鼠标上盖的注塑模具设计.doc
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鼠标上盖的注塑模具设计
摘要
本课题采用Solidworks软件对鼠标上盖制品及模具进行了三维造型，采用了Solidworks三维制图软件中的Imold注塑模设计模块，通过对塑件的分析计算，完成对鼠标上盖注塑模的设计，并生成模具总装图和爆炸图。
采用Solidworks的数值模拟技术和经验设计计算相结合的方法优化设计,同时仿真了塑料熔体在型腔内的充模流动以及冷却分析过程，预测了缺陷产生的临界条件，优化了工艺方案及工艺参数，降低了缺陷出现的可能性。
利用参数化实体造型的方法，为更加高速、快捷的造型、生产提供了一种切实可行的办法。
关键词：
鼠标,上盖，塑料，注塑模，Solidworks，AutodeskMoldflow
Injectionmouldformouseuppercover
Abstract
ThispaperusestheSolidworkssoftwareformousecoverproductsandmoldsfor3Dmodeling,usingImoldmolddesignmoduleSolidworksthree-dimensionalmappingsoftware,calculatedbytheanalysisofplasticparts,thedesignofthemousecoverinjectionmold,andmoldassemblydiagramandgenerateexplodeddiagram.MethodsbyusingSolidworksnumericalsimulationtechnologyandexperienceincombiningtheoptimizationdesigncalculation,andthesimulationoftheplasticmeltinthecavitydiefillingandcoolingprocessanalysis,forecastingthecriticalconditionfordefects,processplanandprocessparameterswereoptimized,thepossibilityofreducingthedefectsinthe.Byusingthemethodofparametricsolidmodeling,providesafeasiblesolutionformorerapid,efficientdesign,production.
Keywords:
themouse,theuppercover,plastic,injectionmold,Solidworks,AutodeskMoldflow
目录
绪论 1
1.鼠标上盖结构及成型工艺分析与建立模型 1
1.1我国塑料模具工业的现状 1
1.2注塑模具计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造 1
1.2.1CAD/CAM/CAE对模具设计的作用及意义 1
1.2.2Solidworks简介 2
1.2.3SurfaceWorks简介 2
1.2.4Imold模具设计软件简介 3
1.3课题研究的目的 3
2.模具结构设计 3
2.1塑件结构分析 3
2.2塑件成型工艺分析 4
2.2.2ABS的性能分析 4
2.2.3ABS的注射成型过程及工艺参数 4
2.2.4MagicMouse上盖外壳建立模型 5
2.3分型面的选择 6
2.4型腔数量的确定 7
2.5成型零件的设计 8
2.6注塑机的选择和校核 9
2.6.1注射量的计算 9
2.6.2浇注系统凝料体积的初步估算 9
2.6.3选择注塑机 10
2.6.4注塑机相关参数的校核 10
3.MOLDFLOW分析最佳注塑点 11
4.浇注系统的设计和计算 12
4.1主流道的设计 12
4.2分流道的设计 12
4.3浇口的设计 13
4.4校核主流道的剪切速率 14
4.5冷料穴的设计 15
5.冷却系统的设计 15
5.1冷却介质 15
5.2冷却系统的简单计算 15
5.3冷却水路的设计 17
6.模架的选择与导向结构设计 18
6.1各模板尺寸的确定 18
6.2模架各尺寸的校核 18
6.3导向结构设计 19
7.脱模推出机构及排气槽的设计 19
7.1脱模机构设计原则 19
7.2推出机构的设计 19
7.2.1推出方式的确定 19
7.2.2推杆的布置 19
7.3脱模力的计算 20
7.4推杆的直径计算及强度校核 21
7.5推出机构的复位 21
7.6排气槽的设计 21
8.模具的安装 23
总结 24
参考文献 25
致谢 26
绪论
1.鼠标上盖结构及成型工艺分析与建立模型
1.1我国塑料模具工业的现状
模具工业的发展，己成为制造业中科技含量增长最快的行业之一。
尽管受到全球金融危机的影响，2012年中国模具销售额仍达到980亿元人民币，模具出口额连续两年在19亿美元左右，有些产品已接近或达到国际水平，中国模具工业仍保持增长态势；中国模具进口在连续4年20亿美元后2012仍保持19.64亿美元,国内需求旺盛。
中国的模具制造技术水平继续在精密加工、敏捷制造等方面发展，智能管理技术在未来也将被企业重视。
随着中国内需的拉动，以及中国模具在国际模具采购中具有性价比的优势，可以预计中国模具工业仍会有较大增长。
这些因素都将使中国对先进加工制造设备、先进制造软件、先进制造刀具等的需求愈加旺盛。
随着模具企业产业链的延伸，采购精密塑料机械、数控锻压设备也逐年增加。
塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。
随着塑料的种类不断增多、性能不断改善，塑料制品已在工业、农业、国防、交通运输、通信以及日常生活等方面得到广泛应用。
中国塑料工业加工协会会长廖正品在接受消费日报采访时说[3]：
“塑料是我国国民经济的支柱产业之一，改革开放30年来，我国塑料行业发展非常迅速，1999年至2004年均增长率为14%，是同期GDP增速的1.7倍，预计近十几年增速仍将高于GDP增长。
2004年累计完成工业总产值2936.2亿元，占轻工行业总产值的10.5%，产值总额在轻工19个主要行业中位居第三；实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。
目前，行业深入发展契机已经显现，受到国家有关部门的重视。
在2006年，一向不被人们关注的塑料管材管件也被列入到中国名牌产品评价目录中。
”
注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，由于能够一次成型形状复杂、尺寸准确的产品,且适用于高效率、大批量的生产方式，因此有很大的市场需求和良好的发展前景。
我国塑料模具工业经过了半个多世纪的迅速发展，无论是模具的设计水平、加工制造技术还是CAD技术，都已有了相当规模的开发和应用，但与发达国家相比，仍有不小的差距，例如专用塑料模具钢品种少，模具标准化程度不高，独立的模具工厂少，专业与柔性化相结合尚无规划等等。
因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。
1.2注塑模具计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造
1.2.1CAD/CAM/CAE对模具设计的作用及意义
目前，塑料产品种类多、更新快、市场竞争加剧，因此要在激烈的竞争中求生存，就必须走高效率、高质量、高精度的道路。
因此如何缩短设计周期、提高产品质量、降低生产成本是我国塑料加工企业共同面对的问题。
我国塑料模具目前的设计与分析主要依靠设计人员的经验和工艺人员的技巧，设计合理与否、制品有无缺陷只有通过试模才知道，使得模具的制造周期长、成本高。
而注塑模具CAE技术可在模具制造之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在的缺陷，突破了在传统的注塑机上的反复试模、修模的束缚。
同传统的模具设计相比，CAE技术在提高生产率、保证模具质量及其性能，降低生产成本、减轻劳动强度等方面，起到了不可估量的作用。
对近几年国内外文献所公布的有关数据的统计表明，国外采用CAD/CAM/CAE技术所取得的平均经济效率大致为：
设计时间缩短了50%、制造时间缩短了30%、成本下降了10%、塑料原料节省了7%[4]。
注射模CAD/CAM/CAE技术作为一种划时代的工具和手段，从根本上改变了传统的模具设计与制造方法[2]。
实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
1.2.2Solidworks简介
Solidworks软件功能强大，组件繁多。
Solidworks功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
SolidWorks不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks来搞设计了。
SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。
SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。
使用SolidWorks，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。
在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。
美国著名咨询公司Daratech所评论：
“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。
”
在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。
1.2.3SurfaceWorks简介
SurfaceWorks曲面辅助工具主要是对SolidWorks曲面建模功能的补充。
在SolidWorks中建立模型时，利用现有模型的边、面或点可以直接在SurfaceWorks中进行曲面处理，生成特定要求的曲面。
在SurfaceWorks软件中保存零件返回到SolidWorks后，在SurfaceWorks中生成的曲面就自动输入到当前模型中。
再利用输入的曲面对当前模型进行实体化处理，就可以建立具有复杂曲面的模型。
1.2.4Imold模具设计软件简介
IMOLDforSolidWorks是SolidWorks环境下最强大的模具设计产品，模具设计者可快速进行产品设计，并可随时预览。
利用其自动工具或交互工具，如自动分离线生成工具、内部/空穴表面分割工具及边核开发工具等，IMOLD提供的功能不能与别的模具设计系统同日而语。
1.3课题研究的目的
随着塑料制品应用的日益广泛，对塑料模具设计和制造的要求也越来越高。
本课题以鼠标上盖为研究对象，然后借助MoldFlow软件强大的分析和动态仿真功能，对其浇口位置、冷却系统、填充系统、翘曲变形进行优化分析，从而得到了最佳浇口位置和模具的相关结构。
整个设计从二维发展为三维，实现了可视化设计，不但可以立体、直观地再现尚未加工出的模具体，而且真正实现了CAD/CAM/CAE一体化，可以有效地提高模具质量、缩短模具开发周期、减小模具生产成本，提高产品的市场竞争力。
2.模具结构设计
2.1塑件结构分析
一款好的鼠标的外形应符合人体工程学原理，令人手感舒适，因此结构设计非常重要。
该塑件属于流线型结构，由许多曲面构成，如图2-1所示。
鼠标上盖最重要的就是外观表面，所以要求其表面光滑美观，成型后无磨损、脱模痕迹、熔接痕、气泡等影响外观的缺陷。
其最大轮廓尺寸为82mm×40mm×27mm。
如图2.1所示
图2.1苹果Magicmouse
2.2塑件成型工艺分析
1）外形尺寸该模具壁厚1.5mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。
（2）精度分析该塑件精度要求不高，采用一般精度MT3。
（3）脱模斜度ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考表2-10[2]选择该塑件上型芯和凹模斜度为1°~3°。
2.2.2ABS的性能分析
（1）使用性能
综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般的机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。
（2）成型性能
1）无定型塑料。
其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。
2）吸湿性强。
含水量小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
3）流动性中等。
溢边料0.04mm左右。
4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。
推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。
（3）ABS的主要性能指标
其性能指标见下表2-1。
表2.1ABS的性能指标
密度/g·cm-3
1.02~1.08
屈服强度/Mpa
50
比体积/cm3·g-1
0.86~0.98
拉伸强度/Mpa
38
吸水性/%
0.2~0.4
拉伸弹性模量/Mpa
1.4×103
熔点/℃
130~160
抗弯强度/Mpa
80
计算收缩率（%）
0.4~0.7
抗压强度/Mpa
53
比热容/kg·℃
1470
弯曲弹性模量/Mpa
1.4×103
2.2.3ABS的注射成型过程及工艺参数
1）注射成型过程
成型前的准备。
对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。
注射过程。
塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
塑件的后处理。
处理的介质为空气和水，处理温度为60~70℃，处理时间为16~20s。
（2）注塑工艺参数
注塑机：
柱塞式
料筒温度（℃）：
后段150~170；
中段165~180；
前段180~200。
喷嘴温度（℃）：
170~180。
模具温度（℃）：
60~80。
注射压力（MPa）：
70~90。
成型时间（S）：
14.4（注射时间取0.7，冷却时间5.7，辅助时间
2.2.4MagicMouse上盖外壳建立模型
选择【文件】→【新建】命令，在【新建】对话框中选择【零件】类型，建立Magicmouse的文件。
利用solidworks工具中的图片草图功能和SurfaceWorks曲面辅助工具进行Magicmouse上盖外壳曲面造型。
图2.2前视图图2.3上视图
图2.4左视图图2.5下试图
图2.6等轴测1图2.7等轴测2
2.3分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑料件和浇注系统凝料的可分离的接触表面，它的选择是塑件能否完好成型的先决条件[2]。
（1）分型面设计的原则
符合塑件脱模的基本要求，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。
分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。
确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面。
确保塑件质量。
尽量避免形成侧孔、侧凹，力求模具结构简单。
满足模具的锁紧要求；分型面是曲面时，应加斜面锁紧。
合理安排浇注系统，特别是浇口位置。
有利于模具加工。
（2）分型面位置的确定通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的曲面上，即其最大轮廓处，位置如图2.8红线框所示。
2.8分型线的确定
2.9分型面的确定
2.4型腔数量的确定
该塑件采用的精度为MT3，且为大批量生产，因此采用一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件尺寸和模具结构尺寸的大小关系，又考虑到型腔的平衡布置和浇口开设部位的对称，所以采用一模两腔布置,如图2.10所示
图2.10一模两腔的创建
2.5成型零件的设计
直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。
由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。
凹模结构：
由于上盖形状不太复杂，故选用整体凹模；凸模：
选用整体凸模。
其结
图2.11创建型芯型腔
图2.12分模
图2.13凹模
图2.14凸模
2.6注塑机的选择和校核
2.6.1注射量的计算
通过solidworks分析计算得
注塑体积：
V塑=7.601035cm3≈7.60cm3
塑件质量：
m塑=7.752g≈7.75g，密度取=1.02g/cm3。
2.6.2浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按塑件体积的0.2~1倍来估算。
由于采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V塑（1+0.2）×2=15.5cm3
2.6.3选择注塑机
根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V总=15.5cm3，并结合教材公式V公=V总/0.8得V公=19.375cm3。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为30cm3，注射机型号为XS-Z-30卧式注射机，其主要技术参数见下表2-1。
表2-1注射机主要技术参数
理论注射容量/cm3
30
拉杆空间/mm
235
螺杆柱塞直径/mm
28
最大模具厚度/mm
180
注射压力/MPa
119
最小模具厚度/mm
60
注射行程/mm
130
合模方式
液压-机械
注射方式
柱塞式
定位圈直径/mm
63.5
合模力/N
2.5×105
喷嘴球半径/mm
12
模板最大行程/mm
160
喷嘴口孔径/mm
4
2.6.4注塑机相关参数的校核
（1）注射压力校核
查表4-1可知[2]，ABS所需要的注射压力为80~110MPa，这里取P0=90MPa，该注塑机的公称注射压力P公=119MPa，注射压力安全系数k1=1.1~1.3，这里取1.2，则：
k1P0=1.290=108＜P公式（2.2）所以，注塑机注射压力合格。
（2）锁模力校核
① 塑件在分型面上的投影面积A塑，通过solidworks软件测量得A塑=2432.15mm2
② 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。
A浇是塑件在分型面上的投影面积A浇的0.1~0.3倍。
这里取A浇=0.2A塑。
③ 塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则
A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+2A塑）=21.2A塑=5837.16mm2式（2.3）
模具型腔内的膨胀力F胀，则
F胀=A总P模=204300.6N=204.3kN式（2.4）
P模为型腔的平均计算压力值。
P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%~40%，大致范围为25~40MPa。
对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。
ABS属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可得该注塑机的公称锁模力F锁=250kN，锁模力的安全系数为k2=1.1~1.2这里取1.2，则
k2F胀=1.2F胀=1.2204.3=245.16＜F锁式（2.5）所以，该注射机锁模力合格。
对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。
3.MOLDFLOW分析最佳注塑点
MoldFlowPlasticAdvisers塑件顾问系列用于帮助制件设计者和模具设计者检测其设计的工艺性。
MoldFlow的技术和服务提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本。
所有MoldFlow产品都是围绕着MoldFlow的战略“进行广泛的注塑分析”。
通过“进行广泛的注塑分析”将MoldFlow积累的丰富注塑经验带进制件和模具设计，并将注塑分析与实际注塑机控制相联系，自动监控和调整注塑机参数。
“进行广泛的注塑分析”使制件具有更好的工艺性、并优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产质量的稳定性。
本人所设计的鼠标上盖在AutodeskMoldflow环境下进行流道分析，首先找出其最佳浇口位置，分析结果如下所示：
图3.1分析反面结果图3.2分析正面结果
图3.3分析侧面结果图3.4侧面正视分析结果
鼠标的上盖单个体在AutodeskMoldflow中浇口位置分析可知，在中心位置浇注出来的产品质量比较好，绿色的范围比较大，但是苹果MagicMouse对正反面表面质量有严格的光整度要就，所以最佳浇注位置选在侧面，一模二腔，潜伏式浇口的浇注方式。
4.浇注系统的设计和计算
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
其作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件[2]。
4.1主流道的设计
（1）主流道尺寸
主流道的长度：
小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取48mm进行设计。
主流道小端直径：
d=注射机喷嘴尺寸+mm=mm=4.5mm式（4.1）
主流道大端直径：
d′=d+2L主tan≈7.85mm，式中°。
式（4.2）
主流道球面半径：
SR0=注射机喷嘴球头半径+mm=mm=14mm式（4.3）
球面的配合高度：
h=3mm。
（2）主流道的凝料体积
式（4.4）
（3）主流道当量半径式（4.5）
（4）主流道浇口套的形式
浇口套为标准件可选购。
主流道小端入口处
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