U盘外壳塑料模具设计毕业论文.docx

1、U盘外壳塑料模具设计毕业论文 摘 要U盘是当今社会日常中必不可少的工具。U盘产品的外壳造型很多，市面上不断出现着各种款式，我们选用这一款U盘外壳（材料ABS）进行模具设计。我们通过分析和研究，参照有关的技术文献，选定材料和有关技术参数，设计出这款U盘外壳的模具。毕业设计论文主要包括三部分内容：第一部分为注塑模具的工作原理及有关的应用、有关的设计原则，以及产品的有关介绍。第二部分为模具的设计计算：模具结构的设计，浇注系统的设计，注射机的选择等。第三部分为Pro/ENGINEER的应用,Pro/E许多方面的功能都在本次设计中用到，它为产品造型设计和模具设计提供良好的设计环境，它把产品设计过程与加工

2、制造过程很好的结合起来。【关键词】 U盘，外壳，ABS，注射模具，Pro/ENGINEER ABSTRACTU disk is a daily tool, which is necessary in todays society. The shell of U disk products is continuous updating following on the market requirement. We choose this shell shape of the U disk to mold design. Through the analysis and research, and

3、 consult involved technical literature, then choose the material and involved technical parameter, designed this style of U disk shell shape mold.The design project is divided into three parts. The first part is about the working theory and application of a plastic injection mould, the principle of

4、designing and the introduction of the production about plastic mould. The second part is about the designing and calculation of the mould. It including: the selecting of the injection machine, the structure designing of the plastic mould and the inject system of mould. Pro/ENGINEER was used in this

5、practice, it provide a good design environment for products design and mold design. It combined the process of products design with manufacture.【KEY WORDS】 U disk , shells , ABS , injection mold, Pro/ENGINEER 目 录 第1章 绪 论1.1 注塑模具概述塑料的注射成型过程，是借助螺杆或柱塞的推动，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定性后的开模而获得制品。1.

6、1.1注塑模具设计的特点塑料注射模能一次性地成型，形状复杂，尺寸精确，或带嵌件的塑料制件。注塑件的生产中，通常以最终的塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量，包括表观质量和内在质量。从塑件的形状和尺寸精度来衡量表观质量，包括注塑件的表面粗糙度和表观缺陷状况。常见的表观缺陷有：凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥层、暗斑纹、烧焦、翘曲、溢料飞边及可见融合度缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、取向、密度、收缩等。作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材

7、料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。此外，注塑模具设计中，必须充分考虑到以下三个特点：（1） 塑料熔体大多数属于假塑性液体，能“剪切变稀”。它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。因此须按其流变来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。（2） 视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。（3） 在整个成型周期中，塑件-模具-环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学应用于模具的温度调节系统

8、的设计，以确保制品质量和最佳技术经济指标的实现。 尽管注射模具的设计和制造的技术难度较高。但由于注射成型方法有其它塑料成型方法无法取代和比拟的有点，已引起人们普遍关注。注射模具设计理论及方法，以经历了从经验设计到理论设计的过程。我国正在加紧开发研制注塑模设计的CAE/CAD/CAM使用软件。1.1.2 注塑模具的组成下列以注射塑料模具为例，介绍塑料模具的典型结构。 注塑模具的组成包括以下几个部分：（1） 模具型腔模具型腔是成型注塑件形状的主要零件，它是由凸模和凹模组成的，一般分为三种。1) 整体式：采用自制模架或非标准模架，将凸模直接做在A版上，而将凹模直接坐在B版上。但是这种A版和B版所选用

9、的钢材必须满足成型的要求，而且一般凸模加工困难，钢材消耗多。2) 整体嵌入式：这种模具一般采用标准模架，所以此形式应用广泛。它是将凸凹模做成镶块，安装在标准模架的A，B板上。3) 拼镶式型腔：对于复杂的模具型腔，为简化加工，凸凹模都采用拼装的形式。（2） 分型面分开模具取出制品（注塑件）或分开模具取出浇注系统、既可以接触又可以分开的面叫做分型面。分型面通常是平面，也有斜面或阶梯面。 一般的注塑模至少有一个分型面。分型面的选择对塑件的质量有直接的影响，因此要认真考虑分型面的位置。（3） 浇注系统浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴，是指模具浇口套和注塑机喷嘴处到型腔位置的流道。（4） 冷却系

10、统在工作中为了使制品冷却，一般采用冷却水道模具。（5） 排气系统 排气系统在注塑成型中排除型腔中的气体。排气系统是模具设计中的一个重要部分，但一般情况下可以利用模具零件的配合间隙排气，而无须特意设计排气系统。（6） 脱模机构脱模是在开模时使制品和浇注系统和模具相脱离。一般有3种方式：顶出机构、浇注系统脱出机构和侧抽芯机构。1.1.3 注塑模具的分类 注射机的结构形式根据所使用的注射机的不同可分为立式注射模、直角式注射模和卧式注射模。（1）立式注射模：竖直安装在立式注射机上，浇口自上而下注射。其优点是注射方向与开模方向一致，放置活动型芯和嵌件较方便。缺点是塑件顶出后必须手工取出，不易实现自动化。

11、立式注射模多用于小型塑件的成型。（2） 直角式注射模：平卧安装在直角式注射机上，浇口自上而下，但垂直与开模方向， （3） 卧式注射模：安装在卧式注射机上，是注射成型中最常用的1.2 Pro/E注塑模具概述1.2.1 Pro/E概述1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/E诞生了。经过10余年的发展，Pro/E已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENIGEERING wildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/E还提供

12、了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就Pro/E的特点及主要模块进行简单的介绍。主要特性 1，全相关性：Pro/E的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/E使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人

13、员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。2，数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/E独特的全相关性功能，因而使之成为可能。3，装配管理：Pro/E的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级

14、的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。1.2.2 Pro/E 注塑模具设计解决方案Pro/E的模具行业解决方案基于集成制造技术和并行工程技术，可以应用于各种模具的设计和制造。Pro/E的模具设计模块与Pro/E基础模块一起，为塑料模具设计人员提供快捷创建和修改完整模具零件部件的功能。模具设计具有易用，自动化强大的特点，用于设计和校验。Pro/E提供了注塑模具设计模块（Pro/MOLDESIGN）,提供了在Pro/E中仿

15、真注塑工程，而且还提供了注塑模具设计专家EMX，能大大缩短模具设计人员花费在创造、制定和细化模架等部件的时间，提供工作效率。在Pro/E 中可以设计吹塑模、压铸模和塑料模等，在此简要介绍塑料模具的设计工具。 基础模块和主件模块：用于设计模具元件和装配模具元件。 塑料模具模块：用于设计注塑模具和吹塑模具型腔。 注塑模具设计专家： 用于各种模具的模架设计。 塑性顾问：用于塑料模具的铸模填充分析。1.2.3 Pro/E模具设计的基本流程1， 设计零件的创建与修改在模具设计中的第一步就是进行零件的设计和修改，简单零件的设计应用【拉伸】、【旋转】、【倒角】等命令就可以完成，一些复杂的三维制品的造型，还要

16、用到【扫描】、【变剖面扫面】等命令。 2， 创建模具型腔创建模具型腔的步骤可以归结为以下几步。（1） 建立模具模型。（2） 设置收缩率。零件从温度较高的模具中取出冷却至室温后，其体积和尺寸发生收缩现象叫做收缩性。（3） 创建毛坯工件。创建模具的毛坯工件，就是创建一个完全包容参照模型的组件，通过分型面等特征可以将其分割为型芯或型腔等成型零件。（4） 设计浇注系统。浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴4部分组成。但不是每个浇注系统都必须有这4部分。如一模一腔亲切只有一个浇口进料时，没有必要设置分流道。（5） 冷却水道的设计。为了加快制品的冷却，需要在模具中设计冷却水道。（6） 设计分型面。分型面

17、的设计是模具设计中一个非常重要的环节。模具的分型面是打开模具，取出塑件的面。分型面可以是平面、曲面或者阶梯面。（7） 分割体积块。在建立好分型面后，必须用分模面或者体积块将毛坯工件进行分割，使之成为凸凹模或型芯等。（8） 抽取模具零件。分割体积块后毛坯虽然被分割为凸凹模，但只是有体积无质量的三维曲面模型，而不是Pro/ENIGEERING 的实体零件，必须用这些体积块提取使之成为实体零件模型。（9） 铸模。这是模拟将材料填入凸凹模形成的空腔中，以形成浇注完成制品的过程。（10） 开模仿真。 具体的步骤在后面各个章节中做详细的介绍。3，模具设计专家EMX模具设计专家EMX (expert mol

18、dbase extension)是Pro/ENIGEERING系统的外挂程序之一，专门用来建立标准模座零件及斜滑块等其他附件，此外，在EMX系统中还能自动产生二维工程图和材料明细表。利用EMX可以大大提高模具型腔、型芯等的设计效率，完善开模功能，方便对模具设计过程的修改以及自动化配置，大大缩短模具设计周期。4，创建模具工程图在Pro/ENIGEERING中，设计出制品的三维造型之后，可以很方便的自动生成工程图，做相应的修改就可以生成完美的工程图，而不需要再在CAD等软件中作图。按照上述操作，Pro/ENIGEERING会自动生成TOP、RIGHT、FRONT等各个视图方向上的二维视图。图形隐藏

19、或增加了某些线条，可以在【绘图视图】对话框中或用【草绘】工具栏上的工具作相应的修改。一副二维工程图的绘制不是一个简单的过程，要牵涉视图的选择、修改、标准、等，如果读者想用Pro/ENIGEERING生成工程图，可以参考有关Pro/ENIGEERING绘制二维工程图的书籍。1.2.4 Pro/E注塑模具设计的应用Pro/E是一个面向机械工程的CAD系统，该软件提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CAD/CAM/CAE的传统观念，在CAD/CAM领域属于领先技术并取得成功。Pro/E包括Pro/ENIGEERING软件辅助注射模具设计（CAD）和Pro/ENIGEERING

20、软件辅助模具制造(CAM):1.Pro/ENIGEERING软件辅助注射模具设计 (CAD)计算机辅助设计应用的新技术都是基于注塑工艺及注塑模型。注塑工艺包括开模方向、拔模斜度、分模线、分模面、收缩率以及浇注系统、生产工艺流程等。工艺选择的正确合适,不仅可保证零件尺寸、形状精确,提高生产率,也可降低成本。采用Pro/ENIGEERING软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模仿生产操作,利用软件分析功能进行流道分析,温度分析和脱模干涉检查,减少了工艺设计过程的失误。2.Pro/ENIGEERING软件辅助模具制造 (CAM) 注塑模具加工的核心在于复杂型面零件的加工,Pro/ENIGEERING软件

21、提供的Manufacturing模块可以对复杂面零件进行模拟加工,调整加工的各种参数,控制零件的精度,输出刀轨文件。在Pro/ENIGEERING的NC模块下,根据加工需要,可生成加工所需要的各种代码,输出到数控机床上进行直接加工上下模具,提高模具设计的准确性,降低模具设计成本,保证了产品的几何精度。1.2.5 基于Pro/ENIGEERING的 CAD/CAM的发展趋势基于Pro/ENIGEERING的模具CAD/CAM发展趋势：集成化、智能化、标准化、网络化。1， 集成化集成通常是指以统一产品数据模型及工程数据库为基础，在系统之间及系统内部实现信息传递、响应、分析及反馈，从而达到系统及各模

22、块之间的无缝组合。随着CAD及相关技术的不断深入，对集成的概念也不断深化，目前对集成的认识是以信息集成为基础成为基础的多集成的概念，实现多集成的目的，是在TQCSE（T-Time，Q-Quality，C-Cost，S-Service，E-Environment）目标下，寻求全局最优秀决策，实现可持续发展的策略。2， 智能化智能化制造系统就是将人工智能融合进CAD/CAM系统的各个环节中，通过模拟专家的只能活动来取代或延伸制造环境中应由专家完成的那部分活动。在智能制造系统中，系统既有部分人类专家的“智能”。例如系统能自动监视自身的运动状态，能够自动调整自身参数来适应外部环境，使自己始终在最佳状态

23、下进行。智能制造系统的研究和应用主要取决于人工智能技术的发展。将人工智能技术、知识工程和专家技术引入到CAD/CAM领域中，形成智能化的CAD/CAM系统。3， 标准化随着CAD/CAM技术的快速发展和广泛应用，技术标准化问题愈显重要。CAD/CAM标准体系是开发应用CAD/CAM软件的基础，也是促进CAD/CAM技术普及应用的手段。4， 网络化网络技术包括与软件的实现、各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。特别是在当前情况下，要实现基于Internet的Tele-Design和Tele-Manufacturing(异地设计与异地制造)

24、技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机可实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真及使用过程仿真、它们采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像及动画为一体，给人一种真实感及临境感。在现代社会，塑料制品的使用越来越广泛，在很多方面，它已成为金属制品的替代物。塑料模具成型作为成型方式中的一种，是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。由于模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本低等特点，发展模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。对于注塑模具设计，传统的设计方法主要依靠模具设计师的直觉和经验，模具通常

25、经过反复的试模和修正才能投入生产，模具的设计周期长，成本高。而ProE软件具有3D实体造型、单一资料库以及以特征作为设计单位等特点，通过提供参数化设计，可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等，而且不论在3D或2D图形上做尺寸修改，其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。由于Pro/ENIGEERING在设计中导入制造的概念，可随时对特征做合理、不违反集合的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。Pro/ENIGEERING所提供的上述功能满足了现代产业中并行工程的需要。Pro/ENIGEERING提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为-体。赋予设计完

26、整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。Pro/ENIGEERING软件在塑料注射模具设计中的便捷、高效,为企业节约了模具开发时间、成本,提高了企业的竞争力,为企业带来了巨大的经济效益。1.3本次选题的意义U盘是人们经常用来下载存储有关文件和资料的一种高科技类产品，U盘的外壳造型很多，我们用这一款外形美观的U盘外壳进行模具设计。由于市场的特殊性，有备U盘外壳产品外形的过时，模具设计使用期限为10万次，批量生产。U盘的外壳分很多种，在此只详细介绍塑料外壳的模具设计，U盘外壳是采用注塑模具设计方法来实现的。不仅仅是U盘

27、外壳，手机外壳，鼠标壳等等都是采用此种办法，此次选题的意义不仅仅在于如何设计出一套的U盘外壳的模具，更在于通过一个实例来学习注塑模具设计的方法，熟悉注塑模具设计的过程，了解三维设计软件Pro/E，模具设计专家EMX5.0,塑性分析软件MOLDFOLW等先进CAD/CAE技术，并最终使三者融合来深化自己对注塑模具设计的认识。我们都知道在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。所以我国模具设计及制造发展方向上提到，积极的开发和推广应用模具CAD/CAM/CAE技术，提高模具设计的效率和模具制造过程的自动化程度。加快研究和自主开发三维CAD/CAM/CAE软件，同时搞好引

28、进软件的二次开发，提高软件智能化、集成化程度。我们在学习模具成型工艺知识的同时，也必须充分利用计算机辅助技术，由此看出本次设计是非常有意义的。第2章U盘塑料外壳（塑件）造型设计2.1 参数化设计概述参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来，采用智能建筑构件、视图和注释符号，使每一个

29、构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。在CAD中要实

30、现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称

31、为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。 应用参数化设计进行三维实体造型的CAD软件主要有solidworks,UG, Pro/E等，此次设计过程中我们采用Pro/E4.0。2.2基于Pro/ENIGEERING的参数化造型设计过程P

32、ro/ENIGEERING在造型设计当中，可很方便地利用“装配”功能进行U盘外壳各个零部件的组合，从而达到整体要求的效果。这需要先对U盘外壳塑件各零部件进行设计，而且各零部件的配合尺寸、公差等都有严格的要求。如果把U盘外壳塑件各个零部件都一一做出需要很大的工作量和时间，而且将占用很多的论文空间，而本文是针对塑件的上壳而做的模具设计，在次仅将U盘上壳塑件的设计过程介绍一下，至于其它个零部件本文在次不做赘述。下面是基于Pro/ENIGEERING的U盘上壳的设计过程：1、 采用【拉伸】命令，以Front为基准面，拉伸上壳基体。(如图2.1) 图2.1 创建基体2、 采用【拉伸】命令，进行抽壳。(如图2.2) 图2.2 抽壳3、 采用【拉伸】命令，开芯片口。(如图2.3) 图2.3 芯片口4、 采用【拉伸】命令，画上下壳装配孔。(如图2.4) 图2.4 装配孔5、 采用【拉伸