壁挂式离子水治疗仪电解槽的结构设计毕业设计.doc

大学学士学位论文 摘 要 酸性离子水有较强的清洁与漂白作用 适合外用 而碱性离子水适合人们服用 本次设计的壁挂式离子水治疗仪 其基本原理是将自来水经过净化装置过滤掉水 中的杂质 经矿化后进入电解槽进行电解 使水中阴阳离子分开分别存于电解槽不同 的腔室 再经电极板通过控制电流的大小电解成酸碱度不同的离子水 本次毕业设计的项目是 壁挂式离子水治疗仪的电解槽结构设计 采用的材料是 ABS 塑料 设计过程要同时满足强度设计要求和工艺设计要求 作为一个全方位的三 维产品开发软件 本次主要应用 Pro E 软件进行电解槽结构的三维实体建模 以及电解 槽相关零件的装配工作和典型零件的模具设计 本文介绍了详细的电解槽的三维实体 建模过程以及相关零件的装配过程和典型零件的建模过程 关键词 电解槽 计算机辅助设计 电解离子水 大学学士学位论文 I Abstract Acid ionized water has a better effect in clean and bleach thus suitable for external use while the basic ionized water for the drinking of people The current study focuses on the wall mounted electrolytic ionized water therapeutic equipment whose working principle is as follows The supply water after filtration impurities by use of water purification equipments are mineralized and then electrolyzed in the electrolyzer in order to separate the cation and anion and make them exit in different chamber of electrolyzer respectively before electrolyzed into ionized water with different PH by means of controlling the electricity with plate electrodes This graduation program is the design on the structure of the electrolyzer of the wall mounted electrolytic ionized water therapeutic equipment with ABS plastic as the material The design process should meet the requirements of both the strength design and the process design In this study the three dimensional solid modeling of electrolyzer and the assembly of its related parts as well as the modeling design of its typical parts are conducted mainly by the software Pro E which is a full range software on the development of three dimensional products This article gives them a description in details Key word Electrolyzer Computer aid design Electrolytic ionized water 大学学士学位论文 目 录 1 绪 论 1 1 1 壳体研究的目的和意义 1 1 2 国内外研究的现状 2 1 3 课题研究的主要内容 3 2 壁挂式离子水治疗仪的电解槽设计 4 2 1 壁挂式离子水治疗仪电解槽的结构设计 4 2 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽的材料设计要求 5 2 2 1 材料强度设计要求 5 2 2 2 材料的工艺设计要求 7 2 2 3 关于壁挂式离子水治疗仪底座加强筋的强度计算 8 3 PRO EWILDFIRE3 0 的设计流程 9 3 1 Pro Ewildfire 的特征功能及其在本次设计中的应用 9 3 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽下槽体部分绘制过程 10 4 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配设计过程 20 4 1 Pro Ewildfire 装配概要 20 4 2 Pro Ewildfire 装配的设计方式 20 4 3 壁挂式离子水治疗电解槽的装配过程 21 4 3 1 壁挂式离子水治疗仪电解槽装配的辅助装配设计 21 4 3 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配 22 5 壁挂式离子水治疗仪壳体典型零件模具设计 31 5 1 模具结构设计简介 31 5 1 1 模具的作用以及设计流程 31 5 2 壁挂式离子水治疗仪典型零件模具设计过程 31 总 结 34 致 谢 35 参考文献 36 大学学士学位论文 I 附录 A 英文原文 37 附录 B 汉语翻译 43 大学学士学位论文 0 1 绪 论 1 1 课题研究的目的和意义 随着世界经济的飞速发展 人们的生活质量得到了提高 但是周围环境的恶化 严 重影响了我们的健康 生活用水的安全问题一直是人们关注的重点 随着科技的发展 离子水进入了人们的视线 我们在市场上经常看到一些净水器 纯水机 矿泉壶 磁化壶等 那么 这些净 水设备产生的饮用水与离子水有什么本质区别呢 简单地讲 前者的目的是解决自来 水的干净 安全问题 而离子水已经通过电场改变了水的结构 成份 电位及酸碱性 使普通水具备了一定的功能 能更好的为人们的健康生活服务 离子水就是将原水经过净化装置过滤掉水中的余氯和铁锈等多种有机毒物和原机 杂质 再经矿化使人体必需的矿物质和微量元素进入水中 而后进入电解槽进行电解 电 解时所有菌类均已被杀死 而带正电的矿物质积聚阴极成为碱性离子水 带负电的矿物 质积聚于阳极成为酸性离子水 而本次设计的离子水治疗仪就是能产生不同 ph 值离子水的离子水生成器 从医学角度来说 健康的人体是呈弱碱性的 碱性离子水利于清除体内酸性代谢产 物和毒素 增强机体抵抗能力 并对由于酸性食物摄取过多 运动量不足引起的胃酸过多 慢 性腹泻 胃内食物异常发酵 消化不良等病症有显著疗效 同时对糖尿病和结石病有显著 疗效 酸性离子水具有较强的清洁与漂白作用 是最佳的美容收敛剂 可作为洗脸 洗发 洗涤用水 对烧伤 烫伤 擦伤 皮肤感染 有消炎止痛作用 酸性离子水也是清洗蔬菜 水 果 餐具等的最佳用水 1 碱性电解水的特点及功用 1 消除体内过多 自由基 对人体侵害 延缓组织器官衰老 2 渗透力与溶解力强 有效促进新陈代谢 对人体进行 体内清洗 迅速排 除体内毒素 提高人体免疫机能 3 含电解态矿物质 如钙 镁 锌等 易于人体吸收 有效补充微量矿物元 素 大学学士学位论文 1 4 含氧量高 迅速补充运动中丧失的氧分 使花 鱼特别鲜活 5 富含离子态微量元素 高效补充人体所需要的微量 6 经过临床验证对粘滞血症有辅助治疗的作用 2 酸性电解水的特点及功用 1 符合人体表皮的酸度要求 能有效清除毛孔内污垢 收敛皮肤 增强弹性 2 强档酸性电解水 有较好的抑除菌毒功效 可用来清洗身体及其他日常用品 可收敛割伤口 迅速止血除菌 并可有效处理皮肤炎症 30 秒高效杀灭十几种细 菌 病毒 可广泛用于家庭和公共场所的消毒 3 保鲜 深层次杀灭至腐微生物 对鱼 肉 水果蔬菜等有良好的防腐保鲜效 果 总之 离子水可以在生产 生活的很多领域发挥积极的作用 而离子水治疗仪 离子水生成器 的研制将会为人们开来更健康的生活 1 2 国内外研究的现状 1 国内外电解水机的研究现状 电解水是目前世界先进国家公认最安全 最先进的水 它以自来水为原料 自来 水在通过电解水机时 水在电解过程中被功能化 电解水行业面市至今 已在欧 美 日 韩 台和东南亚等地得到了极大发展 以日本为例 日本是电解水机的发源地 也是目前发展最好的国家 早在上个世纪三十年代 日本开始研究电解水生成器 日 本研究出第一台电解水机 进而将电解水机作为医疗器械 并承认它对于胃肠疾病的疗 效 并成立 电解水研究委员会 1966 年 电解水生成器作为医疗器械正式获得日本 卫生当局核准生产 至今已有 30 多年的历史 近年来关于离子水的研究在韩国 欧洲 美国等地区也得到了迅速发展 日本的医学博士北洞哲治研究了碱性离子水功效 安 全性及其机理 1992 年 厚生省提出在品质 安全性 有效性方面依据当时的科学水 准进行再研究 成立了专门的碱性离子制水机研究委员会 1974 年电解水机引入韩国 1976 年引入美国 1994 年 我国开始涉足电解水领域 厂家结合我国地域广阔 水质差异大及污染严重的实际情况开发生产出了更适合我国 国情的电解水机 1999 年 中国功能水研究促进会在北京成立 2001 年 首届 亚洲 大学学士学位论文 2 功能水论坛 在昆明举行 我国的电解水事业迎来了又一个发展的春天 2 塑料零部件设计技术的国内外研究现状 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 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 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 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 郑州工业大学模具研究所研 制的 Z MOLD3 0 等 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 10 1 3 课题研究的主要内容 本文主要完成的工作 1 查阅离子水治疗仪相关产品的资料 分析现有壁挂式产品中电解槽结构的优缺 点 初步确定产品电解槽的基本结构 2 对电解槽的相关结构进行详细的论证 用 PRO E 软件建立相关零件的实体模型 3 进行零件的装配分析 大学学士学位论文 3 4 完成相关零件的设计文件及装配工艺文件及相关部件的对接 5 对典型零件进行相应的模具设计 并完成相关设计文件 2 壁挂式离子水治疗仪的电解槽设计 2 1 壁挂式离子水治疗仪电解槽的结构设计 电解槽是离子水生成器的心脏 是决定离子水性质的关键部位 其功能是电解活化 原水 产生碱性离子水和酸性离子水 电解方式可以用一槽无隔膜式 二槽隔膜式以及经阳极电解后经阴极电解等方式 一槽无隔膜式电解槽由于其阴极室和阳极室未分开 只能得到 PH 为 5 0 6 0 的弱酸性 离子水 应用价值不大 本次设计的壁挂式离子水治疗仪的电解槽选择二槽隔膜式将原水通过过滤消毒除 菌后通过入电解槽 控制电压 电解时间 在阴极室生成不同强度的碱性离子水 阳 极室生成不同强度的酸性离子水 应用到生产和生活的有关领域 电解槽的设计理论基础 根据 法拉第定律 电解时在电极上产生的物质的质量于通过电解时的电量成 正比 尽可能的提高单位面积的电流强度 以增加其电解度 增加电极上产生物质的 质量 单位体积的水产生的物质 H2 O2 越多 则水的酸碱度范围越宽 电解槽的适 应性也越强 关于水的负电位 可以分成两部分去分析 一是电解水所产生的 OH 离 子所带的负电位 相对稳定 二是电解水时产生的 电容效应 使水带过饱和电子所 带负电位 不稳定 负电位和正对面积 间距及介质特性决定 它是否带电 带电量 多少极板电势差的大小无关 水的电位完全取决于电荷的密度 电荷的密度越大 电 场线的分布越窄 场强越大 也就是电势越强 酸碱水的电势差也越大 电解槽 包括槽体 电极板 膜和盖板 在电极板之间设有一中间制有多个槽孔 的并相夹合构成的夹片 单向离子膜位于该夹片夹合的中间 只有正离子可以通过 这样既保证电解水的正负离子通过 又固定了离子模作用 这样电解后的 H 离子和 大学学士学位论文 4 HO 离子就被分隔在不同的腔内 在不同的腔内连出不同的出水管 就可以得到了酸性 水和碱性水 在槽体内腔前后端内侧各设置制有凹槽并可插入夹片的固定板 其中后 端一固定板开有可插入正 负电极板插头的插孔 对应位置的槽体则开有滑槽 该滑 槽滑接有可插入电极板插头的滑块 如此结构使得离子模 夹片 电极板 滑块与槽 体间牢牢地配装成一个整体 在两个出水槽与槽体内腔的贮水槽之间设有一栅栏 该 栅栏制有与正 负电极板相对应分配的栅栏槽孔 位于栅栏槽孔两边还制有凸条 该 凸条可嵌装夹片 实现了弱碱性 弱酸性出水槽分离 而且壁挂式离子水治疗仪电解槽要满足一下几点 1 使用安全电压 使用可靠 2 使用高强度电流 电解能力强 3 电极的选用充分考虑到各种水质 符合国家生活饮用水卫生标准 品质高 寿 命长 4 水流速高 膜孔不宜堵塞 提高膜使用寿命 5 电解槽可拆卸 离子膜 电极自由更换 6 电极采用涂铂 钌 铱 等贵重金属 抗电解强度大 耐腐蚀性强 极板电阻小 活性高 在强电解下金属不会脱落 增强了机器使用的寿命 7 电压 12 36v 电解能力强 使用寿命长 高出同型进口离子水机电解槽数十 倍 可使水电解成 PH7 5 10 0 的碱性离子水 PH2 7 6 0 的酸性离子水 2 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽的材料设计要求 电解槽是塑料件 塑料件的设计要求非常多 像强度设计要求 工艺要求等等 2 2 1 材料的强度设计要求 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 大学学士学位论文 5 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 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 大学学士学位论文 6 塑料件膨胀的余量 2 2 2 材料的工艺设计要求 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 性的三个最主要的结构 圆角 壁厚 加强筋 1 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 2 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 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 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 大学学士学位论文 7 塑料件之间的装配有很多方法 例如压力装配 搭扣装配 机械紧固等 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 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 2 2 3 关于壁挂式离子水治疗仪底座加强筋的强度计算 壁挂式离子水治疗仪需要挂在墙壁上 由于前述所讲的长期力学效应 受长期整 体重力的影响 治疗仪的壳体和底座可能会出现微小的形变 为避免这一状况 设计 时在底座上加上了 5 个加强筋 设计厚度是 2mm 为验证厚度是否足够用 现做下列 验算 大学学士学位论文 8 1 在治疗仪的所有组件和元件都装配好了之后 通过 Pro E 软件可以测得整个壁 挂式离子水治疗仪的实体体积为 1 9152 106mm3 1 9152 10 3m3 2 ABS 塑料的密度为 1 05 103kg m3 拉伸的弹性模量 E 5 1 6 1Gpa 取 6 1Gpa 6 1 109Pa 重力加速度 g 9 8N kg 3 治疗仪的重力 F V g 19 707N 4 因为应力 F A A 是 5 个加强筋的横截面积 加强筋是一个 30 度 60 度的 直角三角形 根据受力方向是加在 60 度的底边上 所以取横截面积在底边网上 2 3 处 算得此横截面积为 4 106m2 所以 F A 19 707 5 4 106 0 985 106N m2 5 因为应变 E 0 985 106 6 1 109 0 000162N m2 0 002 所以加强筋 的厚度完全满足强度设计要求 3 Pro Ewildfire3 0 的设计流程 3 1 Pro Ewildfire 的特征功能及其在本次设计中的应用 Pro ENGINEER 在当今已成为最普及的三维 CAD CAM 系统之一 作为一个全方 位的三维产品开发软件 它以单一数据库 参数化 基于特征 全相关性及工程数据 的再利用等改变了传统的设计理念 成为机械设计自动化领域的新标准 Pro E Wildfire 有三个主要的特征 它应用使用参数化设计的以实体为基础的特征 模型 使用充填组合式 完全关联构造 机械设计及自动化产品概念设计的实质性标 准 同时它也跨越了从设计到制造的整体系统 1 特征的种类 1 草绘特征 1 加材料拉伸 拉伸 使用 拉伸 命令 在绘制剖面之后 将绘制的剖面拉伸出来形成新 的实体 旋转 围绕一根中心轴旋转所创建的旋转特征 大学学士学位论文 9 扫描 把草绘截面以绘制的路径进行移动 以此来创建实体的特征 混合 由一系列 至少两个 平面截面组成 并将这些平面截面的边界用过 度曲面来连接 从而形成一个连续的特征 实体化 把封闭的面转换成实体 加厚 为平面输入一定的拉伸值 从而转换成实体 2 减材料拉伸 是与加材料拉伸相反的概念 2 拾取和放置特征 孔 这个功能用也创建各种形态的特征 与钻孔操作有同样的特性 倒圆角 这个功能是为了把面与面相交的地方处理成圆弧形的特征 壳 这个功能是为了把实体的模型面删除 使实体拥有输入的厚度 最终创 建成壳状的特征 抜模 用于实体上创建出斜面的特征 3 曲面特征 这种特征与草绘特征有相似的创建方法 使用曲面特征创建时 使其实体化特征 变成精密 复杂的自由曲面特征 在建模过程中会应用到偏移 复制 修剪等功能 4 基准特征 基准平面 用于三维空间上创建特征 为了定位这些特征而产生的理论上没 有边界的平面 基准轴 用来创建特征时的参照 可以配合基准面和基准点用于创建尺寸标 注参照 圆柱 圆孔及旋转中心 也可用作阵列复制和旋转复制等操作时的旋转轴 2 本次毕业设计 设计的是壁挂式离子水治疗仪的电解槽 在设计三维实体零件模 型的过程中 主要运用了 Pro ER 软件非几何特征的 基准平面 基准点 几何特 征中的 拉伸 草绘 壳 倒圆角 倒角 旋转 阵列 镜像 等功 能 3 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽下槽体部分绘制过程 1 单击 拉伸工具 按钮 打开拉伸特征操控板 单击 放置 面板中的 定义 大学学士学位论文 10 系统将显示 草绘 对话框 选 FRONT 面为草绘平面 RIGHT 为参考平面 接受系 统默认的视图方向 单击 草绘 按钮 进入草绘状态 绘制图 3 1 所示的截面 单击 按钮 输入拉伸长度 95 点击确定 如图 3 2 图 3 1 槽体实体的截面草绘 图 3 2 槽体实体的拉伸 2 要想做出如 3 3 的实体 可以用拉伸除料达到目的 但是拉伸除料还要事先选 定基面绘制准确的草图还要测出除料的深度以便拉伸 这不免过于麻烦 我们可以用 壳 命令 选中需要去除的表面直接在实体上抽出厚度为 2 5 的壳体 图 3 3 槽体实体的抽壳 大学学士学位论文 11 3 点击 拉伸 以壳体的开口面为基面绘制草图如图 3 4 拉伸高度 3 如图 3 5 图 3 4 槽体底座截面草绘 图 3 5 槽体底座的拉伸实体 4 利用 倒圆角 命令将拉伸出的壳体的棱角倒圆 然后再次进行拉伸 在 上步拉伸的实体的上表面进行草绘 并与上步类似 向上拉伸高度 3 如图 3 6 大学学士学位论文 12 图 3 6 槽体倒圆角 图 3 7 底座凹槽草绘 5 为做出如图 3 8 的实体 同样可以用拉伸除料 但是为避免反复用统一功能 达到尽量节省步骤 简便绘图的要求 可以在基面上直接绘出要两个除掉实体部分的 截面如图 3 7 然后同时除料以达到效果 图 3 8 凹槽的拉伸除料 6 点击 倒圆角 将除料之后实体上的棱角倒圆 7 为达到图 3 10 的特征 可以先除透一个圆孔 在进行阵列 但这需要两个步骤 可以直接在底面一次性的画出所有圆孔的截面如图 3 9 然后一次除料完成如图 3 10 大学学士学位论文 13 图 3 9 螺钉连接孔的草绘 图 3 10 螺钉连接孔的拉伸除料 8 在通孔的同一位置 向上拉伸出带有统一大小通孔的 8 个圆柱体 拉伸高度为 13 5 9 以圆柱的顶面为基面 点击 拉伸 绘制如图 3 11 的草绘 利用 拉伸到面 得到实体 选中该实体 点击 镜像 命令 选中中心分割面 得到图 3 12 大学学士学位论文 14 图 3 11 内置螺钉连接孔的实体的草绘 图 3 12 内置螺钉连接孔的实体拉伸 10 选中上步做出的实体 运用 镜像 做出另外一个耳 点击 拉伸 在两个 耳形实体的背面 做出直径为 3 2 的同心圆 拉伸除料 且除透 如图 3 13 图 3 13 耳形实体的拉伸 11 为达到目的 最终的耳形实体定位部分需拉伸两次 所以现在在上步拉伸的 实体的表面继续建立基面进行拉伸 绘制草绘两个直径分别是 3 2 和 8 的同心圆 拉伸 高度 7 5 如图 3 14 大学学士学位论文 15 图 3 14 耳形实体再次拉伸 12 为了安装时前后定位 设计了在电解槽上下结合面处的突起的实体 图 3 15 定位突起的拉伸实体 13 点击 拉伸 命令 在电解槽背面建立基面 准备做出另外的三个用于定位 的实体部分 草绘如图 3 16 拉伸高度 11 5 如图 3 17 图 3 16 螺钉定位实体的草绘 图 3 17 螺钉定位实体的拉伸 14 为达到如图 3 21 所示的效果 我们可以先拉伸一个大的实心圆柱 然后再做 两次的拉伸 但是这样会两次草绘统一部分 且内部结构形状较复杂 进行两次拉伸 大学学士学位论文 16 时容易出错 所以绘制时先画一个圆环进行拉伸 然后拉伸除料内圆里的实体 最后 在环形实体的后面做一定厚度的封口 即 先绘制草绘如图 3 18 然后拉伸长度 15 5 如图 3 19 图 3 18 进水口实体截面草绘 图 3 19 进水口实体拉伸 15 提取内圆圆周线作为草绘线 进行拉伸除料 如图 3 20 图 3 20 进水口实体的拉伸除料 16 在拉伸的圆柱体的背面进行草绘 拉伸长度 2 5 以达到封口的目的 大学学士学位论文 17 图 3 21 进水口实体 17 点击 拉伸 命令 在第 16 步绘制的实体的前面建立基面绘制草图如图 3 22 并拉伸到面形成实体 如图 3 23 图 3 22 进水口螺钉连接处实体截面草绘 图 3 23 进水口螺钉连接处实体 18 下面为绘制出如图 3 24 的几个圆柱体叠加的特征 可以逐层的分别用拉伸的 方式进行绘制 但是这样绘制工程过于麻烦 步骤太多 没有达到灵活运用 Pro E 软件 的目的 所以可以先确定中心线的位置 然后用 草绘 功能绘制中心线作为旋转中 心 在旋转中心的一侧绘制出整体的外轮廓线 旋转 360 度即可绘制出所需要的特征 具体步骤如下 点击 草绘 命令 绘制草绘线作为中心轴 再点击 旋转 命令 在草绘线 大学学士学位论文 18 即中心线的一侧绘制出如图 3 25 的外轮廓线 输入旋转角度 360 度 点击确定即可 图 3 24 旋转实体 图 3 25 旋转草绘 19 为达到图 3 26 的特征效果 可以由下往上的逐层的建立基面利用拉伸来进行 但是这样步骤太多 过与麻烦 达不到训练与学习的目的 所以直接简便的办法就是 先拉伸出一个实体再利用阵列功能来完成 具体步骤如下 以上 下电解槽的结合面为基准向上 13 5 建立新的基面 DTM3 绘制草绘如图 3 27 向上拉伸 2 5 选中此实体 点击 阵列 命令 选择 方向 模式 任意选择 一条代表阵列方向的轨迹线输入阵列数目 3 输入阵列间距 10 点击确定 图 3 26 电解槽表面加强筋的拉伸实体 大学学士学位论文 19 图 3 27 电解槽表面加强筋的草绘 20 将阵列出的实体的棱边进行倒圆角 同理再运用阵列绘制出其它肋板 最后 选中需镜像的肋板 运用 镜像 功能绘制出电解槽另外一面的肋板 如图 3 28 图 3 28 电解槽表面加强筋实体 21 经过倒圆角的处理 最后电解槽的下槽体绘制完成如图 3 29 图 3 29 电解槽下槽体 大学学士学位论文 20 4 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配设计过程 4 1 Pro Ewildfire 装配概要 一般来说 一个模型由各种各样不同的零件装配而成 在三维建模过程中 装配 是一个有好几个零件元件的三维模型 装配的定义是 在三维建模中结合零件与零件 零件和装配参照来组成元件 然后再把元件结合起来制作装配的过程 任意一个三维 模型都是由各个部件和个体来组成的 在 Pro E 中把部件称为零件 把个体称为辅助装 配 把完成品称为装配 在装配模式中结合的零件 辅助装配称为元件 可以把这些元件提取出来给与必要 的约束条件 从而组成一个新的元件 另外 当元件数量很多的时候 可以先制作出 其他的辅助装配 然后再把辅助装配放到装配当中去 5 4 2 Pro Ewildfire 装配的设计方式 Pro E 设计装配的的方法有两种 一种是向上式设计方法 另外一种是向下式设计 方法 1 向上式设计方法 向上式设计方法是把生成的装配品所需要的所有部件进行独立的三维建模之后 在给予各个部件特定的关系 最终完成装配品的方式 也就是说 各个部件的三维建 模必须要达到细部设计的阶段 同时还要满足与其他部件没有任何想象关联性的条件 向上式设计方式有以下几个有点 第一点可以对元件装配品中元件的位置进行再 次定义 可以修改已存的约束条件 第二点具体来说是可以使用重定义 重排序等命 令对删除已存的约束条件 添加新的约束条件 再次定义已存约束条件的参照 更换 元件顺序等 2 向下式设计方法 向下式设计方式可以定位为所有设计者同时设计与其他设计者有一定关系的零件 的作业过程 首先 生成 项目装配模型 然后象征性的把各个部分的名称表现出来 大学学士学位论文 21 最后根据项目的进度状况来决定各个部件的具体化程度 12 本次设计的壁挂式离子水治疗仪的电解槽 在装配设计方法上采用了向上式设计 方法 由于元件数量较多 所以事先要制作出其他的辅助装配 然后再把辅助装配放 到装配当中去 4 3 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配过程 4 3 1 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配的辅助装配设计 1 新建一个 组件 类型的页面 点击 将元件添加到组件 按钮 选择电解槽 下草体文件 USA300 PRT 打开 将其放在适当位置后点击确定 再次点击 将元件 添加到组件 按钮 选择元件 CYQ PRT 然后打开 放置在适当位置 确定 点击 将元件添加到组件 按钮 选择密封圈元件 USA1 PRT 打开 点击 放置 进 入 元件放置 对话框 选择约束类型为 对齐 分别选择密封圈的曲面便面和 USA300 PRT 上放置密封圈处的圆柱曲面 这样可使两个回转实体的中心轴在同一 直线上 为约束剩余的自由度 新建约束类型为 相切 分别选择密封圈的曲面便 面和 USA300 PRT 上放置密封圈处的圆柱曲面 这样就按要求将密封圈放在了需放 置的实体上 保存这辅助装配图为 SZ 1DSFSDF ASM 如图 4 1 图 4 1 SZ 1DSFSDF ASM 2 再次新建一个 组件 类型的页面 打开出水管接头 CYQ2 PRT 放在适当 位置 确定 再次调入密封圈元件 SDGFSDG PRT 打开 与上步装配方法相同 依 次通过建立约束类型 对齐 相切 来限制元件的所有自由度 是密封圈放在指定 大学学士学位论文 22 的位置 保存这次的辅助装配图为 DIANJIECAO1 ASM 如图 4 2 图 4 2 DIANJIECAO1 ASM 3 如前所诉的方法 继续进行元件的装配 再次利用 对齐 和 相切 约束 自由度 使连接 DIANJIECAO1 ASM 的弯头元件 CYQ3 PRT 和密封圈 JQ 2 DF 装配到一起 如图 4 3 图 4 3 酸水出水口弯头 4 下面是将上步装配的组件和 DIANJIECAO1 ASM 装配到一起 以方便后面 装配调用 打开上步装配的组件 放到适当位置 确定 再调入 DIANJIECAO1 ASM 选择 匹配 约束方式 使 弯头 元件上部开槽处的上平面和元件 DIANJIECAO1 ASM 接口处的环形槽的上平面的在同一平面上 再选择 对齐 约束方式 依次选择 DIANJIECAO1 ASM 接口处的圆柱形曲面 和 弯头 元件上相同位置的圆柱形曲面 使两元件的中心轴同线 如图 4 4 大学学士学位论文 23 图 4 4 出水口弯头加顶盖 图 4 5 DIANJIECAO3 PRT 5 为了使以上两个组合件能够固定 即 不能相互旋转 需要一个元件 KH1 PRT 来插入他们共同的开槽处 同样是先选择 匹配 的约束类型使元件 KH1 PRT 的上表 面与图 4 4 实体的开槽处上平面重合 再选择 对齐 的约束类型使两元件的相接触面 的中心线重合 这样就装配上了元件 KH1 PRT 同时也使上一步的出水接头和弯头元 件彻底装配上 如图 4 5 6 下面进行另一个辅助装配 即 将另一个出水接头与密封圈装配 以备用 打开元件 WGJ 3 PRT 放至合适位置确定 点击 将元件添加到组件 按钮 调入 JQ 2DF PRT 打开 由于如前诉一样 都是元件与密封圈的装配 所以步骤都 是相同的 分别用 对齐 和 相切 约束所有自由度 达到装配的目的 如图 4 6 图 4 6 SZ 3DSF ASM 大学学士学位论文 24 7 最后一个辅助装配是电解槽内点解板的装配 打开文件 DJCX PRT 因为极 板与膜板之间没有搭扣连接与机械紧固等连接 只是在适当的位置贴在一起放置 所 以打开文件 DJCX PRT 后需新建立 DTM1 的基面 利用基面之间的对齐可限制 自由度 打开极板元件 DJB PRT 选择 对齐 约束类型 选择膜板的凹槽顶端的凹槽 表面 和膜板顶端圆柱面 但两板之间仍可以相对转动与上下移动 所以再次选择 对齐 约束类型 选择 DTM1 面和极板的 RIGHT 面 另一个极板用同样方法 固定 如图 4 7 图 4 7 DIANJIBAN ASM 4 3 2 壁挂式离子水治疗仪电解槽的装配 1 新建一个 组建 类型的页面 点击 将元件添加到组件 按钮 选择电解 槽下槽体文件 USA300 PRT 打开 将其放在适当位置后点击确定 再次点击 将元 件添加到组件 按钮 选择电解槽上草体 打开 点击 放置 进入 元件放置 对 话框 选择约束类型为 匹配 分别选择电解槽的上下槽体的结合面 这样使电解槽 的上下槽体的结合面位于同一平面内 这样只约束了实体的两个自由度 所以接下来 选择约束类型为 对齐 分别选择电解槽的上下槽体左边的侧面 最后再次新建约束 类型为 对齐 分别选择电解槽的上下槽体右边的侧面 从而约束了剩余的两个自 由度 这样就把电解槽的上下槽体就装配好了 大学学士学位论文 25 图 4 8 上下槽体装配 2 调入辅助装配 SZ 1DSFSDF ASM 此为电解槽的进水管路 接在电解槽的 下端接口处 选择 匹配 的约束类型 选择电解槽的下端接口处平面和进水管路与 电解槽的接口平面 使两平面共面 新建 对齐 约束类型 分别选择两元件接口处 的圆柱面 使两元件的中心线共线 为使进水管路能旋转至指定位置 可以点击 移 动 命令中的 旋转 并输入旋转角度来完成 也可以再次新建 对齐 约束类型 分别选择安装同一螺钉的两个圆孔表面 如图 4 9 图 4 9 进水管装配 大学学士学位论文 26 3 调入辅助装配 DIANJIECAO3 ASM 这是电解槽的一个出水口 要装在电解 槽的左上端 装配方法同前诉一样 分别用 匹配 和 对齐 约束类型 约束面和 轴 如图 4 10 图 4 10 酸水出水管装配 4 同样调入辅助装配 SZ 3DSF ASM 这也是电解槽的一个出水口 要装在电 解槽的右上端 装配方法也同前诉一样 分别用 匹配 和 对齐 约束类型 约束 面和轴 如图 4 11 图 4 11 碱水出水管装配 大学学士学位论文 27 5 调入辅助装配 DIANJIBAN ASM 点击 放置 由于要把两个轴以对齐的 约束方式进行对齐 达到共享一轴线的状态 所以选择 插入 的约束类型 分别选 择曲面如图 4 12 图 4 12 插入电极板 选择 匹配 约束类型 选择 DIANJIBAN ASM 的顶面 和电解槽上槽体的内 顶面 偏距输入 1 图 4 13 图 4 13 匹配电极板与槽体 选择 对齐 约束类型 选择 DIANJIBAN ASM 的一个大的侧面和与之相邻的 电解槽的一个侧面 点击 反向 如图 4 14 这样就把电解槽装配好了 如图 4 15 大学学士学位论文 28 图 4 14 旋转电极板 图 4 15 电极板装配 6 下面的工作是用垫片和螺母将极板和电解槽连接 打开 JP 2 PRT 选择 匹 配 约束类型 在选择垫片的一个面和电解槽上槽体放置垫片的平面 新建 对齐 约束类型 选择垫片上圆孔的内圈 和对应位置的极板的圆柱曲面 达到完全约束后 点击确定 如图 4 16 此垫片将会连接最边上的两个电路板 通电后会使两个电解板 带有相同极性的电流 大学学士学位论文 29 图 4 16 两边极板垫片的装配 用相同的步骤方法放置装配旁边另一个垫片 DP 1 PRT 此垫片将会使中间的电 解板与两边的电解板带有不同极性的电流 如图 4 17 图 4 17 中间极板垫片的装配 7 下面装配各个位置的螺钉 打开 ZDG 14 选择 插入 约束类型 选择螺 钉的螺旋面 和需放置的孔的表面 再选择 匹配 约束类型 分别选择螺钉头和连 接实体的接触表面 由于螺钉数量较多 安装方法和步骤相同 所以下面不再叙述每 个螺钉的装配过程 如图 4 18 大学学士学位论文 30 图 4 18 螺钉装配 至此 壁挂式离子水治疗仪的装配结束 大学学士学位论文 31 5 壁挂式离子水治疗仪典型零件模具设计 5 1 模具结构设计简介 设计模具所要掌握的技能和实际经验 涉及到相关学科的方方面面 一套完整的 模具 涵盖有多个相关系统 它们之间相辅相成 只有当系统达到一种最佳组合 才 能保证模具的正常使用和精度 由于模具的结构必须符合产品的要求 不同的产品有 不同的要求 而产品存在变化性和多样性 因此决定了模具的多样性 一般来说 典 型的塑料模具包括 浇注系统 顶出系统 温控系统 排气系统 抽芯系统等 15 5 1 1 模具的作用以及设计流程 1 模具是压力加工或其他成型工艺中 使材料变形成产品的成型工艺装备 模具 制造业反应乐一个国家的制造业水平 2 Pro Moldesign3 0 模具设计流程 1 创建一个模具模型 装配 创建参照模型和工件 2 在参照模型上执行拔模检测以确定它是否有足够的拔模角度能从模具中取出 在设计模型或参照模型中按需要定义附加的绘制特征 3 创建模具模型的收缩 按材料的参数 可为所有尺寸创建各向同性的比例收 缩或收缩系数 4 定义体积块和分型面以将工件分割成单独的模具体积块 5 抽取模具体积块使之成为模具元件 6 增加浇口 流道和冷却水道作为模具特征 7 填充模具型腔创建铸模 系统将通过工件减去抽取后所剩的体积块自动创建 铸模 5 2 壁挂式离子水治疗仪典型零件模具设计过程 1 设计模具要先建立 制造 模具型腔 类型的文件 然后调入要设计模具的 大学学士学位论文 32 零件 usa333 prt 打开后选定合适位置点击确定 如图 5 1 图 5 1 usa333 prt 2 接下来要设计零件模具的槽坯料以便制作模具 在管理菜单栏中选择 创建 工件 手动 点击完成 选择零件中心面作为草绘面以绘制槽坯料的截面 再拉 伸为整个的槽坯料 如图 5 2 图 5 2 槽坯料 3 将零件放置在槽坯料的正中间后 要制作模具的分型面 点击 分型曲面工具 命令 然后开始选择复制零件的所有内表面 然后选择 选项 中的 排除曲面和孔 命令 因为分型面是个封闭的曲面 不能有孔存在 所以这样可以将零件上的孔封闭 以便形成分型面 如图 5 3 图 5 3 分型面的复制 4 分型面要起到分割整个槽坯料的作用 所以分型面要与槽坯料相交 所以选中 大学学士学位论文 33 上步复制的零件的内表面的边 然后点击编辑 延伸命令 在选择要延伸到的槽坯料 的一个面 点击确定 就这样延伸所有的边 这样就形成了一个大的分型面 如图 5 4 图 5 4 分型面 5 点击 分割为新的模具体积块 命令 按默认设置 点击完成 选择分型面后 点确定 此时模具的上下模就分割开了 再分别为上下模着色 确定 再使模具的上 下模生成实体 6 模具做完之后要点击菜单管理器中的 铸模 创建 再选择模具 这样可 以铸成零件 通过看零件的形状可以检验模具形状的正确与否 7 最后要做开模仿真如图 5 5 大学学士学位论文 34 图 5 5 开模仿真 总 结 本文以离子水治疗仪电解槽为研究的对象 通过五章的论述得出以下主要结论 1 经过调查研究 充分的了解了离子水治疗仪的用途 优点及基本原理 2 分析了治疗仪电解槽的设计技术 找出国内设计技术和国外先进设计技术的差 距 3 归纳了塑料件的设计要求 并在此基础上按现代设计方法的相关理论和现代制 造技术条件提出了塑料件的设计流程 4 在 Pro E 的系统中构建塑料件的设计平台 基于 P