【文章內(nèi)容簡介】 計算機(jī)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。隨著計算 機(jī)硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高， CAD技術(shù)及其應(yīng)用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為 CAD技術(shù)應(yīng)用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機(jī)輔助設(shè)計、模擬分析與制造，即模具 CAD、 CAE和 CAM也一直是國內(nèi)外普遍關(guān)注的熱點。 三十多年來，國外注射模 CAD技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。 70年代己開始應(yīng)用計算機(jī)對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進(jìn)行分析。 80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔內(nèi)塑料熔體的流動過程，使設(shè)計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設(shè)計方案進(jìn)行評價和修改，以減少 試模時間，提高模具質(zhì)量。近十年來，注射模 CAD技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和實驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實際使用中不斷改進(jìn)、提高和完善。比較有代表性的軟件系統(tǒng)有 : 澳大利亞 Moldflow PTY公司的 Moldflow系統(tǒng)該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的注射模分析模擬功能，包括繪制型腔圖形的線框造型軟件 SHOD，有限元網(wǎng)格生成軟件 FMESH，流動分析軟件 FLOW，冷卻分析軟件 COOLING，流動、冷卻分析結(jié)果和模架應(yīng)力場分布的可視化顯示軟件 FRES以及翹曲分析模擬軟件。 美國 CRATEK公司的注射模 CAD/CAM/CAE系統(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件 OPTIMOLD III，二維注射流動分析軟件 SIMUFLOW，三維有限元流動分析軟件 SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件 SIMUCOOL，標(biāo)準(zhǔn)模架 (美國 DME標(biāo)準(zhǔn) )選擇軟件 OPTIMOLD等部分。 美國和意大利的 Plasticsamp。Computer Inc公司的 TMCONCEPT專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括材料選擇 TMCMS、注射工藝條件和模具費(fèi)用優(yōu)化 TMCMCO、注射流動分析 TMCFA、型腔尺寸設(shè)計TMCCSE和模具傳熱分析 TMCMTA等功能模塊。 德國 IKV研究所的 CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動分析、冷卻分析和力學(xué)性能校核等功能， CADMOULDMEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進(jìn)行三維型腔的流動分析。 我國在注射模 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，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進(jìn)了一些國外知名度較高的注塑模 CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學(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，我國對注射模設(shè)計制造技術(shù)及其 CAD的開發(fā)應(yīng)用十分重視，在“八 五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實用 CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應(yīng)用”等國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關(guān)項目“塑料注射模 CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進(jìn)我國注射模 CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模 CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平得到很快提高 [1]。 我國在注射模 CAD技術(shù)研究與開發(fā)方面較具代表性的工作有 : 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 7 7 華中理工大學(xué)是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自 80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬方面進(jìn)行了較深入的研究與開發(fā)工作，并推出了塑料注射模 CAD/CAE/CAM系統(tǒng) HSC1。該系統(tǒng)包括塑料制品三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強(qiáng)度與剛度校核及模具圖設(shè)計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應(yīng)用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化。 浙江大學(xué)基于工作站的 UG II系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模 CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用特征造型技術(shù)構(gòu)造產(chǎn)品模型，使形狀特征表達(dá)與工藝信息描述統(tǒng)一，并利用特征反轉(zhuǎn)映射實現(xiàn)了型腔模型的快速生成。 上海交 通大學(xué)從 1983年開始，對注射模 CAD進(jìn)行了多方面的研究。在國內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模 CAD系統(tǒng)中，并于 1988年開發(fā)出集成化注射模智能 CAD系統(tǒng)?，F(xiàn)在在工作站UG II平臺上進(jìn)一步開發(fā)智能 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。 北京航空航天大學(xué)華正模具研究所開發(fā)的注射模 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術(shù)水平與實用價值。 合肥工業(yè)大學(xué)在注射模結(jié)構(gòu) CAD技術(shù)方面進(jìn)行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機(jī)注塑模 CAD系 統(tǒng) PMCAD和微機(jī)注塑模 CAD三維系統(tǒng) IPMCAD ，取得了較好的成績。、實體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧?，F(xiàn)在以 AutoCAD MDT作為環(huán)境，進(jìn)一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模 CAD三維參數(shù)化系統(tǒng) IPMCAD ，在技術(shù)水平、實用性與通用性方面都達(dá)到較高水平 [4]。 研究內(nèi)容 本文將對鼠標(biāo) 下蓋 成型的幾個關(guān)鍵問題 :鼠標(biāo)制品外形的設(shè)計與建模、最佳成型方法的選擇，分析最佳成型工藝，模具設(shè)計并進(jìn)行理論和試驗研究。 鼠標(biāo) 下蓋 制品外形設(shè)計 本課題利用 PRO/ENGINEER 軟件對鼠標(biāo) 下蓋 進(jìn)行實體建模， PRO/E 的圖形設(shè)計是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)的區(qū)別。生成的模型直觀，立體感強(qiáng)，可以在任何角度進(jìn)行觀察。另外系統(tǒng)還能計算出實體的表面積、體積、重量、慣性距、重心等。使設(shè)計者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立體圖生成三視圖，大大提高工作的效率和準(zhǔn)確性。 最佳成型方法的選擇 比較幾種可用于成型鼠標(biāo)外殼這種薄壁單分型 面制品的常用塑料加工方法，根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)和使用要求選擇合理的成型方法。 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 8 8 分析最佳成型工藝 鼠標(biāo) 下蓋 為薄壁制件，比表面積大，可能的工藝方案較多，工藝方案的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。本文在對塑件進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定并優(yōu)化了工藝方案。具體內(nèi)容如下： (1)對塑件成型工藝性進(jìn)行分析，對可能的工藝方案進(jìn)行比較分析，初步得出可能的工藝方案以及其可行的條件。 (2)根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 模具設(shè)計 1．模具結(jié)構(gòu)分析和確定 針對鼠標(biāo) 下蓋 尺寸小 ，精度高的特點，根據(jù)工藝方案和零件的形狀特點、精度要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件、操作方便與安全的要求，對模具進(jìn)行分析，確定模具的合理結(jié)構(gòu)。 2．模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)型式和特點，確定模具工作、導(dǎo)向以及固定等并確定模具主要零件的形式以及尺寸。 本研究的主要目的是通過一個具有代表性模具的分析研究，從而達(dá)到掌握具有復(fù)雜曲面模具的設(shè)計制造以及加工的方法。 研究目的及意義 電器產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚纳钣闷?，人們對電器產(chǎn)品的要求從實用性、可靠性己經(jīng)提高到對舒 適性、美觀性、安全性、實用經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，從而對電器產(chǎn)品也提出了許多新的要求。對電器產(chǎn)品的這種不斷提出的新要求，促使電器產(chǎn)品的外形不斷的改進(jìn)，外形零件的生產(chǎn)技術(shù)也不斷得到新的發(fā)展，使電器產(chǎn)品外殼零件成形技術(shù)在成形領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。目前，電器產(chǎn)品的外形設(shè)計及加工技術(shù)日益受到了國內(nèi)外的高度重視，德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家在這方面的研究已經(jīng)取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。他們的電器產(chǎn)品外觀美觀，讓人賞心悅目，而且設(shè)計高效快捷，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。如臺灣的羅技公司，其鼠標(biāo)產(chǎn)品外形美觀，設(shè)計人性化，使用壽命長。 目前，國內(nèi)在電器產(chǎn)品外觀零件設(shè)計制造方面的研究還處于初級階段，與發(fā)達(dá)國家的差距很大。由于電器產(chǎn)品美觀性的要求，零件外形多為復(fù)雜曲面，傳統(tǒng)的設(shè)計方法在對零件成形過程分析以及對產(chǎn)品存在缺陷的處理方面顯得無能為力，產(chǎn)品成形過程數(shù)值模擬技術(shù)跟不上的現(xiàn)狀己經(jīng)成為制約產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的一個瓶頸。面對日益激烈的國際競爭，必須緊跟國際先進(jìn)水平，不斷提高電器產(chǎn)品外觀零件的質(zhì)量，降低設(shè)計和生產(chǎn)成本，加快生產(chǎn)周期。因而，鼠標(biāo) 下蓋 成形技術(shù)的研究與開發(fā)具有相當(dāng)重要的理論意義和實用價值。以此作為一個突破口，帶動和促進(jìn)相關(guān)電器產(chǎn)品外觀 零件注塑成形技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 9 9 第二章 鼠標(biāo) 下 蓋設(shè)計及其成型工藝分析 產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)用途清單 最大幾何尺寸： 118 60mm 環(huán)境：室內(nèi)，使用溫度范圍 0℃ ~40℃ 無化學(xué)品接觸 抗沖擊要求：限定量從 ， 0℃ 下摔下外殼不出現(xiàn)裂縫或者開裂特征，不允許內(nèi)部件曝露 剛性要求：在 2Kg負(fù)荷下無變形 電氣性能：電絕緣性好 外觀要求：部件美觀，外部光潔性好 使用壽命： 5 年 根據(jù)上述使用要求可歸納產(chǎn)品設(shè)計要求為制品材料需要具有一定的抗沖擊性并且由于是電子產(chǎn)品的外殼要有良好的電絕緣性，隨著數(shù)碼產(chǎn)品的大 量普及價格也不斷下跌要求生產(chǎn)自動化程度高，成型周期短 生產(chǎn)自動化程度高 、 成型周期短，且要求尺寸精度高，有較好電絕緣性。 制品結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計 用 cad 軟件進(jìn)行鼠標(biāo) 下蓋 的 二維造型 ， 繪制了兩個視圖，有詳細(xì)的尺寸標(biāo)注，很好的把制品大致形狀表達(dá)出來。 制品如圖 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 10 10 ．制品材料選擇 通用塑料如聚丙烯 PP，聚乙烯 PE，聚氯乙烯 PVC 具有應(yīng)用范圍廣、加工性能良好，價格低廉的優(yōu)點，但由于其力學(xué)性能較差且成型收縮率較大不易成型尺寸穩(wěn)定的制品故不選用，以下拿三種常用典型材料比較選取。 丙烯 腈 — 丁二烯 — 苯乙烯三元共聚物（ ABS） ABS 外觀上是淡黃色非晶態(tài)樹脂，不透明，密度與聚苯乙烯基本相同。 ABS 具有良好中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 11 11 的綜合物理力學(xué)性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨 、尺寸穩(wěn)定，加工性能優(yōu)良，它具有三種單體所賦予的優(yōu)點。其中丙烯腈賦予材料良好的剛性、硬度、耐油耐腐、良好的著色性和電鍍性；丁二烯賦予材料良好的韌性、耐寒性；苯乙烯賦予材料剛性、硬度、光澤性和良好的加工流動性。改變?nèi)M分的比例，可以調(diào)節(jié)材料性能。 ABS 為無定形聚合物，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，隨所含三種單體比例不同，在 160~190℃ 范圍即具有 充分的流動性，且熱穩(wěn)定性較好，在約高于 285℃時才出現(xiàn)分解現(xiàn)象，因此加工溫度范圍較寬。 ABS熔體具有明顯的非牛頓性，提高成型壓力可以使熔體粘度明顯減小，粘度隨溫度升高也會明顯下降。 ABS 吸濕性稍大于聚苯乙烯，吸水率約在%~%之間，但由于熔體粘度不太高，故對于要求不高的制品，可以不經(jīng)干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光澤并可改善內(nèi)在質(zhì)量。在 80~90℃下干燥 2~3h,可以滿足各種成型要求。 ABS具有較小的成型收縮率，收縮率變化最大范圍約為 %~%，在多數(shù)情況下，其變化小于該范圍。注塑是 ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機(jī)，但更長采用螺桿式注塑機(jī)，后者更適于形狀復(fù)雜制品、大型制品成型 [5]。 聚苯乙烯（ PS） 聚苯乙烯是無色無臭的透明剛硬固體，制品擲地時有金屬般響鳴。聚苯乙烯透光率不低于 80%，霧度約為 3%，折射率較大，在 ~ 之間，具有特殊光亮性，但儲存時易泛黃。泛黃原因之一是單體純度不夠，特別是在含有微量元素時；二是聚合物在空氣中緩慢老化引起發(fā)黃。聚苯乙烯較輕，密度在 ~ 之間。 聚苯乙烯在熱塑性塑料中屬于典型的硬而脆 塑料，拉伸、彎曲等常規(guī)力學(xué)性能皆高于聚烯烴，拉伸時無屈服現(xiàn)象。 聚苯乙烯分子鏈雖是剛性鏈，但由于是無定形結(jié)構(gòu)，超過玻璃化溫度即開始軟化，軟化點僅 95℃左右，許多力學(xué)性能都受到溫度升高的明顯影響。最高連續(xù)使用溫度僅 60~80℃。 120℃開始成為熔體， 180℃后開始具有流動性，其熱穩(wěn)定性較好，超過 300℃才開始分解，因此聚苯乙烯具有較高的成型加工區(qū)間。 : 聚苯乙烯是非極性聚合物，具有頗為優(yōu)異的介電、電絕緣性能，由于吸濕性很小，電性能也不受環(huán)境濕度改變的影響。 加工工藝性 吸 濕性很小，加工前一般不需要專門的干燥工序 成型溫度范圍較寬 收縮率及其變化范圍都很小，一般在 %~%有利于成型出尺寸精度較高 和尺寸較穩(wěn)定的制品 [5] 聚苯乙烯制品容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力， 并且在空氣中會緩慢老化引起發(fā)黃很顯然不適合選用 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項目 12 12 雙酚 A 型聚碳酸酯（ PC） 雙酚 A型聚碳酸酯是無色或者微黃色透明的剛硬、堅韌固體。 雙酚 A型聚碳酸酯是典型的硬而韌聚合物，具有良好的綜合力學(xué)性能。拉伸、壓縮、彎曲強(qiáng)度均相當(dāng)于聚酰胺 聚酰胺 66，沖擊強(qiáng)度高于所有脂肪族聚酰胺和大多數(shù)工程塑料，抗蠕變性 也明顯優(yōu)于聚酰胺、聚甲醛。力學(xué)性能方面缺點是耐疲勞性較差，缺口