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Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计1机械工程系模具设计与制造专业毕业设计/论文设计/论文题目：鼠标底座模具设计班级：模具设计与制造姓名：指导老师：完成时间：2009.12Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计21绪论1.1模具工业概况材料只是通过成型才能成为具有使用价值的各种制品，75％以上的金属制品（含半成品），95％以上的塑料制品是通过模具（包括压延辊筒）来成型的。模具是工业生产的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在各种材料加工工业中被广泛地使用着各种模具，如金属制品成型的压铸模、锻压模、浇铸模、非金属制品成型的玻璃模、陶瓷模、塑料模具等。每种材料成型模具按成型方法不同又分为若干种类型。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列有点，模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。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己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。近年来，我国的塑料模具制造技术也有较大的发展，从过去只能制造简单的模具，发展到今天可以利用现代制造技术生产一些大型、精密、复杂、长寿命的模具。塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高校的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑件使用要求起着十分重要的作用。任何塑件的生产和更新换代都是以模具的制造和更新为前提的，由于目前工业和民用塑件的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了当今塑料模具的研究、设计和制造技术的迅猛发展。从模具设计和制造两方面来看，模具未来发展趋势主要体现在：理论研究不断发展，设计计算日趋成熟；塑料模具的高效率自动化；大型塑料模具的开发和使用；高精度塑料模具的开发；模具计算机辅助设计（CAD）辅助工程（CAE）；模具制造新工艺的进展；简单制模工艺的研究；模具标准化使用和特种塑料成型模具的研制[1]。Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计31.2计算机系统辅助设计CAD/CAE这是20世纪70年代迅速发展起来的，到80年代已进入实用化。不同的软件可分别用于不同的塑料模具设计和对模具结构、产品质量进行分析，它由计算机硬件和专用软件组成。CAD软件的主要功能是几何造型技术，它将制品图形立体地精确地显示在屏幕上，完成制件设计的绘图工作，对制品或模具进行力学分析。而过程软件（CAE软件）中流动软件可模拟熔体在模内的流动过程。冷却分析软件可模拟熔体的凝固过程和在模内温度的变化，预测可能出现的问题，如制品缺陷、翘曲、变形、内应力等，使设计结果优化。目前，诸如PROEngineer、UNIGRAPHICSNX系列等三维实体造型技术已经相当成熟，用户可以根据已有的三维实体模型，通过设定图幅，视图类型，投影方向，剖切等参数，自动生产所需的二维工程图。由于工程图中各个视图是由系统根据产品实体模型自动生成的，因而很好地解决了传统二维绘图中始终存在的投影线，截交线难求的问题。此外，所生成的二维工程图的参数与相应的三维实体模型的参数关联，当设计模型修改后，系统会自动刷新制图模型，从而彻底解决了由于设计修改引起的图档更新问题。除了关联性外，应用计算机辅助软件进行三维实体模型自动生成工程图的方法还有如下特点：具有一个直观的，易于使用的，图形化的用户界面；主模型方法支持并行工程，即当设计员在模型上工作时，制图员可以同时进行制图；可以控制隐藏线的可见性（不可见，虚线可见，实线可见）；大多数制图对象的编辑与建立是在同一对话框中，如尺寸，符号等[6]。1.3研究课题分析本次设计研究课题为Logitech鼠标底座成型工艺及其注塑模设计，本文将针对鼠标底座进行具体分析，拟定最佳成型工艺并进行成型模具理论设计计算，并制定具体模具制造方案，拟写工艺卡片。1.3.1制品外观分析对Logitech鼠标底座进行尺寸测量，测绘工具采用20mm游标卡尺和直径千分尺，最小量程为0.02mm和0.01mm,利用AutoCAD2008软件进行详细测绘，绘制三视图以表达制品外形，方便之后设计的成型工艺尺寸计算。1.3.2注塑成型方法塑料制品中95％以上由模具来成型，其中包括注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、热成型等成型方法，针对此次研究课题制品的质量、材料、体积等属性，并考虑到实际生产过程中生产周期、经济效益和模具成本等各方面因素，选择合理的塑料成型方法。1.3.3注塑成型工艺考虑到Logitech鼠标底座质量、壁厚、材料、以及在分型面上投影面积大小，包括Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计4生产精度，生产批量和周期等因素直接影响锁模力、冷却系统等多种参数的选择，本文在对塑件进行具体分析的基础上，依据制品开发依据及成型要求来选择较合适的成型工艺。1.4设计研究目的及意义通过本次课题研究，加强掌握复杂结构的塑件成型方法及模具设计制造工艺。模拟实际设计过程中遇到的种种问题，拟定解决方案，以此来培养设计经验，巩固模具设计专业知识。Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计52鼠标底座设型工艺分析2.1制品外观性能要求Logitech鼠标底座，尺寸精度等级MT2，制件透明，要求耐磨损，耐腐蚀，耐高温、具有一定的抗冲击性，高强度，大批量生产，成型周期短。2.2制品外形结构分析制品平均壁厚2mm，浇口位于底板中央置前处，内部结构较为复杂，设有滚轮支撑架、固定底座和鼠标上盖的镙钉沉孔、鼠标拖线槽、激光头开槽口、三对加强筋等，外体结构根据人体工程学设计。整体而言结构上具有较高的强度。针对制品利用CAD软件进行视图绘制，以最佳角度表达制件外观及其内部所有结构特点，方便确定模具各部分具体结构设计。图2.1俯视图Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计6图2.2侧视图图2.3仰视图2.3制品材料选用根据制品透明、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、耐压、具一定抗冲击性等特点，选择PET、PC两种材料进行选择比较：Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计72.3.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）聚对苯二甲酸乙二醇酯的英文名称为polyethyleneterephthalate，简称PET。聚对苯二甲酸乙二醇酯的分子链由刚性的苯基、极性的酯基和柔性的脂肪烃基组成，所以其大分子链既刚硬，又有一定的柔顺性。聚对苯二甲酸乙二醇酯的支化程度很低，分子结构规整，结晶度可达40％；但它的结晶速度很慢。结晶温度又高。因此可制成透明度很高的无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯为无色透明或乳白色半透明的固体，无定形的树脂密度为1.3～1.33g/cm3，折射率为1.655，透光率为90％；结晶型的树脂密度为1.33～1.38g/cm3。聚对苯二甲酸乙二醇酯的阻隔性能较好，对O2、H2、CO2等都有较高的阻隔性；吸水性较低，在25摄氏度水中浸渍一周吸水率仅为0.6%，并能保持良好的尺寸稳定性。PET具有较高的拉伸强度、刚度和硬度，良好的耐磨性、耐蠕变性，并可以在较宽的温度范围内保持这种良好的力学性能。聚对苯二甲酸乙二醇酯的拉伸强度与铝膜相近。是聚乙烯薄膜的9倍。PET的熔融温度为255～260摄氏度，长期使用温度为120摄氏度，短期使用温度为150摄氏度。它的热变形温度（1.82MPa）为85摄氏度，用玻璃纤维增强后可达220～240摄氏度。而且其力学性能随温度变化很小。其电绝缘性也较优良，随温度升高，电绝缘性有所降低，且电性能会受到湿度的影响。作为高电压材料使用时，薄膜的耐电晕较差。由于聚对苯二甲酸乙二醇酯含有酯基，不耐强酸强碱，在高温下强碱能使其表面发生水解。氨水的作用更强烈。在水蒸气的作用下也会发生水解。但在高温下可耐高浓度的氢氟酸、甲酸、乙酸[3]。2.3.2聚碳酸酯聚碳酸酯英文名称为polycarbonate，简称PC。聚碳酸酯的分子主链是由柔顺的碳酸酯链与刚性的苯环相连接，从而赋予了聚碳酸酯许多优异的性能。聚碳酸酯分子主链上的苯环使聚碳酸酯具有很好的力学性能、刚性、耐热性能、而醚键又使聚碳酸酯的分子链具有一定的柔顺性，所以聚碳酸酯为一种既刚又韧的材料。由于聚碳酸酯分子主链的刚性及苯环的体积效应，使它的结晶能力较差，基本属于无定型聚合物，具有优良的透明性。聚碳酸酯分子主链上的酯基对水很敏感，尤其在高温下易发生水解现象。聚碳酸酯为一种透明、呈微黄色的坚韧固体。其密度为1.20g/cm2，透光率可达90％，无毒、无味、无臭、并具有高度的尺寸稳定性，均匀的模塑收缩率以及自熄性。聚碳酸酯为一种既刚又韧的材料，力学性能十分优良。其拉伸、弯曲、压缩强度都较高，且受温度的影响小。尤其是它的冲击性能十分突出，优于一般的工程塑料，抗蠕变性能也好，要优于聚酰胺和聚甲醛，特别是用玻璃纤维增强改性的聚碳酸酯的耐蠕变性更优Logitech鼠标底座成型工艺与注塑模设计8异，故在较高温度下能承受较高的载荷并能保证尺寸的稳定性。聚碳酸酯具有很好的耐高低温性能，120摄氏度以下具有良好的耐热性，热变形温度达130～140摄氏度。同时具有良好的耐寒性，脆性温度为－100摄氏度，长期使用温度为－70～120摄氏度。而且它的热导率及比热容都不高，线胀系数也较小，阻燃性也好，并具有自烯性。聚碳酸酯是一种弱极性聚合物，虽然电绝缘性不如聚烯烃类，但仍然具有较好的电绝缘性。优于其玻璃化转变温度高、吸湿性小、因此可在很宽的温度和潮湿的条件下保持良好的电性能。特别是它的介电常数和介电损耗在10～130摄氏度的范围内接近常数，因此适合于制造电容器。聚碳酸酯具有一定的耐化学药品性。在室温下耐水、有机酸、稀无机酸、氧化剂、盐、油、脂肪烃、醇类。但它受碱、胺、酮、酯、芳香烃的侵蚀，并溶解在三氯甲烷、二氯乙烷、甲酚等溶剂中。长期浸在沸水中也会发生水解现象。在某些化学试剂（如四氯化碳）中聚碳酸酯可能会发生“应力开裂”的现象。一般说来聚碳酸酯与润滑脂、油和酸是没有作用的，在纯汽油中也是稳定的。聚碳酸酯的透光率很高，约为87％～90％，折射率为为1.587，比丙烯酸酯等其他透明聚合物的折射率高，因此可以做透镜光学材料。聚碳酸酯还具有很好的耐候和耐热老化的能力，在户外暴露两年，性能基本不发生变化。综上所述，基于制件要求耐高温、耐腐蚀性，抗冲击性，抗蠕变能力，虽然两者都具有较高的透明性，但聚碳酸酯相对聚对苯二甲酸乙二醇酯具有更好的电绝缘性、耐化学药品性，且抗冲击性等力学性能也更为优秀，本设计选用聚碳酸酯（PC）作为制品成型材料（原料）[3]。2.4注塑成型工艺分析聚碳酸酯的熔融黏度教一般热塑性塑料高，在恒加工温度的条件下黏度大约为10～10Pa/s，而且对温度比较敏感，黏度随温度升高而明显下降。聚碳酸酯的流动特性与剪切速率关系不大，近似于牛顿流体，因此在一般情况下是通过温度来改善其流动性。由于聚碳酸酯有较高的熔融温度、大的熔融黏度，流动性差，所以成型时要求较高的温度和压力。同时制品易生成内应力，故成型后制品应进行后处理，否则会引起自然开裂现象，一般后处理的条件为100～120摄氏度，时间为8～24h。尽管聚碳酸酯的吸水性不大，但是在高温下对微量的