鼠標(biāo)上蓋注塑模具設(shè)

基于pro/E的鼠標(biāo)上蓋注塑模具設(shè)計1 緒論1.1 我國塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀模具工業(yè)的發(fā)展，己成為制造業(yè)中科技含量增長最快的行業(yè)之一。根據(jù)2007中國國際模具展情況通報會，近年來我國模具工業(yè)以年均20%的速度持續(xù)增長，目前已擁有3萬多家模具生產(chǎn)企業(yè)，模具生產(chǎn)總量已躍居世界第三，直接帶動實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值2.4萬億元5。塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。隨著塑料的種類不斷增多、性能不斷改善，塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通運輸、通信以及日常生活等方面得到廣泛應(yīng)用。中國塑料工業(yè)加工協(xié)會會長廖正品在接受消費日報采訪時說3：“塑料是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，改革開放20多年來，我國塑料行業(yè)發(fā)展非常迅速，1999年至2004年均增長率為14%，是同期GDP增速的1.7倍，預(yù)計近十幾年增速仍將高于GDP增長。2004年累計完成工業(yè)總產(chǎn)值2936.2億元，占輕工行業(yè)總產(chǎn)值的10.5%，產(chǎn)值總額在輕工19個主要行業(yè)中位居第三；實現(xiàn)產(chǎn)品銷售率97.8%，高于輕工行業(yè)平均水平。目前，行業(yè)深入發(fā)展契機已經(jīng)顯現(xiàn)，受到國家有關(guān)部門的重視。在2006年，一向不被人們關(guān)注的塑料管材管件也被列入到中國名牌產(chǎn)品評價目錄中。”注塑成型是生產(chǎn)塑料制件最常用的制造方法之一，由于能夠一次成型形狀復(fù)雜、尺寸準(zhǔn)確的產(chǎn)品,且適用于高效率、大批量的生產(chǎn)方式，因此有很大的市場需求和良好的發(fā)展前景。我國塑料模具工業(yè)經(jīng)過了半個多世紀(jì)的迅速發(fā)展，無論是模具的設(shè)計水平、加工制造技術(shù)還是CAD技術(shù)，都已有了相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用，但與發(fā)達國家相比，仍有不小的差距，例如專用塑料模具鋼品種少，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，獨立的模具工廠少，專業(yè)與柔性化相結(jié)合尚無規(guī)劃等等。因此努力提高模具設(shè)計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。1.2注塑模具計算機輔助設(shè)計、輔助工程與輔助制造1.2.1 CAD/CAM/CAE對模具設(shè)計的作用及意義目前，塑料產(chǎn)品種類多、更新快、市場競爭加劇，因此要在激烈的競爭中求生存，就必須走高效率、高質(zhì)量、高精度的道路。因此如何縮短設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本是我國塑料加工企業(yè)共同面對的問題。我國塑料模具目前的設(shè)計與分析主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗和工藝人員的技巧，設(shè)計合理與否、制品有無缺陷只有通過試模才知道，使得模具的制造周期長、成本高。而注塑模具CAE技術(shù)可在模具制造之前，在計算機上對模具設(shè)計方案進行分析和模擬來代替實際的試模，預(yù)測設(shè)計中潛在的缺陷，突破了在傳統(tǒng)的注塑機上的反復(fù)試模、修模的束縛。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE技術(shù)在提高生產(chǎn)率、保證模具質(zhì)量及其性能，降低生產(chǎn)成本、減輕勞動強度等方面，起到了不可估量的作用。對近幾年國內(nèi)外文獻所公布的有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表明，國外采用CAD/CAM/CAE技術(shù)所取得的平均經(jīng)濟效率大致為：設(shè)計時間縮短了50%、制造時間縮短了30%、成本下降了10%、塑料原料節(jié)省了7%4。注射模CAD/CAM/CAE技術(shù)作為一種劃時代的工具和手段，從根本上改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造方法2。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向，將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。1.2.2 Pro/ENGINEER簡介本課題采用美國PTC公司所推出的大型三維軟件Pro/ENGINEER進行具體實體零件以及模具的設(shè)計。Pro/ENGINEER是一套由設(shè)計到生產(chǎn)的機械自動化軟件，是CAD/CAM領(lǐng)域最具有代表性的產(chǎn)品。Pro/ENGINEER系統(tǒng)的具體代表性如下：第一、參數(shù)化建模工程設(shè)計人員可以隨意勾畫草圖，通過修改相應(yīng)的參數(shù)輕易改變模型。這一功能特性為工程設(shè)計人員提供了設(shè)計上的簡易和靈活。例如，要畫一個長方形，設(shè)計人員可以在繪圖區(qū)畫出一個長方形，然后通過修改長和寬的尺寸來精確控制其尺寸。第二、基于特征建模Pro/ENGINEER是采用基于特征的實體模型化系統(tǒng)。特征是Pro/ENGINEER中構(gòu)成零件的基本單元，設(shè)計人員采用具有智能特性的功能去生成模型，如腔、殼、倒角以及圓角等等，在需要的時候直接修改相應(yīng)的特征即可。第三、單一數(shù)據(jù)庫所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。Pro/ENGINEER建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生變動，可以反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦修改了零件的某個特征，也會反應(yīng)在裝配、工程圖等環(huán)節(jié)，這就給繪圖設(shè)計帶來了極大的便利，減少了很多重復(fù)性的工作。Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。1.2.3 EMX簡介EMX（Expert Moldbase Extension）是PRO/E模具設(shè)計系統(tǒng)中的一個外掛軟件，其功能強大。具有自動建立各種標(biāo)準(zhǔn)模架及模架所需要的標(biāo)準(zhǔn)件，并可以自動創(chuàng)建保存工程圖和BOM。不但節(jié)約了模具設(shè)計的時間，還可以減少許多不必要的錯誤，有效的提高模具設(shè)計質(zhì)量與時間，是設(shè)計模架不可缺少的好助手。EMX的功能特點:第一、可以快速創(chuàng)建安裝模架及配件。對各種元件迅速添加并具備自動安裝到相應(yīng)位置的功能。第二、具備自動創(chuàng)建工程圖并可以自動保存。第三、元件庫內(nèi)自帶有完整的滑塊，斜頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)組件。第四、可以模擬設(shè)定注塑件的壓力、鎖模力等設(shè)置。并可以設(shè)置模擬開模。第五、修改元件名稱以及參數(shù)。發(fā)揮最大自由的創(chuàng)建空間。第六、自帶有許多模架生產(chǎn)供應(yīng)商以及各家生產(chǎn)的模具模架數(shù)據(jù)，讓你在模架設(shè)計中更加輕松自如。第七、打破傳統(tǒng)2D設(shè)計，讓你在3D直觀感覺中進行創(chuàng)建。1.3 課題研究的目的隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，對塑料模具設(shè)計和制造的要求也越來越高。本課題以鼠標(biāo)上蓋為研究對象，然后借助MoldFlow軟件強大的分析和動態(tài)仿真功能，對其澆口位置、冷卻系統(tǒng)、填充系統(tǒng)、翹曲變形進行優(yōu)化分析，從而得到了最佳澆口位置和模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)。整個設(shè)計從二維發(fā)展為三維，實現(xiàn)了可視化設(shè)計，不但可以立體、直觀地再現(xiàn)尚未加工出的模具體，而且真正實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE一體化，可以有效地提高模具質(zhì)量、縮短模具開發(fā)周期、減小模具生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。2 鼠標(biāo)上蓋結(jié)構(gòu)及成型工藝分析2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析一款好的鼠標(biāo)的外形應(yīng)符合人體工程學(xué)原理，令人手感舒適，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要。該塑件屬于流線型結(jié)構(gòu)，由許多曲面構(gòu)成，如圖2-1、2-2所示。鼠標(biāo)上蓋最重要的就是外觀表面，所以要求其表面光滑美觀，成型后無磨損、脫模痕跡、熔接痕、氣泡等影響外觀的缺陷。其最大輪廓尺寸為71.6mm×39.5mm×18.2mm。 圖2-1 鼠標(biāo)上蓋外表面 圖2-2 鼠標(biāo)上蓋內(nèi)表面2.2 塑件成型工藝分析2.2.1 塑件的分析（1）外形尺寸 該模具壁厚1.5mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔體流程不太長，適合于注射成型。（2）精度分析 該塑件精度要求不高，采用一般精度MT3。（3）脫模斜度 ABS屬于無定型塑料，成型收縮率較小，參考表2-102選擇該塑件上型芯和凹模斜度為1°3°。2.2.2 ABS的性能分析（1）使用性能綜合性能好，沖擊強度、力學(xué)強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好；易于成型和機械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般的機械零件、減摩零件、傳動零件和結(jié)構(gòu)零件。（2）成型性能1）無定型塑料。其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種來確定成型方法及成型條件。2）吸濕性強。含水量小于0.3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱干燥。3）流動性中等。溢邊料0.04mm左右。4）模具設(shè)計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。推出力過大或機械加工時塑件表面呈現(xiàn)白色痕跡。（3）ABS的主要性能指標(biāo) 其性能指標(biāo)見下表2-1。表2-1 ABS的性能指標(biāo)密度/g·cm-31.021.08屈服強度/Mpa50比體積/ cm3·g-10.860.98拉伸強度/Mpa38吸水性/%0.20.4拉伸彈性模量/Mpa1.4×103熔點/130160抗彎強度/Mpa80計算收縮率(%)0.40.7抗壓強度/Mpa53比熱容/kg·1470彎曲彈性模量/Mpa1.4×1032.2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)（1）注射成型過程1） 成型前的準(zhǔn)備。對ABS的色澤、粒度和均勻度等進行檢測，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)進行充分的干燥。2） 注射過程。塑件在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。3） 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為6070，處理時間為1620s。（2）注塑工藝參數(shù)1） 注塑機：柱塞式2） 料筒溫度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。3） 噴嘴溫度（）：170180。4） 模具溫度（）：6080。5） 注射壓力（MPa）：7090。6） 成型時間（S）：14.4（注射時間取0.7，冷卻時間5.7，輔助時間8）。3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 分型面的選擇分型面是指分開模具取出塑料件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面，它的選擇是塑件能否完好成型的先決條件2。（1）分型面設(shè)計的原則1) 符合塑件脫模的基本要求，分型面位置應(yīng)設(shè)在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位。2) 分型面應(yīng)盡量不破壞塑件光滑的外表面。3) 確保塑件留在動模一側(cè)，利于推出且推桿痕跡不顯露于外觀面。4) 確保塑件質(zhì)量。5) 盡量避免形成側(cè)孔、側(cè)凹，力求模具結(jié)構(gòu)簡單。6) 滿足模具的鎖緊要求；分型面是曲面時，應(yīng)加斜面鎖緊。7) 合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置。8) 有利于模具加工。（2）分型面位置的確定通過對塑件的結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在塑件截面積最大且利于開模取出塑件的曲面上，即其最大輪廓處，位置如圖3-1紅線框所示。圖3-1 塑件最大輪廓處3.2 型腔數(shù)量的確定該塑件采用的精度為MT3，且為大批量生產(chǎn)，因此采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到塑件尺寸和模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，又考慮到型腔的平衡布置和澆口開設(shè)部位的對稱，所以采用一模兩腔布置。3.3 注塑機的選擇和校核3.3.1 注射量的計算通過Pro/E分析計算得注塑體積：V塑=5.819cm35.82cm3塑件質(zhì)量：m塑=5.936g5.94g，密度取=1.02g/cm3。3.3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按塑件體積的0.21倍來估算。由于采用的流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來計算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為V總=V塑（1+0.2）×2=13.968cm313.97cm3 式（3.1）3.3.3 選擇注塑機根據(jù)第二步計算出來的一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量V總 =13.97cm3，并結(jié)合教材公式V公=V總/0.8得V公=17.46cm3。根據(jù)以上的計算，初步選定公稱注射量為30cm3，注射機型號為XS-Z-30臥式注射機，其主要技術(shù)參數(shù)見下表3-1。表3-1 注射機主要技術(shù)參數(shù)理論注射容量/ cm330拉桿空間/mm235螺桿柱塞直徑/mm28最大模具厚度/mm180注射壓力/MPa119最小模具厚度/mm60注射行程/mm130合模方式液壓-機械注射方式柱塞式定位圈直徑/mm63.5合模力/N2.5×105噴嘴球半徑/mm12模板最大行程/mm160噴嘴口孔徑/mm43.3.4 注塑機相關(guān)參數(shù)的校核（1）注射壓力校核查表4-1可知2，ABS所需要的注射壓力為80110MPa，這里取P0=90MPa，該注塑機的公稱注射壓力P公=119MPa，注射壓力安全系數(shù)k1=1.11.3，這里取1.2，則：k1P0=1.290=108P公 式（3.2）所以，注塑機注射壓力合格。（2）鎖模力校核塑件在分型面上的投影面積A塑，通過Pro/E軟件測量得A塑=2432.15mm2澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積A澆，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A澆數(shù)值，可以按照單型腔模的統(tǒng)計分析來確定。A澆是塑件在分型面上的投影面積A澆的0.10.3倍。這里取A澆=0.2A塑。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總的投影面積A總，則A總=n(A塑+A澆)=n(A塑+ 2A塑)=21.2A塑=5837.16 mm2 式（3.3） 模具型腔內(nèi)的膨脹力F脹，則F脹=A總P模=204300.6N=204.3kN 式（3.4）P模為型腔的平均計算壓力值。P模是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%40%，大致范圍為2540MPa。對于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。ABS屬于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取35MPa。查表3-1可得該注塑機的公稱鎖模力F鎖=250kN，鎖模力的安全系數(shù)為k2=1.11.2這里取1.2，則k2F脹=1.2 F脹=1.2204.3=245.16F鎖 式（3.5）所以，該注射機鎖模力合格。對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計和計算澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。其作用是使塑料熔體平穩(wěn)而有序地充填到型腔中，以獲得組織致密、外形輪廓清晰的塑件2。4.1 主流道的設(shè)計（1）主流道尺寸1） 主流道的長度：小型模具L主應(yīng)盡量小于60mm，本次設(shè)計中初取48mm進行設(shè)計。2） 主流道小端直徑：d=注射機噴嘴尺寸+mm=mm=4.5mm 式（4.1）3） 主流道大端直徑：d=d+2L主tan7.85mm，式中°。 式（4.2）4） 主流道球面半徑：SR0=注射機噴嘴球頭半徑+mm=mm=14mm 式（4.3）5） 球面的配合高度：h=3mm。（2）主流道的凝料體積 式（4.4）（3）主流道當(dāng)量半徑 式（4.5）（4）主流道澆口套的形式 澆口套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對材料要求嚴(yán)格，因而盡管小型注射模可以將主流道澆口套與定位圈設(shè)計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理2。本設(shè)計中采用T10A，熱處理淬火表面硬度為5055HRC，并且主流道球面需進行硬化處理。4.2 分流道的設(shè)計（1）分流道的布置形式在設(shè)計分流道時主要考慮的是盡量減少熔體流動時的壓力損失和溫度降低，同時盡量減少分流道的容積，采用的是平衡式分流道。（2）分流道的長度由于流道設(shè)計簡單，根據(jù)兩個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分流道較短，所以分流道長度L分取35mm。（3）分流道截面形狀及表面粗糙度常用的截面形狀有圓形、梯形、U形、矩形和六角形等。在分流道的設(shè)計為了減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，通常要求流道的橫截面積大而表面積小。因此，常用流道的截面積與周長之比來表示流道的效率。該比值越大，表示流道的效率越高。查表4-5得圓形橫截面效率最高2。雖然以前因受模具加工設(shè)備的限制，加工成本較高，但是隨著模具加工技術(shù)的不斷發(fā)展，如今已逐漸克服困難,從而使圓形截面分流道的應(yīng)用越來越廣泛。經(jīng)過分析，本設(shè)計采用圓形截面分流道，其表面粗糙度Ra的值取1.6m。（4）分流道截面尺寸根據(jù)表4-72，取分流道圓形橫截面的直徑D=5mm，則截面積為 式（4.6）（5）凝料體積V分=L分A分=35×19.63=687.05mm30.69cm3 式（4.7）（6）校核剪切速率1) 確定注射時間：查相關(guān)資料得t=0.7s。2) 分流道體積流量 式（4.8）3) 剪切速率 式（4.9）該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5×1025×103S-1之間。所以，分流道的剪切速率合格。4.3 澆口的設(shè)計澆口亦稱進料口，是連接流道與型腔的一段細短通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其作用是加快塑料熔體的流動速度，并能防止型腔內(nèi)的熔體倒流。澆口的形狀、尺寸和進料位置對塑件的質(zhì)量有很大的影響，塑件成型時出現(xiàn)的許多缺陷，如凹陷、縮孔、白斑、熔接痕、翹曲等現(xiàn)象，常常是由于澆口的設(shè)計不合理而造成的。因此對澆口的設(shè)計應(yīng)特別重視。注射模的澆口結(jié)構(gòu)形式很多，主要分為直接澆口、中心澆口、點澆口、側(cè)澆口、潛伏式澆口、護耳形澆口等。本設(shè)計采用潛伏式澆口中的彎鉤式澆口，如圖4-1所示，不僅不影響塑件的外觀表面，保證了塑件的美觀度，還能在開模時實現(xiàn)自動切斷澆口凝料，提高注射效率。而且潛伏式澆口有專用的銑切工具，加工方便。圖4-1 澆口形狀示意圖（1）澆口尺寸的確定澆口進入型腔端直徑d為0.81.2mm，長1.01.2mm，與分流道相接的大端直徑一般為0.8D，D為分流道直徑。初步選定澆口尺寸為：小端直徑d=1mm，大端直徑為4mm。（2）校核剪切速率1) 確定注射時間：查相關(guān)資料得t=0.7s。2) 分流道體積流量： 式（4.10）3) 剪切速率根據(jù)點澆口經(jīng)驗公式： 式（4.11）該澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率104105S-1之間。所以，澆口的剪切速率合格。4.4 校核主流道的剪切速率1) 確定注射時間：查相關(guān)資料得t=0.7s。2) 主流道體積流量： 式（4.12）3) 剪切速率： 式（4.13）主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率5×1025×103S-1之間。所以，主流道的剪切速率合格。4.5 冷料穴的設(shè)計冷料穴也稱冷料井，位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。常見的主流道冷料穴結(jié)構(gòu)有帶鉤形（Z形）拉料桿的冷料穴、帶球形的冷料穴、帶圓錐拉料桿的冷料穴及起拉料作用的冷料穴。本設(shè)計僅有主流道冷料穴，采用較為常見的帶Z形拉料桿的冷料穴，結(jié)構(gòu)如圖6-3所示。開模時，利用拉料桿的鉤形頭部將凝料從主流道中拉出。拉料桿材料為T8A。圖4-2 帶Z形拉料桿的冷料穴5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計一般注射到模具內(nèi)塑料溫度為200左右，而熔體固化后從模具型腔中取出時其溫度在60左右的塑件都應(yīng)設(shè)置冷卻系統(tǒng)，從而提高塑件質(zhì)量和生產(chǎn)效率。冷卻系統(tǒng)的計算很復(fù)雜，在此只進行簡單的計算。5.1 冷卻介質(zhì)ABS屬于中等黏度材料，其成型溫度及模具溫度分別為200和6080。因此，模具溫度初步選為60，用常溫水對模具進行冷卻。5.2 冷卻系統(tǒng)的簡單計算（1）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量W1）塑料制品的體積V=V主+V分+nV塑=1.47+0.69+2×5.82=13.8cm3 式（5.1）2）塑料制品的質(zhì)量=13.81.02=14.076g0.0141kg 式（5.2）4） 由于塑件壁厚為1.5mm，可查表4-342，取綜合冷卻時間t冷=5.7s，取注塑時間t注=0.7s，脫模時間t脫=8s，則注塑周期：t=t冷+t注+t脫=5.7+0.7+8=14.4s 式（5.3）由此得每小時注射次數(shù)：N=（3600/14.4）次=250次 式（5.4）5） 單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：=2500.0141=3.525kg/h 式（5.5）（2）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時所放出的熱量查表4-352直接可知聚乙烯的單位熱流量的值的范圍在（310400）kJ/kg之間。故可取=370kJ/kg。（3）計算冷卻水的體積流量qv設(shè)冷卻水道入口的水溫為,出水口的水溫為，取水的密度，水的比熱容為C=4.187kJ/（kg·）,則根據(jù)公式可得：=0.00173m3/min 式（5.6）（4）確定冷卻水路的直徑d當(dāng)=0.00173m3/min時，根據(jù)表4-302知，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水管的直徑d=6mm。（5）冷卻水在管內(nèi)的流速=1.02m/s 式（5.7）（6）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h 因為平均水溫為23.5，查表4-312可得，則有：=1.992KJ/m 式（5.8）（7）計算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積AA=m2 式（5.9）式中 模具平均溫度（60）與冷卻水平均溫度（23.5）之間的差值。（8）計算模具所需冷卻水管的總長度LL= 式（5.10）（9）冷卻水路的根數(shù)X設(shè)每條水路的長度為=69mm，則冷卻水路的根數(shù)為X=2.17根 式（5.11）由以上計算可以看出，兩條冷卻水路對于模具來說顯然是不合適的，因此應(yīng)視具體情況調(diào)整水路。5.3 冷卻水路的設(shè)計（1）冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則1) 冷卻水道的孔壁至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等，一般取1525mm。2) 冷卻水道數(shù)量盡可能多，而且要便于加工。一般水道直徑選用Æ6.0，Æ8.0，Æ10.0，兩平行水道間距取4060mm。3) 所有成型零部件均要求通冷卻水道，除非無位置。熱量聚集的部位強化冷卻，如電池兜、喇叭位、厚膠位、澆口處等。A板、B板、水口板、澆口部分則視情況定。4) 降低入水口與出水口的溫差。入水、出水溫差會影響模具冷卻的均勻性，故設(shè)計時應(yīng)標(biāo)明入水，出水方向，模具制作時要求在模坯上標(biāo)明。運水流程不應(yīng)過長，防止造成出入水溫差過大。5) 盡量減少冷卻水道中“死水”（不參與流動的介質(zhì)）的存在。6) 冷卻水道應(yīng)避免設(shè)在可預(yù)見的膠件熔接痕處。7) 保證冷卻水道的最小邊距（即水孔周邊的最小鋼位厚度），要求當(dāng)水道長度小于150mm時，邊間距大于3mm；當(dāng)水道長度大于150mm時，邊間距大于5mm。8) 冷卻水道連接時要由“O”型膠密封，密封應(yīng)可靠無漏水。9) 對冷卻水道布置有困難的部位應(yīng)采取其它冷卻方式，如鈹銅、熱管等。10) 合理確定冷卻水接頭位置，避免影響模具安裝、固定。11) 冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其他機構(gòu)發(fā)生干涉現(xiàn)象，設(shè)計時要通盤考慮。（2）凹模冷卻水路的布置根據(jù)上述冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則，凹模的冷卻水路采用蛇形串聯(lián)布置，水路之間的間距為40mm，布置一個入水口和一個出水口，水路直徑取6mm，水路距型腔表面的距離為10mm，如圖5-1所示。圖5-1 凹模水路布置（3）凸模冷卻水路的布置凸模的冷卻水路采用串聯(lián)布置，考慮到水路有可能會干涉到推桿，所以該冷卻水路的布置如圖5-2所示，布置一個入水口和一個出水口，水路直徑取6mm，水路距型芯表面的距離為11mm。圖5-2 凸模水路布置6 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算6.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1) 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種2。根據(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計采用整體式凹模。如圖6-1所示。2) 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可以分為整體式和組合式兩種類型2。通過對塑件的結(jié)構(gòu)分析，選用整體式凸模。如圖6-2所示。圖6-1 凹模3D圖 圖6-2 凸模3D圖6.2 成型零件鋼材的選用成型零件材料選用的要求如下：1) 材料高度純潔。2) 良好的冷、熱加工性能。3) 拋光性能優(yōu)良。4) 淬透性高。5) 耐磨性和抗疲勞性能好。6) 具有耐腐蝕性和一定的耐熱性。根據(jù)成型零件材料選用的要求，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能，所以成型零件的鋼材選用45鋼。45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后有較好的綜合力學(xué)性能，可進行表面淬火以提高硬度。6.3 成型零件工作尺寸的計算成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量進行計算。前一種計算方法簡便，但不適用于精密塑件的模具設(shè)計；后一種計算方法能保證所成型的塑件在規(guī)定的公差范圍內(nèi)，但計算比較復(fù)雜2。因為本設(shè)計的塑件精度采用一般精度等級MT3就能滿足要求，所以采用平均值法計算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件圖中給定的公差計算。6.3.1 凹模徑向尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差； 式（6.1）式（6.2）式中 塑件的平均收縮率，查相關(guān)資料可得ABS的收縮率為0.3%0.8%，所以平均收縮率（下同）；系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.8之間，此處??；塑件上相應(yīng)尺寸的公差（下同）；塑件上相應(yīng)造公差，對于中小型零件?。ㄏ峦?。6.3.2 凹模深度尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。 式（6.3）式中 系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.7之間，此處取。6.3.3 凸模徑向尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差；，相應(yīng)的塑件制造公差。 式（6.4） 式（6.5）式中 系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.8之間，此處取。6.3.4 凸模高度尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。 式（6.6）式中 系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.8之間，此處取。6.3.5 凸模內(nèi)圓柱徑向尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。 式（6.7）式中 系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.8之間，此處取。6.3.6 凸模內(nèi)圓柱高度尺寸的計算塑件尺寸的轉(zhuǎn)換：，相應(yīng)的塑件制造公差。 式（6.8）式中 系數(shù)，查相關(guān)資料可知一般在0.50.8之間，此處取。6.4 成型零件尺寸的計算塑料模型腔在注射成型過程中，在型腔全部充滿的瞬間，熔體壓力可達到一較高值。型腔必須具有足夠的壁厚以承受熔體充模時產(chǎn)生的高壓，否則可能因強度不足，產(chǎn)生塑性變形甚至破裂；或因剛度不足，產(chǎn)生大的彈性變形，引起成型零部件在其接觸或配合表面出現(xiàn)較大的間隙，形成溢料或飛邊，降低塑料制品的精度和影響塑料制品脫模。所以計算成型零件的壁厚是很有必要的。型腔的強度與剛度是型腔應(yīng)具備的力學(xué)性能的兩個方面，根據(jù)分析，塑料模具型腔對強度與剛度并非在各種情況下都提出較高要求，而是有側(cè)重的。對于大尺寸型腔，剛度不足是主要矛盾，應(yīng)首先對模具剛度進行校核；對于小尺寸型腔，在其發(fā)生大的彈性變形之前，內(nèi)應(yīng)力往往已經(jīng)超過許用應(yīng)力，因而強度是主要矛盾。本設(shè)計為小尺寸型腔，設(shè)計型腔側(cè)壁和底板厚度應(yīng)按強度計算。本設(shè)計的塑件屬于中小型尺寸，所以強度不足是主要矛盾，應(yīng)按強度計算型腔側(cè)壁和底板厚度。1) 側(cè)壁厚度： 式（6.9） 式（6.10）2) 底板厚度： 式（6.11）以上各式中 型腔高度；型腔長度；型腔寬度；模具型腔內(nèi)最大的熔體壓力；許用應(yīng)力（一般中碳鋼許用應(yīng)力為160Mpa）。7 模架的選擇與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計7.1 各模板尺寸的確定根據(jù)計算得到的凹模外形尺寸：長×寬×高=220mm×69mm×30mm，凸模的外形尺寸尺寸：長×寬×高=220mm×69mm×36.6mm，則可確定以下各板尺寸：1)A板尺寸。A板是定模板，凹模深度18.3mm，又考慮在模板上還要開設(shè)冷卻水道，還需要留出足夠的距離，故A板厚度取40mm。2)B板尺寸。B板是動模板，按模架標(biāo)準(zhǔn)板厚度取32mm。3)C板（墊塊）尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（510）mm=（21+16+12.5+510）mm=54.559.5mm，選定C為63mm。根據(jù)上述尺寸的計算，又考慮凹模最小壁厚，導(dǎo)柱，導(dǎo)套的布局等，再同時參考小型標(biāo)準(zhǔn)模架的選型經(jīng)驗公式和表4-382，可確定模架序號為3號，板面為160mm×315mm。本設(shè)計為單分型面，且采用推桿脫模機構(gòu)，所以選擇模架結(jié)構(gòu)形式為A1型的標(biāo)準(zhǔn)模架。其形外尺寸：寬×長×高=160mm×315mm×175mm，如圖8-1所示。圖8-1 模架結(jié)構(gòu)示意圖7.2 模架各尺寸的校核根據(jù)所選注射機來校核模具設(shè)計的尺寸。1） 模具平面尺寸160mm×315mm235mm×235mm（拉桿空間），校核合格。2） 模具高度尺寸175mm，60mm175mm180mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。3） 模具的開模行程本設(shè)計選用的是鎖模機構(gòu)為液壓-機械式的注射機，開模行程與模具的厚度無關(guān)，則S=H1+H2+（510）mm=21+66+（510）mm=9297mm160mm（開模行程） 式（7.1）校核合格。式中 S注塑機移動板最大行程； H1塑件脫模所需要的推出距離； H2包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度。7.3 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計注射模的導(dǎo)向機構(gòu)用于動、定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈使模具的澆口套能與注射機噴嘴精度定位;而模內(nèi)定位機構(gòu)則通過導(dǎo)柱導(dǎo)套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精度定位。本模具所形成型的塑件比較簡單，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模具本身多帶的定位機構(gòu)。8 脫模推出機構(gòu)及排氣槽的設(shè)計8.1 脫模機構(gòu)設(shè)計原則（1）塑件應(yīng)盡量留于動模一側(cè)，以便脫模裝置在注射機推桿的驅(qū)動下完成脫模動作。（2）為保證塑件不變形損壞，推桿布置盡量均勻，并盡量靠近膠料收縮包緊的型芯，或者難于脫模的部位。（3）推力點應(yīng)作用在塑件剛性和強度最大的部位，避免作用在薄膠位，作用面也應(yīng)盡可能大一些。（4）頂出位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位，從而保證良好的塑件外觀。8.2 推出機構(gòu)的設(shè)計8.2.1 推出方式的確定該模具采用一次推出機構(gòu)，用推桿進行脫模。需要注意的是，該塑件由曲面組成，所以用推桿脫模必須把推桿頂部加工至與塑件表面相貼合的曲面。并且由于推桿頂部不是平面，所以要防轉(zhuǎn)。推桿材料為T8A。8.2.2 推桿的布置推桿布置的一般原則：1) 推桿必須布置在需要排氣的區(qū)域，這些區(qū)域不依靠分型面排氣。2) 推桿應(yīng)布置在制品最低點處。3) 推桿可按需要置于或靠近制品拐角處。4) 推桿應(yīng)盡可能的對稱，均勻地分布在制品上。5) 推桿應(yīng)布置在肋與肋或壁與肋的相交點上。推桿置于肋與肋，或壁與肋的相交點上，可增大推桿尺寸。該模具的推桿布置如圖8-1、8-2所示。圖8-1 單個塑件的推桿布置 圖8-2 推桿整體布置8.3 脫模力的計算因為矩形塑件內(nèi)壁長寬尺寸與壁厚之比 式（8.1）所以此塑件為薄壁矩形塑件。 式（8.2）式中 E塑料的彈性模量（1800MPa）；L凸模被包緊部分的長度（68.7mm）；脫模斜度（）；S塑料成型的平均收縮率（0.55%）；F摩擦系數(shù)，一般取0.45；T塑件的壁厚（1.5mm）；由與f決定的無因次數(shù)，；塑料的泊松比（0.3）；A塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（2432.15mm2）。8.4 推桿的直徑計算及強度校核8.4.1 推桿的直徑計算 式（8.3） 式（8.4）當(dāng)前，推桿已制成標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果盡量在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取，所以取、；式中 推桿長度（72.1mm）；推桿長度（66.3mm）；單個塑件的推桿數(shù)量，取1，取4；推桿材料的彈性模量（2.1×105MPa）；安全系數(shù)，取=1.5。8.4.2 強度校核推桿直徑確定后，還應(yīng)進行強度校核： 式（8.5） 式（8.6）所以合格。式中 推桿材料的許用壓應(yīng)力（200Mpa）。8.5 推出機構(gòu)的復(fù)位脫模機構(gòu)完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復(fù)到初始位置，目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。本設(shè)計采用復(fù)位桿復(fù)位。8.6 排氣槽的設(shè)計排氣槽是為使模具型腔中的氣體排出而在模具上開設(shè)的通氣槽或通氣孔。排氣是注射模具設(shè)計中一個重要的問題。在注射成型過程中，熔體注入型腔時，必須將型腔中的空氣和從熔體中溢出的揮發(fā)性氣體順利排出型腔。注射模常用的排氣方式有以下幾種：用分型面排氣；用型腔和模板的配合間隙排氣；用側(cè)型芯運動間隙排氣；利用推桿運動間隙排氣；開設(shè)排氣槽。本模具為中小型模具，且分型面適宜，可以利用、的方式來排氣，不必再設(shè)計其他排氣裝置。9 模具的工作原理及安裝9.1 模具的工作原理鼠標(biāo)上蓋注塑模具裝配圖，如圖10-1。圖9-1 鼠標(biāo)上蓋注塑模具裝配圖1-定模座板；2-定模板；3-內(nèi)六角螺釘；4-澆口套；5-內(nèi)六角螺釘；6-定位環(huán)；7-凹模；8-復(fù)位桿；9-動模板；10-凸模；11-推桿固定板；12-推板；13-動模座板；14-推桿；15-拉料桿；16-止動銷；17-內(nèi)六角螺釘；18-導(dǎo)套；19-導(dǎo)柱；20-內(nèi)六角螺釘；21-水嘴；22-墊塊；23-推桿；24-內(nèi)六角螺釘；25、26-O型密封圈模具安裝在XSZ30型注射機上，動模座板13固定在注射機的動模板部分，定模座板1固定在注射機的定模板上。注射機合模后，注射機噴嘴伸入到模具中與澆口套4的入料口處實現(xiàn)對接。對接后，熔融的ABS經(jīng)主流道、分流道和澆口進入型腔內(nèi)；經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時，注塑機帶動動模板9向后運動，使其與定模板2從分型面處分開，Z型拉料桿15鉤住澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑件一起向后運動，當(dāng)主流道中的凝料完全拉出一段距離后，注射機的頂桿作用在推板12上，使得澆注系統(tǒng)中的的冷凝料和塑料制件分別在Z型拉料桿18和推桿14、23的作用下一起推出，完成脫模過程。由于采用潛伏式澆口，因此在開模時即可實現(xiàn)自動切斷澆口凝料。合模時，注射機鎖模機構(gòu)工作，當(dāng)復(fù)位桿8運動到定模板2處后，無法繼續(xù)前進，從而迫使推板12后移，回到初始狀態(tài)。待動、定模完全閉合后，完成合模動作，進人下一個成型周期。9.2 模具的安裝1) 安裝前先要清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。2) 模具安裝采用整體安裝法。先在機器下面導(dǎo)軌上墊好板，模具從側(cè)面進入機架內(nèi)，定模入定位孔，并放正，慢速閉合模板，壓緊模板。然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，保證開閉模具時平穩(wěn)、靈活、無卡住現(xiàn)象，然后固定動模。3) 調(diào)節(jié)鎖模機構(gòu)，保證有足夠的開模距離及鎖模力，使模具閉合適當(dāng)。4) 慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機構(gòu)運動情況，動作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。5) 模具裝好后，待料筒及噴嘴溫度上升到距離注射溫度2030時，即可校正噴嘴澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用紙片放在噴嘴和澆口套之間，觀察兩者的接觸印痕，檢查吻合情況，須使松緊合適，校正后擰緊定位螺釘，緊固定位。6) 開空車運轉(zhuǎn)，觀察模具各部分運行是否正常，然后才可注射試模。鼠標(biāo)上蓋模具總裝3D爆炸圖，如圖9-2。圖9-2 鼠標(biāo)上蓋注塑模具安裝爆炸圖結(jié)論通過這次模具設(shè)計，不僅使我對于塑料模具有了更加深入的了解，對模具的設(shè)計過程有了更加清晰的認識，還讓我重新拾起了許多已經(jīng)淡忘的知識，如AutoCAD、Pro/Engineer、機械制圖、公差等，可謂受益匪淺。為了完成本次課題的設(shè)計，我查閱了大量關(guān)于注射模具設(shè)計方面的資料，但我發(fā)現(xiàn)在設(shè)計時有很多需要的公式、參數(shù)都是在書本上找不到的，很多情況下都只能憑借設(shè)計者自己的經(jīng)驗進行設(shè)計，由此可見實踐對于我們設(shè)計人員的重要性。在我看來，這次模具的設(shè)計過程就是一次在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新的過程。在完成了整個模具設(shè)計后，總結(jié)概括了以下幾點結(jié)論：1) 選用ABS作為鼠標(biāo)上蓋制作材料。2) 為了提高生產(chǎn)效率，在保證塑件質(zhì)量的前提下，本模具采用了一模兩腔的型腔排布方式。采用潛伏式澆口有利于提高注射效率，并容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，但增加了凸模的加工難度。3) 利用Pro/E的外掛EMX模塊繪制了標(biāo)準(zhǔn)模架、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及脫模機構(gòu)等，可以立體、直觀地再現(xiàn)尚未加工出的模具體，提高模具的設(shè)計質(zhì)量及效率。4) 利用CAD/CAE技術(shù)設(shè)計模具，可以有效地優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、提高工作效率、縮短模具開發(fā)周期、減小生產(chǎn)成本。致謝不知不覺，整個畢業(yè)設(shè)計已臨近尾聲，在本次設(shè)計過程中，首先要感謝的就是我的指導(dǎo)老師喬東平老師，在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。喬老師不僅在畢業(yè)設(shè)計方面幫助我，在生活和求職方面也給了不少建議。喬老師的博學(xué)、嚴(yán)謹、熱忱令我折服，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。雖然只有短短的幾個月，但我仍能覺得自己進步不少，喬老師，謝謝了！然后要感謝同組做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)，是你們的幫助讓我走過一個又一個的難關(guān)。大家在一起討論時，都能無私地拿出自己解決問題的經(jīng)驗，讓我少走了不少彎路，在此再次誠摯地感謝大家。在這幾個月的時間里，我們結(jié)下了深刻友誼，給我留下了一段美好的回憶。在這里要特別感謝一下我的父母，感謝你們二十多年來對我的愛護、鼓勵與支持。養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。最后，我要對所有幫助過我的老師、同學(xué)、朋友誠摯地說一聲：謝謝！參考文獻1 中國機械工程學(xué)會.中國模具設(shè)計大典第二冊M.江西科學(xué)出版社，2003.2 葉久新，王群塑料成型工藝及模具設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，2008.3 名牌戰(zhàn)略，塑料工業(yè)發(fā)展契機N .消費日報，2006.4 高濟.塑料模具設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，2002.5 行業(yè)信息J.模具制造，2007，（6）：54.6 陳言秋.塑料模具設(shè)計要點與圖例M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.7 屈華昌.塑料成型工藝M.北京：機械工業(yè)出版社，2001.8 丁浩.塑料工業(yè)實用手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.9 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