畢業(yè)設計（論文）-U盤外殼塑料模具設計.doc

太原科技大學畢業(yè)設計（論文） 畢 業(yè) 設 計（論 文）U盤外殼塑料模具設計 姓 名 學院 （系） 成人教育學院 專 業(yè) 年 級 指 導 教 師 年 月 日 摘 要U盤是當今社會日常中必不可少的工具。U盤產(chǎn)品的外殼造型很多，市面上不斷出現(xiàn)著各種款式，我們選用這一款U盤外殼（材料ABS）進行模具設計。我們通過分析和研究，參照有關的技術文獻，選定材料和有關技術參數(shù)，設計出這款U盤外殼的模具。畢業(yè)設計論文主要包括三部分內(nèi)容：第一部分為注塑模具的工作原理及有關的應用、有關的設計原則，以及產(chǎn)品的有關介紹。第二部分為模具的設計計算：模具結構的設計，澆注系統(tǒng)的設計，注射機的選擇等。第三部分為Pro/ENGINEER的應用,Pro/E許多方面的功能都在本次設計中用到，它為產(chǎn)品造型設計和模具設計提供良好的設計環(huán)境，它把產(chǎn)品設計過程與加工制造過程很好的結合起來。【關鍵詞】 U盤；外殼；ABS；注射模具；Pro/ENGINEER ABSTRACTU disk is a daily tool, which is necessary in todays society. The shell of U disk products is continuous updating following on the market requirement. We choose this shell shape of the U disk to mold design. Through the analysis and research, and consult involved technical literature, then choose the material and involved technical parameter, designed this style of U disk shell shape mold.The design project is divided into three parts. The first part is about the working theory and application of a plastic injection mould, the principle of designing and the introduction of the production about plastic mould. The second part is about the designing and calculation of the mould. It including: the selecting of the injection machine, the structure designing of the plastic mould and the inject system of mould. Pro/ENGINEER was used in this practice, it provide a good design environment for products design and mold design. It combined the process of products design with manufacture.【KEY WORDS】 U disk；shells ；ABS； injection mold；Pro/ENGINEER 目 錄第1章 緒 論11.1 注塑模具概述11.1.1注塑模具設計的特點11.1.2 注塑模具的組成11.1.3 注塑模具的分類21.2 Pro/E注塑模具概述31.2.1 Pro/E概述31.2.2 Pro/E 注塑模具設計解決方案41.2.3 Pro/E模具設計的基本流程41.2.4 Pro/E注塑模具設計的應用51.2.5 基于Pro/ENIGEERING的 CAD/CAM的發(fā)展趨勢61.3本次選題的意義7第2章U盤塑料外殼（塑件）造型設計92.1 參數(shù)化設計概述92.2基于Pro/ENIGEERING的參數(shù)化造型設計過程102.3 U盤塑料外殼效果圖12第3章 注塑成型工藝的可行性分析143.1 U盤外殼（塑件）的選材及其材料性能分析143.1.1塑件材料的選用14 3.1.2塑件材料的性能143.2 注塑工藝過程分析及工藝參數(shù)的設定153.2.1 注塑工藝過程概述153.2.2 利用Moldflow分析設定及調(diào)整主要注塑參數(shù)163.3 塑件分析22第4章 基于Pro/ENIGEERING的注塑模具結構設計244.1 整體結構的確定244.2型腔數(shù)目的確定與排列方254.2.1 型腔數(shù)目的確定254.2.2 排列方式254.3 基于Pro/ENIGEERING的分型面設計254.4 排氣槽的設計274.5澆注系統(tǒng)設計284.5.1澆注系統(tǒng)的功能284.5.2基于Pro/ENIGEERING的流道系統(tǒng)設計294.5.3基于Pro/ENIGEERING的澆口設計304.6 冷卻系統(tǒng)的設計314.7 頂出裝置334.8 EMX模具專家系統(tǒng)的加載及澆注系統(tǒng)、推出機構的創(chuàng)建34第5章 成型零部件設計355.1 成型零件的結構設計355.2 成型零件工作尺寸的計算375.3注射機的選用及相關參數(shù)的校核41 5.3.1 注射機的選用415.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核415.3.3型腔數(shù)的校核425.3.4其他相關參數(shù)的校核425.4導向機構的設計435.5脫模機構的設計435.5.1 脫模機構的設計原則435.5.2 脫模機構的形式及布置位置435.5.3 脫模力的計算及推出零件尺寸計算455.5.4 推桿直徑的確定46第6章 總 結47參考文獻48致謝5049 第1章 緒 論1.1 注塑模具概述塑料的注射成型過程，是借助螺桿或柱塞的推動，將已塑化的塑料熔體以一定的壓力和速率注入閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻固化定性后的開模而獲得制品。1.1.1注塑模具設計的特點塑料注射模能一次性地成型，形狀復雜，尺寸精確，或帶嵌件的塑料制件。注塑件的生產(chǎn)中，通常以最終的塑料制品的質量來評價模具的設計和制造質量。注塑件質量，包括表觀質量和內(nèi)在質量。從塑件的形狀和尺寸精度來衡量表觀質量，包括注塑件的表面粗糙度和表觀缺陷狀況。常見的表觀缺陷有：凹陷、氣孔、無光澤、發(fā)白、銀紋、剝層、暗斑紋、燒焦、翹曲、溢料飛邊及可見融合度縫等。內(nèi)在質量也就是性質質量，包括熔合縫強度、殘余應力、取向、密度、收縮等。作為先進的模具，須在使用壽命期限內(nèi)保證制品質量，并要有良好的技術經(jīng)濟指標。這就要求模具動作可靠，自動化程度高，熱交換效率好，成型周期短。其次，合理選用模具材料，恰當確定模具制造精度，簡化模具加工工藝，降低模具的制造成本亦十分重要。此外，注塑模具設計中，必須充分考慮到以下三個特點：（1） 塑料熔體大多數(shù)屬于假塑性液體，能“剪切變稀”。它的流動性依賴于物料品種、剪切速率、溫度和壓力。因此須按其流變來設計澆注系統(tǒng)，并校驗型腔壓力及鎖模力。（2） 視注射模為承受很高型腔壓力的耐壓容器。應在正確估算模具型腔壓力的基礎上，進行模具的結構設計。為保證模具的閉合、成型、開模、脫模和側抽芯的可靠進行，模具零件和塑件的剛度與強度等力學問題必須充分考慮。（3） 在整個成型周期中，塑件-模具-環(huán)境組成了一個動態(tài)的熱平衡系統(tǒng)。將塑件和金屬模的傳熱學應用于模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計，以確保制品質量和最佳技術經(jīng)濟指標的實現(xiàn)。 盡管注射模具的設計和制造的技術難度較高。但由于注射成型方法有其它塑料成型方法無法取代和比擬的有點，已引起人們普遍關注。注射模具設計理論及方法，以經(jīng)歷了從經(jīng)驗設計到理論設計的過程。我國正在加緊開發(fā)研制注塑模設計的CAE/CAD/CAM使用軟件。1.1.2 注塑模具的組成下列以注射塑料模具為例，介紹塑料模具的典型結構。 注塑模具的組成包括以下幾個部分：（1） 模具型腔模具型腔是成型注塑件形狀的主要零件，它是由凸模和凹模組成的，一般分為三種。1) 整體式：采用自制模架或非標準模架，將凸模直接做在A版上，而將凹模直接坐在B版上。但是這種A版和B版所選用的鋼材必須滿足成型的要求，而且一般凸模加工困難，鋼材消耗多。2) 整體嵌入式：這種模具一般采用標準模架，所以此形式應用廣泛。它是將凸凹模做成鑲塊，安裝在標準模架的A，B板上。3) 拼鑲式型腔：對于復雜的模具型腔，為簡化加工，凸凹模都采用拼裝的形式。（2） 分型面分開模具取出制品（注塑件）或分開模具取出澆注系統(tǒng)、既可以接觸又可以分開的面叫做分型面。分型面通常是平面，也有斜面或階梯面。 一般的注塑模至少有一個分型面。分型面的選擇對塑件的質量有直接的影響，因此要認真考慮分型面的位置。（3） 澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口、冷料穴，是指模具澆口套和注塑機噴嘴處到型腔位置的流道。（4） 冷卻系統(tǒng)在工作中為了使制品冷卻，一般采用冷卻水道模具。（5） 排氣系統(tǒng) 排氣系統(tǒng)在注塑成型中排除型腔中的氣體。排氣系統(tǒng)是模具設計中的一個重要部分，但一般情況下可以利用模具零件的配合間隙排氣，而無須特意設計排氣系統(tǒng)。（6） 脫模機構脫模是在開模時使制品和澆注系統(tǒng)和模具相脫離。一般有3種方式：頂出機構、澆注系統(tǒng)脫出機構和側抽芯機構。1.1.3 注塑模具的分類 注射機的結構形式根據(jù)所使用的注射機的不同可分為立式注射模、直角式注射模和臥式注射模。（1）立式注射模：豎直安裝在立式注射機上，澆口自上而下注射。其優(yōu)點是注射方向與開模方向一致，放置活動型芯和嵌件較方便。缺點是塑件頂出后必須手工取出，不易實現(xiàn)自動化。立式注射模多用于小型塑件的成型。（2） 直角式注射模：平臥安裝在直角式注射機上，澆口自上而下，但垂直與開模方向， （3） 臥式注射模：安裝在臥式注射機上，是注射成型中最常用的1.2 Pro/E注塑模具概述1.2.1 Pro/E概述1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/E誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/E已經(jīng)成為三維建模軟件的領頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENIGEERING wildfire5.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/E還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/E的特點及主要模塊進行簡單的介紹。主要特性 1，全相關性：Pro/E的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。基于特征的參數(shù)化造型：Pro/E使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。2，數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/E獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。3，裝配管理：Pro/E的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。1.2.2 Pro/E 注塑模具設計解決方案Pro/E的模具行業(yè)解決方案基于集成制造技術和并行工程技術，可以應用于各種模具的設計和制造。Pro/E的模具設計模塊與Pro/E基礎模塊一起，為塑料模具設計人員提供快捷創(chuàng)建和修改完整模具零件部件的功能。模具設計具有易用，自動化強大的特點，用于設計和校驗。Pro/E提供了注塑模具設計模塊（Pro/MOLDESIGN）,提供了在Pro/E中仿真注塑工程，而且還提供了注塑模具設計專家EMX，能大大縮短模具設計人員花費在創(chuàng)造、制定和細化模架等部件的時間，提供工作效率。在Pro/E 中可以設計吹塑模、壓鑄模和塑料模等，在此簡要介紹塑料模具的設計工具。 基礎模塊和主件模塊：用于設計模具元件和裝配模具元件。 塑料模具模塊：用于設計注塑模具和吹塑模具型腔。 注塑模具設計專家： 用于各種模具的模架設計。 塑性顧問：用于塑料模具的鑄模填充分析。1.2.3 Pro/E模具設計的基本流程1， 設計零件的創(chuàng)建與修改在模具設計中的第一步就是進行零件的設計和修改，簡單零件的設計應用【拉伸】、【旋轉】、【倒角】等命令就可以完成，一些復雜的三維制品的造型，還要用到【掃描】、【變剖面掃面】等命令。 2， 創(chuàng)建模具型腔創(chuàng)建模具型腔的步驟可以歸結為以下幾步。（1） 建立模具模型。（2） 設置收縮率。零件從溫度較高的模具中取出冷卻至室溫后，其體積和尺寸發(fā)生收縮現(xiàn)象叫做收縮性。（3） 創(chuàng)建毛坯工件。創(chuàng)建模具的毛坯工件，就是創(chuàng)建一個完全包容參照模型的組件，通過分型面等特征可以將其分割為型芯或型腔等成型零件。（4） 設計澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料穴4部分組成。但不是每個澆注系統(tǒng)都必須有這4部分。如一模一腔親切只有一個澆口進料時，沒有必要設置分流道。（5） 冷卻水道的設計。為了加快制品的冷卻，需要在模具中設計冷卻水道。（6） 設計分型面。分型面的設計是模具設計中一個非常重要的環(huán)節(jié)。模具的分型面是打開模具，取出塑件的面。分型面可以是平面、曲面或者階梯面。（7） 分割體積塊。在建立好分型面后，必須用分模面或者體積塊將毛坯工件進行分割，使之成為凸凹?；蛐托镜?。（8） 抽取模具零件。分割體積塊后毛坯雖然被分割為凸凹模，但只是有體積無質量的三維曲面模型，而不是Pro/ENIGEERING 的實體零件，必須用這些體積塊提取使之成為實體零件模型。（9） 鑄模。這是模擬將材料填入凸凹模形成的空腔中，以形成澆注完成制品的過程。（10） 開模仿真。 具體的步驟在后面各個章節(jié)中做詳細的介紹。3，模具設計專家EMX模具設計專家EMX (expert moldbase extension)是Pro/ENIGEERING系統(tǒng)的外掛程序之一，專門用來建立標準模座零件及斜滑塊等其他附件，此外，在EMX系統(tǒng)中還能自動產(chǎn)生二維工程圖和材料明細表。利用EMX可以大大提高模具型腔、型芯等的設計效率，完善開模功能，方便對模具設計過程的修改以及自動化配置，大大縮短模具設計周期。4，創(chuàng)建模具工程圖在Pro/ENIGEERING中，設計出制品的三維造型之后，可以很方便的自動生成工程圖，做相應的修改就可以生成完美的工程圖，而不需要再在CAD等軟件中作圖。按照上述操作，Pro/ENIGEERING會自動生成TOP、RIGHT、FRONT等各個視圖方向上的二維視圖。圖形隱藏或增加了某些線條，可以在【繪圖視圖】對話框中或用【草繪】工具欄上的工具作相應的修改。一副二維工程圖的繪制不是一個簡單的過程，要牽涉視圖的選擇、修改、標準、等，如果讀者想用Pro/ENIGEERING生成工程圖，可以參考有關Pro/ENIGEERING繪制二維工程圖的書籍。1.2.4 Pro/E注塑模具設計的應用Pro/E是一個面向機械工程的CAD系統(tǒng)，該軟件提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念，改變了機械CAD/CAM/CAE的傳統(tǒng)觀念，在CAD/CAM領域屬于領先技術并取得成功。Pro/E包括Pro/ENIGEERING軟件輔助注射模具設計（CAD）和Pro/ENIGEERING軟件輔助模具制造(CAM):1.Pro/ENIGEERING軟件輔助注射模具設計 (CAD)計算機輔助設計應用的新技術都是基于注塑工藝及注塑模型。注塑工藝包括開模方向、拔模斜度、分模線、分模面、收縮率以及澆注系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝流程等。工藝選擇的正確合適,不僅可保證零件尺寸、形狀精確,提高生產(chǎn)率,也可降低成本。采用Pro/ENIGEERING軟件進行計算機輔助注塑工藝設計和模仿生產(chǎn)操作,利用軟件分析功能進行流道分析,溫度分析和脫模干涉檢查,減少了工藝設計過程的失誤。2.Pro/ENIGEERING軟件輔助模具制造 (CAM) 注塑模具加工的核心在于復雜型面零件的加工,Pro/ENIGEERING軟件提供的Manufacturing模塊可以對復雜面零件進行模擬加工,調(diào)整加工的各種參數(shù),控制零件的精度,輸出刀軌文件。在Pro/ENIGEERING的NC模塊下,根據(jù)加工需要,可生成加工所需要的各種代碼,輸出到數(shù)控機床上進行直接加工上下模具,提高模具設計的準確性,降低模具設計成本,保證了產(chǎn)品的幾何精度。1.2.5 基于Pro/ENIGEERING的 CAD/CAM的發(fā)展趨勢基于Pro/ENIGEERING的模具CAD/CAM發(fā)展趨勢：集成化、智能化、標準化、網(wǎng)絡化。1， 集成化集成通常是指以統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及工程數(shù)據(jù)庫為基礎，在系統(tǒng)之間及系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)信息傳遞、響應、分析及反饋，從而達到系統(tǒng)及各模塊之間的無縫組合。隨著CAD及相關技術的不斷深入，對集成的概念也不斷深化，目前對集成的認識是以信息集成為基礎成為基礎的多集成的概念，實現(xiàn)多集成的目的，是在TQCSE（T-Time，Q-Quality，C-Cost，S-Service，E-Environment）目標下，尋求全局最優(yōu)秀決策，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的策略。2， 智能化智能化制造系統(tǒng)就是將人工智能融合進CAD/CAM系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，通過模擬專家的只能活動來取代或延伸制造環(huán)境中應由專家完成的那部分活動。在智能制造系統(tǒng)中，系統(tǒng)既有部分人類專家的“智能”。例如系統(tǒng)能自動監(jiān)視自身的運動狀態(tài)，能夠自動調(diào)整自身參數(shù)來適應外部環(huán)境，使自己始終在最佳狀態(tài)下進行。智能制造系統(tǒng)的研究和應用主要取決于人工智能技術的發(fā)展。將人工智能技術、知識工程和專家技術引入到CAD/CAM領域中，形成智能化的CAD/CAM系統(tǒng)。3， 標準化隨著CAD/CAM技術的快速發(fā)展和廣泛應用，技術標準化問題愈顯重要。CAD/CAM標準體系是開發(fā)應用CAD/CAM軟件的基礎，也是促進CAD/CAM技術普及應用的手段。4， 網(wǎng)絡化網(wǎng)絡技術包括與軟件的實現(xiàn)、各種通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。特別是在當前情況下，要實現(xiàn)基于Internet的Tele-Design和Tele-Manufacturing(異地設計與異地制造)技術。利用虛擬現(xiàn)實技術、多媒體技術及計算機可實現(xiàn)產(chǎn)品設計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真及使用過程仿真、它們采用多種介質來存儲、表達、處理多種信息，融文字、語音、圖像及動畫為一體，給人一種真實感及臨境感。在現(xiàn)代社會，塑料制品的使用越來越廣泛，在很多方面，它已成為金屬制品的替代物。塑料模具成型作為成型方式中的一種，是家用電器、汽車和航空航天等領域中塑料制品的重要生產(chǎn)工具。由于模具成型方式具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，可節(jié)約材料及生產(chǎn)成本低等特點，發(fā)展模具工業(yè)已成為當代促進塑料制品及機電產(chǎn)品優(yōu)質廉價生產(chǎn)的重要手段。對于注塑模具設計，傳統(tǒng)的設計方法主要依靠模具設計師的直覺和經(jīng)驗，模具通常經(jīng)過反復的試模和修正才能投入生產(chǎn)，模具的設計周期長，成本高。而ProE軟件具有3D實體造型、單一資料庫以及以特征作為設計單位等特點，通過提供參數(shù)化設計，可使設計者隨時計算出產(chǎn)品的體積、面積、質心、重量、慣性矩等，而且不論在3D或2D圖形上做尺寸修改，其相關的2D或3D實體模型及裝配、制造等也自動修改。由于Pro/ENIGEERING在設計中導入制造的概念，可隨時對特征做合理、不違反集合的順序調(diào)整、插入、刪除、重新定義等修正動作。Pro/ENIGEERING所提供的上述功能滿足了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中并行工程的需要。Pro/ENIGEERING提供的設計理念將設計、制造、裝配以及生產(chǎn)管理融為-體。賦予設計完整的概念。它提供的強大功能尤其是曲面造型功能為工程技術人員和生產(chǎn)管理人員在短期內(nèi)完成高質量的產(chǎn)品開發(fā)提供了強有力的工具。Pro/ENIGEERING軟件在塑料注射模具設計中的便捷、高效,為企業(yè)節(jié)約了模具開發(fā)時間、成本,提高了企業(yè)的競爭力,為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。1.3本次選題的意義U盤是人們經(jīng)常用來下載存儲有關文件和資料的一種高科技類產(chǎn)品，U盤的外殼造型很多，我們用這一款外形美觀的U盤外殼進行模具設計。由于市場的特殊性，有備U盤外殼產(chǎn)品外形的過時，模具設計使用期限為10萬次，批量生產(chǎn)。U盤的外殼分很多種，在此只詳細介紹塑料外殼的模具設計，U盤外殼是采用注塑模具設計方法來實現(xiàn)的。不僅僅是U盤外殼，手機外殼，鼠標殼等等都是采用此種辦法，此次選題的意義不僅僅在于如何設計出一套的U盤外殼的模具，更在于通過一個實例來學習注塑模具設計的方法，熟悉注塑模具設計的過程，了解三維設計軟件Pro/E，模具設計專家EMX5.0,塑性分析軟件MOLDFOLW等先進CAD/CAE技術，并最終使三者融合來深化自己對注塑模具設計的認識。我們都知道在注塑產(chǎn)品的開發(fā)過程中，模具的設計和制造決定了塑料件的最終質量和成本。所以我國模具設計及制造發(fā)展方向上提到，積極的開發(fā)和推廣應用模具CAD/CAM/CAE技術，提高模具設計的效率和模具制造過程的自動化程度。加快研究和自主開發(fā)三維CAD/CAM/CAE軟件，同時搞好引進軟件的二次開發(fā)，提高軟件智能化、集成化程度。我們在學習模具成型工藝知識的同時，也必須充分利用計算機輔助技術，由此看出本次設計是非常有意義的。第2章U盤塑料外殼（塑件）造型設計2.1 參數(shù)化設計概述參數(shù)化設計是Revit Building的一個重要思想，它分為兩個部分：參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎。Revit Building中的圖元都是以構件的形式出現(xiàn)，這些構件之間的不同，是通過參數(shù)的調(diào)整反映出來的，參數(shù)保存了圖元作為數(shù)字化建筑構件的所有信息。參數(shù)化修改引擎提供的參數(shù)更改技術使用戶對建筑設計或文檔部分作的任何改動都可以自動的在其它相關聯(lián)的部分反映出來，采用智能建筑構件、視圖和注釋符號，使每一個構件都通過一個變更傳播引擎互相關聯(lián)。構件的移動、刪除和尺寸的改動所引起的參數(shù)變化會引起相關構件的參數(shù)產(chǎn)生關聯(lián)的變化，任一視圖下所發(fā)生的變更都能參數(shù)化的、雙向的傳播到所有視圖，以保證所有圖紙的一致性，毋須逐一對所有視圖進行修改。從而提高了工作效率和工作質量。用CAD方法開發(fā)產(chǎn)品時，零件設計模型的建立速度是決定整個產(chǎn)品開發(fā)效率的關鍵。產(chǎn)品開發(fā)初期，零件形狀和尺寸有一定模糊性，要在裝配驗證、性能分析和數(shù)控編程之后才能確定。這就希望零件模型具有易于修改的柔性。參數(shù)化設計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的零件模型。在CAD中要實現(xiàn)參數(shù)化設計，參數(shù)化模型的建立是關鍵。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約束包括結構約束和尺寸約束。結構約束是指幾何元素之間的拓撲約束關系，如平行、垂直、相切、對稱等；尺寸約束則是通過尺寸標注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關系來表示。在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，設計人員根據(jù)工程關系和幾何關系來指定設計要求。要滿足這些設計要求，不僅需要考慮尺寸或工程參數(shù)的初值，而且要在每次改變這些設計參數(shù)時來維護這些基本關系，即將參數(shù)分為兩類：其一為各種尺寸值，稱為可變參數(shù)；其二為幾何元素間的各種連續(xù)幾何信息，稱為不變參數(shù)。參數(shù)化設計的本質是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動維護所有的不變參數(shù)。因此，參數(shù)化模型中建立的各種約束關系，正是體現(xiàn)了設計人員的設計意圖。參數(shù)化設計可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設計、相似設計及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應用價值。目前，參數(shù)化設計中的參數(shù)化建模方法主要有變量幾何法和基于結構生成歷程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更適合于三維實體或曲面模型。 應用參數(shù)化設計進行三維實體造型的CAD軟件主要有solidworks,UG, Pro/E等，此次設計過程中我們采用Pro/E4.0。2.2基于Pro/ENIGEERING的參數(shù)化造型設計過程Pro/ENIGEERING在造型設計當中，可很方便地利用“裝配”功能進行U盤外殼各個零部件的組合，從而達到整體要求的效果。這需要先對U盤外殼塑件各零部件進行設計，而且各零部件的配合尺寸、公差等都有嚴格的要求。如果把U盤外殼塑件各個零部件都一一做出需要很大的工作量和時間，而且將占用很多的論文空間，而本文是針對塑件的上殼而做的模具設計，在次僅將U盤上殼塑件的設計過程介紹一下，至于其它個零部件本文在次不做贅述。下面是基于Pro/ENIGEERING的U盤上殼的設計過程：1、 采用【拉伸】命令，以Front為基準面，拉伸上殼基體。(如圖2.1) 圖2.1 創(chuàng)建基體2、 采用【拉伸】命令，進行抽殼。(如圖2.2) 圖2.2 抽殼3、 采用【拉伸】命令，開芯片口。(如圖2.3) 圖2.3 芯片口4、 采用【拉伸】命令，畫上下殼裝配孔。(如圖2.4) 圖2.4 裝配孔5、 采用【拉伸】命令，畫芯片定位槽。(如下圖2.5) 圖2.5 芯片定位槽6、 采用【倒圓角】命令。(如圖2.6) 圖2.6 外殼棱邊2.3 U盤塑料外殼效果圖運用Pro/ENIGEERING photolux渲染器所渲染的U盤外殼外觀造型最終效果圖如圖2.8-2.10所示。 圖2.8 U盤整體效果圖一 圖2.9 U盤整體效果圖二 圖2.10 U盤整體效果圖三以上均為經(jīng)過Pro/ENIGEERING三維造型并渲染后的U盤整體效果圖，外殼采用銀白色設計，給人第一印象大方，簡約，很有市場潛力。第3章 注塑成型工藝的可行性分析3.1 U盤外殼（塑件）的選材及其材料性能分析3.1.1塑件材料的選用由于U盤塑料外殼較小，生產(chǎn)中常用ABS塑料生產(chǎn)。ABS塑料，化學名稱 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PS，SAN，BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。在此我們選用ABS材料的原因正式在于它具有較好的沖擊力，硬度較高，耐磨，流動力好，不易變形等特點。3.1.2塑件材料的性能 1、一般性能ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，其制品可著成五顏六色，并具有高光澤度。ABS相對密度為1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的結合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS的氧指數(shù)為1820，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。 2、力學性能 ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用；ABS的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的彎曲強度和壓縮強度屬塑料中較差的。ABS的力學性能受溫度的影響較大。 3、熱學性能 ABS的熱變形溫度為93118，制品經(jīng)退火處理后還可提高10左右。ABS在-40時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100的溫度范圍內(nèi)使用。 4、電學性能 ABS的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度和頻率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。 5、環(huán)境性能 ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產(chǎn)生應力開裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易產(chǎn)生降解；于戶外半年后，沖擊強度下降一半。 6、ABS塑料的加工性能ABS同PS一樣是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔體流動性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，與POM和HIPS類似；ABS的流動特性屬非牛頓流體；其熔體粘度與加工溫度和剪切速率都有關系，但對剪切速率更為敏感。 ABS的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象。ABS的吸水率較高，加工前應進行干燥處理。一般制品的干燥條件為溫度8085，時間24h；對特殊要求的制品(如電鍍)的干燥條件為溫度7080，時間1818h。ABS制品在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應力，內(nèi)應力的大小可通過浸入冰乙酸中檢驗；如應力太大和制品對應力開裂絕對禁止，應進行退火處理，具體條件為放于7080的熱風循環(huán)干燥箱內(nèi)24h，再冷卻至室溫即可。3.2 注塑工藝過程分析及工藝參數(shù)的設定 3.2.1 注塑工藝過程概述整個模具的注塑過程包括：模具合攏、模具鎖緊、模腔填充、塑件保壓、模具冷卻、模具分開、產(chǎn)品脫模和注塑延時。1、模具合攏：注塑機的鎖模系統(tǒng)將模具合上。鎖模系統(tǒng)一般系用直接油壓式或油壓機械鎖鏈式兩種。2、模具鎖緊：當模具合攏后注塑機的鎖模系統(tǒng)將所需的鎖模力作用在模具上，使模腔在填充過程中，高壓的塑料不會將模具漲開。3、模腔填充：注塑機螺桿推進把融熔塑料壓到模腔，螺桿推進通常是不旋轉的，在此過程壓力損失相對很少，并且螺桿的推進速度也可以隨設置的不同而多次改變，這要視產(chǎn)品的實際注塑工藝需要而定。4、塑件保壓：當塑料基本上填滿模腔后（通常是在模腔填充到95%-98%的時候）螺桿保持一定的設置壓力（保壓壓力），作用在融熔的塑料中，使得模腔內(nèi)產(chǎn)品更飽和，尺寸更穩(wěn)定，但是，過大的保壓壓力會增加產(chǎn)品成形后的內(nèi)應力。5、模具冷卻：冷卻水在模具內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)中循環(huán)，帶走融熔塑料的熱量，也使得產(chǎn)品在模具內(nèi)冷卻定形。在此過程的同時，螺桿通過轉動并后退，使新的原料進入射臺熔膠筒內(nèi)并加熱，為下個注塑周期作好準備。6、模具分開：當冷卻達到設定的時間后，鎖模系統(tǒng)將模具分開。7、產(chǎn)品脫模：產(chǎn)品在脫模系統(tǒng)的作用下與模腔分離，常用的有自動脫模系統(tǒng)，直接頂出脫模系統(tǒng)，壓力齒輪轉動脫模系統(tǒng)和氣壓脫模系統(tǒng)等。8、注塑延時：模具仍然保持分開狀態(tài)，產(chǎn)品自動脫落或被認為機械裝置等取走。此過程有兩種形式，一種是人為控制時間長短，即手動注塑或半自動注塑，當人為給出一定信號后，注塑機才開始下一周期工作。另一種是全自動注塑，即注塑延時的長短已設置好，注塑機在達到預設的時間后會自動進行下一個周期工作。在以上的幾個注塑過程中，模腔填充，保壓和冷卻階段對注塑產(chǎn)品的質量影響最為直接和重要。融熔的塑料以一定速度進入模腔，并在一定直至脫模。因此，這些階段的各項參數(shù)設定也極為重要。 3.2.2 利用Moldflow分析設定及調(diào)整主要注塑參數(shù)生產(chǎn)制造塑件前注塑機的參數(shù)設定原則和調(diào)整方法包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）塑料預熱溫度大部分塑料在進入射料缸前，常常有預熱處理過程。目的有兩方面：一是為了塑料的加熱烘干；二是為使熔料更均勻地進入射料缸。塑料在注射時，一般需求吸水率不超過0.1%，要求嚴格時，往往不超過0.04%，這就要求塑料在注塑前有預熱烘干過程。塑料的吸水率不僅影響塑件的表面質量，也影響其內(nèi)部結構的各種性能，如強度、密度、表面粗糙度等。對于大部分的工程塑料，都具有吸水性，即使是烘干的塑料，暴露在空氣中也會再次吸濕，因此需要預熱烘干過程。但是，如果溫度過高，烘干的塑料會分解降質或軟化結塊而無法生產(chǎn)。所以，各種塑料的烘干其特定的參數(shù)范圍。另外，塑料在進入射料缸前的預熱溫度對熔料的均勻及其后的成品重量和尺寸穩(wěn)定性也很重要，當改變塑料預熱溫度時，可以發(fā)現(xiàn)以下兩種現(xiàn)象：注塑周期內(nèi)螺桿復位的時間也隨之變化，復位時間隨著溫度的增大而變得穩(wěn)定。塑件填充飽和后，螺桿前剩余的塑料（墊料）的體積也變得穩(wěn)定。應用Moldflow分析得到在流動前沿處的溫度如圖3.1所示。 圖3.1 流動前沿處的溫度分布圖（2）熔膠溫度塑料進入射料缸內(nèi)，通過加熱，達到融熔注射溫度后才能進行注塑。一般來說，溫度越高，塑料的流動性越好，但也越容易過熱分解，所以在注塑行業(yè)中，通常應用“高溫注塑薄壁，低溫注塑厚壁”這種方法。熔膠溫度越高，在射料缸內(nèi)停留時間越長，塑料越容易分解，例如：某些ABS塑料的注塑件，在剛注塑成形時無質量問題，但儲存時間長后，會出現(xiàn)黃色或棕色的斑紋，這就是塑料在射缸內(nèi)時間過長而高溫分解所導致的。在熔膠溫度調(diào)換時，應由最低設置值開始逐漸上升溫度。如果注塑周期較長或在高溫下操作，可將首段（靠近塑料入口）的溫度調(diào)至較低數(shù)值，這樣可防止塑料過早熔化或分解。應用Moldflow分析得到塑件溫度曲線圖如圖3.2所示。 圖3.2 塑件溫度曲線圖（3）模具溫度在注塑過程中，模具的溫度對塑件的質量影響也很大。一般來說，剛開始注塑時，模具溫度太低，不利于產(chǎn)品的成形。實踐證明，當模具溫度提高時，塑件的無收縮量會增加，但若能配合好注塑的壓力或射速，仍可生產(chǎn)出尺寸穩(wěn)定的制品，因為模溫的提高有利于融熔塑膠的填充，但相應會增加注塑周期時間。模溫的控制主要通過模具冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度和冷卻液的流量來實現(xiàn)，還可采用冷卻機或模溫機加以控制。應用Moldflow分析得到模具溫度分布圖如圖3.3所示。 圖3.3 模具溫度分布圖（4）壓力油的溫度導致模具填充變化的因素之一是注塑機的性能參數(shù)，所以注塑機的操作油溫一般都是在40-50，主要通過注塑機的冷卻系統(tǒng)控制，有些注塑機沒有油溫控制裝置，可以在生產(chǎn)前預先把油浸升到合適的溫度，如果在注塑過程中，油溫過高，則壓力明顯降低，嚴重影響產(chǎn)品的質量。（5）鎖模力模具在設計時，有了鎖模力的設計值。在注塑前，必須在注塑機上調(diào)置好鎖模力。對于不同的模具，鎖模力的大小是不同的。在調(diào)置鎖模力時，并非鎖模力越大越好，而是要結合模具和注塑機的大小，以及模具和產(chǎn)品的設計形式來考慮，從經(jīng)濟和技術上分析，鎖模力的數(shù)值應是愈小愈好，但必須滿足產(chǎn)品注塑的需要。例如在鎖模力較低的條件下，可以減少注塑機和模具的磨損程度，減少能源消耗和維修費用。并用，較小的鎖模力可用以下方法：先將注塑機調(diào)至模具所能承受的最大鎖模力并生產(chǎn)出產(chǎn)品，然后以5t的差額逐漸降低鎖模力再生產(chǎn)，測量出每種鎖模力下的成品重量，畫出曲線圖，找出最佳的鎖模力參數(shù)。應用Moldflow分析得到鎖模力分布圖如圖3.4所示。 圖3.4 鎖模力分布圖（6）模具填充速度和壓力 模具填充速度(又稱稱速度)是熔料被注進模腔的線性速度,在注塑的填充階段必須控制好熔料的射速以達到產(chǎn)品的最佳性能。注射速度的設定應在產(chǎn)品設計時完成，在產(chǎn)品壁厚設計和塑料特性容許的情況下應設計較快的射速，通常來說，薄壁注塑件需要快的注射速度以確保填充飽滿，而厚壁注件則需要慢的射速以防止空穴的形成。但是過快的射速容易使原料過熱當塑件澆口或排氣不好時，熔料以調(diào)速注射經(jīng)過澆口，熔料內(nèi)產(chǎn)生很大的剪切應力，使熔料結合模腔內(nèi)難排出的空氯，甚至產(chǎn)生燃燒而碳化變黑，而射速過慢產(chǎn)品會出現(xiàn)填充不滿等缺陷。 在實際生產(chǎn)中，無論使用什么數(shù)值的注射速度，都應盡可能在一個較大的范圍內(nèi)，以便于生產(chǎn)。根據(jù)不同經(jīng)驗的技術員，同一產(chǎn)品的注射速度了悄同。但是，可采用分段注塑，在填充階段以不同的速度將熔料注入模腔，這樣往往可以避免塑件的某些外現(xiàn)缺陷，如蛇紋、飛邊、毛刺、燃燒等現(xiàn)象，并用控制熔料的分段射速還可以影響產(chǎn)品的分子排列和內(nèi)應力的大小，甚至提高生產(chǎn)速度和效率。為了確保注塑機的注射速度達到及保持所要求的數(shù)值，要求注射壓力足夠。若注射壓力太低，熔料進入模具時所產(chǎn)生的阻力使注射速度不能達到設置的數(shù)值，因此，在設定注射壓力時，其數(shù)值應比熔料所產(chǎn)生的阻力高1.5Mpa，熔料進入模具時所產(chǎn)生的阻力使注射速度不能達到設置的數(shù)值，可從注塑機缸的壓力表中得知。過低的注射壓力使注射周期時間產(chǎn)生變化。因此，若設置好注射壓力和速度，注射周期的時間變化不會超過0.85。應用Moldflow分析得到模具充填時間圖和壓力圖分別如圖3.5和圖3.6所示。 圖3.5 模具充填時間圖 圖3.6 模具充填結束的壓力分布圖（7）保壓壓力及保壓時間 保壓壓力是指模腔剛被注滿時所采用的壓力。它的作用是使模腔內(nèi)的熔料能在受壓的情況下冷卻定形，這樣，產(chǎn)品的外觀發(fā)展尺寸公差才可得到保證，塑件的最后定形，很大程度取決于保壓的壓力大小和保壓時間長短。在一般注塑時，模腔填充到95%-98%時，轉為保壓階段。當模腔填充不足90%時就提前進入保壓階段，這時的保壓壓力，除了要負責把模具填滿外還需要把熔料壓實以便獲得合格的成品，這使得塑件在注塑的后期，其重量和尺寸大小等受保壓壓力影響很大，不容易穩(wěn)定。若在模腔填充95%-98%時轉入保壓階段，這樣大大減少保壓的壓力降。對一般塑件生產(chǎn)來說，保壓壓力是注射壓力的25%-65%。在實際生產(chǎn)中，某些特殊產(chǎn)品，如薄壁產(chǎn)品，精密度高的齒輪注件，PMMA樹脂厚壁產(chǎn)品，保壓壓力可達注射90%以上，甚至高出注射壓力。又如某些容易產(chǎn)生毛刺飛邊的產(chǎn)品，保壓階段可用極低射速和超出注射壓力的高保壓壓力同時作用來避免產(chǎn)品的毛刺問題。 保壓作用使得塑件在該時間內(nèi)注滿模腔，并使塑件更充實，尺寸更穩(wěn)定。一般保壓時間不應過長，能充分壓實塑件便可以了，所以保壓時間和注件壁厚，射膠速度，澆口設計，熔料溫度以及模具溫度有關，注件越厚，熔膠溫度以及模具溫度越高，相對保壓時間越長。保壓時間的最終選定可用以下方法：首先把保壓時間設為0，以差額為0.5s逐漸增加保壓時間，并注塑塑件，記錄下每次注塑的塑件的重量，畫出曲線圖，找出正確的保壓時間參數(shù)。（8）螺桿轉速的設定當一次注射和保壓完成后,螺桿開始旋轉并向后退。新的塑料原料在此階段落入到射料缸內(nèi)加熱，并被螺桿均勻攪拌推至前端。塑料在此過程中，除受到加熱系統(tǒng)加熱外，其軟化升溫所需的熱能，部分來自螺桿的轉動，轉動愈快，溫度愈高，雖然螺桿的旋轉速度可以達到一個很高的數(shù)值，但實際生產(chǎn)中并不常采用高的螺桿旋轉速。而應根據(jù)塑料的種類和注射塑的實際需要調(diào)節(jié)。螺桿的旋轉速度顯著影響注塑成形過程的穩(wěn)定程度和作用在塑料上的熱量。當螺桿轉速較高時，傳送到塑料的摩擦（剪切）能量提高了塑化效率，但同時增加了熔料溫度的不均勻度，還有可能使熔料產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，相反，螺桿轉速越低，熔料的溫度越均勻，但是生產(chǎn)周期有可能延長。應用Moldflow分析得到推薦的螺桿轉速XY圖如圖3.7所示。 圖3.7 推薦的螺桿轉速XY圖（9）螺桿后退（倒縮或卸壓）螺桿后退動作在螺桿旋轉完成后產(chǎn)生，其主要作用是防止射嘴的熔料滴漏現(xiàn)象，避免使用帶節(jié)流閥的射嘴。另外，對于一些塑料（如聚熔烴、PET等）螺桿后退的應用能改善注射過程的穩(wěn)定性。一般來說，需要螺桿后退時，數(shù)值在4-10mm范圍內(nèi)，但不是所有的塑料生產(chǎn)都需要該動作的。10、背壓 當螺桿轉動時，受熱塑化的塑料在螺桿作用下被向前推，經(jīng)過止流閥而到達螺桿的前面。由于熔料的向前推進，熔料也產(chǎn)生反作用力，