手机外壳毕业设计加工全过程的研究

2013 届本科毕业设计（论文）毕业设计开题报告一、 课题来源、意义与主要内容：本 课 题 来 源 于 生 产 第 一 线 。 精 致 时 尚 的 手 机 外 壳 是 影 响 市 场 占 有 率 的 决 定 性 因素 之 一 ， 但 手 机 外 壳 的 设 计 与 制 造 非 常 复 杂 涉 及 到 市 场 调 研 、 艺 术 造 型 、 三 维 设 计 ，模 具 设 计 和 塑 料 成 形 等 多 个 方 面 ， 本 课 题 对 手 机 外 壳 设 计 与 制 造 的 全 过 程 进 行 研 究 ，在 经 典 手 机 外 形 中 增 加 流 行 元 素 ， 设 计 一 种 外 形 时 尚 、 使 用 方 便 的 手 机 新 产 品 ， 在此 基 础 上 用 UG 对 产 品 进 行 三 维 数 字 化 建 模 ； 然 后 利 用 UG 的 Moldwizard 模 块 设 计模 具 ， 最 后 利 用 UG 的 CAM 模 块 将 模 具 的 主 要 零 件 如 凸 模 和 凹 模 进 行 进 行 数 控 加工 做 出 实 际 产 品 ， 完 成 手 机 壳 的 整 个 设 计 加 工 过 程 。 涉 及 了 从 产 品 市 场 调 研 到 三 维造 型 、 模 具 设 计 、 数 控 加 工 及 注 塑 成 形 的 主 要 过 程 ， 并 尝 试 从 中 找 出 影 响 质 量 和 效率 的 关 键 因 素 ， 在 产 品 设 计 和 加 工 一 体 化 方 面 作 了 有 益 的 尝 试 。二、主要技术指标和要求：1、 设 计 一 新 款 手 机 外 壳 ， 完 成 三 维 数 字 化 造 型 ， 要 求 符 合 市 场 潮 流 ， 既 实 用 又 时 尚 。2、 利 用 专 业 软 件 设 计 注 塑 模 具 ，3、 对 型 芯 和 型 腔 等 关 键 部 件 进 行 数 控 编 程 加 工 。4、 对 型 腔 等 薄 弱 环 节 用 有 限 元 分 析 手 段 对 应 力 和 应 变 进 行 校 核 。5、 掌 握 注 塑 基 本 过 程 ， 能 够 分 析 和 解 决 常 见 问 题 。四、主要文献、资料和参考书：1、机械零件设计手册 ，机械工业出版社，1998.92、UG 铣制造过程培训教程 清华大学出版社 2002.13、机械设计手册 ，机械工业出版社，1995.104、 塑料成型工艺与模具设计 浙江大学出版社出版5、 注塑模具技术入门与提高 李金川等编著 机械工业出版社6、 模具设计及 CAD 高军等 化学工业出版社五、其它要求：1、 毕 业 论 文 的 内 容 包 括 ： 封 面 、 任 务 书 、 中 英 文 摘 要 及 关 键 词 、 目 录 、 正 文 、 参 考文 献 、 致 谢 和 附 录 ；2、 保 存 计 算 机 三 维 绘 图 文 件 ， 编 程 文 件 和 相 应 的 二 维 AUTOCAD 文 件 ， 图 纸 ， 图面 质 量 应 符 合 有 关 标 准 及 规 范2013 届本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）开题报告书毕业设计（论文）开题报告书学生姓名 专业 机械设计制造及 自动化 学 号 题 目 手 机 外 壳 设 计 加 工 全 过 程 的 研 究指导教师 职称 高级工程师/副教授 学位 题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】1、 设 计 一 新 款 手 机 外 壳 ， 完 成 三 维 数 字 化 造 型 ， 要 求 符 合 市 场 潮 流 ， 既 实 用 又 时 尚 。2、 利 用 专 业 软 件 设 计 注 塑 模 具 ，3、 对 型 芯 和 型 腔 等 关 键 部 件 进 行 数 控 编 程 加 工 。4、 对 型 腔 等 薄 弱 环 节 用 有 限 元 分 析 手 段 对 应 力 和 应 变 进 行 校 核 。5、 掌 握 注 塑 基 本 过 程 ， 能 够 分 析 和 解 决 常 见 问 题 。【前言】手 机 是 日 常 生 活 中 常 见 的 通 信 产 品 ， 她 的 出 现 深 刻 地 影 响 了 人 们 的 工 作 与 生活 ， 精 致 时 尚 的 手 机 外 壳 是 影 响 一 款 手 机 市 场 占 有 率 的 决 定 性 因 素 之 一 ， 但 手 机 外壳 的 设 计 与 制 造 又 是 一 个 非 常 复 杂 的 任 务 ， 涉 及 到 市 场 调 研 、 艺 术 造 型 、 三 维 设 计 ，模 具 设 计 和 塑 料 成 形 等 多 个 方 面 ， 需 要 使 用 目 前 先 进 的 三 维 设 计 软 件 和 数 控 机 床 等硬 件 ， 而 且 手 机 的 造 型 必 须 跟 上 人 们 审 美 观 点 的 变 化 ， 不 能 “以 不 变 应 万 变 ”， 只能 尊 重 市 场 规 律 “以 变 应 变 ”， 避 免 人 们 的 审 美 疲 劳 。 因 此 对 手 机 外 壳 设 计 与 制 造的 全 过 程 进 行 研 究 ， 从 中 找 出 关 键 的 影 响 因 素 ， 提 高 工 作 质 量 和 效 率 应 该 是 一 件 有意 义 的 事 情 ， 对 我 们 是 挑 战 ， 更 是 机 遇 。【方案的比较与评价】一 、 查 资 料 和 实 际 的 市 场 调 查 相 结 合 ， 分 析 结 果 更 加 全 面 准 确二 、 用 三 维 软 件 完 成 产 品 造 型 设 计 ， 直 观 容 易 修 改 ， 工 作 效 率 和 质 量 较 高 。三 、 用 计 算 机 软 件 编 程 完 成 模 具 加 工 ， 省 时 省 力 ， 加 工 质 量 高 。四 、 利 用 UG 的 Mold Wizard 模 块 设 计 注 射 模 具 ， 相 对 传 统 的 手 工 制 作 ， 效 率 和 质量 大 幅 度 提 高 ， 特 别 适 合 产 品 经 常 更 新 换 代 的 场 合 。2013 届本科毕业设计（论文）【预期的效果及指标】用 UG 对产品进行三维数字化建模；接着利用 UG 的 Mold Wizard 模块设计注射模具，然后利用 UG 的 CAM 模块将模具的主要零件如凸模和凹模进行数控加工，最后选择合适的注塑机做出实际产品，必须完成以下任务：1、毕业设计的开题报告2、毕业设计论文含课题任务书；电脑三维绘图文件，二维 AUTOCAD 文件；数控加工工艺方案和数控加工程序；有限元分析校核文件等。【参考文献】1 机械零件设计手册 M ，机械工业出版社，1998.9，20032 孙慧平CAD/CAMUG 应用技术M北京：人民邮电出版社，20043 许祥泰，刘艳芳数控实用加工技术M 北京：机械工业出版社， 20004 张宪插铣法的特点与应用J工具展望，2004， 4：125 机械设计基础 M，机械工业出版社6 孙德茂插铣法挖腔用户宏程序的编程J模具工程，2005，10：57 60 7 王志平，数控编程与操作M 北京：高等教育出版社，2003.78 王贵明，数控实用技术 M 机械工业出版社，2007.7【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）撰写毕业设计（论文）是在校大学生最后一次知识的全面检验，是对学生基本知识、基本理 论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。该生选题紧密联系实际，符合所学 专业知识，有利于学生的独立工作能力、科学精神和 创新能力的培养。为手机等日用电 子消费品的设计和加工提供了一种 实用的思路和方法，有 较强的应用价值和推广价值。该生已阅读了部分资料，初步制定了方案并 拟定了计划，比较可行，建议予以同意其开题。 同意提交开题论证 修改后提交不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 20XX 年 9 月 21 日 2013 届本科毕业设计（论文）目 录第一章 新款手机外壳造型设计 .31.1 手机外型的市场调研 .31.2 外型设计方案的选择 .3第二章 新款手机外壳模具设计 .122.1 手机外壳材料的选择和分析 .122.2 手机外壳的工艺分析 .132.3 手机外壳模具的组成 .142.4 手机外壳模具材料的选择 .152.5 手机外壳模具设计手段的选择 .152.5.1 模具传统设计与软设计的比较 .152.5.2 UG MoldWizard 模块简介 .162.6 手机外壳模具设计过程详解 .162.6.1 手机外壳设计任务 .162.6.2 初始化项目 .172.6.3 定义模具坐标系 .182.6.4 定义模具收缩率 .182.6.5 定义成型工件 .192.6.6 模腔布局 .202.6.7 编辑插入腔体 .212.6.8 产品的分模设计过程 .22第三章 手机外壳注射模的数控加工 .343.1 手机壳模具型芯的数控加工（利用 UG 软件） .34第四章 疑难问题的探索与思考 .56小 结 .62参考文献 .632013 届本科毕业设计（论文）手 机 外 壳 设 计 加 工 全 过 程 的 研 究摘 要：本 文 以 手 机 外 壳 为 例 ， 介 绍 了 从 产 品 市 场 调 研 到 三 维 设 计 、 模 具 设 计 和 数 控编 程 加 工 等 注 塑 模 设 计 制 作 的 整 个 流 程 ： 首 先 对 几 款 经 典 的 手 机 造 型 进 行 分 析 ， 从 中 了 解外 形 设 计 的 关 键 步 骤 和 市 场 背 景 ， 结 合 现 阶 段 时 尚 的 发 展 趋 势 ， 在 经 典 手 机 外 形 中 增 加 流行 元 素 ， 设 计 一 种 外 形 时 尚 、 使 用 方 便 的 手 机 新 产 品 ， 在 此 基 础 上 用 UG 对 产 品 进 行 三 维数 字 化 建 模 ； 接 着 利 用 UG的 Mold Wizard模 块 设 计 注 射 模 具 ， 然 后 利 用 UG的 CAM模 块 将模 具 的 主 要 零 件 如 凸 模 和 凹 模 进 行 数 控 加 工 ， 最 后 选 择 合 适 的 注 塑 机 做 出 实 际 产 品 ， 在产品设计和加工一体化方面作了有益的尝试。关键词 手 机 外 壳 、 注 塑 模 、 UG、 Mold Wizard、 CAM2013 届本科毕业设计（论文）Abstract based on the mobile phone housing， for example， introduces the market investigation into three-dimensional from product design， mould design and CNC programming processing injection mold design and manufacture of the whole process: first a few classic mobile modeling is analyzed， the design idea and key steps， the development trend of current fashion， classic phone add popular element， appearance design of a kind of appearance vogue， convenient use mobile new product， on the basis of using UG product for 3d digitizing modeling， Then using UG Mold Wizard module design moulds， finally using UG CAM module will die of main parts such as punch and die for CNC programming and CNC machining， realistically， complete the following product design process. in product design and process integration made a useful attempt.Key words cell phone casing， injection molding， UG， Mold Wizard， CAM.2013 届本科毕业设计（论文）第一章 新款手机外壳造型设计1.1 手机外型的市场调研由于从来没有接触过手机外壳的设计，我们对手机的历史进行了研究，发现手机外壳形状跟随时尚在不断地变化，从最早的“砖头式”的“大哥大”到后来流行的直板式和翻盖式，再从直板式演化出滑盖式，从翻盖式演化出折叠式。同时消费者爱好的差异化及需求的多层次化越来越明显，对手机外观要求也越来越高，外形平庸或雷同的手机很快就无人问津，在商店里沦为“赠品” 。而外观设计独特并符合流行时尚的手机在相当长的时间内都会成为主流。手机外观设计日趋白热化。手机设计者必须贴近生活把握潮流，通过手机形状尺寸和局部细节满足用户的个性化需求。我们的第一步是进行市场调查，首先研究同学们手机的优缺点，同时也利用课余时间去手机商店观摩各种各样的、从高档到低档的手机，从中汲取营养。通过调研我们发现传统经典手机造型以直线和圆弧为主，外形中规中矩，屏幕较小，不能反映出不同用户的不同要求，特别不能适应 3G 时代手机对大屏幕的要求；而大多数流行手机上都有自由曲面的元素，造型圆润线条流畅，柔中带刚，使人更容易感受到时尚的力量，激发观赏者产生羡慕和共鸣，我们觉得这一点与汽车设计非常类似：老式汽车造型比较单一，以实用为主，而现代汽车特别是中高档汽车呈流线型，造型刚柔相济气势夺人， “抓人眼球” ，这些都是成功的案例，值得我们学习和借鉴。1.2 外型设计方案的选择 1、常见的设计方法（1） 开拓创新设计法：不受传统观点束缚，大胆设想、自由发挥而创造出全新概念的产品，优点是如果为市场接受就能引导消费新潮流，迅速走红，缺点是“颗粒无收”风险比较大，走的是激进路线，在规模大实力强的手机公司中有一定的应用。（2） 产品开发设计法：采用新技术和表现技法，创造出升级换代的新产品，应用比较普遍。对人的要求也比较高。（3） 改进提高设计法：在原有产品基础上经过改进，提高而区别于同类产品的新产品，该方法的优点是比较稳妥，容易为市场所接受，缺点是没有市场冲击力，一炮打红的可能性不大。2、外形设计方案：2013 届本科毕业设计（论文）图1.1 外形设计方案受知识储备和经验不足的限制，我们决定采用第三种即“改进提高设计法”来完成手机壳的外形设计。 如图 1.1 所示， 首先我们对几款经典的手机造型进行分析，从中了解外形设计的关键元素和市场背景，结合现阶段时尚的发展趋势，在经典手机外形中增加流行元素，设计一种外形时尚、使用方便的手机新产品。图 1.2 是作为参照蓝本的诺基亚手机外壳的造型（左）与新产品造型（右）的对比。图 1.2市场调查分析经典手机外形研究结构造型的改进和创意用 UG 软件建立手机外壳的三维数字化模型不同消费者爱好的研究2013 届本科毕业设计（论文）图 1.3图 1.3 是作为参照蓝本的诺基亚手机外壳的造型（左）与新产品造型（右）的纵向形状对比，由图可以看出，新款手机比较薄，顶部曲线不再由传统的圆弧和直线组成，而是由样条构成的自由曲面组成，线条非常流畅。图 1.42013 届本科毕业设计（论文）图 1.4 是作为参照蓝本的诺基亚手机外壳的传统造型（左）与新产品造型（右）的横向形状对比，传统造型顶部横向截面为直线，新产品顶部横向截面为曲线造型，显得更加时尚有动感。3、手机外壳造型过程（1） 如图 1.5 所示 首先在 61 图层建立三维坐标系，这是区别 Auto CAD 等二维软件的重要标志。然后在 21 层建立外轮廓的草图，参数化尺寸在修改时非常形象直观，大大提高了我们在外形设计时的工作效率，这也是 UG 软件的优势所在。图1.5（2） 如图 1.6 和图 1.7 所示，在 22、23 层用草图分别画出纵向和横向的 NURBS 样条曲线。NURBS 曲线是为使用计算机进行 3D 建模而专门建立的一种非常优秀的建模方式，在高级三维软件当中都支持这种建模方式，应用非常广泛。2013 届本科毕业设计（论文）图 1.6图 1.7我们用“通过点”的方式建立顶部的 NURBS 截面曲线和导轨曲线，可以通过控制点的坐标来控制 NURBS 曲线的形状。然后再通过通过扫描形成自由曲面，如图 1.8 所示，能够比传统的直线和圆弧方式更好地控制物体表面的曲线度，从而能够创建出更逼真、生动的造型。图 1.82013 届本科毕业设计（论文）接着我们用该扫描曲面切割拉伸实体，留下半部分，然后锐边进行圆角处理，如图1.9 所示图 1-9图1.10如 图 1.10所示， 对 实 体 进 行 抽 壳 处 理 ， 并 做 出 与 手 机 下 盖 相 配 合 的 卡 口 。2013 届本科毕业设计（论文）图 1.11如 图 1.11所示，用草图分别画屏幕形状和导航键的相关尺寸。图 1-122013 届本科毕业设计（论文）如 图 1.12 所示，用草图分别画出接听、停止和数字键的按键形状，画屏幕形状和导航键的相关尺寸。其中左右数字键的形状仍然维持原来的椭圆形状，但是与 X 轴呈一定的角度，这样的话数字键的造型显得比原来活泼，与接听、停止按键的形状也比较协调，增加了整体运动元素和美感。图 1.13图 1.13 是最后成功的手机外壳造型，虽然还不是很完善，距离实用还有一定的距离，但这个方案倾注了自己的心血，是我们在工业设计领域迈出的第一步，就此我们也征求了老师和同学们对该方案意见和建议（模拟进行市场调查） ，得到了他们的肯定，因此我们很有成就感，进一步增强了我们从该专业领域工作的信心。在 本 次 设 计 中 ， 我 们 利 用 UG 三 维 设 计 软 件 对 产 品 造 型 进 行 了 多 次 的 修 改 和 优 化 ， 所设 计 的 手 机 外 壳 具 有 以 下 特 色 ：1、 所 设 计 的 手 机 外 壳 的 外 形 尺 寸 为 1105011（ mm） ， 厚 度 较 薄 ， 外 形 比 较 小 巧 时尚 。2013 届本科毕业设计（论文）2、 屏 幕 大 ， 屏 幕 尺 寸 为 6640（ mm） ， 符 合 3G 时 代 手 机 上 网 和 看 电 视 的 需 要 。 按 键也 比 较 大 ， 符 合 人 体 工 程 学 的 要 求 ， 即 在 比 较 小 的 表 面 上 达 到 按 键 和 屏 幕 尽 量 大 的 要 求 。这 款 机 壳 表 面 设 计 采 用 了 工 业 产 品 设 计 中 用 到 的 黄 金 比 例 （ 0.618） 分 段 ， 将 数 字 键 和 功能 键 之 间 分 隔 开 。 数 字 按 钮 设 计 成 椭 圆 形 状 ， 导 航 键 设 计 成 月 亮 形 ， 有 流 畅 感 。3、 另 外 还 有 一 个 很 突 出 的 特 点 是 ， 手 机 壳 表 面 按 照 人 体 工 程 学 的 原 理 ， 其 曲 线 设 计符 合 人 的 脸 部 轮 廓 形 状 ， 接 听 电 话 时 手 机 壳 表 面 与 人 的 脸 部 吻 合 得 非 常 好 ， 使 人 感 觉 舒 服 ，总 之 我 们 在 主 观 上 是 想 将 用 户 当 成 上 帝 ， 但 由 于 能 力 有 限 ， 还 需 要 我 们 在 今 后 的 学 习 和 工作 中 不 停 地 去 研 究 和 努 力 。2013 届本科毕业设计（论文）第二章 新款手机外壳模具设计2.1 手机外壳材料的选择和分析手机壳体是整个手机的支承骨架，由于现在消费者对于手机外壳不仅要求外观好看，还要求手感比较好，对于光滑程度要求也比较高。新品手机外壳的壁厚仅 1.1 毫米，外型又比较复杂，要求材料必须有比较高的强度和韧性。经过请教模具行业专业人员，并且根据手机的使用环境和要求进行多次的比较，最后确定 PC+ABS 作为手机上盖的材料，此材料是 PC 和 ABS 的混合材料要了解 PC+ABS，首先要了解 PC 和 ABS 各自的特性:ABS 是丙烯晴、苯乙烯和丁二烯的共聚物，A 代表丙烯晴， 耐油，耐热，耐化学和耐候性，提供抗化学性和稳定性；B 代表丁二烯，提供韧性和冲击性能；S 代表苯乙烯， 有光泽和优良电气特性和流动性，提供刚性和加工性能。因此 ABS 具有优良的流动性能和良好的综合性能易于成型和机械加工。PC 是聚碳酸酯，在工程塑料中冲击韧性最好具有优异的冲击性和透明性，优良的力学性能和电绝缘性能，尺寸稳定性高。PC+ABS：ABS 和 PC 混合而成的材料，PC 的含量占 80%以上，密度 1.15g/cm3左右，玻璃化转变温度 130，熔融温度 230270，流动性能比 PC 要好，成型加工相对容易。PC+ABS 不但具有 PC 优良的韧性，极佳的光泽性，还具有 ABS 优良的加工性能，流动性也优于 PC。PC+ABS 还具有 ABS 所没有的耐燃性能，综合性能非常优异，同时 PC+ABS 的低翘曲，低收缩率和尺寸稳定性，使得 PC+ABS 原料做出的产品其尺寸稳定性比较高，产品不易变形。图 2.1 是我们在网上所查找 PC+ABS 规格和性能参数资料，由图可以看出 PC+ABS 有几种牌号，我们选择了最适合手机外壳的“55XS”牌号。经过模具行业专业人员的确认是可行的。2013 届本科毕业设计（论文）图 2.12.2 手机外壳的工艺分析1、尺寸工艺分析手机外壳的尺寸既受外观设计造型的影响(这是目前主要的影响因素)，也受塑料注射成型工艺性的影响，如材料流动性好坏的制约，对流动性差的塑料薄壁制件，在注射成型时尺寸不能太大，以免塑料熔体充不满模具型腔或产生熔接痕，对塑件的外观和强度产生不利影响。经过综合考虑，我们将新型手机外壳的尺寸定为 1105011mm，与目前流行手机相比属于中等偏上尺寸，不会出现塑料充不满模具型腔导致塑件不能正常成型的情况。2、手机外壳壁厚分析手机外壳壁厚对性能影响很大，壁厚越大，塑件在模具中需要冷却的时间就越长，生产节拍就会变慢，这对大批量生产的手机外壳来说会增加很多的成本。但壁厚太薄，强度和刚性就差，不耐压耐摔，容易在脱模、装配、使用过程中发生损伤及变形，就会影响在用户中的口碑；另外壁厚太薄也会导致模腔中流道狭窄，流动阻力加大，造成填充不满成型困难。手机外壳的壁厚原则上要求一致，壁厚不均匀，成型收缩时不均匀倾向会更明显，产生内部孔隙和内部应力，导致变形或者开裂。我们对市场上主流品牌手机外壳的壁厚作了调查，为了结果的准确性，我们去实训中心借了一把游标卡尺进行了精确的测量，通过对测量数据的分析，我们发现手机外壳厚度一般为 1mm1.5mm。从使用性能和市场推广的角度考虑，我们选用了 1.1mm 的厚度。手机外壳的壁厚比较小，对于注塑成型可能会增添一些难度，但是经2013 届本科毕业设计（论文）过工艺和模具的优化设计还是可以达到要求的。3、 手机外壳拔模斜度 为了便于塑件从模腔中脱出，在平行于脱模方向的制品表面上，必须设有一定的斜度。根据 ABS+PC 的材料特性和手机外壳的尺寸特点，最后选择拔模斜度为 1。4、手机外壳圆角 塑料制品的内外表面的交接转折处，均应设计成圆角，转折处圆弧过渡可以减少塑料流动的阻力，避免因尖角引起的应力集中，改善制品的强度。对制品外观也起了美化作用。塑件转角处的圆角半径通常不要小于 0.51mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，综合考虑以上因素后，我们选定圆角半径为 1mm。5、手机外壳尺寸精度：由于原来我们所接触的大多为金属材料，对相应的国家标准比较熟悉，对塑料的了解很有限。但塑料制品感觉上有点类似金属加工中的铸造加工，属于不去除材料的粗加工类，精度明显不如一般的金属切削加工。与铸造工艺相似，注塑时收缩率也具有不均匀性和不确定性，受多种因素的影响，注塑件精度很难提高。但在另外一方面。手机外壳对外观要求高，同时也强调互换性，要求较高的尺寸精度，通过查阅相关的参考资料，结合新款手机外壳 ABS+PC 材料，我们选定精度等级为 5 级。6、小结与感想 以上部分为手机外壳的工艺分析，目的是为了使手机外壳达到成型工艺的要求，使其所对应的模具结构简单合理。由于能力有限，只能在战争中学习战争，以后我们会进一步努力学习相关知识和经验，使设计的零件更趋合理。2.3 手机外壳模具的组成手 机 外 壳 ABS+PC 是 热 塑 性 塑 料 ， 故 采 用 注 射 模 注 射 成 型 ， 它 是 由 注 射 机 的 螺 杆 或 活塞 ， 用 一 定 的 压 力 和 速 度 使 料 筒 内 塑 化 熔 融 的 塑 料 ， 经 喷 嘴 、 浇 注 系 统 注 入 型 腔 ， 经 冷 却定 型 而 成 型 的 模 具 。 注 射 成 型 模 具 一 般 由 动 模 和 定 模 两 大 部 分 组 成 、 动 模 安 装 在 注 射 机 的移 动 模 板 上 ， 定 模 安 装 在 注 射 机 的 固 定 模 板 上 。 注 射 时 动 模 与 定 模 闭 合 构 成 型 腔 和 浇 注系 统 ， 开 模 时 动 模 与 定 模 分 离 以 便 取 出 塑 件 。 根 据 模 具 中 各 零 部 件 所 起 的 作 用 ， 手 机 外 壳注 射 成 型 模 具 又 可 细 分 为 以 下 几 个 基 本 组 成 部 分 。2013 届本科毕业设计（论文）（ 1） 型 腔 它 通 常 由 凸 模 或 型 芯 （ 成 型 塑 件 的 内 形 ） 、 凹 模 （ 成 型 塑 件 的 外 型 ） 组 成 。（ 2） 浇 注 系 统 ： 是 将 熔 融 塑 料 由 注 射 机 喷 嘴 引 向 型 腔 的 通 道 。 通 常 浇 注 系 统 由 主 流道 、 分 流 道 、 浇 口 和 冷 料 穴 4 个 部 分 组 成 。（ 3） 导 向 机 构 它 通 常 由 导 柱 和 导 套 （ 或 导 向 孔 组 成 ） ， 此 外 ， 对 多 腔 或 较 大 型 注 射模 ， 其 推 出 机 构 也 设 置 有 导 向 零 件 ， 以 避 免 推 板 运 动 时 发 生 偏 移 ， 造 成 推 杆 的 弯 曲 和 折 断或 顶 坏 塑 件 。（ 4） 推 出 机 构 在 开 模 过 程 中 将 塑 件 及 浇 注 系 统 凝 料 推 出 或 拉 出 的 装 置 。（ 5） 排 气 系 统 在 注 射 过 程 中 为 将 型 腔 内 的 空 气 以 及 塑 料 在 受 热 和 冷 凝 过 程 中 产 生 的气 体 排 除 出 去 而 开 设 的 气 流 通 道 。 排 气 系 统 通 常 是 在 分 型 面 处 开 设 排 气 槽 ， 有 的 也 可 利 用活 动 零 件 的 配 合 间 隙 排 气 。（ 6） 支 承 与 紧 固 零 件 主 要 起 装 配 、 定 位 和 连 接 的 作 用 。 包 括 动 模 和 定 模 座 板 、 型 芯或 凹 模 固 定 板 、 垫 块 、 支 撑 板 、 定 位 圈 、 销 钉 和 螺 钉 等 。2.4 手机外壳模具材料的选择注塑模具的制造材料必须根据模具的工作条件和性能要求， 选用性能可靠、工艺性好、工作寿命长、经济实用的钢材。手机外壳模具为热塑性塑料注射模，工作时承受温度、压力及摩擦力，而且塑料制品在压制时会放出腐蚀性的气体，侵蚀型腔表面。模具设计使用寿命要比较长（100000 到 1000000 次） ，而且模具表面粗糙度要求高，这样手机外壳才能有良好的外观。手机壳是壁厚 1MM 左右的薄壁制品，因此在注塑成型时要求更高的压力和速度，更短的冷却时间，其充模时间小于 0.5 秒且注塑压力超过 210MPa 是很正常的。在这种苛刻的使用条件下碳钢不能满足要求，因此在征求业内工程师的意见后我们选用了3Cr2Mo（P20）钢。P20 是我国引进的美国塑料模具常用钢，近似成分的外国钢号：美国为 P20（AISI） ，法国是 35CrMo8（NF） ，属预硬型塑料模具钢，与常用的模具碳素结构钢相比有着更好综合性能， 特别是良好的切削加工、镜面加工性能和更高的热硬度、耐磨性，淬透性高，可以使截面尺寸较大的钢材获得较均匀的硬度，而且具有很好的抛光性能，模具的表面光滑坚固耐用。一般先进行调质处理，硬度为 3035HRC（即预硬化） ，再经冷加工制成模具后2013 届本科毕业设计（论文）可以直接使用，这样既保证了模具的使用性能，又避免了热处理引起模具的变形，特别适合手机壳模具的制造。2.5 手机外壳模具设计手段的选择2.5.1 模具传统设计与软设计的比较手机外壳自由曲面较多，结构要求高，而且还要根据市场流行趋势的变化随时更改造型和结构，传统模具设计采用手工绘图模式，设计过程繁琐，而且也很难用二维图纸去表达三维自由曲面造型和模具结构件之间的装配关系，已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。随着科学技术的快速发展，模具行业已经从传统手工模具制作中解放出来，以 UG 为代表的三维 CAD 系统在模具设计中占据着重要的位置。Unigraphics（简称 UG）是集CAD/CAE/CAM 一体的高端三维软件，广泛应用于航空航天、汽车造船、模具和电子等领域。UG 的模具设计模块提供了强大的塑料模具设计与分析工具，可以方便准确地完成塑料模具核心部分的设计工作，因此我们决定用 UG 软件为基础完成手机外壳的造型、模具设计和数控加工的工作。2.5.2 UG MoldWizard 模块简介图 2.2MoldWizard 模块是 UG 软件中设计注塑模具的专业模块，为设计模具的型芯、型腔、滑块、推杆和嵌件提供了一体化的综合手段，如数据的读入和零件建模、家族模具、缩放控制、自动的模腔布局、分模功能、模架工具，是模具行业经验的结晶，分别对应于图2.2 所示的 MoldWizard 工具条中的从左到右的按键，其排列顺序与实际的模具设计过程是一致的，无论是对初学者还是资深模具工程师都有极大的帮助。MoldWizard 模块还提供了一些模具设计过程中非常实用的分析检测功能，其中包括拔模检测、厚度检测、分型面检测、投影面积计算，充模仿真、开模仿真、干涉检测等，在模具设计过程中，适当地应用这些分析检测功能，可使模具设计更为合理、准确，且能避免设计中不必要的重复劳动，对我们这种新手特别有用。 2013 届本科毕业设计（论文）2.6 手机外壳模具设计过程详解2.6.1 手机外壳设计任务外壳尺寸：110mm50mm11mm外壳壁厚： 1.1mm外壳材料为 ABS+PC；外壳收缩率为 0.0055；一模两腔布局产量 15000 个/年；产品外部表面光滑，无明显制件缺陷，如翘曲、缩痕、凹坑等；2.6.2 初始化项目初始化项目过程是 MoldWizard 克隆模具装配体结构的复制过程。在 NX7.5 中，产品的初始化项目过程包括加载产品和初始化项目。多件模设计之初必须对产品进行初始化，过程包括：新建文件夹、加载产品模型。2013 届本科毕业设计（论文）图 2.3（1）在“注塑模向导”工具条上单击“初始化项目”按钮，弹出“初始化项目”对话框。（2）在对话框的“材料”下拉列表中选择“ABS+PC” ，保留对话框中其他默认设置，单击“确定”按钮进入初始化项目进程，如图 2.3 所示。（3）经过一段时间的初始化项目过程后，完成了模具总装配体的克隆装配，在装配导航器中可看见模具总装配体结构。2.6.3 定义模具坐标系在进行模具设计时需要定义模具坐标系，模具坐标系与产品坐标系不一定一致，为了后续模具结构设计的方便，通常将坐标原点定义在模架动、定模板接触面的中心，坐标主平面（XY 平面）定义在分型面上，而且为了使模具尺寸合理，坐标主平面常常定位在塑件Z 方向的最低处。Z 的正方向指向定模侧，即模具开模方向。设置模具坐标系2.6.4 定义模具收缩率收缩率是一副模具成功与否的关键技术参数，对此我们也下了很多功夫，以下是我们的一些学习成果：从模具中取出的成型制品，其温度高于常温，需经过数小时甚至几十小时才能冷却至常温，制品的尺寸会随着冷却而收缩，这一特性称为工程材料的收缩性，而收缩之后的尺寸与收缩之前的尺寸的比值用收缩率来表示。因此模具尺寸都需要加上收缩率的尺寸，才能使成型制品达到所要求的尺寸。收缩率的大小受多种因素影响，具有不均匀性和不确定性，主要因素有：塑料的品牌、塑件的形状、塑料在模具内的流动方向以及塑件的成型条件如模具结构和注塑过程的温度等，常常是一个经验参数。即使材料相同，但不同的含水量和填充料都可以影响收缩率，因此精确的收缩率在实际生产中是很难确定的的，手册上的数据只能作为我们的参考，需要根据实际情况多做试验，掌握规律才能得到比较科学的收缩率。在 MoldWizard 模块中产品模型收缩率的设置是使用“缩放体”工具来完成的。如图 2.5所示，其中“类型”为设定制品放大比例的方式，本例采用“均匀”的比例， “要缩放的2013 届本科毕业设计（论文）体”则指定手机外壳的三维模型， “缩放点”则是需要为设定比例而选取一个参考点，我们设为模具坐标系的原点。在“注塑模向导”工具条上单击“收缩率”按钮，程序弹出“缩放体”对话框，同时界面中的模型红色高亮显示。单击“缩放体”按钮，程序弹出“缩放体”对话框， MoldWizard 提供了 3 比例收缩类型，分别为均匀、轴对称和常规，对话框中的收缩类型程序默认为“均匀”类型，这也是最常用的收缩方式。其它方式在一些比较特殊的场合也有应用。 “比例因子”中规定制品放大的比例系数，本例采用统一的收缩率 1.0055，即 XYZ三个方向都一致，这是几家模具厂收缩率的几何平均值，可以满足一般的精度要求。2.6.5 定义成型工件成型工件（Work Piece）就是模具中的成型部分，是一个包括型芯和型腔的材料块。在 MoldWizard 中，将模胚定义为长方体或圆柱体实体特征，此特征需将产品模型完全包容。（1）在“注塑模向导”工具条中单击“工件”按钮，程序弹出“工件”对话框。（2）将工件类型设为“产品工件” ，将工件方法设为“用户定义的块” ，将定义类型设定为“距离容差” ，（3）最后单击“确定”按钮，程序自动创建出模胚工件，如图 2.6 所示。在这里成型工件并不需要很精确的定义，只是为了下一步分型的方便。精确的工件结构与尺寸可在模架与典型结构设计完成后再设计。2.6.6 模腔布局模腔布局功能主要是确定模腔在模具中的分布情况，分为矩形和圆形两种分布方式。“矩形布局”就是模腔的布局呈并列样式，即以方阵的形式排列。矩形布局类型包括有两种布局方式：平衡与线形。“圆形布局”就是以图元上或屏幕中的一个点作为旋转参考点，再绕其旋转阵列分布模腔。圆形布局类型中也包含了两种布局方式：径向与恒定。在“注塑模向导”工具条上单击“型腔布局”按钮，程序弹出“型腔布局”对话框，2013 届本科毕业设计（论文）如图 2.4 所示。一般情况下一模两腔或一模多腔的模腔布局形式是通过产品的结构、量产、客户要求以及经济效益等因素来决定的，主要用于塑件较小，生产批量较大的场合。该例中我们选择一模两腔，以矩形布局中的线形方式排布。经过调查，我们发现这种布局方式是手机外壳实际生产过程中常用的。该布局一个模塑周期能同时生产两个塑件，生产效率高。图 2.42.6.7 编辑插入腔体“编辑插入腔”对话框中创建模胚工件的方法有用户定义的块、型芯与型腔、仅型芯和仅型腔 4 种，其中后面 3 种工件方法为标准型镶块设计。我们选择“TYPE=1”且圆角R 为 5 的腔体插入形式，这主要是为了型腔零件与动模版的相互配合，降低加工难度.2.6.8 产品的分模设计过程产品的分模设计过程包括 MPV 模型验证、主分型面设计、抽取区域和自动补孔、创建型芯与型腔 4 个设计过程。1、分模面概述为了将塑件与浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放镶件，将模具适当地分成两个或若干个主要部分，这些可以分离的接触表面，通称为分模面。2013 届本科毕业设计（论文）分模面的设计是否得当对制件质量、操作难易、模具结构的复杂性都有很大的影响。因此，分模面的设计将从塑件在型腔中放置、分型面形状的确定、分型面位置的选择等方面做考虑。2、MPV 模型验证MPV 是模具自动分型的一个重要而不可少的过程，它的主要作用是验证产品模型的可制模性，找出拔模角不足的表面部分和所有的凹陷区等。拔模角过小或者存在凹陷区都会阻碍塑件的脱模，严重时将会损坏塑件。还能识别型腔与型芯区域，并分配未定义区域到指定侧，为产品修改和后续的区域面抽取作准备。它操作步骤如下：（1）单击【注塑模向导】工具栏中的【Mold Parting Tools】图标 ，弹出如图2.5 所示的【分型管理器】对话框，显示 Mold Parting Tools 工具栏图 2.5（2）然后单击“区域分析 Rigion Analysis” 点击 图标，单击【确定】按钮进入【塑模部件验证】对话框，在该对话框中可以对模型的面、型芯与型腔区域进行检测，并提供相关的设置及信息，提前预测设计模具时需重点考虑的地方。选择“模制部件验证”对话框中的“面”选项卡，可看到系统共有 71 个面。选择“设置所有面的颜色”按键，软件将根据拔模角的正负和大小的不同，分别设置各个面的颜色便于观察，如小于 3 度的用黄色来表示。（3）切换到“区域”选项卡，查看型腔和型芯区域，并分配未定义的面，单击【塑模部件验证】对话框中的“区域”标签，进入【区域设置】对话框。单击“设置区域颜色”按钮，发现有未定义区域，性质为“交叉竖直面”在模型中以红色显示，依据模具的要求，2013 届本科毕业设计（论文）必须将这些未定义区域的面定义到型腔区域或型芯区域中，直到未定义的区域数量为零，这也是模具设计过程中的关键部骤，一些较复杂的模具零件在这个环节难度是相当大的，需