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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
1. 引言
1.1課題的依據(jù)和意義
隨著科學(xué)的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設(shè)計和模具的設(shè)計、制造與更新為前提的。模具的設(shè)計是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時代的需要，計算機(jī)輔助設(shè)計與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標(biāo)。而在眾多輔助設(shè)計制造軟件中，Unigraphics 軟件是當(dāng)今世界較先進(jìn)、面向制造業(yè)的綜合軟件。
該軟件的功能覆蓋了整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過程，在模具、航空、汽車、機(jī)械、電器電子等各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。UG軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設(shè)計和沖壓級進(jìn)模設(shè)計中的應(yīng)用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
1.2注塑模具CAD技術(shù)概述
CAD(Computer Aided Design)技術(shù)的應(yīng)用，使得設(shè)計人員在設(shè)計過程中，能夠充分發(fā)揮計算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計和繪圖等項(xiàng)任務(wù);讓設(shè)計人員能夠集中精力進(jìn)行更有效的創(chuàng)造性思維，從而更好地完成從設(shè)計方案的提出、評價、分析模擬與修改到具體設(shè)計實(shí)現(xiàn)的設(shè)計全過程。
注塑模具CAD技術(shù)是指在注塑模具設(shè)計過程中采用CAD系統(tǒng)來輔助設(shè)計人員進(jìn)行模具設(shè)計，以便提高模具設(shè)計的水平和效率。注塑模具CAD系統(tǒng)是在通用CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加載了注塑模具知識和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)?zāi)K，支持注塑模具設(shè)計的基本流程。
1.2.1注塑模具CAD技術(shù)發(fā)展背景
傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，模具設(shè)計加工以后往往需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修改才能正式投入生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具的設(shè)計。這種設(shè)計方式制約了新產(chǎn)品的開發(fā)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對塑料制品質(zhì)量要求越來越高，且產(chǎn)品更新快，價格越來越低，市場競爭激烈，在這種情況下，對模具的要求是交貨期短、質(zhì)量好、價格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設(shè)計、手工設(shè)計生產(chǎn)方式己不能適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求，為了在市場經(jīng)濟(jì)的殘酷競爭中取勝，跟上產(chǎn)品更新的速度，模具制造業(yè)必須采用新技術(shù)、新工藝來解決傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題。
常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世紀(jì)40年代問世以來，雖然注射模的歷史不過幾十年的時間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國塑料消耗量以體積計算己經(jīng)超過鋼、銅、鋁的總和，美國和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過一萬家。塑料工業(yè)對模具的迫切需求促使注射模CAD技術(shù)迅速發(fā)展，而近幾十年塑料流變學(xué)、幾何造型技術(shù)、NC加工以及計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)又為注射模CAD系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。
始于20世紀(jì)60年代，英國、美國、加拿大等國的學(xué)者如J.R.Pearson(英國)、J.F.Stevenson(美國)、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國)等開展了一系列有關(guān)塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動與冷卻的基礎(chǔ)研究。在合理的簡化基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代完成了一維流動與冷卻分析程序，20世紀(jì)70年代完成了二維分析程序，20世紀(jì)80年代開展三維流動與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測等領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后開展了流動、保壓、冷卻、應(yīng)力分析的注塑工藝全過程的集成化研究。這些卓有成效的研究成果為開發(fā)適用型的注射模分析軟件奠定了基礎(chǔ)。
在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機(jī)和汽車制造公司開發(fā)并使用。例如美國Lockheed飛機(jī)公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國McDonnell Douglas飛機(jī)公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國General Motor汽車公司的AD2000系統(tǒng)等。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，曲面造型技術(shù)發(fā)展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B樣條曲面相繼問世，出現(xiàn)了一批以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)。如英國的DUCT系統(tǒng)，美國的CAMAX系統(tǒng)等。曲面造型系統(tǒng)比較適用于具有復(fù)雜型腔表面的注射模。20世紀(jì)80年代實(shí)體造型技術(shù)發(fā)展迅速，如美國斯坦福大學(xué)的Geomod系統(tǒng)、羅徹斯特大學(xué)的PADL系統(tǒng)、日本北海道大學(xué)的TIPS系統(tǒng)、英國劍橋大學(xué)的BULID系統(tǒng)等，它們?yōu)閷?shí)體造型軟件的開發(fā)做了奠基性工作。
正是由于近20年來上述領(lǐng)域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術(shù)才會得到日新月異的進(jìn)步。
1.2.2注塑模具CAD技術(shù)發(fā)展過程
注射模設(shè)計CAD技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。
(1)人工設(shè)計階段
這一階段一直持續(xù)到CAD技術(shù)的發(fā)展初期，當(dāng)時的注射模設(shè)計純粹依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和現(xiàn)有的設(shè)計資料，從塑件的工藝計算到注射模的設(shè)計制圖，全靠手工操作完成，設(shè)計效率較為低下。同時，由于設(shè)計過程純粹依賴于設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，所以模具和塑件的質(zhì)量難以保障。
(2)通用CAD系統(tǒng)設(shè)計階段
20世紀(jì)70年代，以手工為主的注射模設(shè)計己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢，于是人們開始嘗試使用當(dāng)時比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計。這個時期的主要特征是三維幾何造型技術(shù)的應(yīng)用。在幾何造型方面分別采用了三維線框模型、曲面模型和實(shí)體模型技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計計算和圖樣繪制的自動化，縮短了設(shè)計時間。但是，這只是將設(shè)計人員從手工繪圖中解放了出來，起到的只是輔助繪圖的功能，沒有完全體現(xiàn)其輔助設(shè)計功能。
到了20世紀(jì)80年代，隨著UG- 11, Pro/E等優(yōu)秀通用集成軟件系統(tǒng)的問世，注射模CAD技術(shù)也蓬勃發(fā)展起來。這個時期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數(shù)化設(shè)計方法的應(yīng)用。參數(shù)化設(shè)計以一種全新的思維方式來進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改。它用約束來表達(dá)產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來控制設(shè)計結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來修改設(shè)計模型。這樣，設(shè)計人員在設(shè)計時，無需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動態(tài)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計。
參數(shù)化設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲了設(shè)計的整個過程，設(shè)計人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設(shè)計出一組形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設(shè)計是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，新的設(shè)計系統(tǒng)都增加了參數(shù)化設(shè)計功能。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能，成為初始設(shè)計、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計、多種方案比較和動態(tài)設(shè)計的有效手段。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上提高了注射模設(shè)計質(zhì)量和效率，提高了注射模設(shè)計的水平。但是參數(shù)化設(shè)計只適用于單一的零件設(shè)計，當(dāng)進(jìn)行部件或復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計時，修改參數(shù)就很容易引起結(jié)構(gòu)干涉。
在通用的CAD軟件上加載了各種標(biāo)準(zhǔn)零件庫，如螺栓、螺母等，對提高設(shè)計效率也起到了重要的作用。
(3)專用注射模CAD系統(tǒng)注射模設(shè)計階段
采用通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計，雖然在很大程度上提高了模具設(shè)計的質(zhì)量和效率。但是，一方面由于通用CAD系統(tǒng)在一定意義上說還只是一種幾何建模工具，注塑模設(shè)計效率的提高僅在于三維效果的增強(qiáng)、繪圖及建檔速度的加快等實(shí)現(xiàn)手段上，注塑模設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的加入還主要依賴于人工干預(yù)，每一次設(shè)計的設(shè)計過程與手工實(shí)現(xiàn)基本一樣，設(shè)計效率沒有從根本上得到提高。另一方面，作為通用的CAD系統(tǒng)，在開發(fā)之初都是作為通用機(jī)械設(shè)計工具來構(gòu)思的，因此在使用這些通用CAD軟件設(shè)計注射模時，仍會感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來發(fā)展的趨勢是開發(fā)自動化和智能化程度較高的注射模CAD技術(shù)。
1.2.3國內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀
近幾年來國外先進(jìn)工業(yè)國家對模具CAD技術(shù)的開發(fā)非常重視，在CAD開發(fā)上投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造成為適合模具行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于模具的設(shè)計與制造中。目前國際上流行的模具CAD軟件如下:
Unigraphics NX是美國EDS公司開發(fā)的面向制造業(yè)的CAD系統(tǒng)。UG NX有強(qiáng)大的建模工具和分析模塊，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個獨(dú)立的應(yīng)用模塊，也是應(yīng)用于注塑模具設(shè)計的專業(yè)應(yīng)用模塊。它應(yīng)用知識嵌入的基本理念，按照注塑模具設(shè)計過程的一般順序來模擬模具設(shè)計的整個過程，在此過程中，它只需根據(jù)一個產(chǎn)品的三維實(shí)體造型建立一套與產(chǎn)品浩型參數(shù)想過的三維實(shí)體模具。它不但能自動設(shè)計一般的模具，還能結(jié)合應(yīng)用UG軟件的其它應(yīng)用模塊來拓展其功能，設(shè)計出復(fù)雜程度較高的模具[3]。此外，UG還提供了UG/Die Engineering Wizard(沖壓模工程向?qū)?、UG/Progressive Die Wizard(多工位級進(jìn)模向?qū)?等專用模具CAD工具。
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三維CAD軟件，為滿足模具行業(yè)需求，Pro/E提供了一系列模具設(shè)計模塊:Pro/Casting(鍛造模具設(shè)計)、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設(shè)計)，Pro/Dieface(沖壓模設(shè)計)、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設(shè)計模具部件和模板組裝，能自動生成模具型腔幾何體，并可通過修改造型幾何體的方法補(bǔ)償產(chǎn)品的收縮。為滿足模具設(shè)計與制造解決方案，Pro/E提供了模架專家?guī)霦MXA，該模塊能將使用者對模具設(shè)計的專業(yè)知識和整個設(shè)計流程整合在一起，將模芯拆模及模座設(shè)計兩大部分完整的結(jié)合在一起，使設(shè)計者可以通過簡單的操作界面完成模架的相關(guān)設(shè)定[4]0
CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司(Dassault System)在其開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，與美國IBM公司合作研究發(fā)展，共同支持和銷售的CAD/CAE/CAM一體化軟件。
新的V5版本界面更加友好，功能也日趨完善，開創(chuàng)了CAD軟件的一種全新風(fēng)格。CATIA也提供了模具輔助設(shè)計模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設(shè)計產(chǎn)品)，它支持包括凸凹模固定板定義、組件實(shí)例化、注射和冷卻特征定義等模具設(shè)計的所有工作。用戶界面以標(biāo)準(zhǔn)目錄庫訪問功能為基礎(chǔ)，通過對組件及其關(guān)聯(lián)孔的混合實(shí)例化，支持模具零件和裝配的自動配置。這些預(yù)定義的組件可以使用諸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列標(biāo)注模架庫，以快速、經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國Solid Works公司在總結(jié)和繼承大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個機(jī)械CAD軟件，是面向產(chǎn)品級的機(jī)械設(shè)計工具。
Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標(biāo)注模架庫，它是該軟件最新模具，提供了標(biāo)準(zhǔn)模具目錄并完全與Solid Works其它工具集成。除了完整的裝配以外，Mold base還提供大量的組件，例如:削釘、頂桿、AB板、螺栓、定位環(huán)、軸襯等。
我國在注塑模CAD技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的CAD系統(tǒng)。同時，一些高等學(xué)校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。多年來，我國對注塑模設(shè)計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，國家和許多省市都在這方面安排了攻關(guān)項(xiàng)目或重點(diǎn)科研課題。這些項(xiàng)目的成果對促進(jìn)我國注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注塑模CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高。
1.3國內(nèi)外塑料工業(yè)的發(fā)展概況
塑料工業(yè)是年輕的新興工業(yè)之一。自1868年硝化纖維素開創(chuàng)以來，世界塑料工業(yè)至今已有百余年，如從1910年酚醛塑料工業(yè)化生產(chǎn)算起，只有八十多年的歷史而塑料成為工程材料應(yīng)用至今不過四十年，塑料工業(yè)真正獲得發(fā)展只是近二十年的事情。
塑料工業(yè)的發(fā)展歷史雖然很短，但其發(fā)展速度相當(dāng)驚人。據(jù)統(tǒng)計，1910年全世界塑料的產(chǎn)量只有20kt，1930年達(dá)100kt,1950年達(dá)1500kt,1970年達(dá)3Mt，1990年就激增到0.1Gt。從1950年以來，世界塑料產(chǎn)量增長幾乎是每隔4～5年就翻一番。
幾十年前，塑料還只能作為象牙、玳瑁、寶石、牛骨等制件的代用品?？墒堑浆F(xiàn)在，它已成為許多工業(yè)部門不可代替的工程材料，而且這種嶄新的的合成材料，正在飛速地追趕鋼鐵工業(yè)，大有后來者追上之勢。有人說21世紀(jì)是“塑料時代”。
塑料工業(yè)的基礎(chǔ)原料最早以農(nóng)副產(chǎn)品為主，從20年代起轉(zhuǎn)向以煤及煤焦油產(chǎn)品為主，從50年代起逐漸轉(zhuǎn)向以石油及天然氣為主， 從而大大加速了塑料工業(yè)的發(fā)展。
上世紀(jì)20年代以前主要是發(fā)展熱固性塑料，從30年代起，逐漸轉(zhuǎn)向以發(fā)展熱塑性塑料為主，在60年代工程塑料已成為研究中心，發(fā)展很快，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。同時，芳雜環(huán)的耐高溫塑料也向前推進(jìn)了一步。目前，國外正式生產(chǎn)的塑料品種已有300種之多，其中主要的只有50～60種。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、氨基塑料、酚醛塑料等是一類產(chǎn)量較大、用途較廣、成本較低的通用塑料，其產(chǎn)量將保持持續(xù)上升的趨勢；尼龍、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚等工程塑料，正向著擴(kuò)大生產(chǎn)，降低成本，改進(jìn)性能，開拓用途方面的發(fā)展。
隨著塑料產(chǎn)量的提高、品種的增多、應(yīng)用的擴(kuò)展、促進(jìn)了塑料成型加工工藝的不斷發(fā)展，相繼出現(xiàn)了澆鑄成型、壓縮成型、粉末成型、層壓成型、壓注成型、擠出成型、注射成型、壓延成型、吹塑成型、發(fā)泡成型、熱成型等方法，塑料的機(jī)械加工、機(jī)械連接、焊接、粘接、彩飾、金屬鍍飾等加工工藝也取得很好的進(jìn)展。目前，塑料成型加工工藝正朝著高速、高效、自動化方向發(fā)展。同時，電子計算機(jī)、高頻、微波、紅外線、超聲波、放射線、激光等先進(jìn)技術(shù)在成型加工工藝中的應(yīng)用也日益廣泛。
塑料產(chǎn)量的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，也促進(jìn)了塑料成型設(shè)備和成型模具的不斷發(fā)展。目前，塑料成型設(shè)備正朝著大型化、微型化、高速化、自動化、精密化方向的發(fā)展；塑料成型模具朝著高效率、高精密、高壽命方向前進(jìn)。在成型設(shè)備和模具設(shè)計及制造方面也引入了CAD/CAM先進(jìn)技術(shù)。
國外，塑料模標(biāo)準(zhǔn)化程序很高，從材料、品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)、精度、驗(yàn)收等實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，而且還建立了模具標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)典型組合。標(biāo)準(zhǔn)化是專業(yè)化生產(chǎn)的重要前提，也是系統(tǒng)解決提高勞動生產(chǎn)率，提高技術(shù)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本及改善勞動組織的最重要的條件條件之一。由于模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，專業(yè)化生產(chǎn)很高，因模具生產(chǎn)周期很短，生產(chǎn)成本較低，模具質(zhì)量較高；同時模具設(shè)計簡化，交貨期限縮短，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速。
很多歷史記載和出土文物證明，我國是最早使用塑料的國家。遠(yuǎn)在兩千年以前，我國人民已經(jīng)掌握了完善的脫胎漆器工藝，并在建筑上應(yīng)用了麻布增強(qiáng)的油漆。
解放前，我國塑料工業(yè)基本上都是個空白點(diǎn)，僅能生產(chǎn)酚醛塑料、氨基塑料等少數(shù)幾個品種，而且設(shè)備簡陋、效率極低，原材料也靠進(jìn)口。解放后，我國塑料工業(yè)從無到有，從小到大，今天已發(fā)展成一個相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)體系。目前，我國塑料產(chǎn)量從1949年的230t增加到1987年的2978kt，并一躍占據(jù)世界第五位。許多過去進(jìn)口的塑料，有的試制成功，有的投入成批生產(chǎn)，在品種上基本齊全。而且還更具我國實(shí)際情況，利用國產(chǎn)資源，獨(dú)創(chuàng)了一種新型尼龍品種，即尼龍1010，并廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)部門。全國塑料制造廠星羅棋布，塑料加工企業(yè)的建成投產(chǎn)，為塑料工業(yè)奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國的塑料成型設(shè)備的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量大有提高，已有一批專業(yè)化工廠可提供系列產(chǎn)品。有的成型設(shè)備還達(dá)到相當(dāng)?shù)南冗M(jìn)水平，如32kg 大型注射成型機(jī)、數(shù)控?zé)峁绦运芰献⑸涑尚蜋C(jī)、電子計算機(jī)群控注射成型機(jī)等新產(chǎn)品的研制成功，為我國塑料成型技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。當(dāng)前，塑料模的標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了很大的進(jìn)展，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國實(shí)際情況，已經(jīng)制定出了塑料模具設(shè)計，縮短制模周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量提出了充分保證。此外，模具加工的新工藝、新設(shè)備也不斷涌現(xiàn)，模具的制造精度也不斷提高。所有這些都推動了我國塑料工業(yè)的迅速發(fā)展。我們堅信，在不久的將來，一定會趕上或超過世界先進(jìn)的水平。
1.4塑料模國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)，模具設(shè)計與制造水平的高低是衡量一個國家綜合制造能力的重要標(biāo)志。工業(yè)發(fā)達(dá)國家對模具工業(yè)都極為重視，早在 50年代開始就己使模具擺脫了產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要工藝裝備，模具對工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。從工業(yè)產(chǎn)值對比來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的模具總產(chǎn)值早己超過了機(jī)床的總產(chǎn)值。如日本，1987年模具總產(chǎn)值為124億美元，而其機(jī)床總產(chǎn)值為102億美元;1991年前者為131億美元，后者為120億美元151。在各種模具產(chǎn)品中，塑料模和沖壓模是用量最大涉及領(lǐng)域最廣的兩種。據(jù)統(tǒng)計，日本一萬多家模具企業(yè)中，生產(chǎn)塑料模和沖壓模的各占40%左右;韓國模具專業(yè)廠中生產(chǎn)塑料模的占43.9%，生產(chǎn)沖壓模的占44.8%。在塑料模具中，由于注塑模具能夠一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品，適用于高效率、大批量的自動化生產(chǎn)方式，使其在塑料模中的占用量超過了5%。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達(dá)0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá)10～30萬次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。
??? 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達(dá)20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價格較低等特點(diǎn)，為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。?
據(jù)有關(guān)方面預(yù)測，模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十一五”期間將有較大、空調(diào)器和微波爐發(fā)展，特別是電冰箱等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點(diǎn)。
1.5模具加工CAM現(xiàn)狀
數(shù)控加工是生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，尤其在模具生產(chǎn)幾何外形復(fù)雜、精度要求較高的產(chǎn)品。在客戶委托加工的產(chǎn)品中，這些產(chǎn)品的幾何形狀復(fù)雜，若分別利用單一性加工機(jī)械，己遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品的精度要求及正確幾何尺寸。隨著計算機(jī)的普及，自動化己經(jīng)逐漸成為各個行業(yè)的發(fā)展方向，對模具制造行業(yè)來說，要求會越來越高。
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成:一體化的CAD/CAM系統(tǒng)(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相對獨(dú)立的CAM系統(tǒng)(如:Mastercam } Surfcam等)。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。
CAM系統(tǒng)以直接或間接(通過中性文件)的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w為驅(qū)動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機(jī)床。
UG作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件從概念設(shè)計到制造全過程的一體化，提供了以參數(shù)化特征實(shí)體造型為基礎(chǔ)、部件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計、共享數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)知識等技術(shù);是集產(chǎn)品設(shè)計、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺，它使產(chǎn)品在CAD/CAM各單元系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動傳遞與無縫轉(zhuǎn)換和集成，在CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上同步更新。同時它保證產(chǎn)品、模具設(shè)計、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動更新，避免了重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計建模和NC數(shù)控編程的工作，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)的全相關(guān)性設(shè)計。本文就是用UG軟件在計算機(jī)上完成手機(jī)上蓋模具設(shè)計和凸模的模擬加工，而后生成相應(yīng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)NC加工程序代碼，為最后的數(shù)控加工提供一切可靠的準(zhǔn)備。
1.6 UG軟件在模具制造中的應(yīng)用特點(diǎn)
數(shù)控加工自動編程技術(shù)是隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的擴(kuò)大而逐漸發(fā)展起來的。用數(shù)控機(jī)床加工模具時，常常會遇到二維、三維的特殊型面或曲線，要在短時間里完成這些特殊曲線和復(fù)雜型面的刀具軌跡計算，并編出相應(yīng)的數(shù)控加工程序，往往是難以做到的。于是，在數(shù)控加工的實(shí)踐中，逐漸地發(fā)展出各種適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工過程的計算機(jī)自動編程系統(tǒng)。
作為集成化的CAD/CAM軟件，UG提供了功能強(qiáng)大的加工制造模塊。利用UG加工制造模塊可將產(chǎn)品的計算機(jī)幾何模型((CAD)與計算機(jī)輔助加工制造(CAM)進(jìn)行集成，利用加工制造過程所使用的各項(xiàng)加工數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品模型、工件坯料、夾具、切削刀具、工作機(jī)床及各種加工參數(shù)等數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品的加工制造流程規(guī)劃。
UG多樣化的加工輔助制造流程規(guī)劃工具，針對各類型機(jī)床及各種加工方式(銑、車、鉆、電火花加工等等)可規(guī)劃各類工作機(jī)床、加工刀具與控制器的加工過程控制數(shù)據(jù)。制造工藝師利用UG進(jìn)行加工制造流程的規(guī)劃后，會根據(jù)所設(shè)置的制造過程數(shù)據(jù)、加工目標(biāo)及制造參數(shù)計算出加工刀具相對加工坐標(biāo)的刀具軌跡數(shù)據(jù)，稱為CL DATA (CUTTER LOCATION DATA);刀具軌跡數(shù)據(jù)經(jīng)過后處理器轉(zhuǎn)換成加工機(jī)器碼使工作機(jī)床進(jìn)行實(shí)際情況下的模擬加工，制造設(shè)計產(chǎn)品及零件模型。刀具軌跡數(shù)據(jù)配合制造模型的規(guī)劃，利用UG仿真功能可在計算機(jī)中仿真加工過程的材料切除狀況，由此預(yù)測并觀察加工的切削情形與進(jìn)行誤差及過切預(yù)測，并進(jìn)一步做制造過程的修改，可減少廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗，協(xié)助制造工藝師達(dá)到制造流程最優(yōu)化的目的，并減少因加工錯誤所增加的生產(chǎn)成本。
1.7本設(shè)計任務(wù)
本設(shè)計首先采用UG軟件進(jìn)行注塑件的三維實(shí)體造型,針對手機(jī)上蓋的具體外形尺寸,應(yīng)用基于特征的實(shí)體建模和自由形狀建模等知識,使用體素特征、掃描特征、成形特征、特征操作等具體的操作步驟逐步生成手機(jī)上蓋。其次,利用UG軟件中的Mold wizard工具對手機(jī)上蓋進(jìn)行型芯、型腔設(shè)計。最后，利用UG軟件中的CAM功能對凸模進(jìn)行仿真加工并生成手機(jī)上蓋凸模的NC加工程序。
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2 手機(jī)上蓋的設(shè)計
2.1建立外形
2.1.1新建文件
（1）在菜單欄選擇[文件]-[新建]，在[文件名]后輸入“mobile”，把[單位]設(shè)為[毫米]。
（2）在菜單選擇[應(yīng)用]-[建模]，然后點(diǎn)擊[確定]進(jìn)入建模窗口。圖3-1
圖3-1
2.1.2繪制拉伸草圖
（1）選擇菜單欄的[插入]-[草圖]或單擊成形特征工具欄上的按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口。如圖3-2所示，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
圖3-2
（2）首先定義草圖平面，以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。
（3）利用工具按鈕，繪制草圖輪廓，如圖3-3所示。
圖3-3
（4）單擊創(chuàng)建約束按鈕，選擇上側(cè)圓弧的圓心與YC軸，彈出結(jié)束設(shè)置工具欄，使上側(cè)圓心在YC軸上。
（5）選擇下側(cè)圓弧的圓心與YC軸，彈出結(jié)束設(shè)置工具欄，設(shè)置下側(cè)圓弧的圓心在YC軸。
（6）選擇左側(cè)圓弧的圓心與XC軸，彈出結(jié)束設(shè)置工具欄，設(shè)置左側(cè)圓弧的圓心在XC軸。
（7）選擇右側(cè)圓弧的圓心與XC軸，彈出結(jié)束設(shè)置工具欄，設(shè)置右側(cè)圓弧的圓心在XC軸。
（8）選擇草圖曲線工具欄上的修剪按鈕，剪切多余的線段。剪切效果及草圖約束如圖3-4所示。
（9）在工具欄上單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。
圖3-4
2.1.3建立拉伸體
（1）單擊拉伸按鈕或插入菜單欄的[插入]-[成形特征]-[拉伸]，彈出[拉伸體]對話框。
（2）在繪圖窗口選擇草圖，此時系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對話框中單擊[確定]。
（3）進(jìn)入拉伸體的構(gòu)建方式對話框，設(shè)置[起始距離]為：0，[終點(diǎn)距離]為：-30，[第一偏置]和[第二偏置]皆為：0，其他設(shè)置默認(rèn)，生成拉伸體。圖3-5
（4）單擊[取消]按鈕，退出[拉伸體]對話框。
圖3-5
2.1.4繪制引導(dǎo)線
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入草圖窗口。
（2）定義草圖平面，以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的ZC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。
（3）運(yùn)用草圖曲線工具欄上的工具繪制草圖并建立草圖尺寸約束。尺寸標(biāo)注如圖3-6所示。
圖3-6
（4）在工具欄上單擊選擇完成草圖按鈕，退出草圖窗口。
2.1.5繪制截面線
（1）單擊成形特征工具欄上的[基準(zhǔn)面]按鈕，選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系的ZC-XC平面，接著選擇引導(dǎo)線的端點(diǎn)，如圖3-7所示。
圖3-7 圖3-8
（2）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口。選擇基準(zhǔn)面1作為草圖平面，運(yùn)用草圖曲線工具欄上的工具繪制草圖。
（3）建立草圖幾何約束，設(shè)置截面線圓弧與YC軸上。
（4）建立草圖尺寸約束，尺寸標(biāo)注如圖3-8。
（5）單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。
2.1.6生成曲面
（1）選擇菜單欄上的[插入]-[掃掠]，選擇引導(dǎo)線，，單擊[確定]按鈕。
（2）提示欄顯示選擇截面曲線，選擇前步草圖。
（3）選擇引導(dǎo)線，選擇之前繪制的引導(dǎo)線（圖3-6）
（4）其他設(shè)置默認(rèn)，點(diǎn)擊確定，獲得曲面如圖3-9所示。
圖3-9
2.1.7曲面剪切
（1）單擊特征操作工具欄上的[裁剪體]按鈕，彈出[裁剪體]對話框，選擇要裁剪的目標(biāo)實(shí)體，確定后選擇圖中顯示的方向箭頭接受默認(rèn)的裁剪方向。獲得裁剪效果如圖3-10所示。
圖3-10
2.2建立殼體
2.2.1建立圓角
（1）單擊特征操作工具欄上的[邊倒圓] 按鈕，彈出[邊倒圓]對話框，在對話框中選取[半徑]為:3；其他設(shè)置默認(rèn)，選擇邊界，單擊[確定]按鈕獲得圓角特征，如圖3-11、3-12所示。
圖3-11 圖3-12
2.2.2建立聽筒凹槽
（1）進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。
（2）單擊[橢圓]圖標(biāo)，彈出[點(diǎn)構(gòu)造器]對話框，設(shè)置橢圓的中心為：（0，50，0），單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框。
（3）設(shè)置橢圓參數(shù)，設(shè)置[長半軸]為:5，[短半軸]為：2.5，[起始角]為：0，[終止角]為：360，旋轉(zhuǎn)角度為：0，單擊[確定]按鈕，獲得橢圓草圖，如圖3-13所示。
圖3-13 圖3-14
（4）單擊[取消]退出[生成橢圓]對話框，選擇完成草圖按鈕，退出草圖窗口。單擊成形工具欄上的[拉伸]圖標(biāo)，生成如圖3-14的拉伸體。
2.2.3生成殼體
（1）單擊特征操作工具欄上的[抽殼]圖標(biāo)按鈕，彈出[抽殼]對話框。
（2）在[抽殼]對話框中設(shè)置抽殼[類型]為：移除面然后抽殼，[厚度]為：1.5，選取要沖孔的面，完成各項(xiàng)設(shè)置后單擊[確定]，即可獲得抽殼特征，如圖3-15所示。
（3）單擊[取消]退出[抽殼]對話框。
圖3-15
2.3建立缺口特征
2.3.1 建立屏幕缺口
(1)進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形區(qū)左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)，以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖平面，在此平面上繪制草圖。
（2）單擊[矩形]按鈕，繪制矩形。如圖3-16所示。
圖 3-16 圖3-17
（3）在工具欄上單擊完成草圖按鈕，退出草圖窗口。
（4）選擇菜單欄的[插入]-[成形特征]-[拉伸]，彈出[拉伸體]對話框，在繪圖窗口選擇草圖，此時系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對話框中單擊[確定]按鈕。
（5）進(jìn)入拉伸體的構(gòu)建方式對話框，在此對話框中選擇[方向和距離]，彈出[矢量構(gòu)成]，在該對話框中選擇ZC軸正方向。
（6）設(shè)置拉伸參數(shù)，設(shè)置[起始距離]為：0，[終點(diǎn)距離]為：-30、[第一偏置]和[第二偏置]都為：0；在布爾操作中選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，如圖3-17.
2.3.2 建立聽筒缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。單擊橢圓圖標(biāo)，彈出[點(diǎn)構(gòu)造器]對話框，設(shè)置橢圓中心為（-2，50，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為1，[短半軸]為0.5，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為120。
（3）設(shè)置橢圓中心為（2，50，0），橢圓各參數(shù)為：[長半
（7）單擊[取消]按鈕，退出[拉伸體]對話框。
圖3-18聽筒缺口特征
軸]為1，[短半軸]為0.5，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為120；如圖3-18所示。
圖3-19聽筒缺口特征
（4）單擊完成按鈕，推出草圖窗口。
（5）單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的兩橢圓；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇ZC方向，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，聽筒缺口特征如圖3-19所示。
（6）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。
2.3.3建立蝶形按鍵缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。單擊橢圓圖標(biāo)，彈出[點(diǎn)構(gòu)造器]對話框，設(shè)置橢圓中心為（0，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為7，[短半軸]為5.5，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為90。
（3）設(shè)置橢圓中心為（0，-2，0），橢圓各參數(shù)為：[長半軸]為16，[短半軸]為5，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為25。
（4）設(shè)置橢圓中心為（0，-2，0），橢圓各參數(shù)為：[長半軸]為16，[短半軸]為5，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為-25。
（5）單擊草圖工具欄上的修剪按鈕，剪切多余線段，效果如圖3-20所示，退出草圖功能。[2]
圖3-20
（6）單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇ZC方向，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，蝶形按鍵缺口特征
（6）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。
2.3.4建立接聽按鍵缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。[1]
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。
點(diǎn)出[生成橢圓]對話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕，草圖如圖3-30所示。
（3）單擊橢圓圖標(biāo)，彈出[點(diǎn)構(gòu)造器]對話框，設(shè)置橢圓中心為（-17，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕。
（4）回到[點(diǎn)構(gòu)造器]對話框，設(shè)置橢圓中心為（17，-2，0）。單擊[確定]按鈕彈出[生成橢圓]對話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長半軸]為4，[短半軸]為2，[起始角]為0,[終點(diǎn)角度]為360，[旋轉(zhuǎn)角度]為0。單擊[確定]按鈕，草圖如圖3-21所示。
圖3-21 圖3-22
（5）單擊完成草圖功能，退出草圖功能。
（6）單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇ZC正方向，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，接聽缺口特征如圖3-22所示。
（7）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。
2.3.5建立數(shù)字按鍵缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的XC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。
（3）用工具繪制草圖并標(biāo)注，如圖3-23所示。
（4）單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇ZC正方向，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離]為30，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，接聽缺口特征。
（5）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框
（6）選擇菜單欄[插入]-[關(guān)聯(lián)復(fù)制]-[實(shí)例特征]，彈出[實(shí)例]對話框，在對話框中選擇[矩形陣列]；在引用對話框的特征選擇過濾器列表中選擇數(shù)字按鍵缺口特征，單擊[確定]彈出引用的參數(shù)對話框；在引用的[方法]選項(xiàng)組中選擇[常規(guī)]，在[沿X向的數(shù)量]文本框中輸入“1”、[XC偏移]文本框中輸入“1”
圖3-23繪制草圖并標(biāo)注
在[沿Y向的數(shù)量]文本框中輸入“4”、[YC偏移]文本框中輸入“-9”，完成各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置后，在繪圖窗口內(nèi)會顯示陣列形狀與位置，確認(rèn)無誤后[確定]后在[生成引用]對話框中選擇[是]，如圖3-24所示。
圖3-24矩陣陣列設(shè)置 圖3-25 鏡像特征
（7）單擊[后]按鈕退回[引用]對話框，選擇[鏡像特征]，彈出對話框；在部件中的
特征列表中選擇矩形陣列特征，選擇需陣列的對象，選擇ZC_YC平面為鏡像平面，單擊確定，獲得鏡像特征如圖3-25所示。
（8）單擊[確定]退出[鏡像特征]對話框。
（9）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
2.3.6建立音量控制缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的ZC-YC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。
（3）用工具繪制草圖并標(biāo)注，如圖3-26所示。
（4）退出草圖功能；單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇XC正方向 ，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離]
為70，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體。
（5） 單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框；單擊特征操作工具欄上的邊圓角按鈕，彈出[邊緣圓角]對話框，在對話框中選取[圓角類型]為[邊界]，[默認(rèn)半徑]為2，選擇邊界；單擊[確定]按鈕獲得圓角特征如圖3-27所示。
圖3-26 繪制草圖并標(biāo)注 圖3-27 圓角特征
2.3.7建立充電插槽缺口
（1）單擊成形特征工具欄上的草圖按鈕，進(jìn)入繪制草圖窗口，在工作圖形左上角顯示草圖平面選擇工具圖標(biāo)。
（2）以基準(zhǔn)坐標(biāo)系的ZC-XC平面作為草圖，在此平面上繪制草圖。
（3）用工具繪制草圖并標(biāo)注，如圖3-28所示。
（4）退出草圖功能；單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇上面所畫的草圖；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇XC正方向 ，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離] 為70，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，效果如圖3-29所示。
（5）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。
圖3-28繪制草圖并標(biāo)注 圖3-29充電插槽缺口
2.4建立鑲邊
2.4.1提取曲線
（1）選擇菜單欄的[插入]-[曲線操作]-[提取]，彈出[提取曲線]對話框；在對話框中選擇[邊界曲線]，彈出[單個邊曲線]對話框；選擇手機(jī)殼外沿邊界曲線，如圖3-30所示。
選擇邊界
圖3-30 選擇鑲邊線 圖3-31拉伸鑲邊線特征
（2）選擇完后單擊[確定]，獲得鑲邊線；單擊[取消]退出[提取曲線]對話框。
2.4.2拉伸鑲邊
（1）單擊[拉伸體]圖標(biāo)，選擇鑲邊線；在對話框中選擇[方向和距離]；[矢量構(gòu)成]選擇ZC正方向 ，參數(shù)設(shè)置：[起始距離]為0，[終點(diǎn)距離] 為2，[第一偏置]和[第二偏置]都為0；在[布爾操作]選擇[減]，彈出選擇對話框，選擇手機(jī)殼體為被剪切體，效果如圖3-31。所示。
（2）單擊[取消]按鈕退出[拉伸體]對話框。
2.4.3保存
整個零件繪制完成，選擇[文件]-[保存]來存儲文件。
3 注塑模具設(shè)計
3.1注射模設(shè)計的基本原則
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性和模具制造及裝配精度都直接影響到塑件的質(zhì)量。在設(shè)計注塑模具時必須遵循以下基本原則：
Ⅰ.為加工和裝配方便，模具結(jié)構(gòu)和零件的形狀應(yīng)該力求簡單。
Ⅱ.為確保產(chǎn)品質(zhì)量和模具使用壽命，模具應(yīng)具有適當(dāng)?shù)木?、表面粗糙度、?qiáng)度和剛度。
Ⅲ.模具結(jié)構(gòu)的有關(guān)尺寸與所選用的注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)相適應(yīng)，包括注射機(jī)的最大注射量、鎖模力、裝模部分的尺寸等。
Ⅳ.根據(jù)塑料熔體的流動性和塑件外形、尺寸及外觀要求，認(rèn)真分析熔體在澆注系統(tǒng)及型腔各處的流動狀態(tài)，熔接部位及型腔內(nèi)原有氣體排除方式等，合理確定模具總體結(jié)構(gòu)、分型面、澆注系統(tǒng)等。以控制熔體充模、結(jié)晶、收縮及補(bǔ)縮，改善成型條件，從而獲得外形清晰，尺寸穩(wěn)定、內(nèi)應(yīng)力小、無氣泡、無縮孔、無凹陷的塑件。
Ⅴ.根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特征，正確確定抽芯及推出結(jié)構(gòu)。
Ⅵ.為確保塑件質(zhì)量和注射成型順利進(jìn)行，正確設(shè)計模具的加熱或冷卻裝置。
Ⅶ.模具制造周期短，成本低。
3.2分型面的選擇
3.2.1分型面選擇的一般原則
分型面的選擇是塑料模設(shè)計首先要解決的一個問題，分型面的選擇是否得當(dāng)，對塑件的質(zhì)量、模具的使用和制造都有很大影響。因此，分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素。
分型面的選擇是一個比較復(fù)雜的問題，因?yàn)樗艿剿芗男螤睢⒈诤?、尺寸公差及表面粗糙度、嵌件位置及其形狀、塑件在模腔中的成型位置、推出方法、澆注系統(tǒng)設(shè)計、模具類型、模具排氣、模具制造及其操作等各種因素的影響。因此，在選擇時要認(rèn)真分析，綜合比較，從幾種方案中找出一種比較合理的方案。對某一塑件，以下分型面選擇原則可能發(fā)生矛盾，不能全部符合下述選擇原則時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，以滿足塑件的主要要求為宜。
選擇模具分型面時，通常應(yīng)遵循以下基本原則:
1.分型面應(yīng)便于塑件的脫模。
2.分型面的選擇應(yīng)用利于側(cè)向分型與抽芯。
3.分型面的選擇應(yīng)保證塑件的質(zhì)量。
4.分型面的選擇應(yīng)有利于防止溢料。
5.分型面的選擇應(yīng)有利于排氣。
6.分型面的選擇應(yīng)盡量使成型零件便于加工。
7.選擇分型面時，應(yīng)考慮減小由于脫模斜度造成塑件的大小端尺寸差異。
該塑件為手機(jī)上蓋外殼，表面質(zhì)量無特殊要求，該零件的高度為16.69mm，且垂直于軸線的截面形狀比較簡單和規(guī)范，若選擇如圖4-1所示垂直分型方式既可降低模具的復(fù)雜程度，減少模具加工難度又便于成型后的脫模。故選用如圖4-1所示的分型方式較為合理。
圖4-1 分型面的選擇
3.2.2分型面的具體操作步驟
1.加載產(chǎn)品
（1）選擇菜單欄的[應(yīng)用]-[注塑模向?qū)，彈出 注塑模向?qū)?工具欄。
（2）單擊注塑模向?qū)Чぞ邫谏系陌粹o，彈出[打開部件文件]對話框；選擇剛完成的手機(jī)產(chǎn)品文件，單擊[OK]按鈕。
（3）在彈出的[項(xiàng)目初始化]對話框中，改變項(xiàng)目的路徑，創(chuàng)建mobile文件夾。如圖4-2所示。
圖4-2 [項(xiàng)目初始化]對話框 圖4-3[模具 CYCS]對話框
2.模具坐標(biāo)系
（1）單擊 注塑模向?qū)?工具欄上的按鈕，彈出[模具 CYCS]對話框，如圖4-3所示。
（2）單擊[確定]按鈕，設(shè)置該坐標(biāo)系與工作坐標(biāo)系相匹配。
3.設(shè)定毛坯
Ⅰ.設(shè)置成型鑲件
（1）單擊 注塑模向?qū)Чぞ邫谏系陌粹o，彈出[工件尺寸]對話框，選用[標(biāo)準(zhǔn)長方體]選項(xiàng)，采用距離余量法定義成型鑲件尺寸。
圖4-4 毛坯參數(shù)設(shè)置 圖4-5 成型鑲件
（2）在成型鑲件的尺寸輸入?yún)^(qū)中將[X_向長度]設(shè)置為120；[Y_向長度]設(shè)置為190； [Z_向下移]設(shè)置為27；[Z_向上移]設(shè)置為56；如圖4-4所示。
（3）單擊[應(yīng)用]按鈕，獲得成型鑲件如圖4-5所示。（4）單擊[取消]退出對話框。、
Ⅱ.布局
（1）單擊 注塑模向?qū)?工具欄上的按鈕，彈出[布局]對話框。
（2）在布局對話框中選擇，單擊[取消]退出[布局]對話框。
Ⅲ.分型
點(diǎn)擊進(jìn)入分型管理器
（一）建立分型線
單擊圖標(biāo)上的按鈕，彈出[分型線]對話框；彈出[分型線]對話框，在對話框中選擇[自動搜索分型線]，彈出[搜索分型線]對話框，頂出方向Z 軸向上。點(diǎn)擊應(yīng)用，確定，應(yīng)用。分型線如圖4-6所示
（二）創(chuàng)建補(bǔ)片
選擇按鈕]，彈出[補(bǔ)丁環(huán)選擇]對話框，[環(huán)搜索方法]選擇[自動]，[修補(bǔ)方法]選擇[型腔側(cè)面]，單擊[自動修補(bǔ)]，UG/注塑模向?qū)?將建立一個修補(bǔ)片體，如圖4-7所示。
圖4-6 分型線 圖4-7自動修補(bǔ)
（三） 建立分型面
（1）選擇[分型面] ，彈出[創(chuàng)建分型面]對話框。
（2）在[創(chuàng)建分型面]對話框中選擇[創(chuàng)建分型面]。
（3）在分型面對話框中選擇[有界平面]按鈕，系統(tǒng)產(chǎn)生一個分型面，如圖4-8所示。
圖4-8分型面 圖4-9型腔模型
3.3確定型腔布置及型芯和型腔的建立
3.3.1確定型腔布置
綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，本塑件在注射時采用一模一件，即模具只需要一個型腔。
3.3.2型芯和型腔的建立
（1）選擇[分型管理器]對話框的[提取區(qū)域和分型線] ，彈出[區(qū)域和直線]對話框；在[區(qū)域和直線]對話框中[邊界曲面],抽取區(qū)域邊界邊,
（2）單擊[確定]接受系統(tǒng)定義的型芯和型腔區(qū)域，并再次回到[分型管理器]對話框；在對話框中選擇[創(chuàng)建型芯和型腔] ，彈出[型芯和型腔]對話框；在對話框中的[公差]設(shè)置為0.1，選擇[自動創(chuàng)建型腔型芯]]按鈕
（3）如圖4-11所示，屏幕顯示型腔和型芯鑲塊。
圖4-10 型芯模型 圖4-11 完成的型腔芯和型芯鑲塊
3.4結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計
3.4.1合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計
Ⅰ.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：
（1）導(dǎo)向作用
上模和下模合模時，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)上、下模準(zhǔn)確合模，避免凸?；蛐托鞠冗M(jìn)入型腔，以保證不損壞成型零件。
（2）定位作用
避免模具裝配時認(rèn)錯方位而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保證正確的形狀，不致由于位置的偏移而引起塑件壁厚不均，對于垂直分型的兩瓣對拼凹模，合模銷可以保證在合模時定位的準(zhǔn)確。
（3）承受一定的側(cè)向壓力
塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)面壓力，或由于成型設(shè)備精度的限制，使導(dǎo)柱在工作中承受一定的側(cè)向壓力。
Ⅱ.導(dǎo)向零件的的設(shè)計原則
（1） 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度，防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套時發(fā)生變形。
（2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模架一般需要2-4個導(dǎo)柱。
（3）