毕业设计（论文）-超薄壁塑件成型的注塑模具

摘 要薄壁注塑有很多明显的优点，如节省材料，降低生产成本， 减轻重量和减小形状大小等，促进了电子产品(比如手机)的加速发展。尤其是超薄壁塑件,具有很大的应用潜力的微机电系统（MEMS） . 然而，随着零件厚度的减低，注塑成型过程也变得更加困难和复杂。系统性的调查是缺乏对超薄壁塑件成型特性的认识。 本文设计和制造了一个超薄壁塑件成型的注塑模具。 采用正交试验法(正交试验法)和数值模拟，研究讨论了超薄壁塑件的不同工艺参数(注射率 注射压力，熔体温度，工件的大小和厚度的一部分)的成型过程。 结果表明，零件厚度是对成型过程决定性参数， 计量大小及喷油率是成型过程中的主要因素。在成型过程中，加快注射速度则可以增加填充比例. 熔体温度和注射压力是次要因素， 但较高的熔融温度和注射压力也是成型过程中所必要的。关键词: 注射成型；超薄壁塑料件；正交试验法；数值模拟 目 录摘 要I第1章 引言11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外研究的现状11.3 课题研究的主要内容31.4 产品的性能介绍3第2章 塑料件的设计要求与关键技术52.1 塑料件的设计要求52.1.1 强度设计要求52.1.2 工艺设计要求82.1.3 可靠性要求112.2 塑料件的设计流程122.3 塑料ABS的弹性模量的测定15第3章 防震收音机的塑料件设计193.1 Pro/E3.0建模的功能介绍193.1.1 一般特征：193.1.2 基准特征203.1.3 修饰特征203.1.4 高级特征213.2 利用Pro/E3.0平台设计多功能收音机213.3 利用Pro/E3.0平台装配多功能收音机263.3.1 组装元件的约束类型263.3.2 收音机扬声器盖板装配27第4章 塑料模具设计314.1分类314.2设计要素334.3结构及基本零件334.3.1、组成334.3.2、作用344.4材料要求344.5 塑料模具设计过程364.5.1 设计步骤364.5.2 设计思路37第5章 结 论38参考文献39致 谢40沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章 引言1.1 课题研究的目的和意义多功能防震收音机的应用在多地震国家有广泛的应用前景，对于减少地震的损失保障生命财产的安全有重要的意义，例如在日本就是一个很好的应用，本产品就是在这个市场的要求下，在根据相关的要求生产的，本产品有手摇发电和太阳能发电两种模式，还有手机充电的功能，另外根据日本的救援的收音频率安排收音机的波段。还有报警的功能，在得到有救援人员到达的消息后，收音机可以发出相应的报警信号，方便救援人员的营救，争取宝贵的时间，两种充电的模式可以很好的保证电力的充足。 本次毕业设计的多功能防震收音机的重点在收音机的结构部分，包括收音机的塑料件和相关的模具的设计。国内一些塑料件供应商的产品设计和模具设计手段还停留在二维绘图的水平上，塑料模具的结构尺寸设计以经验公式为主。这样的方法不但落后而且很难保证产品质量。对于包含高级曲面或精度要求较高的复杂塑料件，用这种方式根本无法设计和制造。总之，国内精密注塑模具的设计与加工方法和国外差距很大。因此必需结合现代设计、分析方法及手段和先进制造技术才能使国内的塑料件的设计和制造水平有一个显著的提高，以满足国内市场对高品质塑料制品的需要。1.2 国内外研究的现状多功能防震收音机的好处越来越多的被人们所认识。相关方面的研究，仪器开发竞争也越来越激烈。而大部分则集中在仪器的外形，实用，舒适等方面。零件的建模，装配随之引发了设计软件之间的竞争。 随着模具工业的飞速发展以及CAD/CAM技术的重要性被模具界所认可,近几年来CAD/CAM开发商投入了很大的人力和物力，将通用CAD/CAM系统改造为模具行业专用的CAD/CAM系统，针对各类模具的特点，推出了宜人化、集成化、和智能化的专用系统，受到了广大模具工作者的好评。 模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈，模具界对CAD/CAM系统的要求也从单纯的建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。特别是模具CAD/CAE/CAM技术全方位解决方案的能力和技术。作为塑料件的最有效成型方法之一，注塑成型可以一次成型各种结构复杂、尺寸精度高并带有工艺要求的含嵌件塑料制品，成型周期短，一模多腔，生产效率高，大批生产成本低廉，易于实现自动化生产。因此在塑料件的加工行业中占有非常重要的地位。据统计，80以上的塑料件是采用注射成型方式生产。因此有必要研究注塑模具的先进设计方法。在国外，早在50年代美国学者就对聚合物过程的数值模拟建模作了一系列工作。同期，瑞士的学者给出了有关挤出的重要模型。1959年，Bernhardt在书中总结了成型建模中的许多问题，Tadmor和Klein在书中首次给出了塑化挤出的完整模型，包括固体输送、塑化和熔体输送等。70年代初期，有关塑化挤出模拟软件EXTRUD已商品化，该软件很大程度上是基于Tadmor和Klein书中所描述的模型。70年代以来，很多大学和企业的研究者们都致力于注射、挤出和其它工艺的计算模型的研究。然而，这些计算模型对加工技术产生的影响不大，直到1978年澳大利亚Mold flow公司推出了第一个注塑成型充填阶段的模拟软件Mold flow。80年代，随着C-MOLD软件的问世及其他一些软件广泛用于注射成型过程，模具设计才成为依赖于计算机预测的工程科学。自80年代以来，北美和欧洲的许多研究小组对聚合物熔体流经管道、口模和成型设备的各个方面进行了深入的研究，推出了许多关于聚合物流动的有限元分析软件。目前工业发达国家都在投入大量人力物力进行注塑模CAE研究，并竟相推出商品化的注塑模CAE软件，许多软件已在生产中广泛应用，产生了巨大的经济效益。其中，具有代表性的软件及所取得的成果主要有：合并了C-MOLD的Mold flow公司推出了Plastics Insight4.1版本，基本囊括了充填、保压、冷却、翘曲分析等注塑成型涉及到的所有过程；加拿大McGILL大学的MCKAM-系统，能模拟注塑过程的流动、保压和冷却各个阶段；德国IKV塑料工程研究所的注塑模CAE/CAD系统，能系统地进行注塑模的流变分析、热力学分析及结构设计。我国注塑模CAE研究始于70年代末，到了80年代后期才逐渐开始发展。“八五”期间，由北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等高校联合进行了国家重点科技公关课题“注塑模CAD/CAE/CAM系统HSC3.0。各科研院、所经过十多年来的不懈努力，在注塑模CAD/CAE领域取得了长足的进步，软件的国有化比重在不断递增，但仍有许多不足之处。如：目前国内自行开发的注塑模CAD/CAE系统都是基于一定的平台基础上，而自行开发的图形系统和CAE软件较少，并且还没有统一的标准，开发系统的实用性和局限性较大，因而，上述系统真正成为普及型软件还不成熟，有待于进一步技术研究和通过实践检验。1.3 课题研究的主要内容1. 完成多功能防震收音机中所有零件的建模。2. 完成多功能防震收音机的零件装配。3. 完成多功能防震收音机的设计文件的编写，包括装配工程图和零件图。4. 完成多功能防震收音机关键零件的塑料模具设计过程。具体的工作任务流程见图1.3-1，其中带*的为本次设计的主要内容。 图1.3-1 工作任务流程图 1.4 产品的性能介绍本机是采用手摇发电和太阳能发电相结合，并带有手机充电，照明的功能，在地震多发地带， 这种发电方式和充电的方式非常有利于生存者的自救， 尽量的减少人员和财产的损失。手摇发电装置是微型发电机和增速齿轮机构构成，在幸存者还有能力运动的情况可以使用这个功能，太阳能充电同时具备了在有光线的条件下利用太阳能充电，将其周围的光能充分利用，节省幸存者的体力，以便赢得更多的救援时间，同时还有对手机充电的能力，可以利用手机进行必要的营救。使幸存者赢得更多的主动被营救的机会。本产品的设计尽量小巧结构更加紧凑，这样可以让使用者可以随身携带，产品图如图1.4-1所示：图1.4-1 多功能防震收音机的整体外形第2章 塑料件的设计要求与关键技术2.1 塑料件的设计要求要把塑料件设计得既符合产品的功能要求、美学要求、人因工程学要求，又符合塑模成型的工艺要求，其难度非常大。所以，在设计的过程中要和电器工程师进行功能方面的交流，又要和模具加工部门进行协调，同时和经销商之间进行及时的沟通。通过协调好各个方面的要求,经过许多次的反复实验、论证和修改,最终才能使合格的塑料件组装成一个完美的产品。当然，塑料件的设计要求非常多，在本节对各种设计要求加以整理，最终归纳为主要的三类：强度设计要求；工艺要求；用于特定产品的要求。2.1.1 强度设计要求塑料件的耐用性取决于塑料件强度。根据塑料件承受负荷条件不同，可把所承受的负荷分为短期负荷、长期负荷、循环负荷、冲击负荷、温度负荷等五类。在设计塑料件时，首先要考虑的是强度设计，从以下五方面入手：1.短期应力-应变行为短期负荷是指塑料件在搬运、组合和使用时施加的负荷。例如，搬运时受到的冲击力，各种连接机构在调整时所承受的载荷等。和金属零部件的设计类似，其设计一般参考材料的应力-应变图。但与金属材料相比，塑料在高温下的抗应变能力非常低。在设计时主要考虑以下两点：（1）按照材料的应力-应变曲线进行强度设计；（2）应充分考虑零部件的使用环境、温度、加工方法、化学环境对机械性能的影响。2.长期力学性能长期力学性能是指在比例极限以内，塑料件长时间承受外力载荷，以及塑料件在成型和组合过程中造成内应力和残留应力。主要失效形式表现为蠕变和应力松弛。在本机型“多功能防震收音机”上的“摇动臂”，如下图2.1-1所示；由于长时间受到重力的作用，会发生径向蠕变，使直径有所增加；各种转轴的挠曲会随着时间的增加而增大。设计此类塑料件时主要考虑以下四点：（1）向材料供应商索取蠕变模量Ec(t,T)和松弛模量ER（t,T）,分别利用式（2.1）和式（2.2）计算出应变和应力。 图2.1-1 摇动臂的结构外型Ec(t,T)=0/（t,T） (2-1)式中：0为初始应力，是常数 （t,T）是与时间和温度有关的应变值ER（t,T）=（t,T） /0 (2-2)式中: 0ww为应变值，是常数 （t,T）为应力值，是时间和温度的函数（2）如果条件允许，尽量设计成压合连接或搭扣连接组合，以减少组装造成的应力。（3）使用固定组件以减低应力，强化结构。（4）设计塑料件与塑料件的接合时，保留安全裕度，以防止过度紧密配合。3.循环负荷当塑料件承受反复或循环载荷作用时，应重点考虑在其寿命内预计承受循环负荷的次数。特别是各种皮带轮、皮带、活塞环等，在设计时必须充分考虑材料的疲劳强度。塑料件承受循环负荷时，重点考虑以下三点：（1）承受短间距和长期间距的反复性负荷，应使用疲劳曲线进行设计；（2）注意圆角的设计以避免应力集中；（3）承受高频或高振幅的周期性负荷时，会因生热而缩短寿命，改用薄壁设计和耐疲劳的导热性材料可以改善塑料件的散热功能。4.冲击载荷冲击负荷的加载速度比其他机械负荷的加载速度要快得多。零件设计时应尽量避免在高应力区施加高速负荷和冲击性负荷。设计塑料件时需要考虑使用较大的圆角及较和缓的厚度变化，以避免应力集中。5.温度负荷与金属件相比，塑料件的性能对温度更加敏感，温度的变化对尺寸、机械性能等有显著的影响。这里所指的温度负荷包括高温和低温，高温负荷容易使塑料软化；低温负荷容易使塑料变脆。对于塑料件来说，要考虑承受相对高温和相对低温的情况。要使零部件适应使用的温度环境，设计时应注意：（1）遵循材料的模量-温度曲线；（2）尽量避免将不同热膨胀系数的材料进行组合，而且应该在自由端面保留允许塑料件膨胀的余量。根据以上的论述，本文将强度设计的五种负负荷条件和设计者应考虑的材料性质以及对应设计时应遵循的主要准则列于表2.1-1表2.1-1 强度设计准则归纳 负荷条件典型零部件应考虑的材料性质主要设计准则短期负荷扳手、紧固螺钉等应力-应变行为应力-应变曲线长期负荷球头压板等蠕变、应力松弛蠕变模量、松弛模量循环负荷齿轮等疲劳特性疲劳曲线冲击负荷底座等冲击强度避免局部应力集中温度负荷手持型的上下壳体热应力-应变行为模量-温度曲线2.1.2 工艺设计要求1.可制造性的设计要求这里的制造主要指注塑成型过程。产品设计将最终决定塑料件塑模的难易程度，塑料件生产的可行性，模具的复杂性和产品的成本。在不影响产品性能的情况下，适当地修改产品的结构可能会大大降低模具的难度，从而降低产品成本。影响制造工艺性的因素很多，如:拔模的斜度、工艺孔的设置、嵌件的设计等。在本小节中将讨论影响制造工艺性的三个最主要的结构：圆角、壁厚、加强筋。（1）圆角塑料件外表面转折处有圆角不但能保证制品机械强度高、外观漂亮，而且塑料熔体在型腔中的流动也比较容易。否则，塑料件在使用时拐角处容易产生应力集中而遭到破坏，成型冷却时易产生内应力和裂纹。在塑料件的内表面转折处不一定要加圆角，要看加工的难易程度，当壁厚均匀时可以不加圆角，在分型面上不能有圆角过度。（2）壁厚塑料件的壁厚应均匀，不应有突变。当塑料件上有薄壁区时，充填熔体倾向往壁厚的截面部分流动，容易产生竞流效应，导致产生气泡和熔合线，在塑料件表面产生瑕疵。塑料件在射出成形后，必须冷却到足够低的温度，顶出时才不会造成变形。壁厚较大的塑料件需要较长的冷却和保压时间。例如厚壁区没有充足的保压，就会造成凹痕或气孔，为使塑料件的壁厚尽可能的均匀可以通过加入一些工艺孔或槽达到壁厚均匀的要求，以缩短成形周期，改善塑料件尺寸稳定性。（3）加强筋设计良好的筋，不仅可以降低零件的重量，同时足以提供必要的结构强度。如果还需要更高的刚性，可以缩小筋的间距，添加更多的筋。筋的厚度一定要小于等于零件的壁厚。筋在塑料件上的典型用途包括：需要有良好外观和重量轻的宽大表面。齿轮的轴和轮廓。塑料件的支撑柱与构架。2.可装配性的设计要求减少产品中塑料件的数量也就减少了装配次数有利于保证产品的质量、减少所需模具的数量，但这样做的代价是塑料件的几何形状变得复杂，工艺性差，加工难度大，可塑模性很差。在实际设计过程中，必须平衡各种因素，达到成本最低的要求。因此，有很多产品将本由一个复杂结构的塑料件设计成单独的几个塑料件，再进行组合装配。塑料件之间的装配有很多方法，例如压力装配、搭扣装配、焊接、铆接等。在本小节中将几种塑料件装配中比较常见的方式加以归纳。（1）压力装配压力装配在形式上是一种非常简单的装配方式，不需要任何其他组件或者紧固件，仅仅是一个零件被压入与其相配的另一个零件中。压力装配最重要的特征是装配零件或嵌件必须大于相配零件孔的最大公差尺寸。但是，要完成一个良好的压力装配，获得必要的压合应力，既不会因过高的应力造成裂缝，又不会因过低的应力而造成松脱，必须选择合理的过盈配合。同时，这种装配一定要考虑零件的材料，保证材料的一致性。（2）搭扣装配搭扣配合是利用塑料材料在比例极限内的变形能力进行两个塑料零件之间的连接，并且保证在完成装配后立即回复原始的形状。完成搭扣配合连接时，搭扣两边的配合件都不承受应力，而连接过程中的最大应力也不超过比例极限，完成连接之后，组件承受的负荷必须在材料限度以内。这种装配多用于小型或微型零部件的装配。这种装配的最大好处是节省空间，但这种装配的缺点是重复装配的次数少，装配的精度低。(3)焊接和热铆塑料材料的焊接方法有很多种，其中应用最为广泛的是超声波焊接。一般的热塑性材料都可以用这种方法。焊接过程中要考虑的最主要的因素是两种焊接材料的兼容性。热铆的方式多用于电镀塑料件和装饰件的固定连接,一般是将塑料用特殊的电烙铁熔化变形后完成装配。是一种通用性很强的装配方式。优点是装配的可靠性高，精度好，但装配的过程复杂。（4）机械紧固多数机械紧固件对塑料产品的组装都是适用的。传统上使用的固定组件主要包括固定金属组件的螺丝钉和铆钉，它们也可以应用于塑料件。在其应用上需要考虑以下要点：预紧力过大的螺丝钉或铆钉可能导致应力；螺丝钉的螺纹可以预先加工，或是在紧自攻螺丝时产生；螺丝钉螺纹与头部之毛边、铆钉毛边等都可能造成应力，导致塑料件提早破坏。以上几种装配的典型应用场合及设计原则见表2.1-2：表2.1-2 装配设计的应用场合和设计准则装配类型典型应用场合基本设计准则压力装配轴-套结构公差极限图搭扣装配钩-槽等结构搭扣连接理论焊接和热铆装饰件的固定热塑性材料的兼容性机械紧固广泛强度设计理论2.1.3 可靠性要求1.恶劣工作条件下的可靠性如在高速条件下工作时,由于齿轮一般都工作在相对高速的条件下，齿轮的材料选择和结构设计就必须考虑恶劣工作条件下的可靠性，主要是防止磨损。本产品就是在地震环境下工作的，所以要充分的考虑工作过程中的安全和可靠性。下图2.1-3是本产品设计的齿轮的结构外型： 图2.1-3齿轮的结构外型2.在地震条件下的防震动问题在地震条件下,设计过程中首要问题是如何处理塑料件的材料选择和塑料件上的缓冲的保护，以防止震动的破坏，扬声器是给救援队发出消息的装置，本产品在具体的结构上增加了缓冲的结构。本产品中的其结构外型如图2.1-4。图2.1-4 扬声器外壳的结构外型2.2 塑料件的设计流程塑料件的生产一共包括三个部分: 单体的生产(由原料合成单体)、树脂生产(由单体合成树脂)、塑料的成型加工(由树脂经成型加工制成塑料件),对于前两部分是材料供应商的职责,对于塑料件的设计和制造公司,只须向供应商索取相关的材料参数。本文所讨论得是第三部分即塑料件的设计和制造。对于一般塑料件的设计和制造过程大体上可以分成以下步骤:1.市场调研在确定产品开发前要做好充分的市场调研和前期准备。确定产品的市场定位，主打方向，设计理念，针对人群等。接着还要确定开发进度，资金，技术支持等一系列的因素。2.产品造型该过程又称为工业造型，用专业的造型渲染软件来确定产品的外观效果。一般的塑料件，尤其是装饰件对外观有很高的要求。很多时候当整体的造型确定之后，还得考虑零件的美观及人因工程学中的众多因素。下图中的前壳就是一个比较典型的运用，因为前壳后面的窗栅直接与发射阵相接触，所以一方面要考虑安全问题，同时还要考虑正面的直观美感。前壳两侧的两个耳朵形状的豁口就是充分的考虑了此两个因素。消费者可通过此口根据需要轻松的调节前壳的角度。下图2.2-1是前壳的结构图。 3.初步设计全面准确地分析产品的类型和最终用途是整个产品开发过程的第一步，也是图2.2-1 后壳的结构外型最重要的一步，因为它是整个开发工作的基础。配套厂家需要和设计人员充分沟通，明确产品的性能。在分析产品最终性能的前提下进行材料的初选，如ABS 、PVC等一些常用的塑料优先考虑。用三维软件设计零件的结构，重要的塑料件部位在图中都要重点标出，利用它可分清哪些功能和尺寸是确定不能改变的，哪些是可以灵活调节的。这对以后模具设计的灵活性、可装配性来说至关重要。产品造型和初步设计是双向的，如果初步设计发现产品的造型对今后的设计过程有重要障碍的，应及时修改造型，要充分体现并行设计思想。4.装配、工艺分析在零件的结构定型中还得考虑装配及工艺、定位中出现的一些问题。在设计本产品中一个典型的零件就是球头转轴的设计定型。起初的球头转轴中没有走线孔，是在用户的美观要求下修改设计的，还有与后壳装配的莫氏锥度，及用于定位的两个对称豁口等等。都是在考虑了众多的因素下才确定定型的。图2.2-2是齿轮装配结构外型图。图2.2-2 齿轮装配的结构5.模具设计在完成CAE分析和装配工艺方案评价后，进行模具的详细结构设计，包括型腔、型芯的设计、浇注系统的布置及尺寸、冷却系统的布置及尺寸，制件顶出位置等等。同时，进行模具的生产准备。如选择模具材料，考虑加工方法，判断是否可以调用标准模架。6.试制、测试、评价尽管采用CAE软件进行了模拟和改进，但是在实际的设计和制造过程中还会有很多无法预料的因素。因此，对于从理论角度得到的设计，需要制造一个模型（也可以制造一个形状和结构相似的模具，但该模具的结构只是零件上的主要的分析点，模具的结构必须简单，加工成本低。）加以检验，在全面评价加工性能和使用性能的优劣之后进一步完善，如果必要，可用选定的材料生产一个过渡性的模拟产品。如：可以利用快速成型试制出一个样品，利用这个样品可以检验零件各部分的结构是否符合设计的要求，并对产品和所需模具的加工性能给出评价。7.工程图，NC代码，模具的零件加工由模具的生产厂家利用CAM软件进行数据加工模拟，自动生成型腔、型芯的NC代码。得到的装配模型存入实例库中，供以后的设计参考。为了适应生产的需要，模具配套厂家，还应完成由三维图向二维工程图的转换，包括各种视图生成、尺寸标注、标题栏、明细表、物性计算等。在模具零件加工前，应将模具的总装配图送交设计单位进行审核，通过后进行生产。8.模具装配和试模由模具的生产厂家按塑料件的设计要求和模具的装配图及主要的零件的零件图（其中包括模架的供货商，提供的模架结构图）进行模具装配，调整好各种配合间隙，保证模具各零件正常和灵活的运动，并将模具在注塑机上进行试模，打出基本合格的样件后，进行模具的进一步的精加工。9.注塑生产注塑的配套厂家或注塑车间，按Moldflow4.1的分析结果调整注塑机的工艺参数，加工出样件,然后对注塑样件进行分析,进一步调整工艺参数，直到样件通过设计部门的认可，才可以小批量试生产。10.样件的装配将所有的样件装配在一起（包括电路板等其他零件），分析各种尺寸的配合是否合理,做整机的测试实验,对不合理的参数进行调整,直到各种功能达到设计的要求。11.整理设计和工艺文件完成样件的装配后，可以发现以前的产品设计文件和工艺文件的不足之处，并对其进行修改整理，形成可以用于指导生产的设计和工艺文件。2.3 塑料ABS的弹性模量的测定弹性模量是测定刚性材料受到拉伸、弯曲、压缩或扭曲应力时的刚度（颈度）。当试样受到拉伸时，它变得又细又长，只要不超过弹性极限，如果撤去载荷，试样将恢复到原来的尺寸。超过弹性极限，试样开始产生永久形变。图2.3-1出一个试样在实验过程中绘制的典型应力-应变曲线图。图中的直线部分表示所有载荷都在弹性极限内，在这条直线的任何部位上都能计算出弹性模量。在屈服载荷以上的曲线部分的载荷将使试样发生永久形变。虎克定律指出，当一个载荷施加给给材料时，在弹性极限内应力与应变成正比关系。如果沿曲线的直线部分分别取三个不同的点来计算弹性模量，则所得到的数值应全部相同。应变值可直接从图上查到。 弹性模量=应力（磅/英寸）/应变（英寸/英寸）1 实验过程： 取立柱的壳的截面宽0.5英寸（12.5mm）厚为0.1英寸（2.5mm）的试样在225磅（102kg）的载荷下做拉伸弹性模量试验。图2.3-1 应力-应变曲线图2 实验结果：截面积=0.5*0.1=0.05英寸 225磅（102kg）时为0.08密耳（0.2032m） 225/0.05=4500（磅/英寸）模量=4500/0.08=56250磅/英寸（387.825MPa）拉伸强度应力：4500（磅/英寸）为310.26MPa3 实验结论：对照下表2.3-1和2.3-2，完全符合强度要求。表2.3-1 通用级阻燃ABS/PVC类别牌号性能用途通用阻燃ABS/PVCKZH168G符合美国UL94 V-0级（1.5mm），具有良好的机械力学性能,性价比高。已广泛应用于各种电子、电器、以及灯饰的部件。包括电视机外壳，办公用品、电力部件、家电零件外壳。高阻燃阻燃ABS/PVCKZH168Z符合GB 17945-2000消防应急灯具对塑料外壳的阻燃要求。氧指数不低于32（GB/T 2406），具有一定的力学强度，性能良好，且产品表面光滑。用于应急灯箱等消防用品。 表 2.3-2 具体性能测定项目单位标准KZH168GKZH168Z通用阻燃ABS/PVC高阻燃阻燃ABS/PVC拉伸强度MPaGB/T 104338.9441.52拉伸断裂伸长率%GB/T 10431010弯曲强度MPaGB/T9341-200059.559.7弯曲弹性模量MPaGB/T9341-20002736.72644.7悬臂梁冲击强度kJ/m2GB/T 18439.478.42热变形温度GB 16348585VICAT软化点GB 16338082熔融指数210,10KGg/10minGB 36829.38.24密度g/cm3GB 10331.291.31氧指数%GB/T 24062832阻燃等级1/16inch(1.6mm)级UL94V-0V-0注：此表是在特定的试验下完成的，仅作参考。第3章 防震收音机的塑料件设计3.1 Pro/E3.0建模的功能介绍3.1.1 一般特征：1.拉伸特征：拉伸是定义三维几何的一种方法，通过将二维草绘截面延伸到垂直与草绘平面的指定距离处来实现，在创建拉伸特征时，需要指定的特征参数包括剖面所在的草绘平面、剖面形状、拉伸方向和拉伸长度。2.旋转特征：旋转特征就是让一个剖面沿着旋转轴旋转，剖面所扫过的体积就构成了旋转特征，在创建旋转特征时，需要指定的特征参数包括剖面所在的草绘平面、剖面形状、旋转中心线、旋转方向和旋转角度。3.混合特征：混合特征是将各个剖面作为控制面，各个控制面之间连接所封闭的空间即构成混合特征。相对拉伸特征和旋转特征，在Wildfire3.0版本中混合特征的变化不大，各个创建的选项仍然独立在不同的命令菜单中，在选择上仍然使用了老板本的“菜单管理器”的形式。4.扫描特征：扫描特征是通过草绘或选取的轨迹，然后沿该轨迹草绘剖面来创建的，和混合特征相同，在Wildfire3.0版本中混合特征的变化不大，各个创建的选项仍然独立在不同的命令菜单中，在选择上仍然使用了老板本的“菜单管理器”的形式。5.孔特征：需要指出的是，孔特征（包括壳、筋、拔模、倒圆角、倒角等特征）不能作为实体的第一个特征，因此在建立实体零件之前，这些处于灰色不可用的状态。在建立孔特征时，需要指定的参数包括：参考平面、孔轴线位置、孔径和深度设置。6.壳特征：壳特征可将实体内部掏空，只留一个特定壁厚的壳，在创建壳特征时，需要指定移除平面、壳厚度和厚度方向等参数。7.筋特征：筋特征是设计中连接到两侧实体表面的薄板伸出项，筋通常用来加固设计中的零件，也常用来防止出现不需要的折弯。利用筋工具可快速开发简单的复杂的筋特征。建立筋特征需要指定的参数包括：剖面所在的草绘平面、剖面形状、厚度和厚度方向。8.倒圆角特征：倒圆角特征是一种边处理特征，通过向一条或多条边、边链或在曲面之间添加半径形成。曲面可以是实体模型曲面或常规的零厚度面组和曲面。9.倒角特征：倒角特征是通过对拐角进行斜切削而得到的，在创建倒角特征时，需要指定的特征参数包括：倒角所在的边、倒角规格和倒角尺寸。10.阵列特征：在创建阵列时，通过改变某些指定尺寸和参照，可创建选定特征的实例。选定用于阵列的特征称为阵列导引。3.1.2 基准特征1.基准平面：基准平面最主要的作用是在零件建立特征的过程中，当没有合适参照平面时，利用基准平面作为草绘平面或者放置特征。另外也可以根据一个基准平面进行尺寸标注。在创建基准平面时，需要指定完整的约束条件，该约束条件规定了此基准平面与现有的几何定位条件之间的关系。所选约束必须相对于模型清晰的定位基准平面。2.基准轴：创建基准轴是，系统按照A_#的形式指定基准轴的名称，此处#是已创建的基准轴的号码。如果需要，可在创建过程中利用“基准轴”对话框中的“属性”选项卡为基准轴设置一个初始名称。如果需要改变一个现有基准轴的名称，可以选择该特征并右击，在弹出的快捷菜单中选择“重命名”命令，输入新得名称。3.基准点：在建立实体模型的过程中，可以使用基准点作为构造元素以及计算和分析时的已知点。“基准”点特征可包含同一操作过程中创建的多个基准点。4.基准坐标系：坐标系是可以添加到零件和组件中的参照特征。5.基准轴线：基准轴线在建立特征的过程中具有非常重要的作用。6.注释特征：注释特征是数据特征，由一个或多个注释元素组成。可用于管理模型注释并将模型信息传播到其他模型或制造工艺中。3.1.3 修饰特征修饰特征是一种较简单又比较特殊的特征，它也没有质量等属性，但也是Pro/E中的一个参数化特征。3.1.4 高级特征1.拔模特征：拔模是模具设计中必须的Pro/E提供了一个专门用于拔模的工具，利用该公式可以将-30至+30之间的拔模角度添加到单独的曲面或一系列曲面中。仅当曲面由圆柱面或平面形成时，才能进行拔模操作。2.旋转混合特征3.可变剖面扫描特征4.扫描混合特征5.螺旋扫描6.环型折弯3.2 利用Pro/E3.0平台设计多功能收音机 因为多功能收音机设计过程中的零件众多，下面就对其中的一个主要零件后壳（见图3.2-1）说明其在Pro/Ewildfire3.0平台详细的建模过程。图3.2-1 收音机后壳结构外型（1） 双击打开桌面上的Pro/Ewildfire3.0图标，在“类型”中选择零件和实体。新建一个文档，命名为 houke.prt.（2） 首先拉伸后壳的轮廓实体。草绘并两侧成长。（3） 接着拉伸与电池相配合的壳体部分，草绘时要特别注意样条曲线的编辑使其生成的曲面形状光滑，且美观。见图3.2-2。并增加一个变半径倒圆角特征。见图3.2-3。（4） 再对（1）所生成的实体特征做抽壳操作。抽壳是为了在零件中形成等壁厚的型腔以免在填充时由于壁厚不均匀而形成缩痕的缺陷，在设计零件时在壁厚是一个很重要的特征。本零件的厚度定为2.5mm，符合强度要求。（具体计算结论分析见2.3）。一般的塑料件的厚度按经验可定为2-4mm间，然后根据测得的弹性模量进行强度分析验算。零件壳体壁厚的最大值一般不超过4mm。太大一方面因为成型的工艺要求会增大注射压力，提高注射机的性能要求而增大成本，另外根据结构分析超出了整体优化的范围。具体的设置与零件的塑料材料的成型特性有关。如图3.2-4所示。（5） 接着拉伸剪切生成固定太阳能电池板的切口。如图3.2-5。（6） 拉伸另 一侧的充电电池孔。设计过程中还得考虑一下发电机和手摇发电后电能的存储问题，所以要增加一个可以充电的电池，给予充电方式一个存储电能的空间，同时利用电池的能量来供给收音机工作的电能。（7） 拉伸剪切与电池装配的孔9（图3.2-6）。其尺寸要和压板装配后的尺寸像配合，尽可能的提高装配精度，使产品外观和层次更高。（8） 拉伸与前壳装配的定位孔（图3.2-7）。孔内径可根据自攻定的型号选择。 图3.2-2 拉伸收音机的轮廓实体特征图3.2-3 变半径倒圆角特征（9）拉伸切除材料形成两侧的开关口和后侧的手机充电孔。（10）拉伸特征生成电动机装配时起支撑定位的支撑肋板。（11）完成整个外型的拔模和圆角，至次整个外型结构建模完成。 图3.2-4 抽壳特征 图3.2-5 拉伸太阳能电池板的切口图3.2-6 切除与充电电池配合的孔特征图3.2-7 拉伸定位孔由于本次设计多功能收音机的零件比较多，所以首先对在Peo/E3.0平台下的三维实体建模的流程和一些特征功能做了些介绍，然后选了一个比较典型的零件作了具体说明。下面再附几个零件图，图3.2-8和图3.2-9。 图3.2-8 调台轮零件图图3.2-9 电池盖零件图3.3 利用Pro/E3.0平台装配多功能收音机在一般情况下，大部分产品都是由不同的零件（或组件）构成的，产品的使用性能主要取决于组成该产品的单个零件的性能以及给个零件之间的配合关系，特别是对于一些要求外观面连续、顺畅的产品。故进行产品设计时，在完成了所有零件的设计后，可以进一部指定关联零件之间的配合关系，使用组建模块来进行零件的组装。3.3.1 组装元件的约束类型要将一个元件在空间内定位，必须限制它在空间三个轴向的平移和旋转。零件的组装过程，就是一个将元件用约束条件在空间限位的过程。不同的组装模型需要的约束条件不同，完成一个零件的完全定位需要同时满足几种约束条件。下面是组装零件常用的九种约束类型：匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点、曲面上的边、自动。匹配 匹配是指两组装零件（或模型）所指定的平面、基准平面重合（当偏移值为零时）或相平行（当偏移值不为零时），并且两平面的法线方向相反32对齐 对齐是指两组装零件（或模型）所指定的平面、基准平面重合或相平行，并且两平面的法线方向相同。另外，对齐还可以使两个轴、两条边、点或者曲面对齐。插入 插入是指两组装零件（或模型）所指向的旋转面的旋转中心线同轴。常见的具有旋转面的模型有圆柱、圆台、球体等。坐标系 将两组装零件所指定的坐标系对齐，也可以将元件与装配件的坐标系对齐来实现组装。利用坐标系组装操作时，所选两个坐标系的各坐标轴会分别对齐。相切 相切是两组装零件（或模型），选择两个参照面以相切方式组装在一起。线上点 线上点是两组装零件（或模型），在一个零件上指定一点，然后在另一个零件上指定一条边线，约束所选定的参照点在参照边上。边线可以选取基准曲线或基准轴。曲面上的点 曲面上的点是指两组装零件（或模型），在一个零件上指定一点，在另一个零件上指定一个面，且使指定的面和点接触，控制点的位置在曲面上，曲面可以选取基准平面、实体面等。曲面上的边 曲面上的边是指两组装零件，在一个零件上指定一条边，在另一个零件上指定一个面，且使它们相接触，即将参照的边约束在参照面上。自动 此项是默认方式，选择装配参照后，系统自动以合适的约束进行装配。 3.3.2 收音机扬声器盖板装配收音机中的扬声器盖板是调整太阳能充电电池照射角度的活动部件，和后壳上的转轴之间是连接装配。并且后壳转轴可以在180内绕轴心转动。所以它们之间的装配是至关重要。其装配步骤如下：（1）双击桌面的Pro/E图标，打开程序。点击新建，在类型中选择“组件”和“设计”，新建一个文档。（2）点击“插入组件”图标，插入第一个件左压板，选约束类型为自动或缺省，见下图3.3-1，然后确定。（3）接着双击桌面的Pro/E图标，打开程序。点击新建，在类型中选择“组件”和“设计”，新建一个扬声器盖板组件文档。插入扬声器盖板的零件，约束方式选“缺省”。 见下图3.3-2，然后确定 图 3.3-1 在后壳中插入转轴图3.3-2 新建的扬声器装配（4）装配扬声器下板，新建“对齐”，“对齐”，“匹配”类型，完成下板的完全约束的装配定义，见图3.3-3。（5）接着在收音机的装配中再次装入扬声器盖板的装配组件，这样的装配方式可以提高装配的效率，同时有利于制作工艺文件，同时在装配时易于调整装配的结构，容易发现装配中存在的问题。选销钉轴对齐和如图3.3-4所示的面匹配完成约束连接。（6）最后，采用拖动的方式，调整扬声器盖板的装配检测装配的效果。如图3.3-5所示。图3.3-3 用匹配和对齐的方式装配下板图3.3-4 定义的旋转轴连接图3.3-5调整后的扬声器盖板的组件装配图240第4章 塑料模具设计塑料模具，是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。4.1分类按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。 1、塑料注射（塑）模具 它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入 模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。 2、 塑料压塑模具 包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103108），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。 3、塑料挤出模具 用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。 3、塑料吹塑模具 是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称“注拉吹”），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。 4、塑料吸塑模具 是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。吸塑模具因成型时压力较低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造，结构较为简单。 5、高发泡聚苯乙烯成型模具 是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料有铸铝、不锈钢、青铜等。4.2设计要素模具设计和制造与塑料加工有密切关系。塑料加工的成败，很大程度上取决于模具设计效果和模具制造质量，而塑料模具设计又以正确的塑料制品设计为基础。 塑料模具设计要考虑的结构要素有： 分型面，即模具闭合时凹模与凸模相互配合的接触表面。它的位置和形式的选定，受制品形状及外观、壁厚、成型方法、后加工工艺、模具类型与结构、脱模方法及成型机结构等因素的影响。 浇注系统，即由注塑机喷嘴至型腔之间的进料通道，包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。特别是浇口位置的选定应有利于熔融塑料在良好流动状态下充满型腔，附在制品上的固态流道和浇口冷料在开模时易于从模具内顶出并予以清除(热流道模除外)。 塑料收缩率以及影响制品尺寸精度的各项因素，如模具制造和装配误差、模具磨损等。此外，设计压塑模和注塑模时，还应考虑成型机的工艺和结构参数的匹配。在塑料模具设计中已广泛应用计算机辅助设计技术。4.3结构及基本零件4.3.1、组成 吹塑模、铸塑模和热成型模的结构较为简单。 压塑模、注塑模和传塑模结构较为复杂,构成这类模具的零件也较多。 基本零件有： 成型零件，包括凹模、凸模、各种成型芯，都是成型制品内、外表面或上、下端面、侧孔、侧凹和螺纹的零件。 支承固定零件，包括模座板、固定板、