毕业设计（论文）文献综述-滑盖手机底壳的注塑模设计.doc

有关注塑模具和手机外壳模具的文献检索一、引言模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。本次课题滑盖手机底壳的注塑模设计。随着塑料制品的广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济的重要性也日益突出。二、注塑模具在国外的情况： 以“欧洲模展上的先进模具技术”的考察报告以基准来简单介绍一下在EuroMold 2001 上展出的模具大部分为塑料模,许多模具巧妙的设计、高超的加工技术和卓越的质量令人赞叹。例如, Sermo 、EN GEL 等公司展出了多零件、多色、多材料注射模, 回转台注射成型和带分度板座的注射成型系统。利用这些模具和技术可实现同一模具中成型多种零件, 并且可实现多种颜色、多种材质塑料的注射成型。MHT 公司展出了1 模144 腔的高效瓶坯模具, 其特点不仅腔数多, 而且注射周期短, 生产效率高,该模具每小时可制造瓶坯达60 000 个。Solvay 公司展出了其表面涂层专利技术, 可使模具表面层硬度达17503400HV ,厚度为5m ,大大提高了模具的耐磨性和使用寿命。塑料模制造技术中一个突出点就是铝合金材料的应用,Corus 、Pechiney Rhenalu 等公司展出了其铝合金材料及模具样品。Corus 公司开发和生产了HO KO TOL 、WELDURAL 和GIAN TAL 3 个系列的铝合金材料。展出的1 副用铝合金制造的塑料模, 使用寿命已达30 万次, 状况依然完好。Pechiney Rhenalu 公司展出了4 个系列8 个等级的铝合金材料,宣称用其M1- 600 铝材制造塑料模,寿命可达50 万次以上。Synventive Molding Solutions 公司的动态进料技术是塑料模技术中的一个亮点, 这是一项控制熔融塑料在热流道系统中流动的专利技术。所谓动态进料, 就是可为每个浇口分别设定注射时间、注射压力等参数, 根据这些设置进行注射, 可以获得平衡的注射和最佳的质量保证。为实现上述目的,装置内每个热流道喷嘴有一个针阀, 用以调节塑料的流动。针阀可通过液压驱动活塞动态地、无级地移动, 针阀的位置决定了注射的流量和压力。在流道内有压力传感器, 可连续记录流道内的压力变化, 并将压力曲线与预置的压力曲线进行比较, 通过液压系统控制针阀位置, 调整压力至预先设定的值。动态进料技术的另一优点, 就是允许使用可换模具, 即可使用一标准模具, 对于不同制件只要更换模芯, 而不必调整热流道系统。这样就可以减少使用的模具数。动态进料装置也允许使用多模成型, 同时允许每个模具使用不同的模芯。对于单副模具, 即具有一个模芯和多个浇口时, 用户可分别调节各个浇口的注射量、注射时间和压力, 从而保证复杂注射零件的质量。三、注塑模具在国内的情况： 塑料工业近20年来发展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。 传统的注塑成形仿真软件基于制品的中心层模型。用户首先要将薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，这些面被称为中心层。在这些中心层上生成二维平面三角网格，利用这些二维平面三角网格进行有限元计算，并将最终的分析结果在中面上显示。而注塑产品模型多采用三维实体模型，由于两者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑产品的形状复杂多样、千变万化，从三维实体中抽象出中心层面是一件十分困难的工作，提取过程非常繁琐费时，因此设计人员对仿真软件有畏难情绪，这已成为注塑成形仿真软件推广应用的瓶颈。 HSCAE 3D 主要是接受三维实体/ 表面模型的STL 文件格式。现在主流的CAD/CAM 系统，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA 和SolidWorks 等，均可输出质量较高的STL 格式文件。这就是说，用户可借助任何商品化的CAD/CAE 系统生成所需制品的三维几何模型的STL 格式文件，HSCAE 3D 可以自动将该STL 文件转化为有限元网格模型，通过表面配对和引入新的边界条件保证对应表面的协调流动，实现基于三维实体模型的分析，并显示三维分析结果，免去了中心层模拟技术中先抽象出中心层，再生成网格这一复杂步骤，突破了仿真系统推广应用的瓶颈，大大减轻了用户建模的负担，降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。我们在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分别建立与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解，在保证计算精度的前提下使得计算速度满足工程的需要，并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品，可划分为两部分体积，并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比保证这两部分的协调。四、高速加工和现代模具制造1、概述（1)目前模具高速加工的发展现状和趋势： 目前，采用高速切割生产模具已经成为模具制造的大趋势，在国外一些模具生产厂家，高速机床大面积取代电火花机床，高速切削大大提高了模具生产效率。机床企业瞄准模具生产企业，有的加工中心生产厂机床的60以上卖给模具加工企业。高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造企业已经普遍采用，高速切削生产模具已经成为逐渐模具制造的大势，大大提高了模具生产效率和质量。采用高速切削代替电火花生产模具，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。(2）、高速加工在模具制造中的应用:2.1高速切削的优点：1刀具的高转速和机床的高进给以及高加速度，大大提高金属切除率；2高速切削减小切削力；3高速切削热大部分由切屑带走，工件发热少；4高速切削减少振动，提高加工质量；2.2高速加工应用于模具加工的效益:1快速粗加工和精加工，提高加工效率；2高速高精度加工硬切削代替光整加工，表面质量高，形状精度提高，比EDM加工提高效率50%减少手工的修模；3硬切削加工最后成型表面，提高表面质量、形状精度，（不仅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高），用于复杂表面的加工更具优势；4避免EDM加工生产的 表面损伤，提高模具寿命20%；5结合CAD/CAM技术快速加工电极，特别是形状复杂、薄壁类电极。(3)采用高速切削加工模具需要解决的问题:在国内，由于资金、技术等方面的原因，应用高速切削生产模具还处于初级阶段。还存在机床、刀具、工艺以及其它方面的一些问题需要逐步解决。缺点是加工成本高，对刀具的使用有较高的要求，不能使用过大的刀具，要有复杂的计算机编程技术做支持，设备运行成本高。2、加工模具的高速加工机床模具精加工和硬切削加工需要数控高速机床，模板、模架加工需要精密、高效数控机床等。许多机床企业瞄准模具生产，有的加工中心生产厂机床的60%以上卖给模具企业。模具行业今后几年年均有50亿元的固定资产投入，其中80%是购买模具加工设备，也就是说每年有40亿人民币要购买金切机床。目前我国数控机床的平均利用率大约20%，高速机床的利用率35%。模具企业也有相当的单位购买高速机床，从6000-40000mmp的都有。（1）高速机床的技术参数要求：加工中心主轴大功率、高转速，满足粗精加工；精加工模具要用小直径刀具，机床一般要达到1500020000mmp。通常主轴转速在10000mmp以下的机床可以进行粗加工和半精加工，达不到精加工的精度；无法达到400m/min以上的切削速度。（2）五轴机床的应用增加趋势：1加工路线灵活，表面形状复杂；2加工范围大，适合多种类型模具加工；3切削条件好，减少刀具的磨损，提高刀具寿命；（3）、购买CAD/CAM软件和高速机床配套据统计，每年有几十亿美元用于进口机床，大部分电加工机床和高速机床需要进口。3、高速切削模具的刀具技术 高速切削加工还需要配备适宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的进展促使了高速加工的发展。硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具使得兼顾高硬度的刀刃部和高韧性的基体成为可能。聚晶立方氮化硼（PCBN)刀片，其硬度可达35004500HV。聚晶金刚石（PCD)其硬度可达600010000HV。近年来德国SCS、日本三菱（神钢）及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名的刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具，还有能直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂层刀具 异军突起，在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用，新刀具材料和刀具技术的出现已经使高速加工上的瓶颈问题不再会出现在刀具上。但是，进口刀具的昂贵价格也阻碍高速切削模具的重要因素。选择刀具参数，如负前角刀具等，刀具要求比普通加工要求抗冲击韧性更高，还要求抗热冲击能力强；2、采取多种方法提高刀具寿命，降低刀具成本。3、采用高速刀柄，目前应用最多是HSK刀柄，热压装夹刀具。注意刀具装夹后的整体平衡；4、当前的刀具企业在解决高速切削刀具技术方面已经已经做了很多工作，面向加工的刀具服务会帮助解决很多问题，刀具生产厂家成为主体，参考刀具生产厂家提供的技术参数。4、提高高速切削模具效率的工艺技术1、刀具直径和长度的选择2、HSK和EDM的选择3、干切削和润滑冷却4、进给选择；通常进给量铣刀直径10%，进给宽度铣刀直径40%。根据材料情况合理选择加工工艺参数：国外高速铣削加工零件材料质量较好，材料质量标准相同，加工性能比较稳定；而国外公司生产的刀具也以他们的材料标准做试验；推荐的加工参数一般比较适合他们的标准，如果使用他们的刀具，与国内的零件材质有一定的区别，在高速铣削时，这种差别表现得较为明显，有些参数可以直接应用，但有些效果就比较差。而国内企业一般选用零件材质有一定的标准，所使用的零件材料，特别是能用高速加工的零件材质，一般会局限在某些零件材料范围内，这对我们应用高速加工技术也提供了有利的条件，会在较少的加工材料范围内应用。这里要强调的是，一定要在这些材料上选取优化出一套适合本企业的加工工艺参数，并且纳入企业标准。选用国产刀具，很少有推荐高速铣削的技术参数的，由必要做试验，取得比较满意的参数吗，最好选用固定的刀具生产厂家，减少试验的次数，形成加工技术标准，这样可以提高设备有效利用率吗，降低生产成本，可以取得较好的经济效益。5、高速切削的加工刀具路径好编程1平面进给路径选择；2轮廓加工路径选择；3保持切削载荷平稳；4保持相对平稳的进给量和进给速度；5在平面切削中保持圆拐角；6合理选择精加工余量。HSC精加工对CAN的编程要求：1）尽量避免拐角的铣削运动：2）尽量避免工件外的进刀与退刀运动，直接从轮廓进入下一个深度。或者采用螺旋线或斜向进给切入：3）恒定每刃进给吗，提高质量，延长刀具寿命：4）轮廓加工保持在水平面上等。高速切削CAM软件；delcam公司几年前就开始了高速切削加工编程技术的研究，开发了高速切削自动编程软件模块；最近，mastercam公司也开发了高速切削自动编程软件模块；国内北航海尔也开发了高速切削自动编程软件模块。6、高速机床数控系统的特点1高速数据处理；2拐角预测处理；3NURBS非有理样条插补曲线加工。7、高速切削模具的安全问题1刀具磨损和破坏的监测；2刀片连接的强度；3和普通机床加工不同，安全防护和开机前对机床和刀具的严格检查非常重要。8、目前我国在采用高速加工模具技术中存在的问题（1）机床：1国产高速机床整体性能尚有差距，功能部件性能还不能满足要求。包括电主轴的功率和转速，进口机床价格高；2机床的高速下动态特性研究还不够，因而影响整机的；3五轴机床还不够成熟，进口机床价格太高；4配套技术和设备还不完全。（2）刀具：:1国产刀具还不能够适应高速切削的应用，特别是高速硬切削光整加工，进口刀具价格高，刀具技术是影响高速切削加工模具的一个重要因素；2配套技术还不够，包括刀柄、成套在线动平衡等。(3)高速模具加工工艺及实验:1由于高速加工模具模具的历史比较短，缺乏应用经验积累；2对高速切削工艺研究比较少，投入不够，立项比较困难；3缺少高速切削数据库或手册，目前还是空白；4模具生产厂家对高速切削的认识不够，缺乏长期效益的分析对比。（4）缺乏高速切削自动编程软件.（5）缺乏五轴联动高速切削自动编程CAM软件模具市场对的高速加工有强烈的需求，但是技术跟不上。起步晚，基础较差，整体技术不高，发展缓慢。需要各个方面协调发展，产学研结合，加大投入，综合利用各个方面力量推动高速切削在模具制造中的应用。我们希望，通过各方面的努力，在市场需求的推动下，通过技术进步吗，像汽车，机床吗，家电一样，在不远的将来吗，我国不但要成为模具生产大国，而且要成为模具生产强国五、CAX技术对塑模具设计的应用与发展利用注塑模具CAX软件，设计与工程人员可完成注塑制品构造、模具概念设计、CAE分析、模具评价、模具结构设计和CAM等虚拟与现实工作，利用注塑模流分析技术，能预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高企业效率。传统的塑料注射成型开发方法主要是尝试法，依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。因此开发过程中要反复试模和修模，导致生产周期长、费用高，产品质量难以得到保证，对于成型大型制品和精密制品，问题更加突出。2)二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出新的挑战，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。3)应用CADCAECAM技术从根本上改变传统的产品开发和模具生产方式，提高产品质量，缩短产品开发周期，降低生产成本，强有力地推动了模具行业的发展。据文献统计，国外采用模具CADCAECAM技术可使设计时间缩短50，制造时间缩短300o，成本下降1 0，塑科原料节省7，一次试模成功率提高4550。CAD概念。运用CAD技术能帮助广大模具设计人员由注塑制品的零件图迅速设计出该制品的全套模具图，使模具设计师从繁琐、冗长的手工绘图和人工计算中解放出来，将精力集中于方案构思、结构优化等创造性工作。2)CAE概念。CAE技术借助于有限元法、有限差分法和边界元法等数值计算方法分析型腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形，达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参数的目的。3)CAM概念。运用CAM技术能将模具型腔的几何数据转换为各种数控机床所需的加工指令代码，取代手工编程。采用CAM技术能显著提高模具加工的精度及生产管理的效率。注塑模CADCAECAM的科学严密生产组织方式，保证了注塑模的生产质量。但注塑模的商品化软件在功能和精度上还有待于进步发展。今后的研究和发展工作主要在于精度的数字化技术，对复杂形状的产品进行数据采集，且采集速度要快而精确，并直接建立线框模型。其次就是实现模具加工的全自动化；此外就是要通过信息网络实现技术价值、技术服务和技术转让，从而显示先进信息传输工具的优越性。六、手机外壳模具设计制作与分析1.模具设计（1）模具的基本结构（2）浇道分析与设计：浇道的作用在于连接注入口及模穴浇口，主要用于多进浇口大件模具或多模穴模具，目的在于使塑料同时到达各模穴，使充填速度均匀。（3）型腔：射出成型模具主要由型腔赋予成型品的最终形状，因此型腔可定义做模具中赋予成型品形状的零组件。（4）模穴与模心:一般而言，模穴的主要要求为填料快速，容易脱模，表面须光滑模心的要求则为须维持整个模穴温度均匀。（5）注入口及注:入口的衬套注入口或竖浇口的目的在于将来自喷嘴射出的熔融塑料导入模具的浇道系统。外围衬套则称为注入口衬套。6）对位圈或定位圈:对位圈的目的在于导正射出机喷嘴位置与模具注入口，避免出料不顺。有时除了定位的功能外，在模具外壁薄而射出压力高时，往往需借助对位圈来保持注入口衬套与模具的对中。（7）注料系统:对多型腔模具而言，需要一注料系统将塑料平均分配到每个模穴中。注料系统主要由浇道及浇口两大部分所组成。（8）浇口设计:传统上进浇口位置与浇口尺寸、方式的决定是由实验来进行的，即所谓的试误法，经不断地试模找出较佳的进浇位置。但对较复杂的模具或精密模具，经验法则难以使用。因此近年来许多研究人员致力于计算机辅助工程分析方面研究，希望结合高分子加工原理与数值计算，计算机绘图的技术，发展出模具设计的辅助软件，如国际上知名的MOLDFLOW，C-FLOW，以及CAE-MOLD，MOLDEX3D 系统软件等。2、模具的制作流程从运用CAD/CAM 系统采UG.NX Mold Wizard 模模块来设计曲面的建立与编修建构成品与模具几何模型，数控技术进行手机上盖塑料射出模具制作，以模流分析软件获得射出成型的加工修件，并对模具的寿命评估，达到缩短制程时间、降低成本及提高质量的目标。3 、模流分析试模程序在塑料模具中扮演着相当重要的地位，模具根据的模流分析，在产品设计完成阶段即可通过模流分析软件仿真模具射出成型的情形，决定模具的设计方式，模流分析所产生的参数可当作试模时的参考，降低模具设计的失败率以及试模时间与次数。本研究是以Moldex3D 分析充填过程，为模流设定参数，分析的建议结果相对照，由于作为寿命评估，故射胶压力大，以加速模具磨耗，充填过程中压力分布、温度分布、波前图与模流方向图，从波前图与模流方向图中可观察熔接线位置，分析图中显示厚度相当均匀，表面没有明显熔接线。4 、建立公母模本研究所设计的CAD 模型是手机壳的外型，是采用UG NX 软件来设计，它对于曲面的建立与编修及加工具有强大的功能。5 、射出成型将公、母模与模座组合完成后，并利用模流分析所得知结果，设定射出条件。射出机机型为台中精机Ve-80，射出材料采用ABS 塑料颗粒材料。6 、应力分析偏光仪是量测应力变化的实验仪器，其主要设备包括偏光板、四分的一波板及光源，把光弹模型置于光弹性实验仪其中时，可用来检验应力的方向。反射式光弹分析仪与穿透式光弹很类似，首先利用可塑性光弹分析材料披覆在像一面镜子一样平滑的待测物表面。再用一光束经一面偏光板照射物体，经物体面上的反射光投射回同一面偏光板。光源若使用白光的话，光弹条纹是彩色的条纹，可以根据应力条文对照表来得到某一种颜色的条纹代表某阶段的条纹。在单色的光弹条纹中，粗线的地方代表该点的主应力方向x 轴（或y 轴）平行。因此两道光的相位差，因而造成光场的明暗条纹，光场的条文可以肉眼观察，条纹越密集的地方，表示应力越大，亦即应力集中的地方（也是材料发生破坏时最先开始的位置）。当光穿入透明均向板材料（环氧树脂或电木等材料，构成暂时双折射的特性，板受应力立即产生双折射现象，但如将所加应力移走时此现象即消失）中，则速度会随材料的应力状态而产生轻微的变化。对于均质等向性的材料，两个偏光光波沿着主应力方向偏，此两方向的速度并不相等，其差值与主应力值的差成正比关系。利用CAD 的模具设计是从得到制品图后，设计模具构造、分面膜、横浇道、进浇口等，然后再决定温度控制、脱模等，并依制品图来决定公模与母模的尺寸。成型品充填不足时，会发生气泡、气孔、收缩下陷皱纹等，原因有成型空间内的成型