开题报告-- 手机充电器(座充)外壳注塑模具设计
题 目 手机充电器(座充)外壳注塑模具设计
设计(论文) 手 机 充 电 器 外 壳 注 射 模 设 计 题目
其它工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 设计(论文)
类型(划“?”) ? 一、 本课题的研究目的和意义
目的:
随着手机产品的广泛应用,手机充电器成为了人们生活中的必需品。手机充电器的批量生产,要求其成本低生产周期短,并且达到一定的强度。所以采用注
塑工艺成为了必然趋势。手机充电器的注射模设计为手机充电器的外壳生产提供了一个简洁、高效、成本低的有效途径。
意义:
在注塑产品的开发过程中,模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成
本。对手机充电器外壳的工艺特点进行分析,设计其模具。在模具的结构采用点
浇口形式的三分型面的注射模,是侧向抽芯注射模。该模具结构设计巧妙,操作
方便,使用寿命长,塑件达到技术要求。
在设计中引入Pro/E为基础实现了注射模的快速设计,免去了一些模具通用件(如导向件、复位支承件、浇口套、定位圈等)繁锁的重复绘图工作,同时
Pro/ENGINEER提供的参数化设计具有3D实体造型、单一资料库以及以特征为设
计单位等特点,因此通过使用它设计者可以随时计算出产品的体积、面积、质心、
重量和惯性矩等数据,并且不论在3D或2D图形上作尺寸修改,其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。设计中导入了制造的概念,设计人员可
随时对特征作合理、不违反几何的顺序调整、插入、删除和重新定义等修正操作
使得模具开发周期大大缩短。传统的异型产品设计、模具设计及其加工都是根据
二维工程图来完成的,加工出来的产品数据精度低,往往需不断地修改产品设计
和修改模具,因此,它研发周期长、成本高。针对上述问题,采用最新Pro/Engineer软件来实现三维设计,大大地缩短了产品的研发周期、模具设计周期和
加工周期,提高了产品设计的准确性,大大降低产品开发、模具设计的成本。
二、 本课题的主要研究内容(提纲)
1.塑件工艺分析
1.1分析手机充电器外壳的工艺特点,介绍手机充电器外壳上盖注射模结构及
模具的工作过程。重点分析手机充电器外壳注射模结构的设计方法。
1.2分析和阐述模具型芯零件的选材、热处理工艺,手机充电器外壳的塑件的
结构要素,塑件的尺寸公差和精度的选择,塑件的体积和质量的计算方法。 2.利用软件设计分析阶段
2.1使用Pro/E软件设计出手机充电器外壳的三维结构。
2.2利用Pro/E进行静态分析和装配干涉检验。
2.3然后参考生产经验,利用Pro/E Wildfire的外挂软件塑料顾问(Plastic
Advisor)对底壳的成型工艺性进行了简单的分析。
3.注塑模具的三维设计
3.1结
合同
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类产品的生产经验和注塑模理论知识,对底壳的注塑模具包括浇注
系统、排气系统、导向与定位机构、脱模机构、侧向分型及抽芯机构、温
度调节系统等进行具体的结构设计和三维实体建模。
3.2最后进行模具装配设计,完成模具装配图和零件图绘制。
三、文献综述(国内外研究情况及其发展)
中国做为全球最大的手机拥有国(2001年7月手机用户达到1.206亿户,超过美国500万户),其实还远远没有发挥出其真正的市场潜力。与发达国家的近
50%的市场拥有率的比例,我国不到10%的普及率还远远没有达到市场成熟的水
平。预计到2010年,全国手机拥有率将达到全国人口的15-18%,约出现2亿户的使用者。其中,按照手机每3年更换一次的平均购买频率计算,每年将拥有近
七千万台的重复购买量。
总体说来,手机及其配套产品在中国具有巨大的市场发展空间,同时,市场
也处在高速发展阶段,这对于生产商、分销商以及零售商都是极为重要的发展阶
段,是市场格局逐步形成的阶段。所以,在未来几十年,手机充电器外壳的设计
加工和相应的模具设计孕育着巨大的商机。
80年代以来,在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引
导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均为13%,1999年我国模具工业产值
为 245亿,至2002年我国模具总产值约为360亿元,其中塑料模约30%左右。在
[1]未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具,精密塑料模具方面,
已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天
和机电有限公司和烟台北极星?.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品
的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成齿形误差,
达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具
和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm~0.05mm,表面粗糙度Ra0.2μm,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达10~30万次,淬火钢模达50~1000万次,交货期较以前缩短。
成行工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸
电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设
备及技术。热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或
外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50%~80%相比,差距较大。
在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家
用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UG?、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国
[3]。AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等
这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了
CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模
拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降
低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造良好的条件;基于网络
的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提
高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发
挥越来越重要的作用。
目前我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一
定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模
具标准件的应用要大力推广。为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准
生产;其次要逐步形成规模生产,提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;
再次是要进一步增加标准件的规格品种。应用优质材料和先进的表面处理技术对
于提高模具寿命和质量显得十分必要。
模具是现代工业生产的基础工艺装备,在国民经济中占重要地位。在电子、
汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中,60%-80%的零件都要依靠模具成型。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生
产率和低消耗。是其它加工方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技
术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,在很大程度
上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
模具工业是国民经济的基础产业,模具工业的发展标志着一个国家上业水平
及产品的开发能力,汽车工业中新车型的开发与批量生产,家电工业及日用品工
业的产品开发等都与模具行业的发展息息相关,模具技术的应用为我国模具工业
的发展起到了重要的推动作用。模具技术已成为技术发展中最具活力、创造效益
最高的应用领域。同时,模具工业也是技术最普及、应用最成熟的应用行业之一。
因此,“模具工业是进入富裕社会的原动力”。
在注塑产品的开发过程中,模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成
本。随着计算机技术的迅猛发展,工业设计领域的CAD/CAM软件也得到了前所未有的发展,各种三维CAD/CAM软件应运而生,且各具特色。Pro/ENGINEER是美国参数技术公司PTO推出的一套三维CAD/CAH参数化软件系统它是基于特征、采取参数化技术、全数据相关、单一数据库、支持并行操作的实体参数化设计软件。
利用它可以进行零件设计、装配、数控加工、模具设计以及各种分析等。它功能强大、内容丰富,提供了零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、自动量测、机构仿真和应力分析等多种功能,已被广泛地应用于机
械、汽车、航天、家电、玩具、模具、工业设计等行业。Pro/ENGINEER在注塑 模具设计中的应用,为高质量模具的设计和制造提供了一条途径。Pro/ENGINEER是美国PTC公司出品的CAD/CAM软件,它以参数化设计的观念闻名于世,为传统机
械设计与制造带来了巨大的便利。Pro/ENGINEER具有强大的接口功能,能通过
IGES、STL、SET、STEP等格式与其他CAD/CAE/CAM软件实现数据文件的交换。在
塑料产品开发中,通常利用这个接口与C-MOLD、MOLDFLOW、Z-MOLD等软件相连,利用它们的分析模块,对Pro/ENGINEER中的造型进行分析,以确定模具的结构及
注塑工艺。
Pro/ENGINEER提供的Pro/PROGRAM是零件与装配自动化设计的一个重要工
具,用户可经由非常简单的高级语言来控制零件特征的出现与否、尺寸的大小与
零部件的出现与否、零部件的简易显示或完全显示以及零部件的数量等。当零件
或装配件的Pro/PROGRAM设计完成后,读取此零件或装配件时,其各种变化情况
即可利用交互方式得到不同的几何形状,达到产品设计要求。
利用Pro/ENGINEER还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通用件
和标准件都可根据用户的要求建立,同时用户所设计的每副模具都可作为模具库
的组成部分,以供后续模具设计应用。
设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺和影响模具寿
命的因素,并进行校对、检查,预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三
维模型后,设计、制造及辅助分析部门的多位工程师可同时进行模具结构设计、
工程图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程等工作。Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的
技术保证。CAD/CAM技术的迅猛发展以及软硬件水平的进一步完善,为模具工业
提供了强有力的技术支持,也为企业的产品设计、制造和生产水平的提升带来了
质的飞跃,CAD/CAM技术已经成为现代企业信息化、集成化和网络化的必然选择。
Pro/ENGINEER具有强大的三维实体造型和模具设计功能,掌握运用Pro/
ENGINEER等软件之间图样的相互转换,对于提高设计、编程效率,缩短模具研发
时间,加快模具加工进程,对企业快速响应客户需求,增强市场竞争力都具有非
常重要的意义。
三、 拟解决的关键问题
1.创建塑料件模型(也称为三维造型);
2.创建毛坯,用来定义所有模具元件的体积,合理设计浇注;
3.根据不同的收缩率、脱模斜度和塑件模型构建型腔、型芯的特征和尺寸;
4.加入模具装配特征形成浇注系统,定义分模面及模块;
5.定义模具开启的步骤及检查干涉;
6.仿真开模
7.依需要装配模座,完成冷却系统设计;
8.模具装配图绘制;
四、 研究思路和方法
思路:
1.塑件工艺分析
1.1 塑件的结构要素
手机充电器作为手机的重要配件要求其满足一定的强度、刚度、耐热和
耐磨损等性能。同时必须满足绝缘性。根据这些性能选择适合的材料。
1.2 塑件尺寸公差与精度
影响塑件公差的主要因素是:模具制造误差及磨损误差,尤其是成型零
件的制造和装配误差以及使用中的磨损、塑料收缩的波动、注射工艺条件的
变化、塑件制品的形状和飞边厚度的波动、脱校斜度及成型后制品的尺寸变
化。
2. 模具设计要点
2.1 方案的确定
结合塑件注射可行性和经济性选择适合方案
2.2 确定型腔分型面及型腔数目
模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型面,
在制品设计时,必须要考虑成型时分型面的形状和位置,否则无法用模具成
型。
2.3 型腔、型芯的结构
2.4 浇口的设计
浇口是浇注系统的关键部分,浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的
质量影响很大。其主要作用有两个:一是塑料熔体流经的通道;二是浇口的
适时凝固可控制保压时间。
2.5 冷料穴的设计
当分流道设计得比较长时,其末端留有冷料穴。其作用是收集塑料熔体
的前锋冷料,以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔,造成充模不足或影响制品
的熔接强度或形成冷疤等缺陷。 3. 模具结构及其工作过程
方法:
1、查阅相关文献,尽量多的了解模具设计的理论。
2、充分利用计算机资源,如网上查阅相关资料,加深对课题的理解;利用计
算机绘图软件绘制装配图;
3、到现场实地考察,使设计能真正满足生产要求。
五、 本课题的进度安排
第05周:到工厂参观实习。
第06周:到各有关工厂参观实习,增加对模具等方面的认识。
第07周:查阅文献,尽量多的了解相关理论,选用比较适本设计的理论。
第08周:写出详细的文献综述,制定工作
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
完成开题报告,进行充电器的
材料分析,设备选择。
第09周:学习Pro/E基本操作,上机模拟练习。计算充电器相关参数。
完成英文翻译。
第10周:画出手机充电器外壳结构,画出三维和二维的零件图。
第11周:学习模具基础知识,确定相关模具的参数
第12周:进行模具相关的参数计算。选择模具的材料以及标准件。
第13 周:利用三维软件画出相关的模具图。仿真开模。
第14周:干涉检验,整改,画出二维模具图。
第15周: 经导师批阅,修改完成论文。
第16周: 检查整个设计过程,提交毕业论文,答辩。
六、 参考文献
[1]詹友刚编著.Pro/ENGINEER野火版基础教程. 北京:清华大学出版社,
2004
[2]舒飞编著.Pro/ENGINEER Wildfire 2.0中文版模具设计白金手册. 北京,中国电力出版社,2005
[3]何满才编著. 模具设计—Pro/ENGINEER Wildfire中文版实例详解. 北京:人民邮电出版社,2005
[4] 党根茂、骆志斌编著.模具设计与制造.西安:西安电子科技大学出版社,
1995
[5] 李德群、肖景容编著.塑料成型模具设计.武汉:华中理工大学出版社,
1990
[6] 黄毅宏编著.模具制造工艺学.北京:机械工业出版社,1986
[7] 郑大中、房金妹、谭平宇编著.模具结构图册.北京:机械工业出版社,
1998
[8] 金涤尘、宋放之编著.现代模具制造技术.北京:机械工业出版社,2000
[9] 彭建声、秦晓刚编著.模具技术问答.北京:机械工业出版社,1996
[10] ABAQUS? User’s Manual, Abaqus Inc., Pawtucket, RI, 2003.
J. N. Goodier, “Thermal stresses and deformations,” J. Appl. [11]
Mech., vol.24, NO. 3, P 467–474, 1957.
[12] Lange, K., “1985, Handbook of Metal Forming”, McGraw–Hill, New York.
[13]Fang-Jung Shiou ? Chao-Chang A. Chen ? Wen-Tu Li,“Automated surface finishing of plastic injection mold steel with spherical grinding
and ball burnishing processes” ,Springer-Verlag London Limited ,2005 指导教师意见
指导教师(签名):
年 月 日
所在系(所)意见
负责人(签章):
年 月 日