鼠標上蓋注塑模具設計與仿真加工設計畢業論文
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1、 目 錄 1 序言..........................................1 1.1選題依據 .......................................................1 1.2 國內外研究概括及發展趨勢 ...................................... 2 1.3研究內容及實驗方案 .............................................8 1.4 目標，主要特色..........................................
2、........8 2 鼠標上蓋的三維建模............................10 3 模具設計.....................................14 3.1概述...........................................................14 3.2型腔數目的確定.................................................14 3.3注射模澆注系統設計.............................................15 3.4 注塑
3、模凹凸模設計.............................................18 3.5 注射模的導向及脫模機構設計....................................20 3.6 模架的選取....................................................23 3.7 冷卻系統的設計................................................24 4 鼠標上蓋的NC仿真加工.........................25 結 語............
4、................................44 參考文獻............................................44 致 謝............................................46 摘要 本課題采用Pro/E以及EMX軟件對鼠標上蓋制品進行了零件造型及其模具設計。綜合運用了注塑成形工藝與注塑模具設計的相關知識，從材料、厚度均勻性、脫模角和各成型面等方面分析了該零件的注塑成形性；根據零件體積和模具裝配尺寸選擇注射成形設備；在綜合考慮生產批量、生產效率、精度
5、要求等問題的基礎上，制定了零件的成形工藝方案；進行了注塑?？傮w結構和零部件設計，繪制了模具裝配圖。 關鍵詞：注塑模具；鼠標上蓋；Pro/E；EMX Abstract The subject used Pro / E and EMX software products for the mouse covers parts of the modeling and mold design.Synthetically utilized the related knowledge of injection process and injection mo
6、uld design,the mould of a back cover of a lap top was designed. Considerating material,thickness uniformity,ejection angle and pating surface,the injection performance of this part was analysised; based on synthetically considerating the injection procedure requests,product lot,productivity,precisio
7、n requests, the process plan was established; the injection mould structure and the entire mould-parts were designed; the mould assembly drawing and the parts drawings of the main parts were drew; According to the volume of the part and the assembly size of the mould,injection machine was selected
8、.KeyWords: Injection mold; The top cover of mouse; Pro/E; EMX 1 序言 1.1， 選題依據 隨著市場經濟的發展，機械制造業的生產類型正在由原來的大批量生產方式被小批量多品種的生產方式代替，為滿足客戶對產品多樣化的要求，一些先進制造技術應運而生。例如DT、CAD、CAPP、CAM、CIMS、CE、AM、LP等。CAD是先進制造技術的核心與關鍵，而各種模具的計算機輔助設計與制造是目前先進制造技術的重要組成部分，也是機械制造業中很實用的部分，發展相當迅速。隨著塑料工業的飛速發展，各種塑料制品已
9、廣泛應用于國民經濟的各個領域，其中大部分塑料制品皆是通過注塑成型工藝來加工的，塑料模具也因此成為被廣泛使用的一類模具。 目前，CAD在我國的應用正處于初級階段，一些企業單位還只停留在二維的計算機輔助設計階段，當然也有不少單位引入了國外大型的先進設計軟件，真正實現了三維計算機輔助設計，同學們畢業后將面臨著利用計算機進行三維設計的問題。因此，本設計題目具有極強的實用性與前沿性 1.2 國內外研究概括及發展趨勢 1.21模具工業的概況 在討論注塑模設計之前，先要對國內外的塑料模具工業的狀況、塑料模具工業的發展方向有一個較清晰的了解，這也就使我們對本課題的意義有所了解
10、。首先要對模具有一個整體的認識。模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業產品的基礎工藝裝備之一。作為工業基礎，模具的質量、精度、壽命對其他工業的發展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業之母”，對國民經濟發展起著不容質疑的作用。 模具工業是制造業中的一項基礎產業，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業的重要領域，在歐美等工業發達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業” ；美國工業界認為“模具工業是美國工業的基石”;德國則認為是所有工業中的“關鍵工業” ;日本模具協會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業發展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產
11、業年產值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產值9000億日元。如今，世界模具工業的發展甚至己超過了新興的電子工業。在模具工業的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%[1]。 塑料模具工業是隨塑料工業的發展而發展的。塑料工業是一門新興工業。自塑料問世后的幾十年以來，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業發展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業部門不可缺少的材料[2]。 目前在國民經濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設備、照相機、汽
12、車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業產品、日用品以及家用電器行業中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經向塑料化方向發展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術領域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產量 電信、輕工、建筑業產品、日用品以及家用電器行業中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經向塑料化方向發展。近幾
13、年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術領域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產量已超過有色金屬產量的總和[3]。 塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎裝備。用塑料模具生產的主要優點是制造簡便、材料利用高、生產率高、產品的尺寸規格一致，特別是對大批量生產的機電產品，更能獲得價廉物美的經濟效果。塑料模具的現代設計與制造和現代塑料工業的發展
14、有極密切的關系。隨著塑料工業的飛速發展，塑料模具工業也隨之迅速發展。 在我國，隨著國民經濟的高速發展，模具工業的發展也十分迅速。1999年中國大陸制造工業對模具的總市場需求量約為330億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。汽車、摩托車行業的模具需求將占國內模具市場的一半左右。1999年，國內汽車年產量為183萬輛，保有量為1500萬輛，預計到2005年汽車年產量將達600萬輛。僅汽車行業就將需要各種塑料件36萬噸，而目前的生產能力僅為20多萬噸，因此發展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調等，在國內的市
15、場很大。目前，我國的彩電的年產量己超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調的年產量均超過了100萬臺。家用電器行業的飛速發展使之對模具的需求量極大。到2010年，在建筑與建材行業方面，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達到50%，這些都會大大增加對模具的需求量。其它發展較快的行業，如電子、通訊和建筑材料等行業對模具的需求，都將對中國模具工業和技術的發展產生巨大的推動作用[1]。 1.22 我國塑料模具工業和技術現狀及地區分布 在中國，人們已經越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術水平的高低，已成為衡量一個國家制造業水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品質量、效
16、益和新產品的開發能力。我國塑料模工業從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產l8英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6. 5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。如天津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產厚度僅為0. 08mm的一模兩
17、腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0. 02 ~ 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10~30萬次，淬火鋼模達50 ~100萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29~34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯
18、等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率不到10%,與國外的50~80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業為代表，陸續引進了相當數量的CAD/CAM系統，如美國EDS的UG II、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的C
19、imatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業中，實現了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發展。近年來，我國自主開發的塑料模CAD/CAM系統有了很大發展，主要有北航華正軟件工程研究所開發的CAXA系統、華中科技大學開發的注塑模HSC5.0系統及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點為進一步普及模具CAD/CAM技術創造了良
20、好條件[1]。 近年來，國內己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距[3]。技術比較見表1 國內外塑料模具技術比較表 項目 國內 國外 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 u
21、m Ra0.20 um 非淬火鋼模具壽命 10-60萬次 10~30萬次 淬火鋼模具壽命 160~300萬次 50~100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標準化程度 70~80% 小于30% 中型塑料模生產周期 一個月左右 2~4個月 目前，全世界模具的年產值約為650億美元，我國模具工業的產值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業的技術水平己取得了很大的進步，但總體上與工業發達的國家相比仍有較大的差距[2]。 我國模具工業起步晚，底子薄，與工業發達國家相比有很大的差距，但在國家產業政策和與
22、之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業發展迅速。據統計，我國現有模具生產廠近2萬家，從業人員約50萬人，“九五”期間的年增長率為13%. 2000年總產值為270億元，占世界總量的5%。但從總體上看，自產自用占主導地位，商品化模具僅為1/3左右，國內模具生產仍供不應求，特別是精密、大型、復雜、長壽命模具，仍主要依賴進口。目前，就整個模具市場來看，進口模具約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進口比例達40%以上。因此，近年來我國模具發展的重點放在精密、大型、復雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進口逐漸下降，模具技術和水平也有長足的進步。近年來，模具行業結構調整和體制
23、改革步伐加快，主要表現為：大型精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發展速度快于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業模具廠數量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業發展迅速，尤其是“三資”企業目前已成為行業的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區發展快于中西部地區，南方的發展快于北方。目前發展最快、模具生產最為集中的省份是廣東和浙江，這2個省的模具產值已占全國總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發展態勢也很好。我國模具年生產總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比工業發達國家落后許多，其差距主要表現在下
24、列六方面： 1.國內自配率不足80％，中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。 2.企業組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。 3.模具產品水平和生產工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多。 4.開發能力弱，經濟效益欠佳。我國模具企業技術人員比例較低，水平也較低，不重視產品開發，在市場中常處于被動地位。 5.模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。 6.與國際先進水平相比，模具企業的管理落后更甚于技術落后[1]。 縱觀發達國家對模具工業的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業發展滯后的直接原因。模具技術
25、水平的高低，決定著產品的質量、效益和新產品開發能力，它已成為衡量一個國家制造業水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發展的技術和產品，現代模具是多學科知識集聚的高新技術產業的一部分，是國民經濟的裝備產業，其技術、資金與勞動相對密集。提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準件是模具基礎，其大量應用可縮短模具設計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質量。 早在1989年，在國務院頒布的《關于當前產業政策
26、要點的決定》中，模具被列為機械工業技術改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術和設備列入《當前國家重點鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》和《鼓勵外商投資產業目錄》。經國務院批準，從1997年開始對部分模具企業實行了增值稅返還70%的優惠政策。所有這些國家對模具工業采取的優惠政策也將對其發展提供有力支持[1]。 在科技發展中，人是第一因素，因此我們要特別注重對知識的更新與學習，實現產、學、研相結合，培養更多的模具人才，搞好技術創新，提高模具設計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現實技術，逐步走向網絡化、智能化環境，實現模具企業的敏捷制造、動態聯盟與系統集成。我國模具工業一個完
27、全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。 1.23 我國塑料模具工業和技術今后的主要發展方向 在信息社會和經濟全球化不斷發展的進程中，模具行業發展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經濟快速方面發展，技術含量不斷提高，模具生產向著信息化、數字化、無圖化、精細化、自動化方面發展；模具企業向著技術集成化、設備精良化、產品品牌化、管理信息化、經營國際化方向發展。 模具技術的發展趨勢主要是：①CAD、CAM、CAE的廣泛應用及其軟件的不斷先進和CAD／CAM／CAE技術的進一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產品數據管理)、CAPP(計算機輔助工藝設計管理)、K
28、BE(基于知識工程)、ERP(企業資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統)及Internet平臺等信息網絡技術的不斷發展和應用； ③高速、高精加工技術的發展與應用；④超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術的發展與應用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術的發展與應用；⑥熱流道技術、精密測量及高速掃描技術、逆向工程及并行工程的發展與應用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發展及進一步推廣應用；⑧優質模具材料的研制及正確選用；⑨模具自動加工系統的研制與應用；⑩虛擬技術和納米技術等的逐步應用[1]。 1.24 注塑模具CAD發展概況及趨勢 計算機輔助設計((Computer Ai
29、ded Design, CAD)是當代計算機應用的一個重要領域。隨著計算機硬件和軟件技術水平的迅速提高，CAD技術及其應用一直處于日新月異的發展浪潮中。作為CAD技術應用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機輔助設計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內外普遍關注的熱點。 三十多年來，國外注射模CAD技術發展相當迅速。70年代己開始應用計算機對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內的流動情況進行分析。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔內塑料熔體的流動過程，使設計人員可以依據理論分析并結合自身的經驗，在模具制造前對設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，
30、提高模具質量。近十年來，注射模CAD技術在不斷進行理論和實驗研究的同時，十分注意向實用化階段發展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實際使用中不斷改進、提高和完善。比較有代表性的軟件系統有: 澳大利亞Moldflow PTY公司的Moldflow系統該系統具有很強的注射模分析模擬功能，包括繪制型腔圖形的線框造型軟件SHOD，有限元網格生成軟件FMESH，流動分析軟件FLOW，冷卻分析軟件COOLING，流動、冷卻分析結果和模架應力場分布的可視化顯示軟件FRES以及翹曲分析模擬軟件。 美國CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系統該系統包括三維幾何形狀描述軟件O
31、PTIMOLD III，二維注射流動分析軟件SIMUFLOW，三維有限元流動分析軟件SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件SIMUCOOL，標準模架(美國DME標準)選擇軟件OPTIMOLD等部分。 美國和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT專家系統，該系統包括材料選擇TMC-MS、注射工藝條件和模具費用優化TMC-MCO、注射流動分析TMC-FA、型腔尺寸設計TMC-CSE和模具傳熱分析TMC-MTA等功能模塊。 德國IKV研究所的CADMOULD系統，該系統具有注射模流動分析、冷卻分析和力學性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系
32、統則采用有限元法進行三維型腔的流動分析。 我國在注射模CAD技術開發、應用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內部分大中型企業先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統的研制與開發工作。 多年來，我國對注射模設計制造技術及其CAD的開發應用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術”、“多型腔小模數齒輪精密模具制造技術”和“實用CAD/CAM技術在精密注射模制造中的應用”等國家重點企業技術開發項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關項目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系統研究”。這些
33、項目的成果對促進我國注射模CAD技術的迅速發展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術的發展和應用水平得到很快提高[1]。 我國在注射模CAD技術研究與開發方面較具代表性的工作有: 華中理工大學是國內較早自行開發研究注射模CAD/CAE/CAM系統的單位之自80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬方面進行了較深入的研究與開發工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統HSC-1。該系統包括塑料制品三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強度與剛度校核及模具圖設計與繪制等功能，在一些企業單位應用取得較好效果，現已實現商品化。 浙江大學基于工作站的UG II系
34、統開發出精密注射模CAD/CAM系統。該系統采用特征造型技術構造產品模型，使形狀特征表達與工藝信息描述統一，并利用特征反轉映射實現了型腔模型的快速生成。 上海交通大學從1983年開始，對注射模CAD進行了多方面的研究。在國內首次將人工智能技術引入注射模CAD系統中，并于1988年開發出集成化注射模智能CAD系統?，F在在工作站UG II平臺上進一步開發智能CAD/CAE/CAM系統。 北京航空航天大學華正模具研究所開發的注射模CAD/CAE/CAM系統具有塑料產品線框造型、曲面造型、分析模擬和數控仿真與數控加工程序生成等功能，具有很高的技術水平與實用價值。 合肥工業
35、大學在注射模結構CAD技術方面進行了多年的研究與開發工作，先后研制出微機注塑模CAD系統PMCAD和微機注塑模CAD三維系統IPMCAD V3.0，取得了較好的成績。IPMCAD3.0系統在微機上采用三維實體模型、實體造型技術，使系統在設計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧。現在以AutoCAD 813.0和MDT作為環境，進一步采用參數化特征模型、特征建模技術和裝配模型技術，研制出注射模CAD三維參數化系統IPMCAD V4.0，在技術水平、實用性與通用性方面都達到較高水平[4]。 1.3 研究內容及實驗方案 本文將對鼠標上蓋成型的幾個關鍵問題:鼠標制品外形的設計與建模、最佳
36、成型方法的選擇，分析最佳成型工藝，模具設計并進行理論和試驗研究。 1.31 鼠標上蓋制品外形設計 本課題利用Pro/E軟件對鼠標上蓋進行實體建模，Pro/E的圖形設計是基于三維的，它與傳統的二維繪圖有著本質的區別。生成的模型直觀，立體感強，可以在任何角度進行觀察。另外系統還能計算出實體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等。使設計者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立體圖生成三視圖，大大提高工作的效率和準確性。 1.32 最佳成型方法的選擇 比較幾種可用于成型鼠標外殼這種薄壁單分型面制品的常用塑料加工方法，根據產品開發依據和使用要求選擇合理的成型方法。 1.33
37、分析最佳成型工藝 鼠標上蓋為薄壁制件，比表面積大，可能的工藝方案較多，工藝方案的優劣直接影響到產品質量、生產成本以及生產效率。本文在對塑件進行分析的基礎上，確定并優化了工藝方案。具體內容如下： (1)對塑件成型工藝性進行分析，對可能的工藝方案進行比較分析，初步得出可能的工藝方案以及其可行的條件。 (2)根據產品開發依據及成型要求，確定工藝方案。 1.34 模具設計 1．模具結構分析和確定 針對鼠標上蓋尺寸小，精度高的特點，根據工藝方案和零件的形狀特點、精度要求、生產批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求，對模具進行分析，確定模具的合理結構。 2．模具主要零部件的結構
38、設計 根據模具結構型式和特點，確定模具工作、導向以及固定等并確定模具主要零件的形式以及尺寸。 本研究的主要目的是通過一個具有代表性模具的分析研究，從而達到掌握具有復雜曲面模具的設計制造以及加工的方法。 1.4，目標，主要特色 電器產品是人們日常生活必不可少的生活用品，人們對電器產品的要求從實用性、可靠性己經提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經濟性等方面的要求，從而對電器產品也提出了許多新的要求。對電器產品的這種不斷提出的新要求，促使電器產品的外形不斷的改進，外形零件的生產技術也不斷得到新的發展，使電器產品外殼零件成形技術在成形領域中占有越來越重要的地位。目前，
39、電器產品的外形設計及加工技術日益受到了國內外的高度重視，德國、美國、日本等發達國家在這方面的研究已經取得相當的進展。他們的電器產品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設計高效快捷，產品更新換代加快。如臺灣的羅技公司，其鼠標產品外形美觀，設計人性化，使用壽命長。 目前，國內在電器產品外觀零件設計制造方面的研究還處于初級階段，與發達國家的差距很大。由于電器產品美觀性的要求，零件外形多為復雜曲面，傳統的設計方法在對零件成形過程分析以及對產品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產品成形過程數值模擬技術跟不上的現狀己經成為制約產品開發和生產的一個瓶頸。面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進水平，不斷
40、提高電器產品外觀零件的質量，降低設計和生產成本，加快生產周期。因而，鼠標上蓋成形技術的研究與開發具有相當重要的理論意義和實用價值。以此作為一個突破口，帶動和促進相關電器產品外觀零件注塑成形技術的發展和技術創新。 1.5．參考文獻 【1】 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計. 機械工業出版社，1995 【2】 彭建聲. 簡明模具工實用技術手冊. 機械工業出版社，1993 【3】 唐志玉. 模具設計師指南. 國防工業出版社，1999 【4】 《塑料模設計手冊》編寫組. 塑料模設計手冊. 機械工業出版社，1994 【5】 賈潤禮，程志遠. 實用注塑模設計手冊. 中國輕工業出版社
41、，2000 【6】 廖念釗. 互換性與技術測量. 中國計量出版社，1991 【7】 黃毅宏. 模具制造工藝. 機械工業出版社，1999 【8】 模具制造手冊編寫組. 模具制造手冊. 機械工業出版社，1996 【9】 馮炳堯，韓泰榮，蔣文生. 模具設計與制造簡明手冊. 上海科學技術出版社，1998 2 鼠標上蓋的三維建模 2.1 創建新零件 1.在Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系統中選擇主菜單欄文件→ 新建命令 2.在圖2-1所示的新建對話框中，選擇文件的類型為零件、子類型為實體，改變系統默認的文件名為mouse，不選中
42、使用缺省模板復選框。 圖2-1 建立新文件 3.單擊對話框中的確定按鈕。進入新文件選項對話框，選擇模板類型為mmns_part_solid，并單擊確定按鈕。 2.2創建雙向拉伸曲面 1.在繪圖區或模型樹中選取基準平面FRONT為草繪平面，系統已自動選擇基準平面RIGHT為右側參照平面，如圖2-2所示。單擊進入草繪模式。 圖2-2 草繪對話框 2.繪制的截面如圖2-3所示。 圖2-3 草繪尺寸繪制 3.繪制完成后，在操控板中選擇特征創建的方式為，在數值文本框中輸入60.0為雙向拉伸的長度。 4.單擊圖標完成拉伸曲面的創建。 2.3.創建落下曲線的參照草繪曲
43、線
單擊建模工具欄的造型圖標，進入系統的造型模塊。繪制如圖所示線條。
2.4創建落下曲線
1.在造型工具欄中單擊圖標，利用前一步驟創建的草繪曲線在拉伸曲面上創建落下曲線。
2.在繪圖區中按住
44、任意位置右擊。在出現的快捷菜單欄中選擇添加點命令，在所選位置添加一個插值點，如圖16所示。
4.通過調整曲線內部的三個插值點和切線向量來改變平面曲線的外形，使之符合產品設計的意圖，并點擊完成按鈕。
2.6創建兩條自由曲線
1.在右側造型工具欄中單擊圖標。
2.在操控板中選擇曲線的類型為自由。在繪圖區中按住
45、 5.單擊圖標完成自由曲線的編輯。用同樣的方法完成另外一條自由曲線的創建和編輯 2.7將自由曲線混合成自由曲面 1.在右側造型工具欄中單擊圖標，在下面的步驟中將選取4條邊界曲線和兩條內部曲線以構成自由曲面。 2.單擊編輯工具欄中的鏡像圖標繪制另一半。 3.繪制完成成的鼠標上蓋如圖所示 鼠標上蓋 3 模具設計 3.1概述 在對鼠標上蓋進行
46、零件工藝性分析的基礎上，通過經驗設計與數值模擬相結合的方法，最終確定了零件成形的最佳工藝方案。再根據該工藝方案，確定成形最終零件形狀，因此，成形模具的設計是本課題的一個比較關鍵的問題 3.2 型腔數目的確定 考慮到制件較小，由于大批量生產，所以我們采用一模兩腔的形式。采用對稱式分布。 3.3注射模澆注系統設計 3.31 主流道和冷料穴 主流道頂部設計成半球形凸坑，以便與噴嘴銜接，防止主流道與噴嘴處溢料，為避免高溫塑料熔體溢出，凹坑球半徑比噴嘴球頭半徑大2mm，如果凹坑半徑小于噴嘴球頭半徑則主流道凝料無法一次脫出[9]，由于主流道與注塑機的高溫噴
47、嘴反復接觸和碰撞，所以設計成獨立的主流道襯套，選用45#鋼材并經熱處理提高硬度，設計獨立的定位環用來安裝模具時起定位作用，主流道襯套的進口直徑略大于噴嘴直徑1mm以避免溢料并且防止銜接不準而發生的堵截。 為避免前端冷料進入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道的對面設冷料穴，對于臥式注塑機冷料井設在與主流道末端相對的動模上，在脫模時制件的活動方向不受限制所以采用底部帶Z型頭拉料桿的冷料穴。 3.32 分流道 模具采用一模兩腔對稱布置，型腔數過多影響制品精度，而型腔數過少生產效率太低不能達到使用要求，故采用一模兩腔。為使塑料熔體以等速度充滿兩型腔，分流道在模具上采用對稱等距離分布，在注射時采
48、用對稱分布可以使型腔和澆注系統投影面積重心更接近鎖模力的中心，避免局部脹模力過大影響鎖模。分流道長度也盡可能短小，便于注射成型過程中最經濟地使用原料和注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。 分流道截面形狀和尺寸也對塑料熔體的流動和模具的制造難易及脫模有影響，常用的流道截面形狀有圓形、梯形。U形和六角形等。在流道設計中要減少在流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大；要減少傳熱損失，就希望流道的表面積小。通過資料可以知道，圓形和正方形的流道效率最高。本制件由于體積較小，且不為平面，采用半圓形。 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態較為理想，因而分流道的內表
49、面粗糙度Ra并不一定要很低，取1.6μm 既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。 3.33 澆口設計 側澆口一般開設在模具的分型面上，從制品的邊緣進料。側澆口的厚度h決定著澆口的固化時間，在實踐中通常是在容許的范圍內首先將側澆口的厚度加工的薄一些，以調節澆口的固化時間[10]。 側澆口廣泛應用在中小制件的多型腔注射模，其優點是截面形狀簡單。易于加工。便于試模后修正。 澆口的理想尺寸很難用理論公式計算，通常根據經驗確定，取其下限，然后在試模過程中逐步加以修正。一般澆口的截面積為分流道
50、截面積的3%～9%，截面形狀常為矩形或圓形，澆口長度為0.5～2mm，取1mm。表面粗糙度Ra不低于0.4μm。 澆口的截面一般只取分流道截面積的3％～9％，澆口的長度約為0.5mm～2mm，側澆口側澆口查表5-4(常用的澆口形式)《塑料成型工藝與模具設計》。這里選用圓形截面的側澆口。 圖3-4澆注系統 圖3-5冷料穴與分流道 圖3-6 帶Z形頭的拉料桿 所選用的澆口襯套為SJAC，具體參數如圖所示： 3.4 注塑模凹凸模設計 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件既為凹凸模型面，又稱為成型零件，包括
51、凹模、型芯、鑲塊、成型桿等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓料流的沖刷，脫模時與塑件間還發生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核[11]。 3.41 分型面位置和形狀的設計 該制品無需側抽芯，且為簡化模具結構選擇單分型面，流道凝料
52、連同制件一起由拉料桿從定模脫下再連同制品由推桿推出，此種脫模過程較為簡單易于操作。 分型面的選擇是否合理對于塑件質量、模具制造與使用性能均有很大的影響，它決定了模具的結構類型，是模具設計工作中的重要環節。模具設計時應根據制品的結構形狀、尺寸精度、澆注系統形式。推出方式、排氣方式及制造工藝等多種因素，全面考慮，合理選擇。 選擇分型面總的原則是保證塑件質量，且便于制品脫模和簡化模具結構。 下面具體說明一下分型面選取的原則： （1） 選擇分型面應盡可能使塑件開模時留在動模。 （2） 分型面應盡可能選在不影響外觀的部位。 （3） 分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度。 （4） 分型面的選擇應
53、有利于排氣。 （5） 分型面的選擇應有利于模具零件的加工。 （6） 分型面的選擇應該考慮注塑機的的技術規格[12]。 綜上所述，本次課題鼠標的分型面設計應該考慮在鼠標的下表面完成，分為兩步。第一步是將內表面全部復制，第二步則是使用裙邊指令設計新的分型面，然后再將兩個曲面進行合并[13]。 圖3-8 分型面 圖3－3為利用復制命令、排除孔命令以及邊界混合命令做出的分型面。 利用裙邊指令完成的最后的分型面如圖3-9圖3-10所示： 圖3-9 裙邊所設計的分型面(a) 圖3-10裙邊所設計的分型面(b) 3.42 凹凸模型面設計 凹凸模型面設計主要應在保證塑件
54、質量要求下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮[14]。 圖3-11 圖3-12 3.5 注射模的導向及脫模機構設計 3.51 導向機構設計 導向機構主要用于保證動模和定模兩大部分或模內其他零部件之間的準確對合，起定位和定向作用。設在動模上的導柱長度高出型芯6~8mm，導柱采用有肩導柱和導套配合的方式，安裝段與模板間采用過渡配合H7/k6，導向段與導向孔間采用動配合H7/f7，固定段表面粗糙度為Ra1.6μm導向段表面用Ra0.8μm，導柱需要有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的芯部，因此采用低碳鋼(20號
55、鋼)滲碳(0.5~0.8mm深)，經淬火處理(HRC60)[16]。 導套選用帶軸肩連接的導套，導套內孔與導柱之間為動配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/k7，粗糙度內外表面均用Ra0.8μm，材料選用20號鋼滲碳淬火處理，表面硬度為HRC55，低于導柱5度。 導柱 導套 3.52 脫模機構（推桿）的設計 脫模機構采用推桿推出的典型結構，推桿直接作用于塑件的內表面不會影響到外觀。此機構由7個零件組成分別為推桿，推板，推桿固定板，拉料桿，復位桿，限位釘，推板導柱。推桿直接作用于塑件表面，將塑件推出模外，推桿需要固定，因此設
56、推桿固定板和推板，兩板間螺釘連接；注塑機上的頂桿作用在推板上；為了確保推出板平行移動，推出零件不致于彎曲卡死，設有推板導柱和導套；推板的回程是靠復位桿實現的，最后一個零件是拉料桿，它的作用是勾著澆注系統的冷料使整個澆注系統隨同塑件一起留在動模，在推板與定模底板間設限位釘，限位釘有兩個作用，一是使推板與底板間形成間隙，一但落入廢料屑，也不會影響推板復位。另一個作用是在模具制造時可調節限位釘頭部的厚度來控制推桿返回的位置[17]。 脫模動作由注塑機液壓系統來完成，有利于提高生產效率。推出位置設在脫模阻力較大的六處地方，推桿端面加工為與凸模曲面近似的斜面，有利于保持塑件壁厚一致，且端面等于或高于
57、型芯0.05~0.1mm，否則會影響外觀和使用，推桿直徑5~6mm，推桿和推桿固定板采用軸肩連接，在推桿固定板上同時安裝四根復位桿和四根導柱起復位和導向作用。所選分型面無需側抽芯，顧不涉及。 圖3-18 推桿 3.6 模架的選取 模具采用一模兩腔。對模具總體布局和尺寸進行估計，擬選用FUTABA公司 SC－Type型(兩板)模架，用Pro/E的EMX插件自動生成。 圖3-20 SC－Type模架 對模架尺寸進行必要的修改，修改后的尺寸如圖3-21所示： 圖3-21 模架具體尺寸圖 圖3-22動模尺寸圖 圖3-23定模尺寸圖 3.7 冷卻
58、系統的設計 在注塑成型中，模具的溫度直接影響到塑件的質量和生產效率。有些塑件的物理性能，外觀和尺寸精度要求較高，對模具的溫度要求十分嚴格，為此要設計專門的模溫調節器[21]。前已述明本制件無須對模具加熱，只需考慮冷卻問題。模具的冷卻主要采用循環水冷卻方式。 圖3-24 A板冷卻水路 圖3-25 B板冷卻水路 圖3-26 冷卻水路 4 鼠標上蓋的NC仿真加工 4.1創建工藝文件 1.立新NC文件 點擊新建按鈕，在彈出的對話框中選取“制造”，“NC組件”，文件名為01，取消使用缺省模板選項，單擊確定。
59、在出現的新文件選項對話框中，選擇mmns_mfg_nc模板，單擊確定按鈕，進入Pro/NC模塊。 以裝配方式參照模型 在制造菜單中依次使用制造模型→裝配→參照模型命令，在系統彈出的對話框中選擇mold_core.prt鼠標型芯，單擊確定。 用鼠標選取坐標系NC_ASM_DEF_CSYS和CS0坐標系，系統自動選擇裝配約束類型為坐標系，單擊按鈕，完成參照模型的放置。結果如圖5-1所示。 圖5-1 參照模型放置結果 2.以草繪方式創建工件 ①在制造模型中依次使用創建→工件命令，并在系統彈出窗口中輸入01為文件名。 在制造模型菜單中依次使用實體→加材料→拉伸→實體→完成命令。系統彈出拉
60、伸特征控制面板，如圖5-2所示。 圖5-2 拉伸特征控制面板 ②在拉伸特征控制面板中使用默認的拉伸為實體按鈕，用以生成實體特征。 ③單擊打開特征操控面板放置選項卡，在其中單擊定義按鈕，系統出現草繪對話框，在工作區選擇凸模底面為草繪平面NC_ASM_FRONT基準面為草繪視圖的底部，設置完畢后點擊到會按鈕，進入草繪狀態。 在拉伸特征操控面板中，輸入拉伸長度為65。 單擊進行預覽，確認無誤后單擊按鈕，完成拉伸特征即工件的創建，結果如圖5-3所示。 5-3 創建的工件 4.2.制造設置 1.進行機床的設置 ①使用制造→制造設置→操
61、作菜單命令，打開操作設置對話框。 在操作設置對話框中單擊圖標，打開機床設置對話框，在其中進行工作機床的設置 ②輸入機床名稱mill；選擇選擇機床類型為銑削；選擇機床聯動的軸數為3軸，單擊確定完成設置，完成的機床設置對話框如圖5-4所示 圖5-4 加床設置對話框 2.進行工件坐標系的設置 在操作設置對話框一般選項卡參照欄中加工零點后單擊按鈕，系統彈出制造坐標系菜單。在工作區單擊選取NC_ASM_DEF_CSYS坐標系，作為工件坐標系。 4.3進行退刀設置 在操作設置對話框一般選項卡退刀欄中打擊按鈕，系統彈出退刀選取對話框。 選取加工料的上表面，并在值中輸入10，單擊確定完成設置并
62、返回操作設置對話框，單擊確定完成制造設置。 4.4創建銑削加工窗口 1.單擊右側創造右側形狀工具欄中銑削窗口按鈕，系統彈出如圖 所示銑削窗口操控面板。 圖5-5 銑削窗口操控面板 2.單擊選取退刀面，系統以參照零件側面影像在退刀面上創建銑削窗口。 3.在選項卡中單擊選取在窗口外圍線上選項，以定義刀具中心到達窗口輪廓線。 4.單擊完成銑削窗口的創建。生成的銑削零件如圖5-6所示。 圖5-6 生成的銑削窗口 4.5鼠標上蓋凸模數控加工及模擬加工 1.大直徑圓鼻刀開粗 ①生成刀具路徑 在制造菜單中一次使用加工→NC序列→體積塊→3軸→完成菜單命令，系統打開序列設置菜單。在序列
63、設置菜單中勾選刀具、參數、窗口后單擊完成命令以進行詳細定義。 ② 刀具設置 在系統彈出的刀具設定對話框中進行設置，輸入名稱為D12,刀具號為1類型為段銑削，材料為HSS，單位為毫米，其余保持系統默認值。設置完成后單擊應用按鈕，此時刀具設置對話框如圖5-7所示。 單擊確定按鈕完成刀具的設定。 。圖5-7.刀具設定對話框 ③加工參數設置 刀具定義完成后
64、，系統自動彈出制造參數菜單，以進行加工參數的設定。在制造參數菜單單擊設置命令，打開參數樹對話框，設置具體的加工參數 設置公差為0.05，斜面角度為3，螺旋直徑為3；其余保持系統默認。設置完成后點擊確定完成制造參數的設定。 ④窗口定義 加工參數定義完成后，需要進行銑削窗口的定義。 ⑤生成加工程序 系統自動生成刀具路徑。 此時模型數如圖5-8所示，刀具軌跡已經生成。 圖5-8 模型數顯示 ⑥模擬加工 在NC序列菜單中使用演示軌跡→屏幕演示菜單命令，系統打開如圖5-9所示的播放路徑對話框。 圖5-9 播放路徑對話框 在播放路徑對話框中單擊播放按鈕，可以在屏幕區觀察到距軌跡。生成
65、的刀具軌跡如圖5-10所示。 圖5-10 生成的刀具軌跡 2小直徑圓鼻刀二次開粗 ①生成刀具路徑 在制造菜單中一次使用加工→NC序列→體積塊→3軸→完成菜單命令，系統打開序列設置菜單。在序列設置菜單中勾選刀具、參數、窗口后單擊完成命令以進行詳細定義。 ②刀具設置 對刀具進行以下的設置： 名稱為D4R05，類型為外圓角銑削，刀具號為2，材料為HSS，凹槽編號為4，直徑為4，長度為50，外圓角為0.5其余保持默認值。設置完成后單擊應用按鈕。此時刀具的對話框如圖5-11所示。 圖5-11 刀具設定對話框 ③加工參數設置 刀具定義完成后系統自動彈出制造參數對話框，進行加工參數的定義
66、。 設置公差為0.05，其余保持系統默認。 ④生產加工程序。 ⑤在NC序列菜單中使用演示軌跡→屏幕演示菜單命令，系統彈出播放路徑對話框。 ⑥在播放路徑對話框中單擊播放按鈕，可以在屏幕工作區觀察刀具軌跡。 ⑦生成的刀具軌跡如圖5-12所示。 圖5-12 生成的刀具軌跡 ⑧在NC序列菜單中使用完成序列菜單命令，完成NC序列的定義。 3.平刀對曲面加工1 ①打開序列設置菜單，定義刀具、參數、曲面選項。單擊完成后進行詳細定義。 ②在系統彈出的刀具設定對話框中設置刀具名稱為D2，刀具號為3，類型為端銑削，材料為HSS，單位為毫米，凹槽號為4，直徑為2，，長度為50，其余保持系統默認值。 ③設置加工參數，如圖5-13所示。 圖5-13 參數樹的設置 ④曲面定義 加工參數定義完成后，需要進行曲面的定義。 系統打開NC系列曲面菜單和曲面拾取菜單，使用模型選型，單擊完成命令。系統打開如圖5-14所示的選取曲面 圖5-14 選取曲面菜單 按住CTRL同時選取如圖5-15所示
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