相机外壳工艺方案及模具设计.docx
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相机外壳工艺方案及模具设计
相机外壳工艺方案及模具设计
摘要
本文主要是针对相机外壳的注塑模设计，依照设计任务书的要求，对于相机前面板的设计来查阅相关资料确定使用的材料以及材料的主要性能、特征，运用Pro/E画出三维特征和运用AutoCAD画出零件三视图。
基于Pro/E的数码相机外壳注塑模设计师对传统设计的创新，利用Pro/E软件完成注塑模的各个环节的设计，先进行塑件的设计，然后运用Pro/E根据塑件的形状可以生成型芯和型腔，最后再标准模架系统下生成型芯、型腔和标准模架的装配图，完成整个模具的设计。
Pro/E功能强大、囊括了产品组立、零件设计、NC加工、模具开发、板金件设计、造型设计、铸造件设计、自动测量、机构仿真设计、应力分析、数据库管理等多种功能。
它的出现改变了传动的CAD/CAM作业方式，大大缩短了用户开发产品的时间。
本课题介绍了模具国内外发展现状，而且从相机外壳模具情况出发，进行塑件成型工艺分析，模具的成型零部件、浇注系统、温度调节系统、合模导向结构、脱模结构等设计，并进行了模架的选择、注塑机的选择、模具开模仿真。
使用Pro/E软件进行模具设计可大大缩短设计和制造周期，提高产品设计准确性，降低设计成本。
关键词：
AutoCAD；Pro/E；注塑模；浇注系统
Abstract
Thisarticleismainlyinjectionmolddesignforcameracase,inaccordancewiththerequirementsofthedesigntaskbook,accesstorelevantinformationforthedesignofthefrontpanelofthecameratodeterminetheperformancecharacteristicsofthematerialsusedaswellasthematerials,theuseofPro/E,drawthree-dimensionalcharacteristicsanduseAutoCADdrawpartoftheview.InjectionmolddesignersbasedthePro/Edigitalcameracasethetraditionaldesigninnovation,theuseofPro/Esoftwaretocompletetheinjectionmoldallaspectsofthedesign,thedesignofplasticpartsfirst,andthentheuseofPro/Eaccordingtotheshapeoftheplasticpartsgeneratethecoreandcavity,andfinallystandardmoldsystemswellsmoldingcore,cavityandstandardmoldframeassemblydrawings,completethedesignoftheentiremold.Pro/Epowerful,includetheproductassembly,partdesign,NCmachining,molddevelopment,castingdesign,sheetmetaldesign,design,automaticmeasurement,mechanismsimulationdesign,stressanalysis,databasemanagementandotherfunctions.IthaschangedthetransmissionofCAD/CAMpractices,greatlyreducingtheuserproductdevelopmenttime.
Thistopicdescribesthemolddevelopmentintheworld,andthedeparturefromthecamerashellmold,plasticmoldingprocessanalysis,moldmoldingparts,injectionsystem,temperaturecontrolsystem,clamping-orientedstructure,moldreleasestructuredesignandthechoiceoftheselectionofmoldframe,theinjectionmoldingmachine,moldopeningsimulation.UsePro/Esoftwareformolddesigncangreatlyshortenthedesignandmanufacturingcycle,improvetheaccuracyofproductdesign,andreducedesigncosts.
Keywords:
AutoCAD;Pro/E;injectionmold;gatingsystem
第一章绪论
1.1国内外模具发展状况
1.1.1国内模具发展现状
在国际市场方面，由于工业发达国家人工成本的持续提高，迫使他们为了降低生产所需要成本并不断向发展中国家特别是像中国这样有着较好技术基础的发展中国家转移。
在看到日益发展的中国的模具市场后，越来越多的外资企业纷纷投入到中国的模具市场，许多国际知名的汽车模具公司、注射模具公司也都陆陆续续的进入中国，而且投入中国市场的力度非常大，速度也非常快。
模具化的消费品的趋势将会带动整个模具行业的发展，产业上的模具钢、模架和模具生产都将受益匪浅。
模具行业将会出现三个重要的变化：
一个是整个模具行业市场的规模将会变大，对于模具钢的需求将会加速上升；第二个是模具标准件覆盖面将会提升，对于模架产品的需求将会增加；三是模具开发能力强，交货时间较短的模具企业将会赢得竞争上的优势。
1.1.2注塑模具的发展
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。
美国上市公司Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软体，自1976年发行了世界上第一套流动分析软体以后，一直领导塑胶的成型CAE软体市场。
近几年，在家电、汽车、化工、电子通讯和日用品等领域得到了广泛应用。
运用CAE技术能在模具加工前，可以对整个注塑成型过程进行类比性分析，准确的测出熔体的保压、冷却、填充情况，以及制品中的分子和纤维取向分布、应力分布、制品的翘曲变形和收缩等情况，以便于设计人员能尽早发现错误问题，以及时修改制件和模具的设计，而不用等到试模後再返修模具。
这不仅仅是对传统注塑模具的设计一次重大突破，而且是对减少甚至避免模具的降低成本、返修报废和提高制品质量等，有着极大的经济技术的意义。
塑胶模具设计不但要用CAD技术，而且还要用CAE技术。
这是发展的必然趋势。
注塑模具分两个阶段，即开发设计阶段和生产阶段。
传统的注塑模具是在正式生产前，由设计人员凭经验与直觉设计模具，在模具装配完後，通常需要好几次的试模，然后发现了问题後，需要重新更改工艺参数，可能还需要更改注塑模具设计的制品和塑胶模具的设计，这势必增加生产的成本，延长了产品的开发周期。
1.2研究的内容、目的及研究意义
1.2.1研究的内容
通过市场的调查并且查阅大量的资料，确定自己塑件的材料和工艺结构。
再运用三维造型软件Pro/E设计出工件的整体结构，通过AutoCAD绘出二维图，在结构设计过程中，对结构进行不断更正，会发现机械设计、材料力学、理论力学、工业产品设计等课程的知识在这里会有所用途，对以前所学的课本知识也是一个综合性应用的过程。
1.2.2研究的目的及研究意义
（1）综合学习从选择材料、工艺设计、注塑机的选择、工件零件结构、模具设计到整合设计管理的模具设计技术。
调查显示,中国模具工业协会的分析指出，中国出口模具的技术含量和附加值比上年又有上升。
与进口模具相比，技术和价格差距也在不断缩小，充分体现了2012年中国模具产业的技术进步。
（2）有助于模具企业设计经验知识的重用
模具设计是一项对经验要求非常高的工作,需要日积月累才能设计出结构合理的模具。
从用户那里接到塑料制品图（可能是二维的，也可能是三维的），模具设计工程师根据产品的类型、特点以及形状考虑采用合适的结构进行设计，即采用什么样的模具结构可以成型出该塑料件。
在此过程中，结构设计工程师还要根据制品的某些特定要求结合自己的经验选择流道类型、尺寸，浇口类型、数量、尺寸、位置并确定分流道的数量、尺寸等，以保证所设计的模具除了结构上合理外，在浇注和冷却系统方面也是可行的。
显然，模具设计对于结构设计工程师的要求是十分苛刻的。
运用CAE分析正是解决上述问题的理想工具。
原因是，该工具建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。
（3）能提高模具行业零件形成比较完整的标准零件体系。
已经形成国家标准的,只有11个通用标准零件,适用于10~400cm塑料注射机用的中小型模具。
各个企业也有一些企业标准,各种零件、部件的尺寸都形成系列和标准,在设计过程中仅仅通过选择尺寸而不用查阅手册,即可完成零件设计。
因此,本课题寻求对于整个模具零部件标准化方法以及在CAD中表示方法,对于企业标准化工作是有非常重要意义的。
（4）能提高模具企业的产品的设计效率
PTC公司近日宣布，欧姆电子（深圳）有限公司采用Pro/E大幅提升了模具部门的设计和生产效率。
Pro/E是PTC的3D产品设计解决方案，它能帮助企业建立详尽、直观并且切实可行的数字化产品表示方案。
欧姆电子的模具部门多年来依赖2DCAD作为唯一设计软件。
综合市场因素，如客户的要求，业务范围的扩大，自身发展的瓶颈、竞争因素、技术因素和软件因素的原因，采用传统的平面设计表达方式已经不能适用技术发展的需求，因此欧姆电子急需全新的设计工具和方法来适应技术发展的需求。
在对目前市场上的多套主流CAD解决方案进行全面分析后，欧姆电子最终选择了Pro/E。
除了常规功能以外，欧姆电子还重点考虑了产品的功能深度、对以模型为核心的设计方法的支持程度、易用性以及支持不同产品的能力。
通过使用PTC的产品，不但使我们的模具生产效率提升了300％，而且还形成了一套完整规范的流程，提升了我们企业在行业中的竞争力，为我们企业今后的发展规划奠定了良好的基础。
同时，PNT良好的售后服务和高质量的培训服务，为我们企业顺利的导入Pro/E提供了最为重要的技术保障，使我们能够顺利的完成设计软体转型，并稳定的提升了效率。
将自己的已有的设计经验融入到设计过程中去,不论是新手还是经验丰富的设计师,都能够快速的设计出结构合理的产品,从查阅手册，通过思考以前的经验方法的时间节省下来,降低了出错的几率,从而提高了产品设计的效率。
（5）能提高模具产品的质量
Pro/E的三维造型,使设计师能够快速的设计出结构合理的产品,降低出错几率，产品质量是客户最大的满足,也是企业的追求。
保质保量、按时交货,企业才能长期生存发展下去。
（6）能增强企业之间竞争力
做模具讲究模具的生产效率，模具精度，以及模具表面的光滑度等，这些是模具行业的重要指标。
如果需要提高企业竞争力，则需要提高生产效率以及模具产品的质量，保证了产品质量,提高了设计和制造的效率,以最短的时间向市场推出设计完成的产品,从而增强企业的竞争力。
第二章相机外壳注塑模具设计
2.1塑件结构特征分析
相机外壳的三维模型如图2.1所示。
图2.1相机外壳的三维模型
相机外壳采用材料为ABS，该材料相对密度为1.05左右，有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用、耐磨性优良、流动性好、尺寸稳定耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好，综合性能好，成型工艺好。
外壳上表面和侧面有孔，但是不需要侧抽芯，模具结构简单。
表2.1ABS性能指标
密度
1.28~1.08
屈服强度/MP
50
比体积
0.86~0.98
拉伸强度/MP
38
吸水率
0.2~0.4
拉压强度/MP
53
熔点
130~160
拉弯强度/MP
80
计算收缩率
0.3~0.8
拉伸弹性模量/MP
比热熔
1470
弯曲弹性模量/MP
2.2塑件注塑成型的工艺分析
体积为9.19cm3，曲面面积为100.70cm2，质量为9.65g。
图2.2塑件质量属性
2.2.2厚度分析
合理的塑件壁厚既保证了塑料在成型时具有良好的流动性，也确保了塑件在使用时具有足够的强度。
另外，适当的壁厚也使塑件在脱模时能承受一定的顶出力。
塑件各部分的壁厚尽可能的均匀一致，既可防止塑件翘曲变形和开裂，也可节省原料并缩短成型时间。
因此塑件壁厚必须满足成型和使用要求。
对于热塑性塑件，其最小壁厚可由以下计算求得：
tmin=0.3（
-2.1）；（2-2）
式中tmin——塑件的最小壁厚，mm；
h------预计的塑件壁厚，mm；
按照上述公式可计算出最小壁厚;tmin=0.3×（
-2.1）=0.3mm,相机外壳的壁厚t=2mm，
则符合最小壁厚要求。
2.2.3脱模斜度的分析
塑件成型后由于冷却而产生收缩，会紧紧的包住模具型芯或型腔中凸出的部分，为确保顺利取出塑件，在平行于脱模方向，塑件的内外侧壁应设计出一定的脱模斜度。
为保证在开模时塑件能留在脱模机构一侧，在脱模机构一侧的侧壁脱模斜度可比外侧的脱模斜度小些；即使塑件结构不需要斜度，也应在模具上留有相应的工艺斜度，其斜度取值必须在塑件制造公差范围内。
查表2.2可知ABS型腔的脱模斜度是
，型芯的脱模斜度是
。
表2.2常用塑件的脱模斜度
塑料名称
脱模斜度
凹模
型芯
聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、氯化聚醚
有机玻璃、ABS、聚甲醛、聚苯乙烯
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯
热固性塑料
2.2.4塑件的精度
影响塑件的精度因素有很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损量，其次是成型工艺条件的变化所引起的塑料收缩率的波动。
因此，对塑料件的精度要求不能过高，应在保证使用性能的情况下，尽可能的选用低精度等级。
本文采用一般精度等级MT3，对应公差为0.55mm。
2.2.5塑料件的表面粗糙度
塑料制品的表面粗糙度主要取决于成型模具型腔表面的粗糙度。
另外，塑料品种，成型工艺以及成型模具型腔表面的磨损和腐蚀对塑件的表面粗糙度也有一定的影响。
一般情况下，模具型腔表面的粗糙度要比所成型塑件的表面粗糙度低1-2级。
所以可以选用Ra（1.6~0.2）
。
2.3模具浇注系统的布置
浇注系统分为热流道浇注系统和普通浇注系统这两大类型。
本设计中采用普通流道的浇注系统。
2.3.1普通流道的组成
普通流道的浇注系统一般是由主流道、浇口、分流道和冷料穴等四部分组成。
主流道是指连接注塑机喷嘴到分流道或者型腔的一段锥形通道。
主流道是熔融塑料进入模具时首先经过的通道，它与注塑机喷嘴同轴。
热塑性塑料的主流道一般设计在浇口套内。
2.3.2主流道的一般设计原则：
（1）主流道越短越好，排气负担就会越轻，浇口凝料越少，缩短了成型周期减少了熔体的能量（温度和压力）损失。
（2）为便于脱模，主流道在设计上大多采用圆锥形。
两板模主流道的锥度取2度至4度之间，三板模主流道的锥度可取12度至18度之间。
（3）为了保证注射成型时主流道与注塑机喷嘴之间不溢料，以免影响脱模，一般主流道小端直接D2=D1+（0.5~1）mm，一般情况下，D2=3.5~4.5mm,其中D1为注塑机喷嘴口直径。
（4）如果主流道同时穿过多块模板时，为了避免因加工误差而影响脱模，一定要注意每一块模板上孔的锥度及孔的大小。
（5）一般要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合，否则会产生不良后果。
2.3.3分流道的布置
连接主流道与浇口的熔体通道称为分流道。
在确定分流道的布置时，应尽量使流道长度最短，因为长的流道不但会造成压力损失，加长了注塑周期，同时亦浪费材料。
但是，材料以低温成型时，为提高成型空间的压力来减少成型品收缩凹陷，或欲得壁厚较厚的成型品而延长保压时间，减短流道长度并非绝对可行。
因为流道过短，则成型品的残余应力增大，且易产生毛边，材料的流动不均匀，所以流道长度应适合成型品的质量。
2.4流道及浇口设计
2.4.1主流道的设计
本设计采用一模一腔，不需要设计分流道。
主流道的三维图，如图2.3所示；
图2.3主流道三维图
2.4.2浇口设计
浇口也称进料口，是连接分流道与型腔的通道。
除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，它使塑料熔体的流速产生加速度，以得于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用，并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。
浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。
设计恰当的浇口可以均匀、迅速、单一方向的传送熔体以充填型腔，并且获得适当的凝固时间来冷却塑件。
浇口应该设计在塑件的非功能区、非外观区等适当位置。
浇口设置在塑件的最厚部位，让塑件从厚区流向薄区，有助于获得良好的流动路径和保压路径。
应将浇口位置设置在塑件中央，可以使熔体在流动到塑件的各个极端位置时都有相同的流动长度。
浇口凝固时间是型腔进行保压的最终有效时间。
太小的浇口使得凝固最慢的部位发生在塑件内部，而不是发生在浇口。
设计良好的浇口必须防止熔体逆流。
浇口的长度越短越好，以减少浇口区的压力降，一般浇口长度为1~1.5mm。
浇口有很多形式，常见的有侧浇口、潜伏浇口、点浇口等等。
侧浇口一般用于多型腔的模具上，其优点是进口可随意选择进料位置，浇口的深度及宽度在试模后根据需要可加深或加宽。
其缺点是在塑件一端侧壁处进料，流程中心浇口长一倍左右，料流末端面易产生深接痕，深型腔底部易生气孔，影响塑件质量。
潜伏浇口的进料口设在塑件内侧时，脱模时，推杆将流道与塑件分别推出的同时，推杆切断进料口，可实行注射机的全自动操作，但是，隧道斜也的加工较困难。
点浇口的进料口设在弄腔底部，排气顺畅，成型好，点浇口拉断后，仅在塑件上留下很小痕迹，不影响塑件的外观质量。
由于数码相机外壳的表面要求不允许有浇口痕迹和飞边，因此选用点浇法，浇口的位置选在数码相机表面顶端的中心位置，这样有利于熔体流动，充分整个型腔，缩短时间，保证塑料在型腔中流动效果最佳。
浇口尺寸取壁厚的50%~80%，则取0.5mm，如图2.4所示。
图2.4浇道口
2.5分型面的设计
模具在分开取出塑料件时的面称之为分型面。
塑料模有一个或者多个分型面，分型面一般都是垂直于开模方向。
由于分型面的设计对于同一产品具有不同的结果，所以分型面的设计形状有平面型和曲面型等，也有将分型面作倾斜或者弯折。
对于产品，必须遵守一定的规则才能设计出合理的分型面，以简化模具的结构，降低成本。
在模具设计的分型面也因考虑以下因素：
保证产品的外观质量和精度；保证模具零件成型时的刚度；分型面应有利于侧向抽芯；分型面应有利塑件脱模；分型面的选择和设计应有利于制造。
本文设计的分型面只有一个而且合理，分型面如下图2.5所示。
图2.5分型面
2.5.1分型面的设计原则
（1）分型面应该选在塑件外形最大轮廓外。
当分型面在塑件上的方向确定后，分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该塑件在分型面方向上的截面面积最大。
（2）确定留模方式，有利于塑件的顺利脱模
从制件的顶出考虑分型面应尽可能的使制件留在动模一边，所以模具必须做好相当的壁厚，以保证制件顶出留在动模一侧。
（3）必须保证制件的精度和外观要求
一件制品成型完工后，对其使用性能合理下，产品的外观质量非常重要。
它将直接影响市场需求。
如果制件的外形或者内孔精度要求较高，或者同轴度要求较高，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。
因为分型面不可避免的要在制件中留下溢料痕迹或者接合缝的痕迹，所以分型面最好不选在制件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。
（4）分型面应使模具便于加工，以减少机械加工的难度。
（5）分型面应使制件脱模和抽芯方便。
（6）合理安排浇注系统的合理安排，特别是浇口位置。
（7）分型线不影响塑件外观。
分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。
2.6凹模和凸模
凹模和凸模分别如图所示2.6和2.7图。
图2.6凹模图2.7凸模
2.6.1凹模和凸模的结构设计
构成塑料模具型腔的零件称为成型零件。
成型零件直接与塑件熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等等。
因此，成型零件需要有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且结构合理，强度、刚度要求较高以及较好的耐磨性。
成型零件包括凹模、凸模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
型腔是注塑模中成型制品外表面的零件，它一般安装在定模扳上。
按结构形式的不同和加工工艺的需要，型腔可分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式的结构。
整体式型腔结构成型的制品外观质量好，无拼接缝痕迹，它具有强度和刚度高、不易变形的特点，但是加工困难，热处理不方便，消耗模具钢材多而浪费材料。
整体嵌入式一般适用于成型小尺寸的制品。
对于形状复杂的型腔，通常采用组合式型腔，将凹模设计成通孔，再镶拼镶块，组合在一起成型制品。
组合式型腔加工和如处理都比较灵活，但其强度和刚度较低。
在高压熔体作用下容易造成零件变形，引起毛边等缺陷。
所以，对于大多数制品的成型，其型腔的结构都是用镶件或拼块组成的局部镶拼式型腔，在设计镶嵌式型腔时，要注意合理的选择拼缝位置以及各个拼块的准确定位和紧固。
型芯和成型杆都是用来成型制品内表面的。
型芯和成型杆并无严格的区分，一般成型杆是指成型制品孔和局部凹槽的小型芯。
当型芯用来成型制品的整个内部形状时，常称为主型芯或凸模。
型芯分为整体式型芯、整体嵌入式型芯、镶拼组合式型芯、小型芯等结构。
本文设计采用的是整体嵌入式型腔和整体嵌入式型芯。
2.7注塑机
注塑机又名注射成型机或注射机。
它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。
注塑机按照注射装置和锁模装置的排列方式，可分为立式、卧式和立卧复合式。
注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。
注塑机是塑料加工业中使用量最大的加工机械，不仅有大量的产品可用注塑机直接生产，而且还是组成注拉吹工艺的关键设备。
中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，促进中国注塑机设备制造业发展的原因在于：
一是与国际著名企业进行合资及技术合作；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。
同时，我国注塑机的
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