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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
手機(jī)上蓋注塑模具設(shè)計(jì)與仿真加工
學(xué)生姓名：劉健 班級(jí)：0781053
指導(dǎo)老師：高延峰
摘要：注塑模具CAD技術(shù)是指在注塑模具設(shè)計(jì)過程中采用CAD系統(tǒng)來(lái)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，以便提高模具設(shè)計(jì)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(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)K，支持注塑模具設(shè)計(jì)的基本流程。
隨著科學(xué)的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)和模具的設(shè)計(jì)、制造與更新為前提的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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。
本設(shè)計(jì)首先采用UG軟件進(jìn)行注塑件的三維實(shí)體造型,針對(duì)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(shí),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(duì)手機(jī)上蓋進(jìn)行拆模，并且對(duì)手機(jī)上蓋模具的模架、定位環(huán)、推桿、澆口、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，利用UG軟件中的CAM功能對(duì)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。
關(guān)鍵詞：注塑模具 UG 手機(jī)上蓋 凸模
指導(dǎo)老師簽名：
Injection mold design mobile phone cover and process
Student name: Liu Jian Class:0781053
Supervisor:Gao Yan feng
Abstract: CAD technology is the injection mold injection mold design process in the CAD system used to assist designers to mold design, mold design in order to improve the level and efficiency. Injection Mold CAD system is based on the general CAD system, load the injection mold design knowledge and experience in modules support the basic process of injection mold design.
With the development of science, the upgrading of various products faster and faster, while the product update is a new product modeling design and mold design, manufacturing and updated as the prerequisite. Mold mold design is the basis for updating, mold design and product-related updates. The traditional manual design model has not well adapted to the needs of the times, computer-aided design and manufacturing has become many large CAD / CAM / CAE software goal. Assisted in the design and manufacturing of many software, Unigraphics software is the world's more advanced and comprehensive software for the manufacturing industry.
The design of the first injection molded parts using UG software three-dimensional solid modeling,mobile shelters for the specific dimensions,application of feature-based modeling and free modeling the shape of knowledge, use of voxel features, scanning features, shape features, feature operation and other concrete steps to gradually build mobile phone cover. Secondly, the use of UG software Mold wizard tools mobile phone cover for form removal, and mold on the mobile phone cover mold, positioning ring, putter,gate, mold-oriented institutions, core pulling mechanism, gating system, cooling system is designed. Finally, UG CAM software features simulation of the punch process and generate the NC cell phone cover punch processing.
Keywords: Injection Mold UG Mobile phone cover Punch
Signature of supervisor:
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 日期：
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
作者簽名： 日期：
導(dǎo)師簽名： 日期：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 手機(jī)上蓋注塑模具設(shè)計(jì)與仿真加工
系 別 航空工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào) 0781053 12
學(xué)生姓名 劉 健
指導(dǎo)教師 高 延 峰
二O一一年 六 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目 手機(jī)上蓋注塑模具設(shè)計(jì)與仿真加工
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0781053 12
學(xué) 生 姓 名 劉 健
指 導(dǎo) 教 師 高 延 峰
填 表 日 期 2011 年 03 月 01 日
說(shuō) 明
開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。
1、 選題的依據(jù)及意義：
隨著科學(xué)的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)和模具的設(shè)計(jì)、制造與更新為前提的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計(jì)、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(jì)和沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)：
模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備之一，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)，模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家綜合制造能力的重要標(biāo)志。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)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(duì)工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。從工業(yè)產(chǎn)值對(duì)比來(lái)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)，日本一萬(wàn)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(guó)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(dòng)化生產(chǎn)方式，使其在塑料模中的占用量超過了5%。
我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)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(xiǎn)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(wàn)次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬(wàn)次，交貨期較以前縮短，但和國(guó)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(jì)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(guó)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(gè)新臺(tái)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(guó)EDS的UGⅡ、美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國(guó)CV公司的CADS5、英國(guó)Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國(guó)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(guó)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(duì)成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)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(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)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(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)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(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)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(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)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(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)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(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)。
3、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
3.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容：
（1）使用的原始資料可以是實(shí)物或自行設(shè)計(jì)。
（2）根據(jù)零件實(shí)物或模型在CAD/CAM/UG軟件中進(jìn)行數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，完成鼠標(biāo)上蓋的建模。
（3） 進(jìn)行手機(jī)上蓋凸凹模型面設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)模架、定位環(huán)、推桿、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，完成模具的設(shè)計(jì)。
（4）生成手機(jī)上蓋零件的NC加工程序，進(jìn)行仿真加工。
（5）繪制手機(jī)上蓋的注塑模具凸凹模的工程圖和模具總裝配圖；
（6）繪制圖紙，撰寫畢業(yè)論文。
3.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案:
手機(jī)上蓋及其模具設(shè)計(jì)的步驟：
（1）參照手機(jī)的實(shí)物，以人機(jī)工程學(xué)、注塑模具的制造和工藝性為原則，自行設(shè)計(jì)出一款手機(jī)上蓋。
（2）手機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程中要全面貫徹?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)和制造的理論，進(jìn)行無(wú)紙化設(shè)計(jì)制造：
A、CAD建模過程中運(yùn)用UG NX 5.0軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，完成手機(jī)的建模；
B、模型設(shè)計(jì)完成后利用UG NX 5.0的Mold?Wizard模塊進(jìn)行手機(jī)上蓋模具的凸凹模型面設(shè)計(jì)，選擇材料和注塑機(jī)，進(jìn)行模架、定位環(huán)、推桿等模具標(biāo)準(zhǔn)件的加載和澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
C、手機(jī)上蓋的模具設(shè)計(jì)完成后利用Solid Edge軟件進(jìn)行數(shù)字預(yù)裝配。
D、利用UG NX 5.0軟件進(jìn)行手機(jī)上蓋上下模型芯和型腔的CAM編程，生成NC加工程序，并在計(jì)算機(jī)中模擬加工過程。如果可能，在數(shù)控機(jī)床上加工出手機(jī)上蓋上下模型芯和型腔的實(shí)物。
（3）利用前面已建立的手機(jī)模型和模具設(shè)計(jì)中加載和設(shè)計(jì)的數(shù)字模型生成工程圖數(shù)據(jù)，完成模具的總裝配圖，進(jìn)行工程圖的輸出和打印。
（4）設(shè)計(jì)完成過程中，進(jìn)行畢業(yè)論文的編寫。
模具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所用到的軟件和工具：
UG NX 5.0、Solid Edge、AUTOCAD 2006等軟件和測(cè)量工具等。
4、 目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
4.1 通過手機(jī)上蓋的模具設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)：
（1）較深入的了解注塑模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工程中的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；
（2）通過這次設(shè)計(jì)，深入學(xué)習(xí)UG NX 5.0（包括建模模塊、CAM模塊、工程圖模塊、Mold?Wizard（模塊）、Solid Edge（包括建模模塊、工程圖模塊）、AUTOCAD 2006等軟件的高級(jí)命令；
（3）深入學(xué)習(xí)注塑模具設(shè)計(jì)和制造過程中所用的理論知識(shí)，掌握模具設(shè)計(jì)師應(yīng)該具備的知識(shí)。查閱資料，詢問老師，爭(zhēng)取使模具產(chǎn)品最優(yōu)化；
（4）通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)新知識(shí)和網(wǎng)上檢索信息的能力；
（5）通過與老師、同學(xué)的溝通和交流，掌握?qǐng)F(tuán)隊(duì)合作的能力；
4.2 手機(jī)上蓋的模具畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要特色：
(1)結(jié)合現(xiàn)代制造業(yè)已成為主流的數(shù)字化技術(shù)，在純數(shù)字化技術(shù)支持下自行設(shè)計(jì)一款鼠標(biāo)上蓋的注塑模具。設(shè)計(jì)過程中，用到UG NX 5.0、Solid Edge、AUTOCAD 2006等國(guó)際流行的機(jī)械專業(yè)軟件，進(jìn)行無(wú)紙化設(shè)計(jì)制造，以縮短研發(fā)周期，降低成本。
(2)在模型設(shè)計(jì)過程中利用人機(jī)工程學(xué)理論，如上蓋的曲率偏小，使人對(duì)鼠標(biāo)的感覺最好，減輕操作人員長(zhǎng)時(shí)間工作帶來(lái)的疲憊感。
4.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1．查閱資料，英文資料翻譯，撰寫開題報(bào)告。 第1周～第2周
2. 手機(jī)上蓋的三維建模。 第3周～第5周
3. 凸凹模型面設(shè)計(jì)。 第6周～第8周
4. 注塑模具設(shè)計(jì)，繪制圖紙。 第9周～第11周
5. 生成手機(jī)上蓋零件的數(shù)控加工程序。 第12周～第14周
6. 撰寫畢業(yè)論文。 第15周～第16周
7. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 第17周
主要參考文獻(xiàn)
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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(lái)越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)和模具的設(shè)計(jì)、制造與更新為前提的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設(shè)計(jì)、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(jì)和沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計(jì)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(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)邏輯運(yùn)算功能、大容量信息存儲(chǔ)與快速信息查找的能力，完成信息管理、數(shù)值計(jì)算、分析模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)和繪圖等項(xiàng)任務(wù);讓設(shè)計(jì)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(jì)方案的提出、評(píng)價(jià)、分析模擬與修改到具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)全過程。
注塑模具CAD技術(shù)是指在注塑模具設(shè)計(jì)過程中采用CAD系統(tǒng)來(lái)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，以便提高模具設(shè)計(jì)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(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)K，支持注塑模具設(shè)計(jì)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(jì)依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，模具設(shè)計(jì)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(jì)。這種設(shè)計(jì)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(duì)塑料制品質(zhì)量要求越來(lái)越高，且產(chǎn)品更新快，價(jià)格越來(lái)越低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，在這種情況下，對(duì)模具的要求是交貨期短、質(zhì)量好、價(jià)格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)、手工設(shè)計(jì)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(chǎng)經(jīng)濟(jì)的殘酷競(jìng)爭(zhēng)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(lái)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(lái)，雖然注射模的歷史不過幾十年的時(shí)間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國(guó)塑料消耗量以體積計(jì)算己經(jīng)超過鋼、銅、鋁的總和，美國(guó)和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過一萬(wàn)家。塑料工業(yè)對(duì)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(jì)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(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)的學(xué)者如J.R.Pearson(英國(guó))、J.F.Stevenson(美國(guó))、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國(guó))等開展了一系列有關(guān)塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動(dòng)與冷卻的基礎(chǔ)研究。在合理的簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代完成了一維流動(dòng)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(dòng)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(cè)等領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后開展了流動(dòng)、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(guó)Lockheed飛機(jī)公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國(guó)McDonnell Douglas飛機(jī)公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國(guó)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(guó)的DUCT系統(tǒng)，美國(guó)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(guó)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(guó)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(lái)上述領(lǐng)域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術(shù)才會(huì)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(jì)CAD技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。
(1)人工設(shè)計(jì)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(shí)的注射模設(shè)計(jì)純粹依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資料，從塑件的工藝計(jì)算到注射模的設(shè)計(jì)制圖，全靠手工操作完成，設(shè)計(jì)效率較為低下。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)過程純粹依賴于設(shè)計(jì)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(jì)階段
20世紀(jì)70年代，以手工為主的注射模設(shè)計(jì)己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢(shì)，于是人們開始嘗試使用當(dāng)時(shí)比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)。這個(gè)時(shí)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(jì)計(jì)算和圖樣繪制的自動(dòng)化，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。但是，這只是將設(shè)計(jì)人員從手工繪圖中解放了出來(lái)，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(jì)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(lái)。這個(gè)時(shí)期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。參數(shù)化設(shè)計(jì)以一種全新的思維方式來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改。它用約束來(lái)表達(dá)產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來(lái)控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來(lái)修改設(shè)計(jì)模型。這樣，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動(dòng)態(tài)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)系統(tǒng)都增加了參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形的功能，成為初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計(jì)、多種方案比較和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的有效手段。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上提高了注射模設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，提高了注射模設(shè)計(jì)的水平。但是參數(shù)化設(shè)計(jì)只適用于單一的零件設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行部件或復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(kù)，如螺栓、螺母等，對(duì)提高設(shè)計(jì)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(jì)階段
采用通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)，雖然在很大程度上提高了模具設(shè)計(jì)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(shuō)還只是一種幾何建模工具，注塑模設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)的加入還主要依賴于人工干預(yù)，每一次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程與手工實(shí)現(xiàn)基本一樣，設(shè)計(jì)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(jì)工具來(lái)構(gòu)思的，因此在使用這些通用CAD軟件設(shè)計(jì)注射模時(shí)，仍會(huì)感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)是開發(fā)自動(dòng)化和智能化程度較高的注射模CAD技術(shù)。
1.2.3國(guó)內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀
近幾年來(lái)國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)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(jì)與制造中。目前國(guó)際上流行的模具CAD軟件如下:
Unigraphics NX是美國(guó)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(jì)等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用模塊，也是應(yīng)用于注塑模具設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊。它應(yīng)用知識(shí)嵌入的基本理念，按照注塑模具設(shè)計(jì)過程的一般順序來(lái)模擬模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，在此過程中，它只需根據(jù)一個(gè)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(dòng)設(shè)計(jì)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(lái)拓展其功能，設(shè)計(jì)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(jí)進(jìn)模向?qū)?等專用模具CAD工具。
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)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(jì)模塊:Pro/Casting(鍛造模具設(shè)計(jì))、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設(shè)計(jì))，Pro/Dieface(沖壓模設(shè)計(jì))、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動(dòng)分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，能自動(dòng)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(jì)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(duì)模具設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)和整個(gè)設(shè)計(jì)流程整合在一起，將模芯拆模及模座設(shè)計(jì)兩大部分完整的結(jié)合在一起，使設(shè)計(jì)者可以通過簡(jiǎn)單的操作界面完成模架的相關(guān)設(shè)定[4]0
CATIA是法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司(Dassault System)在其開發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，與美國(guó)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(jì)模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設(shè)計(jì)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(jì)的所有工作。用戶界面以標(biāo)準(zhǔn)目錄庫(kù)訪問功能為基礎(chǔ)，通過對(duì)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(dòng)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(kù)，以快速、經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國(guó)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(gè)機(jī)械CAD軟件，是面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。
Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標(biāo)注模架庫(kù)，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(guó)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(guó)內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國(guó)外知名度較高的CAD系統(tǒng)。同時(shí)，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(lái)，我國(guó)對(duì)注塑模設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，國(guó)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(duì)促進(jìn)我國(guó)注塑模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國(guó)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(guó)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(lái)，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(jì)，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(lái)，世界塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)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(lái)者追上之勢(shì)。有人說(shuō)21世紀(jì)是“塑料時(shí)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(shí)，芳雜環(huán)的耐高溫塑料也向前推進(jìn)了一步。目前，國(guó)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(shì)；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(dòng)化方向發(fā)展。同時(shí)，電子計(jì)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(dòng)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(jì)及制造方面也引入了CAD/CAM先進(jìn)技術(shù)。
國(guó)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(dòng)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(dòng)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(shí)模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(guó)是最早使用塑料的國(guó)家。遠(yuǎn)在兩千年以前，我國(guó)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(guó)塑料工業(yè)基本上都是個(gè)空白點(diǎn)，僅能生產(chǎn)酚醛塑料、氨基塑料等少數(shù)幾個(gè)品種，而且設(shè)備簡(jiǎn)陋、效率極低，原材料也靠進(jìn)口。解放后，我國(guó)塑料工業(yè)從無(wú)到有，從小到大，今天已發(fā)展成一個(gè)相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)體系。目前，我國(guó)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(guó)實(shí)際情況，利用國(guó)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(guó)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(guó)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(jì)算機(jī)群控注射成型機(jī)等新產(chǎn)品的研制成功，為我國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，已經(jīng)制定出了塑料模具設(shè)計(jì)，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(dòng)了我國(guó)塑料工業(yè)的迅速發(fā)展。我們堅(jiān)信，在不久的將來(lái)，一定會(huì)趕上或超過世界先進(jìn)的水平。
1.4塑料模國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)
模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)工業(yè)，模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家綜合制造能力的重要標(biāo)志。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)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(duì)工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。從工業(yè)產(chǎn)值對(duì)比來(lái)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)，日本一萬(wàn)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(guó)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(dòng)化生產(chǎn)方式，使其在塑料模中的占用量超過了5%。
我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)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(xiǎn)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(wàn)次，淬火鋼模達(dá)50～1000萬(wàn)次，交貨期較以前縮短，但和國(guó)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(jì)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(guó)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(gè)新臺(tái)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(guó)EDS的UGⅡ、美國(guó)Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國(guó)CV公司的CADS5、英國(guó)Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國(guó)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(guó)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(duì)成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)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(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)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(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)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(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)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(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)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(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)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(chǎng)的增長(zhǎng)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(jì)算機(jī)的普及，自動(dòng)化己經(jīng)逐漸成為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向，對(duì)模具制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，要求會(huì)越來(lái)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(duì)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(wú)論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)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(dòng)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(dòng)對(duì)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(jì)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(jì)、共享數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)知識(shí)等技術(shù);是集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺(tái)，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(dòng)傳遞與無(wú)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(kù)基礎(chǔ)上同步更新。同時(shí)它保證產(chǎn)品、模具設(shè)計(jì)、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(dòng)更新，避免了重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)。本文就是用UG軟件在計(jì)算機(jī)上完成手機(jī)上蓋模具設(shè)計(jì)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(dòng)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(lái)的。用數(shù)控機(jī)床加工模具時(shí)，常常會(huì)遇到二維、三維的特殊型面或曲線，要在短時(shí)間里完成這些特殊曲線和復(fù)雜型面的刀具軌跡計(jì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)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(jì)算機(jī)幾何模型((CAD)與計(jì)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(duì)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(huì)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(jì)算出加工刀具相對(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)中仿真加工過程的材料切除狀況，由此預(yù)測(cè)并觀察加工的切削情形與進(jìn)行誤差及過切預(yù)測(cè)，并進(jìn)一步做制造過程的修改，可減少?gòu)U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(cuò)誤所增加的生產(chǎn)成本。
1.7本設(shè)計(jì)任務(wù)
本設(shè)計(jì)首先采用UG軟件進(jìn)行注塑件的三維實(shí)體造型,針對(duì)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(shí),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(duì)手機(jī)上蓋進(jìn)行型芯、型腔設(shè)計(jì)。最后，利用UG軟件中的CAM功能對(duì)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(jì)
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(duì)話框。
（2）在繪圖窗口選擇草圖，此時(shí)系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對(duì)話框中單擊[確定]。
（3）進(jìn)入拉伸體的構(gòu)建方式對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，在對(duì)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(duì)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(duì)話框。
（3）設(shè)置橢圓參數(shù)，設(shè)置[長(zhǎng)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(duì)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(duì)話框。
（2）在[抽殼]對(duì)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(duì)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(duì)話框，在繪圖窗口選擇草圖，此時(shí)系統(tǒng)以紅色高亮顯示所選圖形，在[拉伸體]對(duì)話框中單擊[確定]按鈕。
（5）進(jìn)入拉伸體的構(gòu)建方式對(duì)話框，在此對(duì)話框中選擇[方向和距離]，彈出[矢量構(gòu)成]，在該對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長(zhǎng)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(zhǎng)半
（7）單擊[取消]按鈕，退出[拉伸體]對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長(zhǎng)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(duì)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(duì)話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長(zhǎng)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(duì)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(duì)話框，設(shè)置橢圓參數(shù)為：[長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，在對(duì)話框中選擇[矩形陣列]；在引用對(duì)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(duì)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(huì)顯示陣列形狀與位置，確認(rèn)無(wú)誤后[確定]后在[生成引用]對(duì)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(duì)話框，選擇[鏡像特征]，彈出對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框，在對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框；在對(duì)話框中選擇[邊界曲線]，彈出[單個(gè)邊曲線]對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)話框。
2.4.3保存
整個(gè)零件繪制完成，選擇[文件]-[保存]來(lái)存儲(chǔ)文件。
3 注塑模具設(shè)計(jì)
3.1注射模設(shè)計(jì)的基本原則
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)注塑模具時(shí)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(wú)氣泡、無(wú)縮孔、無(wú)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(jì)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(jì)首先要解決的一個(gè)問題，分型面的選擇是否得當(dāng)，對(duì)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(gè)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(jì)、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(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(wú)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)話框 圖4-3[模具 CYCS]對(duì)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(duì)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(duì)話框，選用[標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)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(zhǎng)度]設(shè)置為120；[Y_向長(zhǎng)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(duì)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(duì)話框。
（2）在布局對(duì)話框中選擇，單擊[取消]退出[布局]對(duì)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(duì)話框；彈出[分型線]對(duì)話框，在對(duì)話框中選擇[自動(dòng)搜索分型線]，彈出[搜索分型線]對(duì)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(duì)話框，[環(huán)搜索方法]選擇[自動(dòng)]，[修補(bǔ)方法]選擇[型腔側(cè)面]，單擊[自動(dòng)修補(bǔ)]，UG/注塑模向?qū)?將建立一個(gè)修補(bǔ)片體，如圖4-7所示。
圖4-6 分型線 圖4-7自動(dòng)修補(bǔ)
（三） 建立分型面
（1）選擇[分型面] ，彈出[創(chuàng)建分型面]對(duì)話框。
（2）在[創(chuàng)建分型面]對(duì)話框中選擇[創(chuàng)建分型面]。
（3）在分型面對(duì)話框中選擇[有界平面]按鈕，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)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(shí)采用一模一件，即模具只需要一個(gè)型腔。
3.3.2型芯和型腔的建立
（1）選擇[分型管理器]對(duì)話框的[提取區(qū)域和分型線] ，彈出[區(qū)域和直線]對(duì)話框；在[區(qū)域和直線]對(duì)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(duì)話框；在對(duì)話框中選擇[創(chuàng)建型芯和型腔] ，彈出[型芯和型腔]對(duì)話框；在對(duì)話框中的[公差]設(shè)置為0.1，選擇[自動(dòng)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(jì)
3.4.1合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
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(shí)，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(shí)認(rèn)錯(cuò)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(duì)于垂直分型的兩瓣對(duì)拼凹模，合模銷可以保證在合模時(shí)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(huì)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(jì)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(shí)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(gè)導(dǎo)柱。
（3）