本科毕业设计论文--笔记本电脑机身外壳凸凹模具设计与加工
笔记本电脑机身外壳凸凹模具设计与加工
摘要
随着社会的不断发展，人民生活水平的逐步提高，各种各样的工业产品出现我们的眼前，以此来满足我们日常生产和生活的需要。其中，在日常生活中我们大家最常见到的就是塑料制品了。塑料的生产和加工需要经过很复杂的成型工艺。顾名思义，塑料制品就是以塑料为主要原材料加工而成的生活用品或者工业用品。塑料的成型工艺是生产和加工塑料制品的基础。塑件的成形种类很多，其中以塑料模塑成形为主，如挤出模塑、压缩模塑、注塑模塑等。它们的共同特点就是利用塑料的成型模具来制造符合要求的塑料产品。而注塑成型的关键在于模具的设计，它在一定程度上影响着模具的优劣好坏。
对于模具的设计与制造技术，传统的方法已无法满足现代社会发展的需要，新的技术正在逐步取代旧的技术。其中最为重要和最具代表性的就是利用UG软件对塑料模具进行设计。UG是目前世界上最普及和最重要的三维CAD/CAM 系统的软件之一，Moldwizard是UG软件中的一个外挂模块，即我们所说的注塑模向导，它可以模拟我们传统的方法流程来进行设计，只要把三维模型做出来，就可以实现与产品参数相关的模具，从而在我国模具设计行业获得广泛应用。
UG的加工模块是整个系统的一部分，我们把产品零件的三维模型加载进去，它就可以模仿真实的加工过程进行加工，最终生成刀具轨迹。数控行业里有很多编程软件，但我认为UG CAM是最有代表性的，它的很多优点是其他软件不能做到的。
关键词：注塑成型，实体建模，模具设计，数控编程
Abstract
With the development of the society and the improvement of
people's living standards, the emergence of all kinds of industrial products to meet our needs.Among them，plastic products is one of the most common and important industrial products, it was based on the plastic as main raw materials and articles for daily use and industrial supplies. Plastic molding process is the foundation of production and processing plastic products. There are many kinds of plastic parts forming, among them is given priority to with plastic molding, such as extrusion molding, compression molding, transfer molding, injection molding, etc. Their common characteristic is the use of plastic molding mold to manufacture a certain shape and size of the plastic parts.And the mould design and manufacture is the key to the injection molding technology,it determines the quality and precision of the plastic products.
The traditional mold design and manufacturing technology have been unable to meet the needs of the development of modern
society.the new technology is gradually replacing the old technology. One of the most important and the most representative is in using UG software to design plastic mold. A series of UG software is one of the world's most popular one of the three dimensional CAD/CAM system software, moldwizard is a series of UG software in injection mold design automation professional application module. It according to the general order of injection mold design to simulate the whole process of design. Only needs to be based on the 3 d entity modeling of a product, you can set up a related to product shape parameters of the three-dimensional entity mold.Which are widely used in the mold design industry in our country.
UG CAM is part of the UG system, It is based on 3 d master model, with a strong and reliable production method, the tool path can
finish milling, turning, such as wire cutting programming. UG CAM is the most representative mould numerical control industry CNC
programming software. Its biggest characteristic is to generate tool path is reasonable, uniform cutting load, suitable for high speed machining. In addition, in the process of processing model, processing technology and tool management, are associated with the main model, after master model changing design, programming to calculate can, so the UG programming efficiency is very high. UG CAM offers a variety of processing type used for rough and finish machining of various kinds of machinery parts.
Key words:injection molding, solid modeling, mold design, nc programming
目录
第1章前言 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2研究的目的和意义 (2)
1.3研究的内容 (2)
1.4研究的方法 (2)
第2章实体建模 (3)
2.1UG软件的介绍 (3)
2.2产品介绍 (3)
2.3具体建模过程 (4)
2.3本章小结 (8)
第3章模具设计 (9)
3.1Moldwizard的介绍 (9)
3.2设计分析 (9)
3.3具体设计过程 (9)
3.4本章小结 (17)
第4章模具加工 (18)
4.1CAM介绍 (18)
4.2加工工艺分析 (18)
4.3具体操作过程 (20)
4.3.1型芯加工 (20)
4.3.2型腔加工 (28)
4.3.3后处理 (36)
4.4本章小结 (38)
总结 (39)
致谢 (39)
参考文献 (40)
第1章前言
1.1课题背景
经过多年的发展，塑料制品的制造，以及模具的制造技术已经得到了完善，它是一门非常综合性的科学技术。
对于传统的模具设计来说，首先工作人员得到是产品相关图纸和产品相关实物等。然后对塑件材料的一些重要性能进行分析，同时也会对模具设计的参数进行分析，例如注塑机的型号、注射压力、锁模力、开模行程、过程控制能力等。要想进入到真正的设计阶段，需要对这些数据进行认真的分析。紧接着设计人员要根据塑件产品图纸上的具体尺寸，逐一地计算和模具型腔、型芯相关零件的尺寸。并且还要从工艺学的角度来考虑他们之间的组合方式，以及其它一些细节尺寸。其次，设计人员需要确定整个模具的设计方案和一些具体参数，例如浇注系统、冷却系统等等，这些在很大程度上都直接与模具设计者的经验有着很大关系，因此所制造出来的模具就和模具设计者的经验有着很大关系。方案确定以后，绘制出相关的图纸，然后把所有图纸送到模具生产厂进行制造生产。模具制造厂把生产好的各种零件进行切削、磨削、抛光后进行组装和总装，装配好后把模具放到注塑机上进行试模。很多时候，试件在性能以及尺寸上都达不到预期的设计要求，所以设计方案就需要进行修改，直到设计出符合要求的模具。然而，这就意味着前面所做的大部分工作全部作废，设计人员需要重新设计和重新试模，显然这对时间和金钱都是一种浪费。
通过以上的分析可以知道，传统的模具设计存在着很大的潜在错误和设计误差，人为的因素占据着主导地位，设计成本高，设计周期长，成功率不高，需要进行反复地试模和返修，以及经济效益不明显。解决以上问题就需要运用新的技术，即我们通常所说的模具CAD/CAM技术。
模具CAD所采用的是产品的三维实体模型，和传统的图纸描述不一样，它是一个三维实体造型的描述，不仅具有三维实体零件的几何尺寸，还具有真实实体的物理特性。它的一部分工作是设计三维图形，此外它还具有分析功能。比如它可以分析模具的壁厚，现有的注塑机能否生产，结构方面是否合理，可能出现缺陷的地方有哪些等等。这样，在设计的时候出现的一些问题可以得到马上修改，而不是和传统模具设计那样，还需经过试模才能确定产品是否合理。只有这样我们才能不走弯路和避免浪费，节省大量的资金和时间。另外，我们还可以将设计好的模具在计算机上进行注塑模拟，检查各零部件之间的运动是否合理。同时，我们还可以在计算机上直接模仿加工模具，生成数控机床所需要的代码。
从以上分析我们可以看出，与传统的设计和制造相比，CAD/CAM技术有着非常大的优点。我们可以通过流动分析、冷却分析，以及动态仿真模拟手段等一次性地完成模具设计，避免了传统设计中的反复修改和返功。为了达到以上目的，我们通过使用UG软件对整个模具的设计和加工过程进行模拟，从而实现模具设计的现代化。
1.2研究的目的和意义
针对传统模具设计存在的一些问题，如设计中存在着很大的潜在性错误和误差，人为的因素占据着主导地位，设计成本高，设计周期长，成功率不高，需要进行反复地试模和返修，以及经济效益不明显等。我们利用UG软件对笔记本电脑机身外壳进行凸凹模具的设计和加工，通过UG的CAD/CAM模块，可以大大的提高设计的效率，从而得到高精度高质量的模具，使模具设计更加面向现代化。
1.3研究的内容
本次课题是对针对笔记本电脑机身外壳的凸凹模具进行设计和加工。首先，根据笔记本电脑机身外壳实物进行三维实体建模。然后，再根据实体模型对该产品进行凸凹模具的设计。最后，对已完成的模具进行数控加工和仿真。
1.4研究的方法
分析该题目所包含的目的和要求，根据指导老师的指导，找到相关方面的图书和资料。首先通过以往课程学到的相关知识，还有图书馆中的书籍，以及互联网数据库等途径查找和研究模具设计方面的知识，特别是注塑模具成形方面。另一方面，通过自学相关软件，从而利用软件进行设计和研究。最终，综合各方面的知识，对笔记本电脑机身外壳进行模具设计。具体的方法如下：首先利用UG软件进行笔记本电脑机身外壳的三维实体造型。然后把三维实体模型加载到UG中,利用UG的注塑模向导模块对笔记本电脑机身外壳进行凸凹模具设计。其主要的过程和步骤包括加载产品和初始化项目、定义模具坐标系、定义成型镶件……确立型芯和型腔等。最后，通过UG的CAM模块，对设计好的模具进行数控模拟加工和仿真，生成数控机床所需要的NC代码。
第2章实体建模
2.1UG软件介绍
UG是一款专门服务于注塑模设计的软件。它为用户的产品设计以及加工提供了很多手段。UG可以很方便地对产品进行三维构建。在初期阶段，它主要用于工作站，但后来随着个人计算机的迅速发展，它在个人计算机领域得到了广泛的应用，已经成为模具设计和制造业的一款主流软件。UG的功能有很多模块组成，在模具设计和NC加工方面提供很方便的途径。在模具设计方面，它主要是模仿传统的模具设计流程，最关键的就是分模过程。分模的大概过程是分析产品、确定模具坐标系、破孔的修补、抽取区域，创建分型线与分型面、分出前后模等。NC加工方面，它是模仿整个数控机床的加工过程，工具零件的加工工艺分析，确定具体的走刀路径，最终生成NC代码。
2.2产品介绍
本课题采用的是HP6930p笔记本电脑机身的外壳，内部结构相对来说比较复杂。产品的一些零部件比较细小，底面以及侧面有许多通孔，另外还有一些曲面形状部分，所以设计和加工的时候需要考虑很多因素。在这里，我们只是把产品的大概形状和尺寸表示出来，然后完成设计和加工，以此来了解和熟悉模具CAD/CAM的各个环节。
图2-1
图2-2
整体尺寸：长330mm,宽240mm,高20mm,厚度2mm
2.3 具体建模过程
具体的建模操作过程主要分为以下几个步骤：
1.首先对整体轮廓进行建模，通过草绘和拉伸把模型的整体外形做出
来。
2.其次是对壳体的表面特征进行建模，如模型底面和侧面的一些通孔和
凸台，依然通过草绘和拉伸来进行。
3.最后对部分区域进行细节的修整，如倒圆角等。
具体的操作过程如下：
1.创建整体轮廓：打开UG软件，点击工具栏上的【新建】图标，设置文件名和路径，点击确认，进入到建模模块。点击工具栏上的【草图】图标，进入草图模块，平面选项选择现有平面，点击确认，进入到以XY平面为基准平面的平面。然后点击工具栏上的【矩形】图标，移动光标，捕捉坐标原点，在宽度上输入330，在高度上输入240，点击【完成草图】图标，草绘完成。点击工具栏上的【拉伸】图标，选择曲线为已草绘完成的矩形，在结束距离上输入20，布
尔运算为无，点击确认。
图2- 3
2．创建壳体：在工具栏里点击【拉伸】按钮，光标点选长方体的上表面，进入草图模块。点击【矩形】图标，在平面上画出一个矩形，长宽暂时不设置。然后鼠标左键点击矩形的长边，按下键盘的D键,屏幕上弹出尺寸对话框，然后再次按下鼠标左键，屏幕弹出编辑长度对话框，在里面输入188，按回车确认。同样的方法设置矩形的宽边为180。再次鼠标左键点击矩形的长边，按下键盘的D键,屏幕上弹出尺寸对话框，然后左键点击模型的长边，继续点击左键，屏幕弹出编辑长度对话框，在对话框里输入20，按回车确认。同样的方法设置矩形宽边与模型的宽边之间的距离为2。然后点击鼠标中键，点击【完成草绘】图标，草绘完成。此时返回到拉伸界面，双击拉伸体的方向箭头，改变拉伸方向，在结束距离上输入18，布尔运算为求差，点击应用，完成拉伸。
图2-4
3.继续创建壳体：使用同样的方法，参考模型的尺寸和约束，创建剩下的壳
体。
图2-5
4.对模型曲面区域进行拉伸：首先要根据已成形壳体的内侧面创建一个基准平面，为草绘和拉伸做准备。点击工具栏上的【基准平面】图标，选取已成形壳体的内侧面，输入距离为0，点击应用，完成基准平面的创建。在工具栏里点击【拉伸】按钮，光标选取已创建的基准平面，进入草图模块。选取交点部分，画矩形，设长为13宽为5，然后画出一个直径为26的圆，以已经创建的矩形的一个顶点为圆心。再然后通过直线段把完成的图形连接起来，最后点击【快速修剪】图标，把多余的线段去除，点击确认，完成草绘。返回到拉伸界面，在拉伸对话框里输入结束距离为326，布尔运算为求差，点击应用，完成拉伸。再次点击工具栏上的【拉伸】图标，选择模型的侧面为基准平面，进入到草绘模块。把模型的显示方式改为静态线框，以利于草绘的完成。点击【圆】图标，以上一个圆弧的圆心为圆心，画一个直径为30的圆。然后通过直线段完成剩下的图形，最后点击【快速修剪】图标，得到符合要求的图形，点击【完成草绘】图标，完成草绘。返回到拉伸界面，在拉伸对话框里输入结束距离为330，布尔运算为求差，点击应用，完成拉伸。
图2-6
5.对部分拉伸体进行阵列：点击工具栏上的【特征实例】图标，在弹出的的该对话框中选择矩形阵列。鼠标点选已创建的拉伸体，弹出相应的对话框。在XC
向的数量中输入4，在XC偏置中输入25，在YC向的数量中输入3，在YC偏置
中输入25，点击确认，完成阵列。
图2-7
6.继续阵列：依据模具尺寸的具体要求，可以使用相同的方法完成剩下的阵列。
7.对模型底面的凸台进行拉伸：在工具栏上点击【拉伸】图标，选择模型的底面为基准平面。将模型显示方式改为静态线框。根据实物的具体形状和尺寸，通过草绘工具栏中的【直线】、【矩形】、【快速修剪】等命令，画出直径为6的圆。点击【完成草绘】图标，返回到拉伸界面，保持拉伸方向，在拉伸对话框里输入结束距离为8，布尔运算为求和，点击应用，完成拉伸。
图2-8
8.继续拉伸：使用同样的方法，根据具体的尺寸要求，对剩下的需要拉伸的凸台进行拉伸。
9.对模型侧面的通孔进行拉伸：点击工具栏上的【拉伸】图标，选取模型的侧面为基准平面，将模型显示方式改为静态线框。根据实物的具体形状和尺寸，通过草绘工具栏中的【直线】、【矩形】、【快速修剪】等命令，画出一个边长为13的正方形，点击【完成草绘】图标，完成草绘。返回到拉伸界面，改变
拉伸方向，在拉伸对话框里输入结束距离为2，布尔运算为求差，点击应用，
完成拉伸。
图2-9
10. 继续拉伸：使用同样的方法，根据具体的尺寸要求，对模型侧面剩下的需要拉伸的通孔进行拉伸。
11.对部分区域进行倒圆角：点击工具栏上的【边倒圆】图标，弹出边倒圆对话框，在半径值里输入1，然后选取一些相关的边，点击确认，进行倒圆角。
图2-10
2.4本章小结
本章主要讲述了笔记本电脑机身外壳的三维建模的具体过程。要熟练地掌握UG建模的各种指令的作用和操作。根据实物的实际形状和尺寸，运用UG里的草绘模块、拉伸模块、实力特征等等，完成每个步骤的创建。特别要注意的是，在草绘时要学会运用尺寸标注和尺寸约束来完成图形的创建。在拉伸的时候注意拉伸方向和距离，一定要明确布尔运算是求和还是求差，这个很重要。在阵列时，要明确坐标系的方向，输入的距离有正负之分，不然阵列会出现错
误。通过实际操作，让我对如何使用UG建模有了一个更加深刻的了解和认识，初步掌握了各工具条的使用，能够完成一般形状物体的实体建模。
第3章模具设计
3.1 Moldwizard的介绍
Moldwizard其实是UG软件的一个外挂模块，它模仿整个模具设计的流程，方便快速地完成注塑模具的设计。基于传统设计流程，它具有很强大的设计功能，用户可以很快速的完成模具的分型、型芯型腔、滑块、推杆、冷却系统、浇注系统等的设计。用户通过它可以很轻松的进行塑料模具的设计。同时，它里面配有常用的模架库以及标准件库，我们可以根据需要随时进行调用，大大的提高了设计人员的工作效率。
3.2设计分析
模具设计是一个相当复杂的过程，这里面需要考虑的问题很多，设计人员只有严格的按照模具设计流程来做，才能尽可能的避免出现错误，否则错误是很难避免的。模具设计前要做出产品的相关3D图以及2D图，然后确定产品的用途，以及收缩率、浇口位置、脱模角、外观有无咬花等特殊要求。本课题是笔记本电脑机身外壳凸凹模具设计，不需要考虑整个模具设计，如其他的模架、标准件、浇注系统、冷却系统等等。我们这里主要使用UG软件进行笔记本电脑机身外壳的凸凹模具的设计。UG分模具有速度快、灵活性大、容易修改等特点，它主要分为手动分模和自动分模两种。UG手动分模是最传统的分模方法，它是在建模模块下直接进行模具设计，它可以完全按照工人的意愿进行设计，但要求工人对模具设计的概念非常清楚。UG自动分模是使用该软件下的注塑模向导模块，进行参数化的模具设计，其工作环境类似于装配，它的分模效率要比手动分模高很多。我们这里采用自动分模。
该产品外形轮廓比较复杂，模型的底面和侧面有许多的通孔和凸台。在进行分模时，如何确定分型线以及分型面主要取决于脱模方向以及产品的具体结构。因为有侧面通孔，脱模时比较困难，所以需要设计滑块，保证脱模的顺利进行。此外，有些区域可以设计在型腔处也可以设计在型芯处，这主要取决于脱模时是否产生倒扣。在确定型腔和型芯区域之前对一些破孔进行修补，否则无法完成抽取。
3.3具体操作过程
1.加载产品和项目初始化
打开UG NX,在工具栏里点击【打开】图标，打开所要加载的产品。然后点击工具栏上的【开始】图标，在下拉菜单里选择注塑模向导，进入到相关界面。点击工具栏上的【项目初始化】图标，弹出相应的对话框，同时加载的产品模型被选中。在对话框中输入项目的路径及名称，设置材料，把项目单位设
置为毫米，然后点击确认。
图3-1
2.定义模具坐标系统
点击工具栏上的【WCS动态】图标，工作坐标系显示为动态。选取模型最上面一层上的任何一个点，此时动态坐标位于该点上。然后在工具栏里点击【模具CSYS】按钮，弹出模具CSYS对话框，选取产品体中心，锁定Z位置，点击确认。再次点击工具栏上的【WCS动态】图标，工作坐标系显示为动态，双击Z轴，改变Z轴方向，同时旋转XY轴，使X轴与模型的宽边平行，使Y轴与模型的长边平行，点击鼠标中键确认。在标题栏里点击【信息】图标，选择点，弹出点对话框。光标捕捉模型最下面一层上的任何一个点，弹出点的信息。查看ZC的值是否为0，如果不为0，需要再次调整坐标系，使其坐标原点位于模型的最下面一层上，以此完成对坐标系的验证。
图3-2
3.定义成型镶件
点击工具栏上的【工件】图标，弹出工件对话框，在开始里输入30.在结束里输入50，点击应用，得到成型镶件。