畢業(yè)設計（論文）基于逆向工程的電話子母機子機上殼及其模具設計

1、本科畢業(yè)設計論文基于逆向工程的電話子母機子機上殼及其模具設計 學 院 材料與能源學院 專 業(yè) 材料成形及控制工程年級班別 03級材成（2）班 學 號 3103003507 學生姓名 指導老師 2007 年 06 月 11 日摘要逆向工程是制造業(yè)一種常用的手段，采用逆向方法進行模具設計與制造，是縮短產品開發(fā)周期，提高產品質量，進而建立自己的設計制造體系的重要手段。本文就電話子母機子機上殼的實例，采用 imageware軟件規(guī)劃出由實物轉化為工程 cad資料的一般流程。在深入分析點云數據基礎上，修改曲線參數獲得高品質曲線；并重點論述了點云處理、曲線生成、建構曲面的方法，為模具加工提供了建構高還原性

2、的 cad 模型。 逆向工程還能對重構的cad模型進行適當的結構修改，產品得以改進功能，用途等，使用價值得到提高。本文將對重構的電話子母機子機上殼cad 模型重新進行模具設計，以使產品再次煥發(fā)出新的使用價值。并且詳細闡述塑料成型工藝及模具設計的整個過程。全文可以驗證逆向工程實施方案對于產品開發(fā)與改進的優(yōu)勢。關鍵詞：逆向工程，點云，造型重構，模具設計本設計題目來源于張鵬教師的校級科研項目，項目編號為： 052011 。abstractreverse engineering is a common manufacturing method, using reverse method mold de

3、sign and manufacture, shortening product development cycles, improving product quality, and establish their own design and manufacture system.this paper calls for a cluster bomb loom under the shell example imageware software used by the physical planning from engineering cad into the general flow o

4、f information. in-depth analysis of point cloud data, based on revised curve parameters of high quality curve; focus on the point cloud, curve, building surfaces, mold processing, to construct a high reduction of the cad model. reverse engineering can remodeling of the cad model appropriate structur

5、al changes to improve the product, used, value has been heightened. this paper will show where the telephone reconstruction loom machine cad model under shell re-mold design, again to make our products fresh with new value. and elaborate molding plastic mold design process and the whole process. thi

6、s paper can be verified by reverse engineering program for product development and improvement of the advantages. keywords : reverse engineering, point cloud, the shape of reconstruction, mold design 目 錄1 緒論12.基于逆向的產品設計32.1 逆向工程技術實施的條件32.1.1 硬件條件32.1.2 軟件條件32.2逆向工程設計前的準備工作42.2.1 分析原型42.2.2 產品測量數據點的輸

7、入及造型設計42.2.3 逆向工程應用中的問題52.3 逆向工程實際應用62.3.1電話子母機子機上殼實物62.3.2 獲取點云62.3.3 處理點云72.3.4 對齊的方法102.3.5 提取與曲線處理102.4基于ug軟件平臺的產品設計152.4.1根據逆向所得關鍵線，進行曲面152.4.3 實體化構建模型162.4.3 通過關鍵特征線構建特征172.4.4 通過卡尺測量而建立的模型183. 模具設計193.1分析制件工藝性，確定制件成型工藝193.1.1熟悉制件及其材料性能193.1.2塑件的工藝性分析193.1.3確定制件成型工藝及設備193.2初步確定模具類型及結構方案，選擇標準模架

8、 23 3.2.1分型面的選擇和確定23 3.2.2澆注系統形式和澆口的設計24 3.2.3冷卻系統的設計263.2.4 成型零件的設計與計算 273.3校核模架與強度29 3.1.1標準模架的選擇29 3.1.2凹模壁厚和墊板厚度、剛度與強度計算與校核29結論31參考文獻32致謝33附圖a 34附圖b 3941第一章 緒論三號黑體加粗在市場經濟條件下，產品的質量與成本已成為企業(yè)生存發(fā)展的生命線。實踐證明，注塑cae技術對加快新產品開發(fā)，提高產品質量，降低成本起著關鍵作用。逆向工程技術作為一門新的技術，它依托于計算機軟硬件、光學測量設備、以及cadcam等技術的發(fā)展 ，已經廣泛地應用于航空航天

9、 、機械和汽車等制造行業(yè)，有力地促進了經濟發(fā)展，加快了產品更新換代的速度。在制造領域內逆向工程有著廣泛的應用背景，尤其是在模具制造行業(yè)。一般來說制造者得到的原始資料產品并非由cad模型描述，設計和制造者面對的是實物樣件。為了適應先進制造 技術的發(fā)展，需要通過一定途徑，將這些實物轉化為cad模型，使之能利用cad、cam、rpm及pdm等先進技術進行處理或管理。目前，這種從實物樣件獲取產品數學模型相關的技術，已發(fā)展成為cad/cam中的一個相對獨立的范疇，稱為“逆向工程”(reverse engineering)。通過逆向工程復現實物的cad模型，使那些以實物為制造基礎的產品有可能在設計與制造的

10、過程中，充分利用cad、cam、rpm及pdm等先進制造及管理技術。同時，利用逆向技術將實物模型在很短的時間內復制轉化為 cad模型，然后借助cad，cam技術在 cad模型基礎上設計模具，以縮短模具開發(fā)周期，降低生產成本。根據逆向工程的原理，對一個實體模型進行反求造型，開發(fā)程序如圖 1.1所示。 圖1.1 逆向工程產品開發(fā)流程第二章 基于逆向的產品設計2.1 逆向工程技術實施的條件2.1.1硬件條件在逆向工程技術設計時，需要從設計對象中提取三維數據信息。檢測設備的發(fā)展為產品三維信息的獲取提供了硬件條件。目前，國內廠家使用較多的有英國、美國、意大利德國、日本等國家生產的三坐標測量機和三維掃描儀

11、。就測頭結構原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種，其中，接觸式測頭又可分為硬測頭和軟測頭兩種，這類測頭與被測頭物體直接接觸，獲取數據信息，其中軟測頭比較少見，它不會損傷物體表面 ，可以掃描較軟的物體。非接觸式測頭是應用光學及激光的原理進行的。近幾年來，掃描設備有了很大發(fā)展。為實現從實物一建立數學模型-cadcaecam一體化提供了良好的硬件條件。不同的測量對象和測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。在實際三坐標測量時，應該根據測量對象的特點以及設計工作的要求，確定合適的掃描方法并選擇相應的掃描設備。例如，材質硬且形狀較為復雜、容易定位且精度要求比較高物體，應盡量使用接觸式掃描儀，因為這種掃

12、描儀設備損耗費相對較少，精度比較高，但掃描時間相對長些。對橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進行掃描時，則需要采用非接觸式測量方法 ，其特點是速度快、工作距離遠、無材質要求，但設備成本較高?，F在很多人認為激光掃描技術優(yōu)于機械接觸式，其實這是不正確的，激光技術還有很多沒能解決的問題，比如掃描頭的成本，被掃描物體的材質顏色的限制，掃描精度還無法和接觸式相比等等，具體還要看實際的需要來選擇掃描方式和掃描設備。2.1.2 軟件條件 逆向工程軟件的主要作用是接受來自測量設備的產品數據(如測量點云)，通過一系列的編輯操作，得到品質優(yōu)良的曲線或曲面模型，并通過標準數據格式傳送到 cadcam系統中，在這些系統

13、中完成最終的產品造型。所以在逆向工程設計中，需要交互使用 cad cam 軟件和專門的逆向工程軟件來完成樣件的設計。逆向工程軟件具有較強的點云處理功能 ，但造型功能不夠完善，一般后期都是利用cad cam軟件來實現最終的產品設計、模具設計和數控加工。目前比較常用的通用逆向工程軟件有 eds公司的 imageware，raindrop(雨滴)公司的 geomagic studio，dei_cam公司的copycad，inus公司的 rapidform，這是全球獨立的四大逆向工程軟件，這些軟件的特點是對點 的處理能力非常強。現在一些大型 cad軟件也逐漸為逆向工程提供了設計模塊。例如proe的 i

14、cem surf和 proscantools模塊，可以接受有序點(測量線)，也可以接受點云數據。其它的像 ug軟件，實現了與 irnageware軟件的無縫結合，cimatmn等軟件也提供了相應的逆向工程模塊。這些軟件的發(fā)展為逆向工程的實施提供了軟件條件。 在實際設計中采用imageware作為逆向工程軟件，因為它具有強大的測量數據處理、曲面造型、誤差檢測等功能，可以處理幾萬至幾百萬的點云數據。根據這些點云數據構造的曲面具有良好的品質和曲面連續(xù)性，其檢測功能可以方便、直觀地顯示所構造的曲面模型與實際測量數據誤差。而ugmodeling軟件作為高端設計制造軟件整合了從產品設計、曲面造型、模具設計

15、以及模具數控加工編程的能力，在產品的后期處理 、修正以及模具設計加工中有著極大的優(yōu)勢。2.2 逆向工程設計前的準備工作 2.2.1分析原型做一個逆向設計的工作，可能比正向設計更具有挑戰(zhàn)性，也更加困難 ，在設計一個產品之前，首先必須盡量理解原有模型的設計思想 ，在此基礎上還可能要修復或克服原有模型上存在的缺陷。從某種意義上看，逆向設計是一個二次開發(fā)設計的過程，而不僅僅是一個簡單的復制過程。在開始進行一個逆向設計前，應該對零件進行仔細分析，主要考慮以下一些要點： (1)確定設計的整體思路，對已有的設計模型或產品原型進行系統地分析。面對大批量、無序的點云數據，初次接觸的設計人員會感覺到無從下手。這是

16、應首先要周全地考慮好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是將模型劃分為幾個特征區(qū)，得出設計的整體思路，并找到設計的難點，在心中形成逆向設計的總步驟。 (2)確定模型的基本構成形狀的曲面類型，這關系到相應設計軟件的選擇和軟件模塊的確定。對于自由曲面，例如汽車、摩托車的外覆蓋件和內飾件等，一般需要采用具有方便調整曲線和曲面的模塊；對于初等解析曲面件，如平面、圓柱面、圓錐面等則沒必要，因為有測量數據可以用自由曲面和簡單的去擬合形成。2.2.2 產品測量數據點的輸入及造型設計掃描的產品三維數據可根據不同逆向工程造型軟件系統的需要輸出不同的格式，常用的數據格式有 dxf、iges、stl、asc ii

17、等。將實體原型的測量點云數據輸入到 irnageware系統中，可利用其 displaygouraudshaded功能進行渲染顯示，及時評估數據的質量，判斷所得數據點是否全面，并可在早期修正所發(fā)現的問題，補充測量的數據點或者重新測量等，這也縮短了產品的設計周期。在逆向工程產品設計中可以采用如下方法： (1)在 irnageware中，對點云進行取樣、擬合，構造截面線，找出產品主要曲面的關鍵截面線，然后將截面線通過 iges輸入到 ugmodeling中，利用其便捷多樣的曲面構造和曲面編輯功能進行后期的曲面處理和調整，之后再轉到 irnageware中進行誤差分析，根據誤差逐漸調整模型，直至模型

18、滿足最終產品設計要求； (2)在 irnageware系統中，直接利用其通過點云構造曲面的工具，快速準確地逐一構造出產品的主要輪廓面，可立即對所構曲面與數據點進行誤差分析并根據誤差對每個曲面進行實時編輯和調整，直至每個曲面均達到產品設計要求，然后將所得曲面轉入 ugmodeling進行圓角等細節(jié)設計，完成最終產品使曲面與測量數據點的誤差既達到設計要求，又能保證曲面的光順性。2.2.3逆向工程應用中的問題 在實際設計中，目前這些軟件還存在著較大的局限性在機械設計領域中，集中表現為軟件智能化低；點云數據的處理方面功能弱；點云數據處理過程復雜；建模過程主要依靠人工干預，設計精度不夠高；集成化程度低等

19、問題。例如imageware軟件在讀取點云等數據時，系統工作速度較快，并且能較容易地進行點線的擬合。但通過 imageware進行面的擬合時，軟件所提供的工具及面的質量卻不如其它的 cad軟件如 pr0e、ug等。在很多時候，在 imageware里做成的面還需要到 ug等軟件中修改。但是，使用 proe、ug等軟件讀取點云數據時，卻會造成數據龐大的問題 ，對它們來說，一次讀取如此多的點是比較困難的，這也給今后的軟件發(fā)展提出了新的課題。 在具體工程設計中，一般采用幾種軟件配套使用、取長補短的方式。例如可以采用了 imageware與 ug和 pme功能結合的方法，在具體操作中，使用 image

20、ware進行點、線處理得到基本控制曲線，然后使用 ug和 proe引入控制線的數據，進行曲面造型。其 中，proe應用 的模塊 主要有 icemsurf、prodesigner(cdrs)等，ug使用 的模 塊主要是 ugmodeling和 ugimageware模塊。這幾個設計模塊都是一般 cad設計時常用到的。 另外需要指出的是很多剛剛接觸逆向工程的人把它想象得很簡單 ，以為就像用平板掃描儀掃描照片一樣，掃描完就可以加工了，其實這是一個誤區(qū)，雖然希望這樣，但是基本上這是無法實現的，幾乎所有的掃描數據都需要進行處理，這一點必須清醒的認識到，逆向工程可能省略掉了繁瑣的計算求證的過程，但不能省略

21、造型的過程。2.3逆向工程實際應用在具體工程設計中，采用 imageware與ugmodeling軟件相結合的方法，使用 imageware軟件里對點云數據進行除噪、稀疏等預處理 。而為了保持原來的特征點和輪廓點，可以大體構造出輪廓線和特征線，和點云數據一起導入ugmodeling中，對引入控制線的數據進行產品的曲面造型。重建曲面質量檢測的標準是：曲面的光順性、與曲面數據 的偏差。曲面模型與測量數據之間的偏差與實體模型本身表面質量關系密切：當實體模型本身表面質量非常好時，cad模型與測量數據之間的偏差可以很小，同時保證曲面光順；當實體模型表面質量較差時，就需要犧牲 cad 模型與測量數據之間的

22、偏差來換得曲面光順性的提高，但必須避免過于追求曲面的光順性而失去原型的特征。2.3.1 電話子母機子機上殼實物 子機上殼實物如圖2.1所示，用一般的測量無法獲得工件的連續(xù)性形狀尺寸，只有利用測量系統將工件的輪廓三維尺寸測量出來，以取得的各點數據做曲面處理即反求造型。用柔性三坐標測量系統對子機上殼進行測量。圖2.1 子機上殼工件2.3.2 獲取點云 點云的采集可分為接觸式的和非接觸式的。為了獲得高質量的點云，本例中利用非接觸式的激光掃描子機上殼獲得整體外形點云數據。在測量之前首先規(guī)劃測量方案，以免獲得的點云數據雜亂無序，不完整仔細分析子機上殼，可以設定它的中心線為 cmm (coordinate

23、 measuring machine即坐標測量機)的 z方向，下圓心為 cmm 的原點坐標，如圖2. 3所示，這樣設定方便于坐標定位和后續(xù)處理。在本例中由于子機上殼形狀對稱分布的，測量相對簡單。在用非接觸式掃描子機上殼時，可能會形成死角 ，因此在固定子機上殼時，必須考慮是否形成死角，是否可以用最少的掃描次數達到掃描的全的效果，可以經過反復擺放測量位置找到一個最佳的視角。在非接觸式測量時盡量選擇光線不太亮的地方，防止產生雜點、跳點若工件反光嚴重，在物件上涂抹顯影劑將能獲得高質量的點云。圖2.2為獲得的子機上殼的點云圖。圖2.2 子機上殼點云圖2.3.3 處理點云 點云處理是逆向工程一個關鍵的步驟

24、，點云處理適當，會簡化后續(xù)生成曲線、曲面的工作。處理點云之前必須清楚生成模型后的后續(xù)應用、曲面與原始點云之間的允許誤差以及生成曲面的連續(xù)性和平滑度要求。逆向工程中大多工件，很難一次完整地測量完整個工件，必須經過兩次或兩次以上的測量，才能獲得較完整的點云數據。為了便于將多次測量的數據拼合在一起形成完整的數據，必須在工件上標上對齊點，也可以利用工件上的特征幾何體來作對齊點 ，當然對齊點的做法有很多種，可以根據經驗和工件的實際形狀采取相應的做法。利用非接觸式測量獲取的點云數據比較大，雜亂無序的無法直接導人造型軟件中，必須在 imageware中處理原始點云。利用軟件多種點云處理工具，得到一個高質量的

25、點云數據。在 imageware 中, 一個典型的點處理過程如表1所示。表1典型的點處理過程1. 讀入點云數據：掃描所得子機上殼點云2. 整個模型是否存在多個點云？ 一些模型因為掃描儀關系或模型的形狀需要多次掃描。這里共掃描了三次。3. 將多個點云對齊以創(chuàng)建完整的點云模型。 如果模型被正確掃描，它將會有一些參考點來幫助將多重點云對齊。此處已將三次掃描的點云對齊并放在了一起。 4. data reduction數據縮減縮減數據比較通俗的做法就是使用space sampling（間隔取樣）命令。這個命令會在指定的間隔中簡化點云，也能去處重疊點。圖2.3簡化數據后的點云圖6. 刪除不需要的雜點。 7

26、. 預先為將來的構建曲面，規(guī)劃點云和創(chuàng)建截面。 一個產品的外形可分為主面和過渡面，我們根據需要把作主面的點云劃分出來，以便下來的曲面的構建。 8. 清除不精確的點和將粗糙的點云變光滑。 減少雜點和將點云變光滑有助于以后的工作。本例中的子機上殼點云經過處理后生成了一個有序、干凈的點云數據 (圖2.4)，可以快速方便地生成模型，也可以用來生成 st1文件進行快速成形，或者用于模具加工。圖2.4 經 imageware點云處理后的點云數據2.3.4對齊的方法對齊的兩個主要原因： 1.為了將同一個物理模型上分次掃描的點重新組合起來。一些掃描儀在同一時間僅能掃描模型的一邊。這樣就需要將模型不同的邊對齊起

27、來。舉例子來說，當你掃描一個物件的時候，你必需從不同的角度掃描好幾次才能完成，或是來自不同坐標的系統的掃描點資料結合起來，這時都需要進行點資料的校正對齊動作。2.將點云數據與 cad幾何模型對齊后檢查它們之間的差異。2.3.5提取與曲線處理一個基本的曲線處理進程如表2所示。 表2 曲線處理進程在 imageware 讀入點云數據后,有些數據應該是直線,圓弧,圓,或橢圓。但軟件并不會默認它們是簡單的曲線。所以我們需要使用曲線擬合的命令來將它們最佳擬合為線，圓弧、圓或橢圓。在用此曲線命令前應先將點云有序排列起來。它與擬合曲面很相似,就像將點云擬合為平面、圓柱、圓錐或球體。1.擬合為圓 ，橢圓：從菜

28、單中選取命令 construct curve from cloud fit circle 來執(zhí)行此操作。結果如圖2.5所示。圖2.5 擬合成圓2.創(chuàng)建需要的截面（creating necessary sections）有多種方式可以用來截切多邊形網格化后的點云，這些截切工具允許我們指定采樣間隙。使用這些工具可以取得截面上的每個取樣點。這里采用平行剖切的截面：通過一個由用戶指定數量的平行平面來剖切點云以創(chuàng)建剖切截面。這個命令的結果為一包含多個數量剖切截面的單個點云。所有的點將落在一個指定距離的平面的兩邊(看下面的相鄰點的距離命令)。一條虛擬的線將此平面兩邊最近的點連接起來。此虛擬線與平面的交點就

29、生成了。圖2.6 表示軟件獲取剖切截面上的點的方法3.擬合曲線（to fit curves）: 1. 創(chuàng)建均勻的曲線：uniform curve是以 uniform b-spline曲線去擬合(fit)點云, 曲線并不一定通過每個點云，但曲線可以比較平滑。圖2. 7均勻的曲線2. 創(chuàng)建基于公差的曲線：curve fit to tolerance 是以最少的控制點數目在指定的公差內去擬合（fit）b-spline曲線。這將創(chuàng)建一個非均勻的參數，當曲率越高的地方，就會有更多的控制點，而當曲率低的地方，就會有較少的控制點?；诠畹那€，所得的曲線控制點就越多，雖然更接近于實際的點云資料，但平滑度會

30、大幅降低。圖2.8基于公差的曲線此處，我選擇創(chuàng)建基于公差的曲線以獲取更接近于實際點云曲線。至于平滑度，我將通過調整曲線上的一些基本的元素：節(jié)點，控制點等的數量和位置和曲線曲率的大小來處理成符合要求。圖2. 9 處理后的曲線至此，應用逆向軟件imgaeware進行關鍵，特征曲線的抽取基本完成，以下將把從逆向中得到的關鍵曲線導入ug進行正向建模。2.4基于ug軟件平臺的產品設計2.4.1 根據逆向所得關鍵線，進行曲面構建：1.關鍵線導入ug如圖：圖2.10 ug關鍵線圖2.根據對產品既實物結構、外形分析可知：子機上殼的外形基本對稱；而其主要構成曲面可以通過掃掠的方式來進行建造；對于某些特征的部位，

31、如按鍵及其修飾部分，由于原件有一定的弧度，而且為了更精確的定位，我選擇了在逆向時構建出一定的關鍵線以方便之后的特征建造；其余如加強筋，我們可以通過游標卡尺的手工測繪尺寸來進行直接建模。圖2. 11 掃掠曲面2.4.2 實體化構建模型1.由于產品的外形基本對稱，為了減少工作量，可以考慮只做一部分的模型實體特征構建，然后進行鏡像以完成產品圖的基本構建： 圖2. 12 構建的半邊模型 圖2. 13 鏡像模型 但是我遇到了一個問題就是在鏡像的位置出出現了凹痕，經過分析可得原因是在逆向時所做的曲線并不一定就在鏡像處為曲線的拐點，經過鏡像后，兩曲線的都出現了峰位，而鏡像出就顯示出相對凹位，從而形成了凹痕，

32、見圖2. 14，所以應該要換另外一種方法進行構建模型。 圖2. 14 凹痕模型2.進橋接處理的曲線構面： 為了確保在對稱線位置曲線曲面的峰位，我考慮可以先將曲線進行鏡像，然后在很靠近對稱位置進行曲線的打斷，在利用橋接曲線功能把兩條曲線進行對接，通過這樣做，我們可以盡可能保持模型的對稱性，而且通過了橋接曲線還能保證到在對稱中心位置取得曲面的峰位。 圖2. 15 橋接曲線方法構建模型2.4.3 通過關鍵特征線構建特征 在沒有數據的情況下，對于實物中一些有弧度，曲線的按鍵、修飾部位一般難以精確重建其特征，而逆向所能構造的空間曲線也會遇到是否相交的情況，對此，我決定在逆向軟件中盡可能構建出與原件相貼合

33、的空間曲線，然后導入ug，再利用ug的草圖功能進行重建曲線，再將草圖曲線投影到之前所構建的曲面當中。這樣做，我可以盡可能保證了曲線的連續(xù)性，和在曲面的復原性。圖2. 16 構建特征模型2.4.4 通過卡尺測量而建立的模型 經逆向輔助而構建主要模型，關鍵特征等后，對于那些形狀規(guī)則，定位容易，如加強筋，火箭腳，側凹的特征，我們可以通過游標卡尺直接進行數據測量用以重建模型，這樣既可以保證形狀的還原性，同時可以減少大量工作量。以下是經過了草圖建造，拉伸，倒圓，倒角，等特征操作后得到的最終cad模型：圖2. 17 最終cad產品圖第三章 模具設計3.1 分析制件工藝性，確定制件成形工藝及設備.3.1.1

34、 熟悉制件及其材料性能圖示為電話機子機的上殼的制件，是電話機的通話裝置。在使用上必須有聽話口，傳話口和天線出口。該制件的材料為工程塑料abs，屬熱塑性塑料，流動性好，成型收縮率較?。ㄒ话銥?.30.8），比熱容較低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固塊，成型周期短。但吸水性較大，成型前必須充分干燥。abs易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量少澆注系統對料流的阻力?？稍谥蚵輻U式注射機上成型。abs的密度約1.03g/cm31.07% g/cm3。在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。3.1.2 塑件的工藝性分析 1、上殼的幾何形狀較復雜，輪廓尺寸大小為185mm55mm，屬中等大小

35、。 2、電話機子機的尺寸精度應該滿足上上殼的裝配要求，裝配后上下殼裝配結合處表面應該顯平滑、光潔，不得有明顯的不棄和凸凹感。上下殼連接作用的倒扣位位置應準確，連接起來應緊湊。 3、電話機作為生活用品，既要滿足其使用要求，又必須具有好的外形。所以弧形的外表面要求有較高的表面質量，表面不得有熔接痕、氣痕、收縮不均引起的凸凹、飛邊、頂白等缺陷。外表面需進行皮紋處理。 4、電話機上殼內表面的表面質量要求沒有外表面高，但內表面有很多的加強筋及功能結構，容易引起粘膜、推出不暢、頂白等現象。所以內表面應注意脫模斜度的選擇、拋光和推桿的設置等問題。 5、電話機上殼制件的壁厚設計均勻。壁厚均為3.2mm3.3m

36、m，不存在壁厚不均的問題。為了保證制件的強度，在制件較薄弱的地方增加了一些加強肋。 6、電話機子機上下殼制件要裝配成一體，在上殼的一頭設有天線口，側凹，兩側各還有兩個側凹。天線端側凹可采取斜導柱抽芯機構，兩邊側凹位，由于抽芯距較小，也可采取斜導柱側抽芯機構。根據以上特征，可知電話機上下殼為有裝飾要求的帶側凹位的制件。處理好外形尺寸精度、表面質量及側向抽芯問題是設計與制造該制件成型模具的關鍵。3.1.3 確定制件成型工藝及設備1、制件成型工藝的確定。電話子機的上殼塑料材料為abs，成型性能好，適合采用注射成型。注射成型適應大規(guī)模自動化生產，可滿足電話機生產大批量的要求。該制件的注射成型工藝條件可

37、以根據塑料材料和成型要求從有關手冊中查閱，也可參考廠家現有已定型的同類塑料制件的注射成型工藝。 表3.1 注射工藝參數名稱abs料筒溫度后部中部前部180200210230200210噴嘴溫度180190模具溫度5070保壓壓力mpa5070注射壓力mpa70120注射時間s35冷卻時間s1530螺桿連續(xù)r/min3060總周期s4070保壓時間s1530 2、制件成型設備的初確定。（1）、根據對制件的分析，采用一模一腔的注射模成型。為了確定制件成型設備，必須首先估算制件的體積和質量。 經過計算，得塑件的體積：v=56495.64mm3根據塑料模具設計手冊3表2-16查得：1.03g/cm3-

38、1.07g/cm3。根據塑件形狀及尺寸和脫模機構，采用一模一腔的模具結構,一般情況下，對普通二板式注射模具，其澆注系統體積為v澆=15cm3塑件和澆注系統的質量:w總=（nv件+v）=1.05（156.515）75.075 g（2）、初步確定成型設備型號及規(guī)格： 、塑件投影面積計算a=98.18cm2、對于abs塑料，一般取型腔的平均壓力pm= 35mpa、鎖模力計算f= 3598.18=343.63千牛查手冊表2-40 1，初選螺桿式注射機：xs-zy-125。3、注射機有關參數的校核和最終選擇（1）、模具閉合高度的校核安裝模具的厚度應滿足： hminhhmax設計模具厚度h總=198mmx

39、s-zy-125型，最大裝模高度hmax300mm，最小裝模高度hmin=200mmh總=198mm稍低于最小值，可以加墊板以滿足模具厚度安裝要求。（2）、注射機有關參數xs-z-125型注射機的主要參數表3.2 xs-z-125型注射機的主要參數最大注射面積320cm2鎖模力900kn螺桿直徑 42mm注射壓力119mpa標稱注射量125cm3定位孔直徑 100+0.0640mm最大開模行程s300mm噴嘴球頭半徑12mm最大裝模高度hmax300mm噴嘴孔直徑 4mm最小裝模高度hmin200mm中心頂桿直徑 模板最大安裝尺寸230370 mm頂出行程0-110mm（3）、模具開模行程校核

40、模具開模行程應滿足：smsz其中：sz為最大開模行程，查注射機xs-z-60型sz=160mm， sm=h1+h2+(510)mm=25+85+10=120mm， 式中，sm為模具的開模行程； h1-推出距離（mm）， h2-制件高度+澆注系統高度（mm）可見sm314.6745kn，故滿足要求。綜合驗證，xs-z-125型注射機完全能滿足此模具的注射要求。3.2 初步確定模具類型及結構方案，選擇標準模架3.2.1 分型面的選擇和確定如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操

41、作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：1) 分型面應選在塑件外形最大輪廓處。2) 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。3) 保證塑件的精度要求。4) 滿足塑件的外觀質量要求。5) 便于模具加工制造。6) 對成型面積的影響。7) 對排氣效果的影響。8) 對側向抽芯的影響。其中最重要的是第5）和第2）、第8）點。為了便于模具加工制造，應盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面。根據以上原則，易選用以下分型面：圖 3.1 分型面的選擇3.2.2 澆注系統形式和澆口的設計1、主流道尺寸設計 查表得知xs-

42、z-125型注射機的噴嘴孔直徑d0=4、噴嘴球半徑r0=12，故，取模具澆口套主流道小端直徑為d= d0+0.5=4+0.5=4.5mm模具澆口套主流道球面半徑為r= r0+（12）=6+2=8m 將主流道設計成圓錐形，斜度取3002、進料位置的確定模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：1） 盡量縮短流動距離。2） 澆口應開設在塑件

43、壁厚最大處。3）必須盡量減少熔接痕。4）應有利于型腔中氣體排出。5）考慮分子定向影響。6）避免產生噴射和蠕動。7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。8）注意對外觀質量的影響。根據本塑件的特征，綜合考慮以上幾項原則，側澆口采取對稱分布，兩點進澆，澆口設在子機上殼對稱中心附近的按鍵處。3、澆口的設計澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。我們將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速面均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質

44、量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。從圖 2.2中可看出，我們采用的是側澆口。側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體于型腔的側面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調整其截面的厚度和寬度可以調節(jié)熔體充模時的剪切速率及澆口封閉時間。這種澆口加工容易，修整方便，并且可以根據塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且對各種塑料的成型適應性均較強；但有澆口痕跡存在，會形成熔接痕、縮孔、氣孔等塑件缺陷，且注射壓力損失大，對深型腔塑件排氣不便。具體到這套模具，其澆口形式及尺寸如圖 18所示。澆口各部分尺寸按，手冊表2-5

45、1 側澆口形式和尺寸，來取得。圖3.2 側澆口4、冷料穴的設計冷料穴設置在主流道的末端。其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的11.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積，冷料穴有六種形式，具體要根據塑料性能合理選用，這里采用圓形頭的拉料穴拉料3.2.3 冷卻系統的設計從模具結構看，重點是冷卻型腔和型芯，故冷卻水孔開設在凹模型腔板和型芯上。冷卻采用螺旋水道方式，冷卻均勻，這樣使模具有恒定的模溫，能有效地減少塑件成型時收縮的波動，保證塑件的尺寸精度。防止制件翹曲變形1、 熱量計算 熔料每小時釋放出總的熱量計算公式為 q=q溫+q潛=nbc熔料（t高t低）+ngq潛 式中，n

46、為每小時的注射次數，n=80；ng為每小時所注射熔料的質量，g=0.075075kg；c熔料為熔料的比熱容，abs 的c熔料=1680（j/kgk）；t高=2300c；t低為熔料冷卻后溫度，t低=500c；q潛為單位質量結晶性塑料釋放出的結晶潛熱，abs是非結晶性塑料，q潛=0，代人上式得 q=800.0751（23050）1680 +0 =1816819.2j/h =504.672w2、冷卻水量和水道管徑計算 如果釋放的熱量全由冷卻水帶走，冷卻水量計算公式為 w=ngc熔料（t高t低）+ngq潛/c（t出t進） 式中，c為25攝氏度水的比熱容，c=4182j/（kg攝氏度）；t出t進=5攝氏

47、度，代人上式得 w=800.0751（23050）1680/418255 =8.68kg/h 換算成體積流量為0.1448m3/min冷卻水道回路兩路，查手冊1得d=8mm3.2.4 成型零件的設計與計算1、主要成型零件的設計及計算1）、成型零件的尺寸由模具設計手冊表216查得abs的收縮率為q=0.4%-0.7%，故平均收縮率為scp=0.0055。根據塑件尺寸公差要求，及考慮到工廠模具制造的現有條件，模具的制造公差取z=/3。具體成型零件尺寸由數控加工軟件的相關參數的設置保證。2）、主型芯脫模力計算：d/t=5820 屬于厚壁公式： fi=lfhp0式中，p0制件對型芯單位面積的包緊力(n)，一般取7.84106-1.176107pa； h成型部分深度(m); l包緊部分平均周長 f摩擦系數 查閱手冊1得： p0 =107pa, f=1.1, l=6010-3， h=1510-3將數據代入公式得：fi=9.9kn總脫模阻力為：qe= qc1+ fi =10530n=10.53kn2、斜抽芯機構的設計與計算1)、側型芯脫模力計算，公式：qc1=10fcae(tf-tj)th式中，qc1制件對型芯包緊脫模阻力(n)； fc脫模系數 a塑料的線脹系數(1/) e在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量(mpa) tf軟化溫度() tj脫模頂出時的