鼠标外壳部件注射模具设计及部件加工仿真教学提纲.doc

鼠标外壳部件注射模具设计及部件加工仿真精品文档第一章 绪 论1.1模具的国内外现状及发展趋势美国工业界认为“模具是美国工业的基石”，在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”。又由于塑料具有易加工、价格低廉等诸多优良的性能和特点，近年来随着塑料材料的新发展，注射模具在许多领域得到了越来越广泛的应用，模具的设计与制造也因此得到了空前的发展，我国现拥有模具企业1.8万家，仅浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业久达到几千家，成为国内外知名的“模具之乡”和模具最具发展活力的地区之一。作为塑料必备成型工具的塑料注塑模具，由于它成型效率高，易成型形状复杂的制品，并可实现自动化生产，在我国其发展速度将会越来越快、达到前所未有的程度。未来国内外塑性模具的制造技术和成型技术有如下发展趋势：（1）全面推广应用CAD/CAE/CAM 技术，由于产品更新换代的日趋频繁，产品精度要求越来越高，形状越来越复杂，对模具的要求也越来越高，实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向；（2）不断提高模具标准化程度，为了适应模具生产的需要，缩短模具制造周期，降低制造成本，模具标准化工作十分重要；（3）优质材料及先进表面处理技术的应用，为了提高模具的使用寿命，提高产品的制造质量，优质材料及先进表面处理技术将得到更重视，同时也加快了新材料的研究；（4）模具制造技术的高效、快速、精密化，随着模具制造技术的发展，许多新的加工技术、加工设备不断出现，模具制造手段越来越丰富，越来越先进；（5）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；（6）虚拟技术将得到发展及模具自动加工系统的研制和发展。1.2 鼠标注塑模具的现状鼠标，也有人喜欢称之为滑鼠。鼠标的发明，从某种程度上说也使电脑得到了更好的普及，为广大电脑使用者带来了大大的方便，减少了使用键盘的时间，加大了操作速度，提高了效率，使人类从某种程度上得到解放。自此，鼠标和电脑就结下了不解之缘，特别是操作系统发展到了Windows时代，鼠标成了关键的输入设备。从基本的运行程序、复制文件、删除文件到系统的设置与调试，鼠标均必不可少。鼠标在现代计算机中的作用越来越重要，其主要发展趋势为人性化、多样化、个性化、精密化等。由此对鼠标注塑模具设计和制造也提出了更高的要求。传统的手工设计与制造方式早己满足不了注塑模具设计和制造的需要。因此采用采用CAD/CAM/CAE 技术将可以显著地提高塑料产品和塑料模具设计制造效率，减少了设计者的劳动量，提高设计制造质量，减少试模修模时间，从而缩短了从产品设计、模具设计、模具制造到产品模塑生产的整个周期，增强企业对市场需求的应变能力。1.3 目的及意义毕业设计是工科院校本科生培养计划的最后的最关键最重要的环节，是我们走进社会工作或者更深层的学习本专业知识的一个很好的准备。通过毕业设计，使自己对大学所学的知识有个总体的概括及复习，更主要的使以此来培养学生综合运用所学理论知识的技能、解决与分析实际问题的能力、独立钻研能力等，其主要目的为：（1）总结并巩固在校期间的学习成果，使所学的理论知识更综合、更系统。同时认识到自己的不足，使自己得到改进；（2）通过毕业设计，使自己更清楚的认识到查找资料及网络资源的重要性。（3）对设计中要解决的主要问题，在独立进行分析，研究的基础上，提出自己的见解，并完成所规定的设计任务，经历一次工程师的基本训练；（4）通过毕业设计，培养自己吃苦的精神、一丝不苟的作风及培养良好的科学态度与工作作风；（5）通过毕业设计，对于Solidworks、Caxa、Auto-Cad等软件有了更好的运用和掌握。第二章 塑料制件的设计2.1塑件的测绘与设计塑件的三维框架图如图2.1图2.1制件框架图2.2塑件材料的选择ABS树脂是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，其特性是由三种的配比及每一种组分的化学结构，物理形态的控制，丙烯腈组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的是加工流动性、光泽性。这三种组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。ABS具有刚性好、抗冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电气性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面的光泽好、容易涂色、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工的性能。而制件为硬脆的特性，考虑到ABS综合性能及价格等问题选择ABS为原材料。其主要性能参数如下：密度().1.031.07计算收缩率（）.0.30.8成型时间（s）.50220屈服强度（）.50拉伸强度（）.38断裂伸长率（）.35注射压力（）.4001000硬度( HBS) . 7.12.3制件的结构工艺的审查2.3.1尺寸精度该塑件给出的尺寸均为只有尺寸，且规定未注尺寸公差为三级。2.3.2表面粗糙度塑件制品的表面粗糙度，除了从工艺上尽可能避免冷疤，云纹等疵点外，主要是由模具粗糙度决定，一般模具表面光洁度要比塑件的高一等级。2.3.3制件的壁厚壁厚的大小主要与塑料品种、塑料制品大小及成型工艺条件等因素有关。塑件的壁厚一般在13mm范围内，最常用数值为23mm。若壁厚过小，成型时的流动阻力大；若因塑件结构所造成的壁厚差别过大，不但则浪费原料，增加塑件的成本，而且会增加成型时间和冷却时间，降低生产率，同时成型中各部分所需冷却时间不同，收缩率也不同，容易造成塑件的内应力和翘曲变形，还容易产生气泡，缩孔等缺陷。可将塑件过厚部分挖空使该塑件的壁厚均匀，为2mm。基本满足要求。2.3.4拔模斜度脱模斜度的取向要根据塑件的内外形尺寸而定。塑件内孔以型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出；塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状减小方向标出。当要求开模后塑件留在型腔内，塑件内表面的脱模斜度应大于外表面的脱模斜度。由实用注塑模设计手册表211查得，ABS的脱模斜度：型芯、型腔，本设计取型心为，型腔为。2.3.5圆角为防止塑件在转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学强度，需在塑件的转角处或内部联结处，采用圆角过渡。塑件内外表面转角处采用圆角过渡，可有效减小内应力，当塑件结构不允许有圆角时，圆角半径视具体情况可取0.20.5mm。该塑件在未注尖角处允许R0.5。第三章 注射模具总体设计3.1注射机的选择考虑到制件的尺寸及塑件的成型工艺，初选注射机为SZ125/630，其主要技术参数如表3.1。表3.1 SZ125/630注射机主要参数结构形式卧理论注射容量（）140螺杆（柱塞）直径（mm）40注射压力（）126注射速率（g/s）110塑化能力（g/s）16.8螺杆转速（r/min）14200锁模力（）630拉杆内间距（mm）370320移模行程（mm）270最大模具厚度（mm）300最小模具厚度（mm）150锁模型式双曲肘模具定位孔直径（mm）125喷嘴球半径（mm）SR153.2确定型腔根据经验公式计算型腔个数： （3.1）式中：型腔个数； 公称注射量（g）； 浇注系统的质量（g）； 制件的质量（g）。（1）估算浇注系统的质量模具采用梯形分流道，则：（hx）hL0.5（97）81006400h（）所以：（2）由solidworks软件知制件的质量为16.04g。将所求的数据代入得，考虑到制件的形状及模具制造等问题，采用一模两腔的结构，型腔为平衡式分布。3.3注射机的校核为使注射成型过程顺利的进行，必须对以下工艺参数进行校核：3.3.1最大注射量的校核 （3.2）式中注射某种塑料时的最大注射重量（g）； 以聚苯乙烯为标准的注射机的公称注射量（g）； 所用塑料在常温下的密度； 聚苯乙烯在常温下的密度； 所用塑料的体积压缩比，与塑料的粒度及其规整性有关，由实验测 得； 聚苯乙烯的压缩比，可取为2。而： （3.3）且保证了注射模一次成型的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）应在公称注射量的3575，即此处为49105g的范围，故合格。3.3.2注射压力的校核所选用的注射机的注射压力必须大于成形塑件所需的注射压力。成型所需的注射压力与塑件品种、塑件的形状尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。根据经验，ABSD注射压力为60100MPa，而注射机的注射压力为126MPa，所以合格。3.3.3合模力的校核高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件合流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须小于注射机的额定锁模力。型腔的压力可按下式粗略的计算： （3.4）式中型腔压力（）； 注射压力（）； 压力损耗系数。随塑料品种、浇注系统结构及尺寸、塑件形式、成型工艺条件以及注射机类型不同而不同，通常在0.250.5范围内选取。 型腔平均压力决定后，可以按下式校核注射机的额定锁模力： （3.5）式中注射机额定锁模力（）； 塑件合流道系统在分型面上的总投影面积（），有软件及估算得出； 安全系数，通常取1.11.2。 3.3.4注射机安装尺寸的校核 主要校核项目有：喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具外形尺寸及模具厚度等。 （1）喷嘴尺寸 注射模主流道衬套始端凹坑的球面半径应该大于注射机喷嘴球半径以利于同心和紧密接触，通常取为宜，否则主流道内的凝料无法脱出，所选模具注射机喷嘴球面半径为25，设计取，小端直径应该大于注射机喷嘴孔直径0.51，此处设计取为5。（2）定位圈尺寸注射机固定模板台面中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注射模端面凸台径向尺寸必须与定位孔呈间隙配合，便于模具安装，并使主流道与喷嘴同心。模具端面凸台高度应该小于定位孔深度。（3）模具外形尺寸模具外形尺寸应该小于注射机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸与注射机拉杆内间距相适应。模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆之间的空间装固在注射机的工作台面上。此处设计最大宽度都小于拉杆的间距，因此合格。（4）模具厚度模具厚度（闭合高度）必须满足下式： （3.6）式中注射机允许的最小模具厚度（）；注射机允许的最大模具厚度（）；所设计的模具厚度（）。本设计模具厚度为230，满足要求，故合格。（5）装固尺寸本模具为小型模具与注射机采用压板固定，采用这种固定时，只须在模具动、定模座板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。3.3.5开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的塑料件从模具中取出时所需的开模距离，其必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出，开模距离一般分为如下两种情形：一是当注射机采用液压，机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大冲程决定，并不受模具厚度的影响，即注射机，二是当注射机采用全液压时，最大开模行程等于机床移动模板和固定模板之间的最大开距减去模具厚度，即注射机的最大开模行程与模具厚度有关。此处为第一种情况，并且模具为单分型面，如图3.1，其开模行程按下式校核：图3.1开模行程 （） （3.7）式中S注射机最大开门行程（移动模板台面行程）（）；塑件脱模距离（）；包括流道凝料在内的塑件的高度（）。结合本设计取30, =90,故满足脱模要求，设计合格。第四章 浇注系统设计浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，或在此通道内冷凝的固体塑料。浇注系统分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两大类。普通浇注系统包括流道(由主流道、分流道和冷料井组成)和浇口。4.1浇注系统的设计原则浇注系统设计是注射模具设计的一个重要环节，它对注射成形周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度灯）都有直接影响。设计时须注意如下原则：（1）尽可能采用平衡式布局，以便设置平衡式分流道；（2）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；（3）型腔排列要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸；（4）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应该尽量短，断面尺寸尽可能的大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低；（5）确保均衡进科，即分流道尽可能采用平衡式布置；（6）塑料消耗量少，在满足各个型腔充满的前提下，浇注系统的容积尽量小，以此减少塑件的耗量；（7）排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个角落，使型腔的气体能顺利的排出；（8）防止塑件出现缺陷；（9）生产效率要高；（10）塑料熔体的流动特性及注意塑件的外观质量。考虑到制件的形状及外观的要求，布置形式如图4.1所示。图4.1流道型腔布置4.2流道的设计4.2.1主流道的设计主流道通常位于模具口中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于塑料熔体按序顺利地向前流动。开模时主流道凝料又能顺利地被拔出。其作用为使模具安裝时进入定位孔，方便在注塑机上很好地定位与注塑机喷嘴孔吻合，并能经受塑料的反压力，不致被推出模具，作為浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具内，保证料流有力畅通地到达型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证主流道凝料脱出方便。主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，甚至塑件的内在质量。流道为锥形，半锥角，这里锥度选择为。主流道的最佳长度与其直径有关，尽可能缩短，长度L小于62mm为佳，这里选择50mm。设计注意事项：（1）主流道的端面形状通常为圆形；（2）为便于脱模，主流道一般制作都带有斜度，但如果主流道同时穿过多块板时，一定要注意每一块块子上孔的斜度及孔的大小；（3）主流道大小的设计要根据塑料材料的流动特性来定；（4）主流道多采用圆錐形.制作时要注意：R2=R1+(0.51)mm，D=d（0.51）mm。各符号意义如图4.2所示。图4.2浇口套与喷嘴4.2.2冷料井设计冷料井位于主流道正对面的动模板上，或者处于分流道的末端。其作用使捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件的质量；开幕的时候又能将主流道中的冷料拉出。冷料井直径稍微大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。本设计采用Z字形冷料井。如图4.3。图4.3拉料井4.2.3分流道设计分流道是主流道与浇口之间的通道。多腔模具一定设置分流道。分流道截面形状：（1）一般设计截面为圆形；（2）从加工方便性来看一般设计为U形，V形，梯形，正六边形；（3）分流道的断面形状及尺寸大小，应根据塑件的成型体积，塑件壁厚，塑件形状，所用塑料工艺特性，注射速率，分流道长度等因素来确定。实际使用侧面具有斜长为的梯形流道。若梯形的上底为D，下底为x，高为h，则其最佳比例为h/D0.840.92，x/D0.70.83。本设计为：D=9mm，则h8mm，x7mm，斜度取为。如图4.4。图4.4分流道截面分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，选择平衡式布置，要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度，形状，短面尺寸等都必须对应相等，达到各型腔的热平衡。4.3浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量有很大的影响。浇口的主要作用是：（1）熔体充模后首先在浇口处凝固，当注射机的螺杆退回时，可防止熔体向流道回流；（2）熔体在流经狭窄的浇口时，产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；（3）易于切除浇口凝料，二次加工方便；（4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料，对于多浇口单型腔模具，浇口能用来平衡进料。浇口位置的选择：（1）浇口选择有阻挡物最近的距离；（2）浇口的尺寸及位置选择应避免产正喷射和蠕动；（3）浇口应开设在塑件断面最厚处；（4）浇口位置的选择应使塑料流程最短，料流变向最少；（5）浇口位置选择应有利于型腔内气体的排出；（6）浇口位置的选择应減少或避免塑件的熔接痕增加熔接牢度；（7）浇口位置的选择应防止料流将型腔，型芯，嵌件挤压变形。考虑到鼠标底座要有使用要求及其外观的要求，本设计采用潜伏式浇口，如图4.5所示。图4.5浇口4.4分型面的设计和排气槽的设计4.4.1分型面的设计分型面就是动，定模或瓣合模的接触面，模具分开后由此可取出塑件和浇注系统。分型面的选择原则有：（1） 符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大尺寸的部位。这是一条最根本的原则；（2）分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定分形面应以模具制造及脱模方便为原则；（3）型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构；（4）确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观质量;将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同一侧。以确保塑件的同轴度;要考虑减小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等；（5）有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模后塑件留在动模一侧；（6）考虑侧向轴拔距：一般机械式分型 抽芯机构的侧向轴拔距都较小，因此选择分型面的时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，即将短轴拔距作为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯；（7）锁紧模具的要求：侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小较小的方向作为侧向分型面；（8）有利于排气。当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计在塑料的流动末端，以利于排气；（9）模具零件易于加工。本设计分型面如图4.6所示图4.6分型面4.4.2排气槽的设计从某种意义上说，注射模也是一种置换装置，即塑料熔体进入模腔，同时置换出腔内的气体。实际上模具内的空气并不局限于型腔内，不能忽略存在于流道内的空气。此外，塑料熔体会产生微量分解的气体。这些气体必须排出。不然会有危害：（1）在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接缝，使表面轮廓不清晰，甚至模糊不满的情况；（2）严重时在塑件表面产生焦痕；（3）降低充模速度，影响成型周期；（4）形成断续注射，降低生产效率。对于本次设计，为小型注射模具，可以利用分型面间隙排气，并利用推杆与模板或者型心的配合间隙排气。第五章 成形零件的设计 成形零件系指构成模具型腔的零件。通常有凹模、型心、各种成型杆和成型环。5.1成型零件应具备的功能由于成形零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须具备如下的一些性能：（1）具有足够的强度、刚度，移承受塑料熔体的高压；（2）具有足够的硬度和耐磨性；（3）应选择耐腐蚀的合金钢或者进行镀铬处理；（4）材料的抛光性能好，表面应该光滑美观；（5）切削加工性能好，热处理变形小，可淬火良好；（6）熔焊性好，便于维修；（7）成形部位须有足够的尺寸精度。通常孔类零件精度为H8H10，轴类零件精度为h7h10。5.2成型零件结构设计凹模用以成形塑件的外表面，在多型腔模具中，凹模通常加工成带台阶的，从凹模固定板下部嵌入，用支撑板、螺钉将其固定。本设计采用整体嵌入式凹模。如图5.1所示。固定板或模框垫板图5.1压板式固定型心用来成形塑件的内表面，常将型心与模板做成组合结构形式，本设计采用凸肩与定模座板连接，定模板固定的形式。5.3成形零件工作尺寸计算所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型心的径向尺寸、凹模的深度和型心的高度尺寸，中心距尺寸等。为了使模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，设计时，包容尺寸尽量取下偏差尺寸，尺寸公差取上偏差。具体计算如下：5.3.1凹模的工作尺寸(1)径向尺寸采用平均尺寸法，计算公式： （5.1）式中凹模径向尺寸（）；塑件的平均收缩率（）；塑件径向公称尺寸（）；塑件公差值（）；凹模制造公差（）。由设计尺寸知108，58.5，塑件为三级精度，凹模为八级精度，查公差表可知=0.34,=0.22,0.54,0.46，取塑件的平均收缩率为0.5，代入公式可得：,=。（2）凹模深度尺寸计算：（5.2）式中凹模深度尺寸（）；塑件高度公称尺寸（）；凹模深度制造公差（）；塑件的平均收缩率（）；塑件公差值（）。 5.3.2凸模的工作尺寸 其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使被包容尺寸逐渐减小。因此，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 （1）型心径向尺寸计算 （5.3）式中型心径向尺寸；塑件的平均收缩率（）；型心径向公称尺寸（）；塑件制造公差（）；型心制造公差（）。由所设计的件知：104， =54.5,塑件精度为三级，型心精度为八级，查公差表知：0.34，0.22；0.54,0.46，取塑件的平均收缩率为0.5，代入计算得：，（2）型心高度尺寸计算 （5.4）式中型心深度尺寸（）；型心孔深度尺寸（）；型心高度制造公差（）；塑件的平均收缩率（）；塑件公差值（）。5.4型腔壁厚计算在注射成形过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用，因此模具型腔应该有足够的强度和刚度。强度不够将发生变形，甚至破裂；刚度不足将产生过大的弹性变性，导致型腔向外膨胀，并产生溢料间隙。通常模具设计中，型腔的壁厚及支撑板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定的。如图5.2，查塑料模具技术手册有：图5.2壁厚计算当型腔压力40HRC导柱T8A淬火、回火5055HRC导套T8A淬火、回火5055HRC推杆T10退火55HRC定位销45正火103207HB拉料杆T12淬火、回火55HRC回程杆T10退火55HRC总 结毕业设计是对我大学四年学习成果的总结，是对我将来的学习、工作最为有力的一次锻炼。它促进我将所学的理论知识与实践有机的结合，并且深深的体会到了自己所学专业的精髓。尽管在设计中遇到许多难题与不曾接触过的东西，但在老师的帮助和我的刻苦努力下都一一克服，并学到了平时学不到的实践经验。尽管我所设计的东西可能还有许多欠缺，但是我确实在此次设计中学得了很多东西，它将对我以后的学习与工作产生很大的影响。我这次设计的题目是：鼠标外壳部件注射模具设计及部件加工仿真，在整个设计过程中做了如下工作：（1）查阅有关的文献资料，了解当今国内外模具的发展现状及发展前景；（2）根据鼠标的用途，对其结构设计进行了论证，最终确定了方案；（3）对典型零件进行了详细的设计；（4）对主要系统、零件进行校核；（5）出了装配图及典型零件的设计图纸；（6）Solidworks三维设计及做动画；