照相机前外壳工艺设计方案及其模具设计毕业作品.docx
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照相机前外壳工艺设计方案及其模具设计毕业作品
照相机前外壳工艺设计方案及其模具设计
专业:
机械设计制造及其自动化
摘要
最早的照相机结构十分简单,仅包括暗箱、镜头和感光材料。
现代照相机比较复杂,具有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统,是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。
照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律,以光子为载体,把某一瞬间的被摄景物的光信息量,以能量方式经照相镜头传递给感光材料,最终成为可视的影像。
照相机外形的美观性、流线型、轻量化、微型化等的综合性高品质要求己经成为产品占领市场一个重要方面。
照相机前外壳是照相机外壳的重要组成部分,要求零件表面平整光滑无翘曲、皱折、裂纹等缺陷,周口部高度差不可过大,以保证与后盖及机身的严密配合。
实际上零件的曲面较为复杂,在整个表面有很多孔形分布,尺寸及位置精度很高。
零件的这些特点就决定了其成形过程的复杂性和工艺方案的多样性。
关于照相机外壳注塑模具设计,设计主要分为三部分:
第一,照相机前面板设计,查阅相关资料确定使用的材料以及材料的主要性能与特征,运用Auto/CAD画出零件的三视图;第二,根据实体模型对零件进行结构分析,确定注塑成型设备选择、浇注系统的设计、模具成型零件的设计、导向及脱模机构的设计、侧向抽芯机构的设计、温度调节系统的设计、其他模具零件的设计,对具体结构零件进行分析计算。
用Pro/E对模具的型腔、型芯及其它零件进行三维造型,并对其进行实体装配。
第三,绘制装配图,以及相关的零件图。
关键词:
照相机前盖板;工艺方案;工艺参数;模具
ABSTRACT
Thefirstcamerastructureisverysimple,onlyincludingtheblackbox,lens,andphotosensitivematerials.Morecomplexmoderncamera,withlens,aperture,shutterspeed,distance,farming,mertering,filmtransporcounting,self-timerandothersystems,isacombinationofoptical,precisemachinery,electronicsandchemicalproductssuchastechnicalcomplex.Camerauseoflightinstraightlionsofthenatureandlawsoflightrefractionandreflectiontophotosasthecameralensbywayofphotographicmaterials,eventuallybecomevisibleimage.
Theaestheticsofthecameraprofile,streamlined,lightweight,miniaturizaonoftheintegratedhigh-pualityrequirementshavebecomeanimportantpartofthecamerashell,smoothsurfaceofthepartrequiresnowarping,wrinkles,cracksandotherdefects,theMinistryofheightdifferencenottoolarge,toensuretightwiththerearcoverandwiththefuselagefromofthedistribution,sizeandlocationofhighprecision.Thesecharacteristicsofpartsformingprocesstodetermineitscomplexityanddiversityoftechnologicalsolutions.
Onthecamerashellinjectionmolddesign,thedesignisdividedintothreeparts:
first,thecamerafrontpaneldesign,accesstorelevantinformationtodeterminethematerialsusedandthemainpropertiesandcharacteristicsofthematerial,theuseofAuto/CADdrawnpartsofthethreeviews;second Accordingtothestructuralpartssolidmodelanalysistodeterminetheinjectionmoldingequipmentselection,gatingsystemdesign,moldingpartsofthedesign,orientationandejectionmechanismdesign,thedesignsidecorebodytemperatureregulationsystemdesign,other thedesignofmoldparts,theanalysisofspecificstructuralcomponentscalculated. UsingPro/Eonthemoldcavity,coreandotherpartswiththreedimensionalmodeling,anditsphysicalassembly. Third,assemblydrawing,andrelatedpartsdiagram.
KeyWords:
Frontcoverofcamera;Processingplan;Processparameter;Moulddesign.
第一章绪论
1.1课题背景
照相机前外壳是照相机的重要组成部分,不仅要具有设计所规定的使用功能,而且在很大程度上要体现整个相机的艺术性、个性风格,所以在质量要求(如尺寸精度要求、形状精度要求、刚度要求等)冲压成形工艺、冲压模具以及材料等方面都有其与一般冲压零件不同的特点[1]。
随着人们生活水平的提高,对精神享受要求也越来越高,照相机已经成为现代家庭不可缺少的消费品,同时人们对其质量等方面也提出了更高的要求,如要求造型漂亮,符合人体工学设计,手感好,在长时间的使用中不会产生疲惫感,经久耐用等等[2-5]。
从成型的角度考虑。
成型性能应该良好,由于产量比较大,要求生产周期短。
为了方便加工,由于照相机以及手机外壳的模具属精密模具,为了保证足够的精度,保证产品的外观质量,保证型腔沿分型面分开的两半在合模时的对中性,高精度性,我们把凸凹模设计成整体嵌入的方式,在装配采用过盈配合和螺钉固定的形式,在某些结构复杂以及有特殊要求的地方,采用镶块式设计。
关于照相机外壳注塑模具设计。
依照设计任务书的要求,设计主要分为三部分:
第一,照相机前面板设计,查阅相关资料确定使用的材料以及材料的主要性能与特征,运用Aut/CAD画出零件的三视图;第二,根据实体模型对零件进行结构分析,确定注塑成型设备选择、浇注系统的设计、模具成型零件的设计、导向及脱模机构的设计、侧向抽芯机构的设计、温度调节系统的设计、其他模具零件的设计,对具体结构零件进行分析计算[6]。
用Pro/E对模具的型腔、型芯及其它零件进行三维造型,,并对其进行实体装配。
第三,绘制装配图以及相关的零件图。
最后,运用Pro/E对注塑系统三维实体制作三维图演示。
本次设计的难点在于侧向抽芯机构的设计,采用生产中被广泛应用的斜导柱抽芯机构,通过采用整体式抽芯,实现侧向抽芯。
抽芯时,为避免干涉现象的发生,在塑件机构允许的情况下,尽量避免将推杆设计在活动型芯的水平投影面相重合处,防止滑块喝导出机构复位时的相互干涉[7]。
滑块设在定模板的情况下,为保证塑件留在动模板上,开你哦前必须先抽出侧向型芯。
本课题采用经验设计和数值模拟相结合的方法对照相机前外壳的成形工艺过程进行研究,目的就是为了缩短该产品的开发周期、降低试验费用,提高企业的市场竞争力。
1.2现代照相机的结构特点及发展趋势
1.2.1结构规范化、部件化、简单化
就照相机总体结构而言,可以划分为二大类结构即基本结构及功能结构。
基本结构是为完成一部能够完成摄影动作程序的照相机所必需具备的结构。
如主体暗箱、片幅框、镜头、卷片倒片系统、快门系统、计数系统、取景系统[8]。
而功能结构则是为完成照相机的附加功能而需要的结构,如自动对焦系统,自拍系统,自动日历系统,红外遥控系统,自动曝光系统等等。
图产品设计生产流程图,年第一期照相机现代照相机发展到年代,各系统结构设计的趋势是采用部件化设计,尤其是在年代初将引入到照相机控制系统以后,各部件之间的动作关系基本上依靠电路控制来实现,依靠程序来实现照相机的协调工作,这使得照相机的各个部件在结构上越来越可以彼此独立,使得更有利于部件化的实现[9]。
设计者可以在完成照相机各个部件系统的设计之后,通过精心的部件组合及巧妙的空间安排,从而可以设计出具有各种不同功能的一系列的照相机产品。
与此同时各部件的结构在根据其动力学及静力学运动规律寻求着优化,简单化,结构规范化。
设计者通过对前人各类部件结构设计的分析,通过运动理论的计算分析,通过引入新型的电子技术来日益完善着照相机每一个部件系统结构的设计。
1.2.2平视取景相机的体积小型化、合理化
90年代初,镜间快门自动相机开始出现小型化的趋势,各类的迷你相机而都相继在市场上出现,从开始到系列各大公司包括日本的,台湾的而都推出了各自的而照相机。
照相机的出现一则是由于现代人时尚便携式,微型式的市场心理形势所趋,更主要的是照相机各部件在结构优化设计上取得了进展,以及电子元件小型化的实现促使了微型相机技术的发展。
1.2.3外型设计流线型变化
90年代照相机进入流线性时代,一改过去呆板、机械的造型。
照相机不仅仅是一种摄影的工具,而且已经成为了光机电的智能高级玩物,成为一种艺术品[10]。
由此提出了对使用手感的要求,对造型视觉效果的要求,照相机的造形从长方体机身加圆柱形镜头的简单组合,经历了引入圆柱曲面的过程,发展到目前的采用自由曲面造型的阶段[11-13]。
流线型的造型体现了照相机的时代感,刺激了消费市场,为照相机工业注入了新的活力。
1.2.4产品开发周期短,市场变化节奏快
在年代和年代,一款平视取景的相机通常可以生产一年,而如会只能维持年的生产和销售。
产品的更新通常通过二种方式一是完全新设计,打破旧的系统格局,引入新的电子技术,构想崭新系统。
这样的设计一般需要一年的开发布局上寻求最合理,在受力及运动上寻求最优化的照相机设计。
1.2.5相机产品的CAD一CAM一体化
目前照相机零件中为注塑件,为金属冷冲零件,为车削及弹簧零件。
开发产品的一个重要阶段就是模具的精确完成,日本照相机行业的领先与其在模具业中采用了手段分不开的。
从产品到模具形成了集成化的制造系统。
1.3国内外研究现状
在上世纪中叶,照相机的性能逐步提高和完善,光学式取景器、测距器、自拍技术等被广泛采用,机械快门的调节范围不断扩大。
相机制造业开始大批量生产实用型照相机,各国相机制造厂也纷纷仿制莱卡型和罗莱弗莱克斯型较先进的照相机[14]。
上世纪后叶,光学科学理论进入了光学器件的设计领域,出现了成像质量高、色彩还原好、大孔径、低畸变的摄影镜头。
同时,镜头向系列化发展,从焦距几毫米的鱼眼镜头到焦距长达2米的超摄远镜头,并有了透视调整、变焦微距、夜视等摄影镜头[15]。
电子技术也逐渐深入到照相机内部,多种测光、高精度的电子镜间快门、电子焦平面快门以及易于控制的微电脑自拍机等都纷纷出现。
新型相机伴随着高科技的发展不断问世,从而为摄影艺术的创作提供了十分精良的设备。
在新世纪,如今出现了先进的电子照相机,其特点是把电子技术应用于照相机中,如CCD快门技术等,从而使照相机的操作在不同程度上实现自动化或智能化[16]。
数码相机的出现正式标志着相机产业向数字化技术新纪元的跨越式发展,人们丰富精彩的影像生活也由此得到了彻底改变,现在几乎人手一台数码相机,非常实用方便。
1.4研究的内容
本文将对照相机前外壳形成形技术的几个关键问题:
成形过程变形规律分析、工艺方案确定和模具设计等方面。
1.4.1成形过程变形规律分析
(1)最佳毛坯几何形状尺寸的确定。
通过选择不同形状尺寸毛坯进行数值模拟试验,确定出最佳毛坯几何形状尺寸,降低金属流动不均匀性,使产品顺利成形。
此法可大大节省试验用材料、缩短试验周期。
(2)确定合理的模具间隙。
通过模拟结果,分析模具间隙对成形的影响,并对其进行优化设计。
1.4.2工艺方案确定
照相机前外壳形状复杂,精度要求也非常的高,可能的工艺方案较多,但工艺方案的好坏会直接影响到产品质量、生产成本以及生产效率。
本文在对零件冲压工艺性进行分析的基础上,确定并了工艺方案。
具体内容:
对零件冲压工艺性进行分析,对可能的工艺方案进行比较分析,并得出最佳的工艺方案。
1.4.3模具设计
(1)模具结构分析和确定
这里我们针对照相机前外壳尺寸小以及精度高的特点,根据工艺方案和零件的形状特点、精度要求生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求,分别对各工序进行分析,确定各工序模具的合理结构。
(2)冲模主要零部件的结构设计
根据模具结构型式和特点,确定模具工作、定位压料和卸料、导向以及固定等确定模具各主要零件的形式以及尺寸。
1.5研究的目的及意义
电器产品是人们日常生活必不可少的生活用品,人们对电器产品的要求从实用性、可靠性已经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的要求,从而对电器产品也提出了许多新的要求。
自从法国画家达盖尔发明世界上第一架照相机以后,德国最早设厂进行照相机生产,以后日、美等国也相继生产照相机。
特别是在第二次世界大战德、日等国战败以后,它们利用战争期间发展起来的军事光学工业和技术力量,把发展照相机工业作为复兴经济的一个重要途径,美、苏等国也利用战国所取得的技术力量发展其照相机工业。
这些国家都取得了成功。
目前,世界照相机年产量已近万架,主要为日本、美国、德意志联邦共和国和苏联所生产,其中日、美的年产量都已在万架以上。
总的说来,世界照相机生产正在向电子化、轻便化、自动化、多功能化方向发展。
日本的照相机已行销全世界,其出口量占全国产量的70%以上,成为日本的大宗出口商品之一,在日本经济中占有显要地位。
美国则以倾销伊思曼胶片为主要目的,大量生产低档的一步成象照相机。
德意志联邦共和国则以精心加工,坚持高质量著称,始终坚持着被称为“照相机之王”的高档名牌产品生产优势,但因为不大注重对新技术的应用,产品大多数为专业摄影师使用,生产增长较慢,一些著名的照相机生产企业发生倒闭。
以此作为一个突破口,带动和促进相关电器产品外观零件冲压成形技术的发展和技术创新。
第二章照相机前外壳零件冲压工艺性分析
2.1照像机前外壳零件形状
照相机前外壳是不规则形状的盒形件,本课题所研究的零件形状及与其它零件的装配关系如图2.1。
图2.1照相机前外壳
相机资料:
长度:
110mm,宽度:
64mm,高度:
21.1mm,厚度:
1mm。
2.2照像机前外壳所用材料
照相机前外壳所用材料为铝合金1050。
铝合金1050的主要化学成分及机械性能如表2.1及表2.2所示。
表2.1铝合金1050的化学成分
元素
Cu
Fe
Si
Fe+Si
其它杂质
含量
(%)
0.015
0.30
0.30
0.35
0.035
表2.2机械性能
材料
材料状态
机械性能
1050
H14
抗拉强度
屈服点/Mpa
伸长率
抗剪强度
110
103
10
62
2.3前外壳模具分析
照相机前外壳为外部零件,零件表面平整光滑度要求比较高,无翘曲、皱折、裂纹等缺陷,周口部高度差不可过大,以保证与后盖及机身的严密配合。
塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具,它对塑料零件的制造质量和成本起着决定性作用。
那么,究竟什么是塑料模具?
首先,得从塑料说起,塑料是由从石油生产出来的合成树脂加入增塑剂、稳定剂、填料等物质组成的,原料为小颗粒状或粉状。
如果将这些小颗粒状塑料加热熔化成液体,注入到一个具有所需产品形状的型腔中,待塑料冷却后取出来,就得到了与型腔形状一样的塑件,这个具有型腔的东西称为模具,因为它专门用于制作塑料件,所以通常称为塑料模具。
现代塑料制品的生产中,合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具是必不可少的三项重要因素,尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求,塑料制品使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效率的全自动设备只有配上相应的先进模具才能发挥出其应有的作用,随着塑料制品的品种和产量需求的增大,对塑料模具也提出了越来越高的要求,促使塑料模具不断向前发展。
图2.2照相机前外壳零件图
2.4分析比较工艺方案
经过零件工艺性分析,由于工序较多,可以组合的工艺方案也很多,为了分析方便,在此先分别对落料、冲孔、成形和修边工序中可能出现的方案进行分析。
2.4.1落料工序分析
考虑定位的精确性,这样才能保证位置精度要求的。
侧壁上的形状也均有位置精度要求如尺寸:
17.9,16.3,16.5等,落料时将其成形,由于金属变形会直接影响到其精度,应校核其成形后精度是否满足要求;电池匣配合部的位置在长宽方向上距镜头孔中心的尺寸分别为:
20.5和31.4同样由于金属变形很可能影响到其精度,应校核其成形后精度是否满足要求。
图2.3落料方案示意图
通过对零件形状及工艺性分析可能的落料方案有以下四种:
1:
直接落出矩形毛坯,如图2.3(a)所示。
2:
冲孔落料复合(所冲孔为镜头孔),毛坯外形为矩形,如图2.3(b)所示。
3:
落出带电池匣部缺口的毛坯外形,如图2.3(c)所示。
4:
冲孔落料复合(所冲孔为镜头孔),落出带电池匣部缺口的毛坯外形,如图2.3(d)所示。
第一方案的优点是化整为零,坯料的形状简单,从而简化了模具刃口形状,使模具制造简便;其缺点是由于电池匣部缺口在零件成形后切出,使得修边难度增大,并且生产效率低。
第二方案与第一方案基本相同,差异之处在于落料时将镜头孔一起冲出。
其优点是不仅提高了生产效率,而且为成形提供了定位(中心孔定位)。
第三方案与第一方案的不同之处在于电池匣部在落料时一起冲出。
其优点是提高了生产效率,而且为成形提供定位(侧边定位),同时大大简化了修边的难度。
第四方案是第二方案与第三方案的组合,也同时具有两者的优点,生产效率在四种方案种最高。
本零件生产批量大、精度要求高,第一方案虽然能保证较高的零件精度要求,但是生产效率不高,在此不予选用。
最佳方案为第四方案。
由零件工艺性分析可知,电池匣部缺口处位置精度较高,如果在落料时将其形状成形,能否保证成形后仍然满足精度要求,这是一个十分关键的问题。
2.4.2冲孔工序分析
在进行冲压工艺设计时,必须考虑各种冲压工序的定位问题。
所谓工序的定位,就是使胚料或工序件在各自工序的模具中占有确定的位置。
合理的定位可以保障冲压的顺利进行和完成尺寸精度,也对稳定的冲压工艺过程,安全生产有直接的影响。
该工件包括落料、冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔。
采用单工序模生产。
方案二:
落料—冲孔复合冲压。
采用复合模生产。
方案三:
冲孔—落料级进冲压。
采用级进模生产。
方案一模具结构简单,但需要两道工序两套模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产要求。
方案二只需一套模具,工作精度及生产效率都比较高,但制造难度大,并且冲压成品件留在模具上,清理模具上的物料影响冲压速度,操作不方便。
方案三也只需要一副模具,生产效率高,操作方便,设计简单,由于工件精度要求不高,完全能满足工件技术要求。
所以经过比较,采用方案三最为合适。
2.4.3成形工序分析
该制件可以简化为浅盒形件,考虑到该零件的r/(b-h)Ch为计入修边余量的工件高度,r为壁与壁之间的圆角半径,b为矩形件的短边宽度值远小于0.22,其拉深特点只有微量的材料从盒形件的圆角处转移到侧壁上去,而几乎没有增补侧壁的高度。
由其拉深特点可知成形相对容易,由于正面存在着与镜头孔同心的圆形凸起,增加了零件形状的复杂性,会对成形产生一定影响。
考虑可能的成形方案有如下两种:
方案一:
先成形底部圆形凸起,再最终成形。
方案二:
一次成形最终形状。
方案一的优点是便于材料变形和流动,使其成形过程一分为二,减小了变形的不均匀性;其缺点是圆形凸起成形后需要进行二次定位完成最终成形,这样使得定位误差增大,零件精度降低,同时也降低了生产效率。
方案二一次成形,克服了方案一的重复定位所造成的误差,而且生产效率较高。
但是由于零件曲面的复杂性,材料变形很不均匀,容易出现拉裂、起皱等缺陷。
合理的工艺参数是保证一次成形的关键。
以方案二为优先选取方案。
2.4.4修边工序分析
零件要求周口平齐,尺寸精度较高。
同时注意到侧壁上有许多小孔分布,而且小孔的冲裁方向不一致,根据这些特点可以得出如下几种工艺方案:
方案一:
依次修四个方向的侧壁,修边的同时进行冲孔,最后将支架固定凸台,单独冲出。
方案二:
先将三个圆角部分的余量分三次切除,再依次修四个方向的剩余直壁,修边的同时进行冲孔,最后将支架固定凸台,单独冲出。
方案三:
先将三个圆角部分的余量一次性切除,再同时修三边(包括图2.2主视图所示的上、左、下三边),然后将三边孔同时冲出,最后修剩余一边(如图2.2主视图所示的右边)。
方案四:
首先一次性将三个圆角部分余量切除,然后向四个方向同时冲切,完成四个直壁的修边,然后将三边(包括图2.2主视图所示的上、左、下三边)的孔同时冲出,最后将支架固定凸台,单独冲出。
方案五:
首先一次性将三个圆角部分余量切除,然后向四个方向同时冲切,完成四个直壁的修边,然后将三边(包括图2.2主视图所示的上、左、下三边)的孔同时冲出(包括支架固定凸台)。
方案一分别修四个方向的侧壁,模具结构较为简单,冲孔便于实现,切边凸凹模容易布置,且强度较大,所用模具套数较少((5套)。
但是分开修边容易产生侧壁的高度差,使切屑相互粘连,不易脱落。
方案二也同样具有方案一的优点,而且克服了切屑相互粘连不易脱落的缺点,但侧壁容易出现高度差的缺点没有得到改善,并且增加了模具套数((8套)。
表2.3修边工艺方案
方案三将切边分为两步进行,先将形状较为简单的部分成形,再单独冲出较为复杂的侧壁形状,这样既具有以上两个方案的优点,又可较好的避免切屑的粘连和侧壁较大的高度差。
模具套数较少((5套)。
方案四与方案三基本相同,所不同的是使成形的精度和生产效率进一步提高,并减少了模具套数((4套),但切边凸凹模布置较为困难。
方案五在方案四的基础上将支架固定凸台与其它
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