【正文】 一體化等。雖然國外軟件的應(yīng)用在我國模具行業(yè)中仍占主要地位，但可預(yù)計國產(chǎn)的 CAD/CAE/CAM 軟件將在我國模具工業(yè)中 發(fā)揮越來越重要的作用。 在 CADC/AE/CAM 研究及應(yīng)用上，我國處于起步階段， CAD 真正應(yīng)用不超過十年， CAM也僅是近些年逐步開始應(yīng)用， CAE 的應(yīng)用僅限于為數(shù)不多的較大模具企業(yè)應(yīng)用，還處于探索階段。 隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，新的技術(shù)革命不斷取得新的進展和突破，技術(shù)的飛越發(fā)展已經(jīng)成為推動世界經(jīng)濟增長的重要因素。市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來越多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展。為了保持和加強產(chǎn)品在市場上的競爭力，產(chǎn)品的開發(fā)周期，生產(chǎn)周期越來越短，于是對制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備 —— 4 模具的要求越來越苛 刻。沒有計算機輔助技術(shù)的支持，就不可能適應(yīng)上述兩方面的要求。 本文的課題來源于企業(yè)生產(chǎn)實踐，通過以小型電視機外殼為例，研究 CAD/CAE/CAM在塑料制品及塑料注射模設(shè)計、模擬、加工中集成設(shè)計的全過程的模式。以 AutoCAD、流行軟件為主來設(shè)計小型電視機外殼，完成設(shè)計全過程及設(shè)計模式。通過本文小型電視機外殼精密模具設(shè)計，可以看到模具行業(yè)中對設(shè)計人員及現(xiàn)代設(shè)計方法的要求。 [3] 現(xiàn)代模具行業(yè)對設(shè)計人員的基本要求 生產(chǎn)周期短，效率高，品質(zhì)高，是現(xiàn)代模具的典范，發(fā)展的方向是高速、高效、準(zhǔn)確地完成客戶所需 要的模具，對模具設(shè)計人員的要求就更加嚴(yán)格。設(shè)計的不合理，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品就不可能過關(guān)，這是很簡單的道理。要做一個合格的設(shè)計員就要準(zhǔn)確無誤地分析產(chǎn)品原始檔案，與客戶之間溝通，即要盡量滿足客戶的需求 ,又要合理的簡化模具結(jié)構(gòu)，來降低模具的成本。對于設(shè)計人員來說，除了有強有力的理論基礎(chǔ)，還必需具備軟件應(yīng)用能力，掌握與工作緊密相關(guān)的軟件是每個設(shè)計人員必經(jīng)之路。軟件的運用是一種技能，熟練的軟件應(yīng)用能力，能給你的工作帶來事半功倍的效果。除了要求生產(chǎn)設(shè)備自動化，智能化外，還要求設(shè)計人員要有良好的職業(yè)素質(zhì)及工作能力，才能生產(chǎn)高 精度的產(chǎn)品，在最短的時間內(nèi)，生產(chǎn)出最讓客戶滿意的產(chǎn)品。 設(shè)計人員基本要具備以下幾個方面的能力 : (1)熟練的軟件應(yīng)用能力 。 (2)產(chǎn)品的分析，消化原始資料，對客戶的產(chǎn)品圖進行檢測，查看是否有不可成型，妨礙機構(gòu)運動、壁厚不均勻、能造成產(chǎn)品的不良缺陷等的能力 。 (3)設(shè)計結(jié)構(gòu)及模具材料的選用的能力 。 (4)模流分析 (Mold Flow)能力，分析結(jié)果直接影響到成品的質(zhì)量 。 (5)設(shè)計后要預(yù)知將產(chǎn)生的缺陷，及補救方案，不能在產(chǎn)生缺陷后無法修改模具，而使模具報廢等嚴(yán)重問題。 塑料模具設(shè)計流程 良好的設(shè)計流 程是設(shè)計出準(zhǔn)確合理的好產(chǎn)品的基礎(chǔ)，制訂模具設(shè)計流程是使模具設(shè)計規(guī)范化、制程化的保證，是適應(yīng)模具交貨期短，縮短模具設(shè)計時間的必由之路。 塑料注射模計算機輔助設(shè)計制造流程 :塑件三維建模 — 模流分析 — 塑料產(chǎn)品裝配— 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 — 生成模具工程圖 — 模具關(guān)鍵零件數(shù)控加工 — 關(guān)鍵零件數(shù)控電加工 —模具裝配調(diào)式。 5 模具要求 (l)接到的執(zhí)行單 從模具執(zhí)行單上審查產(chǎn)品的所有要求，其中包括 : ①產(chǎn)品圖 。 ②要求產(chǎn)品的模穴數(shù) 。 ③塑料材質(zhì) 。 ④有時會提供模具的大小，進料位置，有倒勾時，還會要求做斜銷還是滑塊。 (2)接到 的 2D 和 3D 產(chǎn)品圖處理，包括 : ①如果接到的產(chǎn)品圖是 2D 圖，則要必須先將 2D 圖轉(zhuǎn)化為 3D 圖 (用 Pro/E 或 UG 軟件 )，即根據(jù)產(chǎn)品的 2D 圖建構(gòu)產(chǎn)品的 3D 模型圖 。 ②如果有了產(chǎn)品的 3D 模型圖，模具 3D設(shè)計人員必須檢查 3D模型圖的外觀，成品的平均壁厚是否有壁厚不均的地方會產(chǎn)生縮水，成品的拔模角是否有利于開模，成品的結(jié)構(gòu)是否有利于產(chǎn)品成型。 ③如果產(chǎn)品的 3D 模型圖有以上的問題存在，要先修改成品的問題。 塑料模具設(shè)計 經(jīng)過以上的產(chǎn)品圖處理之后轉(zhuǎn)入模具設(shè)計階段，包括 : (l)產(chǎn)品成型分析 MoldFlow(CAE)。 (2)2D 模具結(jié)構(gòu)圖繪制 (AutoCAD)。 (3)3D 模仁成型部分拆制 (Pro/E)。 (4)模具零件圖的拆制。 模具零件圖也就是所說的模具加工圖，是根據(jù)模具 2D 圖和 3D 圖拆制的模具零件圖。包括模板圖、滑塊座圖、斜撐銷圖、模仁圖、滑塊圖、斜銷圖等，還有推桿備料明細(xì)表、五金零件備料明細(xì)表、出圖明細(xì)表等。 其中前三部分工作同時進行。 試模分析產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生和解決方案 要預(yù)知將產(chǎn)生的缺陷及補救方案，不能在產(chǎn)生缺陷后無法修改模具。小型電視機外殼屬薄殼件，薄殼件加工成型的質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)在 塑件的翹曲變形、表面縮痕和流痕等問題上，對于這些問題，合理地設(shè)置工藝參數(shù)起著決定性的作用。以翹曲變形為例進行分析 :影響塑件變形的因素 (工藝參數(shù) )主要有 :模具溫度、熔體溫度、澆口尺寸、注射速率、保壓壓力、保壓時間，同時還要考慮模具溫度和熔體溫度的交叉因素、熔體溫度和澆口尺寸的交叉因素對翹曲變形的影響。通過 CAE 模擬分析，找出上述這 6 些因素最佳工藝參數(shù)的組合，以改善和消除塑件的翹曲變形，提高塑件的質(zhì)量。 小型電視機外殼模具設(shè)計思路 小型電視機產(chǎn)品的機構(gòu)設(shè)計是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的關(guān)鍵，這不僅需要與產(chǎn)品外觀相協(xié)調(diào) ，更要考慮后序的生產(chǎn)裝配、噴涂、噴繪、模具設(shè)計制造等各方面。 小型電視機產(chǎn)品的形體結(jié)構(gòu)設(shè)計 牽扯知識范圍十分廣泛，主要有材料的選用、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、表面處理、加工手段、包裝裝潢幾個方面，這此因素的運用直接影響著小型電視機產(chǎn)品的生命和外觀形象的變化。可以說設(shè)計者的水平高低決定了產(chǎn)品的生命力和產(chǎn)品檔次高低，高檔次產(chǎn)品不一定是高造價，運用低造價設(shè)計出高檔次的產(chǎn)品是設(shè)計者水平高素質(zhì)的體現(xiàn)。 小型電視機產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 (1)要審查造型設(shè)計是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出 模斜度、抽芯、結(jié)構(gòu)強度、電路安裝 (和電子工程人員配合 )等是否合理 。 (2)根據(jù)造型要求確定制造工藝是否能實現(xiàn)，包括模具制造、產(chǎn)品裝配、外觀的噴涂、絲印、材質(zhì)選擇、需采購的零件供應(yīng)等 。 (3)確定產(chǎn)品功能是否能實現(xiàn)，用戶使用是否最佳 。 (4)進行具體的機構(gòu)設(shè)計，確定每個零件的制造工藝，要注意塑件的結(jié)構(gòu)強度、安裝定位、筋骨方式、產(chǎn)品變形、元器件的安裝定位、安裝要求、確定最佳裝配路線 。 (5)結(jié)構(gòu)設(shè)計要盡量考慮模具設(shè)計和制造的難度，提高注射生產(chǎn)的效率，最大限度地減低模具成本和生產(chǎn)成本 。 (6)確定整個產(chǎn)品的生產(chǎn)工 藝，檢測手段，保證產(chǎn)品的可靠性。 小型電視機產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 對以上所需要清楚的東西，做好工藝排序，然后進入模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計一裝配圖的設(shè)計。 (l)3D 轉(zhuǎn) 2D 的 DWG 圖 (CAD 圖 )。 (2)成品的開模分析，確定凸、定模分模面 。 (3)成品的結(jié)構(gòu)分析，確定機構(gòu)，如有倒扣的，用斜銷成型或側(cè)滑塊成型 。 (4)成品的進澆點的分析，借助 MoldFlow 軟件，確定澆口的形狀、位置等，及注射機的選用 。 (5)確定模具的結(jié)構(gòu) (兩板模、三板模、及熱澆道 )，有時候根據(jù)需求而確定 。 (6)成品的收縮率的確定 (未加收 縮的，給產(chǎn)品在 3D 圖中放收縮 ) 。 7 (7)確定成品的開模腔數(shù) (一模多腔，要注意注射模均衡 )。 (8)成品放縮及鏡射成品圖 。 (9)確定成品的擺放位置 (模腔的排配 )。 (10)確定模仁的大小 (由于小型電視機模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模仁 (模腔 )需要單獨加工 )。 (11)畫出流道及澆口 。 (12)確定模座大小，調(diào)用模座 (13)將模仁放入模座中的適當(dāng)位置 : (l4)畫定位圈及注射澆口套 。 (15)畫滑塊及斜銷等機構(gòu) 。 (16)畫頂出機構(gòu) 。 (17)畫冷卻水路 。 (18)畫模座其它周邊的結(jié)構(gòu) 。 (19)標(biāo)注模座的尺寸。 2 小型電視機外殼模具工藝分析 小型電視機殼體的作用 :是整個電視機的支承骨架 。對電子元器件進行定位及固定 。承載其他所有非殼體零部件并限位。殼體通常由工程塑料注塑成型。 產(chǎn)品數(shù)據(jù) 原始資料要求 : (1)由 Pro/E 軟件生成 3D 圖，圖 1是產(chǎn)品正面，圖 2是產(chǎn)品反面 。 (2)塑料材質(zhì) : ABS。 (3)模具腔數(shù) :一模一腔 。 (4)模具型式 :冷流道模具 。 (5)生產(chǎn)數(shù)量 :預(yù)計生產(chǎn) 50 萬件。 殼體常用 ABS 材料及應(yīng)用上需要注意事項 (l)由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。 ABS 的特性主要取決于三 種單體的比率及分子結(jié)構(gòu)，這在產(chǎn)品設(shè)計上具有較大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上多種不同品質(zhì)的 ABS 材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。 ABS 材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。高流動性，便宜，適用于對強度要求不太高的部件 (不直接受到?jīng)_擊， 8 不承受結(jié)構(gòu)耐久性的部件 )，如電視機內(nèi)部的支撐架等。還有就是普遍用在要電鍍的部件上 (如按鈕，側(cè)鍵，導(dǎo)航鍵，電鍍裝飾件等 )。目前常用奇美 PA— 727， PA— 757 等 。 (2)PC(聚碳酸脂 )PC 是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì)菌特性、阻燃特性以及抗污染性， PC 的缺口沖擊強度非常高，并且收縮率很低。 PC 有良好的機械性，但流動性較差，注射過程較困難。因此，如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么選低流動率的 PC 材料 。反之，可以使用高流動率的 PC 材料，這樣可以優(yōu)化注射過程。避免一味減少強度風(fēng)險，什么部件都用 PC 料而導(dǎo)致成型困難和成本增加。 高強度、價格較貴、流動性不好。適用于對強度要求較高的外殼，如翻蓋小型電視機中與轉(zhuǎn)軸配合的兩個殼體，不帶標(biāo) 準(zhǔn)滑軌模塊的滑蓋機中有滑軌和滑道的兩個殼體等，目前指定必須用 PC 材料。較常用 Gelexanexl 1414 和 Samsung HF1023IM。 本文小型電視機外殼采用的是 ABS 塑料。 通常外殼都是由上、下殼組成，理論上上下殼的外形可以重合，但實際上由于模具的制造精度、注塑參數(shù)等因素的影響，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面殼大于底殼或底殼大于面殼?？山邮艿拿鏆こ叽缙钚∮?，可接受底殼尺寸偏差小于 。在無法保證零段差時，盡量使產(chǎn)品的面殼大于底殼。一般來說，面殼因有較多的孔，成型收縮較大，所 以收縮率選擇較大，一般選 %。底殼成型收縮較小，所以收縮率選擇較小，一般選 %，即面殼收縮率一般比底殼大 %。即便是兩件殼體選用相同的材料，也要在做模時，底殼取較小的收縮率。 圖 1 產(chǎn)品正面 (Fig1 Product frontage) 圖 2 產(chǎn)品反面 (Fig2 Product reverse side) 樣品分析 此分析主要是在 Pro/E 和 MoldFlow 中分析。 9 Pro/E:可進行產(chǎn)品設(shè)計、裝配設(shè)計、模具設(shè)計、 NC 加工、仿真等。本例對 3D 圖進行分析看它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、結(jié)構(gòu)等，并大至分好分模面。 MoldFlow 分析目的 : (1)盡早在設(shè)計階段使用 MoldFlow 以獲取最大的利益 。 (2)預(yù)先確認(rèn)可能存在的問題 。 (3)使產(chǎn)品的品質(zhì)比以往所做的更好 。 (4)使產(chǎn)品成本降低 。 (5)在相同或更短的時間內(nèi)制造更多的產(chǎn)品。 樣品壁厚檢查 (料厚均勻性分析 ) 殼體的壁厚對部件的很多關(guān)鍵特性的影響至關(guān)重要，包括結(jié)構(gòu)強度、外觀、成型及成本 。設(shè)計階段優(yōu)化的殼體厚度可以降低后續(xù)可靠性測試的風(fēng)險，修模的成本以及成型的困難。 壁厚檢查包括成品壁厚分布、平均壁厚檢查、是否有過薄難以充填或過厚處。對于塑料件來說，壁厚不均會使其在注射成型時產(chǎn)生縮水現(xiàn)象。因此，當(dāng)拿到樣品時，應(yīng)對其進行壁厚檢查。對于有壁厚不均的部位要及早通知修改模型。 塑件的厚度不應(yīng)過厚或過薄，壁厚常取 左右，對于電視機塑件來說，最厚處應(yīng)小于 2mm(根據(jù)經(jīng)驗 )。另外，要查看是否存在薄厚懸殊處，若通過計算在某一部分存在小于 的膠位，應(yīng)建議客戶加膠或自行處理。 壁厚要均勻，厚薄差別 盡量控制在基本壁厚的 25%以內(nèi) (低縮水率材料小于 %)，可以避免明顯的翹曲、填充及外觀缺陷等問題。 本例 Pro/E 經(jīng)壁厚檢查分析，得知樣品無壁厚不均現(xiàn)象。 脫模角檢查 (拔模角分析 ) 要對所有平行于模具分開的方向的面進行拔模。拔模角檢查包括確認(rèn)是否有拔模、須拔模處、脫模度數(shù)，角度小是否會造成成品刮傷或貼母模等。樣品的脫模角決定了成品在模具開模時能否順利脫出，是否會產(chǎn)生粘模等現(xiàn)象。所以在設(shè)計好脫模角度后還應(yīng)對其進行脫模角檢查。 塑件在脫模方向的拔模角，視成型面深度而定，一般在 ～ 2 度之間。 對于模具上動模和定模之間的擦破位，拔模角應(yīng)大于 176。為好，少數(shù)也可能小于 176。，但不能沒有拔模角。 該工作也由 Pro/E 執(zhí)行結(jié)果符合要求。 Pro/E中拔模角度的解釋 :如圖 3，點選的平面用來確定脫模方向 (平面的法線方向， 10 遠(yuǎn)離平面一側(cè)為正方向 )，通過設(shè)定三種顏色的顯示，雙向顯示 :要以看到拔模角 O、=0、 0(、 、 =的塑件表面，這些塑件拔模