鼠标上盖注塑模具设

1 绪论

1.1 我国塑料模具工业的现状

模具工业的发展，己成为制造业中科技含量增长最快的行业之一。根据2007 中国国际模具展情况通报会，近年来我国模具工业以年均20%的速度持续增长，目前已拥有3 万多家模具生产企业，模具生产总量已跃居世界第三，直接带动实现工业产值2.4 万亿元[5]。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。随着塑料的种类不断增多、性能不断改善，塑料制品已在工业、农业、国防、交通运输、通信以及日常生活等方面得到广泛应用。中国塑料工业加工协会会长廖正品在接受消费日报采访时说[3]：“塑料是我国国民经济的支柱产业之一，改革开放20多年来，我国塑料行业发展非常迅速，1999年至2004年均增长率为14%，是同期GDP 增速的1.7倍，预计近十几年增速仍将高于GDP 增长。2004年累计完成工业总产值2936.2亿元，占轻工行业总产值的10.5%，产值总额在轻工19 个主要行业中位居第三；实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。目前，行业深入发展契机已经显现，受到国家有关部门的重视。在2006 年，一向不被人们关注的塑料管材管件也被列入到中国名牌产品评价目录中。”

注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，由于能够一次成型形状复杂、尺寸准确的产品,且适用于高效率、大批量的生产方式，因此有很大的市场需求和良好的发展前景。

我国塑料模具工业经过了半个多世纪的迅速发展，无论是模具的设计水平、加工制造技术还是CAD技术，都已有了相当规模的开发和应用，但与发达国家相比，仍有不小的差距，例如专用塑料模具钢品种少，模具标准化程度不高，独立的模具工厂少，专业与柔性化相结合尚无规划等等。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。

1.2 注塑模具计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造

1.2.1 CAD/CAM/CA对模具设计的作用及意义

目前，塑料产品种类多、更新快、市场竞争加剧，因此要在激烈的竞争中求生存，就必须走高效率、高质量、高精度的道路。因此如何缩短设计周期、提高产品质量、降低生产成本是我国塑料加工企业共同面对的问题。

我国塑料模具目前的设计与分析主要依靠设计人员的经验和工艺人员的技巧，设计合理与否、制品有无缺陷只有通过试模才知道，使得模具的制造周期长、成本高。而注塑模具CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了在传统的注塑

机上的反复试模、修模的束缚。同传统的模具设计相比，CAE技术在提高生产率、保证模具质量及其性能，降低生产成本、减轻劳动强度等方面，起到了不可估量的作用。

对近几年国外文献所公布的有关数据的统计表明，国外采用CAD/CAM/CAE 技术所取得的平均经济效率大致为：设计时间缩短了50%、制造时间缩短了30%、成本下降了10%、塑料原料节省了

7%[4]。注射模CAD/CAM/CAE 技术作为一种划时代的工具和手段，从根本上改变了传统的模具设计与制造方法[2]。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向，将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

1.2.2 Pro/ENGINEER 简介

本课题采用美国PTC 公司所推出的大型三维软件Pro/ENGINEER 进行具体实体零件以及模具的设计。

Pro/ENGINEER 是一套由设计到生产的机械自动化软件，是CAD/CAM 领域最具有代表性的产品。Pro/ENGINEER 系统的具体代表性如下：

第一、参数化建模工程设计人员可以随意勾画草图，通过修改相应的参数轻易改变模型。这一功能特性为工程设计人员提供了设计上的简易和灵活。例如，要画一个长方形，设计人员可以在绘图区画出一个长方形，然后通过修改长和宽的尺寸来精确控制其尺寸。

第二、基于特征建模

Pro/ENGINEER 是采用基于特征的实体模型化系统。特征是Pro/ENGINEER 中构成零件的基本单元，设计人员采用具有智能特性的功能去生成模型，如腔、壳、倒角以及圆角等等，在需要的时候直接修改相应的特征即可。

第三、单一数据库所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。Pro/ ENGINEER 建立在统一的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生变动，可以反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦修改了零件的某个特征，也会反应在装配、工程图等环节，这就给绘图设计带来了极大的便利，减少了很多重复性的工作。

Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer 是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、

倒角（Chamfers、和抽空（Shells、等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任

意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。

1.2.3 EMX 简介

EMX （Expert Moldbase Extension）是PRO/E模具设计系统中的一个外挂软件，其功能强大。具有自动建立各种标准模架及模架所需要的标准件，并可以自动创建保存工程图和BOM不但节约了模具设计的时间，还可以减少许多不必要的错误，有效的提高模具设

计质量与时间，是设计模架不可缺少的好助手。

EMX 的功能特点:

第一、可以快速创建安装模架及配件。对各种元件迅速添加并具备自动安装到相应位置的功能。

第二、具备自动创建工程图并可以自动保存。第三、元件库自带有完整的滑块，斜顶等结构组件。第

四、可以模拟设定注塑件的压力、锁模力等设置。并可以设置模拟开模。第五、修改元件名称以及参

数。发挥最大自由的创建空间。

第六、自带有许多模架生产供应商以及各家生产的模具模架数据，让你在模架设计中更加轻松自如。

第七、打破传统2D设计，让你在3D直观感觉中进行创建。

1.3 课题研究的目的

随着塑料制品应用的日益广泛，对塑料模具设计和制造的要求也越来越高。本课题以鼠标上盖为研究对象，然后借助MoldFlow 软件强大的分析和动态仿真功能，对其浇口位置、冷却系统、填充系统、翘曲变形进行优化分析，从而得到了最佳浇口位置和模具的相关结构。整个设计从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，而且真正实现了CAD/CAM/CAE 一体化，可以有效地提高模具质量、缩短模具开发周期、减小模具生产成本，提高产品的市场竞争力。

2 鼠标上盖结构及成型工艺分析

2.1 塑件结构分析

一款好的鼠标的外形应符合人体工程学原理，令人手感舒适，因此结构设计非常重要。该塑件属于流线型结构，由许多曲面构成，如图2-1、2-2 所示。鼠标上盖最重要的就是外观表面，所以要求其表面光滑美观，成型后无磨损、脱模痕迹、熔接痕、气泡等影响外观的缺陷。其最大轮廓尺寸为

71.6mn X39.5mm< 18.2mm。

图2-1 鼠标上盖外表面图2-2 鼠标上盖表面

2.2 塑件成型工艺分析

2.2.1 塑件的分析

(1)外形尺寸该模具壁厚1.5mm,塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。

(2)精度分析该塑件精度要求不高，采用一般精度MT3。

( 3)脱模斜度ABS 属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-10[2]选择该塑件上型芯和凹模斜度为1°~3°。

2.2.2 ABS 的性能分析

( 1 )使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般的机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。

( 2)成型性能

1) 无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。

2) 吸湿性强。含水量小于0.3%(质量)，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。

3) 流动性中等。溢边料0.04mm 左右。

4) 模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工

时塑件表面呈现白色痕迹

（3）ABS的主要性能指标

其性能指标见下表2-1 o

2.2.3 ABS的注射成型过程及工艺参数

（1）注射成型过程

1）成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。

2）注射过程。塑件在注射机料筒经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为60~70C，处理时间为16~20s。

（2）注塑工艺参数

1）注塑机：柱塞式

2）料筒温度「C）:后段150~170;

中段165~180;

前段180~200。

3）喷嘴温度（C） : 170~180。

4）模具温度（C）: 60~80o

5）注射压力（MPa）: 70~90。

6）成型时间（S） : 14.4 （注射时间取0.7，冷却时间5.7，辅助时间8）。

3模具结构设计

3.1分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑料件和浇注系统凝料的可分离的接触表面，它的选择是塑件能否完好成型的先决条件⑵。

（1）分型面设计的原则

1）符合塑件脱模的基本要求，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。

2）分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。

3）确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面。

4）确保塑件质量。

5）尽量避免形成侧孔、侧凹，力求模具结构简单。

6）满足模具的锁紧要求；分型面是曲面时，应加斜面锁紧。

7）合理安排浇注系统，特别是浇口位置。

8）有利于模具加工。

（2）分型面位置的确定

通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的曲面上，即其最大轮廓处，位置如图3-1红线框所示。

图3-1塑件最大轮廓处

3.2型腔数量的确定

该塑件采用的精度为MT3，且为大批量生产，因此采用一模多腔的结构形式。同时, 考虑到塑件尺寸

和模具结构尺寸的大小关系，又考虑到型腔的平衡布置和浇口开设部位的

对称，所以采用一模两腔布置。

3.3注塑机的选择和校核

331注射量的计算

通过Pro/E分析计算得

注塑体积：V 塑=5.819cm3~ 5.82cm

塑件质量：m塑=5.936g?5.4g,密度取=1.02g/cm3。

3.3.2浇注系统凝料体积的初步估算

浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按塑件体积的

0.2~1倍来估算。由于采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为

V ^=V 塑（1+0.2）>2=13.968cm3~ 13.97cm 式（3.1）

3.3.3选择注塑机

根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V总=13.97cm3,并结合教材公式V公=V总/0.8得V公=17.46cm3。根据以上的计算，初步选定公称注射量为30cm3,注射机型号为XS-Z-30卧式注射机，其主要技术参数见下表3-1。