游戏机手柄方向按钮注射模毕业设计

深圳大学

毕业设计（机械类）题目: 游戏机手柄方向按钮注射模设计

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2013年5月23日

前言

随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。

注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。

传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。

摘要：首先对产品进行市场调查及工艺分析，定出可行的方案，然后详细介绍注塑模设计的人工及CAD流程，阐述了在Pro/Engineer环境下注塑模设计

的一般流程，对塑件进行CAE分析后，进入模具的结构设计及有关参数计

算，接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计，最后把关键零部件的

二维图和立体图，还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。

关键词：按钮、塑料、注塑模、Pro/Engineer

In jection Plastic Mold Design

Abstract：First，investigated and analyzed the technology of the product, decided the available program. And then introduced the manual

and CAD process of the injection plastic mold design. Expound

the process of the injection plastic mold design under the

environment of Pro/Engineer. Analyzed the CAE of the product.

Then designed the structure of the mold and computed the related

parameters. Finally design the related part of the mold and

show all of the engineer pictures and three-dimensional

drawing.

Keyboards: button、plastic、 mold、Pro/Engineer

目录

一、概述

（一）产品调研报告 (1)

1、我国模具技术的现状 (1)

2、注塑成型工艺介绍·············································

3、塑件的选择····················································（二）产品的工艺分析报告·············································

1、材料的确定····················································

2、塑件制件设计的工艺分析········································（三）模具设计流程（手工与CAD方法）···································

1、注射模人工设计流程分析········································

2、塑模CAD流程···················································（四）模具设计环境与工具·············································

1、PRO/E环境介绍·················································

2、PRO/E 外挂工具及其功能········································

二、CAE：有限元与MOLDFLOW分析·········································

1、有限元分析·····················································

2、塑件的MOLDFLOW分析·········································

三、模具设计··························································（一）模具结构设计与参数计算·········································

1、塑件制品分析··················································

2、注塑机的确定··················································

3、模具结构设计··················································

4、注塑机参数校核················································（二）浇注系统设计、关键零部件设计····································

1、浇注系统的设计················································

2、分型面的选择··················································.

3、排气系统的设计················································.

4、成型零件的设计················································.

5、型腔的侧壁和底板厚度计算······································

6、导向机构设计··················································

7、脱模机构设计··················································.

8、加热和冷却装置设计············································.

四、附图：····························································

1、零部件3D图及工程图···········································

2、模具3D装配与爆炸图············································

五、模具设计的创新与特色总结·········································

六、论文存在问题与解决设想···········································

七、参考文献·························································

八、致谢·····························································

摘要：首先对产品进行市场调查及工艺分析，定出可行的方案，然后详细介绍注塑模设计的人工及CAD流程，阐述了在Pro/Engineer环境下注塑模设计

的一般流程，对塑件进行CAE分析后，进入模具的结构设计及有关参数计

算，接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计，最后把关键零部件的

二维图和立体图，还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。

关键词：按钮、塑料、注塑模、Pro/Engineer

In jection Plastic Mold Design

Abstract：First，investigated and analyzed the technology of the product, decided the available program. And then introduced the manual

and CAD process of the injection plastic mold design. Expound

the process of the injection plastic mold design under the

environment of Pro/Engineer. Analyzed the CAE of the product.

Then designed the structure of the mold and computed the related

parameters. Finally design the related part of the mold and

show all of the engineer pictures and three-dimensional

drawing.

Keyboards: button、plastic、 mold、Pro/Engineer

（一）、产品调研：

1、注塑成型工艺介绍：

一、概述

注塑成型工艺是成型塑料制品的一种重要方法。其基本路线是塑料原料经注射机熔融塑化并注入模具，在模具中固化后脱模成为制品。通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融，这一过程又称塑化。然后再借助于柱塞或螺杆的向熔化好的聚合物熔体施加压力，则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇注道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经冷却定型就可开启模具，顶出制品，得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。

注塑成型几乎适用于所有的热塑性塑料。注塑成型的成型周期短(几秒到几

分钟)，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、

带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。注射成型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成。

2、塑件的选择：

选择的塑件为游戏机手制左侧的“上下左右”按钮，下面是现有市场上的多种游戏机手制按钮，种类繁多，根据需要，最终定出一种比较实用且流行的按钮。

按钮构型方案选择：

初设计三种后备按钮，作出比较后选出最佳的一种。下面是所设计按钮的立体图及二维图。

方案一：

立体图：平面图：

方案二：

立体图：平面图：

方案三：

装配图：爆炸图：

经过对所有类型的游戏机按钮进行调查，游戏机按钮的外型应具有曲线美感，而其曲面造型应使得使用起来时手感好。现在的市场趋势是游戏玩家偏好较好手感和高质量的游戏手制，从各种类型按钮的外型结构、模具制造的难易程度和市场趋势比较，最终选出方案三的按钮作为塑件。

（二）、产品的工艺分析：

1、材料的确定：

现有的塑料品种繁多，故要求我们根据塑料的性能和功能来合理选择材料，从所设计的塑件品来分析，确定适合按钮的最佳材料为聚苯乙烯。

查有关资料书可以得知所选的聚苯乙烯的工艺性能如下：

注塑工艺及模具条件：干燥处理；除非贮存不当，通常不需要干燥处理。如果需要干燥，建议干燥条件为80°C，2－3h；

密度：1.04－1.09克/立方米；

熔化温度：180—280°C，对于阻燃性材料其上限为250°C；

模具温度：40—50°C；

注射压力：20—60Mpa；

注射速度：建议使用快速的注射速度。

流道和浇口：可以采用所有常规类型的浇口；

收缩率：0.4％～0.7％；

化学和物理性能：大多数商用的PS都是透明的，非结晶材料。PS具有非常

好的集合稳定性，热稳定性，光学透过特性，电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抵抗水，稀释的无机酸，但能够被强氧化物如浓硫酸所腐蚀。并且会在一些有机溶剂中发生溶胀变形。

2、塑件制件设计的工艺分析：

（1）尺寸和精度

尺寸：这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料容体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。此外，塑件尺寸还受现有的成型设备规格，参数等的影响。

从本人所设计的塑件按钮总体尺寸分析得知，塑件的尺寸较为合理，不会太大，这样就可以避免塑料容体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型。其尺寸见工程附图一和附图

尺寸精度：塑料制件尺寸公差：塑件图上无公差要求的默认为8级精度，本人所选塑件材料为聚苯乙烯，故定塑件的等级为：5级精度。

（2）形状：

塑件的几何形状除应满足使用要求外，还应尽可能使其所对应的模具结构简单，便于加工。而本塑件的形状具备了以上的优点，故为模具设计带来了方便。（3）壁厚：

塑件的壁厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定，塑件壁厚一般在1－4mm范围内。调节产品壁厚将决定材料的

流动性能和制件模量。

最小壁厚应满足：具有足够的强度和刚度；脱模时能经受脱模机构的冲击

和振动；装配时能承受紧固力。壁厚过大：浪费材料，增加了压塑时间或冷却

时间；也影响产品质量。同一个塑料零件的壁厚应尽可能一致。否则因冷却速

度或固化速度不一致产生附加内应力。

综合考虑以上各种因素，及联系本人设计的塑件的性能和功能要求，初步确定塑件的壁厚为：1～1.5mm。

（4）脱模斜度：

在塑件的内外表面，沿脱模方向应设计足够的脱模斜度。根据已选定的材料聚苯乙烯，查有关资料书可以得知其脱模斜度范围：50′～2°，结合分析本塑

件形状，定其脱模斜度为50′。

（5）加强筋等防止变形的结构设计：

加强筋：为提高塑件的强度和刚度，不能仅仅采用增大壁厚的方法，而常采用改变塑件的结构，增设加强的方法来满足其强度，刚度的要求。采用增设加强筋的方法，有时还能降低物料的充模阻力。加强筋的作用：增加制品强度；确定本塑件肋尺寸的一般标准：制件壁厚：ｈ=1～1.5mm，每边的斜角（θ）：0.5°～1.5，肋高（L）：<=5h，（典型地2.5-3.5h），取L=4.0mm；肋间距（中心部位）：>=0.25～0.40h，取5.0mm；肋的厚度（t）：0.4-0.8h ,t=0.8。

其它加强结构：

除采用加强筋外，为避免制品变形翘曲，薄壳状的制件可做成球面或拱曲面。而本人所设计的塑件正是采用了此加强结构。

（6）圆角：

塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5～1mm，在不影响塑件使用的前提下应

尽量取大些，综合考虑以上的的各种因素后，定本人所设计的塑件的圆角半径为0.5mm或1mm。

（7）孔的设计：

本人所设计的塑件共有两个孔，其中一个用于孔轴的装配，起固定连接作用，孔径为6mm，孔边距取：2～3mm，孔深应<2.5d，即应该小于2.5*6＝15mm，从塑