U盘外壳塑料模具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩摘 要U 盘是当今社会日常中必不可少的工具。U 盘产品的外壳造型很多，市面上不断出现着各种款式，我们选用这一款 U 盘外壳（材料 ABS）进行模具设计。我们通过分析和研究，参照有关的技术文献，选定材料和有关技术参数，设计出这款 U 盘外壳的模具。毕业设计论文主要包括三部分内容：第一部分为注塑模具的工作原理及有关的应用、有关的设计原则，以及产品的有关介绍。第二部分为模具的设计计算：模具结构的设计，浇注系统的设计，注射机的选择等。第三部分为 Pro/ENGINEER 的应用,Pro/E 许多方面的功能都在本次设计中用到，它为产品造型设计和模具设计提供良好的设计环境，它把产品设计过程与加工制造过程很好的结合起来。【关键词】 U 盘，外壳，ABS，注射模具，Pro/ENGINEER机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩ABSTRACTU disk is a daily tool, which is necessary in todays society. The shell of U disk products is continuous updating following on the market requirement. We choose this shell shape of the U disk to mold design. Through the analysis and research, and consult involved technical literature, then choose the material and involved technical parameter, designed this style of U disk shell shape mold.The design project is divided into three parts. The first part is about the working theory and application of a plastic injection mould, the principle of designing and the introduction of the production about plastic mould. The second part is about the designing and calculation of the mould. It including: the selecting of the injection machine, the structure designing of the plastic mould and the inject system of mould. Pro/ENGINEER was used in this practice, it provide a good design environment for products design and mold design. It combined the process of products design with manufacture.【KEY WORDS】 U disk , shells , ABS , injection mold, Pro/ENGINEER机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目 录第 1 章 绪 论 .11.1 注塑模具概述 .11.1.1 注塑模具设计的特点 .11.1.2 注 塑 模 具 的 组 成 .21.1.3 注塑模具的分类 .31.2 Pro/E 注塑模具概述 .31.2.1 Pro/E 概述 .31.2.2 Pro/E 注塑模具设计解决方案 .41.2.3 Pro/E 模具设计的基本流程 .51.2.4 Pro/E 注塑模具设计的应用 .61.2.5 基于 Pro/ENIGEERING 的 CAD/CAM 的发展趋势 .71.3 本次选题的意义 .9第 2 章 U 盘塑料外壳（塑件）造型设计 .102.1 参数化设计概述 .102.2 基于 Pro/ENIGEERING 的参数化造型设计过程 .112.3 U 盘塑料外壳效果图 .14第 3 章 注塑成型工艺的可行性分析 .153.1 U 盘外壳（塑件）的选材及其材料性能分析 .153.1.1 塑件材料的选用 .153.1.2 塑件材料的性能 .163.2 注塑工艺过程分析及工艺参数的设定 .173.2.1 注塑工艺过程概述 .173.2.2 利用 Moldflow 分析设定及调整主要注塑参数 .183.3 塑件分析 .24第 4 章 基于 Pro/ENIGEERING 的注塑模具结构设计 .254.1 整体结构的确定 .254.2 型腔数目的确定与排列方式 .264.2.1 型腔数目的确定 .264.2.2 排列方式 .274.3 基于 Pro/ENIGEERING 的分型面设计 .274.4 排气槽的设计 .294.5 浇注系统设计 .304.5.1 浇注系统的功能 .304.5.2 基于 Pro/ENIGEERING 的流道系统设计 .324.5.3 基于 Pro/ENIGEERING 的浇口设计 .334.6 冷却系统的设计 .344.7 顶出装置 .37机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩4.8 EMX 模具专家系统的加载及浇注系统、推出机构的创建 .37第 5 章 成型零部件设计 .385.1 成型零件的结构设计 .395.2 成型零件工作尺寸的计算 .415.3 注射机的选用及相关参数的校核 .455.3.1 注射机的选用 .455.3.2 注射机工艺参数的校核 .465.3.3 型腔数的校核 .465.3.4 其他相关参数的校核 .475.4 导向机构的设计 .475.5 脱模机构的设计 .485.5.1 脱模机构的设计原则 .485.5.2 脱模机构的形式及布置位置 .485.5.3 脱模力的计算及推出零件尺寸计算 .495.5.4 推杆直径的确定 .51第 6 章 总 结 .52参考文献 .53致 谢 .54诚信声明 .55机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第 1 章 绪 论1.1 注塑模具概述塑料的注射成型过程，是借助螺杆或柱塞的推动，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定性后的开模而获得制品。1.1.1 注塑模具设计的特点塑料注射模能一次性地成型，形状复杂，尺寸精确，或带嵌件的塑料制件。注塑件的生产中，通常以最终的塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量，包括表观质量和内在质量。从塑件的形状和尺寸精度来衡量表观质量，包括注塑件的表面粗糙度和表观缺陷状况。常见的表观缺陷有：凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥层、暗斑纹、烧焦、翘曲、溢料飞边及可见融合度缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、取向、密度、收缩等。作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。此外，注塑模具设计中，必须充分考虑到以下三个特点：（1） 塑料熔体大多数属于假塑性液体，能“剪切变稀” 。它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。因此须按其流变来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。（2） 视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩（3） 在整个成型周期中，塑件-模具-环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳技术经济指标的实现。尽管注射模具的设计和制造的技术难度较高。但由于注射成型方法有其它塑料成型方法无法取代和比拟的有点，已引起人们普遍关注。注射模具设计理论及方法，以经历了从经验设计到理论设计的过程。我国正在加紧开发研制注塑模设计的 CAE/CAD/CAM 使用软件。1.1.2 注 塑 模 具 的 组 成下列以注射塑料模具为例，介绍塑料模具的典型结构。注塑模具的组成包括以下几个部分：（1） 模具型腔模具型腔是成型注塑件形状的主要零件，它是由凸模和凹模组成的，一般分为三种。1) 整体式：采用自制模架或非标准模架，将凸模直接做在 A 版上，而将凹模直接坐在 B 版上。但是这种 A 版和 B 版所选用的钢材必须满足成型的要求，而且一般凸模加工困难，钢材消耗多。2) 整体嵌入式：这种模具一般采用标准模架，所以此形式应用广泛。它是将凸凹模做成镶块，安装在标准模架的 A，B 板上。3) 拼镶式型腔：对于复杂的模具型腔，为简化加工，凸凹模都采用拼装的形式。（2） 分型面分开模具取出制品（注塑件）或分开模具取出浇注系统、既可以接触又可以分开的面叫做分型面。分型面通常是平面，也有斜面或阶梯面。一般的注塑模至少有一个分型面。分型面的选择对塑件的质量有直接的影响，因此要认真考虑分型面的位置。（3） 浇注系统浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴，是指模具浇口套和注塑机喷嘴处到型腔位置的流道。（4） 冷却系统机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩在工作中为了使制品冷却，一般采用冷却水道模具。（5） 排气系统排气系统在注塑成型中排除型腔中的气体。排气系统是模具设计中的一个重要部分，但一般情况下可以利用模具零件的配合间隙排气，而无须特意设计排气系统。（6） 脱模机构脱模是在开模时使制品和浇注系统和模具相脱离。一般有 3 种方式：顶出机构、浇注系统脱出机构和侧抽芯机构。1.1.3 注塑模具的分类注射机的结构形式根据所使用的注射机的不同可分为立式注射模、直角式注射模和卧式注射模。（1）立式注射模：竖直安装在立式注射机上，浇口自上而下注射。其优点是注射方向与开模方向一致，放置活动型芯和嵌件较方便。缺点是塑件顶出后必须手工取出，不易实现自动化。立式注射模多用于小型塑件的成型。（2） 直角式注射模：平卧安装在直角式注射机上，浇口自上而下，但垂直与开模方向， （3） 卧式注射模：安装在卧式注射机上，是注射成型中最常用的1.2 Pro/E 注塑模具概述1.2.1 Pro/E 概述1985 年，PTC 公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0 的 Pro/E 诞生了。经过 10 余年的发展，Pro/E 已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了 Pro/ENIGEERING wildfire5.0。PTC 的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/E 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就 Pro/E 的特点及主要模块进行简单的介绍。主要特性 1，全相关性：Pro/E 的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/E 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性） ，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。2，数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro/E 独特的全相关性功能，因而使之成为可能。3，装配管理：Pro/E 的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、 “插入” 、 “对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。1.2.2 Pro/E 注塑模具设计解决方案Pro/E 的模具行业解决方案基于集成制造技术和并行工程技术，可以应用于各种模具的设计和制造。Pro/E 的模具设计模块与 Pro/E 基础模块一起，为塑料模具设计人员提供快捷创建和修改完整模具零件部件的功能。模具设计具有易用，自动化强大的特点，用于设计和校验。Pro/E 提供了注塑模具设计模块（Pro/MOLDESIGN）,提供了在 Pro/E 中仿真注塑工程，而且还提供了注塑模具设计专家 EMX，能大大缩短模具设计人员花费在创造、制定和细化模架等部件的时间，提供工作效机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩率。在 Pro/E 中可以设计吹塑模、压铸模和塑料模等，在此简要介绍塑料模具的设计工具。基础模块和主件模块：用于设计模具元件和装配模具元件。塑料模具模块：用于设计注塑模具和吹塑模具型腔。注塑模具设计专家： 用于各种模具的模架设计。塑性顾问：用于塑料模具的铸模填充分析。1.2.3 Pro/E 模具设计的基本流程1， 设计零件的创建与修改在模具设计中的第一步就是进行零件的设计和修改，简单零件的设计应用【拉伸】 、 【旋转】 、 【倒角】等命令就可以完成，一些复杂的三维制品的造型，还要用到【扫描】 、 【变剖面扫面】等命令。2， 创建模具型腔创建模具型腔的步骤可以归结为以下几步。（1） 建立模具模型。（2） 设置收缩率。零件从温度较高的模具中取出冷却至室温后，其体积和尺寸发生收缩现象叫做收缩性。（3） 创建毛坯工件。创建模具的毛坯工件，就是创建一个完全包容参照模型的组件，通过分型面等特征可以将其分割为型芯或型腔等成型零件。（4） 设计浇注系统。浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴 4 部分组成。但不是每个浇注系统都必须有这 4 部分。如一模一腔亲切只有一个浇口进料时，没有必要设置分流道。（5） 冷却水道的设计。为了加快制品的冷却，需要在模具中设计冷却水道。（6） 设计分型面。分型面的设计是模具设计中一个非常重要的环节。模具的分型面是打开模具，取出塑件的面。分型面可以是平面、曲面或者阶梯面。（7） 分割体积块。在建立好分型面后，必须用分模面或者体积块将毛坯工件进行分割，使之成为凸凹模或型芯等。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩（8） 抽取模具零件。分割体积块后毛坯虽然被分割为凸凹模，但只是有体积无质量的三维曲面模型，而不是 Pro/ENIGEERING 的实体零件，必须用这些体积块提取使之成为实体零件模型。（9） 铸模。这是模拟将材料填入凸凹模形成的空腔中，以形成浇注完成制品的过程。（10） 开模仿真。 具体的步骤在后面各个章节中做详细的介绍。3，模具设计专家 EMX模具设计专家 EMX (expert moldbase extension)是 Pro/ENIGEERING 系统的外挂程序之一，专门用来建立标准模座零件及斜滑块等其他附件，此外，在EMX 系统中还能自动产生二维工程图和材料明细表。利用 EMX 可以大大提高模具型腔、型芯等的设计效率，完善开模功能，方便对模具设计过程的修改以及自动化配置，大大缩短模具设计周期。4，创建模具工程图在 Pro/ENIGEERING 中，设计出制品的三维造型之后，可以很方便的自动生成工程图，做相应的修改就可以生成完美的工程图，而不需要再在 CAD 等软件中作图。按照上述操作，Pro/ENIGEERING 会自动生成 TOP、RIGHT、FRONT 等各个视图方向上的二维视图。图形隐藏或增加了某些线条，可以在【绘图视图】对话框中或用【草绘】工具栏上的工具作相应的修改。一副二维工程图的绘制不是一个简单的过程，要牵涉视图的选择、修改、标准、等，如果读者想用Pro/ENIGEERING 生成工程图，可以参考有关 Pro/ENIGEERING 绘制二维工程图的书籍。1.2.4 Pro/E 注塑模具设计的应用Pro/E 是一个面向机械工程的 CAD 系统，该软件提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械 CAD/CAM/CAE 的传统观念，在CAD/CAM 领域属于领先技术并取得成功。Pro/E 包括 Pro/ENIGEERING 软件辅助注射模具设计（CAD）和Pro/ENIGEERING 软件辅助模具制造(CAM):机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩1.Pro/ENIGEERING 软件辅助注射模具设计 (CAD)计算机辅助设计应用的新技术都是基于注塑工艺及注塑模型。注塑工艺包括开模方向、拔模斜度、分模线、分模面、收缩率以及浇注系统、生产工艺流程等。工艺选择的正确合适,不仅可保证零件尺寸、形状精确,提高生产率,也可降低成本。采用 Pro/ENIGEERING 软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模仿生产操作,利用软件分析功能进行流道分析,温度分析和脱模干涉检查,减少了工艺设计过程的失误。2.Pro/ENIGEERING 软件辅助模具制造 (CAM)注塑模具加工的核心在于复杂型面零件的加工,Pro/ENIGEERING 软件提供的 Manufacturing 模块可以对复杂面零件进行模拟加工 ,调整加工的各种参数,控制零件的精度,输出刀轨文件。在 Pro/ENIGEERING 的 NC 模块下,根据加工需要,可生成加工所需要的各种代码,输出到数控机床上进行直接加工上下模具 ,提高模具设计的准确性,降低模具设计成本,保证了产品的几何精度。1.2.5 基于 Pro/ENIGEERING 的 CAD/CAM 的发展趋势基于 Pro/ENIGEERING 的模具 CAD/CAM 发展趋势：集成化、智能化、标准化、网络化。1，集成化集成通常是指以统一产品数据模型及工程数据库为基础，在系统之间及系统内部实现信息传递、响应、分析及反馈，从而达到系统及各模块之间的无缝组合。随着 CAD 及相关技术的不断深入，对集成的概念也不断深化，目前对集成的认识是以信息集成为基础成为基础的多集成的概念，实现多集成的目的，是在 TQCSE（T-Time，Q-Quality，C-Cost，S-Service，E-Environment）目标下，寻求全局最优秀决策，实现可持续发展的策略。2，智能化智能化制造系统就是将人工智能融合进 CAD/CAM 系统的各个环节中，通过模拟专家的只能活动来取代或延伸制造环境中应由专家完成的那部分活动。在智能制造系统中，系统既有部分人类专家的“智能” 。例如系统能自动监视自身的运动状态，能够自动调整自身参数来适应外部环境，使自己始终在最佳状态下进行。智能制造系统的研究和应用主要取决于人工智能技术的发展。将人工机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩智能技术、知识工程和专家技术引入到 CAD/CAM 领域中，形成智能化的CAD/CAM 系统。3，标准化随着 CAD/CAM 技术的快速发展和广泛应用，技术标准化问题愈显重要。CAD/CAM 标准体系是开发应用 CAD/CAM 软件的基础，也是促进 CAD/CAM 技术普及应用的手段。4，网络化网络技术包括与软件的实现、各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。特别是在当前情况下，要实现基于 Internet 的 Tele-Design 和 Tele-Manufacturing(异地设计与异地制造)技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机可实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真及使用过程仿真、它们采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像及动画为一体，给人一种真实感及临境感。在现代社会，塑料制品的使用越来越广泛，在很多方面，它已成为金属制品的替代物。塑料模具成型作为成型方式中的一种，是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。由于模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本低等特点，发展模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。对于注塑模具设计，传统的设计方法主要依靠模具设计师的直觉和经验，模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产，模具的设计周期长，成本高。而 ProE 软件具有 3D 实体造型、单一资料库以及以特征作为设计单位等特点，通过提供参数化设计，可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等，而且不论在 3D 或 2D 图形上做尺寸修改，其相关的 2D 或 3D实体模型及装配、制造等也自动修改。由于 Pro/ENIGEERING 在设计中导入制造的概念，可随时对特征做合理、不违反集合的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。Pro/ENIGEERING 所提供的上述功能满足了现代产业中并行工程的需要。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩Pro/ENIGEERING 提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为-体。赋予设计完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。Pro/ENIGEERING 软件在塑料注射模具设计中的便捷、高效,为企业节约了模具开发时间、成本,提高了企业的竞争力,为企业带来了巨大的经济效益。1.3 本次选题的意义U 盘是人们经常用来下载存储有关文件和资料的一种高科技类产品，U 盘的外壳造型很多，我们用这一款外形美观的 U 盘外壳进行模具设计。由于市场的特殊性，有备 U 盘外壳产品外形的过时，模具设计使用期限为 10 万次，批量生产。U 盘的外壳分很多种，在此只详细介绍塑料外壳的模具设计，U 盘外壳是采用注塑模具设计方法来实现的。不仅仅是 U 盘外壳，手机外壳，鼠标壳等等都是采用此种办法，此次选题的意义不仅仅在于如何设计出一套的 U 盘外壳的模具，更在于通过一个实例来学习注塑模具设计的方法，熟悉注塑模具设计的过程，了解三维设计软件 Pro/E，模具设计专家 EMX5.0,塑性分析软件 MOLDFOLW等先进 CAD/CAE 技术，并最终使三者融合来深化自己对注塑模具设计的认识。我们都知道在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。所以我国模具设计及制造发展方向上提到，积极的开发和推广应用模具 CAD/CAM/CAE 技术，提高模具设计的效率和模具制造过程的自动化程度。加快研究和自主开发三维 CAD/CAM/CAE 软件，同时搞好引进软件的二次开发，提高软件智能化、集成化程度。我们在学习模具成型工艺知识的同时，也必须充分利用计算机辅助技术，由此看出本次设计是非常有意义的。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第 2 章 U 盘塑料外壳（塑件）造型设计2.1 参数化设计概述参 数 化 设 计 是 Revit Building 的 一 个 重 要 思 想 ， 它 分 为 两 个 部 分 ： 参数 化 图 元 和 参 数 化 修 改 引 擎 。 Revit Building 中 的 图 元 都 是 以 构 件 的 形 式出 现 ， 这 些 构 件 之 间 的 不 同 ， 是 通 过 参 数 的 调 整 反 映 出 来 的 ， 参 数 保 存 了 图元 作 为 数 字 化 建 筑 构 件 的 所 有 信 息 。 参 数 化 修 改 引 擎 提 供 的 参 数 更 改 技 术 使用 户 对 建 筑 设 计 或 文 档 部 分 作 的 任 何 改 动 都 可 以 自 动 的 在 其 它 相 关 联 的 部 分反 映 出 来 ， 采 用 智 能 建 筑 构 件 、 视 图 和 注 释 符 号 ， 使 每 一 个 构 件 都 通 过 一 个变 更 传 播 引 擎 互 相 关 联 。 构 件 的 移 动 、 删 除 和 尺 寸 的 改 动 所 引 起 的 参 数 变 化会 引 起 相 关 构 件 的 参 数 产 生 关 联 的 变 化 ， 任 一 视 图 下 所 发 生 的 变 更 都 能 参 数化 的 、 双 向 的 传 播 到 所 有 视 图 ， 以 保 证 所 有 图 纸 的 一 致 性 ， 毋 须 逐 一 对 所 有视 图 进 行 修 改 。 从 而 提 高 了 工 作 效 率 和 工 作 质 量 。用 CAD 方 法 开 发 产 品 时 ， 零 件 设 计 模 型 的 建 立 速 度 是 决 定 整 个 产 品 开 发效 率 的 关 键 。 产 品 开 发 初 期 ， 零 件 形 状 和 尺 寸 有 一 定 模 糊 性 ， 要 在 装 配 验 证 、性 能 分 析 和 数 控 编 程 之 后 才 能 确 定 。 这 就 希 望 零 件 模 型 具 有 易 于 修 改 的 柔 性 。参 数 化 设 计 方 法 就 是 将 模 型 中 的 定 量 信 息 变 量 化 ， 使 之 成 为 任 意 调 整 的 参 数 。对 于 变 量 化 参 数 赋 予 不 同 数 值 ， 就 可 得 到 不 同 大 小 和 形 状 的 零 件 模 型 。在 CAD 中 要 实 现 参 数 化 设 计 ， 参 数 化 模 型 的 建 立 是 关 键 。 参 数 化 模 型 表示 了 零 件 图 形 的 几 何 约 束 和 工 程 约 束 。 几 何 约 束 包 括 结 构 约 束 和 尺 寸 约 束 。结 构 约 束 是 指 几 何 元 素 之 间 的 拓 扑 约 束 关 系 ， 如 平 行 、 垂 直 、 相 切 、 对 称 等 ；尺 寸 约 束 则 是 通 过 尺 寸 标 注 表 示 的 约 束 ， 如 距 离 尺 寸 、 角 度 尺 寸 、 半 径 尺 寸等 。 工 程 约 束 是 指 尺 寸 之 间 的 约 束 关 系 ， 通 过 定 义 尺 寸 变 量 及 它 们 之 间 在 数值 上 和 逻 辑 上 的 关 系 来 表 示 。在 参 数 化 设 计 系 统 中 ， 设 计 人 员 根 据 工 程 关 系 和 几 何 关 系 来 指 定 设 计 要求 。 要 满 足 这 些 设 计 要 求 ， 不 仅 需 要 考 虑 尺 寸 或 工 程 参 数 的 初 值 ， 而 且 要 在每 次 改 变 这 些 设 计 参 数 时 来 维 护 这 些 基 本 关 系 ， 即 将 参 数 分 为 两 类 ： 其 一 为各 种 尺 寸 值 ， 称 为 可 变 参 数 ； 其 二 为 几 何 元 素 间 的 各 种 连 续 几 何 信 息 ， 称 为机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩不 变 参 数 。 参 数 化 设 计 的 本 质 是 在 可 变 参 数 的 作 用 下 ， 系 统 能 够 自 动 维 护 所有 的 不 变 参 数 。 因 此 ， 参 数 化 模 型 中 建 立 的 各 种 约 束 关 系 ， 正 是 体 现 了 设 计人 员 的 设 计 意 图 。参 数 化 设 计 可 以 大 大 提 高 模 型 的 生 成 和 修 改 的 速 度 ， 在 产 品 的 系 列 设 计 、相 似 设 计 及 专 用 CAD 系 统 开 发 方 面 都 具 有 较 大 的 应 用 价 值 。 目 前 ， 参 数 化 设计 中 的 参 数 化 建 模 方 法 主 要 有 变 量 几 何 法 和 基 于 结 构 生 成 历 程 的 方 法 ， 前 者主 要 用 于 平 面 模 型 的 建 立 ， 而 后 者 更 适 合 于 三 维 实 体 或 曲 面 模 型 。应 用 参 数 化 设 计 进 行 三 维 实 体 造 型 的 CAD 软 件 主 要 有 solidworks,UG, Pro/E 等，此次设计过程中我们采用 Pro/E4.0。2.2 基于 Pro/ENIGEERING 的参数化造型设计过程Pro/ENIGEERING 在造型设计当中，可很方便地利用“装配”功能进行 U 盘外壳各个零部件的组合，从而达到整体要求的效果。这需要先对 U 盘外壳塑件各零部件进行设计，而且各零部件的配合尺寸、公差等都有严格的要求。如果把 U 盘外壳塑件各个零部件都一一做出需要很大的工作量和时间，而且将占用很多的论文空间，而本文是针对塑件的上壳而做的模具设计，在次仅将 U 盘上壳塑件的设计过程介绍一下，至于其它个零部件本文在次不做赘述。下面是基于 Pro/ENIGEERING 的 U 盘上壳的设计过程：1、采用【拉伸】命令，以 Front 为基准面，拉伸上壳基体。(如图 2.1)图 2.1 创建基体机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2、采用【拉伸】命令，进行抽壳。(如图 2.2)图 2.2 抽壳3、采用【拉伸】命令，开芯片口。(如图 2.3)图 2.3 芯片口4、采用【拉伸】命令，画上下壳装配孔。(如图 2.4)图 2.4 装配孔5、采用【拉伸】命令，画芯片定位槽。(如下图 2.5)机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 2.5 芯片定位槽6、采用【倒圆角】命令。(如图 2.6)图 2.6 外壳棱边2.3 U 盘塑料外壳效果图运用 Pro/ENIGEERING photolux 渲染器所渲染的 U 盘外壳外观造型最终效果图如图 2.8-2.10 所示。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 2.8 U 盘整体效果图一图 2.9 U 盘整体效果图二图 2.10 U 盘整体效果图三以上均为经过 Pro/ENIGEERING 三维造型并渲染后的 U 盘整体效果图，外壳采用银白色设计，给人第一印象大方，简约，很有市场潜力。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第 3 章 注塑成型工艺的可行性分析3.1 U 盘外壳（塑件）的选材及其材料性能分析3.1.1 塑件材料的选用由于 U 盘塑料外壳较小，生产中常用 ABS 塑料生产。ABS 塑料，化学名称 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS 树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS 树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。在此我们选用 ABS 材料的原因正式在于它具有较好的冲击力，硬度较高，耐磨，流动力好，不易变形等特点。3.1.2 塑件材料的性能 1、一般性能ABS 外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS 相对密度为 1.05 左右，吸水率低。ABS 同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS 的氧指数为 1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。 2、力学性能ABS 有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS 的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS 的耐蠕变性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 及 POM 小。ABS 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS 的力学性能受温度的影响较大。 3、热学性能机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩ABS 的热变形温度为 93118，制品经退火处理后还可提高 10左右。ABS 在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。 4、电学性能ABS 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 5、环境性能ABS 不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS 的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 6、ABS 塑料的加工性能ABS 同 PS 一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS 的熔体流动性比 PVC 和 PC 好，但比 PE、PA 及 PS 差，与 POM 和 HIPS类似；ABS 的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 ABS 的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS 的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度 8085，时间 24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度 7080，时间 1818h。ABS 制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于 7080的热风循环干燥箱内 24h，再冷却至室温即可。3.2 注塑工艺过程分析及工艺参数的设定3.2.1 注塑工艺过程概述整个模具的注塑过程包括：模具合拢、模具锁紧、模腔填充、塑件保压、模具冷却、模具分开、产品脱模和注塑延时。1、模具合拢：注塑机的锁模系统将模具合上。锁模系统一般系用直接油压式或油压机械锁链式两种。2、模具锁紧：当模具合拢后注塑机的锁模系统将所需的锁模力作用在模具上，机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩使模腔在填充过程中，高压的塑料不会将模具涨开。3、模腔填充：注塑机螺杆推进把融熔塑料压到模腔，螺杆推进通常是不旋转的，在此过程压力损失相对很少，并且螺杆的推进速度也可以随设置的不同而多次改变，这要视产品的实际注塑工艺需要而定。4、塑件保压：当塑料基本上填满模腔后（通常是在模腔填充到 95%-98%的时候）螺杆保持一定的设置压力（保压压力） ，作用在融熔的塑料中，使得模腔内产品更饱和，尺寸更稳定，但是，过大的保压压力会增加产品成形后的内应力。5、模具冷却：冷却水在模具内部的冷却系统中循环，带走融熔塑料的热量，也使得产品在模具内冷却定形。在此过程的同时，螺杆通过转动并后退，使新的原料进入射台熔胶筒内并加热，为下个注塑周期作好准备。6、模具分开：当冷却达到设定的时间后，锁模系统将模具分开。7、产品脱模：产品在脱模系统的作用下与模腔分离，常用的有自动脱模系统，直接顶出脱模系统，压力齿轮转动脱模系统和气压脱模系统等。8、注塑延时：模具仍然保持分开状态，产品自动脱落或被认为机械装置等取走。此过程有两种形式，一种是人为控制时间长短，即手动注塑或半自动注塑，当人为给出一定信号后，注塑机才开始下一周期工作。另一种是全自动注塑，即注塑延时的长短已设置好，注塑机在达到预设的时间后会自动进行下一个周期工作。在以上的几个注塑过程中，模腔填充，保压和冷却阶段对注塑产品的质量影响最为直接和重要。融熔的塑料以一定速度进入模腔，并在一定直至脱模。因此，这些阶段的各项参数设定也极为重要。3.2.2 利用 Moldflow 分析设定及调整主要注塑参数生产制造塑件前注塑机的参数设定原则和调整方法包括以下几个方面的内容：（1）塑料预热温度大部分塑料在进入射料缸前，常常有预热处理过程。目的有两方面：一是为了塑料的加热烘干；二是为使熔料更均匀地进入射料缸。塑料在注射时，一般需求吸水率不超过 0.1%，要求严格时，往往不超过 0.04%，这就要求塑料在机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩注塑前有预热烘干过程。塑料的吸水率不仅影响塑件的表面质量，也影响其内部结构的各种性能，如强度、密度、表面粗糙度等。对于大部分的工程塑料，都具有吸水性，即使是烘干的塑料，暴露在空气中也会再次吸湿，因此需要预热烘干过程。但是，如果温度过高，烘干的塑料会分解降质或软化结块而无法生产。所以，各种塑料的烘干其特定的参数范围。另外，塑料在进入射料缸前的预热温度对熔料的均匀及其后的成品重量和尺寸稳定性也很重要，当改变塑料预热温度时，可以发现以下两种现象：注塑周期内螺杆复位的时间也随之变化，复位时间随着温度的增大而变得稳定。塑件填充饱和后，螺杆前剩余的塑料（垫料）的体积也变得稳定。应用 Moldflow 分析得到在流动前沿处的温度如图 3.1 所示。图 3.1 流动前沿处的温度分布图（2）熔胶温度塑料进入射料缸内，通过加热，达到融熔注射温度后才能进行注塑。一般来说，温度越高，塑料的流动性越好，但也越容易过热分解，所以在注塑行业中，通常应用“高温注塑薄壁，低温注塑厚壁”这种方法。熔胶温度越高，在射料缸内停留时间越长，塑料越容易分解，例如：某些 ABS塑料的注塑件，在刚注塑成形时无质量问题，但储存时间长后，会出现黄色或棕色的斑纹，这就是塑料在射缸内时间过长而高温分解所导致的。在熔胶温度调换时，应由最低设置值开始逐渐上升温度。如果注塑周期较长或在高温下操作，可将首段（靠近塑料入口）的温度调至较低数值，这样可防止塑料过早熔化或分解。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩应用 Moldflow 分析得到塑件温度曲线图如图 3.2 所示。图 3.2 塑件温度曲线图（3）模具温度在注塑过程中，模具的温度对塑件的质量影响也很大。一般来说，刚开始注塑时，模具温度太低