基于UG的手机面板注塑模设计文档格式.docx
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第1章绪论
模具的设计与制造水平,直接关系到产品的质量与更新换代。
随着工业的发展,人们愈来愈关注如何缩短模具设计与制造的生产周期以及怎样提高模具加工精度。
一些先进工业国家率先将计算机技术应用于模具工业,即应用计算机进行成形工艺模拟与模具设计,绘制模具图纸并广泛应用NC(NumericalControl)和CNC(ComputerNumericalControl)机床加工模具,从而出现了模具CAD/CAE/CAM一体化系统,达到了提高模具设计效率与加工质量、缩短模具生产周期的目的。
1.1国内外的塑料模具发展概况和趋势
注塑是生产塑料制品的主要方法之一,注塑模具由于一次能够成型结构复杂、尺寸精确、精度较高的产品,因此,适用于高效率、大批量生产制品的方式。
在传统注塑模具的设计与加工中,其设计过程中的许多重要数据大多依靠人工经验而获得。
一套注塑模具往往需要多次试模、修模、不断重复,这对人力、物力、财力都是很大浪费。
采用计算机辅助工程(CAE)技术可提高生产效率,减少生产成本。
因此,在模具行业受到广泛重视和选用,并给模具的设计、制造方法带来了深刻变革。
1.1.1国外的塑料模现状发展概况和趋势
三十多年来,国外塑料模CAD/CAM技术发展相当迅速。
70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。
80年代初,人们成功地采用有限元法分析三维型腔的流动过程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。
近二十多年来,塑料模CAD/CAM技术在不断进行理论和实验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些商品化软件逐步推出,并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。
国外先进工业家对模具CAD/CAM技术的开发非常重视,各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统,并将其应用于模具的设计与制造。
如EDS公司的Unigraphics系统、PTC的PRO/Engineer系统、AutoDesk公司的AutoCAD系统、Computervision公司的CADDS系统、Dassault公司的Catia系统、HP公司的PE系统、Intergraph公司的I/EMS系统、Applicon公司的Bravo系统以及SDRC公司的I-DEAS系统。
国际先进工业国家在链条与模具生产中均采用了可靠性设计以及CAD/CAM技术,开发新品速度快、精度高,质量较有保证。
大多数新产品具有高耐磨、高疲劳、高精度的特点,结构形式上有微型链以及多种输送链、缆链、倍速链等,在材料上则使用了耐磨、耐热、塑料、含油粉末冶金等材料,进一步提高了链条的性能。
另外,在加工方面,一般规格链条链板多采用高速多颗冲裁工艺,滚子制造采用五工位冷挤压机加工,套筒采用高速精密且具有自动检测功能的卷管机加工;
喷丸、挤孔、表面硬化处理等新工艺应用很普遍;
零件热处理一般采用热处理自动生产线,热处理质量由在线检测设备检测与控制;
热处理工艺有趋于向温度、炉压、炉气组分以及淬火介质等多参数综合控制,零件质量稳定可靠,技术性能较高;
在装配工艺上则普遍采用组装、铆头、检测、预拉,拆节多功能自动装配线。
1.1.2国内的塑料模现状发展概况和趋势
国外发达国家模具标准化程度为70%~80%,而我国只有30%左右。
如能广泛应用模具标准件,将会缩短模具设计制造周期25%~40%,并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。
应用模具CAD/CAM技术设计模具已较为普遍,推广使用模具标准件,能够实现部分资源共享,这会大大减少模具设计的工作量和工作时间,对于发展CAD/CAM技术、提高模具的精密度有重要意义。
以往的模具即使只损坏了一个部件,也将无法使用。
由于不是标准件,市场上很难有相应产品,要到生产厂家去更换部件,费时费力。
而如果采用标准件,则可以很方便的维修、更换,这将大大提高模具的使用寿命。
现在,国内企业已认识到了模具标准化的重要性,目前有一定生产规模的模具标准件生产企业有100余家,主要产品有塑料模架、侧冲装置、推杆推管等,其中塑料模架已可生产较大型产品,为发展大型精密模具打下了基础。
虽然国内模具产业有了长足的发展,但与国外相比差距仍然很大。
实施模具的专业化生产是加快产业发展的重要环节。
我国不少地区相继建立了地区性的模具城,对发展模具工业起到了积极作用。
如浙江宁波的余姚模具城是国内第一家模具城,现已有模具企业数百家,并已推动了余姚当地和周边地区模具工业发展。
计算机辅助设计与制造,简称CAD/CAM。
指的是以计算机作为主要技术手段,处理各种数字信息和图形信息,辅助完成产品设计与制造中的各项活动。
CAD/CAM技术作为一种高新技术,因其在提高生产率、缩短生产周期、改善产品质量、降低产品成本、减轻劳动强度等方面,具有传统的设计方法所无法比拟的巨大优越性,能够增强企业竞争力,给企业带来巨大的经济效益,对我国的国民经济和国防建设有着极其重大的意义,所以越来越得到国家和广大企业的重视,并在企业中得到广泛的应用和迅速推广。
我国CAD/CAM技术研究始于七十年代初期,八十年代中期部分大中型企业和研究院所开始引进CAD/CAM技术。
进入九十年代以后,随着PC机性能价格比的大幅度提高,从而为CAD/CAM技术的普及莫定了坚实的基础。
到如今,CAD/CAM技术已在很多企业得到广泛应用。
目前CAD/CAM国内实际应用的CADICAM系统分为两大类:
一类是国内自主版的CAD/CAM系统;
另一类是国外商品化的CAD/CAM系统。
国内自主版的CAD/CAM系统近年来有很大的进步和发展,涌现了一批符合我国基本国情的系统,如清华的GEMS、武汉的开目、北京华正司的CAXA、江苏杰必克的超人等,但是,同国外商品化的CAD/CAM系统相比,国内的还存在较大的差距。
由于国外商品化的CAD/CAM系统功能齐全、性能优良并完成了商品化及工程化,所以在国内占有很大的市场份额。
如何引进并用好商品化的CAD/CAM软件系统,乃是各企业的当务之急。
随着现代化工业的高速发展,产品的功能、结构日趋复杂,新产品的更新换代周期不断缩短,设计在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。
事实上,虽然开发中设计本身所花的费用仅占产品成本的5%左右,但新产品的开发费用中的80%取决于设计过程,因而,产品设计阶段已被视为提高整个生产率的瓶颈,对于生产系统的整个生产率起着举足轻重的作用。
因此,伴随着现代化工业的发展,计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)也得到了迅速的发展和普及。
我们之所以采用(CAD/CAM),是因为CAD/CAM软件作为一种工具,其根本作用是提高效率。
1.2UG软件介绍
手机面板的注塑模设计是在UG环境下进行的,现在将UG简单介绍如下。
1.2.1UG简介
UG软件是美国UnigraphicsSolution公司(简称UGS)开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件,是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。
UGS公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的软件,其有基于Windows的设计与制图产品SolidEdge、集团级产品数据管理系统MAN、产品可视化技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。
UG软件被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真和数字化的制造等个个领域。
UGCAD、CAM、CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境,使产品开发从设计到加工实现数据无缝集成,优化了企业的产品设计与制造。
UG软件面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键,用户的产品及精确的数据模型能在产品开发全过程保持相关,有效实现了并行工程。
UG软件具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配、注塑模设计、级进模设计、数控加工、产生工程图等功能,在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,提高了设计的可靠性;
同时,建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工,后处理程序支持多种类型数控机床。
所提供的二次开发语言UG/openGRIP、UG/openAPI简单易学,功能多,便于用户开发专用CAD系统。
UG是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAD/CAE/CAM一体化高端软件,它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术,能设计出任意复杂的产品模型。
再加上技术上处于领先地位的CAM模块、内嵌的CAE模块,使CAD,CAE和CAM有机集成,可以使产品的设计、分析和制造一次性完成。
此外,UG软件还提供了CAD/CAE/CAM业界最先进的编程工具集,以满足用户二次开发的需要。
1.2.2UGMoldWizard简介
Mo1dwizard是UG的一个应有软件模块,专门用于注塑模具的设计,是一个功能强大的注塑模具软件。
注塑模具设计中的分模、添加模架、镶块、滑块、推杆和定位环,为复杂型芯型腔轮廓创建电火花加工的电极,创建模具的浇注系统和冷却系统等都可以使用Moldwizard改良容易地完成。
并且,MoldWizard不但有强大的自动处理功能,而且可以分析模具设计过程中的一些错误,如交错面等。
Unigraphics系列软件中最先向模具行业用户推出的、基于知识驱动自动化理念的应用系统,它摒弃了传统的CAD软件重功能轻过程的开发思维定式,跳出了特征或功能的狭隘空间,UGMoldWizard在注塑模具设计自动化方面取得了极其显著的效果,受到用户的普遍欢迎。
MoldWizard是UG软件中设计注塑模具的专业模块。
MoldWizard为设计模具的型芯、型腔、滑块、推杆和嵌件提供了更进一步的建模工具,使模具设计变得更快捷、容易,它的最终结果是创建出与产品参数相关的三维模具,并能用于加工。
MoldWizard遵循了模具设计的一般规律,从左至右一步一步有序排列,紧扣模具设计的各个环节。
具体见MoldWizard流程图1.1。
图1.1MoldWizard流程图
如图1.2所示,就是MoldWizard工具条。
MoldWizard需要以一个Unigraphics的三维实体作为模具设计原型。
在注塑模设计时,按照工具条的排列从左至右一步一步设计。
在设计时,随时可以修改设计中不合理的地方。
加载收缩率工具标准件内嵌件冷却建腔CPA删除
产品文件
多件模成型镶件分型修剪推杆浇口电极BOM表视图
模具坐标系模腔布局模架滑块流道修剪模型装配图管理器
图1.2MoldWizard工具条
1.3本设计的主要内容
本设计是基于UG的手机面板注塑模设计与仿真,其产品是一手机面板,产品的三个侧面都有孔,要三面侧抽芯机构。
首先建立三维模型,再借助于UG/MoldWizard对其塑模进行设计。
按照注塑模的设计步骤,首先建立制品UG三维模型,并对其进行制品分析和其注塑工艺分析;
其次进行模具结构设计;
再次在UG/Moldwizard环境下进行注塑模设计,包括成型零件、浇铸系统、侧抽芯机构、脱模机构和冷却系统的设计。
最后时成形零件的结构设计和制造工艺设计及工艺文件编制。
其重点是UG/Moldwizard环境下进行注塑模设计。
第2章手机面板的注塑工艺性分析
手机面板是不规则的盒盖类零件,其侧面有:
开机、充电插槽、音量控制等三个侧孔,其零件形状如图2.1所示。
图2.1手机面板三维模型图
手机外壳属于外置件,对表面质量和综合机械性能要求较高,这就要求塑件成型后要有良好的表面粗糙度和较小的形状误差,并具有较高的强度、韧性和抗冲击能力。
由于该塑件面板处多孔,易形成熔接线和应力集中,尤其是熔接线对塑件的外观质量和机械强度影响较大。
为此,在材料选取上使用综合机械性能好,尤其是抗冲击性能优异的聚碳酸酯(PC),并采用较高的注射温度和注射压力。
为降低成型费用,采用一模二腔。
为保证塑件外观质量采用了UG中的给的pinpoint形浇口。
考虑到平衡填充的要求,初步采用了产品中轴线对称布置的方式。
该零件材料为PC+10GF%,厚度为1.5mm,属大批量生产。
图2.2为该零件的零件图,其主要尺寸如图所示。
2.1塑件的原材料分析和工艺参数
2.1.1制品的材料性能分析
图2.2手机面板零件工程图
塑件的材料采用PC,PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料,具有优良的物理机械性能,尤其是耐冲击性优异,拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高;
蠕变性小,尺寸稳定;
具有良好的耐热性和耐低温性,在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能,尺寸稳定性,电性能和阻燃性,可在
60~120℃下长期使用耐水,耐磨,耐热性强等优点,是理想的材料;
从成型性能上看,该塑料吸水性大,熔料的流动性好,成型容易。
另外,该塑料成型前要干燥,成型时易产生缩孔,凹痕,变形等缺陷,成型温度低时,方向性明显,凝固速度较快,易产生内应力。
因此,在成型时应注意控制成型温度,浇注系统应该较缓慢散热,冷却速度不宜过快。
2.1.2塑件材料PC的注射成型工艺参数
查文献[1]表8.3-10,得到聚碳酸酯(PC)的注射成型工艺参数如表2.1所示。
表2.1塑件材料PC的注射成型工艺参数
注射机类型
预热干燥
料筒温度(℃)
喷嘴温度(℃)
模具温度(℃)
注射压力(MP)
成型时间(s)
螺杆转速(r/min)
温度(℃)
时
间
(h)
后段
中段
前
段
注射时间
高压时间
冷却时间
总周期
螺杆式
110
~120
8
~
12
210
240
230
280
285
250
90
~110
80
130
20
5
40
190
28
2.2制件的几何形状分析
塑料制品的几何形状与塑料制品的成型方法,采用塑料模具分型面的选择,制品是否能够顺利成型和出模有直接的关系,所以在设计制品时应全面认真的考虑,便制品的几何形状能够满足其成型工艺要求。
2.2.1脱模斜度的选择
脱模斜度的完成是为了便于从塑料模具型腔取出制品或从制品中抽出型芯,因此在制品设计中必须考虑制品内外壁应有合适的脱模斜度,但脱模斜度与制品的塑料和几何形状有很大关系。
在具体选择脱模斜度时应该注意以下几点:
1.制品精度要求高的,应采用较小的脱模斜度。
2.较高较大的材料尺寸应选用较小的脱模斜度。
3.制品复杂的,不易脱模的应选用较大脱模斜度。
4.制品收缩率大的应选用叫大脱模斜度。
5.制品壁厚较厚时,会使成型收缩值增大,脱模斜度应采用较大的数值。
由文献[16]表3—1中可知:
PC的脱模斜度如下:
型腔:
35′~1°
30′,型芯:
30′~1°
。
2.2.2塑料制品的圆角
在制品设计过程中,为了避免应力集中提高制品强度,改善制品的流动情况及便于脱模,所以制品的各表面或内部应圆弧过渡。
另外,塑料制品上的圆角对于塑模制造和机械加工及提高塑模强度,也是不可少的。
制品的各连接处应做成有半径R为制品壁厚H/3以上的圆角,R/H越大应力就越小。
手机面板的R(r)/H=2大于1/3,可以减少应力,保证塑料制品壁厚均匀一致。
2.3塑件的结构和加工质量分析
2.3.1结构分析
从零件图上分析,该零件总体形状为长方体,在长度方向的是12个均匀分布的椭圆按纽孔,有2个大小相差不大的主功能按扭孔和一个碟形按扭孔,32
36mm的屏幕窗口,其侧面有开机、充电插槽、音量控制等三个侧孔。
总长120mm的机身,外形美观大方。
模具设计时有侧向抽芯机构,该手机面板属于中等复杂程度。
手机面板的工艺难点是有三个面上的侧抽孔,见图2.1所示。
侧向分型与抽芯机构简称为侧抽机构,用来成型具有外侧凸起、凹槽和孔的塑件;
成型壳体制品内侧的局部凸起、凹槽和盲孔。
侧抽机构必须在开模方向塑件脱模之前完成抽拔动作,还必须在闭模过程中让机构复位。
具有侧抽机构的注塑模,因可动零件多,动作复杂。
故设计可靠、灵活和高效的侧抽机构较为困难。
这里根据设计的要求,采用斜滑块机动侧抽机构的。
2.3.2尺寸精度分析
该手机重要的尺寸如:
120mm,51mm,34mm,32mm,28mm,1.5mm,等尺寸,尺寸精度3—5级,属于中等,对应的模具相关尺寸的加工容易保证。
从塑件的壁厚上来看,壁厚要求均匀分布,厚度1.5mm,这种要求有利于塑件的成型,制造方便。
2.3.3表面质量分析
该手机的表面要求没有缺陷,毛刺,表面粗糙度要求较高。
其内部结构较为简单,但是要求有良好的表面粗糙度和较小的形状误差。
设计是要考虑其具体要求,对其模具的形状误差有较高的精度。
综诉以上分析可以看出,在工艺参数控制得好的情况下,该手机面板的注射成型会很易于得到保证。
第3章注射机的选择
每副模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产,因此模具设计与所用的注射机关系十分密切。
在设计模具时,应详细地了解注塑机的技术规范,才能设计出合乎要求的模具。
从模具设计角度出发,应仔细了解的技术规范有:
注射机的最大注射量﹑最大注射压力﹑最大锁模力﹑最大成型面
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