268 鼠標(biāo)蓋設(shè)計,鼠標(biāo),設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目 鼠標(biāo)上蓋注射模具設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 所在學(xué)院 專業(yè)班級 0 指導(dǎo)教師 日 期 2006 年 6 月 12 日 優(yōu)秀學(xué)位論文作者聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全了解有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。同意省級優(yōu)秀學(xué)位論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文通過影印、縮印、掃描等方式進(jìn)行保存、摘編或匯編；同意本論文被編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和查閱。本學(xué)位論文內(nèi)容不涉及國家機(jī)密。I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IIAbstractThe 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 Pro/E software. An optimized design was made by numerical simulation techniques of Pro/E 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 錄中文 摘要 ........................................................................................................................I英文摘要 .......................................................................................................................II1．緒 論 ..................................................................................................................11.1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .................................................................................................................11.1 1 模具工業(yè)的概況 .....................................................................................................11.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布 ......................................................31.1.3 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 ..............................................61.1.4 注塑模具 CAD 發(fā)展概況及趨勢 ..........................................................................71.2 研究內(nèi)容 ..........................................................................................................................91.2.1 鼠標(biāo)上蓋制品外形設(shè)計 ....................................................................................101.2.2 最佳成型方法的選擇 ........................................................................................101.2.3 分析最佳成型工藝 ............................................................................................101.2.4.1 模具結(jié)構(gòu)分析和確定 ..................................................................................101.2.4.2 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................................................................111.3 研究目的及意義 ............................................................................................................112．鼠標(biāo)上蓋設(shè)計及其成型工藝分析 ........................................................................122.1 產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)用途清單 ................................................................................................122.2 制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計 ................................................................................................122.3 制品材料選擇 ................................................................................................................132.3.1 丙烯腈—丁二烯— 苯乙烯三元共聚物（ABS） .................................................132.3.2 聚苯乙烯（PS） ...................................................................................................142.3.3 雙酚 A 型聚碳酸酯（PC） ...................................................................................152.4 注射工藝選擇 ..................................................................................................................172.4.1 工藝難點(diǎn)分析 .......................................................................................................172.4.2 ABS 塑料的干燥 ...................................................................................................172.4.3 注射壓力 ..............................................................................................................182.4.4 注射速度 ..............................................................................................................182.4.5 模具溫度 ...............................................................................................................192.4.6 料量控制 ..............................................................................................................193.模具設(shè)計 ..................................................................................................................203.1 概述 ....................................................................................................................................203.2 注塑機(jī)選型 .......................................................................................................................203.2.1 注射量計算 ...........................................................................................................203.2.2 注射壓力校核 ......................................................................................................213.2.3 鎖模力校核 ..........................................................................................................213.2.4 開模行程和模板安裝尺寸校核 ...........................................................................213.3 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計 ...........................................................................................................233.3.1．主流道和冷料井 ................................................................................................233.3.2 分流道 ................................................................................................................233.3.3 澆口設(shè)計 ............................................................................................................243.4 注塑模成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...........................................................................................263.4.1 分型面位置和形狀的設(shè)計 ..................................................................................263.4.2 型腔鑲拼組合 ......................................................................................................273.4.3 排氣方式 ..............................................................................................................283.4.4 型腔成型尺寸計算 ..............................................................................................283.4.4.1 型腔徑向尺寸計算 .......................................................................................293.4.4.2 型芯外徑尺寸 ...............................................................................................293.4.4.3 型腔深度尺寸 ...............................................................................................303.4.4.4 型芯高度尺寸 ...............................................................................................303.4.4.5 兩成型桿的中心距 .......................................................................................303.4.5 塑料模具力學(xué)設(shè)計 ...............................................................................................303.4.5.1 型腔側(cè)壁厚計算 ...........................................................................................313.4.5.2 型腔底板厚計算 ...........................................................................................313.5 合模導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)設(shè)計 ...............................................................................................313.6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 ...................................................................................................................323.7 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) ...................................................................................................................333.8 模具材料 ........................................................................................................................35結(jié) 語 ......................................................................................................................36致 謝 ....................................................................................................................37參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................3811．緒 論1.1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.1 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。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家被稱為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會也認(rèn)為 “模具是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密” ，是“進(jìn)入富裕社會的原動力” 。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)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)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 [2]。目前在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別2是在辦公設(shè)備、照相機(jī)、汽車、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，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來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)計今后隨著微型電子計算機(jī)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(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)用將覆蓋國民經(jīng)濟(jì)所有部門，尤其在國防和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(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，特別是對大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(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，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，模具工業(yè)的發(fā)展也十分迅速。1999年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具需求的增長將遠(yuǎn)超過每年10%的增幅。汽車、摩托車行業(yè)的模具需求將占國內(nèi)模具市場的一半左右。1999年，國內(nèi)汽車年產(chǎn)量為183萬輛，保有量為1500萬輛，預(yù)計到2005年汽車年產(chǎn)量將達(dá)600萬輛。僅汽車行業(yè)就將需要各種塑料件36萬噸，而目前的生產(chǎn)能力僅為20多萬噸，因此發(fā)展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等，在國內(nèi)的市場很大。目前，我國的彩電的年產(chǎn)量己超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了100萬臺。家用電器行業(yè)的飛速發(fā)展使之對模具的需求量極大。到2010年，在建筑與建材行業(yè)方面，塑料門窗的普及率為30% ，塑料管的普及率將達(dá)到50%，這些都會大大增加對模具的需求量。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)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用 [1]。31.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布在中國，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(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保險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)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)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)10~30萬次，淬火鋼模達(dá)50 ~100 萬次，交貨期較以前縮短，但和國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。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，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%,與國外的50~80%相比，差距較大。 4在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，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EDS的UG II、美國 Parametric Technology公司的Pro/Engineer 、美國CV公司的CADS5、英國 Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國 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，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(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發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及 CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價格較低等特點(diǎn)為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件 [1]。近年來，國內(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)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距 [3]。技術(shù)比較見表1表1: 國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表項目 國內(nèi) 國外注塑模型腔精度 0. 005~0. 01mm 0.02~0.05mm型腔表面粗糙度 Ra0.01~0. 05 um Ra0.20 um非淬火鋼模具壽命 10-60萬次 10~30萬次淬火鋼模具壽命 160~300萬次 50~100萬次熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10%5標(biāo)準(zhǔn)化程度 70~80% 小于30%中型塑料模生產(chǎn)周期 一個月左右 2~4個月目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(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)的國家相比仍有較大的差距 [2]。我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近 2 萬家，從業(yè)人員約 50 萬人，“九五”期間的年增長率為 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，國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，特別是精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具，仍主要依賴進(jìn)口。目前，就整個模具市場來看，進(jìn)口模具約占市場總量的 20%左右，其中，中高檔模具進(jìn)口比例達(dá) 40%以上。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點(diǎn)放在精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進(jìn)口逐漸下降，模具技術(shù)和水平也有長足的進(jìn)步。近年來，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；專業(yè)模具廠數(shù)量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業(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)分布來說，以珠江三角洲和長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 個省的模具產(chǎn)值已占全國總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢也很好。我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設(shè)計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達(dá)國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面：6(1)國內(nèi)自配率不足80％，中低檔模具供過于求，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際先進(jìn)水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進(jìn)水平長許多。(4)開發(fā)能力弱，經(jīng)濟(jì)效益欠佳。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。(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]?？v觀發(fā)達(dá)國家對模具工業(yè)的認(rèn)識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(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)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。因此，模具是國家重點(diǎn)鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。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)計制造周期，同時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年，在國務(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，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入《當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》 。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70% 的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(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知識的更新與學(xué)習(xí)，實現(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)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個7完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。1.1.3 我國塑料模具工業(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、無圖化、精細(xì)化、自動化方面發(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)營國際化方向發(fā)展。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：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)、CAPP(計算機(jī)輔助工藝設(shè)計管理)、KBE(基于知識工程)、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)展概況及趨勢計算機(jī)輔助設(shè)計((Computer Aided Design, CAD)是當(dāng)代計算機(jī)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著計算機(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)用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機(jī)輔助設(shè)計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點(diǎn)。8三十多年來，國外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代己開始應(yīng)用計算機(jī)對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進(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)塑料熔體的流動過程，使設(shè)計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設(shè)計方案進(jìn)行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和實驗研究的同時，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框造型軟件SHOD，有限元網(wǎng)格生成軟件FMESH，流動分析軟件FLOW，冷卻分析軟件COOLING，流動、冷卻分析結(jié)果和模架應(yīng)力場分布的可視化顯示軟件FRES以及翹曲分析模擬軟件?！っ绹鳦RATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系統(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件OPTIMOLD III，二維注射流動分析軟件SIMUFLOW，三維有限元流動分析軟件SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件SIMUCOOL，標(biāo)準(zhǔn)模架(美國DME標(biāo)準(zhǔn))選擇軟件OPTIMOLD等部分。·美國和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT專家系統(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、注射流動分析TMC-FA、型腔尺寸設(shè)計TMC-CSE和模具傳熱分析TMC-MTA等功能模塊?！さ聡鳬KV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動分析、冷卻分析和力學(xué)性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進(jìn)行三維型腔的流動分析。我國在注射模CAD技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學(xué)校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注射模設(shè)計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八9五”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“實用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國家重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進(jìn)我國注射模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高 [1]。我國在注射模CAD技術(shù)研究與開發(fā)方面較具代表性的工作有:·華中理工大學(xué)是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自80年代中期開始，就在注塑模流動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、流動模擬、冷卻分析、型腔強(qiáng)度與剛度校核及模具圖設(shè)計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化?！ふ憬髮W(xué)基于工作站的UG II系統(tǒng)開發(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)映射實現(xiàn)了型腔模型的快速生成?！ど虾＝煌ù髮W(xué)從1983年開始，對注射模CAD進(jìn)行了多方面的研究。在國內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模CAD系統(tǒng)中，并于1988年開發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)。現(xiàn)在在工作站UG II平臺上進(jìn)一步開發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)?！け本┖娇蘸教齑髮W(xué)華正模具研究所開發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線框造型、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)水平與實用價值?！ず戏使I(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。IPMCAD3.0系統(tǒng)在微機(jī)上采用三維實體模型、實體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧?，F(xiàn)在以AutoCAD 813.0和10MDT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、實用性與通用性方面都達(dá)到較高水平 [4]。1.2 研究內(nèi)容本文將對鼠標(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)行理論和試驗研究。1.2.1 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。另外系統(tǒng)還能計算出實體的表面積、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。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)品開發(fā)依據(jù)和使用要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11能的工藝方案以及其可行的條件。(2)根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。1.2.4 模具設(shè)計1.2.4.1 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)。1.2.4.2 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。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钣闷罚藗儗﹄娖鳟a(chǎn)品的要求從實用性、可靠性己經(jīng)提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，從而對電器產(chǎn)品也提出了許多新的要求。對電器產(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)在成形領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，電器產(chǎn)品的外形設(shè)計及加工技術(shù)日益受到了國內(nèi)外的高度重視，德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國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)計高效快捷，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。如臺灣的12羅技公司，其鼠標(biāo)產(chǎn)品外形美觀，設(shè)計人性化，使用壽命長。目前，國內(nèi)在電器產(chǎn)品外觀零件設(shè)計制造方面的研究還處于初級階段，與發(fā)達(dá)國家的差距很大。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)計方法在對零件成形過程分析以及對產(chǎn)品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產(chǎn)品成形過程數(shù)值模擬技術(shù)跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的一個瓶頸。面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進(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)的研究與開發(fā)具有相當(dāng)重要的理論意義和實用價值。以此作為一個突破口，帶動和促進(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。2．鼠標(biāo)上蓋設(shè)計及其成型工藝分析2.1 產(chǎn)品開發(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13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。2.2 制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計用 Pro/E 軟件進(jìn)行鼠標(biāo)上蓋的三維建模，三維實體模型更加直觀的表現(xiàn)了產(chǎn)品造型,可以從各個角度對模型進(jìn)行觀察，軟件可以測量并且可以根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)使用 Pro/E 的 CAE 分析模塊-- 塑性顧問進(jìn)行熔體的充模仿真，可以驗證模具結(jié)構(gòu)的正確性，制品如圖 2.2圖 2.2:鼠標(biāo)上蓋外形（用 Pro/E 設(shè)計完成的制品圖）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。142.3.1 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 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 [5]。2.3.2 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。15①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 [5]聚苯乙烯制品容易產(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2.3.3 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16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 180~190 160~170 250~300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 60~6617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~