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[摘 要]CAD/CAE/CAM技术的应用从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，推动了模具行业的发展。本设计的研究课题是基于Pro/E的产品设计及塑料模具CAD/CAE/CAM。以Pro/E为设计平台，建立手机的三维几何造型，并进行虚拟装配后生成工程图。选择该手机前壳体零件进行塑料模具设计，详细叙述了分型面选择、模具型腔数目的确定、冷却水道布局以及浇口位置的设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计、标准模架的选用等。对模具进行拔模检测和厚度检测等以及模流分析。另外对复杂曲面的铣削进行模拟仿真。
[关键词]手机造型 塑料模具 模具分析 CAD/CAE/CAM
中图分类号：TG755文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
引言
在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业应广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求，以实现我国模具工业的跨越式发展。
1 Pro/ENGINEER平台的选择
随着设计自动化的不断发展，世界上出现了越来越多的CAD/CAE/CAM一体化设计软件，来自PTC公司的Pro/ENGINEER就是其中最成功的一款设计软件之一。1988年Pro/ENGINEER问世，目前已是世界上最为普及的CAD/ CAM软件，成为事实上的3D CAD一个标准平台。Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件，集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。本次毕业设计选用Pro/ENGINEER作为设计平台。
2 手机的产品设计
本次毕业设计采用自下而上的设计方法，参照《Pro/E实战手机设计——手机设计篇》（人民邮电出版社）给定的尺寸，将一些具有代表性的几何形体定义为特征，并将其所有尺寸作为可变参数，以此为基础进行更为复杂的几何形体构造，建立手机零件的三维实体模型 。在完成所有零件的特征创建之后，使用零件装配模块将所有零件进行安装配合，图1为该型号男式手机装配爆炸图。利用分析（Analysis）功能检查组成装配的各零件之间的干涉情况。虚拟装配完成后在Pro/DETAIL模块中生成工程图，实现该型号男式手机的产品设计。
3 手机前壳注射模的设计
3.1 模塑工艺规程的编制
模塑工艺规程的编制包括塑件的工艺分析、计算塑件的体积和重量、型腔数目的确定、注射机型号的确定等。该塑件是一款直板手机前壳，材料采用聚碳酸脂（PC）加苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚体（ABS），生产类型为小批量生产。根据设计手册可查得PC+ABS的密度为=ρ1.2g/dm3。利用ProE中的分析测量功能，测得塑件的重量为：W= 50.4g。每一副模具中，型腔数目的多少与塑件的尺寸精度、模具制造成本、注射成形的生产效益、制造难度等条件有关，本模具采用一模一腔注塑。设计模具时应满足注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，还考虑到塑件尺寸大小和现有设备等情况，选用注射机为XS—Z—60型。
3.2 射模的结构设计
注射模结构设計主要包括：分型面选择、浇注系统的确定、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
结合手机前壳进行分析，确定以其后端平面为分型面。这种方案使塑件留在下模内，便于其上下两端的侧面分型和抽芯，又便于成型后出件。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°，由于采用一模一腔布置型腔，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，半径R=5 mm。该型号手机前壳塑件前端有一个46mm×4.55mmm的凹槽，其后端有一个1. 5mm×0.5mm的凹槽，均垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具脱出。因此，模具设计时必须设计侧向分型抽芯机构。完成的手机前壳注射模。
3.3 模具加热和冷却系统的计算
本塑件在注射成型时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计算。设定模具平均工作温度为40℃，常用20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产量为（初算每2min1套）0.26Kg/ h。 查《塑料模具设计及制造》表3-26得聚碳酸脂的单位热流量为27×10J/Kg，所以塑件在注射时每小时释放的热量Q3为7.02×104J/Kg。由计算得出塑料注射模时所需冷却介质的体积流量为0.28×10-4m3/min。由体积流量V查《塑料模具设计及制造》表3-27可知4所需的冷却水管直径非常小。故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
3.4 标准模架的选用
手机前壳模具模架等标准件均在Pro/E系统的EMX外挂模块中完成，其流程是：建立一个EMX模具项目→加载一款合适的标准模架→加入模具标准件→模具结构后期局部处理。
4 手机前壳模具分析与检测
使用Pro/E系统的模具检测功能，可以分析零件并查看其是否有足够的脱模角度和合适的厚度。在模具检测选项下，可以选择对模型执行“拔模检测”或“厚度检测”等。
塑料顾问模块是Pro/E系统的分析模块之一，在该模块中，通过用户的简单设定，系统将自动进行塑料射出成行的模流分析，这样在模具设计阶段，能够对塑料在模腔中的填充情况、注射时产生的气泡、融合线、塑料变形等有所掌握，便于及时改进设计。
5 模具上凹模镶块的CAM加工
Pro/E能够生成数控加工的全过程。其工作过程是利用CAD的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后直接调用计算机内的相应的数控编程模块，进行刀具轨迹处理，并动态的显示其刀具的加工轨迹图形。
6 结论
此次毕业设计的产品设计及塑料模具CAD/CAE/CAM都是在Pro/E环境下实现的。由于本人知识有限，实际经验不足，因此我的设计还存在着一些不足之处。通过本次毕业设计，不仅对大学四年所学知识的回顾和总结，而且使我对产品及模具的设计有了更深一步的理解，为今后的工作奠定了一定的基础。
参考文献
[1] 曹岩.Pro/ENGINEER Wildfire产品设计实例精解.机工版，2005.06.
[2] 杜智敏.Pro/ENGINEER野火版中空吹塑，合金压铸模具设计实例.北京：机械工业出版社，2005.
[3] 张滢编著.Pro/E Wildfire数控加工及二次开发技术.北京：机械工业出版社，2005.9.
[关键词]手机造型 塑料模具 模具分析 CAD/CAE/CAM
中图分类号：TG755文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
引言
在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业应广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求，以实现我国模具工业的跨越式发展。
1 Pro/ENGINEER平台的选择
随着设计自动化的不断发展，世界上出现了越来越多的CAD/CAE/CAM一体化设计软件，来自PTC公司的Pro/ENGINEER就是其中最成功的一款设计软件之一。1988年Pro/ENGINEER问世，目前已是世界上最为普及的CAD/ CAM软件，成为事实上的3D CAD一个标准平台。Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件，集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。本次毕业设计选用Pro/ENGINEER作为设计平台。
2 手机的产品设计
本次毕业设计采用自下而上的设计方法，参照《Pro/E实战手机设计——手机设计篇》（人民邮电出版社）给定的尺寸，将一些具有代表性的几何形体定义为特征，并将其所有尺寸作为可变参数，以此为基础进行更为复杂的几何形体构造，建立手机零件的三维实体模型 。在完成所有零件的特征创建之后，使用零件装配模块将所有零件进行安装配合，图1为该型号男式手机装配爆炸图。利用分析（Analysis）功能检查组成装配的各零件之间的干涉情况。虚拟装配完成后在Pro/DETAIL模块中生成工程图，实现该型号男式手机的产品设计。
3 手机前壳注射模的设计
3.1 模塑工艺规程的编制
模塑工艺规程的编制包括塑件的工艺分析、计算塑件的体积和重量、型腔数目的确定、注射机型号的确定等。该塑件是一款直板手机前壳，材料采用聚碳酸脂（PC）加苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚体（ABS），生产类型为小批量生产。根据设计手册可查得PC+ABS的密度为=ρ1.2g/dm3。利用ProE中的分析测量功能，测得塑件的重量为：W= 50.4g。每一副模具中，型腔数目的多少与塑件的尺寸精度、模具制造成本、注射成形的生产效益、制造难度等条件有关，本模具采用一模一腔注塑。设计模具时应满足注射成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，还考虑到塑件尺寸大小和现有设备等情况，选用注射机为XS—Z—60型。
3.2 射模的结构设计
注射模结构设計主要包括：分型面选择、浇注系统的确定、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
结合手机前壳进行分析，确定以其后端平面为分型面。这种方案使塑件留在下模内，便于其上下两端的侧面分型和抽芯，又便于成型后出件。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°，由于采用一模一腔布置型腔，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，半径R=5 mm。该型号手机前壳塑件前端有一个46mm×4.55mmm的凹槽，其后端有一个1. 5mm×0.5mm的凹槽，均垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具脱出。因此，模具设计时必须设计侧向分型抽芯机构。完成的手机前壳注射模。
3.3 模具加热和冷却系统的计算
本塑件在注射成型时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计算。设定模具平均工作温度为40℃，常用20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，产量为（初算每2min1套）0.26Kg/ h。 查《塑料模具设计及制造》表3-26得聚碳酸脂的单位热流量为27×10J/Kg，所以塑件在注射时每小时释放的热量Q3为7.02×104J/Kg。由计算得出塑料注射模时所需冷却介质的体积流量为0.28×10-4m3/min。由体积流量V查《塑料模具设计及制造》表3-27可知4所需的冷却水管直径非常小。故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
3.4 标准模架的选用
手机前壳模具模架等标准件均在Pro/E系统的EMX外挂模块中完成，其流程是：建立一个EMX模具项目→加载一款合适的标准模架→加入模具标准件→模具结构后期局部处理。
4 手机前壳模具分析与检测
使用Pro/E系统的模具检测功能，可以分析零件并查看其是否有足够的脱模角度和合适的厚度。在模具检测选项下，可以选择对模型执行“拔模检测”或“厚度检测”等。
塑料顾问模块是Pro/E系统的分析模块之一，在该模块中，通过用户的简单设定，系统将自动进行塑料射出成行的模流分析，这样在模具设计阶段，能够对塑料在模腔中的填充情况、注射时产生的气泡、融合线、塑料变形等有所掌握，便于及时改进设计。
5 模具上凹模镶块的CAM加工
Pro/E能够生成数控加工的全过程。其工作过程是利用CAD的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后直接调用计算机内的相应的数控编程模块，进行刀具轨迹处理，并动态的显示其刀具的加工轨迹图形。
6 结论
此次毕业设计的产品设计及塑料模具CAD/CAE/CAM都是在Pro/E环境下实现的。由于本人知识有限，实际经验不足，因此我的设计还存在着一些不足之处。通过本次毕业设计，不仅对大学四年所学知识的回顾和总结，而且使我对产品及模具的设计有了更深一步的理解，为今后的工作奠定了一定的基础。
参考文献
[1] 曹岩.Pro/ENGINEER Wildfire产品设计实例精解.机工版，2005.06.
[2] 杜智敏.Pro/ENGINEER野火版中空吹塑，合金压铸模具设计实例.北京：机械工业出版社，2005.
[3] 张滢编著.Pro/E Wildfire数控加工及二次开发技术.北京：机械工业出版社，2005.9.