基于PROE鼠标上盖注射模具设计与模拟加工毕业设计论文.docx
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基于PROE鼠标上盖注射模具设计与模拟加工毕业设计论文
襄樊学院
毕业设计（论文）正文
题目
基于PRO/E鼠标上盖注射模具设计与模拟加工
专业
机械设计制造及其自动化
班级
姓名
学号
指导教师
基于PRO/E鼠标上盖注射模具设计与模拟加工
摘要：
在对鼠标上盖进行设计分析该塑件的过程中，涉及到了塑件的结构设计、对塑件进行分型面设计，模架的选择及注塑机的一些重要工艺参数的校核，并详细叙述了模具设计中的分型面设计、浇注系统设计、成型零件设计、顶出机构设计和冷却系统设计。
在模具设计过程中，采用了Pro/ENGINEER、AutoCAD等著名的设计分析软件，采用这些软件进行设计分析，优化了设计的参数和缩短了设计时间，提高了设计效率。
通过整个模具设计，本人已经能够熟练地使用当前常用的设计分析软件，学会了根据计算或者依据经验选择一些参数,增加了对注塑模具的了解。
关键词：
塑胶注射模具；浇注系统设计；成型零件设计
Applicationofinjectionmolddesign
formousecoveronPRO/E
Abstract:
Carriesonthedesignanalysistothemousecovertobesupposedtomodelinaprocess,involvedhasmodelledthestructuraldesign,tomodelstocarryontheminuteprofiledesign,thepouldframechoiceandtheinjectionmoldingmachinesomeimportantcraftparameterexamination,andnarratedinthemolddesigntodividetheprofiledesign,thecastingsystemdesign,theformationcomponentsdesignindetail,goesagainsttheorganizationdesignandthecoolingsystemdesign.
Inthemolddesignprocess,hasusedPro/ENGINEER,AutoCADandsoonthefamousdesignanalysissoftware,usesthesesoftwarestocarryonthedesignanalysis,optimizedthedesignparameterandreducedthedesigntime,enhancedtheratedcapacity.
Throughtheentiremolddesign,myselfalreadycouldskilledusethecurrentcommonlyuseddesignanalysissoftware,haslearnedchoosessomeparametersaccordingtothecomputationorbasedontheexperience,increasedtohascastthemoldtheunderstanding.
Keyword:
Revertexinjectionmold;Poursthesystemdesign;Formationcomponentsdesign
1注塑模具成型及概述
1.1模具概述
1.1.1塑性模具的国内外现状及发展趋势
模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。
美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。
日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。
如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。
由于塑料具有很多优良的性能和特点，近年来它在各领域得到了越来越广泛的应用。
作为塑料制造业的支柱产业——塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展，特别是作为塑料必备成型工具的塑料注塑模具，由于它成型效率高，易成型形状复杂的制品，并科实现自动化生产，得到迅速的法子，在我国其发展速度之快、需求量之大是前所未有的。
未来国内外塑性模具的制造技术和成型技术有如下发展趋势：
1）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；2）高速铣削加工将得到更广泛地应用；3）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；5）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；6）虚拟技术将得到发展；7）模具自动加工系统的研制和发展。
1.1.2鼠标注塑模具的现状
鼠标（Mouse），也有人喜欢称之为滑鼠。
鼠标的发明，给操作电脑的用户带来了大大的方便，减少了使用键盘的时间，加大了操作速度，自此，鼠标和电脑就结下了不解之缘，特别是操作系统发展到了Windows时代，鼠标既成关键的输入设备。
从基本的运行程序、Copy文件、删除文件到系统的设置与调试，鼠标均必不可少。
鼠标在现代计算机中的作用越来越重要，其主要发展趋势为人性化，多样化，个性化。
这对鼠标注塑模具设计和制造的要求也越来越高。
传统的手工设计与制造方式早己满足不了注塑模具设计和制造的需要。
模具设计已从人工经验设计方式转化为依靠计算机辅助设计的方式。
广泛采用模具CAD/CAE/CAM技术，使模具设计、计算机分析、生产装备、数控加工、检验、试模等工作一体化，设计数据直接经过网络和数据库管理系统传递到各个生产部门，大大缩短模具生产周期。
此外，成形过程计算机模拟，并行工程、人工智能，快速原型制造等先进制造技术的应用，以及模具标准化、专业化生产等也为缩短供货期起了重要作用。
1.2注塑模具方法简介
1.2.1传统注塑模具设计方法
传统普遍方法是用Pro/MOLDESING由输了制作的三维实体模型建立起模具装配模型，设计分型面，浇注系统及冷却系统，生成模具成型零件的三维实体模型，从而可方便且更准确完成塑料模具核心部分的设计工作。
再利用Pro/E系统的布局及装配模块，我们还可以进行模具的顶出系统和三维总装配设计，并最终利用工程图模块生成2D工程图。
1.2.2现代注塑模具设计方法
近十年来，模具CAD/CAE/CAM（计算机辅助设计、辅助工程和辅助制造）技术发展很快，应用范围日益扩大。
可以认为，采用CAD/CAE/CAM技术是模具生产革命化的重要措施，是现代模具设计力法中最主要的组成都分。
发展简史
常用塑料如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS等，在20世纪40年代才问世，注射模的历史也才50余年，但发展速度却异常迅速，塑料制品己成为工业部门和日常生活不可缺少的重要组成部分。
塑料工业对模具的迫切需求是注射模CAD/CAE/CAM发展的原动力，而近30年塑料流变学、几何造型技术、数控加工以及计算机技术的突飞猛进又为注射模CAD/CAE/CAM系统的开发创造了条件。
注射模CAD技术的发展十分迅速。
在20世纪60年代，英、美、加拿大等国的学者相继开展了注射过程一维流动模拟和冷却分析算法的研究。
在此基础上，在70年代便完成了二维流动模拟与冷却分析程序的开发。
80年代开展了三维软件的研究并将研究范围扩展到保压分析、纤维分子取向以及翘曲预测等领域，从90年代开始进行集成化的研究。
以上的研究成果为开发商品化的注射成型过程分析软件奠定了坚实的基础。
几何制造与数控加工技术在此期间也取得了显著的进步。
从60年代基于线框模型的CAD系统到70年代的以曲面造型为核心的CAD／CAM系统、80年代实体造型技术的应用、90年代基于特征的参数化实体／曲面造型技术的完善，为注射模的设计与制造采用CAD／CAM技术提供了可靠的保证。
目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于注射模设计与制造的CAD／CAM系统。
注射模CAD/CAE/CAM能够推广运用的另一个原因是计算机的发展。
从70年代采用集中式分时系统的中、小型计算机，到80年代采用分布式系统的丁作站，再到能与工作站媲美的微型计算机，性能价格比越来越高，购置一台能用于模具CAD/CAE/CAM的微机对于普通的中、小模具厂甚至于个人，在价格上都是能够承担的。
正是由于上述领域的努力和发展，注射模CAD/CAE/CAM才会在机械制造工程中异军突起，在实际应用中发挥出较大的作用。
技术特点
注射模CAD／CAM的重点在于注射制品的几何造型、模具设计、绘图和数控加工数据及指令的生成；而CAE则是特工程试验、分析、文件生成乃至制造贯穿于制品研制过程的每一个环节之中，用以指导和预测制品在构思、设计和制造阶段的行为。
按照传统方法，注射制品的构思完成后，需要制作实际样品以评估其外观及测定其性能。
若采用仿形加工制作型腔或者屯火花机床所需的电极，则需首先制作木模，经过两次翻型后方能得到石膏靠模。
这种方法的主要缺点是木模的精度无法保证，而且由于仅凭经验设计模具，需要多次试模和修正才能生产出合格的注射制品。
CAD/CAE/CAM的集成化从根本上改变了传统的模具设计与制造方式采用几何造型技术，注射制品一般不必进行原型试验，制品形状能够追真地显示在计算机屏幕上，并可借助于弹性有限元分析软件对制品的力学性能进行预测。
当必需实际样品时，可采用快速成型制造技术（RPM：
rapidprototype/partmanufacturing）直接由保存在计算机中的制品几何模型自动而迅速地将实物制造出来。
当需要依靠实际注射制品设计注射模时，可采用反求工程（RE：
reverseengineering）技术，由三坐标测量仪获得制品表面测量点的数据，再据此生成所测制品的几何模型。
借助于模具CAD软件的自动检索、交互绘图和快速计算的能力，模具设计考能够从繁冗的手工绘图和计算中解放出来，集中招力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工CAD作。
在模具图下达车间制造之前，CAE软件可以预测成型工艺及模具结构等有关方案和参数的正确性。
例如，可以来用流动模拟软件来考察塑料熔体在模具型腔内的流动过程，以此改进流道系统的设计，提高试模的成功率；可以来用保压和冷却分析软件来考察塑料熔你的凝固过程和模温的变化，以此改进模具的冷却系统，调整注射成型工艺参数，提高制品的质量和生产效率；还可以来用应力分析软件来预测制品出模后的翘曲和变形。
借助于CAM软件，模具型腔的几何数据能交互地转换为机床刀具的曲面运动轨迹，进而生成数控加工指令，这样就可以省去模型的制作工序。
在实际加工之前还可以来用数控加工过程仿真软件对切削过程进行检验，以避免误切。
由此可见，模具CAD/CAE/CAM技术是用科学的方法，以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使用户能借助于计算机对制品、模具结构、加工、成本等进行反复的修改和优化，直至获得最佳结果。
因此CAD/CAE/CAM技术能显著地缩短模具设计与制造时间，降低模具成本并提高制品的质量。
工程应用
在西方先进工业国，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用己非常普遍。
公司之间模具订货所需的塑料制品资料己广泛使用电子文档，能否具有接受屯子文档的模具CAD／CAM系统已成为模具企业生存的必要条件。
当前代表国际先进水平的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体表现在如下四个方面：
（1）基于网络的模具CAD／CAE／CAM集成化系统已开始使用，如英国Delcam公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注射模CAD／CAM的集成化系统Delcam`sPowersolution。
该系统覆盖了几何建模、注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。
系统的每一个功能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。
（2）微机软件在模具行业中发挥警越来越重要的作用，在如年代初，能用于注射制品几何造型和数控加工的模具CAD／CAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如在模具行业中应用较广的美国Pro／E、UGII、CADDS5，法国的CATIA、EUCLID和英国的DUCT5等。
随警微机技术的飞速进步，在90年代后期，基于windows操作系统的新一代微机软件，如SolidWorks、Solidedge、MDT等崭露头角。
这些软件不仅在采用NURBS曲面〔非均匀有理B样条曲面）、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD／CAM软件的优点，而且在windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面还具有工作站级软件所不能比拟的优点，深得使用者的好评。
为了顺应潮流，许多工作站级软件相继都移植了微机级的CAD／CAM版本，有的软件公司为了能与Windows操作系统风格一致，甚至更写了CAD／CAM系统的全部代码。
（3）模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正在逐步提高 当前，注射模设计和制造在很大程度上依靠着人的经验和直觉。
仅凭有限的数值计算功能，软件是无法为用户提供符合实际情况的正确结果的，软件的智能化功能必不可少。
面向制造、基于知识的智能化功能现已成为衡量模具软件先进件和实用性的重要标志之一。
许多软件都在智能化方面做了大量的工作。
如以色列C1matron公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优化生成分模面，其设计过程实现了模具零件的相关性，自动生成供数控加工的钻孔表格，在数控加工中实现了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产效率和质量。
（4）三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二维视图进行模只结构设计。
这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产和集成化技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。
与此相适应，在注射流动过程模拟软件方面，也开始由基于中性层面的二维分析方式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与三维分析的集成得以实现。
1.2.3设计注射模具应注意的问题
设计模具时，要考虑模具装配等模具结构方面的问题，大致有以下几个方面：
（1）了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力，流动速度，检验最大流动长度。
根据塑料在模具内流动方向（即充模顺序），考虑塑料在模具内重新融合和型腔内原有空气导出的问题。
（2）考虑冷却过程中塑料收缩问题。
（3）通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善制品的内应力。
（4）进浇点和分型面的选择问题。
（5）制件的横向分型抽芯及顶出的问题。
（6）模具的冷却或加热问题。
（7）模具有关尺寸与所有注射机的关系，包括与注射机的最大注射量、锁模力、装部分的尺寸等的关系。
（8）模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、光洁度、强度和刚度，易于制造和装配。
1.2.4本毕业设计的模具设计方法
此次设计主要采用的是Pro/E4.0设计人员的模式对本鼠标外壳模具进行设计。
主要步骤如下：
（1）通过Pro/e对产品建模，将产品CAD模型装配产生参照模型，然后对参照模型添加工件；
（2）模具模型上创建收缩；
（3）设计浇注系统，在工件中添加浇口、流道作为模具特征；
（4）设计并在工件中定义分型面；
（5）结构件设计；
（6）铸模的建立；
（7）装配模座，从供应商中选取标准模座进行装配；
（8）模拟开模，同时对模具零件进行干涉检测；
2注塑模具的设计流程
图1手握鼠标
2.1鼠标结构特点
根据中国人人体工程学，对于人的上臂来说，它的自然形态应该是使尺骨和桡骨接近平行的状态，这种状态，也就是当上臂和手掌平放桌上的时候，上臂和手掌呈接近垂直的倾斜状态，使用掌外侧触及桌面的形态。
因为这种形态下，上臂的主要肌肉和血管不会发生扭曲，所以即便长时间保持这个姿势，也不会出现肌肉疲劳和缺氧情况。
而对于手腕结构来说，多次的试验证明，当人的手腕呈“仰起”状态时，则“仰起”的夹角在15度－30度之间的时候，是最舒适的状态，超出这个范围，会导致前臂肌肉处于拉伸状态，而且也会导致血流的不畅（如图1所示）。
2.2鼠标塑件工艺分析
已有三十多年历史的鼠标，鼠标的外形由从英格尔巴特手中的“有两个滚轮、一个按钮的小木头盒子”开始，发展到了今天有着时尚外形、可以没有“尾巴”的无线鼠标，以及衍生到笔记本电脑的触摸式、推杆式鼠标，鼠标家族可谓“人丁兴旺”鼠标的外形也有原始的外形变得各种各样，如今各大厂商都已将目光投向了性能、时尚之外的舒适度上，其中的一个重要进步是把“人体工程学”引入了鼠标的设计，比如在设计鼠标时尽量使其与手掌、手指多接触，以便使用起来更舒服。
一款优秀的鼠标首先是一款外观靓丽使用舒适且适合使用者手型大小的鼠标，而不同的使用者则应该根据自己的实际情况选择适合自己的鼠标。
一般来说，一款优秀的鼠标表面做工应该细腻而流畅，外壳光滑却不至于滑手，更不该有任何明显的毛刺和突兀，而接缝也应该细腻而精细。
许多频繁使用鼠标的人会发现自己的腕骨突出，手指和手腕会经常出现酸疼的感觉，这就说明其鼠标的设计并没有体现以人为本的设计思想。
而目前市场上一些优秀的鼠标则充分体现了人体工学的设计思想，在实际手握时应感觉轻松而舒适且与手掌面贴合，按键轻松而有弹性，而目前市场上流行的3D滚轮设计，则很大程度上方便了喜欢观看电子书和网页的用户，使他们不必再在翻页和拖动页面时移动鼠标了。
鼠标并非纯粹的工业产品，还是一种时尚。
如今设计分为时尚型、轻松型和正统型3种，有针对性地为3种人群进行设计。
即使是形状和功能相同的产品，也会通过改变外形颜色，设计出适合不同对象的产品。
银色和红色鼠标主要面向时尚型用户，白色面向正统型用户，其他颜色则主要面向轻松型用户。
鼠标已经不只是一种工具，而且也是展示创意的地方。
鼠标的结构一般有三部分组成.上盖，按键，和下盖构成
鼠标的表面粗糙度不需要太高一般在2.5～～3.6之间
而鼠标的精度要求也不是很高一般在IT5～～IT6之间
鼠标壳的厚度在1mm~~3mm之间
（1）尺寸和精度
这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小，从所设计塑件的总体尺寸分析得知，其尺寸较为合理，不会太大，这样就可以避免塑料容体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型，塑件材料为ABS,等级精度为：
MT5。
（2）形状
本塑件的几何形状除能满足功能使用外观要求外，还做到尽可能使其所对应的模具结构简单化，便于加工成型。
（3）壁厚
通常热塑性塑料的注塑件壁厚一般在2-4mm范围内，分析设计塑件功能要求，确定塑件的壁厚为2mm。
设计制品应尽量减少壁厚和壁厚不均匀，这样有利于缩短模塑周期，提高生产效率及节省材料。
最小壁厚应满足：
具有足够的强度和刚度；脱模时能经受脱模机构的冲击和振动；装配时能承受紧固力。
壁厚过大：
浪费材料，增加了压塑时间或冷却时间；也影响产品质量。
同一个塑料零件的壁厚应尽可能一致。
否则因冷却速度或固化速度不一致产生附加内应力。
（4）脱模斜度
根据已选定的材料ABS，其脱模斜度宜为（40ˊ－1.5°）。
为使注塑开模后，塑件留在动模一侧的型芯上，取其脱模斜度为50′。
（5）加强筋等防止变形的结构设计
为提高塑件的强度和刚度而又不至于使制品的壁厚过大，在适当的位置采用增设加强筋的方法。
（6）圆角
塑件面与面之间一般采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善熔体在型腔中的流动状况,有利于充满型腔,便于脱模。
鼠标的内外圆角以及三个壁面结合处的转角都设计成圆角。
（7）孔的设计
用模具成型的孔，在满足使用要求的情况下，应尽量采用工艺上易于加工的孔。
所设计的塑件分上壳与下壳部分，上下壳均有一个孔，用于孔轴的装配，起固定锁紧连接作用，孔径为3mm。
上壳孔为螺丝定位，为了保证两个孔的安装，下壳的孔比上壳大0.5-1mm，壁厚同为2mm。
（8）成型方法
主要依靠注射成型机（柱塞式和螺杆式）和注射模具来完成。
ABS塑料的成型加工性能良好，选用螺杆式注塑机进行注塑成型。
2.3鼠标塑件材料选用及特性
鼠标原材料采用ABS，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
ABS具有如下特性：
⑴综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好；
⑵与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理；
⑶有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；
⑷流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好，适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件；
⑸注塑工艺分析，ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理；比重为1.05克/立方厘米；成型收缩率，0.4-0.7% ，一般取0.5％；成型温度，200-240℃；熔化温度，210～280℃，建议温度为245℃；模具温度，25～70℃；注射压力：
500～1000par；注射速度，中高速度。
2.4绘制模具图
要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。
在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。
由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明"工艺尺寸"字样。
如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。
在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。
通常就把工序图画在模具总装图上。
绘制总装结构图
绘制总装图尽量采用1：
1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。
模具总装图应包括以下内容：
（1）模具成型部分结构
（2）浇注系统、排气系统的结构形式。
（3）分型面及分模取件方式。
（4）外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。
（5）标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。
（6）辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。
（7）按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。
（8）标注技术要求和使用说明。
模具总装图的技术要求内容：
（1）对于模具某些系统的性能要求。
例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。
（2）对模具装配工艺的要求。
例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。
（3）模具使用，装拆方法。
（4）防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。
（5）有关试模及检验方面的要求。
绘制全部零件图。
由模具总装图拆画零件图的顺序应为：
先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。
（1）图形要求：
一定要按比例画，允许放大或缩小。
视图选择合理，投影正确，布置得当。
为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。
（2
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