【正文】 ................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 25 致謝 ..................................................................................................................... 26 1 緒論 1. 鼠標(biāo)上蓋結(jié)構(gòu)及成型工藝分析與建立模型 我國(guó)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(zhǎng)最快的行業(yè)之一。盡管受到全球金融危機(jī)的影響， 2022 年中國(guó)模具銷售額仍達(dá)到 980 億元人民幣，模具出口額連續(xù)兩年在 19 億美元左右，有些產(chǎn)品已接近或達(dá)到國(guó)際水平，中國(guó)模具工業(yè)仍保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；中國(guó)模具進(jìn)口在連續(xù) 4 年 20 億美元后 2022 仍保持 億美元 ,國(guó)內(nèi)需求旺盛。中國(guó)的模具制造技術(shù)水平繼續(xù)在精密加工、敏捷制造等方面發(fā)展，智能管理技術(shù)在未來(lái)也將被企業(yè)重視。隨著中國(guó)內(nèi)需的 拉動(dòng)，以及中國(guó)模具在國(guó)際模具采購(gòu)中具有性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)計(jì)中國(guó)模具工業(yè)仍會(huì)有較大增長(zhǎng)。這些因素都將使中國(guó)對(duì)先進(jìn)加工制造設(shè)備、先進(jìn)制造軟件、先進(jìn)制造刀具等的需求愈加旺盛。隨著模具企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，采購(gòu)精密塑料機(jī)械、數(shù)控鍛壓設(shè)備也逐年增加。 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(guó)防、交通運(yùn)輸、通信以及日常生活等方面得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)塑料工業(yè)加工協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)廖正品在接受消費(fèi)日?qǐng)?bào)采訪時(shí)說(shuō) [3]：“塑料是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，改革開放 30 年來(lái)，我國(guó) 塑料行業(yè)發(fā)展非常迅速， 1999 年至 2022 年均增長(zhǎng)率為 14%，是同期 GDP增速的 倍，預(yù)計(jì)近十幾年增速仍將高于 GDP 增長(zhǎng)。 2022 年累計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值 億元，占輕工行業(yè)總產(chǎn)值的 %，產(chǎn)值總額在輕工 19 個(gè)主要行業(yè)中位居第三；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售率 %，高于輕工行業(yè)平均水平。目前，行業(yè)深入發(fā)展契機(jī)已經(jīng)顯現(xiàn)，受到國(guó)家有關(guān)部門的重視。在 2022 年，一向不被人們關(guān)注的塑料管材管件也被列入到中國(guó)名牌產(chǎn)品評(píng)價(jià)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(chǎng)需求和良好的發(fā)展前景。 我國(guó)塑料模具工業(yè)經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的迅速發(fā)展，無(wú)論是模具的設(shè)計(jì)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(dá)國(guó)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(dú)立的模具工廠少，專業(yè)與柔性化相結(jié)合尚無(wú)規(guī)劃等等。因此努力提高模具設(shè)計(jì)與制造水平，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，是刻不容緩的。 注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與輔助制造 CAD/CAM/CAE對(duì)模具設(shè)計(jì)的作用及意義 目前 ，塑料產(chǎn)品種類多、更新快、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，因此要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)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(jì)周期、提高 2 產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本是我國(guó)塑料加工企業(yè)共同面對(duì)的問(wèn)題。 我國(guó)塑料模具目前的設(shè)計(jì)與分析主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和工藝人員的技巧，設(shè)計(jì)合理與否、制品有無(wú)缺陷只有通過(guò)試模才知道，使得模具的制造周期長(zhǎng)、成本高。而注塑模具 CAE技術(shù)可在模具制造之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來(lái)代替實(shí)際的試模，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷，突破了在傳統(tǒng)的注塑機(jī)上的反復(fù)試模、修模的束縛。同傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì) 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(dòng)強(qiáng)度等方面，起到了不可估量的作用。 對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)所公布的有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表明，國(guó)外采用 CAD/CAM/CAE技術(shù)所取得的平均經(jīng)濟(jì)效率大致為：設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了 50%、制造時(shí)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(shí)代的工具和手段，從根本上改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法 [2]。實(shí)踐證明，模具 CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重 要的作用。 Solidworks 簡(jiǎn)介 Solidworks軟件 功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是 SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD解決方案。 SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。 SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)， 操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。 對(duì)于熟悉 微軟 的 Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。 SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器 是同 Windows資源管理器一樣的 CAD文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。 在目前市場(chǎng)上所見到的三維 CAD解決方案中， SolidWorks是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便而方便的 軟件 之一。美國(guó)著名咨詢公司 Daratech所評(píng)論：“在基于 Windows平臺(tái)的三維 CAD軟件 中， SolidWorks是最著名的品牌 ，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者?！? 在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows風(fēng)格的拖 /放、點(diǎn) /擊、剪切 /粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的 。 SurfaceWorks 簡(jiǎn)介 SurfaceWorks 曲面輔助工具主要是對(duì) SolidWorks曲面建模功能的補(bǔ)充。在 3 SolidWorks中建立模型時(shí)，利用現(xiàn)有模型的邊、面或點(diǎn)可以直接在 SurfaceWorks中進(jìn)行曲面處理，生成特定要求的曲面。在 SurfaceWorks軟件中保存零件返回到 SolidWorks后，在 SurfaceWorks中生成的曲面就自動(dòng)輸入到當(dāng)前模型中。再利用輸入的曲面對(duì)當(dāng)前模型進(jìn)行實(shí)體化處理，就可以建立具有復(fù)雜曲面的模型。 Imold模具設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介 IMOLD for SolidWorks 是 SolidWorks 環(huán)境下最強(qiáng)大的模具設(shè)計(jì)產(chǎn)品，模具設(shè)計(jì)者可快速進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并可隨時(shí)預(yù)覽。利用其自動(dòng)工具或交互工具，如自動(dòng)分離線生成工具、內(nèi)部 /空穴表面分割工具及邊核開發(fā)工具等， IMOLD提供的功能不能與別的模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)同日而語(yǔ)。 課題研究的目的 隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)和制造的要求也越來(lái)越高。本課題以鼠標(biāo)上蓋為研究對(duì)象，然后借助 MoldFlow 軟件強(qiáng)大的分析和動(dòng)態(tài)仿真功能，對(duì)其澆口位置、冷卻系統(tǒng)、填充系統(tǒng)、翹曲變形進(jìn)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(gè)設(shè)計(jì)從二維發(fā)展為三維，實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)計(jì)，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(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 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(jì)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 21 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(wú)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 82mm 40mm 27mm。 如圖 所示 圖 蘋果 Magic mouse 4 塑件成型工藝分析 1）外形尺寸 該模具壁厚 ，塑件的尺寸不大，塑料的熔體流程不太長(zhǎng)，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(wú)定型塑料，成型收縮率較小，參考表 210[2]選擇該塑件上型芯和凹模斜度為 1176。 ~3176。 ABS的性能分析 （ 1）使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)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(jī)械加工，其表面可鍍鉻，適合制作一般的機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)零件。 （ 2）成型性能 1）無(wú)定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種來(lái)確定成型方法及成型條件。 2）吸濕性 強(qiáng)。含水量小于 %（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。 3）流動(dòng)性中等。溢邊料 。 4）模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置、形式。推出力過(guò)大或機(jī)械加工時(shí)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 21。 表 ABS 的性能指標(biāo) 密度 /g cm3 ~ 屈服強(qiáng)度 /Mpa 50 比體積 / cm3 g1 ~ 拉伸強(qiáng)度 /Mpa 38 吸水性 /% ~ 拉伸彈性模量/Mpa 103 熔點(diǎn) /℃ 130~160 抗彎強(qiáng)度 /Mpa 80 計(jì)算收縮率 (%) ~ 抗壓強(qiáng)度 /Mpa 53 比熱容 /kg℃ 1470 彎曲彈性模量/Mpa 103 ABS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù) 1）注射成型過(guò)程 成型前的準(zhǔn)備。對(duì) ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢測(cè)，由于 ABS吸水性 5 較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。 注射過(guò)程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為 60~70℃，處理時(shí)間為16~20s。 （ 2）注塑工藝參數(shù) 注塑機(jī)：柱塞式 料筒溫度（℃）：后段 150~170； 中段 165~180； 前段 180~200。 噴嘴溫度（℃）： 170~180。 模具溫度（℃）： 60~80。 注射壓力（ MPa）： 70~90。 成型時(shí)間（ S）： （注射時(shí)間取 ，冷卻時(shí)間 ，輔助時(shí)間 Magic Mouse 上蓋外殼建立模型 選擇【文件】 →【新建】命令，在【新建】對(duì)話框中選擇【零件】類型，建立 Magic mouse的文件。利用 solidworks工具中的圖片草圖功能和 SurfaceWorks 曲面輔助工具進(jìn)行 Magic mouse上蓋外殼曲面造型。 圖 前視圖 圖 上視圖 圖 左視圖 圖 下試圖 6 圖 等軸測(cè) 1 圖 等 軸測(cè) 2 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(jì)的原則 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。 分型面應(yīng)盡量不破壞塑件光滑的外表面。 確保塑件留在動(dòng)模一側(cè)，利于推出且推桿痕跡不顯露于外觀面。 確保塑件質(zhì)量。 盡量避免形成側(cè)孔、側(cè)凹，力求模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 滿足模具的鎖緊要求；分型面是曲面時(shí)，應(yīng)加斜面鎖緊。 合理安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置。 有利于模具加工。 （ 2） 分型面位置的確 定通過(guò)對(duì)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 紅線框所示。 分型線的確定 7 分型面的確定 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(shí)，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(duì)稱，所以采用一模兩腔布置 ,如圖 所示 圖 一模兩腔的創(chuàng)建 8 成型零件的設(shè)計(jì) 直接與塑料接觸構(gòu)成塑件形狀的零件稱為成型零件，其中構(gòu)成塑件外形的成型零件成為凹模，構(gòu)成塑件內(nèi)部形狀的成型零件成為凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接與高溫、高壓的塑料接觸，并且脫模時(shí)反復(fù)與塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及足夠低的表面粗糙度。 凹模結(jié)構(gòu)：由于上蓋形狀不太復(fù)雜，故選用整體凹模；凸模：選用整體凸模。其結(jié) 圖 創(chuàng)建型芯型腔