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101 手机 注塑 模具设计 仿真 加工

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101-手机上盖注塑模具设计与仿真加工L,101,手机,注塑,模具设计,仿真,加工

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1. 引言1.1课题的依据和意义随着科学的发展，各种产品的更新换代速度越来越快，而产品的更新是以新产品的造型设计和模具的设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新信息相关。传统的手工设计模式已经不能很好地适应时代的需要，计算机辅助设计与制造已成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。而在众多辅助设计制造软件中，Unigraphics 软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。 该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，在模具、航空、汽车、机械、电器电子等各工业领域的应用非常广泛。UG软件在产品造型、注塑模设计和冲压级进模设计中的应用，将体现该软件在产品造型和模具设计中的强大功能，展现它的灵活性和工程设计严谨性的特点和优点。1.2注塑模具CAD技术概述 CAD(Computer Aided Design)技术的应用，使得设计人员在设计过程中，能够充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务;让设计人员能够集中精力进行更有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评价、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程。注塑模具CAD技术是指在注塑模具设计过程中采用CAD系统来辅助设计人员进行模具设计，以便提高模具设计的水平和效率。注塑模具CAD系统是在通用CAD系统的基础上，加载了注塑模具知识和设计经验模块，支持注塑模具设计的基本流程。1.2.1注塑模具CAD技术发展背景传统的注塑模具设计依靠设计人员的经验进行，模具设计加工以后往往需要经过反复的调试和修改才能正式投入生产，发现问题后，不仅要重新调整工艺参数，甚至要修改塑料制品和模具的设计。这种设计方式制约了新产品的开发，随着塑料工业的飞速发展，人们对塑料制品质量要求越来越高，且产品更新快，价格越来越低，市场竞争激烈，在这种情况下，对模具的要求是交货期短、质量好、价格低。显然，传统的人工设计、手工设计生产方式己不能适应现代化工业发展的要求，为了在市场经济的残酷竞争中取胜，跟上产品更新的速度，模具制造业必须采用新技术、新工艺来解决传统技术中存在的问题。常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世纪40年代问世以来，虽然注射模的历史不过几十年的时间，但发展速度却异常迅速。如1985年美国塑料消耗量以体积计算己经超过钢、铜、铝的总和，美国和日本的塑料模具专业厂均己超过一万家。塑料工业对模具的迫切需求促使注射模CAD技术迅速发展，而近几十年塑料流变学、几何造型技术、NC加工以及计算机技术的突飞猛进又为注射模CAD系统的开发创造了条件。 始于20世纪60年代，英国、美国、加拿大等国的学者如J.R.Pearson(英国)、J.F.Stevenson(美国)、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美国)等开展了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷却的基础研究。在合理的简化基础上，20世纪60年代完成了一维流动与冷却分析程序，20世纪70年代完成了二维分析程序，20世纪80年代开展三维流动与冷却分析并把研究扩展到保压、纤维分子取向以及翘曲预测等领域。进入20世纪90年代后开展了流动、保压、冷却、应力分析的注塑工艺全过程的集成化研究。这些卓有成效的研究成果为开发适用型的注射模分析软件奠定了基础。在几何造型方面，基于线框模型的CAD系统率先由飞机和汽车制造公司开发并使用。例如美国Lockheed飞机公司于1965年研制的CADAM系统、美国McDonnell Douglas飞机公司于1966年研制的CADD系统、美国General Motor汽车公司的AD2000系统等。进入20世纪70年代，曲面造型技术发展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B样条曲面相继问世，出现了一批以曲面造型为核心的CAD/CAM系统。如英国的DUCT系统，美国的CAMAX系统等。曲面造型系统比较适用于具有复杂型腔表面的注射模。20世纪80年代实体造型技术发展迅速，如美国斯坦福大学的Geomod系统、罗彻斯特大学的PADL系统、日本北海道大学的TIPS系统、英国剑桥大学的BULID系统等，它们为实体造型软件的开发做了奠基性工作。正是由于近20年来上述领域的卓有成效的工作，注塑模CAD技术才会得到日新月异的进步。1.2.2注塑模具CAD技术发展过程 注射模设计CAD技术的发展主要经历了三个阶段。(1)人工设计阶段这一阶段一直持续到CAD技术的发展初期，当时的注射模设计纯粹依靠设计人员的经验、技巧和现有的设计资料，从塑件的工艺计算到注射模的设计制图，全靠手工操作完成，设计效率较为低下。同时，由于设计过程纯粹依赖于设计人员的经验和技巧，缺乏系统的理论指导，所以模具和塑件的质量难以保障。(2)通用CAD系统设计阶段20世纪70年代，以手工为主的注射模设计己跟不上塑料工业高速发展的形势，于是人们开始尝试使用当时比较成熟的通用CAD系统进行注射模设计。这个时期的主要特征是三维几何造型技术的应用。在几何造型方面分别采用了三维线框模型、曲面模型和实体模型技术。这些技术的应用，实现了设计计算和图样绘制的自动化，缩短了设计时间。但是，这只是将设计人员从手工绘图中解放了出来，起到的只是辅助绘图的功能，没有完全体现其辅助设计功能。 到了20世纪80年代，随着UG- 11, Pro/E等优秀通用集成软件系统的问世，注射模CAD技术也蓬勃发展起来。这个时期CAD系统的主要特征就是参数化设计方法的应用。参数化设计以一种全新的思维方式来进行产品的创建和修改。它用约束来表达产品几何模型，定义一组参数来控制设计结果，从而能够通过调整参数来修改设计模型。这样，设计人员在设计时，无需再为保持约束条件而操心，可以真正按照自己的意愿动态地、创造性地进行新产品设计。参数化设计方法与传统方法相比，最大的不同在于它存储了设计的整个过程，设计人员的任何修改都能快速地反映到几何模型上，并且能设计出一组形状相似而不是单一的产品模型。参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，新的设计系统都增加了参数化设计功能。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形的功能，成为初始设计、产品建模及修改、系列化设计、多种方案比较和动态设计的有效手段。参数化设计技术的应用，很大程度上提高了注射模设计质量和效率，提高了注射模设计的水平。但是参数化设计只适用于单一的零件设计，当进行部件或复杂结构设计时，修改参数就很容易引起结构干涉。在通用的CAD软件上加载了各种标准零件库，如螺栓、螺母等，对提高设计效率也起到了重要的作用。(3)专用注射模CAD系统注射模设计阶段采用通用CAD系统进行注射模设计，虽然在很大程度上提高了模具设计的质量和效率。但是，一方面由于通用CAD系统在一定意义上说还只是一种几何建模工具，注塑模设计效率的提高仅在于三维效果的增强、绘图及建档速度的加快等实现手段上，注塑模设计经验的加入还主要依赖于人工干预，每一次设计的设计过程与手工实现基本一样，设计效率没有从根本上得到提高。另一方面，作为通用的CAD系统，在开发之初都是作为通用机械设计工具来构思的，因此在使用这些通用CAD软件设计注射模时，仍会感到效率低下、操作烦琐、功能短缺。为此，近年来发展的趋势是开发自动化和智能化程度较高的注射模CAD技术。1.2.3国内外注塑模具CAD技术研究现状近几年来国外先进工业国家对模具CAD技术的开发非常重视，在CAD开发上投入了很大的人力和物力，将通用CAD系统改造成为适合模具行业的专用CAD系统，并将其应用于模具的设计与制造中。目前国际上流行的模具CAD软件如下:Unigraphics NX是美国EDS公司开发的面向制造业的CAD系统。UG NX有强大的建模工具和分析模块，被广泛地应用于航空、航天、汽车、机械、模具、工业设计等行业。UG/Mold Wizard是UG系列软件中一个独立的应用模块，也是应用于注塑模具设计的专业应用模块。它应用知识嵌入的基本理念，按照注塑模具设计过程的一般顺序来模拟模具设计的整个过程，在此过程中，它只需根据一个产品的三维实体造型建立一套与产品浩型参数想过的三维实体模具。它不但能自动设计一般的模具，还能结合应用UG软件的其它应用模块来拓展其功能，设计出复杂程度较高的模具3。此外，UG还提供了UG/Die Engineering Wizard(冲压模工程向导)、UG/Progressive Die Wizard(多工位级进模向导)等专用模具CAD工具。Pro/Engineer系统是美国PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三维CAD软件，为满足模具行业需求，Pro/E提供了一系列模具设计模块:Pro/Casting(锻造模具设计)、Pro/Mold Design(注塑模、压铸模、锻模设计)，Pro/Dieface(冲压模设计)、EMXA模架专家库(Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流动分析功能包)等。Pro/Mold Design模块用于设计模具部件和模板组装，能自动生成模具型腔几何体，并可通过修改造型几何体的方法补偿产品的收缩。为满足模具设计与制造解决方案，Pro/E提供了模架专家库EMXA，该模块能将使用者对模具设计的专业知识和整个设计流程整合在一起，将模芯拆模及模座设计两大部分完整的结合在一起，使设计者可以通过简单的操作界面完成模架的相关设定40 CATIA是法国达索飞机公司(Dassault System)在其开发的系统设计应用软件的基础上，与美国IBM公司合作研究发展，共同支持和销售的CAD/CAE/CAM一体化软件。新的V5版本界面更加友好，功能也日趋完善，开创了CAD软件的一种全新风格。CATIA也提供了模具辅助设计模块(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具设计产品)，它支持包括凸凹模固定板定义、组件实例化、注射和冷却特征定义等模具设计的所有工作。用户界面以标准目录库访问功能为基础，通过对组件及其关联孔的混合实例化，支持模具零件和装配的自动配置。这些预定义的组件可以使用诸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列标注模架库，以快速、经济地创建模具。Solid Works软件是美国Solid Works公司在总结和继承大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械CAD软件，是面向产品级的机械设计工具。Solid Works Mold base模块是Solid Works是提供标注模架库，它是该软件最新模具，提供了标准模具目录并完全与Solid Works其它工具集成。除了完整的装配以外，Mold base还提供大量的组件，例如:削钉、顶杆、AB板、螺栓、定位环、轴衬等。 我国在注塑模CAD技术开发、应用及研究方面起步较晚。从80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的CAD系统。同时，一些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。多年来，我国对注塑模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，国家和许多省市都在这方面安排了攻关项目或重点科研课题。这些项目的成果对促进我国注塑模CAD技术的迅速发展起到了重要作用，使我国注塑模CAD技术的发展和应用水平得到很快提高。1.3国内外塑料工业的发展概况塑料工业是年轻的新兴工业之一。自1868年硝化纤维素开创以来，世界塑料工业至今已有百余年，如从1910年酚醛塑料工业化生产算起，只有八十多年的历史而塑料成为工程材料应用至今不过四十年，塑料工业真正获得发展只是近二十年的事情。塑料工业的发展历史虽然很短，但其发展速度相当惊人。据统计，1910年全世界塑料的产量只有20kt，1930年达100kt,1950年达1500kt,1970年达3Mt，1990年就激增到0.1Gt。从1950年以来，世界塑料产量增长几乎是每隔45年就翻一番。几十年前，塑料还只能作为象牙、玳瑁、宝石、牛骨等制件的代用品。可是到现在，它已成为许多工业部门不可代替的工程材料，而且这种崭新的的合成材料，正在飞速地追赶钢铁工业，大有后来者追上之势。有人说21世纪是“塑料时代”。塑料工业的基础原料最早以农副产品为主，从20年代起转向以煤及煤焦油产品为主，从50年代起逐渐转向以石油及天然气为主， 从而大大加速了塑料工业的发展。上世纪20年代以前主要是发展热固性塑料，从30年代起，逐渐转向以发展热塑性塑料为主，在60年代工程塑料已成为研究中心，发展很快，应用范围日益扩大。同时，芳杂环的耐高温塑料也向前推进了一步。目前，国外正式生产的塑料品种已有300种之多，其中主要的只有5060种。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氨基塑料、酚醛塑料等是一类产量较大、用途较广、成本较低的通用塑料，其产量将保持持续上升的趋势；尼龙、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料，正向着扩大生产，降低成本，改进性能，开拓用途方面的发展。随着塑料产量的提高、品种的增多、应用的扩展、促进了塑料成型加工工艺的不断发展，相继出现了浇铸成型、压缩成型、粉末成型、层压成型、压注成型、挤出成型、注射成型、压延成型、吹塑成型、发泡成型、热成型等方法，塑料的机械加工、机械连接、焊接、粘接、彩饰、金属镀饰等加工工艺也取得很好的进展。目前，塑料成型加工工艺正朝着高速、高效、自动化方向发展。同时，电子计算机、高频、微波、红外线、超声波、放射线、激光等先进技术在成型加工工艺中的应用也日益广泛。塑料产量的提高和应用领域的扩大，也促进了塑料成型设备和成型模具的不断发展。目前，塑料成型设备正朝着大型化、微型化、高速化、自动化、精密化方向的发展；塑料成型模具朝着高效率、高精密、高寿命方向前进。在成型设备和模具设计及制造方面也引入了CAD/CAM先进技术。国外，塑料模标准化程序很高，从材料、品种、规格、结构、精度、验收等实现了标准化，而且还建立了模具标准结构典型组合。标准化是专业化生产的重要前提，也是系统解决提高劳动生产率，提高技术水平，提高产品质量，降低产品成本及改善劳动组织的最重要的条件条件之一。由于模具的标准化程度很高，专业化生产很高，因模具生产周期很短，生产成本较低，模具质量较高；同时模具设计简化，交货期限缩短，产品更新换代迅速。很多历史记载和出土文物证明，我国是最早使用塑料的国家。远在两千年以前，我国人民已经掌握了完善的脱胎漆器工艺，并在建筑上应用了麻布增强的油漆。解放前，我国塑料工业基本上都是个空白点，仅能生产酚醛塑料、氨基塑料等少数几个品种，而且设备简陋、效率极低，原材料也靠进口。解放后，我国塑料工业从无到有，从小到大，今天已发展成一个相当规模的工业体系。目前，我国塑料产量从1949年的230t增加到1987年的2978kt，并一跃占据世界第五位。许多过去进口的塑料，有的试制成功，有的投入成批生产，在品种上基本齐全。而且还更具我国实际情况，利用国产资源，独创了一种新型尼龙品种，即尼龙1010，并广泛应用于许多工业部门。全国塑料制造厂星罗棋布，塑料加工企业的建成投产，为塑料工业奠定了雄厚的物质基础。我国的塑料成型设备的生产能力和产品质量大有提高，已有一批专业化工厂可提供系列产品。有的成型设备还达到相当的先进水平，如32kg 大型注射成型机、数控热固性塑料注射成型机、电子计算机群控注射成型机等新产品的研制成功，为我国塑料成型技术的发展创造了有利条件。当前，塑料模的标准化工作取得了很大的进展，根据国际标准，结合我国实际情况，已经制定出了塑料模具设计，缩短制模周期，提高产品质量提出了充分保证。此外，模具加工的新工艺、新设备也不断涌现，模具的制造精度也不断提高。所有这些都推动了我国塑料工业的迅速发展。我们坚信，在不久的将来，一定会赶上或超过世界先进的水平。1.4塑料模国内外研究概况及发展趋势模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具设计与制造水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。工业发达国家对模具工业都极为重视，早在 50年代开始就己使模具摆脱了产品更新换代的重要工艺装备，模具对工业的发展具有重要意义。从工业产值对比来看，经济发达国家的模具总产值早己超过了机床的总产值。如日本，1987年模具总产值为124亿美元，而其机床总产值为102亿美元;1991年前者为131亿美元，后者为120亿美元151。在各种模具产品中，塑料模和冲压模是用量最大涉及领域最广的两种。据统计，日本一万多家模具企业中，生产塑料模和冲压模的各占40%左右;韩国模具专业厂中生产塑料模的占43.9%，生产冲压模的占44.8%。在塑料模具中，由于注塑模具能够一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适用于高效率、大批量的自动化生产方式，使其在塑料模中的占用量超过了5%。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的5080%相比，差距较大。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十一五”期间将有较大、空调器和微波炉发展，特别是电冰箱等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。1.5模具加工CAM现状数控加工是生产过程中不可缺少的环节，尤其在模具生产几何外形复杂、精度要求较高的产品。在客户委托加工的产品中，这些产品的几何形状复杂，若分别利用单一性加工机械，己远远达不到产品的精度要求及正确几何尺寸。随着计算机的普及，自动化己经逐渐成为各个行业的发展方向，对模具制造行业来说，要求会越来越高。目前比较成熟的CAM系统主要以两种形式实现CAD/CAM系统集成:一体化的CAD/CAM系统(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相对独立的CAM系统(如:Mastercam Surfcam等)。前者以内部统一的数据格式直接从CAD系统获取产品几何模型，而后者主要通过中性文件从其他CAD系统获取产品几何模型。然而，无论是哪种形式的CAM系统，都由五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。CAM系统以直接或间接(通过中性文件)的方式从CAD系统获取产品的几何数据模型。CAM系统以三维几何模型中的点、线、面或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文件的形式经后置处理，以NC代码的形式提供给CNC机床。UG作为参数化CAD/CAM软件系统的代表，实现了产品零件从概念设计到制造全过程的一体化，提供了以参数化特征实体造型为基础、部件间的关联设计、共享数据库和专家系统知识等技术;是集产品设计、分析和制造一体化的CAD/CAM软件平台，它使产品在CAD/CAM各单元系统之间实现了数据的自动传递与无缝转换和集成，在CAM系统顺利接受CAD系统建立的三维模型，基于统一数据库基础上同步更新。同时它保证产品、模具设计、产品及模具的数控加工的刀具轨迹及NC加工代码数据自动更新，避免了重复产品设计建模和NC数控编程的工作，实现了CAD/CAM/CAE数据的全相关性设计。本文就是用UG软件在计算机上完成手机上盖模具设计和凸模的模拟加工，而后生成相应数控机床系统NC加工程序代码，为最后的数控加工提供一切可靠的准备。1.6 UG软件在模具制造中的应用特点 数控加工自动编程技术是随着数控机床应用的扩大而逐渐发展起来的。用数控机床加工模具时，常常会遇到二维、三维的特殊型面或曲线，要在短时间里完成这些特殊曲线和复杂型面的刀具轨迹计算，并编出相应的数控加工程序，往往是难以做到的。于是，在数控加工的实践中，逐渐地发展出各种适应数控机床加工过程的计算机自动编程系统。作为集成化的CAD/CAM软件，UG提供了功能强大的加工制造模块。利用UG加工制造模块可将产品的计算机几何模型(CAD)与计算机辅助加工制造(CAM)进行集成，利用加工制造过程所使用的各项加工数据，如产品模型、工件坯料、夹具、切削刀具、工作机床及各种加工参数等数据，进行产品的加工制造流程规划。UG多样化的加工辅助制造流程规划工具，针对各类型机床及各种加工方式(铣、车、钻、电火花加工等等)可规划各类工作机床、加工刀具与控制器的加工过程控制数据。制造工艺师利用UG进行加工制造流程的规划后，会根据所设置的制造过程数据、加工目标及制造参数计算出加工刀具相对加工坐标的刀具轨迹数据，称为CL DATA (CUTTER LOCATION DATA);刀具轨迹数据经过后处理器转换成加工机器码使工作机床进行实际情况下的模拟加工，制造设计产品及零件模型。刀具轨迹数据配合制造模型的规划，利用UG仿真功能可在计算机中仿真加工过程的材料切除状况，由此预测并观察加工的切削情形与进行误差及过切预测，并进一步做制造过程的修改，可减少废料的产生及避免加工失败，协助制造工艺师达到制造流程最优化的目的，并减少因加工错误所增加的生产成本。1.7本设计任务 本设计首先采用UG软件进行注塑件的三维实体造型,针对手机上盖的具体外形尺寸,应用基于特征的实体建模和自由形状建模等知识,使用体素特征、扫描特征、成形特征、特征操作等具体的操作步骤逐步生成手机上盖。其次,利用UG软件中的Mold wizard工具对手机上盖进行型芯、型腔设计。最后，利用UG软件中的CAM功能对凸模进行仿真加工并生成手机上盖凸模的NC加工程序。632 手机上盖的设计2.1建立外形2.1.1新建文件（1）在菜单栏选择文件-新建，在文件名后输入“mobile”，把单位设为毫米。（2）在菜单选择应用-建模，然后点击确定进入建模窗口。图3-1 图3-12.1.2绘制拉伸草图（1）选择菜单栏的插入-草图或单击成形特征工具栏上的按钮，进入绘制草图窗口。如图3-2所示，在工作图形区左上角显示草图平面选择工具图标。图3-2（2）首先定义草图平面，以基准坐标系的XC-YC平面作为草图平面，在此平面上绘制草图。（3）利用工具按钮，绘制草图轮廓，如图3-3所示。 图3-3 （4）单击创建约束按钮，选择上侧圆弧的圆心与YC轴，弹出结束设置工具栏，使上侧圆心在YC轴上。（5）选择下侧圆弧的圆心与YC轴，弹出结束设置工具栏，设置下侧圆弧的圆心在YC轴。（6）选择左侧圆弧的圆心与XC轴，弹出结束设置工具栏，设置左侧圆弧的圆心在XC轴。（7）选择右侧圆弧的圆心与XC轴，弹出结束设置工具栏，设置右侧圆弧的圆心在XC轴。（8）选择草图曲线工具栏上的修剪按钮，剪切多余的线段。剪切效果及草图约束如图3-4所示。（9）在工具栏上单击完成草图按钮，退出草图窗口。 图3-42.1.3建立拉伸体 （1）单击拉伸按钮或插入菜单栏的插入-成形特征-拉伸，弹出拉伸体对话框。 （2）在绘图窗口选择草图，此时系统以红色高亮显示所选图形，在拉伸体对话框中单击确定。 （3）进入拉伸体的构建方式对话框，设置起始距离为：0，终点距离为：-30，第一偏置和第二偏置皆为：0，其他设置默认，生成拉伸体。图3-5（4）单击取消按钮，退出拉伸体对话框。 图3-52.1.4绘制引导线（1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入草图窗口。（2）定义草图平面，以基准坐标系的ZC-YC平面作为草图平面，在此平面上绘制草图。（3）运用草图曲线工具栏上的工具绘制草图并建立草图尺寸约束。尺寸标注如图3-6所示。 图3-6 （4）在工具栏上单击选择完成草图按钮，退出草图窗口。2.1.5绘制截面线 （1）单击成形特征工具栏上的基准面按钮，选择基准坐标系的ZC-XC平面，接着选择引导线的端点，如图3-7所示。 图3-7 图3-8 （2）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口。选择基准面1作为草图平面，运用草图曲线工具栏上的工具绘制草图。（3）建立草图几何约束，设置截面线圆弧与YC轴上。（4）建立草图尺寸约束，尺寸标注如图3-8。（5）单击完成草图按钮，退出草图窗口。2.1.6生成曲面（1）选择菜单栏上的插入-扫掠，选择引导线，单击确定按钮。（2）提示栏显示选择截面曲线，选择前步草图。（3）选择引导线，选择之前绘制的引导线（图3-6）（4）其他设置默认，点击确定，获得曲面如图3-9所示。 图3-9 2.1.7曲面剪切 （1）单击特征操作工具栏上的裁剪体按钮，弹出裁剪体对话框，选择要裁剪的目标实体，确定后选择图中显示的方向箭头接受默认的裁剪方向。获得裁剪效果如图3-10所示。图3-10 2.2建立壳体2.2.1建立圆角（1）单击特征操作工具栏上的边倒圆 按钮，弹出边倒圆对话框，在对话框中选取半径为:3；其他设置默认，选择边界，单击确定按钮获得圆角特征，如图3-11、3-12所示。图3-11 图3-122.2.2建立听筒凹槽（1）进入绘制草图窗口，在工作图形区左上角显示草图平面选择工具图标。以基准坐标系的XC-YC平面作为草图平面，在此平面上绘制草图。（2）单击椭圆图标，弹出点构造器对话框，设置椭圆的中心为：（0，50，0），单击确定按钮弹出生成椭圆对话框。（3）设置椭圆参数，设置长半轴为:5，短半轴为：2.5，起始角为：0，终止角为：360，旋转角度为：0，单击确定按钮，获得椭圆草图，如图3-13所示。 图3-13 图3-14 （4）单击取消退出生成椭圆对话框，选择完成草图按钮，退出草图窗口。单击成形工具栏上的拉伸图标，生成如图3-14的拉伸体。2.2.3生成壳体 （1）单击特征操作工具栏上的抽壳图标按钮，弹出抽壳对话框。 （2）在抽壳对话框中设置抽壳类型为：移除面然后抽壳，厚度为：1.5，选取要冲孔的面，完成各项设置后单击确定，即可获得抽壳特征，如图3-15所示。（3）单击取消退出抽壳对话框。图3-152.3建立缺口特征 2.3.1 建立屏幕缺口(1)进入绘制草图窗口，在工作图形区左上角显示草图平面选择工具图标，以基准坐标系的XC-YC平面作为草图平面，在此平面上绘制草图。（2）单击矩形按钮，绘制矩形。如图3-16所示。 图 3-16 图3-17 （3）在工具栏上单击完成草图按钮，退出草图窗口。 （4）选择菜单栏的插入-成形特征-拉伸，弹出拉伸体对话框，在绘图窗口选择草图，此时系统以红色高亮显示所选图形，在拉伸体对话框中单击确定按钮。 （5）进入拉伸体的构建方式对话框，在此对话框中选择方向和距离，弹出矢量构成，在该对话框中选择ZC轴正方向。（6）设置拉伸参数，设置起始距离为：0，终点距离为：-30、第一偏置和第二偏置都为：0；在布尔操作中选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，如图3- 建立听筒缺口 （1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 （2）以基准坐标系的XC-YC平面作为草图，在此平面上绘制草图。单击椭圆图标，弹出点构造器对话框，设置椭圆中心为（-2，50，0）。单击确定按钮弹出生成椭圆对话框，设置椭圆参数为：长半轴为1，短半轴为0.5，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为120。（3）设置椭圆中心为（2，50，0），椭圆各参数为：长半 （7）单击取消按钮，退出拉伸体对话框。 图3-18听筒缺口特征轴为1，短半轴为0.5，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为120；如图3-18所示。 图3-19听筒缺口特征（4）单击完成按钮，推出草图窗口。（5）单击拉伸体图标，选择上面所画的两椭圆；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择ZC方向，参数设置：起始距离为0，终点距离为30，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，听筒缺口特征如图3-19所示。（6）单击取消按钮退出拉伸体对话框。2.3.3建立蝶形按键缺口 （1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 （2）以基准坐标系的XC-YC平面作为草图，在此平面上绘制草图。单击椭圆图标，弹出点构造器对话框，设置椭圆中心为（0，-2，0）。单击确定按钮弹出生成椭圆对话框，设置椭圆参数为：长半轴为7，短半轴为5.5，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为90。（3）设置椭圆中心为（0，-2，0），椭圆各参数为：长半轴为16，短半轴为5，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为25。（4）设置椭圆中心为（0，-2，0），椭圆各参数为：长半轴为16，短半轴为5，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为-25。（5）单击草图工具栏上的修剪按钮，剪切多余线段，效果如图3-20所示，退出草图功能。2 图3-20 （6）单击拉伸体图标，选择上面所画的草图；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择ZC方向，参数设置：起始距离为0，终点距离为30，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，蝶形按键缺口特征（6）单击取消按钮退出拉伸体对话框。2.3.4建立接听按键缺口 （1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。1 （2）以基准坐标系的XC-YC平面作为草图，在此平面上绘制草图。点出生成椭圆对话框，设置椭圆参数为：长半轴为4，短半轴为2，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为0。单击确定按钮，草图如图3-30所示。 （3）单击椭圆图标，弹出点构造器对话框，设置椭圆中心为（-17，-2，0）。单击确定按钮弹出生成椭圆对话框，设置椭圆参数为：长半轴为4，短半轴为2，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为0。单击确定按钮。（4）回到点构造器对话框，设置椭圆中心为（17，-2，0）。单击确定按钮弹出生成椭圆对话框，设置椭圆参数为：长半轴为4，短半轴为2，起始角为0,终点角度为360，旋转角度为0。单击确定按钮，草图如图3-21所示。 图3-21 图3-22（5）单击完成草图功能，退出草图功能。（6）单击拉伸体图标，选择上面所画的草图；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择ZC正方向，参数设置：起始距离为0，终点距离为30，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，接听缺口特征如图3-22所示。（7）单击取消按钮退出拉伸体对话框。2.3.5建立数字按键缺口（1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 （2）以基准坐标系的XC-YC平面作为草图，在此平面上绘制草图。（3）用工具绘制草图并标注，如图3-23所示。（4）单击拉伸体图标，选择上面所画的草图；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择ZC正方向，参数设置：起始距离为0，终点距离为30，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，接听缺口特征。（5）单击取消按钮退出拉伸体对话框（6）选择菜单栏插入-关联复制-实例特征，弹出实例对话框，在对话框中选择矩形阵列；在引用对话框的特征选择过滤器列表中选择数字按键缺口特征，单击确定弹出引用的参数对话框；在引用的方法选项组中选择常规，在沿X向的数量文本框中输入“1”、XC偏移文本框中输入“1” 图3-23绘制草图并标注在沿Y向的数量文本框中输入“4”、YC偏移文本框中输入“-9”，完成各项参数的设置后，在绘图窗口内会显示阵列形状与位置，确认无误后确定后在生成引用对话框中选择是，如图3-24所示。图3-24矩阵阵列设置 图3-25 镜像特征（7）单击后按钮退回引用对话框，选择镜像特征，弹出对话框；在部件中的特征列表中选择矩形阵列特征，选择需阵列的对象，选择ZC_YC平面为镜像平面，单击确定，获得镜像特征如图3-25所示。（8）单击确定退出镜像特征对话框。（9）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 2.3.6建立音量控制缺口（1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 （2）以基准坐标系的ZC-YC平面作为草图，在此平面上绘制草图。（3）用工具绘制草图并标注，如图3-26所示。（4）退出草图功能；单击拉伸体图标，选择上面所画的草图；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择XC正方向 ，参数设置：起始距离为0，终点距离 为70，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体。（5） 单击取消按钮退出拉伸体对话框；单击特征操作工具栏上的边圆角按钮，弹出边缘圆角对话框，在对话框中选取圆角类型为边界，默认半径为2，选择边界；单击确定按钮获得圆角特征如图3-27所示。图3-26 绘制草图并标注 图3-27 圆角特征2.3.7建立充电插槽缺口（1）单击成形特征工具栏上的草图按钮，进入绘制草图窗口，在工作图形左上角显示草图平面选择工具图标。 （2）以基准坐标系的ZC-XC平面作为草图，在此平面上绘制草图。（3）用工具绘制草图并标注，如图3-28所示。（4）退出草图功能；单击拉伸体图标，选择上面所画的草图；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择XC正方向 ，参数设置：起始距离为0，终点距离 为70，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，效果如图3-29所示。（5）单击取消按钮退出拉伸体对话框。 图3-28绘制草图并标注 图3-29充电插槽缺口2.4建立镶边2.4.1提取曲线 （1）选择菜单栏的插入-曲线操作-提取，弹出提取曲线对话框；在对话框中选择边界曲线，弹出单个边曲线对话框；选择手机壳外沿边界曲线，如图3-30所示。选择边界 图3-30 选择镶边线 图3-31拉伸镶边线特征（2）选择完后单击确定，获得镶边线；单击取消退出提取曲线对话框。2.4.2拉伸镶边（1）单击拉伸体图标，选择镶边线；在对话框中选择方向和距离；矢量构成选择ZC正方向 ，参数设置：起始距离为0，终点距离 为2，第一偏置和第二偏置都为0；在布尔操作选择减，弹出选择对话框，选择手机壳体为被剪切体，效果如图3-31。所示。（2）单击取消按钮退出拉伸体对话框。2.4.3保存 整个零件绘制完成，选择文件-保存来存储文件。3 注塑模具设计3.1注射模设计的基本原则 注射模结构设计的正确性和模具制造及装配精度都直接影响到塑件的质量。在设计注塑模具时必须遵循以下基本原则：.为加工和装配方便，模具结构和零件的形状应该力求简单。 .为确保产品质量和模具使用寿命，模具应具有适当的精度、表面粗糙度、强度和刚度。.模具结构的有关尺寸与所选用的注塑机的相关参数相适应，包括注射机的最大注射量、锁模力、装模部分的尺寸等。.根据塑料熔体的流动性和塑件外形、尺寸及外观要求，认真分析熔体在浇注系统及型腔各处的流动状态，熔接部位及型腔内原有气体排除方式等，合理确定模具总体结构、分型面、浇注系统等。以控制熔体充模、结晶、收缩及补缩，改善成型条件，从而获得外形清晰，尺寸稳定、内应力小、无气泡、无缩孔、无凹陷的塑件。.根据塑件的结构特征，正确确定抽芯及推出结构。.为确保塑件质量和注射成型顺利进行，正确设计模具的加热或冷却装置。.模具制造周期短，成本低。3.2分型面的选择3.2.1分型面选择的一般原则分型面的选择是塑料模设计首先要解决的一个问题，分型面的选择是否得当，对塑件的质量、模具的使用和制造都有很大影响。因此，分型面是决定模具结构形式的重要因素。 分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为它受到塑件的形状、壁厚、尺寸公差及表面粗糙度、嵌件位置及其形状、塑件在模腔中的成型位置、推出方法、浇注系统设计、模具类型、模具排气、模具制造及其操作等各种因素的影响。因此，在选择时要认真分析，综合比较，从几种方案中找出一种比较合理的方案。对某一塑件，以下分型面选择原则可能发生矛盾，不能全部符合下述选择原则时，应根据实际情况，以满足塑件的主要要求为宜。 选择模具分型面时，通常应遵循以下基本原则:1.分型面应便于塑件的脱模。2.分型面的选择应用利于侧向分型与抽芯。3.分型面的选择应保证塑件的质量。4.分型面的选择应有利于防止溢料。5.分型面的选择应有利于排气。6.分型面的选择应尽量使成型零件便于加工。7.选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。 该塑件为手机上盖外壳，表面质量无特殊要求，该零件的高度为16.69mm，且垂直于轴线的截面形状比较简单和规范，若选择如图4-1所示垂直分型方式既可降低模具的复杂程度，减少模具加工难度又便于成型后的脱模。故选用如图4-1所示的分型方式较为合理。图4-1 分型面的选择3.2.2分型面的具体操作步骤1.加载产品（1）选择菜单栏的应用-注塑模向导，弹出 注塑模向导 工具栏。（2）单击注塑模向导工具栏上的按钮，弹出打开部件文件对话框；选择刚完成的手机产品文件，单击OK按钮。（3）在弹出的项目初始化对话框中，改变项目的路径，创建mobile文件夹。如图4-2所示。 图4-2 项目初始化对话框 图4-3模具 CYCS对话框2.模具坐标系（1）单击 注塑模向导 工具栏上的按钮，弹出模具 CYCS对话框，如图4-3所示。（2）单击确定按钮，设置该坐标系与工作坐标系相匹配。3.设定毛坯.设置成型镶件（1）单击 注塑模向导工具栏上的按钮，弹出工件尺寸对话框，选用标准长方体选项，采用距离余量法定义成型镶件尺寸。 图4-4 毛坯参数设置 图4-5 成型镶件（2）在成型镶件的尺寸输入区中将X_向长度设置为120；Y_向长度设置为190； Z_向下移设置为27；Z_向上移设置为56；如图4-4所示。（3）单击应用按钮，获得成型镶件如图4-5所示。（4）单击取消退出对话框。、.布局（1）单击 注塑模向导 工具栏上的按钮，弹出布局对话框。 （2）在布局对话框中选择，单击取消退出布局对话框。.分型点击进入分型管理器（一）建立分型线单击图标上的按钮，弹出分型线对话框；弹出分型线对话框，在对话框中选择自动搜索分型线，弹出搜索分型线对话框，顶出方向Z 轴向上。点击应用，确定，应用。分型线如图4-6所示（二）创建补片选择按钮，弹出补丁环选择对话框，环搜索方法选择自动，修补方法选择型腔侧面，单击自动修补，UG/注塑模向导 将建立一个修补片体，如图4-7所示。 图4-6 分型线 图4-7自动修补 （三） 建立分型面（1）选择分型面 ，弹出创建分型面对话框。（2）在创建分型面对话框中选择创建分型面。（3）在分型面对话框中选择有界平面按钮，系统产生一个分型面，如图4-8所示。图4-8分型面 图4-9型腔模型3.3确定型腔布置及型芯和型腔的建立3.3.1确定型腔布置 综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，本塑件在注射时采用一模一件，即模具只需要一个型腔。3.3.2型芯和型腔的建立（1）选择分型管理器对话框的提取区域和分型线 ，弹出区域和直线对话框；在区域和直线对话框中边界曲面,抽取区域边界边,（2）单击确定接受系统定义的型芯和型腔区域，并再次回到分型管理器对话框；在对话框中选择创建型芯和型腔 ，弹出型芯和型腔对话框；在对话框中的公差设置为0.1，选择自动创建型腔型芯按钮（3）如图4-11所示，屏幕显示型腔和型芯镶块。 图4-10 型芯模型 图4-11 完成的型腔芯和型芯镶块3.4结构零件的设计3.4.1合模导向机构的设计.导向机构的作用：（1）导向作用上模和下模合模时，首先是导向零件接触，引导上、下模准确合模，避免凸模或型芯先进入型腔，以保证不损坏成型零件。（2）定位作用避免模具装配时认错方位而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保证正确的形状，不致由于位置的偏移而引起塑件壁厚不均，对于垂直分型的两瓣对拼凹模，合模销可以保证在合模时定位的准确。（3）承受一定的侧向压力 塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力，或由于成型设备精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧向压力。.导向零件的的设计原则（1） 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套时发生变形。（2） 根据模具的形状和大小，一副模架一般需要2-4个导柱。（3） 为了便于塑件脱模，导柱通常安装于定模或动模。（4） 当上模板与下模板采用合并加工工艺时，导柱装配处直径应与导套外径相等。（5） 为了保证分型面很好地接触，导柱和导套在分型面处应有承屑槽，一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角。（6） 各导柱、导套的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。3.4.2支撑零件的设计 塑料模的支撑零件包括动模（或下模）座板、定模（或上模）板、动模（或下模）板、定模（或上模）板、支撑板、垫块等。塑料模的支撑零件起装配、定位和安装作用。（1）动模座板和定模座板它是动模和定模的基座，也是固定式塑料模与成型设备连接的模板。因此，座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上的模具的安装板向适应。座板还必须有足够的强度和刚度。其尺寸可参照标准模板（GB4169.8-84）。（2）动模板和定模板 它的作用是固定凸模或型芯、凹模、导柱、导套等零件，又称为固定板。由于模具的类型和结构的不同，固定板的工作条件也有所不同。因而固定板应有足够的强度和刚度。为了保证凹模、型芯等零件固定稳定，固定板应有足够的厚度。其尺寸可参照标准模板（GB4169.8-84）。（3）支承板 它是垫在固定板背面的模板，作用是防止型芯或凸模、凹模、导柱、导套等零件的脱出，增强这些零件的稳定性并承受型芯和凹模等传递而来的成型压力。因而，支承板应有足够的刚度和强度，以承受成型压力而不过量变形。其尺寸可参照标准模板（GB4169.8-84）。（4）垫块 其作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动的空间，或调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求。其尺寸可参照有关标准（GB4169.8-84和GB4169.10-84）。本塑料模具的支承零件组合如图4-12所示。图4-12 注射模支撑零件的组合1-定模座板 2-定模板 3-动模板 4-支撑板 5-垫块 6-动模座板 7-推板 8-推杆固定板3.4.3添加模架 （1）单击Mold Wizard 工具栏上的按钮按钮，弹出模架库对话框，在模架库对话框的catalog下拉式列表中选择“HASCO_E”模架，类型为“Typel”，对话框中显示所选的模架的结构图，同时显示所选模架的尺寸及合适的选用值。选择“190246”规格的模架，如图4-13所示。图4-13 设置模架 图4-14 模架与模芯（2）单击确定，加入模架如图4-14所示。（3）改变视图，显示左视图如图4-15所示，可以看到模架的上、下模板的厚度与模芯尺寸不相匹配。（4）重新打开模架库对话框，在对话框中单击按钮，打开编辑模板对话框，选择上模板使之高亮显示，此时，对话框中也显示相应的模板类型、形状和尺寸；在plate_h的下拉列表中编辑板厚为56，单击确定选择下模板使之高亮；此时，对话框中也显示相应的模板类型、形状和尺寸，在plate_h的下拉列表中编辑板厚为56，单击确定。（5）更新后的模架如图4-16所示。图4-15模架左视图 图4-16更新后的模架3.5浇注系统的设计3.5.1浇注系统设计的原则深入了解塑料的工艺性能，分析浇注系统对塑料熔体流动的影响，以及在充模、保压、补缩和倒流各阶段中，型腔内塑料的温度、压力变化情况，以便设计出适合塑料工艺特性的理想的浇注系统，保证塑料制品的质量。排气良好。流程要短 在保证成型质量和满足良好的前提下，尽量缩短塑料的流程，这样就能够缩短填充及冷却的时间，缩短成型周期，从而提高成型效率，较少塑料用量。避免料流直冲型芯或嵌件。要求热量及压力损失最小。修整方便，保证塑件外观质量。 设计浇注系统时要结合塑件大小、形状及技术要求综合考虑，做到去除、修整浇口方便，无损塑件的美观和使用。防止塑件变形。浇注系统设计要结合型腔布局的同时考虑浇注系统的形式与型腔布局关系。浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小，容积应尽量少，这样既能较小所需锁模力，又能减少塑料耗量，同时也缩短了成型周期。3.5.2主流道的设计 主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的轴线重合，以利于浇注系统的对称分布。主流道的断面形状常为圆形。如直径过小，塑料在流动过程中冷却面积相对增加，热量损失大，粘度增加，流动性降低，成型压力损失大，造成成型困难；如主流道直径过大，会使流道容积加大，塑料耗量增多，而且会使塑料流动过程中压力减弱，冷却时间延长，容易产生紊流或涡流，是塑件产生气孔，影响塑件质量。因此，主流道的设计要点为：（1） 为便于凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角=26，内壁粗糙度必须小于0.4um。其小端直径常为36mm。（2） 主流道大端处应呈圆角，其半径常取r=13mm，以减小料流转向过渡时的阻力。（3） 在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度L应尽量的短，否则会使主流道凝料增多，塑料耗量大，且压力损失大，使塑件降温过多而影响注射成型。（4）图4-17主流道综合以上因素考虑，主流道设计如图4-17所示。3.6推出机构的设计推出机构的设计原则；塑件留在动模上 在设计模具的结构时，必须考虑在开模过程中保证塑件留在有顶出装置的那部分，即留于动模上。塑件不变形或不损坏。良好的塑件外观。结构可靠 推出结构应工作可靠，运动灵活，制造方便，配换容易，且本身具有足够的刚度和强度。推杆设计推杆设计的注意事项：推杆的位置应选在脱模阻力大的地方，也就是使塑件不易变形的部位。推杆应尽可能短，但在推动时，一般应将塑件推至高于型腔顶面10mm左右。推杆与其配合孔或型芯孔一般采用H9/f9的配合并保证一定的同轴度，使其在推出过程中不卡滞，配合长度取直径的1.52倍，通常不小于12mm。推杆通过模具成型零件的位置，应避开冷却通道。在确保塑件质量和顺利脱模的前提下，推杆数量不宜过多，以简化模具和减少对塑件表面质量的影响。推件板设计 薄壁的容器、壳体形塑件以及不允许有推杆痕迹的塑件都可采用推件板推出机构。本塑料模具的推出机构采用推件板推出机构，推件的复位靠合模动作完成。推件板推出机构不必另设复位机构在合模过程中，推件板依靠合模力的作用回到初始位置。3.7浇口设计浇口是浇注系统的关键部分，它对塑件质量影响很大。其作用是使分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔。浇口位置选择原则： 避免制品上产生缺陷。 浇口开设的位置应用利于熔体流动和补缩。 浇口位置应设在熔体流动时能量损失最小的部位。 浇口位置应有利于型腔内气体的排出。 避免塑料制品产生熔接痕。 防止料流将型芯或嵌件挤压变形。 浇口位置的选择应考虑高分子取向对塑料制品性能的影响。 3.8冷却系统设计冷却装置设计原则：7 在满足冷却所需的传递面积和模具结构允许的前提下，冷却回路数尽量多，冷却通道孔径尽量大。 冷却通道的布置应合理。 冷却回路应有利于减小冷却水进、出口水温单位差值。 冷却回路结构应便于加工和清理。冷却回路的布置： 塑件的冷却装置的结构形式很多，必须根据塑件的形状及尺寸、模具结构、浇口位置、型芯及型腔内温度分布等因素综合考虑。根据本塑料模具的情况，采用循环式冷却方式布置。此种冷却方式冷却效果较好，如图4-18所示。 图4-19 冷却管道的布置形式3.9排气系统的设计 模具型腔喜爱塑料填充过程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型和热固性塑料注射成型时，考虑排气是很有必要的。一般在塑料填充的同时，必须将气体排出模外。否则，被压缩的气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体能从型腔中及时排除，本塑料模具采用分型面和模具零件间的配合间隙排气，而不另外开设排气槽的形式。详细情况请见总装配图。103.10模具设计的有关计算）脱模力的计算：6 脱模力是将塑件从包紧的型芯上推出所需克服的阻力。脱模力主要是由于塑件收缩包紧型芯而造成的塑件与型芯的摩擦阻力，而对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时大气压力也是脱模阻力的一大组成部分。FfFtxy 图4-20 受力分析进行塑件的脱模时的型芯受力分析，如图图4-20所示。根据平衡原理，可列出平衡方程：即： （5-1）式中 F-塑件对型芯的包紧力（N）； f-脱模时型芯所受的摩擦阻力（N）； -脱模力（N）； -型芯的脱模斜度；又 F= (5-2) 式中 -塑料对模具钢的摩擦系数，约为0.10.3； A-塑件包容型芯的面积（mm）; p-塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件P约为2439MPa；模内冷却的塑件P约取812MPa；所以 =13673.92（N）脱模力的大小随塑件包容型芯的面积的增加而增加，随脱模斜度的增加而减小。由于影响脱模力的因素很多、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工作条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且只能是个近似值。11）模具加热及冷却系统的计算：本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不加设加热系统。其冷却系统可作如下计算： 设定模具平均工作温度为40，用常温20的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为0.4/h。 塑件在硬化是每小时释放的热量Q3，查表得ABS的单位热量为J/，即Q3=WQ=0.4（J/）冷却水的体积流量V由式得：V=（）有上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量，故查表得，取冷却流道的直径为6mm即可4 数控仿真加工工艺4.1零件的分析（一）零件的作用手机上盖凸模是用来配合手机上盖凹模完成手机上盖注塑成型的。(二)零件的工艺分析手机上壳凸模结构比较复杂，其型面是一个曲面表面，它们都有一定的加工精度、尺寸精度、形位公差和表面质量的要求。有很多地方比较难加工。分析手机上盖凸模模型，可以看到上面有些窄槽，这些地方不适合用数控加工，一般采用电火花加工，需要电火花加工的地方如图5-1所示。另外模具模型的表面特征还有一些棱边，使用数控加工的方法做不到，这些地方也需要进行电火花加工。这里只对数控加工那部分的工艺作分析和制作。8(三)加工工艺分析；手机注塑模具一般是钢件，硬度在HRC=45左右，可以直接加工，不需要退火处理。毛坯为290mm160mm48mm，六面平整。加工原点设置在毛坯上表面的正中间，如下所示：X轴：毛坯模型的中心。Y轴：毛坯模型的中心。Z轴：毛坯模型的上表面。需要电火花加工的地方图5-1 需要电火花加工的地方4.2零件钢材的选用.选材原则：9 根据模具的用途和模具上各个零件的功能进行选择。 更具塑件生产批量进行选择。 根据模具的加工方法和复杂程度进行选择。 根据塑件特性进行选择。.对选钢材的要求： 具有足够的刚度和韧性，以防止模具在工作中的塑性变形和冲击损坏。 高的表面质量和耐磨性，以防止模具在工作中的磨损和抵抗塑料的成型压力。 具有一定的耐热性，而且线膨胀系数小。 具有较高的耐腐蚀性，而且不易生锈。 加工性能好，热处理变形小。综合以上因素，我们选用CrwMn合金工具钢，因其热处理变形小，耐磨性极和耐热性都较好，适合于精度较高、形状复杂的成型零件。加工前需进行退火处理，退火的硬度可能在HRC30左右。4.3加工方案具体的加工方案如下： 粗加工：用20mm的立铣刀，型腔分层铣削，每层铣削0.5mm，加工余量为0.2mm。 二次粗加工：用3的立铣刀，型腔分层铣削，每层铣削0.5mm,加工余量为0.2mm。 半精加工：用8R1的立铣刀，轮廓铣削，加工余量为0.08mm。 半精加工：用4R2的立铣刀，轮廓铣削，加工余量为0.08mm。 表面精加工：用12的立铣刀，平面铣，加工余量为0mm。 表面精加工：用12R6的立铣刀，固定轴曲面轮廓铣，加工余量为0mm。 曲面精加工：用3R1.5的立铣刀，固定轴曲面轮廓铣，加工余量为0mm。 清根加工：用2R1的立铣刀，清根加工，加工余量为0mm。具体的加工工艺方案如表5-1所示：表5-1：序号方法程序名刀具名称刀具直径R角(mm)余量(mm)1型腔粗加工CAV_ROU1D202000.22二次粗加工CAV_ROU2D3300.23半精加工CAV_SEMI1D8_R1810.084二次半精加工CAV_SEMI2D4_R2420.085平面精加工PM_FINISHD2020006曲面精加工FIXED_FINID12_R612607二次曲面精加工FIXED_FINID3_R1.531.508清根加工FlowD2_R12104.4手机凸模的CAM4.4.1初始化加工环境 进入加工模块，弹出“加工环境”对话框，选择“mill_contour”模板，单击“初始化”按钮。4.4.2创建毛坯 进入建模模块，选择“插入”-“设计特征”“长方体”命令，建立120mm190mm48mm的长方体。4.4.3创建加工几何体1.创建加工坐标系（1）选择“操作导航器”工具条的“几何视图”图标，“操作导航器”切换到加工几何组视窗。选择图标，设置以下各选项： “类型”设置为“mill_contour”。 “子类型”选择创建加工坐标系。 “父本组“设置为“GEOMETRY”。 “名称”设置为“MCS”。单击确定，弹出“MCS”对话框，单击原点图标，弹出点构造器对话框，在“XC”输入0，“YC”输入0，“ZC”输入21，单击确定返回“MCS”对话框，单击旋转图标，选择“+ZM轴：XMYM”，“角度”输入-90，单击确定；系统返回到“MCS”对话框。（2）设置安全平面 在“MCS”对话框中选择“间隙”复选框,单击确定。弹出“平面构造”对话框，用来设置间隙平面。单击确定按钮，完成安全平面设置，在图形将显示安全平面的位置；单击确定按钮，系统返回到“创建几何体”对话框。 图5-2 “创建几何体”对话框（3）创建几何体MILL_GEOM 在“创建几何体”对话框中，“子类型”选择，“父本组”选择“MCS”，“名称”设置为“MILL_GEOM”如图5-3所示。单击“应用”按钮，系统弹出“MILL_GEOM”对话框，如图5-3所示。 图5-3 “MILL_GEOM”对话框 在“MILL_GEOM”对话框的上方选择部件几何体图标，选择模具模型，单击确定按钮。 选择毛坯几何体选择图标，在单击“选择”按钮，选取创建好的毛坯单击确定按钮，系统返回“创建几何体”对话框，单击取消按钮，退出创建几何体。（4）创建几何体MILL_GEOM1方法如MILL_GEOM基本相同，只是选择的毛坯不同，几何体MILL_GEOM1的毛坯体在模型的第20层。（5）创建切削区域MILL_AREA1 在“创建几何体”对话框中，“子类型”选择图标，父本组选择“MCS”，名称设置为MILL_AREA1。单击确定按钮，弹出“MILL_AREA”对话框；选择，选择模具模型，连续单击确定按钮；返回到“MILL_AREA”对话框;单击图标，单击“选择”，弹出“切削区域”对话框。选取上面的几个曲面，如图5-4所示，单击确定按钮；切削区域就创建好了。 图5-4所示 选取的曲面（6）创建切削区域MILL_AREA2 与创建切削区域MILL_AREA1方法基本相同，不同的是切削区域的选取曲面；选取的曲面是模具模型上未在切削区域MILL_AREA1上的选取的其余地方。4.4.4创建刀具 1.创建刀具D20 从“加工创建”工具条中选择图标，“类型”选择，在名称文本框中输入“D20”,单击确定按钮；设置刀具参数如下: 设定“直径”为20；“底圆角半径”为0；“刀具号”为1；其他选项依照内定值设定。2. 创建刀具D3 设置刀具参数如下: 设定“直径”为3；“底圆角半径”为0； “刀具号”为2；其他选项依照内定值设定。3. 创建刀具D8_R1 设置刀具参数如下: 设定“直径”为8；“底圆角半径”为1； “刀具号”为3；其他选项依照内定值设定。4. 创建刀具D4_R2 设置刀具参数如下: 设定“直径”为4；“底圆角半径”为2； “刀具号”为4；其他选项依照内定值设定。5. 创建刀具D12_R6 设置刀具参数如下: 设定“直径”为12；“底圆角半径”为6； “刀具号”为6；其他选项依照内定值设定。6. 创建刀具D3_R1.5 设置刀具参数如下: 设定“直径”为3；“底圆角半径”为1.5； “刀具号”为7；其他选项依照内定值设定。7. 创建刀具D2_R1 设置刀具参数如下: 设定“直径”为2；“底圆角半径”为1； “刀具号”为8；其他选项依照内定值设定。4.4.5设置加工方法 双击“操作导航器”栏上的“MILL_ROUGH”图标，设定“部件余量”为0.2；双击“操作导航器”栏上的“MILL_SEMI_DINISH”图标，设定“部件余量”为0.08; 双击“操作导航器”栏上的“MILL_FINISH”图标，设定设定内公差和切出公差为0.003，单击确定按钮。4.4.6粗加工CAV_ROU1 1.创建操作在单击按钮，设置如下各项：“类型”设置为“mill_contour”。“子类型”选择图标。“程序”设置“PROGRAM”。“使用几何体”设置为“MILL_GEOM”。“使用刀具”为“D20”“使用方法”设置为“MILL_ROUGH”“名称”设置为“CAV_ROU1”2.选择切削方式和设置切削用量 图5-5 在“CAVITY_MILL”对话框中进行如图5-5。1. 设置进刀/退刀方式 在“CAVITY_MILL”对话框中的进刀/退刀选项组，单击“自动”按钮，设置如图5-8所示。2. 设置切削参数在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“切削”按钮进入切削参数设置：（1）选择“strategy”选项卡设置：设置“切削顺序”为层优先。“切削方向”为顺铣切削。“切削区域延伸”为0。“毛坯距离”为0。（2）选择“更多”选项卡，激活“边界近似”；激活“容错加工”。5.设置进给参数1.在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“进给率”按钮进入切削参数设置：（1） 选择“速度”选项卡：设置“主轴转速”为1000。“单位”为“RPM”。其他依照默认设定。（2） 选择“进给”选项卡，设定如下参数：“进刀”为400“剪切”即进给速度为800“退刀”为400其他选项依照默认设定（3） 选择“更多”选项卡，设置“主轴方向”为“CLW”，单击确定按钮。6.产生刀具路径并生成NC程序%N0010 G40 G54 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T01 M06N0040 G0 G90 X2.8758 Y-.0147 S0 M03N0050 G43 Z.9449 H01N0060 Z.9254N0070 G1 Z.8073 F15.7 M08N0080 X2.6238N3860 X-1.159 Y-2.1198 I.1742 J.5579N3870 X-1.1645 Y2.0904 I11.21 J2.1199N3880 X-.6745 Y2.6069 I.6482 J-.1243N3890 X.6745 I.6745 J-2.6259N3900 X1.1645 Y2.0904 I-.1583 J-.6409N3910 X1.3035 Y1.1107 I-11.2122 J-2.0903N3920 G3 X1.4431 Y.8972 I.2743 J.0269 F15.7N3930 M02%4.4.7二次粗加工CAV_ROU2 复制、粘贴CAV_ROU1，改名为CAV_ROU2,选择刀具为“D3”；重新选择几何体为“MILL_GEOM1”。（1）设置切削方式和切削用量在“CAVITY_MILL”对话框中，设定如下切削方式和切削用量： 选择切削方式：下型腔铣对话框中，“切削方式”设置为“跟随工件”。 定义切削步进设置方法：先选择定义方式，在下拉式设定中选择“恒定的”为步进定义方式。设定切削步距：设定“距离”为2.5。（2）设置切削层在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“切削层”按钮，删除以前的切削层，选择上模的屏幕缺口处，设定“每一刀的全局深度”设置为0；选择上模的圆角曲面，“每一刀的全局深度”设置为0.3；单击确定按钮。（3）在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“进给率”按钮进入切削参数设置：选择“速度”选项卡：设置“主轴转速”为3500。“单位”为“RPM”。其他依照默认设定。选择“进给”选项卡，设定如下参数：“进刀”为300“剪切”即进给速度为600其他依照默认设定，单击确定按钮。（4） 产生刀具路径并仿真加工，其效果如图5-6所示。图5-6效果图（5）生成NC程序%N0010 G40 G54 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N8020 X-.9935 Y-.8095 I10.8774 J2.0829N8030 G3 X-1.1278 Y-.5926 I-.2748 J-.0202 F15.7N8040 M02%4.4.8半精加工CAV_SEMI1复制、粘贴CAV_ROU1，改名为CAV_SEMI1,重新选择刀具为“D8_R1”；重新选择方法为“MILL_SEMI_FINISH”（1）设置切削方式和切削用量在“CAVITY_MILL”对话框中，设定如下切削方式和切削用量： 选择切削方式：下型腔铣对话框中，“切削方式”设置为“轮廓”。步进选择为：残余波峰高度。“高度”设置为0.1“每一刀的全局深度”设置为0.4（2）设置进给参数在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“进给率”按钮进入切削参数设置：选择“速度”选项卡：设置“主轴转速”为2000。“单位”为“RPM”。其他依照默认设定。选择“进给”选项卡，设定如下参数：“进刀”为300“剪切”即进给速度为700其他依照默认设定，单击确定按钮。（3）产生刀具路径并生成NC程序%N0010 G40 G54 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N3230 G3 X-2.631 Y.3099 I-.2756 J0.0N3240 M02%4.4.9半精加工CAV_SEMI2复制、粘贴CAV_SEMI1，改名为CAV_SEMI2,重新选择刀具为“D4_R2”；选择方法为“MILL_SEMI_FINISH”（1）设置切削方式和切削用量在“CAVITY_MILL”对话框中，设定如下切削方式和切削用量： 选择切削方式：下型腔铣对话框中，“切削方式”设置为“轮廓”。步进选择为：残余波峰高度。“高度”设置为0.1（2）设置进给参数在“CAVITY_MILL”对话框中，单击“进给率”按钮进入切削参数设置：选择“速度”选项卡：设置“主轴转速”为2600。“单位”为“RPM”。其他依照默认设定。选择“进给”选项卡，设定如下参数：“进刀”为300“剪切”即进给速度为500其他依照默认设定，单击确定按钮。（3）产生刀具路径并生成NC程序%N0010 G40 G54 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N1350 X1.0357 Y-.1231 I-10.8867 J-2.0367N1360 G3 X1.1513 Y-.3506 I.2755 J-.0031N1370 M02%4.4.10平面精加工PM_FINISH 1.创建操作在单击按钮，设置如下各项：“类型”设置为“mill_planar”。“子类型”选择图标。“程序”设置“PROGRAM”。“使用几何体”设置为“MILL_GEOM”。“使用刀具”为“D20”“使用方法”设置为“MILL_FINISH”“名称”设置为“PM_FINISH”2.选择切削方式和设置切削用量 在“FACE_MILLING_ARER”对话框中进行参数如下设定：“切削方式”选择“跟随工件”“步进”选择“恒定的”设定步距：设定“距离”为16。“毛坯距离”为3。“每一刀的全局深度”为0。3.设置进给参数在“FACE_MILLING_ARER”对话框中，单击“进