精编数控模具设计基于PROE的鼠标及其模具设计.docx

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精编数控模具设计基于PROE的鼠标及其模具设计

【数控模具设计】基于PROE的鼠标及其模具设计

xxxx年xx月xx日

xxxxxxxx集团企业有限公司

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摘要

Pro/Engineer（以下简称Pro/E）是一款三维建模软件，它是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，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，在工业设计和机械设计等方面有很好的可操作性。

Pro/Engineer还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。

同时本课题还用到了ExpertMoldbaseExtension（以下简称EMX）,模具专家系统扩展，它是Pro/E软件的模具设计外挂。

它是Pro/e的一个自动分模工具，利用该模具库，家用电器、玩具和汽车零件制造商们将可在模具开发及制造方面有效地控制成本。

本课题《鼠标及其模具设计》就是基于Pro/E的产品开发设计，采用Pro/E软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，采用Pro/E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。

关键字：

Pro/EEMX鼠标模具

Abstract

Pro/Engineer（hereinafterreferredtoasPro/E）isa3Dmodelingsoftware,itisadesigntotheproductionofmechanicalautomationsoftware,anextgenerationofproductmodelingsystem,usingparametricsolidmodelingapproach,inordertostrengthenitshighspeedandtheshortcutofmodeling,productionprovidesaviable,inindustrialdesignandmechanicaldesign,andsohaveverygoodoperability.Pro/Engineeralsooffersthemostcomprehensiveandintegratedtogetherproductdevelopmentenvironment.ThisissueofthemouseandmoulddevelopmentisbasedonPro/E'sproductdevelopmentanddesign.

AtthesametimethissubjectalsousedtotheExpertMoldbaseExtension（hereinafterreferredtoastheEMX）,dieexpertsystemextensions,itisPro/Esoftwarediedesignplug-in.ItisthePro/eapartingtool,usethestencillibrary,householdappliances,toys,andautomotivepartsmanufacturerswillmoulddevelopmentandmanufacturing,effectivelycontrollingcosts.

UsingPro/Esoftwareonmouseovertheproductanddieforthree-dimensionalmodeling,useofPro/Eofnumericalsimulationandexperiencedesigncalculationmethodtooptimizethedesign,andsimulationplasticmeltinthecavityofmoldingandcoolinganalysisprocess.

Keywords:

Pro/EEMXmousedies

摘要1

Abstract2

前言4

1.原料成型特征与工艺参数6

1.1产品的材料6

1.2ABS塑料主要的性能指标6

1.3ABS的注射成型工艺参数7

1.4ABS的成型特性7

1.5ABS的脱模斜度的推荐值及其他参数8

2.外形设计9

2.1底盖设计9

2.2上盖设计9

2.3支架设计26

2.4中键设计28

3.鼠标的装配31

3.1装配底盖31

3.2装配中键31

3.3装配支架32

3.4装配上盖33

4.分解视图34

4.1爆炸图简介34

4.2鼠标的爆炸图34

5.鼠标模具设计36

5.1模具的国内外现状及发展趋势36

5.2鼠标注塑模具的现状37

5.3注塑件成型的工艺要求38

5.3.1塑件几何形状方面的要求38

5.3.2塑件的尺寸精度要求39

5.4注塑件设计要点39

5.5注塑件缺陷及其原因39

5.6分型面设计40

总结41

致谢42

参考文献43

前言

此次设计的鼠标（上盖）主要是三键光电式鼠标，如何设计3键鼠标，首先创建鼠标上盖和鼠标左、中、右三个按键，最后在Pro/ENGINEERWildfire的装配模块中完成鼠标上盖和三个按键的装配。

主要是鼠标上盖及三个按键的造型方法。

在比例中，将用到多种复杂的造型方法，重点是将在主体造型过程中用到变截面扫描特征、剖面圆顶及唇特征等高级特征。

在讨论注塑模设计之前，我们有必要先对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。

首先要对模具有一个整体的认识。

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。

作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。

日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。

如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。

特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。

近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。

目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。

用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。

随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。

1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。

对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。

汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。

1999年，国内汽车年产量为183万辆，保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达600万辆。

仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。

家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。

目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。

家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。

到2011年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。

其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

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）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；

2）高速铣削加工将得到更广泛地应用；

3）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；

4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；

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；

7）模具自动加工系统的研制和发展。

1.原料成型特征与工艺参数

1.1产品的材料

ABS即丙烯腈——丁二烯——苯乙烯共聚物，如图1.1所示。

图1.1丙烯腈——丁二烯——苯乙烯共聚物

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。

因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。

同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。

1.2ABS塑料主要的性能指标

密度（Kg。

dm-3）1.13——1.14

收缩率%0.3~0.8

熔点℃130~160

热变形温度45N/cm65~98

弯曲强度Mpa80

拉伸强度MPa35~49

拉伸弹性模量GPa1.8

弯曲弹性模量Gpa1.4

压缩强度Mpa18~39

缺口冲击强度kJ/㎡11~20

硬度HRR62~86

体积电阻系数Ωcm1013

击穿电压Kv.mm-115

介电常数60Hz3.7

1.3ABS的注射成型工艺参数

注塑机类型：

螺杆式

喷嘴形式：

通用式

料筒一区150——170

料筒二区180——190

料筒三区200——210

喷嘴温度180——190

模具温度50——70

注塑压60——100

保压40——60

注塑时间2——5

保压时间5——10

冷却时间5——15

周期15——30

后处理红外线烘箱

温度（70）

时间（0.3——1）

1.4ABS的成型特性

（1）非结晶形塑料，吸水性强，要充分干燥;

（2）流动性中等，溢边值为：

0.05mm;

（3）用高料温，高模温注射压力亦较高;

（4）模具浇注系统对料流阻力要小，应注意选择。

浇口的位置和形式应对措施：

（1）ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理;

（2）严格控制型腔型心等成型零部件的加工、装配精度;

（3）使用相对的螺杆式注射机，在条件需要的情况下给模具预热;

（4）查资料，模具使用侧浇口，主流道为圆形，分流道为梯形，以减小摩擦阻力，设计合适的浇口位置。

1.5ABS的脱模斜度的推荐值及其他参数

（1）型腔脱模斜度：

40分~1度20分

型心脱模斜度：

35分~1度

（2）选用模具制造精度等级为：

3、4、5

2.外形设计

2.1底盖设计

底盖的完成图如图2.1所示

图2.1鼠标底盖

鼠标底盖的设计很简单，用到了一般的草绘、拉伸、打孔等常用的工具。

这里不做过多介绍。

下面我们主要介绍鼠标上盖的设计。

2.2上盖设计

在上盖的设计中，我们主要使用的工具包括基准点、基准平面、基准曲线、边界混合、拉伸、倒圆角、合并曲面、加厚、实体化等工具。

2.2.1创建曲面

该部分主要包括拉伸曲面和边界混合曲面的创建，其中创建边界混合曲面的关键是利用基本曲线工具绘制基本曲线。

（1）绘制草图。

新建零件文件，进入草绘界面，点击草绘按钮，选取FRONT面为基准平面，接受默认视图方向和参照，进入草绘，绘制如图2.2所示的草图1。

图2.2绘制草图1

（2）绘制草图2。

单击草绘按钮，单击【使用先前的】，进入草绘，绘制如图2.3所示的草图2。

图2.3绘制草图2

（3）创建基准平面。

单击【基准平面】按钮，在对话框中选取TOP平面为参照，沿箭头指向偏移30，完成基准平面DTM1的创建，如图2.4所示。

图2.4创建基准平面DTM1

（4）绘制草图3

单击草绘按钮，选取DTM1平面为草绘平面，PRONT平面为顶部参照，单击草绘按钮，进入草绘环境，绘制如图2.5所示的草图3

图2.5绘制草图3

（5）创建基准点。

单击基准点，选取刚绘制的曲线和RIGHT基准平面为参照，创建基准点PNT0；选取对成一侧的曲线和RIGHT平面为参照，创建基准点PNT1，点击确定，完成基准点的创建，效果如图2.6所示。

图2.6创建基准点

（6）绘制草图4。

单击草绘按钮，选取RIGHT平面为草绘平面，TOP平面为顶部参照，进入草绘环境，绘制如图2.7所示草图4

图2.7绘制草图4

（7）创建基准点。

单击基准点按钮，选取FRONT平面上的曲线和TOP平面为参照，创建基准点PNT2；选取RIGHT平面上的曲线和TOP平面为参照，创建基准点PNT3；选取FRONT平面上的另一条曲线和TOP平面为参照；创建基准点PNT4，效果如图2.8所示

图2.8创建基准点

（8）绘制草图5。

单击草绘，选取TOP平面为草绘平面，RIGHT平面为右参照，进入草绘环境，绘制如图2.9所示。

图2.9绘制草图5

（9）创建基准平面。

单击基准平面按钮，打开基准平面对话框。

选取RIGHT平面为参照，沿箭头方向便宜30，创建基准平面DTM2，效果如图2.10所示。

图2.10创建基准平面

（10）创建基准点。

单击基准点按钮，选取DTM1平面上的两条曲线和DTM2平面为参照，分别创建PNT5和PNT7；选取TOP面上的曲线和DTM2平面为参照，创建基准点PNT6；最终草绘效果如图1.2.11所示。

图2.11创建基准点

（11）绘制草图6.

单击草绘按钮，选取DTM2平面为草绘平面，TOP平面为右参照，进入草绘环境，绘制如图2.12所示草图6。

图2.12绘制草图6

（12）选取边界混合曲线。

选择插入-边界混合选项，打开边界混合特征操控面板。

分别单击第一方向和第二方向列表框，并在曲线上滑面板中的第一方向和第二方向选项中，分别选取第一方向的三个链（如图2.13）和第二方向的四个链（如图2.14）。

图2.13选取第一方向的三个链

图2.14选取第二方向的四个链

（13）边界混合操作。

选取曲线完成后，单击确认按钮，完成边界混合操作，效果如图2.15所示。

图2.15边界混合

注意：

在执行边界混合操作时，主要是定义第一方向和第二的方向元素。

其中，第一方向是指在第一方向上创建混合曲面，并控制选取的顺序，如果启用闭合混合复选框并选取连续曲线，则形成封闭环：

第二方向是指在第二方向上创建混合曲面，并控制选取的顺序，如果启用闭合混合复选框并选取连续曲线，则可以生成封闭环。

（14）绘制草图7。

单击拉伸按钮，打开拉伸特征操控面板。

单击曲面按钮，并单击放置上滑面板的定义按钮，打开草绘对话框。

选取FRONT平面为草绘平面，RIGHT平面为右参照，单击草绘按钮，进入草绘环境，绘制如图2.16所示草图。

图2.16绘制草图7

（15）创建拉伸曲面。

完成草绘后，单击退出按钮，返回拉伸特征操控面板。

设置拉伸深度为盲孔形式，设置拉伸深度为30，单击确认按钮，完成拉伸曲面的创建。

将曲面着色显示，效果如图2.17所示。

图2.17创建拉伸曲面

（16）绘制草图8

单击草绘按钮，在草绘对话框中单击使用先前的按钮，进入草绘环境，绘制如图2.18所示草图。

图2.18绘制草图8

（17）创建拉伸曲面。

完成草绘后，单击退出按钮，单击拉伸按钮。

单击曲面按钮，并设置拉伸深度为盲孔形式，设置拉伸深度为60，单击确认按钮，完成拉伸曲面的创建。

将曲面着色显示，效果如图2.19所示。

图2.19创建拉伸曲面

（18）镜像曲面。

完成曲面拉伸后，先选取之前拉伸的曲面，单击镜像，选择FRONT面为镜像平面，完成镜像。

效果如图2.20所示。

图2.20镜像曲面

2.2.2编辑曲面

编辑曲面的操作只要包括合并、倒圆角、加厚以及阵列创建的拉伸剪切特征。

（1）合并曲面。

如图2.21所示，选取要合并的两个曲面，单击合并按钮，打开合并特征操控面板。

在操控面板中单击反向按钮，调整合并曲面的方向（箭头指向为保留的一侧曲面），单击确认按钮，完成曲面的合并，效果如图2.22所示。

图2.21选取要合并的曲面

图2.22合并曲面

（2）合并曲面。

如图2.23所示，选取要合并的两个曲面，单击合并按钮，打开合并特征操控面板。

在操控面板中单击反向按钮，调整合并曲面的方向（箭头指向为保留的一侧曲面），单击确认按钮，完成曲面的合并，效果如图2.24所示。

图2.23选取要合并的曲面

图2.24合并曲面

（3）合并曲面。

如图2.25所示，选取要合并的两个曲面，单击合并按钮，打开合并特征操控面板。

在操控面板中单击反向按钮，调整合并曲面的方向（箭头指向为保留的一侧曲面），单击确认按钮，完成曲面的合并，效果如图2.26所示

图2.25选取要合并曲面

图2.26合并曲面

（4）倒圆角。

单击倒圆角按钮，打开倒圆角特征操控面板，如图2.27所示选取需要倒圆角的棱边线，并设置圆角半径为5，单击确认按钮，完成倒圆角特征的创建。

图2.27倒圆角

（5）倒圆角操作。

单击倒圆角按钮，打开倒圆角特征操控面板，如图2.28所示，选取需要倒圆角的棱边线，并设置圆角半径为4，单击确认按钮，完成倒圆角特征的创建。

图2.28倒圆角

（6）加厚曲面。

选取创建的整个曲面，选择编辑-加厚选项，打开加厚操控面板，设置加厚偏距值为2，并调整加厚方向，如图2.29所示。

单击确认按钮，完成加厚操作，效果如图2.30所示。

图2.29加厚操作

图2.30完成加厚

（7）抽壳。

单击抽壳按钮，在移除的曲面一栏中选取要移除的曲面，厚度为1，如图2.31所示。

单击确认按钮，完成抽壳操作，得到鼠标上盖的曲面。

效果如图2.32所示。

图2.31选取要移除的曲面

图2.32完成抽壳

到此为止，鼠标上盖的设计基本上已经完成，后面的操作就是比较常见的剪切材料等操作，在此不多做介绍。

最后完成的效果如图2.33所示。

图2.33鼠标上盖

2.3支架设计

鼠标的支架设计，我们只需要对上面鼠标上盖设计抽壳部分做一些变化即可以实现。

在上面抽壳操作中，我们选取与刚才相反方向的曲面做为要移除的曲面，如图2.34所示，即可以得到我们要的支架，效果如图2.35所示。

图2.34选取要移除的曲面

图2.35鼠标支架

2.4中键设计

中键的设计比较简单，观察鼠标中键的特征，我们很容易就会想到，我们会用到旋转来作出中间的主体部分。

关键是外形轮廓的绘制，通过仔细观察鼠标的轮廓，我们绘制如图2.36所示图。

图2.36绘制中间轮廓草绘图

注意：

旋转特征首先要有中心线，所以没有中心线，草绘是不完整的。

完成草绘后，单击完成按钮，就得到了中键的实体。

如图2.37所示。

图2.37鼠标中键

做中键滑轮，需要用到扫描特征。

单击插入-扫描-伸出项，选择草绘轨迹，绘制如图2.38所示轨迹。

单击确认后，定义草绘截面，绘制如图2.39所示截面，单击确认，完成对中键滑轮的设计。

效果如图2.40所示。

图2.38草绘轨迹

图2.39草绘截面

图2.40完成中键的设计

3.鼠标的装配

鼠标的装配很简单，一般用到的就是匹配和对齐这两种方式。

下来我们来对鼠标进行装配。

3.1装配底盖

单击插入-元件-装配，选择鼠标底盖。

以缺省方式放置。

如图3.1所示。

图3.1插入底盖

3.2装配中键

中键的定位很重要，是建立在底盖的支柱上的，所以是适当的尺寸是决定装配效果的要素之一。

单击插入-元件-装配，选择中键，单击放置按钮，选择约束类型为对齐，然后选取中键的轴上的曲面和底盖支柱上的曲面，完成对齐；然后新建约束，选择约束类型为对齐，选取中间的FRONT面和底盖的FRONT面，完成对齐。

效果如图3.2所示，完成对鼠标中键的装配。

图3.2装配中键

3.3装配支架

单击插入-元件-装配，选择支架，单击放置按钮，选择约束类型为对齐，然后选取支架的TOP面和底盖的TOP面，完成对齐；然后新建约束，选择约束类型为对齐，选取支架的FRONT面和底盖的FRONT面；然后新建约束，选择约束类型为对齐，选取支架的RIGHT面和底盖的RIGHT面，完成对齐。

效果如图3.3所示，完成对鼠标支架的装配。

图3.2装配支架

3.4装配上盖

单击插入-元件-装配，选择上盖，单击放置按钮，选择约束类型为对齐，然后选取上盖的TOP面和底盖的TOP面，完成对齐；然后新建约束，选择约束类型为对齐，选取上盖的FRONT面和底盖的FRONT面；然后新建约束，选择约束类型为对齐，选取上盖的RIGHT面和底盖的RIGHT面，完成对齐。

效果如图3.3所示，完成对鼠标上盖的装配。

图3.3装配上盖

4.分解视图

4.1爆炸图简介

具有立体感的分解说明图就是个最为简单的爆炸图！

具体点说应是轴测装配示意图。

因为工程图样除了工程技术人员外就很少有人看得懂了。

同时国家标准也作了相应规定，要求工业产品的使用说明书中的产品结构优先采用立体图示。

可以说爆炸图就是立体装配图。

4.2鼠标的爆炸图

在鼠标的装配完成之后，我们就可以做出鼠爆炸图了。

单击视图—分解—编辑位置，弹出操控面板，运动参照选择平面法向，选择鼠标底盖为参照。

单击要移动的元件，就可以移动元件了。

如图4.1所示，最后效果如图4.2和4.3所示。

图4.1选取参照

图4.2爆炸图

图4.3爆炸图

5.鼠标模具设计

5.1模具的国内外现状及发展趋势

由于塑料具有很多优良的性能和特点，近年来它在各领域得到了越来越广泛的应用。

作为塑料