【文章內(nèi)容簡介】 功率，并提高了制品的質(zhì)量，縮短了設計制造周期和產(chǎn)品開發(fā)周期 [20]。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 14 2 注塑材料的選取及其注射參數(shù) 常用注塑材料及其選取 在注射成型工藝中，被用來作為注射材料的原料有許多，包括 AS（苯乙烯 丙烯腈共聚物）、 PS（聚苯乙烯）、 ABS（合成樹脂）、 PC（聚碳酸酯）、PVC（聚氯乙烯）、 PE（聚乙烯）以及其他很多原材料。 在其中， ABS 樹脂 作為 五大 合成樹脂 之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥 品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍 金屬 、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用于機械、 汽車、電子電器、 儀器儀表、 紡織 和建筑等工業(yè)領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。 本次設計的塑件是一個鼠標外殼，其表面粗糙度以及外觀顏色等要求較高 ，因此本塑件決定使用 ABS 塑料作為注射材料。 材料的特性 塑料 ABS 樹酯是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它將 PB， PAN，PS 的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌， 硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物， A 代表丙烯腈， B 代表丁二烯， S 代表苯乙烯。由于具有三種組成，而賦予了其很好的性能；丙烯腈賦予 ABS 樹脂的化學穩(wěn)定性、耐油性、一定的剛度和硬度；丁二烯使其韌性、沖擊性和耐寒性有所提高；苯乙烯使其具有良好的介電性能，并呈現(xiàn)良好的加工性。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 15 大部分 ABS 是無毒的，不透水， 但略透水蒸氣，吸水率低，室溫浸水一年吸水率不超過 1%而物理性能不起變化。 ABS 樹脂制品表面可以拋光，能得到高度光澤的制品。 ABS 具有優(yōu)良的綜合物理和機械性能，極好的低溫抗沖擊性能。尺寸穩(wěn)定性。電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性、成品加工和機械加工較好。 材料的物理特性 塑料 ABS 無毒、無味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆粒或粉狀。密度為 ～ ㎝ 3， 收縮率為 %～ %， 彈性模量值為 2Gpa， 泊松比值為 ，吸濕性 1%，熔融溫度 217237℃ ，熱分解溫度 250℃ 。ABS 有以下一些物理特性： 綜合性能較好 ， 沖擊強度較高 ， 化學穩(wěn)定性 ，電性能良好；有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別；流動性比HIPS 差一點，比 PMMA、 PC 等好，柔韌性好；適于制作一般機械零件 ， 減磨耐磨零件 ， 傳動零件和電訊零件。 材料的成型特性 ABS 塑料有以下成型特性： 無定形材料 ， 流動性中等 ， 吸濕大 ， 必須充分干燥 ， 表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥 80～ 90 度 ， 3 小時；宜取高料溫 ， 高模溫 ， 但料溫過高易分解 (分解溫度為 270 度 ).對精度較高的塑件 ， 模溫宜取 50～ 60 度 ， 對高光澤 .耐 熱塑件 ， 模溫宜取 60～ 80度；如需解決夾水紋 ， 需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 16 改變?nèi)胨坏确椒?；如成形耐熱級或阻燃級材料，生產(chǎn) 3～ 7 天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置；冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)應以粗，短為原則，宜設冷料穴，澆口宜取大，如：直接澆口，圓盤澆口或扇形澆口等，但應防止內(nèi)應力增大，必要時可采用調(diào)整式澆口。模具宜加熱，應選用耐磨鋼；料溫對塑件質(zhì)量影響較大，料溫過低會造成缺料，表面無光澤，銀絲紊亂料溫過高易溢邊，出現(xiàn)銀絲暗條，塑件 變色起泡；模溫對塑件質(zhì)量影響很大，模溫低時收縮率，伸長率，抗沖擊強度大，抗彎，抗壓，抗張強度低。模溫超過 120 度時，塑件冷卻慢，易變形粘模，脫模困難，成型周期長；成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂，產(chǎn)生應力集中，故成型時應嚴格控制成型條件，成型后塑件宜退火處理；熔融溫度高，粘度高，對剪切作用不敏感，對大于 200 克的塑件，應采用螺桿式注射機，噴嘴應加熱，宜用開暢式延伸式噴嘴，注塑速度中高速。 根據(jù)各種不同的應用，可使 ABS 中三種 組成成 分 （即 丙烯腈，丁二烯和苯乙烯 ） 之間比例不同， 從而 達到不同的性能要求 以適應不同的塑件 使用要求 。根據(jù)應用的不同可 以 分為 ABS、高抗沖 ABS、 耐熱 ABS、 電鍍級ABS、 阻燃 ABS 和 透明 ABS 等。 材料的注射參數(shù) 在注射成型中，影響工藝的重要參數(shù)主要有：溫度，壓力以及時間。 其中，成型過程中主要需要控的制溫度種類主要包括料筒溫度、噴嘴溫度以及模具溫度。料筒溫度、噴嘴溫度主要影響塑料的塑化和流動，而上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 17 模具溫度則影響塑料的流動和冷卻定型。 成型過程中要控制的壓力參數(shù)主要包括注射壓力、塑化壓力以及保壓力。它們直接影響了塑料的塑化以及塑件的質(zhì)量。 成型過程中要控制的時間參數(shù)包括成型周期、合模時間 、注射時間、保壓時間以及模內(nèi)冷卻時間等。 經(jīng)過查詢， ABS 的注射參數(shù)如下： 表 ABS 注射參數(shù) 注射機類型 螺桿式 模具 溫度 /℃ 50～ 70 螺桿轉(zhuǎn)速 /（ rmin1） 30～ 60 注射壓力 /MPa 70～ 90 噴嘴類型 直通式 保壓壓力 /MPa 50～ 70 噴嘴溫度 /℃ 180～ 190 注射時間 /s 3～ 5 料筒溫度/℃ 前段 200～ 210 保壓時間 /s 15～ 30 中段 210～ 230 冷卻時間 /s 15～ 30 后段 180～ 200 成型周期 /s 40～ 70 3 塑 件制品分析 塑件的設計 本次畢業(yè)設計的塑 件為鼠標上蓋。其整體的形狀是一個類似橢圓形的殼體。它的四周以及整個外表面都是弧形的，是弧狀的曲面。在使用 UG進行建模設計時，通過縫合片體進行建模，使用了大量的投影，掃掠，拉伸以及利用片體的修剪的功能。建模的大致過程見圖 中的部件導航。成品的靜態(tài)線框圖如圖 。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 18 圖 建模大致過程 該鼠標上蓋前端有兩個凹形以及一個長圓形孔，分別用來固定鼠標左右按鍵以及中間滾輪，中段有一個橫向的斷口， 從這個口插入按鍵塊，后面部分有一個螺紋孔柱，兩個一般孔柱以及一些的肋板用以固定和支撐。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 19 圖 鼠標外殼塑件靜態(tài)線框圖 塑件的結(jié)構(gòu)及其工藝性分析 塑件形狀 塑件的整體形狀是圓弧形的，在設計時應盡量符合人手握住鼠標時手掌的形狀，因此在設計時外形的尺寸參數(shù)也參考了一些鼠標的資料。 從以往設計時的經(jīng)驗我們知道 ， 在 自然 狀態(tài)下 放松放在鼠標上 時，人手 能夠 覆蓋 的面積越大 ，這個 鼠標的外形 就 越符合人體工 程 學 。 鼠標的上蓋的側(cè)面的外形由 鼠標上蓋頂端外形弧線 所決定，這條曲線的趨勢應該和人手掌 在握住鼠標 時 的趨勢相符合。 由于本次畢業(yè)設計沒有相應的設備與技術(shù)提供支持，無法 精確的測量 鼠標以及人手的 曲率 ， 所以只 能 畫出大概的形狀 使其在外觀上大致符合要求 。 塑件的壁厚 影響塑件的質(zhì)量與強度的因素中，壁厚是很重要的原因之一 。塑料制上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 20 品 的厚度在 設計 過程 中，過厚或過薄都不是一個好的現(xiàn)象。 塑件的壁厚應該 根據(jù)塑件 的 使用要求 以及塑件的 結(jié)構(gòu)特點 還有它的 模具 的 成型工藝的要求而定 。如果 塑料制件的壁厚過小 那么它的 流動阻力 就會增 大 ，如果是 大型復雜 塑件的話 就 會出現(xiàn) 難以充滿型腔 的情況 。 在設計塑件時，塑 件壁厚的最小 厚度 應當 滿足 兩點，即其能夠使塑件具備 足夠 的 滿足結(jié)構(gòu)功能要求的強度和剛度； 以及其在 脫模時 受到 脫模機構(gòu) 帶來的 的沖擊 時不會受到損壞或者變形。 然而塑件的 壁厚 也不能設計的 過大 。因為如果過大的話 不僅 會 浪費原材 料，增加 生產(chǎn)成本以及 冷卻 的 時間 。由經(jīng)驗得知 ， 塑件厚度的變化對制品冷卻時間的影響是很大的，其占比大約為 1:4，也就是說， 制品 的 厚度每 增 加一倍，它所需要的冷卻時間就要相應的增加四倍 ） 。除此之外，過厚的壁厚還會 降低生產(chǎn) 效 率，影響 塑件 的質(zhì)量，比如容易產(chǎn)生縮孔、翹曲或是氣泡 等缺陷。 所以 在設計塑件 確定 其 壁厚 時 應注 意以下幾點： 1） 在滿足使用要求的前提下，盡量減小壁厚 ； 2） 制件的各部位壁厚盡量均勻，以減小內(nèi)應力和變形 ； 3） 承受緊固力部位必須保證壓縮強度； 4） 避免過厚部位產(chǎn)生縮孔和凹陷； 5）成型頂出時能承受沖擊力的沖擊； 6） 壁厚應盡量均勻一致， 同一零件的壁厚要一致，否則會因冷卻速度不同產(chǎn)生附加內(nèi)應力，使塑件產(chǎn)生翹曲、縮孔、裂紋甚至開裂。塑件局部過厚，外表會出現(xiàn)凹痕，內(nèi)部會產(chǎn)生氣泡 ； 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 21 7） 常見壁厚 ～ 2mm，一般壁厚 1～ 4mm，大型塑件壁厚 6～ 8mm。 通過 查詢比對以上條件中 最 小壁厚及推薦壁厚 值并 參考現(xiàn)實中各類鼠標外殼 ，本塑件壁厚選 。 塑件的表面質(zhì)量要求 由于塑件是一個鼠標外殼的一部分，其表面直接與人體皮膚相接觸，而且接觸十分頻繁，因此對塑件的表面質(zhì)量要求比較高。 塑件的表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表觀質(zhì)量等。塑件表面 粗糙 度的高低，主要與模具型腔表面的粗糙度有關。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常為 Ra=02～ ，模腔表壁的表面粗糙度數(shù)值應為塑件的 1/2， Ra=～ 。 這里我選取塑件表面的粗糙度為一個較中間的值為 。 塑件的尺寸精度要求 塑件的尺寸精度是指塑件 實際尺寸變化所達到的標準公差的等級范圍。 在機械設計中，尺寸精度的設計是非常重要的一個環(huán)節(jié)，精度的設計包括幾何尺寸精度，形狀精度以及塑件幾何要素之間的位置精度等。 而影響塑件尺寸精度的要素也有很多，包括： 1）成型收縮率的波動。塑料本身的特性和成型工藝條件對塑件成型收縮率以及收縮率的波動影響很大 ， 如塑料結(jié)晶 、 流動性 、 彈性模量 、 料溫以及模具溫度 、 注射壓力 、 保壓壓力 、 塑化背壓 、 成型周期等。均對收縮率產(chǎn)生不同程度的影響。 2)模具結(jié)構(gòu)及其制造精度 ， 在設計模具時 ， 不但要考慮 模具的分型面 ，以便膠件的成型和脫模 。 還要考慮塑件成型時熔料的流動性 ， 及澆道的分布 、 澆口的位置 、 排氣 、 模具的冷卻或加熱等 。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 22 3)在注射成型時 ， 模腔內(nèi)要承受較高的壓力 ， 若模具的剛性不足 ， 會使模具產(chǎn)生變形從而降低塑件尺寸精度 。 此外型腔的結(jié)構(gòu)對剛度有較大影響，以整體模最好，框架模次之，鑲件模最差。但加工精度卻是框架模最高，鑲件模次之，整體模最差。為此，兩者要協(xié)同考慮。 4)模具的 定 ， 動 模 的位置確定方法 一般 使用 導柱和導套， 然而 由于 存在 配合間隙，因此模腔可能發(fā)生偏移，使塑件尺寸精度下降，為此，可采用一些定位元件來消 除間隙，以提高模具的定位精度。 5)模具磨損，模具在使用過程中受到不同程度的磨損，主要是指型腔和運動部件，如導柱和導套的磨損，行位與頂針的磨損。當塑料中含有硬質(zhì)填料，玻纖時，模腔的磨損尤為突出，這是模腔應選用耐磨性較好的材料，或在其表面進行硬化處理。 由上可見，決定 塑件的尺寸精度 的主要因素之一就是、 塑料收縮率的波動， 然而由于本次設計的塑件 的配合精度 并 不高，所以 根據(jù)《模具設計與制造簡明手冊》中表 217可以查詢并確定塑件的公差數(shù)值 。 通過 表 218可以對精度的等級進行 選擇， 由于所用材料為 ABS， 所以確定其采用 一般精度，為 4 級精度， 沒有 公差值 的地方 ， 就按照 8 級精度 進行 取值。 塑件在模具中的脫模斜度 塑件在模具中的脫模斜度是指在模具脫模過程中， 為了保證 制 件能從模具中順利 完成 脫出，在 制 件沿脫出方向上所有 的 內(nèi)表面都要有一定的斜度，該斜度 就 稱為脫模斜度 。對于本次設計來說，在對塑件進行 冷卻 時，塑件的 收縮 會 使 得 塑件 緊緊地包覆 在模具 的 型芯或者型腔中的凸起部分上 。 這時 塑件 很可能 被拉住 而無法從模具中脫出 ， 為了 便于從型腔中脫出上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 鼠標外殼上蓋注塑模設計 23 塑件 或 從塑件中抽出型芯， 就 需 要對 脫模斜度 進行設置 。 通過對 《模具設計與制造簡明手冊》 的 表 219 進行查詢可得 ：型腔的 脫模斜度為 35ˊ ～ 1176。 15ˊ； 型芯為 40ˊ