鼠标上盖注塑模模具设计要点(doc35页)

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1、 江苏省徐州机电工程高等职业学校 毕 业 论 文 （2011 届） 题 目：鼠标上盖注塑模模具设计 姓 名： 张 彬 学 号： 060702314 系 部： 数控技术系 班 级： 06 高职模具三班 指导教师： 周 欣 2011 年 5 月 江苏徐州机电工程高等职业学校毕业论文 任 务 书 系部 数控技术系 专业年级 06 高职模具 3 班 学生姓名 张彬 任 务 下 达 日

2、 期 ： 20 11 年 3 月 5 日 毕业论文日期： 2010 年 3 月 5 日至 2011 年 5 月 5 日 毕业论文题目： 毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求 系主任签字： 指导教师签 指导教师评阅书 指导教师评语 （①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法； ④取得的主要成果及创新点； ⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签

3、 年 月 日 答辩 及综 合成 绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 有一般性错 有原则性 没有 正确 误 错误 回答 系部领导小组综合评定成绩 系部领导小组负责人： 年 月 日 系部领导小组综合评定成绩

4、 系部领导小组负责人： 年 月 日 鼠标上盖注射模模具设计 张彬 06 高职模具 3 班 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 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，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、

5、 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 数值模拟 鼠标上盖 一、绪论 1.国内外发展状况 (1)模具工业的概况 在讨论注塑模设计之前，先要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

6、质疑的作用。 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。 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

7、， 一些厂家还使用了 C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。 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)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

8、率和准确性。 (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 。 (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

9、工艺方案。 (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。 4.研究目的及意义 二、鼠标上盖设计及其成型工艺分析

10、 1．产品开发依据用途清单 最大几何尺寸： 11060mm 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 随着 成型周 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，数码产品的大量普

11、及价格也不断下跌要求生产自动化程度高，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．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。 （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

12、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

13、 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

14、品成型。 （ 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

15、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

16、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 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 （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

17、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

18、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 三种材料性能参数表 ABS PS PC 密 度 1

19、.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 130~160 131~165 220~240 热变形温度 65~98 65~90 132~138 （ 45N/cm2） 模具温度 60~80 40~60 85~120 喷嘴温度 180~190 中段温度 180~230 后段温度 150~170 注射压力 60~100 塑化形式 螺杆式柱塞式 拉伸强度 33~49 拉伸弹性模 1.8 量 弯曲强度 80 弯

20、曲弹性模 1.4 量 压缩强度 18~39 缺口冲击强 11~20 度 硬 度 R62~86 体积电阻率 1016 介电常数 60Hz2.4~5.0 击穿电压 - 外 观 浅象牙色或白 色不透明 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  160~170 250~300 170~190 270~320 140~160 250~270 60~100 50~110 螺杆式柱塞 螺杆式柱塞式

21、式 35~63 60~66 2.8~3.5 2.3 61~98 105~113 - 1.54 80~112 85 0.25~0.40 不断 洛氏 M65~80 11.7HB 1017~1019 1015 106 Hz ≥2.7 60Hz3.0 19~27 20~30 无色透明、摔 透明微黄 打音清脆 耐水、耐化学 透明度高、硬而韧、 品、绝缘性好、 高抗冲、尺寸稳定性 不耐冲击不耐 优电绝缘性和耐热性 温 好、耐开裂耐药品性 差 材料最终选定为 ABS, 其

22、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。 3．注射工艺选择 （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

23、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）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。 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℃

24、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3 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

25、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。 （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

26、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。 （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。 （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

27、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。 （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％。 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。三、模具设计 1．概述

28、 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。 2．注塑机选型 （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 [7] 匀，选定注射量为标定注射量的 50％ 0.5Vg ≥nVz+Vj 3 V—一个成型周期内所需要注射的塑料容积 cm n—型腔数 3 Vz—单个塑件容量 cm Vj —浇注系

29、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 3 3 Vz=3cm，预计浇注系统和飞边体积为 2cm V=23+2=6.9 cm3 0.5Vg ≤nVz+Vj Vg ≥16 cm  3 （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 （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

30、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=PBKCKS P—型腔内压 KC---- 材料系数，查表得 ABS=1.15 KS----- 塑件复杂系数，取 1.3 PB与进浇口流程长度、壁厚的流程比（ L/H）有关。 根据 H=(L/100+0.8) 0.7 可算出 L=348 故 L/H=174 故选 PB=32MPa P=321.15

31、 1.3=48MPa （ 4）开模行程和模板安装尺寸校核 模具开模取出制品所需的开模距离必须小于注射机的开模行程。 注射机最大的开模行程的大小直接影响模具所形成的塑件高度， 太小 时塑件无法从动定模之间取出。 S max ≥S= HM+H1+H2+（5~10） S max-- 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 S=220+40+20

32、+10+10=300mm 选择震德机械厂 CJ90M5变量泵注塑机 锁模力 900KN，开模行程 330mm，模板尺寸 520520mm，容模量 130—360mm 3 理论注射容积 165cm，理论注射压力 175Mpa，皆满足计算结果。 根据所选注塑机模板尺寸确定定模底板和模脚尺寸，以便于安装 模脚选择分开式的， 两个模脚分别固定在注塑机动模板上， 选择 分开的模脚不仅节省材料还可以不用考虑注塑机顶杆的顶出位置根 据注塑机模板尺寸确定模具底板尺寸为 200400, 如图 2。

33、 图 2 所选注塑机模板及喷嘴参数 3．模具浇注系统设计 （1）主流道和冷料井 主流道顶部设计成半球形凸坑， 以便与喷嘴衔接， 为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大 2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出， 由于主流道与注塑机的高 温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选用 45#钢 材并经热处理提高硬度， 设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主

34、流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径 1mm以避免溢料并且防止 衔接不准而发生的堵截。 为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷， 主流道的对 面设冷料井，对于卧式注塑机冷料井设在与主流道末端相对的动模 上，在脱模时制件的活动方向不受限制所以采用底部带 Z 型头拉料杆 的冷料井。 (2)分流道 模具采用一模两腔对称布置， 型腔数过多影响制品精度， 而型腔数过少生产效率太低不能达到使用要求， 故采用一模两腔。 为使塑料熔体以等速度充满两型腔， 分流道在模具上采用对称等距离分布， 在注射时采用对称分布可以使型腔和

35、浇注系统投影面积重心更接近锁 模力的中心， 避免局部胀模力过大影响锁模。 分流道长度也尽可能短小，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗， 减少压力损失和热量损失。如图 3 图 3: 型腔分布图 分流道截面形状和尺寸也对塑料熔体的流动和模具的制造难易 及脱模有影响， 圆柱形流道虽然比表面积最小流动阻力最小， 但该种 流道须开设在两半模上， 既加工费力又不易对准， 如果加工误差较大 没有对准比

36、表面积反而会有相当大的增加， 本设计选用断面形状为梯 形的流道，此种流道只需要开设在凹模上节省了加工成本， 在流道表 面进行抛光处理减小流动阻力。 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却， 只有中心部位的 塑料熔体的流动状态较为理想， 因而分流道的内表面粗糙度 Ra并不一 定要很低，取 1.6μm 既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的 外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差， 以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。 (3)浇口设计 ABS 在熔融时显现比较

37、明显的非牛顿性，其熔体表面粘度随剪切 速率的升高而降低。如采用尺寸较大的浇口，能够降低流动阻力，促 使流动速率升高， 但熔体通过扁平式浇口时比小浇口剪切速率低， 导致熔体表观粘度升高， 从而使流动速率降低， 因此不能通过增大浇口尺寸来提高非牛顿熔体流动速率。 另外，注塑机注射时有一定的注射速率，浇口尺寸过大，浇口前后方的压力降△ P减小，会导致得不到理想的充模速率。 鼠标上盖制品壁厚较小流程相对过长不利于熔体充满整个型腔，对成型不利。剪切速率是影响 ABS熔体粘度的最主要因素，而粘度又直接影响熔体在模腔内的流动速率。 因此采用小浇口不但会大大提高熔体通过浇口时的剪切速率，

38、而且产生的摩擦热也会降低熔体粘度，以达到顺利充模的目的。 综合以上分析和考虑到制品和实际模具形状，浇口采用边缘浇口，位置在制件尾端内缘处，选在该位置不但模具简单，而且去除浇口的后加工操作也非常简单， 提高了工作效率， 也便于模具的机械加工，易保证浇口加工精度，试模时浇口尺寸易于修整。 将模型数据导入 Pro/E 的模流分析模块 -Plastic Advisor( 塑性顾问 ) 建立仿真分析。 浇口尺寸计算： 浇口采用边缘浇口 浇口深度 h=k. δ=1.15 2=2.3mm k 为材料系数查表得 ABS为 1.15,

39、 δ 为制品厚 2mm 浇口宽度 ω=k.A?/30=4mm 中型制件浇口长度取 1 4．注塑模成型零部件结构设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件， 包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔 体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件 要求有正确的几何形状， 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，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 设计成型零件时， 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

40、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， 对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 （1）分型面位置和形状的设计 该制品无需侧抽芯， 且为简化模具结构选择单分型面， 流道凝料连同制件一起由拉料杆从定模脱下再连同制品由推杆推出， 比之双分型面此种脱模过程较为简单易于操作。 图 4 分型面位置 如图 4，分型面位置选择首先要保证制品能顺利从型腔中脱出， 根据这个原则， 分型面应选在塑

41、料制品最大的轮廓线上， 而且此平面 与开模方向垂直。此制件按此原则有 1、2、3 三个分型面可供选择， 如果模具按 1-1 分型面分型不仅分型面复杂而且该分型面位于外观面 在脱模后在分型面的位置会留有一圈飞边， 即使这些飞边脱模后立即 割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故不选用，如按 3-3 分型面分型如果要顺利脱出制品还需加设侧抽芯，增加模具设计及生产难度故不选用，将 2-2 设为分型面比较科学合理有如下好处：①将分型面设在该位置可以将制品一次脱出②该分型面两侧制件表面粗糙度不同，精度要求较低的内壁面在冷却后产生的收缩对模具型芯有一

42、定的包紧力， 开模时有利于制件保留在动模一侧方便脱出③该分型面将精度要求不同的外观面与内壁隔开， 有利于降低模具型腔和型芯的加工难度， 可以将动模和定模以不同的精度一次加工成型④该分型面在注射时是塑料熔体最后到达的位置有利于利用分型面排气。 (2)型腔镶拼组合 制件上有两个用于配合的小孔， 虽然深度不大， 但由于开设在曲面上采用整体式型腔会造成加工上的困难， 故采用成型杆成型， 与凹 模过盈配合， 其余型腔部分采用整体嵌入式镶拼组合， 型腔可以用电 火花一次加工。 （3）排气方式 此制件属中小型，且注射速度中等，可以利

43、用分型面和成型杆的 间隙排气，不开设专门排气槽 [11] 。 (4)型腔成型尺寸计算 常用型腔成型尺寸的计算方法主要有两种： 平均收缩率法和公差带法，两种计算方法的区别在于平均收缩率法计算公式是建立在塑件的成型收缩率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨损量分别等于 它们各自平均值基础上， 当塑件的尺寸精度要求较高或塑件尺寸比较大时，这种误差有可能会显著增加， 这时一些模具设计单位就采用公差带法来进行尺寸计算， 平均收缩率法计算简单无需验算而公差带法计算复杂需要经过多次初算验算， 且考虑因素较多。 考虑到鼠标模具较简单制造成本低， 设计时间短故按平均收缩率法

44、计算成型尺寸比较简单易行。 采用 δZ , δC 取固定值的平均收缩率法： Lm--------- 型腔的径向工作尺寸 Lm=[Ls+ Ls Scp-（3/4 ）△ ] Ls--------- 塑件的径向图样尺寸 Scp-------- 收缩率的平均值，查表得 ABS收缩率范围是 0.03~0.08 △--------- 塑件尺寸公差 δZ -------- 型腔制造公差 δC -------- 型腔最大许用磨损量 , δC 取为塑件尺寸公差△的三分之 一 表 3.4: 公式表 δZ

45、, δC取固定值的平均收缩率法 型腔内径尺寸 型芯外径尺寸 型腔深度尺寸 型芯高度尺寸 中心距尺寸 查手册得 ABS 塑料收缩率波动为 0.3~0.8%。 ①型腔径向尺寸计算 以最大径向尺寸计算，测量得 Ls 为 102.25 mm,塑件精度选为 MT2对应的型腔加工精度为 IT9 ，以该精度查型腔的尺寸公差表，按照 A 类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△ =0.42mm, δC=△/3=0.14mm Lm=[102.25+102.25 （0.003+0.008）/2-（3/4）0.4

46、2]=102.500+042 ②型芯外径尺寸 以型芯最大径向尺寸计算，测量得 Ls 为 102.25 mm,塑件精度选 为 MT2对应的型腔加工精度为 IT9 ，以该精度查型腔的尺寸公差表， 按照 A 类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△ =0.42mm, δC=△ /3=0.14mm Lm=[100.25+100.25 （0.003+0.008 ）/2+(3/4) 0.42]=101 .12 0 -0.42 ③型腔深度尺寸 由 PRO/E测量得型腔深

47、度为 23.78mm，以 IT9 精度等级制造型腔查手 册，按 B 类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△ =0.32mm， δ C =0.1mm Lm=[25.8+25.8 （ 0.003+0.008 ）/2- （3/4 ） 0.32] 0+0.32 =25.720+0.32 ④型芯高度尺寸 PRO/E测量得塑件高度尺寸为 21.78mm，以 IT9 精度等级制造查手册 得，按 A 类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△ =0.20 ， δ Z=0.067mm

48、 hm=[21.78+21.78 (0.003+0.008)/2+(2/3) 0.20]0-0.067=21.967 0-0.067mm ⑤两成型杆的中心距 PRO/E测量得为塑件两孔邻近边距离 Cs=23mm,以 IT9 精度等级制造查手册，按 B 类受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△ =0.30mm， δ Z=0.11mm Cm=[23+23(0.003+0.008)/2] 0.055=23.1265 0.055mm （ 5）塑料模具力学设计 型腔近似椭圆形，按组合式圆形型腔计算公式计算

49、 [11] ①型腔侧壁厚计算 刚度计算： 2 型腔投影面积为 5600m,r 取 60mm,[σ ]=160MPa，允许变形量 δ取 0.05mm，u 为泊淞比取 0.25 ，型腔压力 p 取 50 MPa, 计算得 t=22.46mm 强度计算： t=r [ σ/( σ-2p )? -1]=38mm 取较大值，型腔侧壁厚设为 38mm. 3.4.5.2 型腔底板厚计算 h=35.74,取 37mm

50、 5.合模导向和定位机构设计 导向机构主要有导向、定位、承受侧压力三个作用，为了使合模 动作更加可靠平稳在型腔周围设四根导柱， 将导柱开设在动模侧即导 柱正装，为保护型芯， 避免合模时凸模进入凹模时由于方位搞错而损 坏模具或由于定位不准而互相碰伤 [8] ，设在动模上的导柱长度高出型 芯 6~8mm，导柱采用有肩导柱和导套配合的方式，安装段与模板间采用过渡配合 H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合 H7/f7 ，固定段表面粗糙度为 Ra1.6μm导向段表面用 Ra0.8μm，导柱需要有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低碳钢（ 2

51、0 号钢）渗碳（0.5~0.8mm深），经淬火处理（ HRC60）[16] 。 导套选用带轴肩连接的导套，导套内孔与导柱之间为动配合 H7/f7 ，外表面与模板孔为较紧的过渡配合 H8/k7，粗糙度内外表面均 用 Ra0.8μm，材料选用 20 号钢渗碳淬火处理，表面硬度为 HRC55，低于导柱 5 度 6.脱模机构设计 脱模机构采用推杆推出的典型结构， 推杆直接作用于塑件的内表面不会影响到外观。此机构由 7 个零件组成分别为推杆，推板，推杆固定板，拉料杆，复位杆，限位钉，推板导柱。推杆直接作用于塑件表面，将塑件推出模外，推杆需

52、要固定，因此设推杆固定板和推板，两板间螺钉连接； 注塑机上的顶杆作用在推板上； 为了确保推出板平行移动，推出零件不致于弯曲卡死，设有推板导柱和导套；推板的回程是靠复位杆实现的， 最后一个零件是拉料杆， 它的作用是勾着浇注系统的冷料使整个浇注系统随同塑件一起留在动模， 在推板与定模底板间设限位钉，限位钉有两个作用，一是使推板与底板间形成间隙，一但落入废料屑， 也不会影响推板复位。 另一个作用是在模具制造时可调节限位钉头部的厚度来控制推杆返回的位置。 脱模动作由注塑机液压系统来完成， 有利于提高生产效率。 推出位置设在脱模阻力较大的六处地方， 推杆端面加工为与凸模曲面近似的斜 面，有利于

53、保持塑件壁厚一致，且端面等于或高于型芯0.05~0.1mm，否则会影响外观和使用，推杆直径 5~6mm,推杆和推杆固定板采用轴肩连接， 在推杆固定板上同时安装四根复位杆和四根导柱起复位和导向作用。所选分型面无需侧抽芯，顾不涉及。 脱模力计算： p=E.ε. t.cos α/(1- μ)r E--- 塑料拉伸弹性模量， ABS取 2500 ε ---- 塑料收缩率， ABS取 0.5% μ ---- 塑料泊松比， ABS取 0.25 α--- 拔模，内壁拔模角为 1 r--- 型芯平均半径，为 4.37

54、mm 计算得 p=7.63MPa 7.模温调节系统 前已述明本制件无须对模具加热，只需考虑冷却问题 水的体积流率： =1.1 586/[70 10004.183 （ 27-20 ）] =3.145 10-4 冷却水的流速： ν =qv/A =3.145 10-4 10004/(3.14 152) =1.78m/s 传热系数： 传热面积：

55、 水孔数 取 n=3，即布置三根冷却水道 m--- 单位时间注入模具中的塑料质量 (kg ／s) Q0--- 在模腔内单位质量熔融塑料凝固所放出的热量 KJ/KgK ρ -- 冷却水的密度 (kg/m 3 ) ； Cp2--- 冷却水的定压比热容 KJ/KgK T1-- 冷却水出口温度； T2-- 冷却水进口温度； A0---- 与入口冷却水温有关的物理常数； △ T------ 平均温差； d-------- 

56、 水孔直径； b------  模具上冷却水孔深，即模宽 PRO/E塑性顾问分析结果： 8.模具材料 塑料模具的工作条件与冷冲模有所不同， 一般都必须在一定温度 （ 150℃~2O0℃）条件下进行工作，除了要受到一定压力作用外，还要承受温度的影响。 因此对塑料模的成型零件， 除了要求必须具有足够的强度、硬度和良好的加工性能之外，还要求热稳定性好，温度差 异引起的尺寸变化率小。 选取常用的 45牌号的优质碳素钢经调质处理 后有一定的强度和耐磨性用于模架材料。 高碳工具钢、 低合金工具钢

57、 经过热处理后具有较高的强度和耐磨性， 用于成型零件。 而型腔和型 芯用 50号钢以改善表面抛光性能和耐磨性能。 结语 鼠标上盖是薄壳塑件且出于该产品产品外形美观， 手感好的使用要求，零件的外形全部设计为为曲面， 本研究采用 Pro/E 三维建模软件软件进行特征分解， 该软件基于特征以及参数化的特点使其具有强 大的功能，能够解决这种特殊问题。为获得高质量的产品，采用数值 模拟与经验设计相结合的方法对鼠标上盖成型规律进行了探讨和研 究，使整个模具的设计制造周期缩短， 优化了模具的结构和工艺参数， 大大减少了试模的

58、次数，提高工作效率。利用 CAE软件，方便的观测 到零件的凝固、充模等过程，寻找出塑件可能出现的成型缺陷，从而 在模具的工艺参数、塑件的尺寸形状性能特点之间获得最佳的匹配。 致谢 在本论文的完成过程中， 我的导师周欣老师给予了我悉心指导和 热情鼓励，使我顺利完成了论文工作。他严谨的治学态度、渊博的知 识和执着的敬业精神给我留下了深刻印象。 激励我克服困难， 广泛涉 猎新思想、新理论，不断地探求新的科学发展。同时，也让我懂得如 何去踏踏实实地工作、勤勤恳恳地做人。论文工作量十分大，没有试 验条件

59、，加之我的模具设计实践操作知识很少， 在做课题的过程中遇 到了很多困难，论文在周老师的热心帮助下才得以顺利完成，在此， 谨向周老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。 同时，感谢在做课题过程中为我提供便利和帮助的老师和同学 们。 感谢班的所有同学们， 感谢我们在一起度过的这段忙碌又偷快的时光。 在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意 ! 衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授 ! 参考文献： [1] 中国模具工业协会 . 模具行

60、业“十一五”规划 [J] . 模具工业 .2005 ， 7 [2] 张正修 . 模具产业的现状及发展对策 [J]. 五金科技 .2005 ， 8 [3] 钟佩思 , 沈友徽 , 马静敏等 . 模具先进制造技术发展趋势综述 [J]. 模具制 造 .2005 ，3 [4] 李德群，肖祥芷 . 模具 CAD／ CAE／ CAM的发展概况及趋势 [J]. 模具工业 .2005 ， [5] 张克惠 . 塑料材料学 [M]. 西北工业大学出版社 .2000 ，5：70 [6] 田学军 . 注塑过程分析及工艺参数设定 [J]. 机械工程师 .2005 ，8 [7] 黄锐 . 塑料成型工艺学 [M]. 中国轻工业出版社 .2005 ，1：145 [8] 申开智 . 塑料成型模具 [M]. 中国轻工业出版社 .2005 ，7：34 0