MP4外蓋注塑工藝及模具設計何健銘0531092311緒論塑料由于具有密度小、質量輕而強度高、剛度大、絕緣性著色性好、成型方便等優(yōu)點，成為20世紀發(fā)展最快的行業(yè)之一，各色各樣、形狀顏色各異的塑料零件出現在我們的生產生活當中，以塑代鋼、以塑代木已成為一種趨勢。在塑料產品中，小型復雜零件占有相當的比例，其外形尺寸較小、形狀較復雜、精度要求較高、模具設計制造困難，如果模具設計不合理注塑時成品率較低，其模具的設計開發(fā)在生產實際中占有重要的地位。塑料材料因為性能優(yōu)異，加工容易，在塑料、橡膠和合成纖維三大合成材料中，是產量最大、應用最廣的高分子材料。目前，塑料材料的應用領域仍在進一步擴大，已經涉及國民經濟及人們生活的各個方面。高分子材料是通過制造成各種制品來實現其使用價值的，因此從應用角度來講，以對高分子材料賦予形狀為主要目的的成型加工技術有著重要的意義。高分子材料的主要成型方法有擠出成型、注射成型、吹塑成型、壓延成型等，其中注射成型因可以生產和制造較為復雜的制品，在高分子材料的成型中一直占有極其重要的位置1。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，計算機輔助設計和制造在模具生產中已經得到普遍的應用，給模具帶來了深刻變革。隨之近年來塑料制品的應用越來越廣泛，塑料模具行業(yè)得到了快速發(fā)展，注塑模的需求量越來越大，要求也越來越高，復雜的塑料制品在汽車工業(yè)，日常用品領域，電子產品的使用也越來越廣。本文旨在分析MP4播放器外蓋的注塑工藝及其模具設計2。11注塑模模具設計及步驟模具是以特定的結構形式通過一定方式使材料成型的一種工業(yè)產品，同時也是能成批生產出具有一定形狀和尺寸要求的工業(yè)產品零部件的一種生產工具。大到飛機、汽車，小到茶杯、釘子，幾乎所有的工業(yè)產品都必須依靠模具成型。用模具生產制件所具備的高精度、高一致性、高生產率是任何其它加工方法所不能比擬的。模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品開發(fā)能力。所以模具又有“工業(yè)之母”的榮譽稱號。設計步驟（1）對所設計模具之產品進行可行性分析，首先將各組件產品圖紙利用設計軟件進行組立分析，即我們工作中所說的套圖，確保在模具設計之前各產品圖紙的正確性，以確定重點尺寸。（2）在產品分析之后所要進行的工作，對產品進行分析采用什么樣的模具結構，并對產品進行排工序，確定各工序沖工內容，對每一工程所注塑的內容確定好后，包括在成型模中，產品材料厚度的內外線保留，以確定凸凹模尺寸時使用。（3）依產品展開圖進行備料，在圖紙中確定模板尺寸，包括各固定板、卸料板、凸凹模、鑲件等。（4）在備料完成后即可全面進入模具圖的繪制，在備料圖紙中再制一份出來，進行各組件的繪制，如加入螺絲孔，導柱孔，定位孔等孔位，并且在沖孔模中各種孔需線切割的穿絲孔。（5）在以上圖紙完成之后，還需對模具圖紙進行校對，將所有配件組立，對每一塊不同的模具板制作不同的圖層，并以同一基準如導柱孔等到進行模具組立分析，并將各工序產品展開圖套入組立圖中，確保各模板孔位一致以及折彎位置的上下模間隙配合是否正確。12注塑成型原理及其工藝過程塑料注射成型的基本原理就是利用塑料的可擠壓性和可模塑性，首先將松散的粒狀或粒狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具總，經過一段時間的冷卻定型后，開啟模具可從模腔中脫出具有一定形狀尺寸的塑料制件3。塑件的注塑成型工藝過程主要包括填充保壓冷卻脫模等4個階段，這4個階段直接決定著制品的成型質量，而且這4個階段是一個完整的連續(xù)過程。（1）填充階段填充是整個注塑循環(huán)過程中的第一步，時間從模具閉合開始注塑算起，到模具型腔填充到大約95為止。理論上，填充時間越短，成型效率越高，但是實際中，成型時間或者注塑速度要受到很多條件的制約。（2）保壓階段保壓階段的作用是持續(xù)施加壓力，壓實熔體，增加塑料密度（增密），以補償塑料的收縮行為。在保壓過程中，由于模腔中已經填滿塑料，背壓較高。在保壓壓實過程中，注塑機螺桿僅能慢慢地向前作微小移動，塑料的流動速度也較為緩慢，這時的流動稱作保壓流動。由于在保壓階段，塑料受模壁冷卻固化加快，熔體粘度增加也很快，因此模具型腔內的阻力很大。在保壓的后期，材料密度持續(xù)增大，塑件也逐漸成型，保壓階段要一直持續(xù)到澆口固化封口為止，此時保壓階段的模腔壓力達到最高值。（3）冷卻階段在注塑成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設計非常重要。這是因為成型塑料制品只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產生變形。由于冷卻時間占整個成型周期約7080，因此設計良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時間，提高注塑生產率，降低成本。設計不當的冷卻系統(tǒng)會使成型時間拉長，增加成本；冷卻不均勻更會進一步造成塑料制品的翹曲變形。（4）脫模階段脫模是一個注塑成型循環(huán)中的最后一個環(huán)節(jié)。雖然制品已經冷固成型，但脫模還是對制品的質量有很重要的影響，脫模方式不當，可能會導致產品在脫模時受力不均，頂出時引起產品變形等缺陷。脫模的方式主要有兩種頂桿脫模和脫料板脫模。設計模具時要根據產品的結構特點選擇合適的脫模方式，以保證產品質量3。圖11注塑成型工藝過程圖313現代注塑模具設計的技術131計算機輔助技術傳統(tǒng)的塑料注射成型開發(fā)方法主要是嘗試法，依據設計者有限的經驗和比較簡單的計算公式進行產品和工藝開發(fā)。但是在注射成型生產實際中，塑料熔體的流動性能千差萬別，制品和模具的結構千變萬化，工藝條件各不相同，僅憑有限的經驗和簡單的公式難以對這些因素作全面的考慮和處理，應用CAD/CAE/CAM技術從根本上改變了傳統(tǒng)的產品開發(fā)和模具生產方式，大大提高了產品質量，縮短了產品開發(fā)周期，降低了生產成本，強有力地推動了模具行業(yè)的發(fā)展?，F代的模具設計已不再像以前那樣，只是通過單一的二維工程圖紙來抽象的描述整副模具的裝配情況和各個零部件的結構。CADCAECAM等先進技術也逐漸進入了模具行業(yè)并受到了廣泛的應用。塑料制品在現代生活與生產中的應用越來越廣泛注塑成型由于生產效率高、產品質量穩(wěn)定及成本低的特點已成為塑料制品的主要成型手段。塑料注塑模具設計制造的特點是1小批量、多品種2設計具有關聯性；3標準化程度高；4經驗性強。這些特點使得計算機輔助設計CAD、輔助工程CAE和輔助制造CAM技術已成為模具制造與使用企業(yè)必不可少的工具2。目前模具行業(yè)常用的三維CAD造型軟件如PRO/E，UG和CATIA等都帶有專門的注塑模具設計模塊，這些軟件由于價格昂貴每套軟件商業(yè)價達到了幾十萬元人民幣,僅僅大型的模具廠家才使用，而大的中小型企業(yè)要么采用二維設計，要么使用盜版軟件。隨著中國加入WTO，這兩種作法都將使企業(yè)失去國際競爭能力。二維CAD軟件設計效率非常低,二維視圖的設計方法與后續(xù)三維曲面數控加工方法格格不入，而且不能為CAE分析提供初始數據。目前，國內注塑模具三維CAD的研究主要集中在塑料制品造型、成型零件的自動生成等方面，真正基于商品化三維CAD軟件的系統(tǒng)還沒有報道2。131CAE技術其借助于有限元法、有限差分法和邊界元法等數值計算方法，分析型腔中塑料的流動、保壓和冷卻過程，計算制品和模具的應力分布，預測制品的翹曲變形，并由此分析工藝條件、材料參數及模具結構對制品質量的影響，達到優(yōu)化制品和模具結構、優(yōu)選成型工藝參數的目的。模具工業(yè)中CAE軟件以MOLDFLOW軟件為最具代表性，其可以對塑料的澆口位置、壓力分布、冷卻過程以及注射工藝條件等進行模擬分析。找出可能出現的缺陷，提高一次試模的成功率，降低生產成本，縮短生產周期。將CAD技術和CAE技術交互著使用，可以減輕設計者對經驗的依賴程度，提高一次試模的提高一次試模的成功率，大大縮減模具設計的時間，降低成本，提高生產效率。塑料注射模CAE技術的發(fā)展也十分迅速，從上世紀60年代的一維流動和冷卻分析到70年代的二維流動和冷卻分析再到90年代的準三維流動和冷卻分析，其應用范圍已擴展到保壓分析、纖維分子取向和翹曲預測等領域并且成效卓著4。132模流分析智能化高科技的便攜式消費電子產品更新換代周期的縮短,使注塑模具開發(fā)設計時間不斷壓縮,因而必須利用成熟的模流分析軟件對模具設計進行前期的模擬分析，以得到最優(yōu)的設計方案，進而指導模具的加工制造。MOLDEX3D是一款具有強大功能的專業(yè)注射成型模流分析軟件，目前被廣泛應用于注射成型領域的模具設計中。MOLDEX3DSHELL能模擬塑料在注射成型過程中的充填與保壓、成型冷卻、纖維配向及塑料件翹曲分析?？闪硗獯钆涮厥饽K，如仿真氣輔注射成型（GAIM）、多材質注射成型（MCM）及反應注射成型（RIM）。此外,I2接口模塊可鏈接模型充填和結構分析數據，進一步評估塑料件結構和可制造性的交互作用。使用MOLDEX3DSHELL可快速預測結果6。133熱流道技術在歐美國家，注塑生產已經相當的依賴于熱流道系統(tǒng)。目前在國內基本上沒有使用熱流道技術的模具現在已經很難出口，這也造成了很多模具廠家對于熱流道系統(tǒng)的意識上的轉變。但是由于很多外國進口的熱流道系統(tǒng)價格比較貴，國內很大一部分廠家接受不了，所以就出現了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。熱流道技術以無可比擬的優(yōu)越性解決了冷流道中無法解決的問題，主要體現在生產成本，產品質量，生產工藝等方面。（1）冷流道中有冷凝料，會造成材料的浪費。而熱流道中不需要冷凝口，可以節(jié)約預料3050，降低成本30。并且不需要后期加工，可全自動化生產，提高了生產效率2030。（2）型腔內物料溫度及壓力均勻，塑件應力小，密度一致，提高產品的表面質量和力學性能，有效地改變大而薄的塑件的變形。（3）熱流道系統(tǒng)的溫度與噴嘴的溫度相等，避免塑料在流道內表面冷凝現象，壓力損耗小，對于深腔大制品型腔充模起到了很好的作用。且可實現多區(qū)溫度控制，精確控制注塑工藝。14注塑模研究現狀注塑模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，隨著塑膠模具設計工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑膠制品在航空、航太、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用，產品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的塑膠模具設計方法已無法適應產品更新換代和提高質量的要求。電腦輔助工程（CAE）技術已成為塑膠產品開發(fā)、模具設計及產品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經。模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員借助于計算機對產品性能、模具結構、成形工藝、數控加工及生產管理進行設計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本和提高產品質量已成為模具界的共識7。塑料制品在日常社會中得到廣泛利用，模具技術己成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。國內注塑模在質與量上都有了較快的發(fā)展。但是與國外的先進技術相比，我國還有大部分企業(yè)仍然處于需要技術改造、技術創(chuàng)新、提高產品質量、加強現代化管理以及體制轉軌的關鍵時期。關于全國塑料加工業(yè)區(qū)域分布，珠三角、長三角的塑料制品加工業(yè)位居前列，浙江、江蘇和廣東塑料模具產值在全國模具總產值中的比例也占到70?，F在，這3個省份的不少企業(yè)已意識到塑模業(yè)的無限商機，正積極組織模具產品的開發(fā)制造。塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產業(yè)及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛的應用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市場中塑料成形模具產量中約半數是注塑模具。目前，我國模具生產廠點約有3萬多家，從業(yè)人數80多萬人。2005年模具出口74億美元，比2004年的49億美元增長約50，均居世界前列。2006年，我國塑料模具總產值約300多億元人民幣，其中出口額約58億元人民幣。除自產自用外，市場銷售方面，2006年中國塑料模具總需求約為313億元人民幣，國產模具總供給約為230億元人民幣，市場滿足率為735。在我國，廣東、上海、浙江、江蘇、安徽是主要生產中心。廣東占我國模具總產量的四成，注塑模具比例進一步上升，熱流道模具和氣輔模具水平進一步提高。中國塑料模具行業(yè)和國外先進水平相比，主要存在以下問題（1）發(fā)展不平衡。產品總體水平較低。雖然個別企業(yè)的產品已達到或接近國際先進水平，但總體來看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。包括生產方式和企業(yè)管理在內的總體水平與國外工業(yè)發(fā)達國家相比尚有10年以上的差距。（2）工藝裝備落后。雖然部分企業(yè)經過近幾年的技術改造，工藝裝備水平已經比較先進，有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國外，但大部分企業(yè)的工藝裝備仍比較落后。更主要的是，企業(yè)組織協(xié)調能力差，難以整合或調動社會資源為我所用，從而就難以承接比較大的項目。（3）大多數企業(yè)開發(fā)能力創(chuàng)新能力明顯不足。一方面是技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開發(fā)投入少；更重要的是觀念落后，對創(chuàng)新和開發(fā)不夠重視。模具生產技術水平的高低不僅是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，而且在很大程度上決定著這個國家的產品質量、效益及新產品開發(fā)能力。我國目前的模具開發(fā)制造水平比國際先進水平至少相差10年，特別是大型、精密、復雜、長壽命模具的產需矛盾十分突出，已成為嚴重制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，近十余年來，我國對塑料注射成型CAE技術也開展了系統(tǒng)而深入的研究。華中科技大學、上海交通大學、鄭州大學和南昌大學等都相繼取得了可喜的成果。經歷了從二維分析到三維分析，從實用化到商品化，從局部試點到大面積推廣應用的進程，已成為塑料制品設計、模具結構優(yōu)化和工程師培訓的有力工具，HSCAE仿真系統(tǒng)目前已在國內80多家工廠和學校推廣應用8。15注塑模未來的發(fā)展未來幾年，隨著電子電源產品的迅猛發(fā)展和塑料材料技術水平的提高，會有更多的塑料用于電子零部件的制造從而實現電子產品的全塑料化。因此，了解塑料在MP4的應用及其模具設計對電子企業(yè)而言無疑具有重要意義9。注塑工藝及模具設計也在汽車工業(yè)，航天工業(yè)中扮演著越來越重要的角色。當前，我國工業(yè)生產的特點是產品的品種多、更新快和市場競爭激烈，在這種情況下，用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質理好、價格低，因此，模具工業(yè)的發(fā)展趨勢是非常明顯的。塑料模中由于采用熱流道技術，可以提高模具制造的生產效率和質量，并能大幅度節(jié)省制作的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模的一大變革，國外模具已有一半用上了熱流道技術，有的企業(yè)甚至已達80以上，效果十分明顯。國內熱流道模具也已經生產，有一些企業(yè)已達30左右，但是從總上來看，比例還是很低，亟待發(fā)展。塑料模具行業(yè)中壓鑄模的比例將不斷提高。隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展，對壓鑄模的數量、壽命和復雜程度將提出越來越高的要求。隨著以塑料代鋼、以塑代木的發(fā)展和產品零件的精度和復雜程度的不斷提高，塑料模具的比例將不斷提高，其精度和復雜程度也將隨著相應提高。我國的塑料模具行業(yè)要進一步發(fā)展多功能復合模具，一套多功能模具除了沖壓成型零件外，還擔負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務。多色和多材質塑料成形模具也將有較快發(fā)展。這種塑料模具縮短了產品的生產周期，今后將在不同領域得到發(fā)展和應用。在將來的CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢中，逐漸向集成化、智能化、自動化、標準化、網絡化、最優(yōu)化的方向發(fā)展，為工業(yè)設計鋪上一條平坦的道路。16課題研究意義隨著全球經濟化的發(fā)展，新的技術革命不斷取得新的進展和突破，技術的飛躍發(fā)展已經成為推動世界經濟增長的重要因素14。隨著人們生活的水平提高，傳統(tǒng)的守在電視機，電腦旁邊觀看影片已經不能滿足了，現在最求的是在移動中享受快樂，隨著旅游業(yè)服務業(yè)的發(fā)展，掌上影廳逐漸走進人們的生活。從開始的數字步讀機，到MP3的出現，再到MP4。它能夠直接播放高品質視頻、音頻，也可以瀏覽圖片以及作為移動硬盤、數字銀行使用；更有產品還具備一些十分新穎、實用的功能，MP4播放器的最大優(yōu)勢在于體積小巧，攜帶方便，能夠隨時、隨身播放視頻。播放器外殼是保護MP4內部不被損壞的零件之一，從實用角度出發(fā)，播放器外殼具有足夠的強度剛度，能承受一定的抗壓力、音響設備以及電池工作散熱引起的高溫；從外觀角度出發(fā)，播放器需要長時間的不變形、不褪色、不影響MP4的外觀；主要原料與輔助材料均不得含有對人體有害的物質。本次設計基于UG基礎之上，UG是UGS公司開發(fā)的全球最具知名度的高端CAD/CAE/CAM軟件之一。它被廣泛地應用到模具設計與制造域,UG/MOLDWIZARD模塊實現了塑料模具的智能化設計,集成了大量實用的模具設計功能,又有豐富的模具標準數據庫作為支撐,同時采用基于知識工程等技術。靈活地運用UG軟件提供的各項功能,采用合理的模具三維設計方法將極大提高模具設計的效率和質量在UG平臺下之所以能夠高效、高質量地進行智能化模具三維設計,除了UG提供了強大的功能和先進的模具設計方法之外,還得益于UG系統(tǒng)中大量的工程知識庫,如標準模架庫、標準件庫、典型模具機構庫、塑料材質庫、成型設備數據庫、模具制造知識庫等等,在這些知識庫中大量融入了設計師的設計經驗,這些經驗對保證模具的設計質量是必不可少的10。參考文獻1邢文注射成型技術進展J現代塑料加工應用,2002144562匡唐清MP4播放器雙色外殼的注塑模設計華東交通大學機電工程學院,201261181223黃虹塑料成型加工與模具第二版M北京化學工業(yè)出版社,200911114譚雪松,林曉新,溫麗新編塑料模具設計手冊M人民郵電出版社,20071061515李志鋒,張昌明基于逆向工程的注塑模具設計研究,200766王軍,顧凌云模流分析在電子產品模具設計中的應用江蘇聯合職業(yè)技術學院無錫機電分院,201266165）7張玉龍,李萍塑料專用料品種與性能M化學工業(yè)出版社,20101070718付宏生注塑制品與注塑模具設計M化學工業(yè)出版社,20031681759宋玉恒塑料注塑模具設計實用手冊M北京航空工業(yè)出版社,199436437610李軍，張苗根，陳治平基于UG平臺注塑模具設計的實現,成都航空職業(yè)技術學院J200912555811屈華呂塑料成型工藝與模具設計M機械工業(yè)出版社,200012313112徐金瑤,趙巖CAD/CAE在產品開發(fā)及塑料注塑模具設計中的應用J模具工業(yè),2005791213單巖,謝斌飛逆向造型技術基礎M北京清華大學出版社,200614羅華云,孫玲高光注射成型技術的發(fā)展及應用J現代制造技術與裝備,20094192115吳建軍,馬澤恩注塑模冷卻系統(tǒng)二維優(yōu)化設計西北工業(yè)大學,199611845416宗殿瑞,基于UG的某外殼零件注塑模具設計與應用模具工業(yè),20017343617陳志新注塑模冷卻系統(tǒng)