手機(jī)外殼三維造型設(shè)計及加工仿真【報告】

手機(jī)外殼三維造型設(shè)計及加工仿真【摘要】手機(jī)外殼一般是通過注塑成型生產(chǎn)的，注塑模具的加工是關(guān)鍵。本文討論了手機(jī)外殼的結(jié)構(gòu)和工藝過程。討論了塑料模具的設(shè)計和分析過程。分析了注塑模結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程。塑料是一種快速發(fā)展的新型工程材料，塑料的加工和成型技術(shù)越來越重要。注塑成型是塑料件最常用的成型方法。手機(jī)外殼注塑模具已成為注塑模具制造業(yè)中最復(fù)雜的模具之一。這是手機(jī)結(jié)構(gòu)件制造中的一個難點(diǎn)。因此，研究手機(jī)外殼注塑模的設(shè)計制造具有很高的實用價值。手機(jī)外殼的外觀非常高，整機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要非常高的注塑成型工藝。關(guān)鍵字：手機(jī)外殼成型；模具設(shè)計制造；脫模機(jī)構(gòu)1、1.4CAD技術(shù)的應(yīng)用目前，AutoCAD在各個行業(yè)的應(yīng)用可以分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。其中，前者是直接使用AutoCAD提供的強(qiáng)大繪圖功能進(jìn)行圖形繪制，后者是結(jié)合行業(yè)實際情況，使用AutoCAD提供的強(qiáng)大開發(fā)工具進(jìn)行二次開發(fā)，是AutoCAD應(yīng)用的一個更高層次。目前，在CAD領(lǐng)域，有很多應(yīng)用軟件，如UG、Pro/E、CATIA等，這些軟件具有很強(qiáng)的三維建模功能，與AutoCAD三維功能相比是無法比擬的，但其二維功能是最好的。AutoCAD有一個開放的體系結(jié)構(gòu),用戶和開發(fā)人員可以通過多種方式定制它來滿足他們的個人需求。其二次開發(fā)方式主要有兩種，即文件開發(fā)和程序開發(fā)。文件開發(fā)是按照它所提供的方法和文件格式，通過編輯代碼標(biāo)準(zhǔn)功能支持的文件系統(tǒng)，例如，或建立一個新的功能文件相同類型的擴(kuò)展，實現(xiàn)二次開發(fā)，以滿足用戶的特定需求。程序開發(fā)是指利用其編程環(huán)境和開發(fā)工具即應(yīng)用程序接口，通過編寫程序來實現(xiàn)其二次開發(fā)，擴(kuò)展新的命令或定義。許多用戶通過創(chuàng)建新的宏代碼、新的工具欄或創(chuàng)建狀態(tài)欄、智能菜單和菜單組來定制菜單。他們還可以創(chuàng)建預(yù)制的不同圖層、文本樣式、大小樣式、線型等示例，以簡化和提高效率。現(xiàn)在AutoCAD具有較強(qiáng)的二次開發(fā)能力，利用它提供的開發(fā)工具可以開發(fā)自己需要的界面、工具、程序等，可以大大減少重復(fù)繪制的時間，提高產(chǎn)品的設(shè)計效率。這種強(qiáng)大的二次開發(fā)能力也是經(jīng)過二十多年的開發(fā)而逐漸強(qiáng)大起來的，開發(fā)人員可以根據(jù)自己的編程語言選擇開發(fā)工具。2、UGNX8.5數(shù)控加工方式和特點(diǎn)德國西門子推出的UG是一款功能非常的強(qiáng)大的三維CAD/CAM/CAE的軟件系統(tǒng),其軟件內(nèi)容涵蓋了從產(chǎn)品概念的設(shè)計、工業(yè)造型的設(shè)計、三維模型的設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬和仿真、工程圖輸出到產(chǎn)品的生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全部過程,應(yīng)用范圍涉及到了機(jī)械、汽車、航空航天、造船、數(shù)控加工、通用機(jī)械、醫(yī)療、模具、電子和玩具等諸多領(lǐng)域，其虛擬的產(chǎn)品開發(fā)(VPD)的理念在軟件中的應(yīng)用提供了集成的、多級化的、企業(yè)級的、包括軟件產(chǎn)品和服務(wù)在內(nèi)的完整的MCAD解決方案，UGNX8.5版本創(chuàng)新點(diǎn)在軟件的易用性、可用性、知識捕捉、數(shù)字化模擬等方面，以客戶為中心的大量的改進(jìn)在新版本中得到了應(yīng)用。3、工藝參數(shù)的確定外型設(shè)計方案的選擇方案：通過了解市場需求，結(jié)合當(dāng)前市場需求，設(shè)計出的手機(jī)能夠滿足市場的需求。設(shè)計目標(biāo)：通過分析諾基亞手機(jī)的外形，我們可以了解手機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對其進(jìn)行改進(jìn)，更好地滿足市場的需求。為此，我們設(shè)計了下一部手機(jī)塑件分析塑件所采用的塑料名稱一一ABS塑件的體積和重量見表1.1表1.1塑件主要參數(shù)材料密度(density)體積(volume)質(zhì)量(mass)1.05g/cm33.33x103nlm33.50g零件結(jié)構(gòu)特征、塑料的性能、技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)工藝性的分析331尺寸及精度塑料零件的尺寸精度是指所獲得的塑料零件尺寸和產(chǎn)品圖紙尺寸的一致性程度，即所塑件的尺寸精度。許多因素影響塑料零件的精度，首先是模具的制造精度和模具磨損程度，其次是塑料收縮率的波動，和成型工藝條件的變化,塑料成型后的衰老變化和模具結(jié)構(gòu)，等等。因此，塑料零件的尺寸精度普遍不高，和較低的精度應(yīng)盡量選擇。根據(jù)中國塑料零件的成型水平，可根據(jù)sj1372-78塑料零件的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定塑料零件的尺寸公差。標(biāo)準(zhǔn)分為8個等級，每個等級可選3個等級，即高精度、一般精度和低精度。一、二級精度較高，一般不使用。此外，建議采用標(biāo)準(zhǔn)的8級精度，對塑料零件圖的無公差要求進(jìn)行自由尺寸。手機(jī)外殼一般精度選用4級精度等級脫模斜度為了使它容易拆卸模具，它取決于塑料零件的形狀、厚度和收縮率。一般來說,取30'-1。30',取斜度的方向通常在小的一端，這符合設(shè)計要求，斜度是從擴(kuò)張方向得到的。形狀以大端為基礎(chǔ)，符合設(shè)計要求。脫模斜度不包括在塑料制品公差范圍內(nèi)，脫模斜度見表L2:表1.2常用塑料的脫模斜度塑料名稱脫模斜度型腔型芯聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、氯25z-45'20'_45'化聚醛硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚颯35'-40’30'_40'聚苯乙烯、有機(jī)玻璃、ABS、聚甲35'-1?30'30'_40'醛熱固性塑料25'-40'20'—40'壁厚每個塑件的壁厚跟每個塑件大小有關(guān)，塑料制件規(guī)定最小壁厚值，太厚的塑料零件不僅會造成原材料的浪費(fèi)，而且熱塑性塑料會增加冷卻時間，降低生產(chǎn)效率，同時也會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。薄壁塑件一般選用熱塑性材料，最小壁厚達(dá)到0.25mm,一般不小于0.6到0.9mm,常取2到6mm。在該設(shè)計中，壁厚取4mm左右。并且塑件的壁厚應(yīng)該都是一樣的厚度，避免產(chǎn)生裂紋、縮孔等缺陷。塑料性能的分析塑料的選用及相應(yīng)特征的說明：所選的塑料要求是合適的，具有良好的加工性能和機(jī)械性能。塑料的主要成分是樹脂，需要具有高強(qiáng)度、硬度、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性能;具有彈性和較高的沖擊強(qiáng)度；還具有很好的介電性能等優(yōu)良性能，所以選用ABS塑料，并且廉價易得。ABS的主要技術(shù)指針見表1.3表1.3ABS各項性能參數(shù)表密度(g/C加3)1.05抗拉屈服強(qiáng)度(mpa)50比容(加3/g)0.92拉伸彈性模量(mpa)1.8xl03吸水率24h(%)0.3m2無缺口261收縮率(%)缺口11熔點(diǎn)(°C)130-160彎曲強(qiáng)度(mpa)80℃0.45mpa90?108強(qiáng)度(hb)9.71.80mpa83?103體積電阻率6.9xlO34、確定結(jié)構(gòu)形式成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點(diǎn)要求：(1)機(jī)械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。(2)拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達(dá)到鏡面，Ra<0.05ixm0要求鋼材硬度在HRC35?40為宜。過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應(yīng)均勻致密，極少雜質(zhì)，無疵斑和針點(diǎn)。耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應(yīng)力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應(yīng)使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長期保持型腔的尺寸精度，達(dá)到所計劃批量生產(chǎn)的使用壽命期限。(4)具有耐腐蝕性。對有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。我國鋼鐵冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T094—1997推薦的塑料模具鋼的用途見表4.1表4.1塑料鋼主要性能鋼號特性和用途SM45SM45SM45價格低廉、機(jī)械加工性能好，用于日用雜品、玩具等塑料制品的模具SM45SM50硬度比SM45高，用于性能要求一般的塑料模具SM55淬透性好、強(qiáng)度比SM50好，用于較大型的、性能要求一般的塑料模具SMlCrNi3塑性好，用于需冷擠壓反印法壓出型腔的塑料模具制作根據(jù)上表，手機(jī)外殼屬于日用雜品，但是需要一定的硬度和強(qiáng)度，所以本設(shè)計選擇SM50鋼。凹、凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）凹模尺寸的計算：孔類尺寸以其最小尺寸作為公稱尺寸，其公差為正，軸類尺寸最大尺寸為公稱尺寸，其公差為負(fù)。（2）凹模徑向尺寸計算：凹模徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下：“［（i+sj-J式中Lm凹模徑向尺寸（mm）;q—cp——塑件的平均收縮率（ABS收縮率為0.3%—0.8%,平均凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下收縮率為0.55%）;心，塑件徑向公稱尺寸（mm）;△——塑件公差值（mm）（34/4項系數(shù)隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5—0.8之間，取0.6）;3工凹模制造公差（mm）（當(dāng)尺寸小于50mm時，（5z=l/4A;當(dāng)塑件尺寸大于50mm時，6z=l/5A）;,min塑料的最小收縮率（%）o凹模寬度尺寸計算為:式中Hm——凹模深度尺寸（mm）;%——塑件高度公稱尺寸（mm）;24/3項，有的資料介紹系數(shù)為0.5;其他符號意義同上。（3）中心距尺寸計算，公式如下lm=Ki+scp）ls]±^Lm模具中心距尺寸（mm）;4塑件心中距尺寸（mm）。根據(jù)工作實習(xí)所了解的關(guān)于模具的加工流程，對于手機(jī)外殼模具，加工方法如下表5.1所示：表5.1凹模的機(jī)加工工藝序號工序名稱設(shè)備1下料2鍛造3劃線鉗工臺4鉆孔鉆床5鉆孔鉆床6銃削銃床7刨削刨床8鉆孔鉆床9熱處理10磨削平面磨床11磨削平面磨床凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）凸模徑向尺寸計算凸模徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下:L4Lm型芯徑向尺寸（mm）;必一一型芯的制造公差（mm）;其他符號意義同上。（2）凹模深度尺寸計算中心距尺寸計算，公式如下Lm模具中心距尺寸（mm）;4塑件心中距尺寸（mm）。所以凸模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：為=［（1+5即）”，+1Hm凸模深度尺寸（mm）;%——塑件孔深度尺寸（mm）;其他符號意義同上。合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計合模導(dǎo)向零件機(jī)構(gòu)的作用(1)定位作用模具閉合后，保證動定模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸正確;導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具裝配過程中也起了定位作用，便于裝配和調(diào)整。(2)導(dǎo)向作用合模時，首先是導(dǎo)向零件接觸，引導(dǎo)動定模或上下模準(zhǔn)確閉合，避免型芯先進(jìn)入型腔造成成型零件損壞。(3)保持機(jī)構(gòu)運(yùn)動平穩(wěn)對于大、中型模具的脫模機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有使機(jī)構(gòu)運(yùn)動靈活平穩(wěn)的作用。(4)承載作用當(dāng)采用脫模板脫模或雙分型面模具時，導(dǎo)柱有承受脫模板和型腔板的作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計導(dǎo)套、導(dǎo)柱時應(yīng)注意：(1)導(dǎo)柱應(yīng)合理地均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具外緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強(qiáng)度；(2)導(dǎo)柱的長度應(yīng)比型芯端面的高度高出6-8mm,以免型芯進(jìn)入凹模時與凹模相碰而損壞；(3)導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐磨度，常采用20#低碳鋼經(jīng)滲碳0.5—0.8mm,淬火48-55HRC,也可采用T10碳素工具鋼，經(jīng)淬火處理；(4)一般導(dǎo)柱滑動部分的配合形式按H7/f6,導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/m6,導(dǎo)套的外徑的配合按H7/k6;導(dǎo)柱的設(shè)計見表6.1表6.1導(dǎo)柱設(shè)計導(dǎo)柱類型總長度/mm直徑/mmSPN12520脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計推出機(jī)構(gòu)是使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)，推出機(jī)構(gòu)通常是液壓缸來進(jìn)行運(yùn)作或通過裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿運(yùn)作。推出機(jī)構(gòu)的組成推出機(jī)構(gòu)主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位部件等組成。推出機(jī)構(gòu)中，凡直接與塑件相接觸、并將塑件推出型腔的零件稱為推出零件。常用的推出零件有推桿、推管、推件板、成型推桿等。442推出機(jī)的分類推出機(jī)按動力來源可分為機(jī)動推出機(jī)、氣動推出機(jī)、液壓推出機(jī)、手動推出機(jī)。推出機(jī)按推出零件類別分類分為推桿推出機(jī)構(gòu)、推管推出機(jī)構(gòu)、推件板推出機(jī)構(gòu)、成型推桿(塊)推出機(jī)構(gòu)、多無綜合推出機(jī)構(gòu)等。還可以根據(jù)模具類別來分。推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則(1)推出機(jī)構(gòu)應(yīng)晝調(diào)協(xié)在動模一側(cè)由于推出機(jī)構(gòu)的動作是通過裝在注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿來驅(qū)動的，所以一般情況下，推出機(jī)構(gòu)設(shè)在動模一側(cè)。正因如