手机外壳注塑模具设计

1、I手机外壳注塑模具设计手机外壳注塑模具设计*（*大学，*学院* * *）摘摘 要要模具工业不断发展的今天，CAD/CAM技术以其先进的制造方式已经逐渐成为模具设计制造的主流方式。而注塑模具作为模具工业的一个重要的分支，CAD/CAM技术在注塑模具的生产制造中使用得最为广泛。UG NX作为CAD/CAM中的一个标志性的软件，具有强大的三维设计功能，是注塑模具设计的强有力帮手。 本论文以手机外壳为例,对其结构及其注塑工艺进行了分析。在UG软件环境下,运用Mold Wizard模块,对手机外壳模具进行了在前期准备、工件分型、加载标准件和建立冷却与浇注系统等设计,并介绍了设计过程中的原则，从而展现使用

2、UG/Mold wizard模块进行注塑模具设计的优越性。 关键词：关键词：手机外壳；模具设计；Mold WizardIIABSTRACTNowadays, as the mold industry growing, CAD/CAM technology with its advanced manufacturing methods has become the mainstream form of mold design and manufacturing. And the injection mold is an important branch of industry, CAD/CAM

3、technology in injection mold manufacturing is the most widely used. As a symbolic software in CAD/CAM, UG NX has a powerful 3D design function, and is a powerful helper of the injection mold design.This article takes the example of mobile phone and analyzes its structure and molding process. In the

4、circumstance of UG software, use Mold Wizard module for mobile phones shell molds in preparation, job classification, standard parts and building cooling load and the pouring system to design, and introduce the principles of the design process, thus showing advantages of using UG / Mold wizard modul

5、e to design the injection mold.Key words: Mobile Phone Cover；Mold Design；Mold WizardIII目录摘 要.IABSTRACT.II第一章 绪论.11.1 选题背景及研究意义.11.2 国内外研究现状.21.2.1 国内外注塑模具研究现状.21.2.2 UG 软件介绍.21.2.3 注塑模具的发展趋势.31.3 本文主要的研究内容.3第二章 手机外壳分析.42.1 手机外壳数据.42.2 塑件件结构特征、塑料的性能、技术要求及结构工艺性的分析.42.2.1 尺寸及精度.42.2.2 壁厚.52.2.3 脱模斜度.52

6、.2.4 圆角.52.2.5 粗糙度.52.2.6 塑料性能说明.6第三章 基于 UG NX5 下的手机模具设计.73.1 UG 注塑模向导（Mold Wizard）模块.73.2 模具设计初始化.83.2.1 设计模型预处理.83.2.2 设计模具初始化.103.3 型腔布局.143.3.1 多腔布局.14IV3.3.2 开刀槽.143.4 分型设计.153.5 标准模架导入.183.6 滑块和内抽芯机构设计.193.6.1 滑块机构设计.193.6.2 内侧抽芯机构设计.233.7 浇口套和定位环设计.253.7.1 添加定位环.253.7.2 添加浇口套.263.8 浇注系统设计.263

7、.8.1 流道设计.263.8.2 浇口设计.273.9 冷却系统设计.283.10 脱模机构设计.293.10.1 推杆设计.293.10.2 拉料杆设计.303.11 复位机构设计.313.13 模具建腔.323.14 生成模具材料清单.333.15 生成模具图纸.34小结.37致谢.38参考文献.391第一章第一章 绪论绪论1 1.1.1 选题背景及研究意义选题背景及研究意义近几年来 我国移动通讯市场增长迅速 手机用户的普及率迅速上升 据 IDC 的数据 ，2004 年全球手机出货量为 6.645 亿部 我国境内生产的手机约占 35.1% 我国手机用户 3.348 亿 （新增 6487

8、万户） 约占全球用户总数的 20%， 其中每百人移动电话拥有量为 25.9 部 比 2000 年增加 19.1 部。最新的数据显示，到 2008 年 3 月底我国手机用户超过了5.74 亿户。我国已成为全球手机生产销售第一大国。与此同时， 随着手机由模拟向数字发展， 我国的手机在造型和功能方面的变化也是日新月异， 手机的体积和重量都朝着轻、薄、小巧方向发展， 功能也越来越丰富。演变出来的便是手机竞争异常激烈，手机生产厂商想在竞争中占取优势，不仅要在技术上，靓丽的手机外观更能吸引顾客的目光，在市场上拔得头筹。因此这就对手机外壳模具的设计生产有了更苛刻的要求，不仅要在时间上，对于技术上进步更为迫切

9、。手机模具作为模具工业里的一个分支，可谓一枝独秀。手机作为较高档商品，同时有如此快的更新换代速度。这意味这其背后附带着高利润的收益，从另一个角度看，这其中更是伴随着激烈的竞争，谁更快速、谁更优质、谁更低廉，谁就能生存和发展。所以手机模具的生产技术必须不断提高。对于我国，塑料模具工业从起步比较晚，才历经了半个多世纪，虽我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。发达国家从 30 世纪 80 年代中期就已广泛吃用CAD/CAE/CAM 技术，利用计算机对塑料模具进行辅助设计和辅助制造，并对模具设计各个环节进行定量

10、计算和数值模拟分析，藉此缩短塑料模具设计。因此我国与外国相比，在模具工业上的路，还有很长一段路要走。发达国家之所以采用注塑模具 CAD/CAE/CAM 技术，是因为有以下几个方面的优点：141.提高模具质量。CAD 技术的应用，使得模具设计更加准确、快速；CAM 技术可自动生成模具成型零件的加工刀具轨迹，使零件尺寸精度高、表面粗糙度好；CAE 技术可优化模具设计方案，帮助设计人员设计出正确合理的模具结构。2缩短模具制作周期。CAD 系统中存储有模具标准件、常用设计计算程序库及各种设计参数的数据库，应用计算机自动绘图，可大大缩短设计时间，CAE 应用于设计，可减少因单凭经验设计而不得不反复修模花

11、去的时间。此外，数控机床的应用，也大幅度的提高了生产效率。3. 降低成本。计算机和绘图仪的自动化工作节省大量的劳动力，CAE 的辅助分析减少了修模和试模时间，生产周期缩短，同时大大增加了产品的市场竞争能力。4.充分发挥设计人员的主观能动性。CAD/CAE/CAM 有助于设计人员从繁重的计算和绘图中解放出来，去从事更多的创造性劳动。5.提高企业的管理水平。CAD/CAE/CAM 技术的应用，使企业的产品开发、模具设计和制造建立在科学、定量分析的基础上，减少盲目性，同时，可使整个模具生产过程中的人、财、物的管理建立在更加科学合理的基础上。2采用 CAD/CAE/CAM 技术，对塑料模具进行辅助设计

12、和辅助制造对手机和手机模具的不断发展，起到了其他方式无法比拟的作用。对于提高我国注塑模具设计和制造的能力，具有重要意义。1.21.2 国内外研究现状国内外研究现状1.2.1 国内外注塑模具研究现状我国塑料模的发展迅速。我国塑料模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展。模具水平有了较大提高。在大型模具方面，已经能生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。精密塑料模具方面，可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。用这些模具生产的一些塑料制品制件达到了国外同类产品的水平。塑料模的设计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的开发和应用。但与国外塑料模具的先进水平相比,

13、依然存在一定差距。1在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化、商品化尚待规模；CAD、CAE、Flow Cool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。具体的说，就模具材料和标准件看。国内大多数冶金设备、工艺较落后，大多采用电炉冶炼，钢的纯度差，表而脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低，一般质量的模具钢多，高质量的模具钢材少。而国外模具钢生产 80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产，钢材纯度、等向性高。而国内通过电渣

14、重熔生产的模具钢所占的份额很少，大约 1/ 10。国外发达国家的模具钢成材率在 85%一 90%c，而国内成材率仅为 70%。与国外相比存在很大差距。从加工设备、模具制造工艺和测量技术上， （1）德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或 4 轴一 5 轴联动的高速加工机床，能实现模具型而的镜而加工。而国内模具企业的 4 轴一 5 轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大。 （2）德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在线测量，这方而国内至少差 15-20 年。 （3）德国的精密品牌产品，

15、除了加工过程中的在线检测外，手机类、剃须刀类的产品，全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表而和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光 3D 测试等。这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。对2于我国在这方面的检测还未跟上。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。我国多所研究部门和许多高校也在积极地开展具有自主知识产权的 CAG/CAE/CAM 软件的探索研究，在一定已取得了可喜的研究成果。1.2.2 UG 软件介绍现今手机的功能越来越丰富，体积越来越小，造型越来越美观，充分体现了技术与艺术3的结合。随着轻与薄性越来越成为手机的卖点，受

16、到消费者的青睐。既要有强度，又要薄，这就给手机模具提出了更苛刻的要求。所以本设计中主要在 UG5.0 软件的工作平台上进行设计，通过更科学的建模，以获取更为直观的信息和更快的工作进度。UG NX 5.0 是美国 UGS（Unigraphics Solutions）公司最新推出的产品，它是集CAD/CAE/CAM 于一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。UG NX 5.0 由许多功能模块组成，每一个模块都有自己独立的功能，而且各模块之间具有一定的关联性，使用这些模块可以实现工业设计、绘图、装配、注塑

17、模具设计、加工和分析一体化生产过程。注塑模向导（Mold Wizard）模块是 UG 的一个功能强大的应用软件模块，专门用于注塑模具的设计。其功能选项按照注塑模具设计的一般步骤而设计，只需根据产品的三维实体模型按照模具设计的一般步骤进行，就可以建立一套与产品模型参数相关的三维实体模型。3注塑模向导（Mold Wizard）模块不但有强大的自动处理功能，而且还可以分析模具设计过程中的一些错误。1.2.3 注塑模具的发展趋势(1) 出于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求，而适应高生产率而发展的一模多腔的原因，今后应该重点提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。(2) 在模具

18、设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。(3) 推广应用热流道技术，气体辅助注射成型技术和高压注射成型技术。(4) 开发新的成型工艺和快捷经济模具，以适应多品种、少批量的生产方式。(5) 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。(6) 应用优质材料和先进的表面处理技术来提高模具寿命和质量1.31.3 本文主要的研究内容本文主要的研究内容基于 UG 软件优越的 Mold Wizard 模块，对于手机外壳的特殊属性，拿一个手机外壳的例子，进行手机外壳的注塑模具设计，过程中对 Mold Wizard 模块下手机模具的设计流程进行详细说明，并进一步创新。在此过程中包括：了解塑料的属性和注塑

19、模具的组成，还有研究注塑模具的浇注系统、合模导向机构、分型抽芯机构、推出机构冷却系统等。4第二章第二章 手机外壳分析手机外壳分析2.12.1 手机外壳手机外壳数据数据本文以西门子的 C50 型号手机为设计原型，其外壳的基本数据如下图 2.1 所示。图 2.1 手机外壳基本尺寸手机外壳材料采用 ABS（即丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物） 。塑件的生产批量中等批量。2.2.2 2 塑件件结构特征、塑料的性能、技术要求及结构工艺性的分析塑件件结构特征、塑料的性能、技术要求及结构工艺性的分析2.2.1 尺寸及精度 塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。在注射成型过程中，流动性差的塑料及薄壁塑件等的尺寸不能设计的

20、过大。大而薄的塑件在塑料尚未充满型腔时已经固化，或勉强能充满但料的前锋已不能很好的熔合而形成冷接缝影响塑件的外观和结构强度。 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件的精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动以及成型是工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化和模具的结构等。因此，塑件的尺寸精度一般不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据 GB/T14486工程塑料模塑塑料制件公差数值标准确定。该标准将塑件分成 7 个等级，每种塑料可选其中三个等级，即高精

21、度、一般精度、低级精度。1、2 级精度要求较高，一般不采用。此外，对塑件图上无公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的 7 级精度。一般情况下，对塑件上孔的公差采用单向正偏差，尺寸数值冠以（+） ；对于塑件上轴的公差采用单向负偏差，尺寸数值冠以（-） ；对于中心距尺寸5几其他位置尺寸可取表中数值之半冠以（）。4在本设计中根据（GB/T14486）常用材料模塑件公差等级和选用得：手机外壳选用的精度等级为一般精度选用 3 级。2.2.2 壁厚塑料制件规定它的最小壁厚值，它随塑件大小不同而异。塑件过厚不但造成原料浪费，而且对热塑性塑料增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔

22、、凹陷等缺陷。热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚达到 0.25mm，但一般不宜小于 0.60.9mm，常取 24mm。在本设计中，壁厚取 1.5mm 左右。同时同一塑件的壁厚应尽可能一致，否则因冷却或固化的速度不同产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂等的缺陷。2.2.3 脱模斜度为了便于脱模，防止脱模是拉伤塑件在设计时必须使塑件塑料封头内外表面沿脱模方向留有足够的脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料收缩率。一般取30130, 取斜度的方向一般内孔以小端为准，符合图样要求斜度由扩大方向取得；外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向取得，而且脱模斜度不包括在塑料制品公

23、差范围内，脱模斜度见表 2.1。5表 2.1 常用塑料的脱模斜度脱模斜度塑料名称型腔型芯聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯化聚醚25452045硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35403040聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛351 303040热固性塑料254020402.2.4 圆角在塑料制品设计中，制品的转角处应尽可能采用圆弧过渡。因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时会发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处，理想的内圆角半径应为壁厚的 1/3 以上。这样避免应力集中，提高塑料制品的强度，改善制品成型时的塑料流动情况及脱模。此外，有了圆角，模

24、具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂。但是，采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使钳工劳动量增大。通常内壁圆角半径应是壁厚的一半，而外壁圆角半径可为壁厚的 1.5 倍，一般圆角半径不应小于 0.5mm。本设计中模型一处圆角 0.4mm 小于 0.5mm，但整体结构符合要求。2.2.5 粗糙度 塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤云纹等疵点来保证外，主要取决于模具型腔表面粗糙度。一般模具粗糙度要比塑件的要求低12 级。塑料制件表面粗糙度一般为 0.80.2m 之间。模具在使用过程中由于型腔磨损而使6表面粗糙度不断加大，所以应随时给以抛光复原。透明塑件要求型腔和型

25、芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况决定他们的表面粗糙度。2.2.6 塑料性能说明本手机外壳选用的是 ABS 塑料，ABS 是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，ABS 具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；具有弹性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合的优良性能，且价格便宜，原料易得。ABS 的主要性能见表 2.2。 表 2.2 ABS 各项性能参数表密度（）3g/cm105抗拉屈服强度（mpa）50比容（）gcm /3092拉伸弹性模量（mpa）3101.8吸水率 24h（%）03强度（hb）9.7收缩率（%）130-160体积电阻率（）2. m

26、3109 . 6熔点（）Co130160弯曲强度（mpa）807第三章第三章 基于基于 UGUG NX5NX5 下的手机模具设计下的手机模具设计3.13.1 UGUG 注塑模向导（注塑模向导（MoldMold WizardWizard）模块）模块进入 UG NX5 界面后，在“应用模块”工具栏中单击“注塑模块”按钮，可以打开如图 3.1所示的“注塑模向导”工具栏。 注塑模向导（Mold Wizard）模块是 UG 的一个功能强大的应用软件模块，是基于UG 平台的智能化注塑模具设计的。各功能选项安排按照注塑模具设计的一般步骤来设计，只需根据产品的三维实体模型依次设计操作，就可以建立一套与产品模型

27、参数相关的三维实体模型。Mold Wizard 模块所提供的功能及其应用的一般流程如图 3.2 所示。（1）项目初始化。Mold Wizard将模具设计过程视为一个项目来对待，首先要对项目进行初始化操作，也就是导入塑件进行产品加载、构建模具的装配框架、生成一系列内容为空 UG 文档。（2）模具坐标系。Mold Wizard自动处理过程是要根据一定的坐标系指向来进行的，比如默认的 Z 轴为成品的顶出方向;只有正确的设置模具坐标系统才能顺利地完成模具设计任务。（3）收缩率。模具型芯和型腔的尺寸是根据塑件放了一定收缩量后得到的。此步骤就是要根据塑件的材质及模具的磨损等情况综合考虑后来指定塑件的收缩率

28、，Mold Wizard 内部集成了大量的塑料材质库，它会根据用户所选择的材料自动给出一个收缩率参考值。 （4）分型。是将毛坯分割成型芯、型腔的过程，分模过程包括分型线、分型面、创建型芯和型腔等方面，这是模具设计的关键步骤之一。在很多情况下，Mold Wizard 可以自动搜索塑件上的分型线，并根据分型线自动生成分型面，自动分割出模具的型芯和型腔。8（5）标准模架。Mold Wizard 可以根据型腔布局的信息选出一款标准模架供设计人员参考，设计师也可以选择一款模架参数并可对其参数进行修改，一旦确定模架参数，Mold Wizard 将会在数十秒之内将具有几十个零件的模架装配体三维模型加载到模具

29、设计当中，其位置也是自动确定的。图 3.1 注塑模向导工具栏图 3.1 Mold Wizard 模块功能图图 3.1 注塑模向导工具栏图 3.2 Mold Wizard 模块功能图8（6）电极设计。现在越来越多的模具型芯和型腔要用到电火花成型加工，这就要求事先设计出电极， Mold Wizard 提供了电极设计功能，可以辅助设计人员方便地设计出电极并生成电极工程图。6本论文将通过图给出的手机外壳的例子详细的介绍如何使用 Mold Wizard 来进行注塑模具的设计。关于电极的设计，本论文暂时不作介绍。 3.23.2 模具设计初始化模具设计初始化在进入 Mold Wizard 模块设计之前，设计

30、人员要了解初始产品模型未必都符合模具设计的要求，因此模具设计的第一步是对其进行预处理，以避免分模失败。对产品模型进行预处理后，可以将其加载到 Mold Wizard 中开始模具设计。在 Mold Wizard 中进行模具设计的第一步是对模型进行初始化，包括产品模型的加载、模具坐标的设置、模具收缩率的设置和工件设计。73.2.1 设计模型预处理对设计模型的预处理包括检查几何体的品质、缝补实体模型、进行拔模检查和塑模部件验证。对于本次的设计对象，以检查几何体的品质为主要任务。1.检查几何体的品质使用 UG 软件打开手机外壳模型文件(phone_cover.prt)。选择主菜单“分析”“检查几何体”

31、命令，系统弹出“检查几何体”对话框，在“距离”文本框中输入 0.1，在角度文本框中输入 0.5。选择“全部设置”选项，和选中整个模型作为分析对象。单击“检查几何体”按钮。从如图 3.3 显示数据可以知道，红色标注的地方说明，存在一些问题，在对应的“高亮显示结果”的小方框中打上勾，模型上会以高亮的方式显示有问题的地方。通过检查，这几个地方对设计没有影响，可以不做修改。2.缝补实体模型对于一般实体，完整与否，通过肉眼就能辨别。由于从外壳模型的外观看不到几何体缺陷，所以实体缝补，这里可以略去。 图 3.2 检查几何体对话框图 3.3 检查几何体对话框93.拔模检查 由于从一个正确的产品模型开始设计模

32、具，会使分型更容易，还可以提供进行加工准备的型腔型芯。可能有些产品模型的拔模斜度设置不正确，导致模具顶出时困难，因此必须修正这些产品模型，以保证能正确完成型腔和型芯的创建。塑模部件验证(Molded Part Validation,简称 MPV）是一个非常有用的检查产品模型的工具，它可以帮助分析产品模型的有效性，并为设计型芯、型腔作准备，MPV 的使用无需初始化注塑模向导工程。使用塑模部件验证可以确认产品模型以下方面信息：8在模具中的方向和位置。可制模性，即确认产品模型含有适当的拔模角。要封闭的特征。合适的分模线。具体操作：选择主菜单“分析”“塑料部件验证”命令，系统弹出“MPV 初始化”对话

33、框，在“分析类型”选项组中选择“面/区域”选项。 “区域计算选项”选项组中默认“保持现有的”选择。单击“确定”按钮，弹出“塑模部件验证”对话框，如图 3.4 所示。图 3.4 塑模部件验证对话框在对话框中，包括“面” 、 “区域” 、 “设置”和“信息”4 个功能选项卡，可以对面颜色的透明度属性、型腔/型芯区域的透明度及颜色、分型线进行设置，以及提供面的特性、模型属性和尖叫拐角等显示信息。对模型进行“区域”和“设置”的操作。 “区域”选项卡可以将产品模型的面分为型芯和型腔区域，并为每个区域设定颜色。在“区域”选项卡，可以为未定义的区域进行定义。首先在“区域”选项卡对话框上点击“设置区域颜色”

34、，可以从模型的不同显色中看到，未定义的区域有 78 个，从模具设计考虑，我们将这 78 个区域都定义为“型腔区域” 。如图 3.5所显示的操作。10完成以上操作，对于复杂模型一般还需再次仔细检查是否有区域定义不正确，并及时修改，避免之后造成更繁琐的操作和错误。经观察，发现还有一处还需要重新定义为型腔，如图 3.6 手机盖上侧孔的上缘，使用选择工具点击选择，依照以上步骤定义为型腔区域。至此为止，对于本手机外壳模型的预处理操作基本完成。3.2.2 设计模具初始化在 Mold wizard 中进行模具设计的第一步是模型初始化，在初始化的过程中，Mold Wizard 将自动产生一个由模具不需的标准元

35、素组成的模具装配结构，其中包括产品模型的加载、模具坐标系的设置、模具收缩率的设置和工件设计。1.导入模型打开 Mold Wizard 后，单击“注塑模向导”工具栏的“项目初始化”按钮弹出如图 3.7 所示的“打开部件文件”对话框，在“查找范围”中选择手机外壳的模型文件（即 phone_cover 文件） ，单击 OK 按钮，完成加载。 图 3.5 塑料部件验证操作示意图图 3.6 手机外壳侧孔图图 3.7 打开部件文件对话框112.设置初始化参数系统弹出“项目初始化”对话框，对话框中包括了项目初始化的投影单位、设置项目路径和名称、项目路径、项目名、部件材料、收缩和编辑材料数据库等基本内容。在“

36、投影单位”中选择毫米， “项目名”设为 phone_cover， “部件材料”选择 ABS，如图 3.8 所示，最后单击“确定”按钮完成初始化设置。屏幕显示导入后的模型，如图 3.9。 3.定义模具坐标系模具设计需要确定模具的分模面和顶出方向，这是由模具坐标系的位置和方位确定的。模具向导规定坐标原点位于模架的动、定模板接触面的中心，xc-yc 平面是模具装配的分模平面，zc 轴的正方向指向模具注入喷嘴，即确定 WCS 正 zc 方向为顶出方向。8其操作包括：(1)使用 WCS 菜单功能重新定位产品零件坐标，将坐标系从坐标原点移至分模面，定位xc yc 平面为分模平面，确定正 zc 方向为顶出方

37、向。对于手机外壳的情况，一般把装配的下表面设为分模面，如图3.10 可以将坐标系原点放置在外壳的外缘处。 (2)使用模具 CSYS 功能，使产品装配体工作坐标原点平移到模具绝对坐标原点。在“注塑模向导”工具栏中单击“模具坐标系”按钮，打开如图 3.11 所示的“模具 CSYS”对话框，一般选择默认设置，单击“确定”按钮完成模具 CSYS 设置。 图 3.9 项目初始化对话框图 3.8 手机外壳初始化图 3.10 手机外壳分模面示意图124.设置模具收缩率工件在冷却定型后其尺寸一般小于相应部位的摸具尺寸，所以在设计模具时，必须将工件的收缩量补偿到模具相应的尺寸中，以得只到比较符合要求的工件。通常

38、工件收缩性的大小用收缩率来表示，收缩率一般以 1 / 1000 为单位或者以百分率表示，收缩率的大小因材料的性质、填充料或者强化材料的比例而改变，同一型号的材料也会因为成型工艺的不同而收缩率发生改变。9（1）在模具向导工具栏中单击“收缩率”按钮，打开如图 3.12 所示的“比例”对话框。图 3.12 收缩率设置示意图（2）在对话框中包括了设置收缩率的类型、选择步骤、坐标系方法、比例因子等参数。本例选择（均匀）类型，并在“均匀”文本框中输人收缩率，要求的收缩率为 1.005，然后单击“确定”按钮。 （由于此前我们在项目初始化的时候已经选择了相应的材料，没有特别要求的话，一般收缩率值保持默认） 。

39、5.设置模具工件工件表示直接参与熔料（如顶部和底部嵌入物成型）的模具元件的总体积，即是指模具中的型腔和型芯部分，也是我们常说的镶件。所以其尺寸在零件外形尺寸的基础上各方向都增加一部分尺寸，也就是所谓的毛坯尺寸。在工件对话框中提供了标准长方体以及用户自定义两种，定义方式分为“距离容差”与“参考点”两种，同时还提供了当前产品的最大尺寸及工件尺寸值。工件尺寸大小可以按照公司定料图 3.11 模具 CSYS 对话框13进行设置或者是按照自己的模具设计经验进行设置。这里需要了解什么是“距离容差”和“参考点” 。距离容差是通过测量产品模型并给出一个模具镶件的合适尺寸的方法创建一个镶件，该尺寸是在产品模型上

40、加上一个最小的补偿值而得到的；参考点是通过定义工件每边相对参考点的距离来定义的。(l)在“注塑模向导”工具栏中单击“工件”按钮，打开如图 3.13 所示的“工件尺寸”对话框。工件的类型包括“标准长方体”、 “型芯和型腔” 、 “仅型腔”和“仅型芯”4 种。一般设计标准长方体最常使用。在“工件尺寸”栏左侧显示的为配置文件中的默认参数，右侧的使用于工件的实际尺寸。可以根据要求修改实际尺寸。(2）单击“确定”按钮，加载长方体工件。另外，为了可以清楚的了解工件内外壳的布置情况，可以在选中工件，单击鼠标右键，在推断式菜单中单击“编辑对象显示”按钮，可以在“编辑对象显示”对话框中提高工件的透明度，这样就可

41、以查看工作内部的注塑件，效果如图 3.14 所示。图 3.14 编辑对象显示示意图3.33.3 型腔布局型腔布局3.3.1 多腔布局模具坐标系可以定义模具的方向和分型面位置，但不能确定模腔在 xy 平面中的分布。而型腔布局的功能是确定模具中型腔的个数和型腔在模具中的排列，它分为矩形布局和圆形布局两种形式。UG 的布局功能具有复制作用，可以生成多个相同的零件实体，实现制作10一模多腔的注塑方案。该命令可以将型腔设置成以矩形、圆周方式排列，并且对型腔进行定位。布局的零件在进行分模等操作时，只会显示其中一个零件的操作，但在装配模架等操作中，会显示所有型体。在“注塑模向导”工具栏中单击“型腔布局”按钮

42、，打开 “型腔布局”对话框。本论文重在为说明设计过程，所以对设计腔数不做要求，设置型腔数为“2”个。单击“开始布图 3.13 工件尺寸设置示意图14局” ，利用工件上的箭头选择第二个腔体的安放位置，完成如图 3.15 所示效果，并且一般要求两型腔，中心对称，单击“自动对准中心”按钮，完成型腔布置。图 3.15 型腔布局示意图注意：当对型腔进行布局操作过程中，系统只会显示其中一个零件实体来进行操作，腔体布局所产生的其他零件实体，将会以相同的方式进行操作，但工作区不显示出来。但在设置模架、流道等操作时，同样要显示所有的型体。3.3.2 开刀槽刀槽是为以后在模板上嵌入成型镶件而准备的工具体，即为了方

43、便安装型芯和型腔。在“型腔布局”对话框中单击“刀槽”按钮，打开“刀槽”对话框，如图 3.16所示，输入 R 值为 5.0，在“类型”下拉列表中选择2，单击“确定”完成。3.43.4 分型设计分型设计分型也叫分模，是模具设计过程中的非常关键的一步，通过分型设计确定模具的型芯和型腔部分。模具向导模块提供了设计分型线、指定过渡对象、创建和编辑分模曲面和创建型芯、型腔的功能。单击“注塑模向导”工具栏的“分型”按钮，打开如图 3.17 所示的“分型管理器”对话框，对话框中相应的按钮从上往下分别代表“设计区域” 、 “抽取区域和分型线” 、 “创建/删除曲面补片” 、 “编辑分型线” 、 “定义/分析分型

44、段” 、 “创建/编辑分型面”和“创建型芯和型腔”等，这些按钮可以实现如下几种设计：图 3.16 刀槽设置示意图15创建分型线，自动识别产品的最大轮廓线。创建分型线到工件外沿之间的片体。创建修补简单开放孔的片体。识别产品的型腔面和型芯面。创建模具的型芯和型腔。编辑分型线，重新设计模具。具体操作：单击“设计区域”按钮，进入“MPV 初始化”对话框，由于之前我们已经对模型进行预处理，所以这里我们可以直接退回“分型管理器”对话框，进行其他操作。由于手机外壳模型设计存在曲线较多，为了方便抽取分型线，我们先进行曲面补片。单击“创建/删除曲面补片”按钮，进入“补片环选择”对话框，对于“环搜索方法”和“显示

45、环类型”保持默认设置。单击“自动修补”按钮，进行自动修补。在修补的过程中，系统自动选择未修补的曲面，对应的跳出若干个“添加或移除面”的提示对话框，如图 3.18 所示。单击“确定” ，进行修复。 模型的各个孔不断被白色填满，说明已修复。等待全部修复完之后，系统自动返回“补片环选择”对话窗口。注意，可是发现仍然有几处不能系统自行修复。如图 3.19 显示。图 3.19 手机外壳表面未自行修复地方示意图图 3.17 分型管理器图 3.18 自动面修补示意图16当遇到这种情况，处理方法：可以退出“补片环选择”窗口，单击工具栏下的“开始”按钮，在下拉菜单中选择“建模”模块，进入建模状态。在建模模块下可

46、以先选中有缺陷的补片，单击“删除”按钮。然后点击菜单栏下的“插入”按钮，调用其下拉菜单的网格曲面中的“通过曲线网格”命令，完成对缺陷网格进行补全，补全的结果如下图 3.20 所示。单击“模具工具”按钮，在弹出的对话框中选择“添加片体”按钮，选择刚才补全的片体。如图 3.21 显示。图 3.22 分型线完成片体补全，返回“分型管理器”窗口。单击“抽取区域和分型线”按钮，进入“区域和直线”对话框，默认设置单击“确定”按钮。获得如图 3.22 所示分型线。该分型线符合设计要求，所以不需要再编辑和定义。图 3.20 手机外壳完整的补片图图 3.21 补片选择操作示意图17分型面标示分开模具取出塑件及浇

47、注系统凝固料的表面。一般分型面应尽可能设在塑料熔体流动方向的末端，以利于排气。若分型面选择不当，会增加由于脱模斜度引起的塑件大小端尺寸差异。11单击“创建/编辑分型面”按钮，打开如图所示对话框。“距离”是指沿着分型线向外扩张的长度，设为 80，单击创建分型面。默认“分型面”对话框设置，单击“确定” 。得到如图 3.24 分型面。 图 3.24 分型面 单击“创建型腔和型芯”按钮，系统自动创建型腔和型芯的修剪片。在弹出的对话框中点击“自动创建型腔型芯”按钮，完成系统链接至型腔和型芯组件。得到组件图 3.25。图 3.25 型腔和型芯组件3.53.5 标准模架导入标准模架导入 任何一副模具都离不开

48、模架，他能够起到连接和支持整套模具的作用，其模架是由定模座板、定模板、动模板、动模座板、垫块等组成。而在 UG 的模具设计过程中，系统提供了标准的模架库以便用户调用，从而减轻了繁重的模具设计和制造工作量。为了满足不同工艺的特定要求，模架库管理提供了三个类型模架：标准模架、可互换模架和通用模架。图 3.23 分型面对话框18在“注塑模向导”工具栏中，单击“模架”图标，系统将弹出如图 3.26 所示的“模架管理”对话框。该对话框中包括模架的目录、类型、示意图、模架编号、标准参数列表、布局信息、表达式列表及编辑窗口等内容。可以实现以下功能：登记模架模型到注塑模向导的库中。登记模架数据文件来控制模架的

49、配置和尺寸。复制模架模型到注塑模向导工程中。编辑模架的配置和尺寸。移除模架。 在“模架管理”对话框的“目录”下拉列表框中选择FUTABA_S， “类型”下拉列表框中选择“SA” ，在“模架编号”区域选择“2730” ，在“标准参数列表”区域中选择“AP_h” 为“50” ， “BP_h”为“20” ， “CP_h”为“80” 。标准模架的选用，首先从功能上，看模架尺寸、垫块高低、整体结构，即能放得下工件体积，完成推出行程，又能承受得了注塑加工的压力；再者模架选择靠设计习惯，对于某类模架的使用倾向；本设计尺寸，则源于参照同类模具设计。对于几个主要尺寸，进行修改。其中， “AP_h”为定模座板高度

50、，考虑到了冷却系统的尺寸；“BP_h”为动模板高度，与型芯高度一样，既方便加工又方便安装；“CP_h”为垫块高度，80 是从推出行程上考虑。其中“FUTABA_S”代表 Futaba 规格的 S 系列模架，FUTABA 是由日本双叶电子工业株式会社(Futaba Corp.) 开发的模架制造标准。 “DME”即 DME 标准模架，DME 是指目前世界模具行业制造模具标准件的标准之一，与“HASCO” 、 “MISUMI”标准齐名，是世界模具行业三大标准之一。目录中“UNIVERSIAL”是代表通用模架。在“模架管理”对话框中单击“确定”按钮，加载标准模架。其实体和线框效果如图3.27 所示。图

51、 3.27 模架实体图和线框显示图图 3.26 模架管理对话框193.63.6 滑块和内抽芯机构设计滑块和内抽芯机构设计当塑件上有与开模方向不同的侧孔、侧凹或凸起时，成形后凹凸部分的成形零件将阻碍塑件脱模，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成形该部分的零件做可侧向移动的活动型芯，在塑件脱模前先将其抽出，然后再从型腔或型芯上脱出塑件，合模时再将其复位。这种完成侧向型芯的抽出和复位的机构叫做侧向抽芯机构。侧向抽芯机构是注塑模具中常用的一种机构，从广义上讲，它也是实现塑件脱模的装置。12根据成形件的结构、形状和复杂程度及技术要求可将侧向抽芯机构分为内抽芯机构和外抽芯机构两大类。对于设计中使用的

52、手机外壳，有五个地方需要做侧向抽芯的处理。如图 3.28 所示。 图 3.28 手机外壳抽芯特征显示图1、2、4、5 处为内搭扣，需要设计内抽芯机构；3 处需要设计外抽芯机构。3.6.1 滑块机构设计首先对 3 处进行抽芯设计。对于外抽芯机构，一般选择滑块机构。无论滑块还是内抽芯，都需要设计其头部。Mold Wizard 提供两种设计头部的方法：1、实体头部；2、修剪体。实体头部，一般可以采用创建箱体方式创建实体修补块作为滑块头部，在型芯或型腔内创建适当的实体头部，添加适合的滑块和内抽芯机构，使用 WAVE 链接功能将头部实体链接到滑块体部件，布尔合并滑块头和滑块体。修剪体，加入滑块/内抽芯到

53、模架后，利用“模具修剪”功能，用型芯或型腔的修剪片体修剪所有实体。以下介绍第一种方法。步骤：（1）从“装配导航器”中调出型腔部件，隐藏其他部件。在图 3.29 标示的地方，准备创建滑块头 。20图 3.29 型腔（2）调出“建模”工具栏，点击“拉伸”命令，在上图标示的型腔外侧平面创建如下图 3.30 所示长方体。该长方体的尺寸的选择需要比模型上的凹形尺寸大一些，但不能过大，避免妨碍滑块抽芯活动。图 3.30 滑头尺寸标示图（3）在对话框限制“终点”中选择“直至选定对象” ，再选中内心凸起的面，单击“确定”完成拉伸。隐藏型腔，可以看到如图 3.31 实体。图 3.31 滑头（4）UG WAVE

54、技术是一种至于装配建模的相关性参数化设计技术，利用它可以在不同部件之间建立参数之间的相关关系，即所谓“部件间关联”关系，实现部件之间的几何对象的相关复制。如图 3.32 所示，在“装配导航器”中右键单击调出“WAVE”命令， “新建级别”选中刚才创建的滑头实体，并且命名为“phone_cover_slide.prt” ，完成滑头设计。21图 3.32 建立 wave 链接操作示意图 (5)到这里，滑头创建完成，但是滑头部分要用布尔命令“求差”获得如图 3.33 效果。最后可以将 phone_cover_slide.part 文件转为显示，即可。图 3.33 型腔导入标准件滑块滑块和抽芯的装置位

55、置是以坐标的原点和坐标轴的方向定义的，所以在装配其标准件之前必须定义合适的坐标位置及坐标方向。Mold Wizard 规定：WCS 的 yc 轴方向为滑块和抽芯的移动方向，xc_yc 原点与 WCS 原点重合，y 轴对准+yc 轴。所以首先设置坐标位置和方13向。进入主菜单的“格式”选项，选择下拉菜单中“WCS”中的“动态”坐标系命令，将坐标原点安置在滑头的下底线的中点上，并使用“旋转”命令，将坐标系调整为如图 3.34 所示。 图 3.34 动态坐标系22在“注塑模向导”工具栏中单击“滑块和浮生销”按钮，在跳出如图 3.35 的对话框里目录中选择“Single Cam-pin Slide”滑

56、块，并根据要求修改尺寸选项卡。完成后根据设计对滑块的部分尺寸进行修改。最后的参数如下图 3.36 所示： 图 3.36 滑块参数 单击“确定” ，等待系统自动生成滑块机构。如图 3.37 所示。图 3.37 滑块导入装配内六角螺钉滑块的导入完成之后，不能忘了，需要将滑块机构固定到动模板上。模具制造中通常使用内六角螺钉来进行部件间的固定。在 Mold Wizard 中可以很容易从标准件库中找到内六角螺钉。 点击“标准件”工具按钮，弹出标准件对话框，在“分类”选项中选择“Screws” ， “SIZE”设置为6， “LENGTH”设置为 20，如图 3.38 显示图 3.35 滑块选择对话框图 3

57、.38 螺钉标准件对话框23由于我当初设置的下模板的厚度为20mm，根据设计原理知道螺纹留有余量，才能确保紧固，要小于 20，所以对于尺寸中的“PLATE_HEIGHT”有所修改，改为18。选择安置的面，如图 3.39 选择，滑块上表面。位置的设置通过选择中心点来定位，一般设置在面中心，一边两个，距离适当，这样每个个滑块 4。最后的显示如图 3.40 所示。按照第一种方法，接下来需要做的是使用 WAVE 链接功能将头部实体链接到滑块体部件，布尔合并滑块头和滑块体。从“装配导航器”中调出滑头实体为显示部件，双击滑块体部件，使其成为工作部件，在该工作状态下，执行“插入”选项中的“关联复制” ，选择

58、“WAVE 几何链接器”命令。在弹出的对话中，链接实体选择滑头实体。如图 3.41 所示。单击确定，最后使用布尔“求和”运算，将两个实体组合一起，完成滑块机构设计。图 3.39 螺钉添加面示意图图 3.40 滑块图图 3.41 wave 链接示意图243.6.2 内侧抽芯机构设计当产品内侧有卡扣时，要成型必须采用内侧抽芯机构。再加入抽芯机构之前应当移动工作坐标系 WCS 到合适位置。保持对话框的打开状态，选择手机按键处的卡扣图片 3.42 并放大，单击“动态 WCS”按钮，定位 WCS 出于如图所示位置。注意定位坐标原点位于所指边界的中点，WCS 应当放置在分型面创建的型腔中。单击“滑块和浮升

59、销”按钮，在弹出的对话框的类型中选择“Dowel Lifter” ，显示内抽芯标准组件示意图，切换到如图 3.43 所示“尺寸”选项卡，设置抽芯标准组件的尺寸。图 3.43 内抽芯组件对话框尺寸参数修改如图 3.44 所示：图 3.44 内抽芯组件参数 点击“确定” ，完成单个内抽芯机构的设计。手机壳显示屏处的内抽芯机构的设计基本与第一个相同，只是由于卡扣的宽度缩小， “尺寸”中的“guide_width”设为 10。手机外壳的卡扣都是对称的，因此我们使用“镜像装配”来使操作更加方便。在此之前，图 3.42 动态坐标放置图25必须建立镜像平面。双击型芯组件，使其转为工作部件。单击“基准平面”按

60、钮，根据不同的平面选择类型，最终都要创建如图 3.45 中心对称平面。返回主装配视图，从“装配导航器”中，选中已经完成的滑块机构整体，注意是整个滑块组件（从“装配导航器”中可以方便的选中） ，单击“装配”“组件”“镜像装配”命令，选择镜像面为刚才创建的基准平面，一路单击“确定”按钮。完成如图 3.46 效果。图 3. 46 内抽芯组件装配图单击“标准件的裁剪”按钮，系统弹出“模具修剪管理器”对话框，选择“片体修剪”单选按钮，再选择 8 个内抽芯头，修剪结果如图 3.47 所示。图 3. 47 内抽芯组件修剪图3.73.7 浇口套和定位环设计浇口套和定位环设计浇口套和定位环是重要的模具标准件，是