ProE实体造型设计.docx

1、ProE实体造型设计课 程 设 计Pro/E实体造型设计专 业： 机械制造与自动化 班 级： 机械G093 姓 名： 姜涛 学 号： 07 第一章 绪论1.1 国内外发展状况1.1 1 模具工业在国民经济中的地位在讨论注射成型工艺之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解。首先还要对模具有一个整体的认识。利用模具来成型零件的方法，实质上是一种少切削，无切削，多工序重合的生产方法。采用模具成型工艺代替传统的切削加工工艺，可以大大的提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。因此，模具成型方法在现代工业的主要部门如机械，电子，轻

2、工，交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。例如70以上的汽车，电机，电器，仪表零件，80以上的塑料制品，70以上的日用五金及耐用消费品零件都采用模具成型的方法来生产。由此可见，利用模具来生产零件的方法已经成为工业上进行成批或者大批生产的主要手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义1。1.1.2 我国塑料模具工业的发展情况塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材

3、和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料2。 目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产

4、量已超过有色金属产量的总和。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市

5、场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。2006年，中国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。根据海关统计资料，2006年中国共进口塑料模具约10亿美元，约合83亿元人民币。由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具

6、价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。(1)发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。(2)工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要

7、的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。(3)大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。(4)供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。(5)体制和人才问题的解决尚

8、需时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展3。表1: 国内外塑料模具技术比较表项目国内国外注塑模型腔精度0. 0050. 01mm0.020.05mm型腔表面粗糙度Ra0.010. 05 umRa0.20 um非淬火钢模具寿命10-60万次1030万次淬火钢模具寿命160300万次50100万次热流道模具使用率80%以上总体不足10%标准化程度7080%小于30%中型塑料模生产周期一个月左右24个月1.2 注塑模具计算机辅助设计、辅助工程与辅助制造随着

9、塑料工业的飞速发展，注射模传统的手工设计与制造已经无法适应当前的形式。近20年的实践表明，缩短模具设计和制造时间，提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计(CAD)、辅助工程(CAE)和辅助制造(CAM)现代科学技术的发展，特别是塑料流变学、计算机技术、几何造型和数控加工的突飞猛进为注射模设计与制造采用高技术创造了条件。20世纪80年代以来，注射模CAD/CAE/CAM技术已经从实验室研究阶段进入了实用化阶段，并在生产中取得了明显的经济效益。注射模CAD/CAE/CAM技术的发展和推广被公认为CAD技术在机械工业中应用的一个典范。1.2.1 Pro/ENGINEER简介本课题采

10、用美国PTC公司所推出的大型三维CAD/CAM软件Pro/ENGINEER进行具体实体零件以及模具的设计。Pro/ENGINEER是一套由设计到生产的机械自动化软件，是CAD/CAM领域最具有代表性的产品。Pro/ENGINEER系统的具体代表性如下。1参数化建模工程设计人员可以随意勾画草图，通过修改相应的参数轻易改变模型。这一功能特性为工程设计人员提供了设计上的简易和灵活。例如，要画一个长方形，设计人员可以在绘图区画出一个长方形，然后通过修改长和宽的尺寸来精确控制其尺寸。2. 基于特征建模Pro/ENGINEER是采用基于特征的实体模型化系统。特征是Pro/ENGINEER中构成零件的基本单

11、元，设计人员采用具有智能特性的功能去生成模型，如腔、壳、倒角以及圆角等等，在需要的时候直接修改相应的特征即可。3. 单一数据库所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。Pro/ENGINEER建立在统一的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生变动，可以反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦修改了零件的某个特征，也会反应在装配、工程图等环节，这就给绘图设计带来了极大的便利，减少了很多重复性的工作4。1.2.2 EMX4.1简介在绘制本课题的模架图时，运用到了EMX4.1软件。EMX(EXPERTMOLDBASEEXTENSI

12、ON)，模具专家系统扩展。是PRO/E软件的模具设计外挂，同样也是PTC公司的产品。EMX可以使设计师直接调用公司的模架，节省模具设计开发周期，节约成本，减少工作量。EMX 特点之一：快速选型及修改下列内容（1） 模架及配件。（2） 选取顶针规格，自动切出相应的孔位及沉孔。（3） 按预先定义的曲线轻易设计运水孔，安装水喉水堵。（4） 系统预设BOM及零件图。EMX 特点之二：(1)完整的滑块结构，包含螺丝，销钉及自动切槽。 (2)完整的开模机构，包含螺丝，销钉及自动切槽。(3)完整的斜顶结构，包含螺丝，销钉及自动切槽。(4)模拟开模过程。(5)平面图的孔表功能。EMX特点之三：自动化配置(1)

13、预设所有标准件的名称。(2)预设各类零件的参数及参数值。 (3)螺栓，销钉自动安装。(4)各类零件自动产生并归于相应图层。(5)各类简化表达。 (6)预设所有的螺栓，销钉及顶针的孔位间隙。1.3 研究内容近年来，电脑、移动电话和电脑配件等3C产品更新换代速度非常快，人们对这些产品的需求正快速增长。人们对于电脑以及其配件的选择，除了看重其硬件配置以外，比较注重的就是外观，可以说鼠标等电脑配件的更新换代主要集中表现在其制品外形上。鉴于此，本次毕业设计选择了鼠标上盖注塑模具设计，力求通过此次毕业设计全面了解鼠标零件的模具设计和注塑工艺等方面知识。本论文详细介绍了此次毕业设计的设计全过程，以丰富的图片

14、表达手段详细介绍了鼠标注塑模具。 1.4 研究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、可靠性己经提高到对舒适性、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。对电器产品的这种不断提出的新要求，促使电器产品的外形不断的改进，外形零件的生产技术也不断得到新的发展，使电器产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。目前，电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国内外的高度重视，德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们的电器产品外观美观，让人赏心悦目，而且设计高效快捷，产品更新换代加快。如台湾的罗技

15、公司，其鼠标产品外形美观，设计人性化，使用寿命长。 目前，国内在电器产品外观零件设计制造方面的研究还处于初级阶段，与发达国家的差距很大。由于电器产品美观性的要求，零件外形多为复杂曲面，传统的设计方法在对零件成形过程分析以及对产品存在缺陷的处理方面显得无能为力，产品成形过程数值模拟技术跟不上的现状己经成为制约产品开发和生产的一个瓶颈。面对日益激烈的国际竞争，必须紧跟国际先进水平，不断提高电器产品外观零件的质量，降低设计和生产成本，加快生产周期。因而，鼠标上盖成形技术的研究与开发具有相当重要的理论意义和实用价值。以此作为一个突破口，带动和促进相关电器产品外观零件注塑成形技术的发展和技术创新。第二章

16、 鼠标上盖的成型性分析及模架和注射机的选择2.1 鼠标上盖的成型性分析 图2-1(a)正面 图2-2(b)背面 图2-1图2-2为某品牌鼠标上盖，要求部件美观，外部光洁性好，有一定的强度和刚度，并且要具有一定的抗冲击性能，随着数码产品的大量普及价格也不断下跌要求生产自动化程度高，成型周期短，生产自动化程度高、成型周期短，且要求尺寸精度高，有较好电绝缘性。2.1.1 样品壁厚检查(厚度均匀性分析)壳体的壁厚对部件的很多关键特性的影响至关重要，包括结构强度、外观、成型及成本。设计阶段优化的壳体厚度可以降低后续可靠性测试的风险，修模的成本以及成型的困难。塑件的厚度不应过厚或过薄，对于鼠标来说，壁厚常

17、取1mm左右。另外，要查看是否存在薄厚悬殊处，若通过计算在某一部分存在小于0.4，应进行零件的工艺改进。可以利用Pro/E软件厚度分析功能对零件进行厚度均匀性分析，分析后的结果如图所示： 图2-3(a)切面层 图2-4(b)检测报告将零件分为100个剖切面，间距2mm，设置最大壁厚为3mm，最小壁厚为0.4mm。由于切片层有可能切到柱面、圆角面，从而产生无效数据(小于最小壁厚)，所以需要对检测结果进行必要的筛选。经检测并筛选，该样品并无壁厚不均现象。2.2 拔模角分析在模具开模时候，样品的拔模角决定了制件是否能够顺利脱模，如果角度太小则会使得制品在脱模过程当中产生制品刮花等现象。所以，我们需要

18、对零件进行拔模角分析，在这里，我们使用Pro/e软件自带的拔模检测工具。 图2-5(a)内表面 图2-6(b)外表面具体拔模检测如图a和图b所示，粉色凸模成型面都有拔模角，且大于0度，可以顺利脱模，蓝色凹模成型面，其角度都小于0度，由凹模成型。2.3 制品材料的选取通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好，价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用，本课题选用ABS材料。ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的综合物理力学性能，耐热，耐腐，耐油，耐

19、磨、尺寸稳定，加工性能优良，它具有三种单体所赋予的优点。其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。改变三组分的比例，可以调节材料性能。ABS为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同，在160190范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降5。ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在0.2%0.45%之间，但由于熔体

20、粘度不太高，故对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在8090下干燥23h，可以满足各种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更长采用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型6。2.4 工艺难点分析 鼠标上盖为外观件，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，以保证与下盖的严密配合。零件的曲面较为复杂，尺寸精度很高，由于零件为薄壁制件，外形很不规则，这些就造成了成形时容易受到各种因素

21、影响引起制品翘曲变形的问题。同时零件在整个表面有几处孔形分布，这些孔形有较高的尺寸和位置精度，并关系到上下盖的配合问题，保证零件表面孔形的成形要求也是需要重点考虑的问题。第三章 模具设计3.1 型腔数目的确定考虑到制件较小，由于大批量生产，所以我们采用一模两腔的形式。采用对称式分布。图3-1 型腔布排3.2 注射量计算根据生产经验，注塑机注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的80。为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，选定注射量为标定注射量的507V=nVn+Vj mnmn+mj；nVn+Vj0.5Vgnmnmj0.5mgV(m)一个成型周期内所需要注射的塑料容积或质量，c

22、m3或g；n 型腔数目；Vn(mn)单个塑件的容量或质量，cm3或g；Vj(mj)浇注系统.凝料和飞边所需的塑料的容积，cm3或g；Vg(mg)注射机的额定注射量，cm3或g。单个塑件体积Vz=14cm3，浇注系统和飞边体积为3cm3V=214+3=31 cm3 nVn+Vj0.5VgVg62cm33.3 注塑机选型一般而言，从事注塑行业多年的客户多半有能力自行判断并选择合适的注塑机来生产。但是在某些状况下，客户可能需要厂商的协助才能决定采用哪一个规格的注塑机，甚至客户可能只有产品的样品或构想，然后询问厂商的机器是否能生产，或是哪一种机型比较适合。此外，某些特殊产品可能需要搭配特殊装置如蓄压器

23、、闭回路、射出压缩等，才能更有效率地生产。由此可见，如何决定合适的注塑机来生产，是一个极为重要的问题8。通常影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等，因此，在进行选择前必须先收集或具备下列资讯： (1)模具尺寸(宽度、高度、厚度)、重量、特殊设计等； (2)使用塑料的种类及数量(单一原料或多种塑料)； (3)注塑成品的外观尺寸(长、宽、高、厚度)、重量等； (4)成型要求，如品质条件、生产速度等。本制品材料采用丙烯氰丁二烯苯乙烯共聚物也就是ABS，查书塑料模具设计手册附录得知其密度为1.05gcm3，收缩率为0.5%使用Pro/ENGINEER软件对三维产品自动计算出产品的体积

24、，当然也可以根据实体尺寸手动计算出它的体积。下面是部分计算过程： 有上述分析知：塑件体积 = 1.4138575e+04 毫米314.138575厘米3塑件质量 = 14.84550375g14.8g曲面面积 = 1.7025508e+04 毫米2170.25508厘米2综上所述，根据所得计算，选择XSZY250注塑机。表3-2 XSZY250型注塑机参数注射容量(cm3)注射重量(g)螺杆直径(/mm)最大注射面积(/ cm3)注射压力(Mpa)锁模力(KN)250250505001301800移模行程(mm)定位孔直径(/mm)最大模厚(mm)最小模厚(mm)喷嘴球半径(/mm)喷嘴孔直径

25、(/mm)350125 0+0.06350250184图3-3 XSZ250卧式注射机3.4 注射模浇注系统设计3.4.1 主流道和冷料穴主流道顶部设计成半球形凸坑，以便与喷嘴衔接，防止主流道与喷嘴处溢料，为避免高温塑料熔体溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大2mm，如果凹坑半径小于喷嘴球头半径则主流道凝料无法一次脱出9，由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选用45#钢材并经热处理提高硬度，设计独立的定位环用来安装模具时起定位作用，主流道衬套的进口直径略大于喷嘴直径1mm以避免溢料并且防止衔接不准而发生的堵截。为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成成型缺陷，主流道

26、的对面设冷料穴，对于卧式注塑机冷料井设在与主流道末端相对的动模上，在脱模时制件的活动方向不受限制所以采用底部带Z型头拉料杆的冷料穴。3.4.2 分流道模具采用一模两腔对称布置，型腔数过多影响制品精度，而型腔数过少生产效率太低不能达到使用要求，故采用一模两腔。为使塑料熔体以等速度充满两型腔，分流道在模具上采用对称等距离分布，在注射时采用对称分布可以使型腔和浇注系统投影面积重心更接近锁模力的中心，避免局部胀模力过大影响锁模。分流道长度也尽可能短小，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。分流道截面形状和尺寸也对塑料熔体的流动和模具的制造难易及脱模有影响，常用的流道

27、截面形状有圆形、梯形。U形和六角形等。在流道设计中要减少在流道内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，就希望流道的表面积小。通过资料可以知道，圆形和正方形的流道效率最高。本制件由于体积较小，且不为平面，采用半圆形。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra并不一定要很低，取1.6m 既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。3.4.3 浇口设计侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料。侧浇口的厚度h决定着

28、浇口的固化时间，在实践中通常是在容许的范围内首先将侧浇口的厚度加工的薄一些，以调节浇口的固化时间10。侧浇口广泛应用在中小制件的多型腔注射模，其优点是截面形状简单。易于加工。便于试模后修正。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，取1mm。表面粗糙度Ra不低于0.4m。浇口的截面一般只取分流道截面积的39，浇口的长度约为0.5mm2mm，侧浇口侧浇口查表5-4(常用的浇口形式)塑料成型工艺与模具设计。这里选用圆形截面的侧浇口。 图3-4浇注系统 图3-5

29、冷料穴与分流道图3-6 带Z形头的拉料杆所选用的浇口衬套为SJAC，具体参数如图所示：图3-7浇口衬套3.5 注塑模成型零部件结构设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求

30、进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核11。3.5.1 分型面位置和形状的设计该制品无需侧抽芯，且为简化模具结构选择单分型面，流道凝料连同制件一起由拉料杆从定模脱下再连同制品由推杆推出，此种脱模过程较为简单易于操作。分型面的选择是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大的影响，它决定了模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。模具设计时应根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统形式。推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。选择分型面总的原则是保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构。下面具体说明一下分型面选取的原则：（1）

31、选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模。（2） 分型面应尽可能选在不影响外观的部位。（3） 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度。（4） 分型面的选择应有利于排气。（5） 分型面的选择应有利于模具零件的加工。（6） 分型面的选择应该考虑注塑机的的技术规格12。综上所述，本次课题鼠标的分型面设计应该考虑在鼠标的下表面完成，分为两步。第一步是将内表面全部复制，第二步则是使用裙边指令设计新的分型面，然后再将两个曲面进行合并13。图3-8 分型面图33为利用复制命令、排除孔命令以及边界混合命令做出的分型面。利用裙边指令完成的最后的分型面如图3-9图3-10所示： 图3-9 裙边所设计的分型面(a) 图3-10裙边所设计的分型面(b)3.5.2 成型零部件结构设计成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑14。 图3-11 图3-12