1、本科毕业论文（20 届）游戏机按键注塑模设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要在现代工业生产中，60%-90%的工业产品都涉及到模具设计和模具制造，而塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。塑料工业是当今极具活力的一门产业，塑料制品通常要通过模具而定型，最终成为产品，其中注射成型是当今市场最常用、最具前景的塑料成型方法之一。本论文以游戏机按键为研究对象，对其注射模具进行设计。首先通过pro-e软件对游戏机按键进行了三维造型，然后通过各种有关注塑模发展状况资料和科学调研，确定了游戏机按键的注射成型模结构，并给出了整体设
2、计方案。分析了塑料制品的结构及材料性能，包括其形状尺寸等方面的要求，确定了模具型腔数；并对模具结构进行了设计，包括分型面的确定，凸凹模结构、浇注系统、冷却系统、脱模机构等部分的结构设计；最后对模具结构与注射机的匹配进行了校核。关键词：注塑模具 注射机 游戏按键本科生毕业论文IIAbstractIn the modern industrial production, 60% - 90% of the industrial products is correlated with mold design and mould manufacturing, and plastic mould in th
3、e whole mold industry accounts for about 30%. Plastic industry is a promising industry. Plastic products usually finalize the design through the mould, and eventually become products. Injection molding is the most commonly used and the most promising one of plastic molding methods in the market.This
4、 paper studies game key and designs injection mold. First, the three-dimensional model is designed by pro-e software. Then identifies the structure of game buttons injection molding mould through various information of injection mold development and scientific research. And gets the overall design.
5、Analyzes the structure and plastic material, including its shape and size and other requirements, determines the number of mold cavity and design plastic mould structure, including classification, and designs mould structure, such as the concavo-convex mould structure, gating system, cooling system,
6、 demoulding structure. Finally, the mould structure and injection machine are checked.Keywords: Injection mould injection machine game buttons本科生毕业论文III目 录摘要 .IAbstract.II第一章 绪论 .11.1 选题背景及研究意义 .11.2 国内外研究现状 .11.2.1 注塑模研究现状 .11.2.1 游戏机按键研究现状 .21.2.3 基于 CAD/CAE/CAM模具设计发展现状 .21.3 本文主要的研究内容 .2第二章 塑件的材料
7、选择及尺寸、精度要求 .32.1 游戏机按键材料选择 .32.2 游戏机按键的结构、尺寸、精度及表面粗糙度要求 .3第三章 注射成型工艺分析和方案确定 .53.1 注塑成型工艺分析 .53.2 游戏机按键成形工艺确定 .53.3 注射机的选择和校核 .63.3.1 最大注射量 .63.3.2 锁（合）模力的校核 .63.3.3 喷嘴尺寸 .63.3.4 注射成型设备的选取 .6第四章 注塑模具结构设计 .84.1 型腔数目的确定 .84.2 型腔的布局 .84.3 分型面的设计 .94.4 浇注系统的设计 .94.4.1 浇注系统组成 .94.4.2 主流道的设计 .104.4.3 定位环的选
8、择 .10本科生毕业论文IV4.4.4 分流道的设计 .104.4.5 浇口的设计 .114.4 冷料穴的设计 .124.5 注射模成型零部件的设计 .124.5.1 成型零部件结构设计要点 .124.5.2 成型零部件工作尺寸的计算 .134.6 排气结构设计 .144.7 脱模机构的设计 .144.8 导向及定位机构 .154.8.1顶出的 导向 .154.8.2成型零件的导向及定位 .164.9 冷却系统设计 .164.9.1 传热面积计算 .164.9.2 冷却水流动状态的校验 .174.9.3 冷却水的回路布局 .174.10 模架的选择 .18第五章 模具结构三维成型 .205.1
9、 模具型腔文件创建 .205.2 模具型腔布局 .215.3 设置收缩率 .215.4 工件的创建 .225.5 分型面设计 .235.5.1 旋转创建单个塑件分型面 .235.5.2 陈列方式创建分型面 .245.5.3 拉伸方式创建分型面 .245.5.4 创建管位 .255.6 创建模具体积块 .265.7 创建模具体元件 .275.8 浇注系统设计 .28本科生毕业论文V5.9 EMX模架三维成型 .30总结 .34致谢 .35参考文献 .36附录 .37本科生毕业论文1第一章 绪论1.1选题背景及研究意义在游戏过程中，玩家往往需要长时间持握游戏控制器，手指频繁按键。如果游戏控制器设计
10、不合理，长期持握会引起手部肌肉疲劳，而按键繁杂的设计会时常按错或者多按键，按键过小会使手指遭受边缘反力，这样不仅影响玩游戏的心情，长期下来，还会造成积累性肌肉损伤。随着人机工程学在产品设计中的应用日益广泛，对产品的人性化设计成为设计领域一个新的革命。基于人机工程，结合人体的操作习惯，设计出操纵负荷最小的游戏机按键。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑
11、料摸是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模.塑料模优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。1.2国内外研究现状1.2.1注塑模研究现状近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右，而在整个塑料模具市场以注塑模具需求量最大。随着模具
12、制造行业的发展，许多企业开始追求提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力等目标。新兴的模具CAD技术很大程度上实现了企业的愿望。近年来，CAD技术的应用越来越普遍和深入, 大大缩短了模具设计周期, 提高了制模质量和复杂模具的制造能力塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形
13、状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产更新均以模具制造和更新为前提。本科生毕业论文2作为重要组成部分之一模仁，它的结构设计及质量
14、也式非常重要的。目前，主要采用注射成型的方法得到壳体，用这种方法生产的优点是：成型周期短，能一次成型外形复杂的结构，对各种塑料的适应性强，生产效率高。壳体采用的材料主要有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等。1.2.2游戏机按键研究现状目前许多游戏机按键都是采用圆形或者椭圆形按键，这样比较符合人机工程学的一些要求；游戏时玩家绝大部分操作都是用大拇指，所以采用中间稍微凸起的造型，使大拇指与按键可以有一定的碰触感。另外，按键之间的间距和按键高低选择也是很重要的，按键之间的间距原则是按键的时候以不碰触临键为原则，按键安装的高低通过手指受力位移实验可得出一个最佳值。以
15、上是一些比较普遍的游戏机按键的现状，但是也有一些游戏机按键设计及其不合理，按键手感不好，排列过于紧密、常用键与不常用键安装位置不协调，等等。这些款式游戏控按键设计没有考虑到人机工程学的应用，脱离了人们的操作意识。1.2.3 基于CAD/CAE/CAM模具设计发展现状现代经济的飞速发展,推动了我国模具工业的前进。CAD/CAE/CAM技术的日以完善和在模具制造上的应用,使其在现代模具的制造中发挥越来越重要的作用 ,CAD/CAE/CAM技术已成为现代模具的制造的必然趋势。CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟与制造一体化,CAD/CAE/CAM一体化集成技术是现代模具制造中最先进、最合理的生
16、产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统,按设计好的模 具 零 件 分 别 编 制 该 零 件 的 数 控 加 工 程 序 是 从 设 计 到 制 造 的 一 个 必 然 过 程 。在 具 有 现 代 模 具 设 计 制 造 能 力 的 工 厂 内 ,该 过 程 都 是 在 CAD/CAE/CAM系 统 内 进行 的 ,其 加 工 程 序 直 接 由 联 机 电 缆输入加工机台,在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能进行细致的模拟,将零件,刀具、刀柄、夹具,平台及刀具移动速度、路径等显示出来 ,以便观察整个模具零件的切削过程和前后的形状,进而检查程序编制的正确性 ,这对于复杂的多曲面的模
17、具零件尤为重要。Pro/E(全称Pro/ENGINEER)是美国PTC公司的数字化产品设计制造系统。于1986年由原CV公司的技术人员开发创建，不仅最先将“参数化”技术融入CAD 系统，并且借助PC(个人计算机)的快速崛起，率先将高端CAD系统从航空、航天、国防尖端领域推介到民用制造行业，为现代CAD的技术发展与应用普及做出了贡献。经过近20年的快速发展，目前 Pro/E系统的功能得到很大提升和完善，已成为一个集CAD/CAM/CAE于一体的中高端 CAX系统，并以最新Pro/ENGINEER Wildfire为核心构件(产品数据产生)，与Windchill PDMlink(产品数据管理)及W
18、indchill Projectlink(产品过程协同)一起，共同构成PTC-PLM 解决方案。本文运用了Pro/E中的模具模块创建模具模型。1.3 本文主要的研究内容本文研究主要包括以下四个方面：（1）塑件材料选择。（2）注射成型工艺分析和方案确定。（3）注塑模具结构设计。（4） 模具结构三维成型。本科生毕业论文3第二章 塑件的材料选择及尺寸、精度要求2.1 游戏机按键材料选择游戏机按键材料粗选为 EEA、PVC、EVA，这三种塑料的性能如下：PVC为无定形高聚物，加工过程中，对热敏感，热稳定性差，受热时，引起不同的降解。一般加热到 120-145就能熔化，但 150以下就能分解出 HCL气
19、体；180就大量的分解成 HCL气体；大部分的 PVC有轻微毒性，但不致于一接触就能种毒,游戏玩家通常长时间玩游戏，有时一玩就是几个小时，长时间的接触 PVC会对身体产生危害。EVA本色是一种半透明到不透明白色腊状材料，比重比水轻，柔软而且有橡胶弹性，但比 LDPE柔软，能伸长，无毒，无味。因是两种单体的共聚物，它的性能与两种单体在分子中的成份有很大关系，VA 含量低时，象 PE，呈不透明白色状态；VA 含量越高，呈半透明状态，它的弹性就越大，就越象橡胶，柔性越好，韧性越好。但表面硬度低，易刮伤。EEA学名为聚乙烯丙烯酸乙脂共聚物，本色是一种半透明到不透明白色腊状材料，比重比水轻，柔软而且有橡
20、胶弹性，也有类似羊皮的手感，能伸长，无毒，无味。因是两种单体的共聚物，它的性能与两种单体在分子中的成份有很大关系，EA 含量低时，象PE，呈不透明白色状态；EA 含量较高时，呈半透明状态，含量越高弹性就越大，柔性越好，韧性越好，手感越好。EEA与 PVC相比，良好的低温柔软性，良好的非增塑柔软性，且无毒，与 EVA PVC相比，良好的加工稳定性和热稳定性；优良的耐弯曲开裂及环境应力开裂性能，而且弹性大，有较好的手感，最适合用与游戏建按键的材料。根据游戏机的功能使用等，本文选用 EEA材料。一般的 EEA熔点为 120，分解温度为 300；注塑时，一般使用温度为 170-240；因是烯烃类塑料，
21、它不吸水，生产时，不需哄干，但为了产品质量，可用 60温度烘干 1hr，以排出浮水；EEA 易粘模，可能需脱模剂。带静电，表面易吸尘埃。收缩率为 20，溢边值为 0.05mm。2.2 游戏机按键的结构、尺寸、精度及表面粗糙度要求在游戏过程中，玩家往往需要长时间持握游戏控制器，根据游戏玩家在玩游戏时手部的姿势及手感舒适度，结合人机工程原理，确定游戏手柄和十字按键的设计形状见图 3.1和 3.2。本科生毕业论文4图 3.1游戏机手柄模型图图 3.2游戏机十字按键模型图根据已知条件：塑件估算体积约为 ，EEA 的比重为 。3250m30.9/gm该零件的表面要求没有缺陷毛刺，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。塑件上边面精度要求较高，取 4级精度，其它部分取 5级进度。注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。图 3.3 塑件尺寸
