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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 鼠標(biāo)上蓋模具設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師　 xxx 系　　部 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)　 模具設(shè)計(jì)與制造 姓 名 xxxxxx 學(xué)　　號(hào) xxxxxxxxxxxx 2012 年 5 月　8　日 鼠 標(biāo) 上 蓋 模 具 設(shè) 計(jì) 摘要：鼠標(biāo)上蓋是流線(xiàn)形結(jié)構(gòu),使用二維繪圖難以描述，本課題采用Pro/E軟件對(duì)

2、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(jì)計(jì)算相結(jié)合的方法優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)仿真了塑料熔體在型腔內(nèi)的充模流動(dòng)以及冷卻分析過(guò)程，預(yù)測(cè)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 目錄

3、 第一章 緒論 1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.1 1模具工業(yè)的概況 在討論注塑模設(shè)計(jì)之前，先要對(duì)國(guó)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(gè)較清晰的了解，這也就使我們對(duì)本課題的意義有所了解。首先要對(duì)模具有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。模具是機(jī)械、汽車(chē)、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

4、命對(duì)其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國(guó)際上被稱(chēng)為“工業(yè)之母”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱(chēng)為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”;德國(guó)則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會(huì)也認(rèn)為“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力” ，同時(shí)也是“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力” 。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到13000億日元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)日本機(jī)床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過(guò)了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)

5、的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類(lèi)模具約占11%[1]。 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(mén)新興工業(yè)。自塑料問(wèn)世后的幾十年以來(lái)，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(gè)工業(yè)部門(mén)不可缺少的材料[2]。 目前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設(shè)備、照相機(jī)、汽車(chē)、儀器儀表、機(jī)械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機(jī)、收錄機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱和手表的殼體等零件，

6、都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來(lái)由于工程塑料制件的強(qiáng)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(kuò)大，預(yù)計(jì)今后隨著微型電子計(jì)算機(jī)的普及和汽車(chē)的微型化，塑料制件的使用范圍將會(huì)越來(lái)越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長(zhǎng)，塑料的應(yīng)用將覆蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)所有部門(mén)，尤其在國(guó)防和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過(guò)有色金屬產(chǎn)量的總和[3]。 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(chǔ)裝備。用塑料模具生產(chǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對(duì)大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價(jià)廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。塑料模具的現(xiàn)代設(shè)

7、計(jì)與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關(guān)系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。 在我國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，模具工業(yè)的發(fā)展也十分迅速。1999年中國(guó)大陸制造工業(yè)對(duì)模具的總市場(chǎng)需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長(zhǎng)。對(duì)于大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具需求的增長(zhǎng)將遠(yuǎn)超過(guò)每年10%的增幅。汽車(chē)、摩托車(chē)行業(yè)的模具需求將占國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)的一半左右。1999年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)年產(chǎn)量為183萬(wàn)輛，保有量為1500萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)到2005年汽車(chē)年產(chǎn)量將達(dá)600萬(wàn)輛。僅汽車(chē)行業(yè)就將需要各種塑料件36萬(wàn)噸，而目前的生產(chǎn)能力僅為20多萬(wàn)噸，因此發(fā)展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱

8、、洗衣機(jī)、空調(diào)等，在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)很大。目前，我國(guó)的彩電的年產(chǎn)量己超過(guò)3200萬(wàn)臺(tái)，電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過(guò)了100萬(wàn)臺(tái)。家用電器行業(yè)的飛速發(fā)展使之對(duì)模具的需求量極大。到2010年，在建筑與建材行業(yè)方面，塑料門(mén)窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達(dá)到50%，這些都會(huì)大大增加對(duì)模具的需求量。其它發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對(duì)模具的需求，都將對(duì)中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用[1]。 1.1.2 我國(guó)塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布 在中國(guó)，人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并

9、在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)l8英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6. 5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車(chē)保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺(tái)北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類(lèi)齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動(dòng)等要求都達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計(jì)軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)齒形要求。還能生產(chǎn)

10、厚度僅為0. 08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門(mén)窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá)0. 02 ~ 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá)10~30萬(wàn)次，淬火鋼模達(dá)50 ~100萬(wàn)次，交貨期較以前縮短，但和國(guó)外相比仍有較大差距。 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)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)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，

11、取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶(hù)提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開(kāi)始推廣，有的廠采用率達(dá)20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率不到10%,與國(guó)外的50~80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國(guó)EDS的UG II、美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國(guó)CV公司的CADS5、英國(guó)Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公

12、司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國(guó)AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國(guó)模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對(duì)成型過(guò)程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開(kāi)發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格較低等特點(diǎn)為進(jìn)一步普及

13、模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件[1]。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距[3]。技術(shù)比較見(jiàn)表1 表1-1: 國(guó)內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表 項(xiàng)目 國(guó)內(nèi) 國(guó)外 注塑模型腔精度 0. 005~0. 01mm 0.02~0.05mm 型腔表

14、面粗糙度 Ra0.01~0. 05 um Ra0.20 um 非淬火鋼模具壽命 10-60萬(wàn)次 10~30萬(wàn)次 淬火鋼模具壽命 160~300萬(wàn)次 50~100萬(wàn)次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標(biāo)準(zhǔn)化程度 70~80% 小于30% 中型塑料模生產(chǎn)周期 一個(gè)月左右 2~4個(gè)月 目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國(guó)模具工業(yè)的產(chǎn)值在國(guó)際上排名位居第三位，僅次于日本和美國(guó)。雖然近幾年來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平己取得了很大的進(jìn)步，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比仍有較大的差距[2]。 我國(guó)模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相

15、比有很大的差距，但在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近2萬(wàn)家，從業(yè)人員約50萬(wàn)人，“九五”期間的年增長(zhǎng)率為13%. 2000年總產(chǎn)值為270億元，占世界總量的5%。但從總體上看，自產(chǎn)自用占主導(dǎo)地位，商品化模具僅為1/3左右，國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，特別是精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具，仍主要依賴(lài)進(jìn)口。目前，就整個(gè)模具市場(chǎng)來(lái)看，進(jìn)口模具約占市場(chǎng)總量的20%左右，其中，中高檔模具進(jìn)口比例達(dá)40%以上。因此，近年來(lái)我國(guó)模具發(fā)展的重點(diǎn)放在精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具上，并取得了可喜的成績(jī)，模具進(jìn)口逐漸下降，模具技術(shù)和水平也有長(zhǎng)足的

16、進(jìn)步。近年來(lái)，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命等中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專(zhuān)業(yè)模具廠數(shù)量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速，尤其是“三資”企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區(qū)分布來(lái)說(shuō)，以珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，這2個(gè)省的模具產(chǎn)值已占全國(guó)總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢(shì)也很好。我國(guó)模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設(shè)計(jì)制造水平在總體上要比工業(yè)

17、發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面： 1.國(guó)內(nèi)自配率不足80％，中低檔模具供過(guò)于求，中高檔模具自配率不足60％。 2.企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。 3.模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國(guó)際先進(jìn)水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國(guó)際先進(jìn)水平長(zhǎng)許多。 4.開(kāi)發(fā)能力弱，經(jīng)濟(jì)效益欠佳。我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在市場(chǎng)中常處于被動(dòng)地位。 5.模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低。 6.與國(guó)際先進(jìn)水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后[1]。 縱觀發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)模具工業(yè)的認(rèn)識(shí)與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國(guó)

18、模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力，它已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。因此，模具是國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識(shí)集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動(dòng)相對(duì)密集。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，同時(shí)也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。 早在1989

19、年，在國(guó)務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，模具被列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來(lái)，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年開(kāi)始對(duì)部分模具企業(yè)實(shí)行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國(guó)家對(duì)模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對(duì)其發(fā)展提供有力支持[1]。 在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重對(duì)知識(shí)的更新與學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計(jì)制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動(dòng)

20、態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國(guó)模具工業(yè)一個(gè)完全信息化的、充滿(mǎn)著朝氣和希望而又實(shí)實(shí)在在的新時(shí)代即將到來(lái)。 1.1.3 我國(guó)塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 在信息社會(huì)和經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展的進(jìn)程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無(wú)圖化、精細(xì)化、自動(dòng)化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營(yíng)國(guó)際化方向發(fā)展。 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是：①CAD、CAM、CAE的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進(jìn)和CAD／CAM／CAE技術(shù)的進(jìn)一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、

21、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)管理)、KBE(基于知識(shí)工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及Internet平臺(tái)等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用；③高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；④超精加工、復(fù)合加工、先進(jìn)表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑥熱流道技術(shù)、精密測(cè)量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應(yīng)用；⑦ 模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的發(fā)展及進(jìn)一步推廣應(yīng)用；⑧優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用；⑨模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制與應(yīng)用；⑩虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應(yīng)用[1]。 1.1.4 注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢(shì) 計(jì)算機(jī)

22、輔助設(shè)計(jì)((Computer Aided Design, CAD)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD技術(shù)及其應(yīng)用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為CAD技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)十分重要的方面，塑料模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。 三十多年來(lái)，國(guó)外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代己開(kāi)始應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)熔融塑料在圓盤(pán)形、管形和長(zhǎng)方形型腔內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)行分析。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔內(nèi)塑料熔體的流動(dòng)過(guò)程，使設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對(duì)設(shè)計(jì)

23、方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十年來(lái)，注射模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實(shí)際使用中不斷改進(jìn)、提高和完善。比較有代表性的軟件系統(tǒng)有: 澳大利亞Moldflow PTY公司的Moldflow系統(tǒng)該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的注射模分析模擬功能，包括繪制型腔圖形的線(xiàn)框造型軟件SHOD，有限元網(wǎng)格生成軟件FMESH，流動(dòng)分析軟件FLOW，冷卻分析軟件COOLING，流動(dòng)、冷卻分析結(jié)果和模架應(yīng)力場(chǎng)分布的可視化顯示軟件FRES以及翹曲分析模擬軟件。 美國(guó)CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE

24、系統(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件OPTIMOLD III，二維注射流動(dòng)分析軟件SIMUFLOW，三維有限元流動(dòng)分析軟件SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件SIMUCOOL，標(biāo)準(zhǔn)模架(美國(guó)DME標(biāo)準(zhǔn))選擇軟件OPTIMOLD等部分。 美國(guó)和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括材料選擇TMC-MS、注射工藝條件和模具費(fèi)用優(yōu)化TMC-MCO、注射流動(dòng)分析TMC-FA、型腔尺寸設(shè)計(jì)TMC-CSE和模具傳熱分析TMC-MTA等功能模塊。 德國(guó)IKV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動(dòng)分析、冷卻分析和力學(xué)性能校核等功能，CAD-

25、MOULD-MEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進(jìn)行三維型腔的流動(dòng)分析。 我國(guó)在注射模CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國(guó)外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時(shí)，某些高等學(xué)校和科研院所也開(kāi)始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開(kāi)發(fā)工作。 多年來(lái)，我國(guó)對(duì)注射模設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其CAD的開(kāi)發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實(shí)用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國(guó)家重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，還安排了國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“塑料注射模CAD/CAM

26、/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項(xiàng)目的成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)注射模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國(guó)注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高[1]。 我國(guó)在注射模CAD技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)方面較具代表性的工作有: 華中理工大學(xué)是國(guó)內(nèi)較早自行開(kāi)發(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自80年代中期開(kāi)始，就在注塑模流動(dòng)分析模擬和冷卻分析模擬方面進(jìn)行了較深入的研究與開(kāi)發(fā)工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC-1。該系統(tǒng)包括塑料制品三維形狀輸入、流動(dòng)模擬、冷卻分析、型腔強(qiáng)度與剛度校核及模具圖設(shè)計(jì)與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)商品化。 浙江

27、大學(xué)基于工作站的UG II系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用特征造型技術(shù)構(gòu)造產(chǎn)品模型，使形狀特征表達(dá)與工藝信息描述統(tǒng)一，并利用特征反轉(zhuǎn)映射實(shí)現(xiàn)了型腔模型的快速生成。 上海交通大學(xué)從1983年開(kāi)始，對(duì)注射模CAD進(jìn)行了多方面的研究。在國(guó)內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模CAD系統(tǒng)中，并于1988年開(kāi)發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)?，F(xiàn)在在工作站UG II平臺(tái)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。 北京航空航天大學(xué)華正模具研究所開(kāi)發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線(xiàn)框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術(shù)水平與實(shí)

28、用價(jià)值。 合肥工業(yè)大學(xué)在注射模結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)方面進(jìn)行了多年的研究與開(kāi)發(fā)工作，先后研制出微機(jī)注塑模CAD系統(tǒng)PMCAD和微機(jī)注塑模CAD三維系統(tǒng)IPMCAD V3.0，取得了較好的成績(jī)。IPMCAD3.0系統(tǒng)在微機(jī)上采用三維實(shí)體模型、實(shí)體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)計(jì)效率和通用性?xún)煞矫娑嫉玫捷^好的兼顧?，F(xiàn)在以AutoCAD 813.0和MDT作為環(huán)境，進(jìn)一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模CAD三維參數(shù)化系統(tǒng)IPMCAD V4.0，在技術(shù)水平、實(shí)用性與通用性方面都達(dá)到較高水平[4]。 1.2 研究?jī)?nèi)容 本文將對(duì)鼠標(biāo)上蓋成型的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:鼠標(biāo)制品外

29、形的設(shè)計(jì)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(jì)并進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究。 1.2.1 鼠標(biāo)上蓋制品外形設(shè)計(jì) 本課題利用PRO/ENGINEER軟件對(duì)鼠標(biāo)上蓋進(jìn)行實(shí)體建模，PRO/E的圖形設(shè)計(jì)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。另外系統(tǒng)還能計(jì)算出實(shí)體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等。使設(shè)計(jì)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。 1.2.2 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(kāi)發(fā)依據(jù)和使用要

30、求選擇合理的成型方法。 1.2.3 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(duì)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(duì)塑件成型工藝性進(jìn)行分析，對(duì)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可行的條件。 (2)根據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 1.2.4 模具設(shè)計(jì) 1．模具結(jié)構(gòu)分析和確定 針對(duì)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(duì)模具進(jìn)行分析，確定模

31、具的合理結(jié)構(gòu)。 2．模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(guò)一個(gè)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(jì)制造以及加工的方法。 1.3 研究目的及意義 電器產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚纳钣闷?，人們?duì)電器產(chǎn)品的要求從實(shí)用性、可靠性己經(jīng)提高到對(duì)舒適性、美觀性、安全性、實(shí)用經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，從而對(duì)電器產(chǎn)品也提出了許多新的要求。對(duì)電器產(chǎn)品的這種不斷提出的新要求，促使電器產(chǎn)品的外形不斷的改進(jìn)，外形零件的生產(chǎn)技術(shù)也不斷得到新的發(fā)展，使電器產(chǎn)品外殼零件成形技術(shù)

32、在成形領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位。目前，電器產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)及加工技術(shù)日益受到了國(guó)內(nèi)外的高度重視，德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的研究已經(jīng)取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。他們的電器產(chǎn)品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設(shè)計(jì)高效快捷，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。如臺(tái)灣的羅技公司，其鼠標(biāo)產(chǎn)品外形美觀，設(shè)計(jì)人性化，使用壽命長(zhǎng)。 目前，國(guó)內(nèi)在電器產(chǎn)品外觀零件設(shè)計(jì)制造方面的研究還處于初級(jí)階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距很大。由于電器產(chǎn)品美觀性的要求，零件外形多為復(fù)雜曲面，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在對(duì)零件成形過(guò)程分析以及對(duì)產(chǎn)品存在缺陷的處理方面顯得無(wú)能為力，產(chǎn)品成形過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。面對(duì)日益激

33、烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，必須緊跟國(guó)際先進(jìn)水平，不斷提高電器產(chǎn)品外觀零件的質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本，加快生產(chǎn)周期。因而，鼠標(biāo)上蓋成形技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)具有相當(dāng)重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。以此作為一個(gè)突破口，帶動(dòng)和促進(jìn)相關(guān)電器產(chǎn)品外觀零件注塑成形技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。 第二章 鼠標(biāo)上蓋設(shè)計(jì)及其成型工藝分析 2.1 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)依據(jù)用途清單 最大幾何尺寸：110×60mm 環(huán)境：室內(nèi)，使用溫度范圍0℃~40℃ 無(wú)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(kāi)裂特征，不允許內(nèi)部件曝露 剛性要求：在2Kg負(fù)荷下無(wú)變形 電氣性能：電絕緣性好 外觀要求：部件美觀，外部光潔

34、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(jì)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(jià)格也不斷下跌要求生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，成型周期短 生產(chǎn)自動(dòng)化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有較好電絕緣性。 2.2 制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計(jì) 用Pro/E軟件進(jìn)行鼠標(biāo)上蓋的三維建模，三維實(shí)體模型更加直觀的表現(xiàn)了產(chǎn)品造型,可以從各個(gè)角度對(duì)模型進(jìn)行觀察，軟件可以測(cè)量并且可以根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)使用 Pro/E的CAE分析模塊--塑性顧問(wèn)進(jìn)行熔體的充模仿真，可以驗(yàn)證模具結(jié)構(gòu)的正確性，制品如圖2.2 圖2.1:鼠標(biāo)上蓋外形（用Pro/

35、E設(shè)計(jì)完成的制品圖） 2.3．制品材料選擇 通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有應(yīng)用范圍廣、加工性能良好，價(jià)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。 2.3.1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(shù)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

36、度、光澤性和良好的加工流動(dòng)性。改變?nèi)M分的比例，可以調(diào)節(jié)材料性能。 ABS為無(wú)定形聚合物，無(wú)明顯熔點(diǎn)，熔融流動(dòng)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(dòng)性，且熱穩(wěn)定性較好，在約高于285℃時(shí)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(huì)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(duì)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(mǎn)足各種成型要求。ABS具有較小的成型

37、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(zhǎng)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[5]。 2.3.2聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是無(wú)色無(wú)臭的透明剛硬固體，制品擲地時(shí)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(chǔ)存時(shí)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(shí)；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

38、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(shí)無(wú)屈服現(xiàn)象。 2.熱學(xué)性能 聚苯乙烯分子鏈雖是剛性鏈，但由于是無(wú)定形結(jié)構(gòu)，超過(guò)玻璃化溫度即開(kāi)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(kāi)始成為熔體，180℃后開(kāi)始具有流動(dòng)性，其熱穩(wěn)定性較好，超過(guò)300℃才開(kāi)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(zhuān)門(mén)的干燥工序 成型溫度范圍較寬 收縮率及其

39、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[5] 聚苯乙烯制品容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并且在空氣中會(huì)緩慢老化引起發(fā)黃很顯然不適合選用 2.3.3雙酚A型聚碳酸酯（PC） 雙酚A型聚碳酸酯是無(wú)色或者微黃色透明的剛硬、堅(jiān)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

40、，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用塑料。在工程塑料中，他的耐熱性?xún)?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(duì)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?xún)?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(duì)電性能無(wú)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

41、潮濕環(huán)境及強(qiáng)烈日照條件下，會(huì)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，并且由于其在力學(xué)性能方面的缺點(diǎn)也不選用。 表2.1: 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

42、 160~170 250~300 中段溫度 180~230 170~190 270~320 后段溫度 150~170 140~160 250~270 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

43、斷 硬 度 R62~86 洛氏M65~80 11.7HB 體積電阻率 1016 1017~1019 1015 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(wú)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?xún)?yōu)電絕緣性和耐熱性好、耐開(kāi)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

44、力學(xué)性能，流動(dòng)性好，易于成型；成型收縮率小，理論計(jì)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，模塑周期短。制件尺寸穩(wěn)定，表面光亮。 2.4 注射工藝選擇 2.4.1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(wú)翹曲、皺折、裂紋等缺陷，周口部高度差不可過(guò)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(shí)容易受到各種因素影響引起制品翹曲變形的問(wèn)題。同時(shí)零件在整個(gè)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(wèn)題，保證零件表面孔形的成形要求也是需要重點(diǎn)考慮

45、的問(wèn)題。 流程圖： 混料—干燥—螺桿塑化—充模—保壓—冷卻—制品后處理 2.4.2 ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸濕性和對(duì)水分的敏感性較大，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[5]。 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(dòng)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

46、度吸潮[20]。 1.注射溫度： 表2.4: 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 210~230 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(guò)程溫度升高時(shí)，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[21]。 2.4.3 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(shí)要采用較高的

47、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(guò)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)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過(guò)小，塑料收縮大，與型腔表面脫離接觸的機(jī)會(huì)大，制件表面容易霧化。壓力過(guò)大，塑料與型腔表面摩擦作用強(qiáng)烈，容易造成粘模[6]。 2.4.4 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(guò)快時(shí)，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(mǎn)。 2.4.5模具溫度 ABS的成型溫度相對(duì)較高，模

48、具溫度也相對(duì)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(shí)，定模溫度要求70～80℃，動(dòng)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(zhuān)門(mén)對(duì)模具加熱。 2.4.6 料量控制 注塑機(jī)注塑ABS塑料時(shí)，其每次注射量?jī)H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％[6]。 通常要確保注塑機(jī)生產(chǎn)條件及參數(shù)有一個(gè)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(guò)程時(shí)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(guò)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[

49、6]。 第三章 模具設(shè)計(jì) 3.1概述 在對(duì)鼠標(biāo)上蓋進(jìn)行零件工藝性分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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，因此，成形模具的設(shè)計(jì)是本課題的一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題 3.2注塑機(jī)選型 3.2.1注射量計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，注塑機(jī)注塑ABS塑料時(shí)，其每次注射量?jī)H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(gè)成型周期內(nèi)所需要注射的塑

50、料容積cm3 n—型腔數(shù) Vz—單個(gè)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(jì)單個(gè)塑件體積Vz=3cm3，預(yù)計(jì)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 3.2.2 注射壓力校核 ABS塑料推薦注射壓力為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[8] 3.2.3 鎖模力校核 注射成型時(shí)的塑料會(huì)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(kāi)，必須

51、對(duì)模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處會(huì)產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，因此模具設(shè)計(jì)時(shí)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[7] KS-----塑件復(fù)雜系數(shù)，取1.3 PB與進(jìn)澆口流程長(zhǎng)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故L/H=174故選PB=32MPa P=32×1.15×1.3=48MPa 3.2.4開(kāi)模行程和模板安裝尺寸校核 模具開(kāi)模取出制品所需的開(kāi)模距離必須小于注射機(jī)的開(kāi)模行程。注射機(jī)最大的開(kāi)模行程的大小直接影響模具所形成的塑件高度，太小時(shí)塑件無(wú)法從

52、動(dòng)定模之間取出。 S max ≥S= HM+H1+H2+（5~10） S max--注射機(jī)的最大開(kāi)模行程（mm） S------模具所需開(kāi)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CJ90M5變量泵注塑機(jī) 鎖模力900KN，開(kāi)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(mǎn)足計(jì)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

53、開(kāi)式的，兩個(gè)模腳分別固定在注塑機(jī)動(dòng)模板上，選擇分開(kāi)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,可以安裝在注塑機(jī)的模板上，如圖3.2 圖3.2 : 所選注塑機(jī)模板及噴嘴參數(shù) 3.3模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1．主流道和冷料井 主流道頂部設(shè)計(jì)成半球形凸坑，以便與噴嘴銜接，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(wú)法一次脫出[8]，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(jì)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(jì)獨(dú)立的定位環(huán)用來(lái)安裝

54、模具時(shí)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(duì)面設(shè)冷料井，對(duì)于臥式注塑機(jī)冷料井設(shè)在與主流道末端相對(duì)的動(dòng)模上，在脫模時(shí)制件的活動(dòng)方向不受限制所以采用底部帶Z型頭拉料桿的冷料井。 3.3.2．分流道 模具采用一模兩腔對(duì)稱(chēng)布置，型腔數(shù)過(guò)多影響制品精度，而型腔數(shù)過(guò)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(mǎn)兩型腔，分流道在模具上采用對(duì)稱(chēng)等距離分布，在注射時(shí)采用對(duì)稱(chēng)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(guò)大影響鎖模。分流道長(zhǎng)度也盡

55、可能短小，便于注射成型過(guò)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3.3 圖3.3: 型腔分布圖 分流道截面形狀和尺寸也對(duì)塑料熔體的流動(dòng)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(dòng)阻力最小，但該種流道須開(kāi)設(shè)在兩半模上，既加工費(fèi)力又不易對(duì)準(zhǔn)，如果加工誤差較大沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)比表面積反而會(huì)有相當(dāng)大的增加，本設(shè)計(jì)選用斷面形狀為梯形的流道，此種流道只需要開(kāi)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(dòng)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(dòng)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

56、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(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。 3.3.3 澆口設(shè)計(jì) ABS在熔融時(shí)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(dòng)阻力，促使流動(dòng)速率升高，但熔體通過(guò)扁平式澆口時(shí)比小澆口剪切速率低，導(dǎo)致熔體表觀粘度升高，從而使流動(dòng)速率降低，因此不能通過(guò)增大澆口尺寸來(lái)提高非牛頓熔體流動(dòng)速率。另外，注塑機(jī)注射時(shí)有一定的注射速率，澆口尺寸過(guò)大，澆口前后方的壓力降△P減小，會(huì)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(duì)過(guò)長(zhǎng)不利于熔體充滿(mǎn)整個(gè)型

57、腔，對(duì)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(dòng)速率。因此采用小澆口不但會(huì)大大提高熔體通過(guò)澆口時(shí)的剪切速率，而且產(chǎn)生的摩擦熱也會(huì)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(jiǎn)單，而且去除澆口的后加工操作也非常簡(jiǎn)單，提高了工作效率，也便于模具的機(jī)械加工，易保證澆口加工精度，試模時(shí)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(wèn))建立仿真分析，分析結(jié)果如圖3.3 a 充模時(shí)間場(chǎng)變化

58、 b 充模壓力降變化 圖3-4: 數(shù)值模擬結(jié)果 圖3.3為CAE軟件模擬充模流動(dòng)狀況，a圖中從紅色區(qū)域向藍(lán)色區(qū)域的過(guò)渡表明了充模時(shí)的流動(dòng)過(guò)程深紅色區(qū)域是最先被充填，藍(lán)色區(qū)域最后被充滿(mǎn)，b圖為充模過(guò)程中的熔體壓力損失的變化情況，藍(lán)色區(qū)域?yàn)槿垠w壓力損失最小部分，熔體從噴嘴進(jìn)入型腔初期熔體壓力損失較小，當(dāng)熔體到達(dá)型腔末端時(shí)壓力損失達(dá)最大以紅色表示，中間的顏色過(guò)渡顯示了熔體壓力損失的變化情況，從分析結(jié)果看，澆口選在該位置熔體充模良好，不會(huì)發(fā)生充填不滿(mǎn)的情況。 澆口尺寸計(jì)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1.1

59、5, δ為制品厚2mm 澆口寬度ω=k.A?/30=4mm 中型制件澆口長(zhǎng)度取1 3.4注塑模成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱(chēng)為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓料流的沖刷，脫模時(shí)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，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(jì)成型零件時(shí)，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)

60、構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對(duì)關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核[9]。 3.4.1 分型面位置和形狀的設(shè)計(jì) 該制品無(wú)需側(cè)抽芯，且為簡(jiǎn)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(guò)程較為簡(jiǎn)單易于操作。 圖3-5: 分型面位置 如圖3.4，分型面位置選擇首先要保證制品能順利從型腔中脫出，根據(jù)這個(gè)原則，分型面應(yīng)選在塑料制品最大的輪廓線(xiàn)上，而且此平面與開(kāi)模方向垂直。此制件按此原則有1、2、3三個(gè)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(huì)留有一圈飛邊，即使這些飛邊脫模后

61、立即割除，但仍會(huì)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(jì)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(duì)模具型芯有一定的包緊力，開(kāi)模時(shí)有利于制件保留在動(dòng)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(kāi)，有利于降低模具型腔和型芯的加工難度，可以將動(dòng)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(shí)是塑料熔體最后到達(dá)的位置有利于利用分型面排氣。 3.4.2 型腔鑲拼組合 制件上有兩個(gè)用于配合的小

62、孔，雖然深度不大，但由于開(kāi)設(shè)在曲面上采用整體式型腔會(huì)造成加工上的困難，故采用成型桿成型，與凹模過(guò)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。 3.4.3 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(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)排氣槽[11]。 3.4.4 型腔成型尺寸計(jì)算 常用型腔成型尺寸的計(jì)算方法主要有兩種：平均收縮率法和公差帶法，兩種計(jì)算方法的區(qū)別在于平均收縮率法計(jì)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(shí)，這種誤差有可能會(huì)顯著增加，這時(shí)一些模具

63、設(shè)計(jì)單位就采用公差帶法來(lái)進(jìn)行尺寸計(jì)算，平均收縮率法計(jì)算簡(jiǎn)單無(wú)需驗(yàn)算而公差帶法計(jì)算復(fù)雜需要經(jīng)過(guò)多次初算驗(yàn)算，且考慮因素較多[9]。考慮到鼠標(biāo)模具較簡(jiǎn)單制造成本低，設(shè)計(jì)時(shí)間短故按平均收縮率法計(jì)算成型尺寸比較簡(jiǎn)單易行[11]。 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---------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

64、，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(cè)得ABS塑料收縮率波動(dòng)為0.3~0.8%[11]。 1.型腔徑向尺寸計(jì)算 以最大徑向尺寸計(jì)算，測(cè)量得Ls為102.25 mm,塑件精度選為MT2對(duì)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(lèi)受模具活動(dòng)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）×0.4

65、2]=102.500+042 2．型芯外徑尺寸 以型芯最大徑向尺寸計(jì)算，測(cè)量得Ls為102.25 mm,塑件精度選為MT2對(duì)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(lèi)受模具活動(dòng)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]=101.12-0.420 3．型腔深度尺寸 由PRO/E測(cè)量得型腔深度為23.78mm，以IT9精度等級(jí)制造型腔查手冊(cè)，按B類(lèi)不受模具活動(dòng)部分影響的尺寸公差值查表得△=0.32mm，δC =0.1mm Lm=[25.8

66、+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(cè)量得塑件高度尺寸為21.78mm，以IT9精度等級(jí)制造查手冊(cè)得，按A類(lèi)不受模具活動(dòng)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] 0-0.067=21.967 0-0.067mm 5．兩成型桿的中心距 PRO/E測(cè)量得為塑件兩孔鄰近邊距離Cs=23mm, 以IT9精度等級(jí)制造查手冊(cè)，按B類(lèi)受模具活動(dòng)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 3.4.5塑料模具力學(xué)設(shè)計(jì) 型腔近似橢圓形，按組合式圓形型腔計(jì)算公式計(jì)算[11] 1.型腔側(cè)壁厚計(jì)算 剛度計(jì)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, 計(jì)算