(shè)計,同時仿真了塑料熔體在型腔內(nèi)的充模流動以及冷卻分析過程，預(yù)測了缺陷產(chǎn)生的臨界條件，優(yōu)化了工藝方案及工藝參數(shù)，降低了缺陷出現(xiàn)的可能性。利用參數(shù)化實(shí)體造型的方法，為更加高速、快捷的造型、生產(chǎn)提供了一種切實(shí)可行的辦法。生成的模型數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行三維加工。 關(guān)鍵詞:注塑模具 數(shù)值模擬 鼠標(biāo)上蓋 一、緒論 1.國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r (1)模具工業(yè)的概況 在討論注塑模設(shè)計之前，先要對國內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)展方向有一個較清晰的了解，這也

8、就使我們對本課題的意義有所了解。首先要對模具有一個整體的認(rèn)識。模具是機(jī)械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎(chǔ)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。 塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。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(yè)發(fā)展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業(yè)部門不可缺少的材料。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯

9、脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29~34英寸電視機(jī)外殼以及一些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。 本文將對鼠標(biāo)上蓋成型的幾個關(guān)鍵問題:鼠標(biāo)制品外形的設(shè)計與建模、最佳成型方法的選擇，分析最佳成型工藝，模具設(shè)計并進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究。 (1)鼠標(biāo)上蓋制品外形設(shè)計 本課題利用PRO/ENGINEER軟件對鼠標(biāo)上蓋進(jìn)行實(shí)體建模，PRO/E的圖形設(shè)計是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)的區(qū)別。生成的模型直觀，立體感強(qiáng)，可以在任何角度進(jìn)行觀察。

10、另外系統(tǒng)還能計算出實(shí)體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等。使設(shè)計者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立體圖生成三視圖，大大提高工作的效率和準(zhǔn)確性。 (2)最佳成型方法的選擇 比較幾種可用于成型鼠標(biāo)外殼這種薄壁單分型面制品的常用塑料加工方法，根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)和使用要求選擇合理的成型方法。 (3)分析最佳成型工藝 鼠標(biāo)上蓋為薄壁制件，比表面積大，可能的工藝方案較多，工藝方案的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。本文在對塑件進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定并優(yōu)化了工藝方案。具體內(nèi)容如下： ①對塑件成型工藝性進(jìn)行分析，對可能的工藝方案進(jìn)行比較分析，初步得出可能的工藝方案以及其

11、可行的條件。 ②根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 (4)模具設(shè)計 ①模具結(jié)構(gòu)分析和確定 針對鼠標(biāo)上蓋尺寸小，精度高的特點(diǎn)，根據(jù)工藝方案和零件的形狀特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求，對模具進(jìn)行分析，確定模具的合理結(jié)構(gòu)。 ②模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)型式和特點(diǎn)，確定模具工作、導(dǎo)向以及固定等并確定模具主要零件的形式以及尺寸。 本研究的主要目的是通過一個具有代表性模具的分析研究，從而達(dá)到掌握具有復(fù)雜曲面模具的設(shè)計制造以及加工的方法。 4.研究目的及意義 二、鼠標(biāo)上蓋設(shè)計及其成型工藝分析 1．產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)用途清單 最大幾何尺

12、寸：110×60mm 環(huán)境：室內(nèi)，使用溫度范圍0℃~40℃ 無化學(xué)品接觸 抗沖擊要求：限定量從1.5m高度，0℃下摔下外殼不出現(xiàn)裂縫或者開裂特征，不允許內(nèi)部件曝露 剛性要求：在2Kg負(fù)荷下無變形 電氣性能：電絕緣性好 外觀要求：部件美觀，外部光潔性好 使用壽命：5年 根據(jù)上述使用要求可歸納產(chǎn)品設(shè)計要求為制品材料需要具有一定的抗沖擊性并且由于是電子產(chǎn)品的外殼要有良好的電絕緣性，隨著數(shù)碼產(chǎn)品的大量普及價格也不斷下跌要求生產(chǎn)自動化程度高，成型周期短 生產(chǎn)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。 2．制品材料選擇 通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PV

13、C具有應(yīng)用范圍廣、加工性能良好，價格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但由于其力學(xué)性能較差且成型收縮率較大不易成型尺寸穩(wěn)定的制品故不選用，以下拿三種常用典型材料比較選取。 （1）丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） ABS外觀上是淡黃色非晶態(tài)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(xué)性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨、尺寸穩(wěn)定，加工性能優(yōu)良，它具有三種單體所賦予的優(yōu)點(diǎn)。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?nèi)M分的比例，可以調(diào)節(jié)材料性能。 ABS為無定形聚合

14、物，無明顯熔點(diǎn)，熔融流動溫度不太高，隨所含三種單體比例不同，在160~190℃范圍即具有充分的流動性，且熱穩(wěn)定性較好，在約高于285℃時才出現(xiàn)分解現(xiàn)象，因此加工溫度范圍較寬。ABS熔體具有明顯的非牛頓性，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。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(jīng)干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光澤并可改善內(nèi)在質(zhì)量。在80~90℃下干燥2~3h,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(shù)情況下，其變化小于該范圍。注塑是

15、ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機(jī)，但更長采用螺桿式注塑機(jī)，后者更適于形狀復(fù)雜制品、大型制品成型。 （2）聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是無色無臭的透明剛硬固體，制品擲地時有金屬般響鳴。聚苯乙烯透光率不低于80%，霧度約為3%，折射率較大，在1.59~1.60之間，具有特殊光亮性，但儲存時易泛黃。泛黃原因之一是單體純度不夠，特別是在含有微量元素時；二是聚合物在空氣中緩慢老化引起發(fā)黃。聚苯乙烯較輕，密度在1.04~1.065之間。 ①力學(xué)性能 ： 聚苯乙烯在熱塑性塑料中屬于典型的硬而脆塑料，拉伸、彎曲等常規(guī)力學(xué)性能皆高于聚烯烴，拉伸時無屈服現(xiàn)象。 ②熱學(xué)性能 聚苯乙烯分子

16、鏈雖是剛性鏈，但由于是無定形結(jié)構(gòu)，超過玻璃化溫度即開始軟化，軟化點(diǎn)僅95℃左右，許多力學(xué)性能都受到溫度升高的明顯影響。最高連續(xù)使用溫度僅60~80℃。120℃開始成為熔體，180℃后開始具有流動性，其熱穩(wěn)定性較好，超過300℃才開始分解，因此聚苯乙烯具有較高的成型加工區(qū)間。 ③電性能： 聚苯乙烯是非極性聚合物，具有頗為優(yōu)異的介電、電絕緣性能，由于吸濕性很小，電性能也不受環(huán)境濕度改變的影響。 加工工藝性 吸濕性很小，加工前一般不需要專門的干燥工序 成型溫度范圍較寬 收縮率及其變化范圍都很小，一般在0.2%~0.8%有利于成型出尺寸精度較高 和尺寸較穩(wěn)定的制品 聚苯乙烯制品容易

17、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并且在空氣中會緩慢老化引起發(fā)黃很顯然不適合選用 （3）雙酚A型聚碳酸酯（PC） 雙酚A型聚碳酸酯是無色或者微黃色透明的剛硬、堅韌固體。 ①力學(xué)性能 雙酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韌聚合物，具有良好的綜合力學(xué)性能。拉伸、壓縮、彎曲強(qiáng)度均相當(dāng)于聚酰胺6、聚酰胺66，沖擊強(qiáng)度高于所有脂肪族聚酰胺和大多數(shù)工程塑料，抗蠕變性也明顯優(yōu)于聚酰胺、聚甲醛。力學(xué)性能方面缺點(diǎn)是耐疲勞性較差，缺口敏感性較明顯 ②熱性能 有良好的耐熱性，玻璃化溫度較高，高于所有的脂肪族聚酰胺，熔融溫度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66，熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度均高于絕大多數(shù)脂肪族聚酰胺，也高于幾乎所有的熱塑性通

18、用塑料。在工程塑料中，他的耐熱性優(yōu)于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和PBT,與PET相當(dāng)，但遜于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐熱性，脆化溫度為-100℃ ③電性能 雙酚A型聚碳酸酯是弱極性聚合物，極性的存在對電性能有一定不利影響，在標(biāo)準(zhǔn)條件下電性能雖不如聚烯烴、聚苯乙烯等，但也不失為是電性能較優(yōu)的絕緣材料，特別是因其耐熱性優(yōu)于聚烯烴，可在較寬溫度范圍保持良好的電性能。由于吸濕性較小，環(huán)境溫度對電性能無明顯影響。 ④其他性能 在干燥的氣候條件下物理力學(xué)性能基本不變，但在潮濕環(huán)境及強(qiáng)烈日照條件下，會產(chǎn)生表面裂紋并發(fā)暗，在火焰中可緩慢燃燒，離火源后可自熄[5]。 PC剪切黏度高，充模阻力大，并且

19、由于其在力學(xué)性能方面的缺點(diǎn)也不選用。 表2 三種材料性能參數(shù)表 ABS PS PC 密 度 1.05 1.04~1.06 1.18~1.20 收 縮 率 0.3~0.8 0.2~0.8 0.5~0.7 熔 點(diǎn) 130~160 131~165 220~240 熱變形溫度（45N/cm2） 65~98 65~90 132~138 模具溫度 60~80 40~60 85~120 噴嘴溫度 180~190 160~170 250~300 中段溫度 180~230 170~190 270~320 后段溫度 150

20、~170 140~160 250~270 注射壓力 60~100 60~100 50~110 塑化形式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式 拉伸強(qiáng)度 33~49 35~63 60~66 拉伸彈性模量 1.8 2.8~3.5 2.3 彎曲強(qiáng)度 80 61~98 105~113 彎曲彈性模量 1.4 - 1.54 壓縮強(qiáng)度 18~39 80~112 85 缺口沖擊強(qiáng)度 11~20 0.25~0.40 不斷 硬 度 R62~86 洛氏M65~80 11.7HB 體積電阻率 1016 1017~1019 1

21、015 介電常數(shù) 60Hz2.4~5.0 106 Hz≥2.7 60Hz3.0 擊穿電壓 - 19~27 20~30 外 觀 淺象牙色或白色不透明 無色透明、摔打音清脆 透明微黃 特 點(diǎn) 耐熱、表面硬度高、，尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)及電性能好，易成型加工，可鍍鉻 耐水、耐化學(xué)品、絕緣性好、不耐沖擊不耐溫 透明度高、硬而韌、高抗沖、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)電絕緣性和耐熱性好、耐開裂耐藥品性差 材料最終選定為ABS,其綜合性能優(yōu)異，具有較高的力學(xué)性能，流動性好，易于成型；成型收縮率小，理論計算收縮率為0．5％ ；溢料值為0．04 mm；比熱容較低，在模具中凝固較快，

22、模塑周期短。制件尺寸穩(wěn)定，表面光亮。 3．注射工藝選擇 （1）工藝難點(diǎn)分析 鼠標(biāo)上蓋為外觀件，要求零件表面平整光滑，無翹曲、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(yán)密配合。零件的曲面較為復(fù)雜，尺寸精度很高，由于零件為薄壁制件，外形很不規(guī)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(guān)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(diǎn)考慮的問題。 流程圖： 混料—干燥—螺桿塑化—充?！骸鋮s—制品后處理 （2）ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸濕性和對水分的敏

23、感性較大，在加工前進(jìn)行充分的干燥和預(yù)熱，不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且還有助于塑料的塑化，減少制件表面色斑和云紋。ABS原料需要控制水分在0.3%以下。 注塑前的干燥條件是：干冬季節(jié)在75～80℃以下，干燥2～3h，夏季雨水天在80～90℃下，干燥4～8h，干燥達(dá)8～16h可避免因微量水汽的存在導(dǎo)致制件表面霧斑。在此，由于鼠標(biāo)外殼屬批量件要求自動化程度高實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)選用烘干料斗并裝備熱風(fēng)料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[20]。 ① 注射溫度： 表3 ABS工藝參數(shù)表 工藝參數(shù) 通用型ABS 料桶后部溫度 180~200 料桶中部溫度 21

24、0~230 料桶前部溫度 200~210 噴嘴溫度/℃ 180~190 模具溫度/℃ 50~70 ABS塑料非牛頓性較強(qiáng)，在熔化過程溫度升高時，其熔融降低很小，但一旦達(dá)到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍，如220～250℃)，如果繼續(xù)盲目升溫，必將導(dǎo)致耐熱性不太高的ABS的熱降解反而使熔融粘度增大，注塑更困難，制件的機(jī)械性能也下降。 （3）注射壓力 ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射時要采用較高的注射壓力。但并非所有ABS制件都要施用高壓，考慮到本制件小型、構(gòu)造不算非常復(fù)雜、厚度中等可以用較低的注射壓力。注制過程中，澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小決定了制件的表面質(zhì)量

25、及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小，塑料收縮大，與型腔表面脫離接觸的機(jī)會大，制件表面容易霧化。壓力過大，塑料與型腔表面摩擦作用強(qiáng)烈，容易造成粘模。 （4）注射速度 ABS塑料采用中等注射速度效果較好。當(dāng)注射速度過快時，塑料易燒焦或分解析出氣化物，從而在制件上出現(xiàn)熔接痕、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。并且鼠標(biāo)殼為薄壁制件，要保證有足夠高的注射速度，否則難以充滿。 （5）模具溫度 ABS的成型溫度相對較高，模具溫度也相對較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85％，當(dāng)生產(chǎn)具有較大投影面積制件時，定模溫度要求70～80℃，動模溫度要求50～60℃。鼠標(biāo)屬中小型制件，形狀也不算復(fù)雜不用考慮專門對模具加熱。

26、 （6）料量控制 注塑機(jī)注塑ABS塑料時，其每次注射量僅達(dá)標(biāo)準(zhǔn)注射量的75％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，注射量選為標(biāo)定注射量的50％。 通常要確保注塑機(jī)生產(chǎn)條件及參數(shù)有一個很寬的范圍，使大多數(shù)的產(chǎn)品和生產(chǎn)能力要求包含于這范圍內(nèi)，并且在調(diào)整確定這范圍的過程時盡量按常規(guī)的工藝流程，這種生產(chǎn)條件范圍愈大，生產(chǎn)過程愈穩(wěn)定，使注塑產(chǎn)品愈不容易受到生產(chǎn)條件的改變而產(chǎn)生明顯的質(zhì)量降低。三、模具設(shè)計 1．概述 在對鼠標(biāo)上蓋進(jìn)行零件工藝性分析的基礎(chǔ)上，通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，最終確定了零件成形的最佳工藝方案。再根據(jù)該工藝方案，確定成形最終零件形狀。 2．注塑機(jī)選型

27、 （1）注射量計算 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，注塑機(jī)注塑ABS塑料時，其每次注射量僅達(dá)標(biāo)準(zhǔn)注射量的75％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，選定注射量為標(biāo)定注射量的50％[7] V=n×Vz+Vj 0.5Vg≥n×Vz+Vj V—一個成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積cm3 n—型腔數(shù) Vz—單個塑件容量cm3 Vj—澆注系統(tǒng).凝料和飛邊所需的塑料的容積cm3 Vg—注射機(jī)的額定注射量 預(yù)計單個塑件體積Vz=3cm3，預(yù)計澆注系統(tǒng)和飛邊體積為2cm3 V=2×3+2=6.9 cm3 0.5Vg≤n×Vz+Vj Vg≥16 cm3 （2）注射壓力校核 ABS塑料

28、推薦注射壓力為70~90MPa，考慮到本制件壁厚較小，充模阻力較大取注射壓力為80 MPa （3）鎖模力校核 注射成型時的塑料會產(chǎn)生模板間的漲模力，此漲模力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分形面上的投影面積與型腔壓力之積[22]。為防止模具分型面被漲模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，因此模具設(shè)計時應(yīng)使注射機(jī)的額定鎖模力大于漲模力。 P=PB×KC×KS P—型腔內(nèi)壓 KC----材料系數(shù)，查表得ABS=1.15 KS-----塑件復(fù)雜系數(shù)，取1.3 PB與進(jìn)澆口流程長度、壁厚的流程比（L/H）有關(guān)。 根據(jù)H=(L/100+0.8) ×0.7可算出L=348

29、故L/H=174故選PB=32MPa P=32×1.15×1.3=48MPa （4）開模行程和模板安裝尺寸校核 模具開模取出制品所需的開模距離必須小于注射機(jī)的開模行程。注射機(jī)最大的開模行程的大小直接影響模具所形成的塑件高度，太小時塑件無法從動定模之間取出。 S max ≥S= HM+H1+H2+（5~10） S max--注射機(jī)的最大開模行程（mm） S------模具所需開模距離（mm） H1----塑件脫模距離（mm） H2----包括澆注流道凝料在內(nèi)的塑件高度（mm） HM----模厚 S=220+40+20+10+10=300mm 選擇震德機(jī)械廠CJ90M

30、5變量泵注塑機(jī) 鎖模力900KN，開模行程330mm，模板尺寸520×520mm，容模量130—360mm 理論注射容積165cm3，理論注射壓力175Mpa，皆滿足計算結(jié)果。 根據(jù)所選注塑機(jī)模板尺寸確定定模底板和模腳尺寸，以便于安裝 模腳選擇分開式的，兩個模腳分別固定在注塑機(jī)動模板上，選擇分開的模腳不僅節(jié)省材料還可以不用考慮注塑機(jī)頂桿的頂出位置根據(jù)注塑機(jī)模板尺寸確定模具底板尺寸為200×400,如圖2。 圖2所選注塑機(jī)模板及噴嘴參數(shù) 3．模具澆注系統(tǒng)設(shè)計 （1）主流道和冷料井 主流道頂部設(shè)計成半球形凸坑，以便與噴嘴銜接

31、，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，如果凹坑半徑小于噴嘴球頭半徑則主流道凝料無法一次脫出，由于主流道與注塑機(jī)的高溫噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以設(shè)計成獨(dú)立的主流道襯套，選用45#鋼材并經(jīng)熱處理提高硬度，設(shè)計獨(dú)立的定位環(huán)用來安裝模具時起定位作用，主流道襯套的進(jìn)口直徑略大于噴嘴直徑1mm以避免溢料并且防止銜接不準(zhǔn)而發(fā)生的堵截。 為避免前端冷料進(jìn)入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的對面設(shè)冷料井，對于臥式注塑機(jī)冷料井設(shè)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型頭拉料桿的冷料井。 (2)分流道 模具采用一模兩腔對稱布置，型腔數(shù)過多影響制品精度，

32、而型腔數(shù)過少生產(chǎn)效率太低不能達(dá)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(tǒng)投影面積重心更接近鎖模力的中心，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(jīng)濟(jì)地使用原料和注射機(jī)的能耗，減少壓力損失和熱量損失。如圖3 圖3: 型腔分布圖 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，圓柱形流道雖然比表面積最小流動阻力最小，但該種流道須開設(shè)在兩半模上，既加工費(fèi)力又不易對準(zhǔn)，如果加工誤差較大沒有對準(zhǔn)比表面積反而會有相當(dāng)大的增加，本設(shè)計選用斷面形狀為梯形的流道

33、，此種流道只需要開設(shè)在凹模上節(jié)省了加工成本，在流道表面進(jìn)行拋光處理減小流動阻力。 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(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不一定要很低，取1.6μm 既可，這樣表面稍不光滑，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(chǎn)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)澆口設(shè)計 ABS在熔融時顯現(xiàn)比較明顯的非牛頓性，其熔體表面粘度隨剪切速率的升高而降低。如采用尺寸較大的澆口，能夠降低流動阻力，促使流動速率升高，但熔體通過扁平式澆口時比小澆口剪切速率低，導(dǎo)致熔體表觀粘度升高，從

34、而使流動速率降低，因此不能通過增大澆口尺寸來提高非牛頓熔體流動速率。另外，注塑機(jī)注射時有一定的注射速率，澆口尺寸過大，澆口前后方的壓力降△P減小，會導(dǎo)致得不到理想的充模速率。鼠標(biāo)上蓋制品壁厚較小流程相對過長不利于熔體充滿整個型腔，對成型不利。剪切速率是影響ABS熔體粘度的最主要因素，而粘度又直接影響熔體在模腔內(nèi)的流動速率。因此采用小澆口不但會大大提高熔體通過澆口時的剪切速率，而且產(chǎn)生的摩擦熱也會降低熔體粘度，以達(dá)到順利充模的目的。 綜合以上分析和考慮到制品和實(shí)際模具形狀，澆口采用邊緣澆口，位置在制件尾端內(nèi)緣處，選在該位置不但模具簡單，而且去除澆口的后加工操作也非常簡單，提高了工作效率，也便于

35、模具的機(jī)械加工，易保證澆口加工精度，試模時澆口尺寸易于修整。 將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pro/E的模流分析模塊-Plastic Advisor(塑性顧問)建立仿真分析。 澆口尺寸計算： 澆口采用邊緣澆口 澆口深度h=k.δ=1.15×2=2.3mm k為材料系數(shù)查表得ABS為1.15, δ為制品厚2mm 澆口寬度ω=k.A?/30=4mm 中型制件澆口長度取1 4．注塑模成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)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(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀

36、，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(jié)構(gòu)合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。設(shè)計成型零件時，根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，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(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。 （1）分型面位置和形狀的設(shè)計 該制品無需側(cè)抽芯，且為簡化模具結(jié)構(gòu)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，比之雙分型面此種脫模過程較為簡單易于操作。 圖4 分型面位置 如圖4，分型面位置選擇首先要保證制品能

37、順利從型腔中脫出，根據(jù)這個原則，分型面應(yīng)選在塑料制品最大的輪廓線上，而且此平面與開模方向垂直。此制件按此原則有1、2、3三個分型面可供選擇，如果模具按1-1分型面分型不僅分型面復(fù)雜而且該分型面位于外觀面在脫模后在分型面的位置會留有一圈飛邊，即使這些飛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故不選用，如按3-3分型面分型如果要順利脫出制品還需加設(shè)側(cè)抽芯，增加模具設(shè)計及生產(chǎn)難度故不選用，將2-2設(shè)為分型面比較科學(xué)合理有如下好處：①將分型面設(shè)在該位置可以將制品一次脫出②該分型面兩側(cè)制件表面粗糙度不同，精度要求較低的內(nèi)壁面在冷卻后產(chǎn)生的收縮對模具型芯有一定的包緊力，開模時有利于制件保留

38、在動模一側(cè)方便脫出③該分型面將精度要求不同的外觀面與內(nèi)壁隔開，有利于降低模具型腔和型芯的加工難度，可以將動模和定模以不同的精度一次加工成型④該分型面在注射時是塑料熔體最后到達(dá)的位置有利于利用分型面排氣。 (2)型腔鑲拼組合 制件上有兩個用于配合的小孔，雖然深度不大，但由于開設(shè)在曲面上采用整體式型腔會造成加工上的困難，故采用成型桿成型，與凹模過盈配合，其余型腔部分采用整體嵌入式鑲拼組合，型腔可以用電火花一次加工。 （3）排氣方式 此制件屬中小型，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(shè)專門排氣槽[11]。 (4)型腔成型尺寸計算 常用型腔成型尺寸的計算方法主要

39、有兩種：平均收縮率法和公差帶法，兩種計算方法的區(qū)別在于平均收縮率法計算公式是建立在塑件的成型收縮率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨損量分別等于它們各自平均值基礎(chǔ)上，當(dāng)塑件的尺寸精度要求較高或塑件尺寸比較大時，這種誤差有可能會顯著增加，這時一些模具設(shè)計單位就采用公差帶法來進(jìn)行尺寸計算，平均收縮率法計算簡單無需驗(yàn)算而公差帶法計算復(fù)雜需要經(jīng)過多次初算驗(yàn)算，且考慮因素較多。考慮到鼠標(biāo)模具較簡單制造成本低，設(shè)計時間短故按平均收縮率法計算成型尺寸比較簡單易行。 采用δZ ,δC取固定值的平均收縮率法： Lm---------型腔的徑向工作尺寸Lm=[Ls+ Ls×Scp-（3/4）△] Ls---

40、------塑件的徑向圖樣尺寸 Scp--------收縮率的平均值，查表得ABS收縮率范圍是0.03~0.08 △---------塑件尺寸公差 δZ --------型腔制造公差 δC --------型腔最大許用磨損量,δC 取為塑件尺寸公差△的三分之 一 表3.4: 公式表 δZ ,δC取固定值的平均收縮率法 型腔內(nèi)徑尺寸 型芯外徑尺寸 型腔深度尺寸 型芯高度尺寸 中心距尺寸 查手冊得ABS塑料收縮率波動為0.3~0.8%。 ①型腔徑向尺寸計算 以最大徑向尺寸計算，測量得Ls為102.25 mm,塑件精度選為MT2對應(yīng)的型腔加工

41、精度為IT9，以該精度查型腔的尺寸公差表，按照A類受模具活動部分影響的尺寸公差查表得△=0.42mm, δC=△/3=0.14mm Lm=[102.25+102.25×（0.003+0.008）/2-（3/4）×0.42]=102.500+042 ②型芯外徑尺寸 以型芯最大徑向尺寸計算，測量得Ls為102.25 mm,塑件精度選為MT2對應(yīng)的型腔加工精度為IT9，以該精度查型腔的尺寸公差表，按照A類受模具活動部分影響的尺寸公差查表得△=0.42mm, δC=△/3=0.14mm Lm=[100.25+100.25×（0.003+0.008）/2+(3/4) ×0.42]=101

42、.12-0.420 ③型腔深度尺寸 由PRO/E測量得型腔深度為23.78mm，以IT9精度等級制造型腔查手冊，按B類不受模具活動部分影響的尺寸公差值查表得△=0.32mm，δC =0.1mm Lm=[25.8+25.8×（0.003+0.008）/2-（3/4）×0.32]0+0.32 =25.720+0.32 ④型芯高度尺寸 PRO/E測量得塑件高度尺寸為21.78mm，以IT9精度等級制造查手冊得，按A類不受模具活動部分影響的尺寸公差值查表得△=0.20，δZ=0.067mm hm=[21.78+21.78×(0.003+0.008)/2+(2/3) ×0.20]

43、0-0.067=21.967 0-0.067mm ⑤兩成型桿的中心距 PRO/E測量得為塑件兩孔鄰近邊距離Cs=23mm, 以IT9精度等級制造查手冊，按B類受模具活動部分影響的尺寸公差值查表得△=0.30mm，δZ=0.11mm Cm=[23+23×(0.003+0.008)/2]±0.055=23.1265±0.055mm （5）塑料模具力學(xué)設(shè)計 型腔近似橢圓形，按組合式圓形型腔計算公式計算[11] ①型腔側(cè)壁厚計算 剛度計算： 型腔投影面積為5600m2,r取60mm,[σ]=160MPa，允許變形量δ取0.05mm，u為泊淞比取0.25，型腔壓力p取50 MPa

44、, 計算得t=22.46mm 強(qiáng)度計算： t=r×[σ/(σ-2p)?-1]=38mm 取較大值，型腔側(cè)壁厚設(shè)為38mm. 3.4.5.2型腔底板厚計算 h=35.74,取37mm 5.合模導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)向、定位、承受側(cè)壓力三個作用，為了使合模動作更加可靠平穩(wěn)在型腔周圍設(shè)四根導(dǎo)柱，將導(dǎo)柱開設(shè)在動模側(cè)即導(dǎo)柱正裝，為保護(hù)型芯，避免合模時凸模進(jìn)入凹模時由于方位搞錯而損壞模具或由于定位不準(zhǔn)而互相碰傷[8]，設(shè)在動模上的導(dǎo)柱長度高出型芯6~8mm，導(dǎo)柱采用有肩導(dǎo)柱和導(dǎo)套配合的方式，安裝段與模板間采用過渡配合H7/k6，導(dǎo)向段與導(dǎo)向孔間采用動配合H7/f7，固定段

45、表面粗糙度為Ra1.6μm導(dǎo)向段表面用Ra0.8μm，導(dǎo)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（0.5~0.8mm深），經(jīng)淬火處理（HRC60）[16]。 導(dǎo)套選用帶軸肩連接的導(dǎo)套，導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)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(nèi)外表面均用Ra0.8μm，材料選用20號鋼滲碳淬火處理，表面硬度為HRC55，低于導(dǎo)柱5度 6.脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 脫模機(jī)構(gòu)采用推桿推出的典型結(jié)構(gòu)，推桿直接作用于塑件的內(nèi)表面不會影響到外觀。此機(jī)構(gòu)由7個零件組成分別為推桿，推板，推桿固定板，拉料桿，復(fù)位桿，限位釘，推板導(dǎo)柱。推桿直接作用于塑件

46、表面，將塑件推出模外，推桿需要固定，因此設(shè)推桿固定板和推板，兩板間螺釘連接；注塑機(jī)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(shè)有推板導(dǎo)柱和導(dǎo)套；推板的回程是靠復(fù)位桿實(shí)現(xiàn)的，最后一個零件是拉料桿，它的作用是勾著澆注系統(tǒng)的冷料使整個澆注系統(tǒng)隨同塑件一起留在動模，在推板與定模底板間設(shè)限位釘，限位釘有兩個作用，一是使推板與底板間形成間隙，一但落入廢料屑，也不會影響推板復(fù)位。另一個作用是在模具制造時可調(diào)節(jié)限位釘頭部的厚度來控制推桿返回的位置。 脫模動作由注塑機(jī)液壓系統(tǒng)來完成，有利于提高生產(chǎn)效率。推出位置設(shè)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

47、保持塑件壁厚一致，且端面等于或高于型芯0.05~0.1mm，否則會影響外觀和使用，推桿直徑5~6mm,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(fù)位桿和四根導(dǎo)柱起復(fù)位和導(dǎo)向作用。所選分型面無需側(cè)抽芯，顧不涉及。 脫模力計算： p=E.ε.t.cosα/(1-μ)r E---塑料拉伸彈性模量，ABS取2500 ε----塑料收縮率，ABS取0.5% μ----塑料泊松比，ABS取0.25 α---拔模，內(nèi)壁拔模角為1° r---型芯平均半徑，為4.37mm 計算得p=7.63MPa 7.模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 前已述明本制件無須對模具加熱，只需考慮冷卻問題 水的體積流率

48、： =1.1× 586/[70×1000×4.183×（27-20）] =3.145×10-4 冷卻水的流速： ν=qv/A =3.145×10-4×1000×4/(3.14×152) =1.78m/s 傳熱系數(shù)： 傳熱面積： 水孔數(shù) 取n=3，即布置三根冷卻水道 m---單位時間注入模具中的塑料質(zhì)量(kg／s) Q0---在模腔內(nèi)單位質(zhì)量熔融塑料凝固所放出的熱量KJ/Kg·K ρ--冷卻水的密度(kg/m3 )； Cp2---冷卻水的定壓比熱容KJ/Kg·K T1--冷卻水出口溫度； T2--冷卻水進(jìn)口溫度； A0

49、----與入口冷卻水溫有關(guān)的物理常數(shù)； △T------平均溫差； d--------水孔直徑； b------模具上冷卻水孔深，即模寬 PRO/E塑性顧問分析結(jié)果： 8.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（150℃~2O0℃）條件下進(jìn)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(qiáng)度、硬度和良好的加工性能之外，還要求熱穩(wěn)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(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后有一定的強(qiáng)度和耐磨性用于模架材料。高碳工具鋼、低合金工具鋼經(jīng)過熱處理后具有較高的強(qiáng)度和耐

50、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。 結(jié)語 鼠標(biāo)上蓋是薄殼塑件且出于該產(chǎn)品產(chǎn)品外形美觀，手感好的使用要求，零件的外形全部設(shè)計為為曲面，本研究采用Pro/E三維建模軟件軟件進(jìn)行特征分解，該軟件基于特征以及參數(shù)化的特點(diǎn)使其具有強(qiáng)大的功能，能夠解決這種特殊問題。為獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，采用數(shù)值模擬與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計相結(jié)合的方法對鼠標(biāo)上蓋成型規(guī)律進(jìn)行了探討和研究，使整個模具的設(shè)計制造周期縮短，優(yōu)化了模具的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，大大減少了試模的次數(shù)，提高工作效率。利用CAE軟件，方便的觀測到零件的凝固、充模等過程，尋找出塑件可能出

51、現(xiàn)的成型缺陷，從而在模具的工藝參數(shù)、塑件的尺寸形狀性能特點(diǎn)之間獲得最佳的匹配。 致謝 在本論文的完成過程中，我的導(dǎo)師周欣老師給予了我悉心指導(dǎo)和熱情鼓勵，使我順利完成了論文工作。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識和執(zhí)著的敬業(yè)精神給我留下了深刻印象。激勵我克服困難，廣泛涉獵新思想、新理論，不斷地探求新的科學(xué)發(fā)展。同時，也讓我懂得如何去踏踏實(shí)實(shí)地工作、勤勤懇懇地做人。論文工作量十分大，沒有試驗(yàn)條件，加之我的模具設(shè)計實(shí)踐操作知識很少，在做課題的過程中遇到了很多困難，論文在周老師的熱心幫助下才得以順利完成，在此，謹(jǐn)向周老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意。

52、 同時，感謝在做課題過程中為我提供便利和幫助的老師和同學(xué)們。 感謝班的所有同學(xué)們，感謝我們在一起度過的這段忙碌又偷快的時光。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意! 衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 參考文獻(xiàn)： [1] 中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J] .模具工業(yè).2005，7 [2] 張正修.模具產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].五金科技.2005，8 [3] 鐘佩思,沈友徽,馬靜敏等.模具先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢綜述[J].模具制造.2005，3 [4]李德群，肖祥芷.模具CAD／CAE／CAM 的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè).2005， [5]張克惠.塑料材料學(xué)[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.2000，5：70 [6] 田學(xué)軍.注塑過程分析及工藝參數(shù)設(shè)定[J].機(jī)械工程師.2005，8 [7] 黃銳.塑料成型工藝學(xué)[M].中國輕工業(yè)出版社.2005，1：145 [8] 申開智.塑料成型模具[M].中國輕工業(yè)出版社.2005，7：34 0