鼠标上盖模具设计说明书.docx
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鼠标上盖模具设计说明书
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229826208
前言
毕业设计是在修完所有课程之后，我们走向社会之前的一次综合性设计。
在此次设计中，主要用到所学的注射模设计，以及机械设计等方面的知识。
着重说明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。
其中模具结构的设计既是重点又是难点，主要包括成型位置的及分型面的选择，模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择，模具工作零件的结构设计，侧面分型及抽芯机构的设计，推出机构的设计，拉料杆的形式选择，排气方式设计等。
通过本次毕业设计，使我更加了解模具设计的含义，以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我们以后从事模具职业打下了良好的基础。
本次毕业设计也得到了广大老师和同学的帮助，在此一一表示感谢！
由于实践经验的缺乏，且水平有限，时间仓促。
设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学批评指正。
在编写说明书过程中，我参考了《塑料模成型工艺与模具设计》、《实用注塑模设计手册》和《模具制造工艺》等有关教材。
引用了有关手册的公式及图表。
但由于本人水平的有限，本说明书存在一些缺点和错误，希望老师多加指正，以达到本次设计的目的。
摘要
鼠标上盖是流线形结构,使用二维绘图难以描述，本课题采用UG软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，采用UG的数值模拟技术和经验设计计算相结合的方法优化设计,同时仿真了塑料熔体在型腔内的充模流动以及冷却分析过程，预测了缺陷产生的临界条件，优化了工艺方案及工艺参数，降低了缺陷出现的可能性。
利用参数化实体造型的方法，为更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。
生成的模型数据可以直接导入数控机床进行三维加工。
关键词:
；注塑模具；鼠标上盖
。
Abstract
Thetopcoverofmouseisstreamline.Soitisdifficulttodescribebytwo-dimensionaldrawing.Theproductandmoldofthetopcoverofmousewere3DdesignedbyＵＧsoftware.AnoptimizeddesignwasmadebynumericalsimulationtechniquesofUGandexperience.Theplasticmeltflowandcoolingprocessweresimulatedforforecastingcriticalconditionsoferrors.Technicalparametersandprocesseshavebeenoptimized.Thepossibilityoferrorswasreduced.Solidparametersareusedwhichprovideapracticalapproachformorerapidandefficientforms.Themodeldatacanbeuseddirectlyfornumericallycontrolledmachinetoolswith3Dprocessing.
KeyWords:
Injectionmold；Thetopcoverofmouse
第1章零件的工艺分析
1.1材料的选择
本产品为鼠标的外壳上盖，首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度，和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。
能满足以上性能的塑料材料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑，ABS更适合些。
ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。
因此，在选用材料时，考虑采用ABS，并且作为鼠标的一个外壳上盖ABS能满足它的使用性能合成型特性。
（如图1.1）
图1.1
料件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm3，ABS（抗冲）收缩率为0.3～0.8，ABS（耐热）收缩率为0.3～0.8。
ABS具有及好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速降解。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面受冰酸醋、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是赖热性不高，连续工作温度为70°C左右，热变形温度约为93°C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
1.1.1主要用途
ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳等。
汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可以用来制作纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。
1.1.2成型特点
ABS在升温是粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60～80°C。
1.1.3ABS注射参数
注射类型：
螺杆式
螺杆转速：
30～60r/min
喷嘴类型：
形式 直通式；温度 180～190°C
料筒温度：
前段 200～210°C；中段 210～230°C；后段 180～200°C
模具温度：
50～70°C
注射压力：
70～90MPa
保压力 ：
50～70MPa
注射时间：
3～5S
保压时间：
15～30S
冷却时间：
15～30S
成型时间：
40～70S
1.2产品工艺性与结构分析
1.21尺寸的精度
影响尺寸精度的因素很多。
首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后时效变化和模具结构形状等。
因塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。
塑件公差数值根据SJ1372-78塑料制件公差数值标准确定。
精度等级选用根据SJ1372-78选择，本零件配合要求不高，精度等级选择一般精度，为４级精度，无公差值者，按８级精度取值，如表１所示。
表１ 塑件尺寸公差（㎜）
基本尺寸
精度等级
基本尺寸
精度等级
４
８
４
８
～３
0.12
0.48
>65~80
0.38
1.6
>3~6
0.14
0.56
>80~100
0.44
1.8
>6~10
0.16
0.61
>100~120
0.50
2.0
>10~14
0.18
0.72
>120~140
0.56
2.2
>14~18
0.20
0.80
>140~160
0.62
2.4
>18~24
0.22
0.88
>160~180
0.68
2.7
塑件冷却时收缩会使它紧紧包紧型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。
脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。
在不影响塑件的使用前提下，脱模斜度可以取大一些。
在开模后塑件留在型腔内，查表可知ABS的脱模斜度为：
型腔：
40ˊ～1°20ˊ；型芯：
35ˊ～1°。
如果开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面的脱模斜度，即以上值反之。
在本次设计的塑件中，设ABS的脱模斜度为：
型腔：
1°，型芯：
50ˊ。
一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。
1.2.2壁厚
塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响，壁厚过小成型时流动阻力大，大型塑件就难以充满型腔。
塑件壁厚的最小尺寸应满足一下几方面要求：
具有足够的强度和刚度；脱模时能够受推出机构的推出力而不变形；能够受装配时的紧固力。
查热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚可知，ABS制件最小壁厚为0.8㎜，中型塑件推荐壁厚为1㎜。
同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。
塑件局部过厚会出现凹痕，内部会产生气泡。
在要求必需有不同壁厚时，不同壁厚的比例不应超过１∶３，且应采用适当的修饰半径以减缓厚薄过渡部分的突然变化。
综上，根据塑件的使用性能要求，本塑件的壁厚取值本塑件的壁厚δ为1.5㎜。
1.2.3圆角
塑件除了有使用要求的部位要采用尖角外，其它转角处都应用圆角过渡，这样才不会因在转角处应力集中，在受力或冲击震动时发生破裂，甚至在脱模过程中由于成型内应力而开裂，特别是在塑件的内角处。
通常，内壁圆角半径应是壁厚额一半，而外壁圆角半径为壁厚的1.5倍，一般圆角不小于0.5㎜。
1.2.4孔的设计
由于需要，本塑件有设置圆柱孔和其他形式的通孔，其结构参数见零件图。
由于这些孔结构不是很复杂，可以用机械加工或电火化加工即可。
第2章模具结构设计
注射模具的典型结构有单分型注射模、双分型注射模、斜导柱侧向分型与抽芯注射模、斜滑块侧向抽芯注射模、带有活动镶件的注射模、定模带有推出装置的注射模等等。
跟据塑件的结构特征和使用要求，本模具采用单分型面结构，分形面是用于脱模。
2.1型腔数量以及排列方式
本塑料制件为鼠标的外壳，生产的批量较大，为了提高生产效率，但又要保证产品的一致性，故不宜采用一模多腔的形式：
每增加一个型腔，由于型腔的制造误差和成型工艺误差的影响，塑件的尺寸精度要降低约4%~8%，因此多型腔模具（n>4）一般不能生产高精度的塑件。
因此，本模具可采用一模两腔的形式，其布局示意图如下（如图2.1）：
图2.1
2.2初选注射机
注塑模具是安装在注射机上使用的。
在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。
注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备，按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机。
2.2.1塑件锁模力校核
在确定型腔的数量后确定注射机的类型，参考教材《塑料成型工艺与模具设计》式4-3：
按注射机的额定锁模力确定型腔数目
n≤F-PA2/PA1
式中F——注射机的额定锁模力（N）；
A1——单个塑件在模具分型面上的投影面积（㎜2）；
A2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（㎜2）；
P——塑料容体对型腔的成型压力（MPa），其大小一般是注射压力大小见本说明书表二。
由上面的公式得F≥PA2+PA1×n
p值查本说明书表二（注射压力在60～100之间），取中间值p=80Mpa，A1=9828㎜2，A2=112㎜2，故F≥80×130＋80×9828×2
=8960＋1572480
=1582880（N）
合1582.88KN。
本模具所需要的锁模力≥1581.44KN，符合条件的注射机有多种，在此是初步选用XS-ZY-250注射机。
下面是XS-ZY-250注射机的技术规格：
表三
螺杆直径
注射容量
注射压力
锁模力
ф50㎜
250㎝2
130MPa
1800KN
最大注射面积
最大模具厚度
最小模具厚度
中心孔径
500㎝2
350㎜
250㎜
ф150㎜
模板行程
喷嘴球半径
喷嘴孔直径
定位孔直径
350㎜
18㎜
ф4
ф1250+0.06
注塑加工时所需注塑压力与塑料品种，塑件形状和尺寸，注塑机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。
选择的注塑机的注塑压力必需大于成型制品所需的注塑压力。
2.2.2注射压力的校核
由ABS注射参数可知，注射压力为70～90MPa，注射机额定注射压力为119MPa。
符合要求。
2.2.3模具安装尺寸校核
喷嘴尺寸,模机外形尺寸及模具厚度均应在注塑机所要求的技术规格范围内.模具主浇道中心线与料筒、喷嘴的中心线相一致，喷嘴头的凸球面比较、半径Rn与主浇道始端凹球面半径Rp、喷嘴的孔径dn与主浇道衬套的孔径dp之间，分别保持如下关系：
Rp＞Rn，dp＞dn
则16mm＞12mm3mm＞2mm所以合适。
2.2.4开模行程的校核
开模
Smax≥S=HM+H1+H2+（5~10）
Smax--注射机的最大开模行程（mm）
S------模具所需开模距离（mm）
H1----塑件脱模距离（mm）
H2----包括浇注流道凝料在内的塑件高度（mm）
HM----模厚
模具安装在注射机上必须使模具的中心线与料筒、喷嘴的中心线重合。
因此，定位圈的中心线要和喷嘴的中心线重合，本设计也能满足要求（详见浇注系统设计）。
模具厚度本模具闭合高度H＝355.5㎜，注射机允许的闭合高度为Hmax＝370㎜，Hmin＝355.5㎜，显然
，满足要求。
2.3分型面的设计
分型面是决定模具结构形式的重要应素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系，并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键。
选择分型面时一般应尊循以下几项基本原则：
1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
2.确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模；
3.保证塑件的精度要求；
4.满足塑件外观质量的要求；
5.便于模具的加工与制造；
6.对成型面积的影响；
7.排气的效果的考虑；
8.对侧向抽芯的影响。
根据分型面选择的原则，通过综合分析比较，确定以下的两个方案：
单分型面和双分型面。
方案一：
双分型面
选用双分型面形式的优点：
模具进料均匀、平稳。
选用双分型面形式的缺点：
增加模具的结构复杂性，增加模具的厚度，而且在制品的外表面易留下点浇口的痕迹。
不符合模具的加工经济性。
方案二：
选用单分型面结构的示意图如下：
选用单分型面的优点：
使模具的结构简单化，减小模具的厚度，也节省了模具材料，且在脱模后塑料制件的外表面无浇口的痕迹。
进料的距离也大大的缩短了。
从以上的两个方案进行比较，采用方案二（单分型面）比采用方案一（双分型面）更符合要求，方案二符合了模具的加工经济性，因此，本模具宜采用单分型面的形式。
2.4浇注系统与排溢系统的设计
浇注系统的设计是注射模具设计的一个重要完节，它对获得优良性能和理想性能的塑料制件以及最佳的成型效率有直接应响，是模具设计者重视的技术问题。
对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：
1.采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失；
2.浇注系统设计应有利于良好的排气；
3.便于修整浇口以保证塑件外观质量；
4.浇注系统应结合型腔布局同时考虑。
从给出的塑料制件看，既要保证塑件的外观要求，又要考虑浇注系统设计的几项原则。
2.4.1主流道
复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。
主流道的设计参考教材《塑料成型工艺与模具设计》P114表5-2主流的部分尺寸：
符号
名称
尺寸
d
主流道小直径
注射喷嘴直径+（0.5~1）
SR
主流道球面半径
喷嘴球面半径+（1~2）
h
球面配合高度
3~5
a
主流道锥角
2゜~6゜
L
主流道长度
尽量≤60
D
主流道大端直径
d+2Ltga/2
查《模具设计与制造简明手册》P386表2-40常用热塑性塑料注射机型号和主要技术规格XS-ZY-250：
喷嘴球半径=ф18㎜；主流道小端直径=4㎜。
则主流道小端直径d=4+1=5㎜;
球面配合高度h取4㎜；
主流道锥角α取40；
主流道球面直径SR=18+3=21㎜;
L和D还待定。
2.4.2分流道设计
分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失尽可能小，能使塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
在设计时考虑到以上的原则有两种设计形式：
圆形截面分流道和梯形截面分流道。
下面是这两种形式的比较：
圆形截面分流道：
在相同截面积的情况下，其比面积最小，它的流动性和传热性都好。
梯形截面分流道：
在相同截面积的情况下，其比面积大，塑料熔体热量散失及流动阻力均不大。
比较以上的两种形式，再考虑加工的经济性，采用圆形截面分流道更符合设计的要求，故本模具的分流道设计形式采用了圆形截面分流道的形式。
2.4.3浇口的设计
浇口是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，为了生产出来的产品美观，外表面光滑。
故设计采用潜伏式浇口。
2.4.4冷料井的设计
冷料井又称冷料穴，它是为贮存两次注塑间隔产生的冷料头。
防止冷料头进入型腔造成制品熔接不牢，影响制品质量，甚至堵住浇口，而造成成型不良。
冷料井常主流道末端。
冷料井的直径稍大于主流道大端直径，长度一般取主流道直径的1.5～2倍。
冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。
这里采用最常用的Z形头拉料杆冷料井。
2.4.5排溢系统设计
当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。
如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填料等缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存气体还会产生反向压力而降低充模速度。
因此设计时必须考虑排气问题。
注射模成型时排气通常以如下四种方式进行：
1.利用配合间隙排气；
2.在分型面上开设排气槽排气；
3.利用排气塞排气；
4.强制排气。
根据塑件的结构特点和型芯型腔以及模具的结构，本副模具因为型芯是采用镶拼结构，固采用利用间隙配合排气，同时，钳工在加工时，适当在分型面上开设很小的排气槽（ABS排气槽深度为0.03㎜）。
2.5成型零件的设计与计算
成型零件决定塑件的几何行状和尺寸。
成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑料间还发生摩擦。
因此，成型零件要求有正确几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高强度、刚度及较好的耐磨性能。
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括凹模、型芯、镶块、凸模等。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键零件进行强度和刚度校核。
2.5.1模具材料的选择
根据模具的生产条件和模具的工作条件需要，结合模具材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的，经济上合理、技术上先进的模具材料。
对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必需综合考虑模具的使用寿命、模具制造工艺过程的难易程度、模具制造费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合的结论。
模具材料的冶金质量及其它考虑因素冶金质量也对模具材料的性能有很大的影响，只有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具材料的各种性能。
常考虑的冶金质量指标有：
冶炼质量，锻造轧制工艺，热处理和精加工，导热性，精料和制品化等。
其它还要考虑选用的模具材料的价格和通用性。
总之，选用高质量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造的主要发展趋势，我国也正在向这一方向发展。
以下成型零件材料就根据以上原则选择。
2.5.2凹模的设计
为了提高零件的加工效率，装拆方便，保证两个型腔形状，尺寸一致，采用整体式凹模结构。
在凹模与定模板间的配合用
。
影响成型零件的尺寸因素有：
1.塑件的收缩率，其值为δs=（Smax-Smin）Ls;
式中δs——塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；
Smax——塑料的最大收缩率；
Smin——塑料的最小收缩率；
Ls——塑件的基本尺寸。
2.模具成型零件的制造误差；
参考《塑料成型工艺与模具设计》P所列出的经验值，成型零件的制造公差约占塑件总公差的
-
或取IT7-IT8级作为模具制造公差。
模具成型零件制造公差用δz表示。
收缩率的波动引起塑件尺寸误差随塑件的尺寸增大而增大。
在计算成型零件时，所用到的收缩率均用平均收缩率来表示
=
×100%
式中
——塑件的平均收缩率；
Smax——塑料的最大收缩率；
Smin——塑料的最小收缩率。
计算公式参考教材P151式（5-18）：
（LM）
δz=[（1+
）LS–（0.5~0.75）Δ]
δz
式中
——表示塑料的平均收缩率；（
=0.55%）
LS——表示塑件的基本尺寸；
Δ——表示塑件尺寸的公差；
δZ——取Δ/3。
当制件的尺寸较大、精度级别较底时式中取0.75，当精度级别较高时式中取0.5。
本塑件为鼠标的外壳其精度要求较高，故在本设计中取0.75。
2.5.3型心尺寸的计算
型心尺寸的计算公式参考教材P151式5-19：
（LM）
δz=[（1+
）LS+0.75Δ]
δz
式中
——表示塑料的平均收缩率；（
=0.55%）
LS——表示塑件的基本尺寸；
Δ——表示塑件尺寸的公差；
δZ——取Δ/3。
当制件的尺寸较大、精度级别较底时式中取0.75，当精度级别较高时式中取0.5。
本塑件为鼠标的外壳其精度要求较高，故在本设计中取0.75。
型芯高度尺寸的计算
运用平均收缩率法：
（hm）–δz=[（1+Scp）LS+1/3Δ]–δz
HＭ————型芯高度尺寸（mm）
δz————型芯高度制造公差（mm）
（hm）–δ=[（1+0.55%）×14+0.16/3]–δ
=14.097
2.5.3中心距离的尺寸计算
中心距离尺寸的计算公式参考教材P151式5-22：
（CM）
δZ/2=（1+
）CS
δZ/2
式中
——表示塑料的平均收缩率；（
=0.55%）
CS——表示塑件的基本尺寸；
Δ——表示塑件尺寸的公差；
δZ——取Δ/3。
2.5.4模具型腔侧壁和底版厚度的计算
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因硬度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度和顺利脱模。
因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。
2.5.5矩形型腔的结构尺寸计算
在本模具设计中采用了整体矩形型腔。
整体式
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