268 鼠標蓋設計,鼠標,設計 畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目 鼠標上蓋注射模具設計 姓 名 學 號 所在學院 專業(yè)班級 0 指導教師 日 期 2006 年 6 月 12 日 優(yōu)秀學位論文作者聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全了解有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關學位論文管理機構送交論文的復印件和電子版。同意省級優(yōu)秀學位論文評選機構將本學位論文通過影印、縮印、掃描等方式進行保存、摘編或匯編；同意本論文被編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索和查閱。本學位論文內容不涉及國家機密。I摘 要鼠標上蓋是流線形結構,使用二維繪圖難以描述，本課題采用 Pro/E 軟件對鼠標上蓋制品及模具進行了三維造型，采用 Pro/E 的數(shù)值模擬技術和經(jīng)驗設計計算相結合的方法優(yōu)化設計,同時仿真了塑料熔體在型腔內的充模流動以及冷卻分析過程，預測了缺陷產生的臨界條件，優(yōu)化了工藝方案及工藝參數(shù)，降低了缺陷出現(xiàn)的可能性。利用參數(shù)化實體造型的方法，為更加高速、快捷的造型、生產提供了一種切實可行的辦法。生成的模型數(shù)據(jù)可以直接導入數(shù)控機床進行三維加工。關鍵詞:；注塑模具；數(shù)值模擬；鼠標上蓋IIAbstractThe top cover of mouse is streamline. So it is difficult to describe by two-dimensional drawing. The product and mold of the top cover of mouse were 3D designed by Pro/E software. An optimized design was made by numerical simulation techniques of Pro/E and experience. The plastic melt flow and cooling process were simulated for forecasting critical conditions of errors. Technical parameters and processes have been optimized. The possibility of errors was reduced. Solid parameters are used which provide a practical approach for more rapid and efficient forms .The model data can be used directly for numerically controlled machine tools with 3D processing.Key Words: Injection mold；numerical simulation ；The top cover of mouse目 錄中文 摘要 ........................................................................................................................I英文摘要 .......................................................................................................................II1．緒 論 ..................................................................................................................11.1 國內外發(fā)展狀況 .................................................................................................................11.1 1 模具工業(yè)的概況 .....................................................................................................11.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術現(xiàn)狀及地區(qū)分布 ......................................................31.1.3 我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向 ..............................................61.1.4 注塑模具 CAD 發(fā)展概況及趨勢 ..........................................................................71.2 研究內容 ..........................................................................................................................91.2.1 鼠標上蓋制品外形設計 ....................................................................................101.2.2 最佳成型方法的選擇 ........................................................................................101.2.3 分析最佳成型工藝 ............................................................................................101.2.4.1 模具結構分析和確定 ..................................................................................101.2.4.2 模具主要零部件的結構設計 .......................................................................111.3 研究目的及意義 ............................................................................................................112．鼠標上蓋設計及其成型工藝分析 ........................................................................122.1 產品開發(fā)依據(jù)用途清單 ................................................................................................122.2 制品結構和形狀的設計 ................................................................................................122.3 制品材料選擇 ................................................................................................................132.3.1 丙烯腈—丁二烯— 苯乙烯三元共聚物（ABS） .................................................132.3.2 聚苯乙烯（PS） ...................................................................................................142.3.3 雙酚 A 型聚碳酸酯（PC） ...................................................................................152.4 注射工藝選擇 ..................................................................................................................172.4.1 工藝難點分析 .......................................................................................................172.4.2 ABS 塑料的干燥 ...................................................................................................172.4.3 注射壓力 ..............................................................................................................182.4.4 注射速度 ..............................................................................................................182.4.5 模具溫度 ...............................................................................................................192.4.6 料量控制 ..............................................................................................................193.模具設計 ..................................................................................................................203.1 概述 ....................................................................................................................................203.2 注塑機選型 .......................................................................................................................203.2.1 注射量計算 ...........................................................................................................203.2.2 注射壓力校核 ......................................................................................................213.2.3 鎖模力校核 ..........................................................................................................213.2.4 開模行程和模板安裝尺寸校核 ...........................................................................213.3 模具澆注系統(tǒng)設計 ...........................................................................................................233.3.1．主流道和冷料井 ................................................................................................233.3.2 分流道 ................................................................................................................233.3.3 澆口設計 ............................................................................................................243.4 注塑模成型零部件結構設計 ...........................................................................................263.4.1 分型面位置和形狀的設計 ..................................................................................263.4.2 型腔鑲拼組合 ......................................................................................................273.4.3 排氣方式 ..............................................................................................................283.4.4 型腔成型尺寸計算 ..............................................................................................283.4.4.1 型腔徑向尺寸計算 .......................................................................................293.4.4.2 型芯外徑尺寸 ...............................................................................................293.4.4.3 型腔深度尺寸 ...............................................................................................303.4.4.4 型芯高度尺寸 ...............................................................................................303.4.4.5 兩成型桿的中心距 .......................................................................................303.4.5 塑料模具力學設計 ...............................................................................................303.4.5.1 型腔側壁厚計算 ...........................................................................................313.4.5.2 型腔底板厚計算 ...........................................................................................313.5 合模導向和定位機構設計 ...............................................................................................313.6 脫模機構設計 ...................................................................................................................323.7 模溫調節(jié)系統(tǒng) ...................................................................................................................333.8 模具材料 ........................................................................................................................35結 語 ......................................................................................................................36致 謝 ....................................................................................................................37參考文獻 ......................................................................................................................3811．緒 論1.1 國內外發(fā)展狀況1.1 1 模具工業(yè)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(yè)的狀況、塑料模具工業(yè)的發(fā)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。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(yè)產品的基礎工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎，模具的質量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母” ，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質疑的作用。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產業(yè)，是技術成果轉化的基礎，同時本身又是高新技術產業(yè)的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)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(yè)發(fā)展的秘密” ，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產業(yè)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(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)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(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。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(yè)發(fā)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(yè)部門不可缺少的材料 [2]。目前在國民經(jīng)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2是在辦公設備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產品、日用品以及家用電器行業(yè)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(jīng)向塑料化方向發(fā)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(yè)的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經(jīng)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(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產率高、產品的尺寸規(guī)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(jīng)濟效果。塑料模具的現(xiàn)代設計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。在我國，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，模具工業(yè)的發(fā)展也十分迅速。1999年中國大陸制造工業(yè)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(yè)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(yè)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(fā)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(yè)的飛速發(fā)展使之對模具的需求量極大。到2010年，在建筑與建材行業(yè)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(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術的發(fā)展產生巨大的推動作用 [1]。31.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術現(xiàn)狀及地區(qū)分布在中國，人們已經(jīng)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(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產品質量、效益和新產品的開發(fā)能力。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)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(shù)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(chuàng)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(shù)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。 4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(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，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Cimatron、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(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)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(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM 系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)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(chuàng)造了良好條件 [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(xiàn)了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)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(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距 [3]。技術比較見表1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 um 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%5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(yè)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(yè)的技術水平己取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距 [2]。我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距，但在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有模具生產廠近 2 萬家，從業(yè)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(fā)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(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速，尤其是“三資”企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區(qū)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(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)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(fā)展態(tài)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(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面：6(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(yè)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(fā)能力弱，經(jīng)濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術人員比例較低，水平也較低，不重視產品開發(fā)，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(yè)的管理落后更甚于技術落后 [1]?？v觀發(fā)達國家對模具工業(yè)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(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術水平的高低，決定著產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術和產品，現(xiàn)代模具是多學科知識集聚的高新技術產業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產業(yè)，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(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)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(fā)展的產業(yè)、產品和技術目錄》和《鼓勵外商投資產業(yè)目錄》 。經(jīng)國務院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70% 的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持 [1]。在科技發(fā)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(xiàn)產、學、研相結合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術創(chuàng)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(xiàn)實技術，逐步走向網(wǎng)絡化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個7完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。1.1.3 我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向在信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術含量不斷提高，模具生產向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。模具技術的發(fā)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(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及Internet平臺等信息網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和應用；③高速、高精加工技術的發(fā)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(fā)展與應用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術的發(fā)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(fā)展與應用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應用；⑧優(yōu)質模具材料的研制及正確選用；⑨模具自動加工系統(tǒng)的研制與應用；⑩虛擬技術和納米技術等的逐步應用 [1]。1.1.4 注塑模具 CAD 發(fā)展概況及趨勢計算機輔助設計((Computer Aided 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(fā)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。8三十多年來，國外注射模CAD技術發(fā)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(jù)理論分析并結合自身的經(jīng)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，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(fā)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(tǒng)有:·澳大利亞Moldflow PTY公司的Moldflow系統(tǒng)該系統(tǒng)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(wǎng)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(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件OPTIMOLD 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(tǒng)，該系統(tǒng)包括材料選擇TMC-MS、注射工藝條件和模具費用優(yōu)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?！さ聡鳬KV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)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系統(tǒng)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(fā)、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(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注射模設計制造技術及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八9五”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(shù)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(yè)技術開發(fā)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(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進我國注射模CAD技術的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術的發(fā)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(fā)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(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)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(fā)工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC-1。該系統(tǒng)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(yè)單位應用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化?！ふ憬髮W基于工作站的UG II系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(tǒng)一，并利用特征反轉映射實現(xiàn)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(tǒng)中，并于1988年開發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)?，F(xiàn)在在工作站UG II平臺上進一步開發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)?！け本┖娇蘸教齑髮W華正模具研究所開發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術水平與實用價值?！ず戏使I(yè)大學在注射模結構CAD技術方面進行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機注塑模CAD系統(tǒng)PMCAD和微機注塑模CAD三維系統(tǒng)IPMCAD V3.0，取得了較好的成績。IPMCAD3.0系統(tǒng)在微機上采用三維實體模型、實體造型技術，使系統(tǒng)在設計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧?，F(xiàn)在以AutoCAD 813.0和10MDT作為環(huán)境，進一步采用參數(shù)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(shù)化系統(tǒng)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]。1.2 研究內容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。1.2.1 鼠標上蓋制品外形設計本課題利用 PRO/ENGINEER 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(tǒng)的二維繪圖有著本質的區(qū)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(tǒng)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。1.2.2 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(jù)產品開發(fā)依據(jù)和使用要求選擇合理的成型方法。1.2.3 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(yōu)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(yōu)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11能的工藝方案以及其可行的條件。(2)根據(jù)產品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。1.2.4 模具設計1.2.4.1 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(jù)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。1.2.4.2 模具主要零部件的結構設計根據(jù)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。1.3 研究目的及意義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(jīng)提高到對舒適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)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(fā)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，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(fā)達國家在這方面的研究已經(jīng)取得相當?shù)倪M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?lián)Q代加快。如臺灣的12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(fā)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(tǒng)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(shù)值模擬技術跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產品開發(fā)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(fā)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(fā)展和技術創(chuàng)新。2．鼠標上蓋設計及其成型工藝分析2.1 產品開發(fā)依據(jù)用途清單最大幾何尺寸：110×60mm環(huán)境：室內，使用溫度范圍 0℃~40℃無化學品接觸抗沖擊要求：限定量從 1.5m 高度，0℃下摔下外殼不出現(xiàn)裂縫或者開裂特征，不允許內部件曝露剛性要求：在 2Kg 負荷下無變形電氣性能：電絕緣性好外觀要求：部件美觀，外部光潔性好使用壽命：5 年根據(jù)上述使用要求可歸納產品設計要求為制品材料需要具有一定的抗沖擊性并且由于是電子產品的外殼要有良好的電絕緣性，隨著數(shù)碼產品的大量普及價格也不斷下跌要求生產自動化程度高，成型周期短13生產自動化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有較好電絕緣性。2.2 制品結構和形狀的設計用 Pro/E 軟件進行鼠標上蓋的三維建模，三維實體模型更加直觀的表現(xiàn)了產品造型,可以從各個角度對模型進行觀察，軟件可以測量并且可以根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)使用 Pro/E 的 CAE 分析模塊-- 塑性顧問進行熔體的充模仿真，可以驗證模具結構的正確性，制品如圖 2.2圖 2.2:鼠標上蓋外形（用 Pro/E 設計完成的制品圖）2.3．制品材料選擇通用塑料如聚丙烯 PP，聚乙烯 PE，聚氯乙烯 PVC 具有應用范圍廣、加工性能良好，價格低廉的優(yōu)點，但由于其力學性能較差且成型收縮率較大不易成型尺寸穩(wěn)定的制品故不選用，以下拿三種常用典型材料比較選取。142.3.1 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）ABS 外觀上是淡黃色非晶態(tài)樹脂，不透明，密度與聚苯乙烯基本相同。ABS 具有良好的綜合物理力學性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨、尺寸穩(wěn)定，加工性能優(yōu)良，它具有三種單體所賦予的優(yōu)點。其中丙烯腈賦予材料良好的剛性、硬度、耐油耐腐、良好的著色性和電鍍性；丁二烯賦予材料良好的韌性、耐寒性；苯乙烯賦予材料剛性、硬度、光澤性和良好的加工流動性。改變三組分的比例，可以調節(jié)材料性能。ABS 為無定形聚合物，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，隨所含三種單體比例不同，在 160~190℃范圍即具有充分的流動性，且熱穩(wěn)定性較好，在約高于 285℃時才出現(xiàn)分解現(xiàn)象，因此加工溫度范圍較寬。ABS 熔體具有明顯的非牛頓性，提高成型壓力可以使熔體粘度明顯減小，粘度隨溫度升高也會明顯下降。ABS 吸濕性稍大于聚苯乙烯，吸水率約在 0.2%~0.45%之間，但由于熔體粘度不太高，故對于要求不高的制品，可以不經(jīng)干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光澤并可改善內在質量。在 80~90℃下干燥 2~3h,可以滿足各種成型要求。ABS 具有較小的成型收縮率，收縮率變化最大范圍約為 0.3%~0.8%，在多數(shù)情況下，其變化小于該范圍。注塑是 ABS 塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機，但更長采用螺桿式注塑機，后者更適于形狀復雜制品、大型制品成型 [5]。2.3.2 聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是無色無臭的透明剛硬固體，制品擲地時有金屬般響鳴。聚苯乙烯透光率不低于 80%，霧度約為 3%，折射率較大，在 1.59~1.60 之間，具有特殊光亮性，但儲存時易泛黃。泛黃原因之一是單體純度不夠，特別是在含有微量元素時；二是聚合物在空氣中緩慢老化引起發(fā)黃。聚苯乙烯較輕，密度在1.04~1.065 之間。15①力學性能 聚苯乙烯在熱塑性塑料中屬于典型的硬而脆塑料，拉伸、彎曲等常規(guī)力學性能皆高于聚烯烴，拉伸時無屈服現(xiàn)象。②熱學性能 聚苯乙烯分子鏈雖是剛性鏈，但由于是無定形結構，超過玻璃化溫度即開始軟化，軟化點僅 95℃左右，許多力學性能都受到溫度升高的明顯影響。最高連續(xù)使用溫度僅 60~80℃。120℃開始成為熔體，180℃后開始具有流動性，其熱穩(wěn)定性較好，超過 300℃才開始分解，因此聚苯乙烯具有較高的成型加工區(qū)間。③電性能 聚苯乙烯是非極性聚合物，具有頗為優(yōu)異的介電、電絕緣性能，由于吸濕性很小，電性能也不受環(huán)境濕度改變的影響。加工工藝性 吸濕性很小，加工前一般不需要專門的干燥工序成型溫度范圍較寬收縮率及其變化范圍都很小，一般在 0.2%~0.8%有利于成型出尺寸精度較高和尺寸較穩(wěn)定的制品 [5]聚苯乙烯制品容易產生內應力，并且在空氣中會緩慢老化引起發(fā)黃很顯然不適合選用2.3.3 雙酚 A 型聚碳酸酯（PC）雙酚 A 型聚碳酸酯是無色或者微黃色透明的剛硬、堅韌固體。①力學性能雙酚 A 型聚碳酸酯是典型的硬而韌聚合物，具有良好的綜合力學性能。拉伸、壓縮、彎曲強度均相當于聚酰胺 6、聚酰胺 66，沖擊強度高于所有脂肪族聚酰胺和大多數(shù)工程塑料，抗蠕變性也明顯優(yōu)于聚酰胺、聚甲醛。力學性能方面缺點是耐疲勞性較差，缺口敏感性較明顯②熱性能16有良好的耐熱性，玻璃化溫度較高，高于所有的脂肪族聚酰胺，熔融溫度略高于聚酰胺 6 但低于聚酰胺 66，熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度均高于絕大多數(shù)脂肪族聚酰胺，也高于幾乎所有的熱塑性通用塑料。在工程塑料中，他的耐熱性優(yōu)于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和 PBT,與 PET 相當，但遜于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐熱性，脆化溫度為-100℃③電性能雙酚 A 型聚碳酸酯是弱極性聚合物，極性的存在對電性能有一定不利影響，在標準條件下電性能雖不如聚烯烴、聚苯乙烯等，但也不失為是電性能較優(yōu)的絕緣材料，特別是因其耐熱性優(yōu)于聚烯烴，可在較寬溫度范圍保持良好的電性能。由于吸濕性較小，環(huán)境溫度對電性能無明顯影響。④其他性能在干燥的氣候條件下物理力學性能基本不變，但在潮濕環(huán)境及強烈日照條件下，會產生表面裂紋并發(fā)暗，在火焰中可緩慢燃燒，離火源后可自熄 [5]。PC 剪切黏度高，充模阻力大，并且由于其在力學性能方面的缺點也不選用。表 2.1: 三種材料性能參數(shù)表ABS PS PC密 度 1.05 1.04~1.06 1.18~1.20收 縮 率 0.3~0.8 0.2~0.8 0.5~0.7熔 點 130~160 131~165 220~240熱變形溫度（45N/cm2）65~98 65~90 132~138模具溫度 60~80 40~60 85~120噴嘴溫度 180~190 160~170 250~300中段溫度 180~230 170~190 270~320后段溫度 150~170 140~160 250~270注射壓力 60~100 60~100 50~110塑化形式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式拉伸強度 33~49 35~63 60~6617拉伸彈性模量 1.8 2.8~3.5 2.3彎曲強度 80 61~98 105~113彎曲彈性模量 1.4 - 1.54壓縮強度 18~39 80~112 85缺口沖擊強度 11~20 0.25~0.40 不斷硬 度 R62~