1、1 手机上盖毕业设计 2 目 录 1 引言 1.1 课题的依据和意义（ 1） 1.2 注塑模具 CAD 技术概述 （ 1） 1.3 国内外塑料工业的发展概况 （ 5） 1.4 塑料模国内外研究概况及发展趋势 （ 7） 1.5 模具加工 CAM 现状 （ 9） 1.6 UG 软件在模具制造中 的应用特点 （ 9） 1.7 本设计任务 （ 10） 2 手机上盖的设计 2.1 建立外形 （ 11） 2.2 建立壳体 （ 16） 2.3 建立缺口特征 （ 17） 2.4 建立镶边 （ 24） 3 注塑模具设计 3.1 注射模设计 的基本原则 （ 26） 3.2 分型面的选择 （ 26） 3.3 确定型
2、腔布置及型芯和型腔的建立 （ 30） 3.4 结构零件的设计 （ 31） 3.5 浇注系统的设计 （ 34） 3.6 推出机构的设计 （ 35） 3.7 浇口设计 （ 36） 3.8 冷却系统设计 （ 36） 3.9 排气系统的设计 （ 37） 3.10 模具设计的有关计算 （ 37） 4 数控仿真加工工艺 4.1 零件的分析 （ 40） 4.2 零件钢材的选用 （ 41） 4.3 加工方案 （ 42） 4.4 手机凸模的 CAM （ 42） 结论 （ 59） 3 参考文献 （ 60） 致 谢 （ 61） 附录（图表） （ 62） 1. 引言 1.1 课题的依据和意义 随着科学的发展，各种产品
3、的更新换代速度越来越快，而产品的更新是以新产品的造 型设计和模具的设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新信息相关。传统的手工设计模式已经不能很好地适应时代的需要，计算机辅助设计与制造已成为许多大型 CAD/CAM/CAE 软件追求的目标。而在众多辅助设计制造软件中， Unigraphics 软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。 该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，在模具、航空、汽车、机械、电器电子等各工业领域的应用非常广泛。 UG 软件在产品造 型、注塑模设计和冲压级进模设计中
4、的应用，将体现该软件在产品造型和模具设计中的强大功能，展现它的灵活性和工程设计严谨性的特点和优点。 1.2 注塑模具 CAD 技术概述 CAD(Computer Aided Design)技术的应用，使得设计人员在设计过程中，能够充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务 ;让设计人员能够集中精力进行更有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评价、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过 程。 注塑模具 CAD技术是指在注塑模具设计过程中采用 CAD系统来辅助设计人员进行模具设计，以便提高模具设计的
5、水平和效率。注塑模具 CAD 系统是在通用 CAD 系统的基础上，加载了注塑模具知识和设计经验模块，支持注塑模具设计的基本流程。 4 1.3 国内外塑料工业的发展概况 塑料工业是年轻的新兴工业之一。自 1868 年硝化纤维素开创以来，世界塑料工业至今已有百余年，如从 1910 年酚醛塑料工业化生产算起，只有八十多年的历史而塑料成为工程材料应用至今不过四十年，塑料工业真正获得发展只是近二十年的事情。 塑料工业的发展历史虽然 很短，但其发展速度相当惊人。据统计， 1910 年全世界塑料的产量只有 20kt， 1930 年达 100kt,1950 年达 1500kt,1970 年达 3Mt， 199
6、0年就激增到 0.1Gt。从 1950 年以来，世界塑料产量增长几乎是每隔 4 5 年就翻一番。 几十年前，塑料还只能作为象牙、玳瑁、宝石、牛骨等制件的代用品。可是到现在，它已成为许多工业部门不可代替的工程材料，而且这种崭新的的合成材料，正在飞速地追赶钢铁工业，大有后来者追上之势。有人说 21 世纪是“塑料时代”。 塑料工业的基础原料最早以农副产品为主，从 20 年代起转向以 煤及煤焦油产品为主，从 50 年代起逐渐转向以石油及天然气为主， 从而大大加速了塑料工业的发展。 上世纪 20 年代以前主要是发展热固性塑料，从 30 年代起，逐渐转向以发展热塑性塑料为主，在 60 年代工程塑料已成为研
7、究中心，发展很快，应用范围日益扩大。同时，芳杂环的耐高温塑料也向前推进了一步。目前，国外正式生产的塑料品种已有300 种之多，其中主要的只有 50 60 种。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氨基塑料、酚醛塑料等是一类产量较大、用途较广、成本较低的通用塑料，其产量将保持持续上升的趋势；尼龙、聚甲醛、 ABS、聚碳 酸酯、聚苯醚等工程塑料，正向着扩大生产，降低成本，改进性能，开拓用途方面的发展。 随着塑料产量的提高、品种的增多、应用的扩展、促进了塑料成型加工工艺的不断发展，相继出现了浇铸成型、压缩成型、粉末成型、层压成型、压注成型、挤出成型、注射成型、压延成型、吹塑成型、发泡成型、热成型等方法
8、，塑料的机械加工、机械连接、焊接、粘接、彩饰、金属镀饰等加工工艺也取得很好的进展。目前，塑料成型加工工艺正朝着高速、高效、自动化方向发展。同时，电子计算机、高频、微波、红外线、超声波、放射线、激光等先进技术在成型加工工艺中的应用也 日益广泛。 塑料产量的提高和应用领域的扩大，也促进了塑料成型设备和成型模具的不断发展。目前，塑料成型设备正朝着大型化、微型化、高速化、自动化、精密化方向的发展；塑料成型模具朝着高效率、高精密、高寿命方向前进。在成型设备和模具设计及制造方面也引入了 CAD/CAM 先进技术。 很多历史记载和出土文物证明，我国是最早使用塑料的国家。远在两千年以前，5 我国人民已经掌握了
9、完善的脱胎漆器工艺，并在建筑上应用了麻布增强的油漆。 解放前，我国塑料工业基本上都是个空白点，仅能生产酚醛塑料、氨基塑料等少数几个品种，而且设备简陋、效 率极低，原材料也靠进口。解放后，我国塑料工业从无到有，从小到大，今天已发展成一个相当规模的工业体系。目前，我国塑料产量从1949 年的 230t 增加到 1987 年的 2978kt，并一跃占据世界第五位。许多过去进口的塑料，有的试制成功，有的投入成批生产，在品种上基本齐全。而且还更具我国实际情况，利用国产资源，独创了一种新型尼龙品种，即尼龙 1010，并广泛应用于许多工业部门。全国塑料制造厂星罗棋布，塑料加工企业的建成投产，为塑料工业奠定了
10、雄厚的物质基础。我国的塑料成型设备的生产能力和产品质量大有提高，已有一批专业化工 厂可提供系列产品。有的成型设备还达到相当的先进水平，如 32kg 大型注射成型机、数控热固性塑料注射成型机、电子计算机群控注射成型机等新产品的研制成功，为我国塑料成型技术的发展创造了有利条件。当前，塑料模的标准化工作取得了很大的进展，根据国际标准，结合我国实际情况，已经制定出了塑料模具设计，缩短制模周期，提高产品质量提出了充分保证。此外，模具加工的新工艺、新设备也不断涌现，模具的制造精度也不断提高。所有这些都推动了我国塑料工业的迅速发展。我们坚信，在不久的将来，一定会赶上或超过世界先进的水平。 1.4 塑料模国
11、内外研究概况及发展趋势 模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具设计与制造水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。工业发达国家对模具工业都极为重视，早在 50 年代开始就己使模具摆脱了产品更新换代的重要工艺装备，模具对工业的发展具有重要意义。从工业产值对比来看，经济发达国家的模具总产值早己超过了机床的总产值。如日本， 1987 年模具总产值为 124 亿美元，而其机床总产值为 102 亿美元 ;1991 年前者为 131 亿美元，后者为 120 亿美元 151。在各种模具产品中，塑料模和冲压模是用量最大涉及领域最广的两种。据统 计，日本一万多家模具企业中，生产塑料模和冲压模的各占 40
12、%左右 ;韩国模具专业厂中生产塑料模的占 43.9%，生产冲压模的占 44.8%。在塑料模具中，由于注塑模具能够一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适用于高效率、大批量的自动化生产方式，使其在塑料模中的占用量超过了 5%。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、 6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，6 已能生产照相机塑料 件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可达 0.02 0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2 m，模具质
13、量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 10 30 万次，淬火钢模达 50 1000 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难 度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到 10%，与国外的 50 80%相比，差距较大。 在制造技术方面， CAD/CAM/CAE 技术的应用
14、水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的 UG、美国Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer、美国 CV 公司的 CADS5、英国 Deltacam公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、美国 AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟
15、，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0 系统及 CAE 软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微 机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑
16、料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异 型材挤出模具、PVC 塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量7 巨大；家用电器行业在“十一五”期间将有较大、空调器和微波炉发展，特别是电冰箱等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记
17、本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。 1.5 模具加工 CAM 现状 数控加工是生产过程中不可缺少的环节 ，尤其在模具生产几何外形复杂、精度要求较高的产品。在客户委托加工的产品中，这些产品的几何形状复杂，若分别利用单一性加工机械，己远远达不到产品的精度要求及正确几何尺寸。随着计算机的普及，自动化己经逐渐成为各个行业的发展方向，对模具制造行业来说，要求会越来越高。 目前比较成熟的 CAM 系统主要以两种形式实现 CAD/CAM 系统集成 :一体化的CAD/CAM 系统 (如 :UGII, Euclid. Pro/ENGINEER 等 )和相对独立的 CAM 系统(如 :M
18、astercam Surfcam 等 )。前者以内部统一的数据格式直 接从 CAD 系统获取产品几何模型，而后者主要通过中性文件从其他 CAD 系统获取产品几何模型。然而，无论是哪种形式的 CAM 系统，都由五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。 CAM系统以直接或间接 (通过中性文件 )的方式从 CAD系统获取产品的几何数据模型。 CAM 系统以三维几何模型中的点、线、面或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文件的形式经后置处理，以 NC 代码的形式提供给 CNC 机床。 UG 作为参数化 CAD/CAM 软件
19、系统的代表，实现了 产品零件从概念设计到制造全过程的一体化，提供了以参数化特征实体造型为基础、部件间的关联设计、共享数据库和专家系统知识等技术 ;是集产品设计、分析和制造一体化的 CAD/CAM 软件平台，它使产品在 CAD/CAM 各单元系统之间实现了数据的自动传递与无缝转换和集成，在CAM 系统顺利接受 CAD 系统建立的三维模型，基于统一数据库基础上同步更新。同时它保证产品、模具设计、产品及模具的数控加工的刀具轨迹及 NC 加工代码数据自动更新，避免了重复产品设计建模和 NC 数控编程的工作，实现了 CAD/CAM/CAE 数据的全相关性设计。本文 就是用 UG 软件在计算机上完成手机上
20、盖模具设计和凸模的模拟加工，而后生成相应数控机床系统 NC 加工程序代码，为最后的数控加工提供一切可靠的准备。 8 1.6 UG软件在模具制造中的应用特点 数控加工自动编程技术是随着数控机床应用的扩大而逐渐发展起来的。用数控机床加工模具时，常常会遇到二维、三维的特殊型面或曲线，要在短时间里完成这些特殊曲线和复杂型面的刀具轨迹计算，并编出相应的数控加工程序，往往是难以做到的。于是，在数控加工的实践中，逐渐地发展出各种适应数控机床加工过程的计算机自动编程系统。 作为集成化的 CAD/CAM 软件， UG 提供了功能强大的加工制造模块。利用 UG 加工制造模块可将产品的计算机几何模型 (CAD)与计
21、算机辅助加工制造 (CAM)进行集成，利用加工制造过程所使用的各项加工数据，如产品模型、工件坯料、夹具、切削刀具、工作机床及各种加工参数等数据，进行产品的加工制造流程规划。 UG 多样化的加工辅助制造流程规划工具，针对各类型机床及各种加工方式 (铣、车、钻、电火花加工等等 )可规划各类工作机床、加工刀具与控制器的加工过程控制数据。制造工艺师利用 UG 进行加工制造流程的规划后，会根据所设置的制造过程数据、加工目标及制 造参数计算出加工刀具相对加工坐标的刀具轨迹数据，称为 CL DATA (CUTTER LOCATION DATA);刀具轨迹数据经过后处理器转换成加工机器码使工作机床进行实际情况
22、下的模拟加工，制造设计产品及零件模型。刀具轨迹数据配合制造模型的规划，利用 UG 仿真功能可在计算机中仿真加工过程的材料切除状况，由此预测并观察加工的切削情形与进行误差及过切预测，并进一步做制造过程的修改，可减少废料的产生及避免加工失败，协助制造工艺师达到制造流程最优化的目的，并减少因加工错误所增加的生产成本。 1.7 本设计任务 本设计首先采用 UG 软件进行注塑件的三维实体造型 ,针对手机上盖的具体外形尺寸 ,应用基于特征的实体建模和自由形状建模等知识 ,使用体素特征、扫描特征、成形特征、特征操作等具体的操作步骤逐步生成手机上盖。其次 ,利用 UG 软件中的 Mold wizard 工具对手机上盖进行型芯、型腔设计。最后，利用 UG 软件中的 CAM 功能对凸模进行仿真加工并生成手机上盖凸模的 NC 加工程序。 9 2 手机上盖的设计 2.1 建立外形 2.1.1新建文件 （ 1）在菜单栏选择 文件 -新建 ，在 文件名 后输入“ mobile” ，把 单位 设为 毫米 。 （ 2）在菜单选择 应用 -建模 ，然后点击 确定 进入建模窗口。图 3-1 图 3-1 2.1.2绘制拉伸草图 10
