游戏手柄模具设计流程简介与分析

游戏手柄模具设计流程简介与分析（武汉科技大学文法与经济学院国际经济与贸易1501班陈颖颖）【摘要】本文将游戏手柄作为设计模型，将注射模具的相关知识为依据阐述塑料注射模具的过程。

本设计对游戏机手柄进行的注射模设计过程进行工艺分析，明确设计思路，确定了注射成型工艺过程并对各个部分进行了简述。

对注射成形过程和手柄外壳设计，以及主浇道与分浇道的设计进行了说明。

【关键词】模具设计注射成型浇道设计游戏机手柄近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。

注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

一、注射成形基本过程注射成形是现在成形热塑性塑件的主要方法，因此应用范围很广。

所使用的成形机称为注射机。

注射成形是把塑料原料（一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗粒料）放入料筒中，经过加热融化，使之成为高粘度的流体——称为“溶体”，容柱塞或螺杆作为加压工具，使溶体通过喷嘴以较高的压力（约为25~80Mpa）注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

注射成形的全过程可以分为：（一）、塑化过程现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备。

塑料原料（称为“物料”）自送料斗以定容方式送入料筒。

通过料筒外的电加热和料筒内的螺杆旋转的摩擦热使物料熔化，达到一定的温度后即开始注射。

注射动作是由螺杆的推进完成的。

（二）、充模过程熔体自注射机的喷嘴喷出后，进入模具的形腔，把形腔内的空气排除，并充满形腔，然后升压到一定的压力，使熔体的密度增加，充实形腔的各部位。

（三）、冷却凝固过程热塑性塑料的注射成形过程是热交换的过程。

即：塑化——注射充模——固化成形——加热——散热热交换效果的优劣，觉得塑件的质量——外表面质量和内在的质量。

因此，模具设计对热交换也要做充分的考虑。

现代的设计方法中也采用了计算机。

（四）、脱模过程塑件在型腔内固化后，必须用机械的方式把它从形腔中取出。

这个动作要由“脱模机构”来完成。

不合理的脱模机构对塑件的质量有很大的影响；但塑件的几何形状是千变万化的，所以必然采用最有效的和最适当的脱模方式。

由（一）到（四）形成了一个循环。

每一次循环，就完成一次成形——一个乃至数十个塑件。

（五）、注射模的基本结构注射模的基本结构依使用的目的而不同，大致上可以作如下的分类：注射模分为普通模具和特殊模具，普通模具分为二板式结构和三板式结构，二板式结构分为单腔二板式结构和多腔二板式结构，三板式结构又分为单腔三板式结构和多腔三板式结构；而特殊模具分为滑动型心式结构、脱螺纹结构、多层结构。

二、手柄外壳造型设计（一）、游戏手柄外壳的选料及其性能选用热塑性塑料ABS作为游戏手柄外壳的材料。

热塑性塑料是在特定的温度的范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。

ABS是acrylonitritle-butadiene-styrene copolymer 的缩写，中文名是丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物。

ABS可以根据要求通过改变单体的含量进行调整。

当丙烯腈增加时，塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度可改善；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯可改善电性能和成形能力。

近年来ABS塑料在汽车上的应用发展很快,如作档泥板、扶手、热空气调节导管，以及小轿车车身等。

阻燃级的ABS树脂则用于电子计算机的壳体，控制台、电信、光盘音响设备、彩电的机壳等。

成型性能：无定性料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥。

宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≥250℃）。

对精度较高的塑件，模温宜取50~60℃，对光泽、耐热塑件，模温宜取60~80℃。

综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好。

与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬。

下面确定游戏手柄外壳的各项技术参数：1、尺寸大小和精度游戏手柄外壳的尺寸大小根据水瓶的大小即可。

游戏手柄外壳壁厚的厚度不宜过大或过小。

如果壁厚太小，则游戏手柄外壳的强度、刚度不够，同时给制造带来困难。

如果壁厚太大，不仅造成材料浪费，而且容易产生气泡、缩孔等缺陷，同时因冷却时间过长而降低生产率，所以游戏手柄外壳壁厚取1.5mm。

塑件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，由于我们要设计的零件的工作环境对精度要求不高，加之选用的塑料ABS推荐精度等级为3、4、5级，所以只要求游戏手柄外壳能与剃须刀的其它零件能正常装配即可，因此手机外壳选用4级精度。

2、壁厚和圆角塑件壁厚力求各处均匀，以免产生不均匀收缩等成形缺陷。

塑件转角处一般采用圆角过渡，其半径为塑件壁厚的1/3以上，最小不宜小于0.5mm。

，转角处的半径见附录《零件工作图》，即03号图纸。

3.加强肋为了保证游戏手柄外壳的强度和刚度而不使游戏手柄外壳的壁厚过大，在游戏手柄外壳的适当位置设置了加强肋。

4、孔严格意义上讲塑件上的通孔和盲孔通常用单独型芯或分段型芯来成形，对于易弯曲变形的型芯，须附设支承住。

但是本次设计中，考虑到生产成本的尽量缩小，该空孔的高度不高，以及我们需要的孔在工艺上要求不高，我们采用分型面直接成形法。

（二）、游戏手柄外壳造型设计过程在设计游戏手柄外壳之前，首先看看所需要设计的游戏手柄外壳的具体形状，以便在接下来的设计中能快速、准确的设计出游戏手柄外壳。

三、成型零件与浇注系统设计注射模的普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。

主浇道：从注射机的喷嘴与模具接触的部分到分浇道为止的一段流道。

分浇道：从主浇道的末端到浇口为止的一段流道。

浇口：从分流道的末端到模具型腔为止的一段狭窄的浇道。

冷料穴：一般设在主浇道的对面，有时也设在分浇道的末端。

（一）、主浇道的设计主浇道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

主流道小端尺寸为直径为5mm。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，俗称浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。

本设计中浇口套由于与定位圈有配合需求，而且注射机喷嘴球半径12，遵循注射机球半径小于等于浇口套球半径的国标要求，浇口套的规格有S15，S20 等几种。

由于注射机的喷嘴半径为S12，所以为浇口套取S15。

主流道的形式见附录《模具装配图》，即04号图纸。

（二）、分浇道的设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。

它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。

因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

分流道的设计应尽量使比面积小，热量损失少，摩擦阻力小。

常用分流道的截面形状及尺寸参见《模具设计与制造简明手册》表2-49。

在考虑分流道设计时，由于其水平高度已经被主流道位置确定，因此，我们只要设计分流道的布置形式和截面形状即可。

考虑到圆形截面的分流道在注射过程中对塑料流动的阻力最小，流动效率最高，因此我们选用圆形截面的分流道，直径为3mm。

由于我们所设计的模具是一腔四穴的形式，因此在主浇道分流后，设计了四根分浇道。

这样设计的优点是塑料在填充过程中较均匀和平稳，避免出现冷隔现象，有利于保证成形零件的成形质量。

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6μm 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

（三）、浇口及冷料穴设计1、浇口是分流道与型腔的连接通道，它是浇注系统中截面最小的部分。

当熔融的塑料流通过浇口时，流速加快，同时，由于摩擦作用，塑料流的温度升高、粘度降低，流动性提高，有利于充满型腔。

所以，浇口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。

浇口的大小对塑件是否成型和成型后的质量有很大的关系。

浇口位置的选择有以下几个原则：1）浇口设置在正对着型腔壁或粗大型心的地方，使高速料流直接冲击在型腔壁或型心壁上，从而改变流向，降低流速，平稳的充满型腔，可避免溶体破裂现象，消除塑件明显的溶接痕。

2）浇口的位置应开设在塑件截面最厚处，以利于熔体填充材料。

3）浇口的位置应使熔体流程最短，流向变化最小，能量损失最小。

4）浇口的位置应有利于型腔内气体的排出。

5）避免塑件产生熔接痕。

6）防止料流将型心或嵌件挤压变形。

7）浇口位置应尽量避免由于高分子定向作用产生的不利影响，利用高分子定向作用产生的有利影响。

四、总结通过这暑假实习，我学到了很多东西，对模具设计和注射成型有了简单的了解，科技在高速发展，模具设计技术也在不断更新，我们要与时俱进，不断运用新技术、新材料、新方法来提高我们的生活质量与水平。

对游戏手柄的要求也更高了，不仅要求效率，功能，还要求外观，质量以及舒适度等等，只有不断提高产品的各方面的性能，才能在社会的竞争中存活下来。

【参考文献】[1] 清华大学出版社，甄瑞麟主编，《模具制造工艺学》[2] 科学出版社，程燕军柳舟通主编《冲压与塑料成型设备》。

[3] 大连理工大学出版社，何冰强，高汉华主编《塑料模具设计指导与资料汇编》。

[4] 国防科技大学出版，孙美霞主编《机械制造设计基础》。

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[7] 华中理工大学出版社，李德群，肖景容主编《塑料成型模具设计》。

[8] 机械工业出版社，塑料模具技术手册编委会《塑料模具技术手册》。

[9] 中国轻工业出版社，贾润礼，程志远主编《实用注塑模具设计手册》。

[10] 机械工业出版社，张孝民主编《塑料模具技术》。

[11] 机械工业出版社，郭广思主编《注塑成型技术》。