鼠標上蓋注射模具設(shè)計【一模四腔】【說明書+CAD】

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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 II 1．緒 論 1 1.1國內(nèi)外發(fā)展狀況 1 1.1 1模具工業(yè)的概況 1 1.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布 3 1.1.3 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 6 1.1.4 注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢 7 1.2 研究內(nèi)容 9 1.2.1 鼠標上蓋制品外形設(shè)計 10 1.2.2 最佳成型方法的選擇 10 1.2.3 分析最佳成型工藝 10 1.2.4.1 模具結(jié)構(gòu)分析和確定 10 1.2.4.2模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 1.3 研究目的及意義 11 2．鼠標上蓋設(shè)計及其成型工藝分析 12 2.1 產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)用途清單 12 2.2 制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計 12 2.3 制品材料選擇 13 2.3.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） 13 2.3.2聚苯乙烯（PS） 14 2.3.3雙酚A型聚碳酸酯（PC） 15 2.4 注射工藝選擇 17 2.4.1工藝難點分析 17 2.4.2 ABS塑料的干燥 17 2.4.3 注射壓力 18 2.4.4 注射速度 18 2.4.5模具溫度 19 2.4.6 料量控制 19 3.模具設(shè)計 20 3.1概述 20 3.2注塑機選型 20 3.2.1注射量計算 20 3.2.2 注射壓力校核 21 3.2.3 鎖模力校核 21 3.2.4開模行程和模板安裝尺寸校核 21 3.3模具澆注系統(tǒng)設(shè)計 23 3.3.1．主流道和冷料井 23 3.3.2 分流道 23 3.3.3 澆口設(shè)計 24 3.4注塑模成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 26 3.4.1 分型面位置和形狀的設(shè)計 26 3.4.2 型腔鑲拼組合 27 3.4.3 排氣方式 28 3.4.4 型腔成型尺寸計算 28 3.4.4.1型腔徑向尺寸計算 29 3.4.4.2型芯外徑尺寸 29 3.4.4.3型腔深度尺寸 30 3.4.4.4型芯高度尺寸 30 3.4.4.5兩成型桿的中心距 30 3.4.5塑料模具力學設(shè)計 30 3.4.5.1型腔側(cè)壁厚計算 31 3.4.5.2型腔底板厚計算 31 3.5合模導(dǎo)向和定位機構(gòu)設(shè)計 31 3.6 脫模機構(gòu)設(shè)計 32 3.7 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 33 3.8 模具材料 35 結(jié) 語 36 致 謝 37 參考文獻 38 1．緒 論 1.1國內(nèi)外發(fā)展狀況 1.1 1模具工業(yè)的概況 在討論注塑模設(shè)計之前，先要對國內(nèi)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(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎(chǔ)，模具的質(zhì)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(zhì)疑的作用。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)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(guān)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(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)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(chǎn)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。特別是在辦公設(shè)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(chǎn)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(yù)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(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)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(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(chǎn)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(chǔ)裝備。用塑料模具生產(chǎn)的主要優(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關(guān)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(fù)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(nèi)模具市場的一半左右。1999年，國內(nèi)汽車年產(chǎn)量為183萬輛，保有量為1500萬輛，預(yù)計到2005年汽車年產(chǎn)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(chǎn)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(diào)等，在國內(nèi)的市場很大。目前，我國的彩電的年產(chǎn)量己超過3200萬臺，電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)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(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用[1]。 1.1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)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(chǔ)地位，認識到模具技術(shù)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(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設(shè)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)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(shù)，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(shè)備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)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。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)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(shù)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(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)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(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應(yīng)用且價格較低等特點為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件[1]。 近年來，國內(nèi)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(zhì)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(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)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(shù)比較見表1 表1: 國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表 項目 國內(nèi) 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% 標準化程度 70~80% 小于30% 中型塑料模生產(chǎn)周期 一個月左右 2~4個月 目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)值為270億元，占世界總量的5%。但從總體上看，自產(chǎn)自用占主導(dǎo)地位，商品化模具僅為1/3左右，國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，特別是精密、大型、復(fù)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(fù)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(shù)和水平也有長足的進步。近年來，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型精密、復(fù)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(chǎn)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(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，這2個省的模具產(chǎn)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(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設(shè)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： (1)國內(nèi)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(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。 (3)模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)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(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)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(shù)落后[1]。 縱觀發(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(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)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(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、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(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)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(zhì)量。 早在1989年，在國務(wù)院頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)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(chǎn)、學、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)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(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：①CAD、CAM、CAE的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進和CAD／CAM／CAE技術(shù)的進一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設(shè)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(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用；③高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；④超精加工、復(fù)合加工、先進表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；⑥熱流道技術(shù)、精密測量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應(yīng)用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應(yīng)用；⑧優(yōu)質(zhì)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(yīng)用；⑩虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應(yīng)用[1]。 1.1.4 注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢 計算機輔助設(shè)計((Computer Aided Design, CAD)是當代計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD技術(shù)及其應(yīng)用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為CAD技術(shù)應(yīng)用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機輔助設(shè)計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點。 三十多年來，國外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當迅速。70年代己開始應(yīng)用計算機對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內(nèi)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(nèi)塑料熔體的流動過程，使設(shè)計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設(shè)計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進行理論和實驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A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(jié)果和模架應(yīng)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(shè)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(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(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)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(shè)計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)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(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關(guān)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(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高[1]。 我國在注射模CAD技術(shù)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(nèi)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(shè)計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化。 ·浙江大學基于工作站的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(shù)構(gòu)造產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)首次將人工智能技術(shù)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)。現(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)。 ·北京航空航天大學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(chǎn)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(shù)水平與實用價值。 ·合肥工業(yè)大學在注射模結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)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(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)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MDT作為環(huán)境，進一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模CAD三維參數(shù)化系統(tǒng)IPMCAD V4.0，在技術(shù)水平、實用性與通用性方面都達到較高水平[4]。 1.2 研究內(nèi)容 本文將對鼠標上蓋成型的幾個關(guān)鍵問題:鼠標制品外形的設(shè)計與建模、最佳成型方法的選擇，分析最佳成型工藝，模具設(shè)計并進行理論和試驗研究。 1.2.1 鼠標上蓋制品外形設(shè)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(shè)計是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)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(shè)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。本文在對塑件進行分析的基礎(chǔ)上，確定并優(yōu)化了工藝方案。具體內(nèi)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(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 1.2.4 模具設(shè)計 1.2.4.1 模具結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)。 1.2.4.2模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)型式和特點，確定模具工作、導(dǎo)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(fù)雜曲面模具的設(shè)計制造以及加工的方法。 1.3 研究目的及意義 電器產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚纳钣闷?，人們對電器產(chǎn)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(chǎn)品也提出了許多新的要求。對電器產(chǎn)品的這種不斷提出的新要求，促使電器產(chǎn)品的外形不斷的改進，外形零件的生產(chǎn)技術(shù)也不斷得到新的發(fā)展，使電器產(chǎn)品外殼零件成形技術(shù)在成形領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，電器產(chǎn)品的外形設(shè)計及加工技術(shù)日益受到了國內(nèi)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(chǎn)品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設(shè)計高效快捷，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。如臺灣的羅技公司，其鼠標產(chǎn)品外形美觀，設(shè)計人性化，使用壽命長。 目前，國內(nèi)在電器產(chǎn)品外觀零件設(shè)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(chǎn)品美觀性的要求，零件外形多為復(fù)雜曲面，傳統(tǒng)的設(shè)計方法在對零件成形過程分析以及對產(chǎn)品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產(chǎn)品成形過程數(shù)值模擬技術(shù)跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)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(chǎn)品外觀零件的質(zhì)量，降低設(shè)計和生產(chǎn)成本，加快生產(chǎn)周期。因而，鼠標上蓋成形技術(shù)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(guān)電器產(chǎn)品外觀零件注塑成形技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。 2．鼠標上蓋設(shè)計及其成型工藝分析 2.1 產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)用途清單 最大幾何尺寸：110×60mm 環(huán)境：室內(nèi)，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(nèi)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(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品的外殼要有良好的電絕緣性，隨著數(shù)碼產(chǎn)品的大量普及價格也不斷下跌要求生產(chǎn)自動化程度高，成型周期短 生產(chǎn)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(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)的正確性，制品如圖2.2 圖2.2:鼠標上蓋外形（用Pro/E設(shè)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(yīng)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。 2.3.1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?nèi)M分的比例，可以調(diào)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(nèi)在質(zhì)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(fù)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。 ①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(jié)構(gòu)，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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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 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(chǎn)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 60~66 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 R62~86 洛氏M65~80 11.7HB 體積電阻率 1016 1017~1019 1015 介電常數(shù) 60Hz2.4~5.0 106 Hz≥2.7 60Hz3.0 擊穿電壓 - 19~27 20~30 外 觀 淺象牙色或白色不透明 無色透明、摔打音清脆 透明微黃 特 點 耐熱、表面硬度高、，尺寸穩(wěn)定、耐化學及電性能好，易成型加工，可鍍鉻 耐水、耐化學品、絕緣性好、不耐沖擊不耐溫 透明度高、硬而韌、高抗沖、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)電絕緣性和耐熱性好、耐開裂耐藥品性差 材料最終選定為ABS,其綜合性能優(yōu)異，具有較高的力學性能，流動性好，易于成型；成型收縮率小，理論計算收縮率為0．5％ ；溢料值為0．04 mm；比熱容較低，在模具中凝固較快，模塑周期短。制件尺寸穩(wěn)定，表面光亮。 2.4 注射工藝選擇 2.4.1工藝難點分析 鼠標上蓋為外觀件，要求零件表面平整光滑，無翹曲、皺折、裂紋等缺陷，周口部高度差不可過大，以保證與下蓋的嚴密配合。零件的曲面較為復(fù)雜，尺寸精度很高，由于零件為薄壁制件，外形很不規(guī)則，這些就造成了成形時容易受到各種因素影響引起制品翹曲變形的問題。同時零件在整個表面有幾處孔形分布，這些孔形有較高的尺寸和位置精度，并關(guān)系到上下蓋的配合問題，保證零件表面孔形的成形要求也是需要重點考慮的問題。 流程圖： 混料—干燥—螺桿塑化—充?！骸鋮s—制品后處理 2.4.2 ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大，在加工前進行充分的干燥和預(yù)熱，不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且還有助于塑料的塑化，減少制件表面色斑和云紋。ABS原料需要控制水分在0.3%以下[5]。 注塑前的干燥條件是：干冬季節(jié)在75～80℃以下，干燥2～3h，夏季雨水天在80～90℃下，干燥4～8h，干燥達8～16h可避免因微量水汽的存在導(dǎo)致制件表面霧斑。在此，由于鼠標外殼屬批量件要求自動化程度高實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)選用烘干料斗并裝備熱風料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[20]。 (1) 注射溫度： 表2.4: ABS工藝參數(shù)表 工藝參數(shù) 通用型ABS 料桶后部溫度 180~200 料桶中部溫度 210~230 料桶前部溫度 200~210 噴嘴溫度/℃ 180~190 模具溫度/℃ 50~70 ABS塑料非牛頓性較強，在熔化過程溫度升高時，其熔融降低很小，但一旦達到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍，如220～250℃)，如果繼續(xù)盲目升溫，必將導(dǎo)致耐熱性不太高的ABS的熱降解反而使熔融粘度增大，注塑更困難，制件的機械性能也下降[21]。 2.4.3 注射壓力 ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射時要采用較高的注射壓力。但并非所有ABS制件都要施用高壓，考慮到本制件小型、構(gòu)造不算非常復(fù)雜、厚度中等可以用較低的注射壓力。注制過程中，澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小決定了制件的表面質(zhì)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小，塑料收縮大，與型腔表面脫離接觸的機會大，制件表面容易霧化。壓力過大，塑料與型腔表面摩擦作用強烈，容易造成粘模[6]。 2.4.4 注射速度 ABS塑料采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時，塑料易燒焦或分解析出氣化物，從而在制件上出現(xiàn)熔接痕、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。并且鼠標殼為薄壁制件，要保證有足夠高的注射速度，否則難以充滿。 2.4.5模具溫度 ABS的成型溫度相對較高，模具溫度也相對較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85％，當生產(chǎn)具有較大投影面積制件時，定模溫度要求70～80℃，動模溫度要求50～60℃。鼠標屬中小型制件，形狀也不算復(fù)雜不用考慮專門對模具加熱。 2.4.6 料量控制 注塑機注塑ABS塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的75％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，注射量選為標定注射量的50％[6]。 通常要確保注塑機生產(chǎn)條件及參數(shù)有一個很寬的范圍，使大多數(shù)的產(chǎn)品和生產(chǎn)能力要求包含于這范圍內(nèi)，并且在調(diào)整確定這范圍的過程時盡量按常規(guī)的工藝流程，這種生產(chǎn)條件范圍愈大，生產(chǎn)過程愈穩(wěn)定，使注塑產(chǎn)品愈不容易受到生產(chǎn)條件的改變而產(chǎn)生明顯的質(zhì)量降低[6]。 3.模具設(shè)計 3.1概述 在對鼠標上蓋進行零件工藝性分析的基礎(chǔ)上，通過經(jīng)驗設(shè)計與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，最終確定了零件成形的最佳工藝方案。再根據(jù)該工藝方案，確定成形最終零件形狀，因此，成形模具的設(shè)計是本課題的一個比較關(guān)鍵的問題 3.2注塑機選型 3.2.1注射量計算 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注塑機注塑ABS塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的75％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，選定注射量為標定注射量的50％[7] V=n×Vz+Vj 0.5Vg≥n×Vz+Vj V—一個成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積cm3 n—型腔數(shù) Vz—單個塑件容量cm3 Vj—澆注系統(tǒng).凝料和飛邊所需的塑料的容積cm3 Vg—注射機的額定注射量 預(yù)計單個塑件體積Vz=3cm3，預(yù)計澆注系統(tǒng)和飛邊體積為2cm3 V=2×3+2=6.9 cm3 0.5Vg≤n×Vz+Vj Vg≥16 cm3 3.2.2 注射壓力校核 ABS塑料推薦注射壓力為70~90MPa，考慮到本制件壁厚較小，充模阻力較大取注射壓力為80 MPa[8] 3.2.3 鎖模力校核 注射成型時的塑料會產(chǎn)生模板間的漲模力，此漲模力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分形面上的投影面積與型腔壓力之積[22]。為防止模具分型面被漲模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，因此模具設(shè)計時應(yīng)使注射機的額定鎖模力大于漲模力。 P=PB×KC×KS P—型腔內(nèi)壓 KC----材料系數(shù)，查表得ABS=1.15[7] KS-----塑件復(fù)雜系數(shù)，取1.3 PB與進澆口流程長度、壁厚的流程比（L/H）有關(guān)。 根據(jù)H=(L/100+0.8) ×0.7可算出L=348故L/H=174故選PB=32MPa P=32×1.15×1.3=48MPa 3.2.4開模行程和模板安裝尺寸校核 模具開模取出制品所需的開模距離必須小于注射機的開模行程。注射機最大的開模行程的大小直接影響模具所形成的塑件高度，太小時塑件無法從動定模之間取出。 S max ≥S= HM+H1+H2+（5~10） S max--注射機的最大開模行程（mm） S------模具所需開模距離（mm） H1----塑件脫模距離（mm） H2----包括澆注流道凝料在內(nèi)的塑件高度（mm） HM----模厚 S=220+40+20+10+10=300mm 選擇震德機械廠CJ90M5變量泵注塑機 鎖模力900KN，開模行程330mm，模板尺寸520×520mm，容模量130—360mm 理論注射容積165cm3，理論注射壓力175Mpa，皆滿足計算結(jié)果。 根據(jù)所選注塑機模板尺寸確定定模底板和模腳尺寸，以便于安裝 模腳選擇分開式的，兩個模腳分別固定在注塑機動模板上，選擇分開的模腳不僅節(jié)省材料還可以不用考慮注塑機頂桿的頂出位置根據(jù)注塑機模板尺寸確定模具底板尺寸為200×400,可以安裝在注塑機的模板上，如圖3.2 圖3.2 : 所選注塑機模板及噴嘴參數(shù) 3.3模具澆注系統(tǒng)設(shè)計 3.3.1．主流道和冷料井 主流道頂部設(shè)計成半球形凸坑，以便與噴嘴銜接，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[8]，由于主流道與注塑機的高溫噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以設(shè)計成獨立的主流道襯套，選用45#鋼材并經(jīng)熱處理提高硬度，設(shè)計獨立的定位環(huán)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(fā)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(shè)冷料井，對于臥式注塑機冷料井設(shè)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型頭拉料桿的冷料井。 3.3.2．分流道 模具采用一模兩腔對稱布置，型腔數(shù)過多影響制品精度，而型腔數(shù)過少生產(chǎn)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，在注射時采用對稱分布可以使型腔和澆注系統(tǒng)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(jīng)濟地使用原料和注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。如圖3.3 圖3.3: 型腔分布圖 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，圓柱形流道雖然比表面積最小流動阻力最小，但該種流道須開設(shè)在兩半模上，既加工費力又不易對準，如果加工誤差較大沒有對準比表面積反而會有相當大的增加，本設(shè)計選用斷面形狀為梯形的流道，此種流道只需要開設(shè)在凹模上節(jié)省了加工成本，在流道表面進行拋光處理減小流動阻力。 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(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面粗糙度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(chǎn)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。 3.3.3 澆口設(shè)計 ABS在熔融時顯現(xiàn)比較明顯的非牛頓性，其熔體表面粘度隨剪切速率的升高而降低。如采用尺寸較大的澆口，能夠降低流動阻力，促使流動速率升高，但熔體通過扁平式澆口時比小澆口剪切速率低，導(dǎo)致熔體表觀粘度升高，從而使流動速率降低，因此不能通過增大澆口尺寸來提高非牛頓熔體流動速率。另外，注塑機注射時有一定的注射速率，澆口尺寸過大，澆口前后方的壓力降△P減小，會導(dǎo)致得不到理想的充模速率。鼠標上蓋制品壁厚較小流程相對過長不利于熔體充滿整個型腔，對成型不利。剪切速率是影響ABS熔體粘度的最主要因素，而粘度又直接影響熔體在模腔內(nèi)的流動速率。因此采用小澆口不但會大大提高熔體通過澆口時的剪切速率，而且產(chǎn)生的摩擦熱也會降低熔體粘度，以達到順利充模的目的。 綜合以上分析和考慮到制品和實際模具形狀，澆口采用邊緣澆口，位置在制件尾端內(nèi)緣處，選在該位置不但模具簡單，而且去除澆口的后加工操作也非常簡單，提高了工作效率，也便于模具的機械加工，易保證澆口加工精度，試模時澆口尺寸易于修整。 將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pro/E的模流分析模塊-Plastic Advisor(塑性顧問)建立仿真分析，分析結(jié)果如圖3.3 a 充模時間場變化 b 充模壓力降變化 圖3.3: 數(shù)值模擬結(jié)果 圖3.3為CAE軟件模擬充模流動狀況，a圖中從紅色區(qū)域向藍色區(qū)域的過渡表明了充模時的流動過程深紅色區(qū)域是最先被充填，藍色區(qū)域最后被充滿，b圖為充模過程中的熔體壓力損失的變化情況，藍色區(qū)域為熔體壓力損失最小部分，熔體從噴嘴進入型腔初期熔體壓力損失較小，當熔體到達型腔末端時壓力損失達最大以紅色表示，中間的顏色過渡顯示了熔體壓力損失的變化情況，從分析結(jié)果看，澆口選在該位置熔體充模良好，不會發(fā)生充填不滿的情況。 澆口尺寸計算： 澆口采用邊緣澆口 澆口深度h=k.δ=1.15×2=2.3mm k為材料系數(shù)查表得ABS為1.15, δ為制品厚2mm 澆口寬度ω=k.A?/30=4mm 中型制件澆口長度取1 3.4注塑模成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、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(fā)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(jié)構(gòu)合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設(shè)計成型零件時，根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，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(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進行強度和剛度校核[9]。 3.4.1 分型面位置和形狀的設(shè)計 該制品無需側(cè)抽芯，且為簡化模具結(jié)構(gòu)選擇單分型面，流道凝料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，比之雙分型面此種脫模過程較為簡單易于操作。 圖3.4: 分型面位置 如圖3.4，分型面位置選擇首先要保證制品能順利從型腔中脫出，根據(jù)這個原則，分型面應(yīng)選在塑料制品最大的輪廓線上，而且此平面與開模方向垂直。此制件按此原則有1、2、3三個分型面可供選擇，如果模具按1-1分型面分型不僅分型面復(fù)雜而且該分型面位于外觀面在脫模后在分型面的位置會留有一圈飛邊，即使這些飛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故不選用，如按3-3分型面分型如果要順利脫出制品還需加設(shè)側(cè)抽芯，增加模具設(shè)計及生產(chǎn)難度故不選用，將2-2設(shè)為分