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鼠标上盖注塑模具设计及型腔加工仿真
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毕业设计（论文）
鼠标上盖注塑模具设计及型腔加工仿真
DESIGNANDSIMULATIONOFINJECTIONMOULDFORTHEMOUSEUPPERCOVER
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摘要
本课题根据生活生产的需要，对鼠标上盖零件注塑成型的工艺过程进行研究。
根据零件的结构特点分析塑件成型工艺，选择的塑料材料为ABS，并根据材料零件的质量和体积选择注射机型号，拟订模具总体结构方案，进行模具设计的相关计算。
并且对一些尺寸，比如注射机注射量进行校核。
利用UG软件对鼠标上盖制品进行了三维造型，然后生成模具装配图、主要零件图和爆炸图。
本次设计涉及到对模具的仿真加工，利用UG的仿真加工功能对模具进行CAM仿真加工，验证了模具制作的可行性。
关键词模具设计；注塑成型；CAM
Abstract
Thisthesisisbasedontheneedoflifeproduction,andstudiestheprocessofinjectionmoldingoftheuppercoverpartsofthemouse.. Accordingtothecharacteristicsofthepartsofthestructureanalysisofplasticmoldingprocess,theselectionofplasticmaterialsforABSandinjectionmachinemodelsarechosenaccordingtothequalityandvolumeofthepartsandmaterials,toformulatethemoldoverallstructureplan,calculationofmolddesign. Andsomedimensions,suchastheinjectionamountofinjectionforverification. The3DmodelingoftheuppercoverproductsofthemousewascarriedoutwiththeUGsoftware,andtheassemblydrawings,themainpartsandtheexplosiondiagramsweregenerated..
Thisdesigninvolvestothesimulationofthemold,weuseUGsimulationprocessingfunctiontomoldCAMsimulation,verifythefeasibilityofthemold.
KeywordsMolddesigninjectionmoldingCAM
目录
摘要I
AbstractII
目录I
1绪论1
1.1国内模具工业的现状及发展方向1
1.2选题依据2
1.3研究内容2
1.3.1鼠标上盖制品外形设计2
1.3.2最佳成型方法的选择2
1.3.3分析最佳成型工艺2
1.3.4模具设计2
1.4此次课题的设计方法与步骤3
2塑件工艺性分析4
2.1产品质量要求分析4
2.2尺寸精度的分析4
2.3材料的选择5
2.4材料分析5
2.5 注塑模具设计时要注意的问题6
2.5.1干燥6
2.5.2温度6
2.5.3 模具温度6
2.6 注塑机的选择和校核6
2.6.1注射量的计算6
2.6.2浇注系统凝料体积的初步估算6
2.6.3选择注塑机7
3有关模具及注射机的参数的校核9
4注塑模的设计11
4.1分型面的设计11
4.1.1分型面的选择11
4.1.2分型面创建过程11
4.2浇注系统的设计和计算12
4.3 主流道的设计12
4.4分流道的设计13
4.5 浇口的设计13
4.5.1浇口的作用13
4.5.2浇口的类型14
4.5.3浇口位置的选择的要点14
4.6浇口套的设计15
4.6.1浇口套15
4.6.2定位圈的设计与固定15
4.7冷料井的设计16
5成型零件的设计和尺寸计算17
5.1有关型腔型芯的设计17
5.1.1型腔尺寸的计算17
5.1.2型芯的工作尺寸计算18
5.2型腔侧壁和底板厚度的计算18
5.3排气机构设计19
6模架的确定和标准件的选用20
6.1模架的选择原则20
6.2确定模板周边尺寸20
6.2.1计算型腔模板周界20
6.2.2模板周边尺寸20
6.3脱模机构组成结构21
6.3.1脱模力的计算21
6.3.2推出机构设计原则21
6.3.3顶针直径的确定21
7UG中MoldWizard的使用23
7.1关于UG的简介23
7.2UG软件的发展趋势23
7.3MoldWizard的介绍和功能23
8冷却系统设计27
8.1冷却形式及要点27
8.2冷却水道设计27
8.3冷却系统相关计算27
8.3.1计算单位产量需用冷却水散失的热量27
8.3.2计算单位产量所需冷却水的体积流量28
8.3.3计算冷却水在水道内的流速28
9型腔仿真加工29
9.1加工零件工艺性分析29
9.1.1零件结构特点29
9.1.2零件材料29
9.1.3毛坯选择29
9.2型腔加工过程29
结论33
致谢34
参考文献35
附录36
附录1加工代码36
1绪论
第二次工业革命，把社会生产方式带入了机械化的世界。
进入21世纪后，在世界经济快速发展、科学技术日益完善和经济全球化日益加强的背景下，对生产效率提出了更高的要求，这个时候模具得到飞速的发展。
相对于用其他方法成型制品，用模具成型的制品有节约加工材料、加工效率高，加工费用低的优点。
模具得到各行各业的青睐。
1.1国内模具工业的现状及发展方向
随着改革开放春风，我国的经济在这短短的几十年发生了翻天覆地的变化。
而在这其中，模具工业作为一个新兴但却非常重要的基础工艺装备，也在变更。
进入21世纪，是高科技和信息异常发达的世纪，模具则顺应时代，它既是高科技的产品，同时，它也是高科技的载体。
如今，模具工业已经和计算机网络联系到一体，被广泛的应用于各个领域，从最普通的生活日用品到高端的科技产品如航天航空工业、军工工业都有着模具的身影，对我国的国民经济做出了巨大的贡献。
现在，我国有模具的生产厂大约3万多个，从事模具设计和制造的人员在不断地增加，模具的总产值也在飞快的增长。
在政策大好的局势下，我国的模具行业增长迅速，年增幅在百分之十以上。
在大型、精密、复杂、长寿模具的需求方面，增长需求更是远远超过百分之十。
但是，我国模具的总体水平还不是很高，有一些的高档模具还需要依赖进口，在所有的模具中，比例最多的是塑料模具，大约占到百分之45左右，当然，模具工业不会就此停步，他还会向前继续发展。
与此同时，我国模具的生产技术在标准化程度上与国外先进工业国家仍有较大差距。
随着信息大爆炸时代的到来以及经济全球化不断的发展，更大型、更精细、更复杂以及更经济是模具产行业今后的发展主要趋势。
同时制作模具的技术含量也不断提高。
今后，模具技术的发展趋势主要是：
1）塑料模具及塑料制品的不断标准化；
2）CAD、CAM、CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化，CAD、CAM、CAE软件以及其他软件的不停改进和广泛应用；
3）PKBE（基于知识工程）、MIS（模具制造管理信息系统）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、DM（产品数据管理）、ERP（企业资源管理）及互联网平台等信息网络技术的发展和应用；
4）高精密、高速加工技术的开发及运用；
5）先进表面加工和处理技术、复合加工技术、超精加工技术的发展及运用；
6）快速制模技术（RT）与快速成型（RP）技术的发展及运用；
1.2选题依据
注塑模具是模具中的重要组成部分，注塑模具是生产型腔零件的关键性工艺装备，随着人们对产品外观质量要求的提升，只停留在二维的计算机辅助设计阶段已不能满足设计要求，作为一种现代设计制造方法，把CAD/CAE/CAM技术引入注塑模具的生产实际中，可以大大提高设计效率，缩短产品的开发周期，从而提高市场竞争力。
1.3研究内容
本设计就鼠标上盖成型的几个主要问题:
鼠标上盖模型建立、最优成型方法的选择，对最优成型工艺进行分析，并且进行模具设计。
1.3.1鼠标上盖制品外形设计
本课题利用UG软件对鼠标上盖实体进行建模。
相对于传统的二维绘来看，利用UG软件来进行图形的设计有着本质区别。
UG的图形设计基于三维，利用UG生成的模型有很强的立体感跟直观感，设计者可以通过不同的角度进行观察。
另外，系统还可以对模型的尺寸、表面积、体积、质量进行测量，分析重心的位置以及对惯性距等的分析计算功能。
使设计者可以容易且全面地了解零件的各个特性。
而且可以直接通过绘制的三维模型生成三视图，大大提高了工作效率和准确性。
1.3.2最佳成型方法的选择
通过对常用的几种可以用于薄壁单分型面制品的塑料加工方法进行比较，根据产品的开发要求以及使用要求选择合理的成型方法。
1.3.3分析最佳成型工艺
鼠标上盖是薄壁制品，它的比表面积大（单位体积或质量上物料所具有的总面积），可行的工艺方案较多。
工艺方案是否优劣直接影响到实际生产的生产成本、生产效率以及产品质量。
本设计在对塑件进行了分析的基础上，通过对比比较，确定并优化了如下工艺方案：
1．对塑件的成型工艺性进行分析，对可行的工艺方案进行比较分析，初步得出最佳的工艺方案以及其所需的条件。
2.根据产品的开发要求和成型要求，确定模具工艺方案。
1.3.4模具设计
1．模具结构的分析和确定
根据鼠标上盖尺寸小，精度要求一般的特点，参照工艺方案，依据零件加工尺寸的精度要求、外观形状的特点以及生产批量大小和模具加工条件、安全生产、操作方便的要求，对所需的模具进行分析，合理确定模具的结构。
2．模具主要零部件的结构设计
根据所确定的模具结构型式和特点，确定模具型腔、型芯、导向以及固定等机构的选择并确定模具主要零件的形式以及尺寸。
本研究的主要目标是通过对一个具有代表性模具制品的分析研究，从而掌握具备一般曲面模具的设计制造要点以及加工的方法。
1.4此次课题的设计方法与步骤
1）塑料模具的设计以及工艺成型，已经和现在的电脑软件技术互相的融合。
所以，对鼠标上盖的设计，主要运用UG三维绘图功能模块和MPA塑模分析模块，对制品进行绘制和仿真优化。
最终得到想要的结果。
2）材料的选择，选用ABS材料。
3）根据材料及塑件尺寸的计算，可以选择采用一腔两模的注塑方法。
并进行注塑机型号和规格的选择。
4）浇注系统的设计。
在进行浇注系统的设计时，根据一腔两模的设计理念，采用有锥度的浇注道，通过流道塑料直接浇注进型腔区域。
在浇注时势必会产生气体，此时通过分型面的合理设计，较少气泡的影响。
5）成型零件的相关尺寸计算和设备参数的确定，包含注射机的注射量，锁模力，开合模行程距离，型腔及型芯尺寸的计算。
6）推出机构的定位和设计。
7）在以上数据得到精确计算后，可以通过绘图软件，将其可视化，并通过这些软件得到图纸。
8）最后撰写设计说明书。
2塑件工艺性分析
鼠标的好坏主要体现在其形状是否合乎人体工程学原理，使用时手感是否舒适，因而结构设计非常重要。
该塑件的结构呈流线型，有曲面构成，利用UG所建模型如图2-1所示。
（a）（b）
图2-1
2.1产品质量要求分析
鼠标上盖的外观表面是最重要的，所以其表面应当光滑美观，成型后无影响外观的磨损、脱模痕迹、熔接痕、气泡等缺陷。
拟定其要求如下：
几何尺寸：
长110mm，宽60mm，壁厚1.5mm；
使用环境：
室内，使用温度范围0℃~40℃；
抗冲击要求：
从1m高度，0℃下摔下外壳不出现裂缝或者开裂，不允许内部件暴露；
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。
由此，可归纳得出该产品的要求为：
表面光滑，所选材料具有一定的抗冲击性。
另外，由于是电子产品的外壳还要具有良好的电绝缘性。
随着数码产品的大量普以及市场价格的不断下跌，要求生产自动化程序高，成型周期短、同时具有较高的尺寸精度，较好电绝缘性。
2.2尺寸精度的分析
由于此鼠标上盖的最大尺寸为110mm,得出产品的尺寸不大，一般精度等级,可采取MT6。
对于与它的有关系的模具零件的尺寸加工能够得到保证。
从制品的厚度方面来讲，平均的厚度在1.5mm左右，属于相对均匀的塑件，这当然也有利于零件本身的成型。
塑件的表面粗糙度可取Ra1.6。
2.3材料的选择
该产品属于生活用品，注塑条件为高温、高压，所以该产品对模具有着较高的要求。
工作范围为低温到正常温度，所以要具备一定的抗寒性。
另外，因为产品可能坠落，所以产品要求具有一定的扛冲机性，。
对于鼠标上盖的设计，采用热塑性材料。
然而，对于不同的热塑性，即使是相同的热塑性材料，它的种类也非常非常的多，所以，在注塑模具设计之前要对热塑性材料进行了解并选择。
热塑性材料拥有自己的工艺特性，比如它的收缩率，可以影响塑件的成型，比如它的流动性的好坏，可以影响塑件的质量。
在对模具设计的时候必须注意材料的收缩率和流动性好坏。
材料流动性分为三类：
1）材料的流动性很好：
PP,PE,PS等。
2）材料的流动性一般化的：
ABS,AS,PMMA（有机玻璃）等。
3）流动性很不好的：
PC,PAS，氟塑料等。
在我此次对鼠标上盖的设计中，我选用ABS材料。
虽然它的流动性不是最好的，但是它的应用的范围是比较广泛的。
例如汽车行业中的车轮盖，汽车的仪表盘，反光镜盒。
在平时的生活当中，例如使用的电脑的键盘，吹风机，电话机还有电冰箱。
以及娱乐场所中的，如高尔夫球手推车等等。
ABS材料制品，在生活的方方面面无处不在。
2.4材料分析
ABS又叫做丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物，是目前产量最大,应用较广的聚合物,他将丁二烯、苯乙烯和丙烯腈的性能有机统一起来,具有三种单体各自所具有的优点。
ABS材料是目前产量最大，应用较广的聚合物，他将丁二烯、丙烯腈和苯乙烯各种性能有机统一起来。
具有韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。
ABS材料微黄色、无毒、无味，属于无定型材料。
材料粘度适中、机械强度高、尺寸稳定性好、成型加工性好、抗冲击能力强、抗蠕变性好、电性能、耐磨性、有一定的便面硬度，摩擦系数低。
ABS耐酸、碱、盐、油、水。
具有较小的收缩率。
ABS部分性能参数如表2-1所示。
表2-1ABS的部分性能参数
密度/g·cm-3
1.05
拉伸强度/Mpa
38
吸水性/%
0.2~0.4
抗弯强度/Mpa
80
熔点/℃
130~160
硬度/HRC
62~118
收缩率/%
0.4~0.7
体积电阻率/1013Ω·cm
3.60
2.5 注塑模具设计时要注意的问题
鼠标上盖为外观件，要求零件表面光滑平整，无皱折、裂纹、翘曲等缺陷，连接部位高度差不能过大，以确保能够与下盖配合的严密，由于零件为薄壁制件，外形很不规则，这些原因使鼠标上盖在成型时容易受到各种因素影响，从而引起制品翘曲变形的问题。
流程：
混料—干燥—螺杆塑化—注射—保压—冷却—制品后处理。
2.5.1干燥
ABS塑料的吸湿性较好、对水分的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热，这样不单能消除水汽造成的制件表面的眼化状泡带、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需要把水分控制在0.3%以下。
2.5.2温度
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后继续随便升温，必然会导致耐热性能不太好的ABS发生热降解，这样反而会使熔融粘度增大，注塑过程会更加困难，制件的机械性能也会受影响下降。
2.5.3 模具温度
模具的温度关系着塑件的表面粗糙度，一般情况下，模具的温度控制在25-70摄氏度之间，而温度越低，则表面粗糙度越大。
2.6 注塑机的选择和校核
该塑件的精度采用MT6，生产量为大批量生产。
与此同时，考虑到模具结构尺寸和塑件尺寸的大小关系，型腔的平衡性和浇口开设部位的对称性，所以型腔数为2，采用一模两腔的布局形式。
2.6.1注射量的计算
通过UG分析计算得出注塑体积
V塑=13.61cm3
已知所用材料为ABS，取其密度=1.05g/cm3，则塑件质量：
M塑=14.29g。
2.6.2浇注系统凝料体积的初步估算
对于浇注系统的凝料，并不能确定其具体的准确数值，但是可以根据设计经验按塑件体积的0.6倍来估算，由此可以估算浇注系统的凝料体积为
V浇=
V塑×0.6式（2.1）
式中：
——型腔中的塑件个数。
代入式（2.1）计算
V浇=2×13.61×0.6=16.33cm3
由此可进一步得出
M浇=17.15g
V总=V浇+
V塑=16.33+2×13.61=43.55cm3
M总=45.73g
式中：
M浇——不包含凝料的塑件质量；
V总——包含凝料的塑件总体积；
M总——包含凝料的塑件总质量。
2.6.3选择注塑机
注射机有多个部分组成。
其中序号8是料斗，塑料从料斗进去之后，，在压力的的作用下，进入7料筒及加热器，在里面通过螺杆的转动，将塑料均匀的搅拌，并达到喷嘴，塑料就经过喷嘴进入模具的型腔，在保压一定的时间后，螺杆后退，推杆把塑件退出，之后复位杆复位，再进行下一轮的注塑。
图2-2所示为卧式注塑机。
图2-2注射机的注射成型原理
依据前面计算出来的单次注入模具型腔的塑料总量V总 =43.55cm3，并结合教材中给出的实际选择机型的参照公式：
V机≥V总/0.8式（2.2）
式中：
V机——注塑机的额定注射量。
代入式（2.2）得
V机≥54.44cm3
根据以上的计算，初步选定额定注射量为78cm3，注射机型号选取卧式SZ-60注射机，其主要技术参数见下表2-1。
表2-1卧式SZ-60注射机的主要技术参数
额定注射量/cm3
78
拉杆尺寸/mm
280×250
螺杆柱塞直径/mm
30
最大模具厚度/mm
300
注射压力/Mpa
122
最小模具厚度/mm
100
注射行程/mm
170
合模方式/
液压—机械
注射方式/
柱塞式
定位孔直径/mm
55
锁模力/KN
500
喷嘴球半径/mm
20
模板最大行程/mm
220
喷嘴口孔径/mm
4
结论
这次的设计涉及很多专业内容，整个过程从使用UG软件完成塑件的建模，在计算相关参数选择模架，设计模具，并使用UG/CAE完成了对型腔模型的加工仿真，最后使用CAD软件完成了二维视图的处理和优化。
整个设计过程包括以下内容：
1.了解国内外模具行业的发展状况以及模具发展趋势及发展前景。
2.鼠标上盖壁厚为1.5mm，精度等级为MT6，材料选择ABS，注塑成型周期50s～220s
3.确定型腔数为2，采用一模两腔，并列式布局。
通过UG软件的分析功能确定单个塑件体积V=13.61cm3，估算注射量，从而选择SZ-60型注射机，注射剂注射量为78cm3,锁模力为500KN，开模行程为220mm，经过校核符合设计要求。
4.使用UG软件自动创建分型面，并自动生成型腔和型芯。
再经过多次检验合理的选择模架型号，其中L=350mm，W=250mm， AP_h=70mm,BP_h=50mm，CP_h=80mm。
5.为使脱模稳定，避免塑件变形使用8根直径为d=8mm的推杆
6.使用UG软件的注塑模具模块加载相关标准件，通过计算确定冷却管道的直径为D=10mm并创建创建冷却系统。
7.利用UG的加工模块，选择适当刀具、设置切削参数，对模具型腔进行加工仿真，由于塑件表面有曲面，且比较复杂，设计了4道工序，1道粗加工、2道精加工1道清根轮廓铣。
由于此次设计是第一次接触模具设计,所以缺乏对模具的认识，所选塑件结构比较简单，分型面创建容易，对于复杂结构的模具的分型面创建和多分型面设计接触较少，这些都需要在以后继续深化了解。
因时间仓促未亲手做CAE分析，而是根据行业的设计经验来选定浇注方式。
而且做型腔进行加工仿真，还需要进一步优化，应该考虑加工结果能否满足生产需求，加工工序也需要进行优化调整。
致谢
参考文献
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