模具毕业设计鼠标外壳注塑模具虚拟设计

毕业设计(论文)

鼠标外壳注塑模具虚拟设计The plastic injection mould virtual design of

mouse

机械与电子工程系

系别：

XXX

专业（班级）：

XXX

作者（学号）：

XXX

指教师：

鼠标创新结构设计与建模

摘要：本文通过对鼠标发展现状、趋势的调查以及鼠标结构设计要求的分析，针

对用户的需求特点和人体工程学的研究成果，提出相应的鼠标外壳设计方案。然

后运用PRO/E 三维软件来进行鼠标的结构设计，设计中进行了鼠标的外观结构分

析、色彩分析以及充分考虑了人机工程学，应用PRO/E 软件的高级建模技术对鼠

标进行三维建模、虚拟装配。这样在设计阶段就能直观、全面地反映设计意图，

无需制造出昂贵的实物样品，即可分析产品结构、性能，及时发现设计问题，缩

短设计开发周期。应用PRO/E 对电话机进行结构设计既减轻了工作量，又节省了

资金,大大提高了产品的设计开发效率,符合现代技术的发展要求。

关键词：鼠标；Pro/E 软件；三维建模；虚拟装配

完成日期：

2011年5月09日

The mouse innovative structure design and modeling

Abstract: Based on the development status and trend of the mouse investigation and analysis of the structure of the mouse, the design requirements for female users demand characteristic and research achievem ents of human body engineering, and puts forward the corresponding mouse shell design scheme. Then PRO/E 3d software to design the structure design, mouse in a mouse's appearance and structure analysis, colour is fully considers the ergonomics, application of advanced PRO/E software modeling technology of 3d modeling, mouse and virtual assembly. So in the design stage, and fully reflect the visual design intent, without produce expensive real sample, product structure, performance analysis and design proble ms, shorten the time that design development cycle. Application of telephone PRO/E structure design is reduced workload, and save money, and greatly improve the efficiency of design, the product conforms to the requirements of the development of modern technology.

Keywords: mouse, Pro/E software, 3d modeling, The virtual assembly.

摘要

ABSTRACT

第一章概述 (1)

1.1国内外发展趋势 (1)

1.1 1模具工业的概况.............................................. 错误！未定义书签。

1.1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布 (2)

1.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 (5)

1.1.4注塑模具CAD发展概况及趋势 (5)

1.2研究内容 (7)

1.2.1鼠标上盖制品外形设计 (7)

1.2.2最佳成型方法的选择 (7)

1.2.3分析最佳成型工艺 (7)

1.2.4模具设计 (7)

1.3研究目的及意义 (8)

第二章鼠标上盖设计及其成型工艺分析 (8)

2.1产品开发依据用途清单 (8)

2.2制品结构和形状的设计 (9)

2.3．制品材料选择 (9)

2.3.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） (9)

2.3.2聚苯乙烯（PS） (10)

2.3.3双酚A型聚碳酸酯（PC） (10)

2.4注射工艺选择 (12)

2.4.1工艺难点分析 (12)

2.4.2ABS塑料的干燥 (12)

2.4.3注射压力 (13)

2.4.4注射速度 (13)

2.4.5模具温度 (13)

2.4.6料量控制 (13)

第三章模具设计 (14)

3.1概述 (14)

3.2注塑机选型 (14)

3.2.1注射量计算 (14)

3.2.2注射压力校核 (14)

3.2.3锁模力校核 (14)

3.2.4开模行程和模板安装尺寸校核 (15)

3.3模具浇注系统设计 (16)

3.3.1主流道和冷料井 (16)

3.3.2分流道 (16)

3.3.3浇口设计 (17)

3.4注塑模成型零部件结构设计 (18)

3.4.1分型面位置和形状的设计 (18)

3.4.2型腔镶拼组合 (19)

3.4.3排气方式 (19)

3.4.4型腔成型尺寸计算 (20)

3.4.5塑料模具力学设计 (22)

3.5合模导向和定位机构设计 (22)

3.6 脱模机构设计 (23)

3.7 模温调节系统 (23)

3.8 模具材料 (25)

结语 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

第一章绪论

1.1国内外发展状况

。1.1 本课题研究的目的及意义

近年来，我国网络建设创造了举世瞩目的奇迹。国家网络的规模容量、技术层次，服务水平都发生了质的飞跃。一个即将跨入世界先进行列的网络基本框架已经构成。为计算机产品制造产业的发展开拓了巨大的市场随着计算机时代的来临，新颖、时尚且功能超强的计算机产品日见增多，鼠标作为电子计算机的输入设备随着计算机技术的发展也一同发展着，Windows系统的广泛使用更进一步推广了鼠标的应用，使得鼠标逐渐流行起来，并最终成为了电脑的标准配置。然而随着人们消费水平的提高，人们对鼠标的功能、选型提出了更高的要求。人们的消费观念在发展，消费产品的设计水平也随之提高。因此，产品外观设计与功能配置的好坏决定了一个产品的成功与否。往往一款具有漂亮外观的鼠标能够大大提升它的市场竞争力。所以鼠标的外观和功能的设计日趋重要。

1.2 鼠标技术的现状和发展趋势随着我国网络事业的发展，计算机正逐步走进千家万户，而鼠标作为计算机的重要配件之一也具有着巨大的市场。面对市场的巨大挑战，鼠标外观设计就要迎难而上。为了能够更直观、更全面地反映设计意图，可在计算机内部建立相应的三维实体模型。而PRO/ENGINEER是美国参数技术公司研制的CAD/CAM软件就具有这个功能它是一个全方位的3D产品开发的软件，集成了零件设计、产品装配、曲面造型、模具设计、逆向工程以及机构仿真等诸多功能，广泛应用于消费电子产品、家用电器、汽车、航天设备及玩具等各个行业的产品，也是国内中小型企业设计软件中的最佳选择。它主要由工业设计模块、机械设计模块、功能仿真模块、制造模块、数据管理模块、数据交换六大模块构成。PRO/E技术的发展与应用水平己成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，PRO/E 技术己经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用PRO/E技术。我国PRO/E技术的研究和开发工作起步相对较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后PRO/E也有了应用，国家逐步认识到开展PRO/E应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广PRO/E技术，同时展开PRO/E技术的开发和研制工作。随着POR/E技术的不断研究，开发与广泛应用，对POR/E

技术提出越来越高的要求，因此POR/E从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化、和标准化。1.3主要技术指标1、本设计应符合消费电子产品

设计的安全标准及规范，结构设计合理，造型新颖独特，美观大方。2、在设计鼠标曲面时，应要考虑手持的舒适程度，应考虑大部分人的手持方式，设计时应考虑外观和结构空间的问题。在构造曲面时，要随时检查所建曲面的状况，注意检查曲面是否光顺，是否扭曲，曲率变化情况等，以便及时修改。3、设计功能结构时，需要考虑电路部分的位置问题。4、设计过程要预留间隙，以免模具的一些误差导致零件无法装入等现象发生。

1.1.2 我国塑料模具工业和技术现状及地区分布

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产l8英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6. 5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0. 08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0. 02 ~ 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10~30万次，淬火钢模达50 ~100万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。

成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如

上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水

平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的50~80%相比，差距较大。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的

企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG II、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件[1]。

近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II 等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距[3]。技术比较见表1

表1-1:国内外塑料模具技术比较表

项目国内国外

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

非淬火钢模具寿命10-60万次10~30万次

淬火钢模具寿命160~300万次50~100万次

热流道模具使用率80%以上总体不足10%

标准化程度70~80% 小于30%

中型塑料模生产周期一个月左右2~4个月

目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距[2]。

我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。据统计，我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%. 2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%以上。因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快，等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：

1.国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。

2.企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

3.模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

4.开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。

5.模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。

6.与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后[1]。

纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。

早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准，

从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工

业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持[1]。

在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。

1.1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

模具技术的发展趋势主要是：①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD ／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模(RP／RT)技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用[1]。

1.1.4 注塑模具CAD发展概况及趋势

计算机辅助设计((Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。比较有代表性的

软件系统有:

澳大利亚Moldflow PTY公司的Moldflow系统该系统具有很强的注射模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件SHOD，有限元网格生成软件FMESH，流动分析软件FLOW，冷却分析软件COOLING，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可视化显示软件FRES以及翘曲分析模拟软件。

美国CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系统该系统包括三维几何形状描述软件OPTIMOLD III，二维注射流动分析软件SIMUFLOW，三维有限元流动分析软件SLMUFLOW 3D，冷却分析软件SIMUCOOL，标准模架(美国DME标准)选择软件OPTIMOLD等部分。

美国和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT专家系统，该系统包括材料选择TMC-MS、注射工艺条件和模具费用优化TMC-MCO、注射流动分析TMC-FA、型腔尺寸设计TMC-CSE和模具传热分析TMC-MTA等功能模块。

德国IKV研究所的CADMOULD系统，该系统具有注射模流动分析、冷却分析和力学性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系统则采用有限元法进行三维型腔的流动分析。

我国在注射模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。

多年来，我国对注射模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间，这方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注射模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”。这些项目的成果对促进我国注射模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注射模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高[1]。

我国在注射模CAD技术研究与开发方面较具代表性的工作有:

华中理工大学是国内较早自行开发研究注射模CAD/CAE/CAM系统的单位之自80年代中

期开始，就在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟方面进行了较深入的研究与开发工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系统HSC-1。该系统包括塑料制品三维形状输入、流动模拟、冷却分析、型腔强度与刚度校核及模具图设计与绘制等功能，在一些企业单位应用取得较好效果，现已实现商品化。

浙江大学基于工作站的UG II系统开发出精密注射模CAD/CAM系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型，使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的快速生成。

上海交通大学从1983年开始，对注射模CAD进行了多方面的研究。在国内首次将人工智能技术引入注射模CAD系统中，并于1988年开发出集成化注射模智能CAD系统。现在在工作站UG II平台上进一步开发智能CAD/CAE/CAM系统。

北京航空航天大学华正模具研究所开发的注射模CAD/CAE/CAM系统具有塑料产品线框

造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等功能，具有很高的技术水平与实用价值。

合肥工业大学在注射模结构CAD技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后研制出微机注塑模CAD系统PMCAD和微机注塑模CAD三维系统IPMCAD V3.0，取得了较好的成绩。IPMCAD3.0系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以AutoCAD 813.0和MDT作为环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注射模CAD三维参数化系统IPMCAD V4.0，在技术水平、实用性与通用性方面都达到较高水平[4]。

1.2 研究内容

本文将对鼠标上盖成型的几个关键问题:鼠标制品外形的设计与建模、最佳成型方法的选择，分析最佳成型工艺，模具设计并进行理论和试验研究。

1.2.1 鼠标上盖制品外形设计

本课题利用PRO/ENGINEER软件对鼠标上盖进行实体建模，PRO/E的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。生成的模型直观，立体感强，可以在任何角度进行观察。另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量、惯性距、重心等。使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的效率和准确性。

1.2.2 最佳成型方法的选择

比较几种可用于成型鼠标外壳这种薄壁单分型面制品的常用塑料加工方法，根据产品开发依据和使用要求选择合理的成型方法。

1.2.3 分析最佳成型工艺

鼠标上盖为薄壁制件，比表面积大，可能的工艺方案较多，工艺方案的优劣直接影响到产品质量、生产成本以及生产效率。本文在对塑件进行分析的基础上，确定并优化了工艺方案。具体内容如下：

(1)对塑件成型工艺性进行分析，对可能的工艺方案进行比较分析，初步得出可能的工艺方案以及其可行的条件。

(2)根据产品开发依据及成型要求，确定工艺方案。

1.2.4 模具设计

1．模具结构分析和确定

针对鼠标上盖尺寸小，精度高的特点，根据工艺方案和零件的形状特点、精度要求、

生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求，对模具进行分析，确定模具的合理结构。

2．模具主要零部件的结构设计

根据模具结构型式和特点，确定模具工作、导向以及固定等并确定模具主要零件的形式以及尺寸。

本研究的主要目的是通过一个具有代表性模具的分析研究，从而达到掌握具有复杂曲面模具的设计制造以及加工的方法。

1.3 研究目的及意义

电器产品是人们日常生活必不可少的生活用品，人们对电器产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求，从而对电器产品也提出了许多新的要求。对电器产品的这种不断提出的新要求，促使电器产品的外形不断的改进，外形零件的生产技术也不断得到新的发展，使电器产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。目前，电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内外的高度重视，德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们的电器产品外观美观，让人赏心悦目，而且设计高效快捷，产品更新换代加快。如台湾的罗技公司，其鼠标产品外形美观，设计人性化，使用寿命长。

目前，国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于初级阶段，与发达国家的差距很大。由于电器产品美观性的要求，零件外形多为复杂曲面，传统的设计方法在对零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力，产品成形过程数值模拟技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。面对日益激烈的国际竞争，必须紧跟国际先进水平，不断提高电器产品外观零件的质量，降低设计和生产成本，加快生产周期。因而，鼠标上盖成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关电器产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新。

第二章鼠标上盖设计及其成型工艺分析

2.1 产品开发依据用途清单

最大几何尺寸：110×60mm

环境：室内，使用温度范围0℃~40℃

无化学品接触

抗冲击要求：限定量从1.5m高度，0℃下摔下外壳不出现裂缝或者开裂特征，不允许内部件曝露

刚性要求：在2Kg负荷下无变形

电气性能：电绝缘性好

外观要求：部件美观，外部光洁性好

使用寿命：5年

根据上述使用要求可归纳产品设计要求为制品材料需要具有一定的抗冲击性并且由于是电子产品的外壳要有良好的电绝缘性，随着数码产品的大量普及价格也不断下跌要求生产自动化程度高，成型周期短

生产自动化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有较好电绝缘性。

2.2 制品结构和形状的设计

用Pro/E软件进行鼠标上盖的三维建模，三维实体模型更加直观的表现了产品造型,可以从各个角度对模型进行观察，软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用Pro/E的CAE分析模块--塑性顾问进行熔体的充模仿真，可以验证模具结构的正确性，制品如图2.2

图2.1:鼠标上盖外形（用Pro/E设计完成的制品图）

2.3．制品材料选择

通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好，价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用，以下拿三种常用典型材料比较选取。

2.3.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）

ABS外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的综合物理力学性能，耐热，耐腐，耐油，耐磨、尺寸稳定，加工性能优良，它具有三种单体所赋予的优点。其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。改变三组分的比例，可以调节材料性能。

ABS为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同，在160~190℃范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于285℃时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体

粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降。ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在0.2%~0.45%之间，但由于熔体粘度不太高，故对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在80~90℃下干燥2~3h,可以满足各种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%~0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更长采用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型[5]。

2.3.2聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体，制品掷地时有金属般响鸣。聚苯乙烯透光率不低于80%，雾度约为3%，折射率较大，在 1.59~1.60之间，具有特殊光亮性，但储存时易泛黄。泛黄原因之一是单体纯度不够，特别是在含有微量元素时；二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄。聚苯乙烯较轻，密度在1.04~1.065之间。

1.力学性能聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆塑料，拉伸、弯曲等常规力学性能皆高于聚烯烃，拉伸时无屈服现象。

2.热学性能聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定形结构，超过玻璃化温度即开始软化，软化点仅95℃左右，许多力学性能都受到温度升高的明显影响。最高连续使用温度仅60~80℃。120℃开始成为熔体，180℃后开始具有流动性，其热稳定性较好，超过300℃才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。

3.电性能: 聚苯乙烯是非极性聚合物，具有颇为优异的介电、电绝缘性能，由于吸湿性很小，电性能也不受环境湿度改变的影响。

加工工艺性

吸湿性很小，加工前一般不需要专门的干燥工序

成型温度范围较宽

收缩率及其变化范围都很小，一般在0.2%~0.8%有利于成型出尺寸精度较高

和尺寸较稳定的制品[5]

聚苯乙烯制品容易产生内应力，并且在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用

2.3.3双酚A型聚碳酸酯（PC）

双酚A型聚碳酸酯是无色或者微黄色透明的刚硬、坚韧固体。

1.力学性能

双酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韧聚合物，具有良好的综合力学性能。拉伸、压缩、弯曲强度均相当于聚酰胺6、聚酰胺66，冲击强度高于所有脂肪族聚酰胺和大多数工程塑料，抗蠕变性也明显优于聚酰胺、聚甲醛。力学性能方面缺点是耐疲劳性较差，缺口敏感性较明显

2.热性能

有良好的耐热性，玻璃化温度较高，高于所有的脂肪族聚酰胺，熔融温度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66，热变形温度和最高连续使用温度均高于绝大多数脂肪族聚酰胺，也高于几乎所有的热塑性通用塑料。在工程塑料中，他的耐热性优于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和PBT,与PET相当，但逊于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐热性，脆化温度为-100℃

3.电性能

双酚A型聚碳酸酯是弱极性聚合物，极性的存在对电性能有一定不利影响，在标准条件下电性能虽不如聚烯烃、聚苯乙烯等，但也不失为是电性能较优的绝缘材料，特别是因其耐热性优于聚烯烃，可在较宽温度范围保持良好的电性能。由于吸湿性较小，环境温度对电性能无明显影响。

4.其他性能

在干燥的气候条件下物理力学性能基本不变，但在潮湿环境及强烈日照条件下，会产生表面裂纹并发暗，在火焰中可缓慢燃烧，离火源后可自熄[5]。

PC剪切黏度高，充模阻力大，并且由于其在力学性能方面的缺点也不选用。

表2.1: 三种材料性能参数表

ABS PS PC

密度 1.05 1.04~1.06 1.18~1.20

收缩率0.3~0.8 0.2~0.8 0.5~0.7

熔点130~160131~165 220~240

65~98 65~90 132~138 热变形温度

（45N/cm²）

模具温度60~80 40~60 85~120

喷嘴温度180~190 160~170 250~300

中段温度180~230 170~190 270~320

后段温度150~170 140~160 250~270

注射压力60~100 60~100 50~110

塑化形式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式

拉伸强度33~49 35~63 60~66 拉伸弹性模量 1.8 2.8~3.5 2.3

弯曲强度80 61~98 105~113 弯曲弹性模量 1.4 - 1.54

压缩强度18~39 80~112 85

缺口冲击强度11~20 0.25~0.40 不断

硬度R62~86洛氏M65~80 11.7HB

体积电阻率10161017~10191015

介电常数60Hz2.4~5.0 106 Hz≥2.7 60Hz3.0 击穿电压- 19~27 20~30

外观浅象牙色或白色

不透明无色透明、摔打

音清脆

透明微黄

特点耐热、表面硬度

高、，尺寸稳定、

耐化学及电性能

好，易成型加工，

可镀铬

耐水、耐化学品、

绝缘性好、不耐

冲击不耐温

透明度高、硬而韧、高抗

冲、尺寸稳定性优电绝缘

性和耐热性好、耐开裂耐

药品性差

材料最终选定为ABS,其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成型收缩率小，理论计算收缩率为0．5％；溢料值为0．04 mm；比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。制件尺寸稳定，表面光亮。

2.4 注射工艺选择

2.4.1工艺难点分析

鼠标上盖为外观件，要求零件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，周口部高度差不可过大，以保证与下盖的严密配合。零件的曲面较为复杂，尺寸精度很高，由于零件为薄壁制件，外形很不规则，这些就造成了成形时容易受到各种因素影响引起制品翘曲变形的问题。同时零件在整个表面有几处孔形分布，这些孔形有较高的尺寸和位置精度，并关系到上下盖的配合问题，保证零件表面孔形的成形要求也是需要重点考虑的问题。

流程图：

混料—干燥—螺杆塑化—充模—保压—冷却—制品后处理

2.4.2 ABS塑料的干燥

ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥和预热，不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS原料需要控制水分在0.3%以下[5]。

注塑前的干燥条件是：干冬季节在75～80℃以下，干燥2～3h，夏季雨水天在80～90℃下，干燥4～8h，干燥达8～16h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑。在此，由于鼠标外壳属批量件要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[20]。

1.注射温度：

表2.4: ABS工艺参数表

工艺参数通用型ABS

料桶后部温度180~200

料桶中部温度210~230

料桶前部温度200~210

喷嘴温度/℃180~190

模具温度/℃50~70

ABS塑料非牛顿性较强，在熔化过程温度升高时，其熔融降低很小，但一旦达到塑化温度(适宜加工的温度范围，如220～250℃)，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融粘度增大，注塑更困难，制件的机械性能也下降[21]。

2.4.3 注射压力

ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射时要采用较高的注射压力.但并非所有ABS制件都要施用高压，考虑到本制件小型、构造不算非常复杂、厚度中等可以用较低的注射压力。注制过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，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较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。并且鼠标壳为薄壁制件，要保证有足够高的注射速度，否则难以充满。

2.4.5模具温度

ABS的成型温度相对较高，模具温度也相对较高。一般调节模温为75～85％，当生产具有较大投影面积制件时，定模温度要求70～80℃，动模温度要求50～60℃。鼠标属中小型制件，形状也不算复杂不用考虑专门对模具加热。

2.4.6 料量控制

注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75％。为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50％[6]。

通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围，使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内，并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程，这种生产条件范围愈大，生产过程愈稳定，使注塑产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降

低[6]。

第三章模具设计

3.1概述

在对鼠标上盖进行零件工艺性分析的基础上，通过经验设计与数值模拟相结合的方法，最终确定了零件成形的最佳工艺方案。再根据该工艺方案，确定成形最终零件形状，因此，成形模具的设计是本课题的一个比较关键的问题

3.2注塑机选型

3.2.1注射量计算

根据生产经验，注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75％。为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，选定注射量为标定注射量的50％[7] V=n×Vz+Vj

0.5Vg≥n×Vz+Vj

V—一个成型周期内所需要注射的塑料容积cm3

n—型腔数

Vz—单个塑件容量cm3

Vj—浇注系统.凝料和飞边所需的塑料的容积cm3

Vg—注射机的额定注射量

预计单个塑件体积Vz=3cm3，预计浇注系统和飞边体积为2cm3

V=2×3+2=6.9 cm3

0.5Vg≤n×Vz+Vj

Vg≥16 cm3

3.2.2 注射压力校核

ABS塑料推荐注射压力为70~90MPa，考虑到本制件壁厚较小，充模阻力较大取注射压力为80 MPa[8]

3.2.3 锁模力校核

注射成型时的塑料会产生模板间的涨模力，此涨模力等于塑件和浇注系统在分形面上的投影面积与型腔压力之积[22]。为防止模具分型面被涨模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处会产生溢料现象，因此模具设计时应使注射机的额定锁模力大于涨模力。

P=PB×KC×KS