基于UG的遥控器下板注塑模具设计与制造.doc
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1、基于UG的遥控器下板注塑模具设计与制造目 录第1章 绪论11.1 模具概述11.2三维数字化设计与制造21.2.1.三维数字化设计与制造的现状21.2.2.三维数字化设计与制造的重要性31.3 本次研究的具体内容4第2章 注塑工艺分析及注塑成型设备的选用62.1模具设计的一般步骤62.2 注塑工艺分析及注塑设备的选用82.2.1.塑料选择82.2.2.塑件工艺性分析92.2.3.成型设备的选用13第3章 注塑模具的结构及零部件设计163.1 注射成型模具基本结构及设计方案163.2 注塑模具零部件设计173.3.模具材料的选择343.4基于UG生成装配图35第4章 成型零件的数字化加工364.
2、1.CAD/CAM技术的发展趋势364.2.基于UG软件数字化制造37总结40致谢41参考文献42第1章 绪论1.1 模具概述在工业生产中,用各种压力机和装在压力机上的专用工具,通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品,这种专用工具统称为模具。模具是为批量生产产品服务的,是单件生产的、个性化非常强的装备类产品。我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,大到机床的底座、机身外壳,小到一个螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同,模具分为铸造模、
3、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具,以及塑胶模具。而近年来,随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断扩大,如:家用电器、仪器仪表,建筑器材,汽车工业、日用五金等众多领域,塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。塑料模具作为模具行业的一种也将伴随着塑料工业的发展而发展,目前在整个模具行业中占有极大的比例,已有40%左右,在未来几年中还将保持较高速度发展。塑料模具包括为汽车和家电配套的大型注塑模具,为集成电路配套的塑封模,为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材
4、质、多色精密注塑模,为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等,其中以注塑模具需求量最大,有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨;电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台;彩电的年产量已超过3000万台;到2010年,在建材行业,塑料门窗的普及率为30%,塑料管的普及率将达到50%。这些都会导致对注塑模具的需求量大幅度增长。而其中大型、精密、设计合理(主要针对薄壁制品)的注塑模具将得到市场的欢迎。模具是制造业的重要工艺基础,在我国,模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具,但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期,中国模具工业才
5、驶入发展的快车道。近年,不仅国有模具企业有了很大发展,三资企业、个体模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速,但与需求相比,显然供不应求,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面,中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距,因此,每年需要大量进口模具,每年的进口额达几亿美元。因此我国需要加强我们在模具业的实力,达到自给自足。实现模具设计、制造信息化与智能化,是世纪中国模具制造业光荣而艰巨的任务。应用信息技术将先进的设计理论、方法与制造技术加以系统的集成创新,是全面推动中国由模具制造大国走向模具制造强国的重要措施。1.2三维数字化设
6、计与制造1.2.1.三维数字化设计与制造的现状数字化设计与制造技术是指利用计算机软硬件及网络环境,实现产品开发全过程的一种技术,即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型,全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造不仅贯穿企业生产的全过程,而且涉及企业的设备布置、物流物料、生产计划、成本分析等多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作,使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源开发出新产品,大大提高企业的竞争能力。数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术,包括三维建模、装
7、配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等,是一项多学科的综合技术。目前所涉及的主要内容有:(1)CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM CAD/CAE/CAPP/CAM分别是计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助制造的英文缩写,它们是制造业信息化中数字化设计与制造技术的核心,是实现计算机辅助产品开发的主要工具。PDM技术集成并管理与产品有关的信息、过程及人与组织,实现分布环境中的数据共享,为异构计算机环境提供了集成应用平台,从而支持CAD/CAPP/CAM/CAE系统过程的实现。(2)异地、协同设计 在因特网/企业内部网的环境中
8、,进行产品定义与建模、产品分析与设计、产品数据管理及产品数据交换等,异地、协同设计系统的网络设计环境下为多人、异地实施产品协同开发提供支持工具。(3)基于知识的设计 将产品设计过程中需要用到的各类知识、资源和工具融到基于知识的设计(或CAD)系统之中,支持产品的设计过程,是实现产品创新开发的重要工具。设计知识包括产品设计原理、设计经验、既有设计示例和设计手册/设计标准/设计规范等,设计资源包括材料、标准件、既有零部件和工艺装备等资源。(4)虚拟设计、虚拟制造 综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术一工具,在网络支持下,采用群组协同工作,通过模型来模拟和预估产品功能、性能、可装配性、可加工性
9、等各方面可能存在的问题,实现产品设计、制造的本质过程,包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验,并进行过程管理与控制等。(5) 概念设计、工业设计 概念设计是设计过程的早期阶段,其目标是获得产品的基本形式或形状。广义的概念设计应包括从产品的需求分析到详细设计之前的设计过程,如功能设计、原理设计、形态设计、布局设计和初步的结构设计。从工业设计角度看,概念设计是指在产品的功能和原理基本确定的情况下,产品外观造型设计过程,主要包括布局设计、形态设计和人机工程设计。计算机辅助概念设计和工业设计以知识为核心,实现形态、色彩、宜人性等方面的设计,将计算机与设计人员的创造性思维、审美能力和综合
10、分析能力相结合,是实现产品创新的重要手段。(6)绿色设计 是面向环保的设计(DFE,Design for Environment),包括支持资源和能源的优化利用、污染的防止和处理、资源的回收再利用和废弃物处理等诸多环节的设计,是支持绿色产品开发、实现产品绿色制造,促进企业和社会可持续发展的重要工具;(7)并行设计 以并行工程模式替代传统的串行式产品开发模式,使得在产品开发的早期阶段就能很好的考虑后续活动的需求,以提高产品开发的一次成功率。数字化设计与制造技术中各组成部分作为独立的系统,目前已在生产中得到了广泛的应用,不仅大大提高了产品设计的效率,更新了传统的设计思想,降低了产品的成本,增强了企
11、业及其产品在市场上的竞争力,还在企业新的设计和生产技术管理体制建设中起到了很大作用。数字化设计与制造技术已成为企业保护竞争优势、实现产品创新开发、进行企业间协作的重要手段。1.2.2.三维数字化设计与制造的重要性传统意义上的模具工业,主要还是以有经验的钳工师傅为主导的技艺型生产。而现代模具工业则发生了质的变化,已经变成了一个技术密集型、投资密集型的产业,是加工装备产业的一个重要组成部分。由于模具产品的高技术特性,模具企业只有采用精密的自动化数控技术、先进的CAE、CAD、CAM等软件才能保证其工艺要求。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂度、高一致性、高生产率和低消耗,是传统的加工制造方法
12、所不能比拟的。目前的模具技术是一个集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科,是一个综合性多学科的系统工程。其发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展,模具产品的技术含量不断提高,模具制造周期不断缩短,模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展,模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品批量化、管理信息化、经营国际化的方向发展。随着工业技术的发展,产品对模具的要求愈来愈高。传统的模具设计与制造方法不能适应业产品及时更新换代和提高质量的要求。我国模具行业也就需要朝这些方面发展,这样才能与国际化能够接上轨道,如运用建立在CAD/CAE
13、平台上的先进模具设计技术,这样可以提高模具设计的现代化、信息化、智能化、标准化水平;运用建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术,与先进制造技术相结合,提高模具加工的自动化水平与生产效率;还有一些仿真技术,先进的检测技术等。模具技术的改进也就导致通过传统的2维平面设计画图的方法已经完全不能适宜于现在的企业,社会的发展。我们需要一种更加好的方式来了解模具,UG作为一款强大的软件,它能够指导我们模具设计的每个过程。1.3 本次研究的具体内容随着CAD基础理论和应用技术的不断发展,对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到丢掉图板的目的。而是希望它能从本质上减
14、轻大量简单烦琐的工作量,使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动中。由于三维CAD系统具有可视化好、形象直观、设计效率高、以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺、制造信息等优势,使其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。通过对二维和三维CAD系统的分析,可以看到:三维CAD系统有较好的造型工具,能实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法,实现装配等复杂设计过程,使设计更加符合实际设计过程;随着零件复杂程度的增加,用三维造型系统来表达零件的难度远比用二维图形系统增加得快;三维造型系统能方便与CAD系统相连,进行仿真分析;能提供数控加工所需的信息,实现CAD/CAE
15、/CAPP/CAM的集成。由于三维CAD系统有其自身巨大的优越性,随着计算机软硬件系统的发展,性能价格比的不断上升,这种优越性越来越明显。塑料工业对模具的迫切需要是注塑模具CAD/CAE及CAM技术发展的原动力,而近20年塑料流变学、几何造型技术、数控加工以及计算机技术的突飞猛进又为注塑模具CADCAECAM系统的开发创造了条件。UG就是在这样的情况下开发出来的交互式的CAD/CAM/CAE系统,其全称是Unigraphics。其中的CAD功能实现了目前制造业中常规的工程技术、设计和绘图功能的自动化。而CAM功能则为使用Unigraphics设计模型描绘部分的现代机器工具提供了NC编程技术。利
16、用它强大的混合式绘图结构,可以方便地绘制出复杂的实体以及造型特征。再通过其良好的文件接口技术,可以将文件导入其它CAD/CAM/CAE系统中。其可以弥补ANSYS等一些大型通用CAE软件在建模方面的不足。目前UG软件在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技领域得到了广泛的应用。作为一名学机械的大学生,非常有必要学习如何使用这个软件。不过这个软件既然能用于这么多的领域,也说明它的庞大与复杂,不是一朝一夕就能够学会或者说掌握的。在这样的环节下研究注塑模具的三维化设计制造有着十分现实的意义。本次研究就是基于UG进行注塑模具的设计。通过理论设计和UG的三维化直接表现对现在的实际机械
17、工业设计有个基本的认识和了解,不单单熟悉注塑模的设计过程,也初步对大型的三维设计软件UG作了解。另也对具体的模具零件进行数字化制造,了解数字化制造的特点。将三维数字化设计与制造运用到本次设计之中,体验强大三维软件带来的设计快捷性。第2章 注塑工艺分析及注塑成型设备的选用2.1模具设计的一般步骤2.1.1.接受任务书 成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出,其内容如下:1.经过审签的正规制制件图纸,并注明采用塑料的牌号、透明度等。 2. 塑料制件说明书或技术要求。 3. 生产产量。 4. 塑料制件样品。 通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出,模具设计人员以成型塑料制件
18、任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。2.1.2.收集、分析、消化原始资料收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料,以备设计模具时使用。 1. 消化塑料制件图,了解制件的用途,分析塑料制件的工艺性,尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么,塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理,熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度,有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析,看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差,能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外,还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。 2. 消化工艺资料,分析工艺
19、任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当,能否落实。 同时成型材料应当满足塑料制件的强度要求,具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途,成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。 3. 确定成型方法 :采用直压法、铸压法还是注射法。4. 选择成型设备 根据成型设备的种类来进行设计模具,因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说,在规格方面应当了解以下内容:注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺
20、寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等,具体见相关参数。 还需要初步估计模具外形尺寸,判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。 5. 具体结构方案 (一)确定模具类型 :如压制模(敞开式、半闭合式、闭合式)、铸压模、注射模等。 (二)确定模具类型的主要结构 选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备,理想的型腔数,在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状,表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低,生产效率高,模具能连续地工作,使用寿命长,节省劳动力。2.1.3.模具具体设计一.塑料制件分析 分
21、析其用途,使用情况,工作要求,尺寸精度,粗糙度等小成型工艺性塑料制件设计原则, 模具结构合理性等方面综合分析。并选择合适的塑料材料作为原材料。 二.计算塑料制件重量选择注射机的公称注射量,选择注射机,确定型腔数。三.分析塑料制件确定成型方案 。分型面,脱模方式,侧凹孔成型方法,浇注形式. 浇口位置,加热冷却系统及零件的加工方法。 四.绘制模具方案草图 。初步绘制造模具方案,并校验选注射机参数。 五.计算 成型零件工作尺寸计算,受力及零部件强度,刚度计算。 六.画装配图 要求装配图要有尺寸(外形尺寸,特殊尺寸;定位圈尺寸)配合尺寸装配极限尺寸,技术编写时细表。 七.画零件图 画出图形,注出尺寸,
22、精度,粗糙度要求,材料度要求.材料及热处理技术条件。 八.数字化加工2.2 注塑工艺分析及注塑设备的选用2.2.1.塑料选择注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的,最主要的有两点:一是注射时塑料熔体的充模流动特性,二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为,这两点决定了注塑模的特殊性和设计难度。由于塑料熔体属于粘弹体,熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化,流动过程中大分子沿流动方向产生定向;模腔充满后熔体被部分压缩;冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂,模腔内各部位、各方向塑料收缩率不同,不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异,同一牌号的树脂或塑料在加工时配方不同其充模流动特性及收缩率也不同。基于上
23、述特点,设计注塑模时首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性,使设计的模具合理适用。要选择塑料首先需要了解的是什么是塑料,塑料有什么特性。塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性和流动性,可被制成一定形状,且在一定条件下保持形状不变的材料。并且可以通过辅助材料如增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材等来改善材料的使用性能与加工性能,节约贵重的树脂材料。 目前塑料有 300多个品种,常用的有40余种。按塑料的分子结构分为热固性塑料与热塑性塑料,热塑性塑料具有线型分子链,成支架型结构加热变软,冷却固化不可逆的,而热固性塑料具有网状分子链,加热软化,固化后不可逆.
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