mp4外盖的注塑工艺及模具设计 文献综述

MP4外盖注塑工艺及模具设计何健铭0531092311绪论塑料由于具有密度小、质量轻而强度高、刚度大、绝缘性着色性好、成型方便等优点，成为20世纪发展最快的行业之一，各色各样、形状颜色各异的塑料零件出现在我们的生产生活当中，以塑代钢、以塑代木已成为一种趋势。在塑料产品中，小型复杂零件占有相当的比例，其外形尺寸较小、形状较复杂、精度要求较高、模具设计制造困难，如果模具设计不合理注塑时成品率较低，其模具的设计开发在生产实际中占有重要的地位。塑料材料因为性能优异，加工容易，在塑料、橡胶和合成纤维三大合成材料中，是产量最大、应用最广的高分子材料。目前，塑料材料的应用领域仍在进一步扩大，已经涉及国民经济及人们生活的各个方面。高分子材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，因此从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的的成型加工技术有着重要的意义。高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，其中注射成型因可以生产和制造较为复杂的制品，在高分子材料的成型中一直占有极其重要的位置1。随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计和制造在模具生产中已经得到普遍的应用，给模具带来了深刻变革。随之近年来塑料制品的应用越来越广泛，塑料模具行业得到了快速发展，注塑模的需求量越来越大，要求也越来越高，复杂的塑料制品在汽车工业，日常用品领域，电子产品的使用也越来越广。本文旨在分析MP4播放器外盖的注塑工艺及其模具设计2。11注塑模模具设计及步骤模具是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。设计步骤（1）对所设计模具之产品进行可行性分析，首先将各组件产品图纸利用设计软件进行组立分析，即我们工作中所说的套图，确保在模具设计之前各产品图纸的正确性，以确定重点尺寸。（2）在产品分析之后所要进行的工作，对产品进行分析采用什么样的模具结构，并对产品进行排工序，确定各工序冲工内容，对每一工程所注塑的内容确定好后，包括在成型模中，产品材料厚度的内外线保留，以确定凸凹模尺寸时使用。（3）依产品展开图进行备料，在图纸中确定模板尺寸，包括各固定板、卸料板、凸凹模、镶件等。（4）在备料完成后即可全面进入模具图的绘制，在备料图纸中再制一份出来，进行各组件的绘制，如加入螺丝孔，导柱孔，定位孔等孔位，并且在冲孔模中各种孔需线切割的穿丝孔。（5）在以上图纸完成之后，还需对模具图纸进行校对，将所有配件组立，对每一块不同的模具板制作不同的图层，并以同一基准如导柱孔等到进行模具组立分析，并将各工序产品展开图套入组立图中，确保各模板孔位一致以及折弯位置的上下模间隙配合是否正确。12注塑成型原理及其工艺过程塑料注射成型的基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的粒状或粒状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具总，经过一段时间的冷却定型后，开启模具可从模腔中脱出具有一定形状尺寸的塑料制件3。塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充保压冷却脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。（1）填充阶段填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。（2）保压阶段保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。（3）冷却阶段在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约7080，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。（4）脱模阶段脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。脱模的方式主要有两种顶杆脱模和脱料板脱模。设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量3。图11注塑成型工艺过程图313现代注塑模具设计的技术131计算机辅助技术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。但是在注射成型生产实际中，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的经验和简单的公式难以对这些因素作全面的考虑和处理，应用CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展。现代的模具设计已不再像以前那样，只是通过单一的二维工程图纸来抽象的描述整副模具的装配情况和各个零部件的结构。CADCAECAM等先进技术也逐渐进入了模具行业并受到了广泛的应用。塑料制品在现代生活与生产中的应用越来越广泛注塑成型由于生产效率高、产品质量稳定及成本低的特点已成为塑料制品的主要成型手段。塑料注塑模具设计制造的特点是1小批量、多品种2设计具有关联性；3标准化程度高；4经验性强。这些特点使得计算机辅助设计CAD、辅助工程CAE和辅助制造CAM技术已成为模具制造与使用企业必不可少的工具2。目前模具行业常用的三维CAD造型软件如PRO/E，UG和CATIA等都带有专门的注塑模具设计模块，这些软件由于价格昂贵每套软件商业价达到了几十万元人民币,仅仅大型的模具厂家才使用，而大的中小型企业要么采用二维设计，要么使用盗版软件。随着中国加入WTO，这两种作法都将使企业失去国际竞争能力。二维CAD软件设计效率非常低,二维视图的设计方法与后续三维曲面数控加工方法格格不入，而且不能为CAE分析提供初始数据。目前，国内注塑模具三维CAD的研究主要集中在塑料制品造型、成型零件的自动生成等方面，真正基于商品化三维CAD软件的系统还没有报道2。131CAE技术其借助于有限元法、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，并由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参数的目的。模具工业中CAE软件以MOLDFLOW软件为最具代表性，其可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析。找出可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，降低生产成本，缩短生产周期。将CAD技术和CAE技术交互着使用，可以减轻设计者对经验的依赖程度，提高一次试模的提高一次试模的成功率，大大缩减模具设计的时间，降低成本，提高生产效率。塑料注射模CAE技术的发展也十分迅速，从上世纪60年代的一维流动和冷却分析到70年代的二维流动和冷却分析再到90年代的准三维流动和冷却分析，其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓著4。132模流分析智能化高科技的便携式消费电子产品更新换代周期的缩短,使注塑模具开发设计时间不断压缩,因而必须利用成熟的模流分析软件对模具设计进行前期的模拟分析，以得到最优的设计方案，进而指导模具的加工制造。MOLDEX3D是一款具有强大功能的专业注射成型模流分析软件，目前被广泛应用于注射成型领域的模具设计中。MOLDEX3DSHELL能模拟塑料在注射成型过程中的充填与保压、成型冷却、纤维配向及塑料件翘曲分析。可另外搭配特殊模块，如仿真气辅注射成型（GAIM）、多材质注射成型（MCM）及反应注射成型（RIM）。此外,I2接口模块可链接模型充填和结构分析数据，进一步评估塑料件结构和可制造性的交互作用。使用MOLDEX3DSHELL可快速预测结果6。133热流道技术在欧美国家，注塑生产已经相当的依赖于热流道系统。目前在国内基本上没有使用热流道技术的模具现在已经很难出口，这也造成了很多模具厂家对于热流道系统的意识上的转变。但是由于很多外国进口的热流道系统价格比较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。热流道技术以无可比拟的优越性解决了冷流道中无法解决的问题，主要体现在生产成本，产品质量，生产工艺等方面。（1）冷流道中有冷凝料，会造成材料的浪费。而热流道中不需要冷凝口，可以节约预料3050，降低成本30。并且不需要后期加工，可全自动化生产，提高了生产效率2030。（2）型腔内物料温度及压力均匀，塑件应力小，密度一致，提高产品的表面质量和力学性能，有效地改变大而薄的塑件的变形。（3）热流道系统的温度与喷嘴的温度相等，避免塑料在流道内表面冷凝现象，压力损耗小，对于深腔大制品型腔充模起到了很好的作用。且可实现多区温度控制，精确控制注塑工艺。14注塑模研究现状注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识7。塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。关于全国塑料加工业区域分布，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70。现在，这3个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。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，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。2005年模具出口74亿美元，比2004年的49亿美元增长约50，均居世界前列。2006年，我国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为735。在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。广东占我国模具总产量的四成，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高。中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题（1）发展不平衡。产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。（2）工艺装备落后。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。（3）大多数企业开发能力创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具生产技术水平的高低不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个国家的产品质量、效益及新产品开发能力。我国目前的模具开发制造水平比国际先进水平至少相差10年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。因此，近十余年来，我国对塑料注射成型CAE技术也开展了系统而深入的研究。华中科技大学、上海交通大学、郑州大学和南昌大学等都相继取得了可喜的成果。经历了从二维分析到三维分析，从实用化到商品化，从局部试点到大面积推广应用的进程，已成为塑料制品设计、模具结构优化和工程师培训的有力工具，HSCAE仿真系统目前已在国内80多家工厂和学校推广应用8。15注塑模未来的发展未来几年，随着电子电源产品的迅猛发展和塑料材料技术水平的提高，会有更多的塑料用于电子零部件的制造从而实现电子产品的全塑料化。因此，了解塑料在MP4的应用及其模具设计对电子企业而言无疑具有重要意义9。注塑工艺及模具设计也在汽车工业，航天工业中扮演着越来越重要的角色。当前，我国工业生产的特点是产品的品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低，因此，模具工业的发展趋势是非常明显的。塑料模中由于采用热流道技术，可以提高模具制造的生产效率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模的一大变革，国外模具已有一半用上了热流道技术，有的企业甚至已达80以上，效果十分明显。国内热流道模具也已经生产，有一些企业已达30左右，但是从总上来看，比例还是很低，亟待发展。塑料模具行业中压铸模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，对压铸模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模具的比例将不断提高，其精度和复杂程度也将随着相应提高。我国的塑料模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种塑料模具缩短了产品的生产周期，今后将在不同领域得到发展和应用。在将来的CAD/CAM技术的发展趋势中，逐渐向集成化、智能化、自动化、标准化、网络化、最优化的方向发展，为工业设计铺上一条平坦的道路。16课题研究意义随着全球经济化的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素14。随着人们生活的水平提高，传统的守在电视机，电脑旁边观看影片已经不能满足了，现在最求的是在移动中享受快乐，随着旅游业服务业的发展，掌上影厅逐渐走进人们的生活。从开始的数字步读机，到MP3的出现，再到MP4。它能够直接播放高品质视频、音频，也可以浏览图片以及作为移动硬盘、数字银行使用；更有产品还具备一些十分新颖、实用的功能，MP4播放器的最大优势在于体积小巧，携带方便，能够随时、随身播放视频。播放器外壳是保护MP4内部不被损坏的零件之一，从实用角度出发，播放器外壳具有足够的强度刚度，能承受一定的抗压力、音响设备以及电池工作散热引起的高温；从外观角度出发，播放器需要长时间的不变形、不褪色、不影响MP4的外观；主要原料与辅助材料均不得含有对人体有害的物质。本次设计基于UG基础之上，UG是UGS公司开发的全球最具知名度的高端CAD/CAE/CAM软件之一。它被广泛地应用到模具设计与制造域,UG/MOLDWIZARD模块实现了塑料模具的智能化设计,集成了大量实用的模具设计功能,又有丰富的模具标准数据库作为支撑,同时采用基于知识工程等技术。灵活地运用UG软件提供的各项功能,采用合理的模具三维设计方法将极大提高模具设计的效率和质量在UG平台下之所以能够高效、高质量地进行智能化模具三维设计,除了UG提供了强大的功能和先进的模具设计方法之外,还得益于UG系统中大量的工程知识库,如标准模架库、标准件库、典型模具机构库、塑料材质库、成型设备数据库、模具制造知识库等等,在这些知识库中大量融入了设计师的设计经验,这些经验对保证模具的设计质量是必不可少的10。参考文献1邢文注射成型技术进展J现代塑料加工应用,2002144562匡唐清MP4播放器双色外壳的注塑模设计华东交通大学机电工程学院,201261181223黄虹塑料成型加工与模具第二版M北京化学工业出版社,200911114谭雪松,林晓新,温丽新编塑料模具设计手册M人民邮电出版社,20071061515李志锋,张昌明基于逆向工程的注塑模具设计研究,200766王军,顾凌云模流分析在电子产品模具设计中的应用江苏联合职业技术学院无锡机电分院,201266165）7张玉龙,李萍塑料专用料品种与性能M化学工业出版社,20101070718付宏生注塑制品与注塑模具设计M化学工业出版社,20031681759宋玉恒塑料注塑模具设计实用手册M北京航空工业出版社,199436437610李军，张苗根，陈治平基于UG平台注塑模具设计的实现,成都航空职业技术学院J200912555811屈华吕塑料成型工艺与模具设计M机械工业出版社,200012313112徐金瑶,赵岩CAD/CAE在产品开发及塑料注塑模具设计中的应用J模具工业,2005791213单岩,谢斌飞逆向造型技术基础M北京清华大学出版社,200614罗华云,孙玲高光注射成型技术的发展及应用J现代制造技术与装备,20094192115吴建军,马泽恩注塑模冷却系统二维优化设计西北工业大学,199611845416宗殿瑞,基于UG的某外壳零件注塑模具设计与应用模具工业,20017343617陈志新注塑模冷却系统