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基于PROE的手机外壳注塑模设计


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基于 PRO/E 的手机外壳注塑模设计
摘要: 摘要 基于 pro/e 的音箱面板注塑模设计是对传统设计的创新,利用 pro 软件完成注 塑模的各个环节的设计,先进行塑件的设计,然后 pro/e 根据塑件的形状可以生成型 心和型腔,最后在标准模架

系统下生成型心、型腔和标准模架的装配图,完成整个模 具的设计。pro/e 是美国 ptc 公司开发的三维设计软件,自问世以来,对机械、电子、 汽车、家电以及航空航天等各行各业产生了深远的影响。 Pro/e 功能强大,囊括了零件设计、产品组立、模具开发、NC 加工、板金件设 计、铸造件设计,造型设计、自动测量、机构仿真设计、应力分析、数据库管理等多 种功能。它的出现改变了传统的 CAD/CAM 作业方式,参数花设计及全关联性数据库使 产品的设计变得更加容易,大大缩短了用户开发产品的时间。但是,这一切都是建立 在对传统的注塑模设计方法的熟练掌握的基础上。只有熟悉注塑材料知识和通晓常规 设计的人,才能更好地应用和掌握 Pro/e 技术,才能在注塑模设计和制品生产中创造 辉煌业绩。 关键词:PRO/E 关键词 手机外壳 注塑模

1 引言
1.1 关于 PRO/E 设计软件
PRO/ENGINEER 是有美国 PTC 公司推出的液体套三维的 CAD/CAM 参数化软件系统, 其被容涵盖了产品概念设计,工业造型设计,三维模型设计,分析计算,动态模拟与 仿真, 工程图的输出, 生产加工产品的全过程, 其中还包括了大两的电缆和管道布线, 模具设计与分析等使用模块。应用领域涉及到了航空航天,汽车,机械,数控(CNC) 加工,电子等诸多行业。 PRO/E 软件是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统。工程设计人员采 用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型 ;另外,PRO/E 是建立在统一基础上的 单一数据库。所谓单一数据库就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用 户不管是哪一个部门都为一件产品造型而工作。这使得设计更优化 ,成品质量更高, 价格也更便宜。PRO/E 功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型、三维上色实

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体或线框造型和完整工程图及不同视图。PRO/E 是一个功能定义系统,即造型是通过 各种不同的设计专用功能来实现,其中包括:筋、槽、倒角和抽空等。通过标准数据 交换格式,PRO/E 还可以输出三维和二维图形给予其它应用软件 ,诸如有限元分析及 后置处理软件等。以上功能模块可以对使塑料产品造型、分型面的提取、模具结构三 维设计、模具装配及模具动作情况进行模拟,检查是否干涉等变得更加方便可靠。 PRO/E 软件的这些功能模块在注射模具设计中的优势体现得更加淋漓尽致。

1.2 关于 EMX 模具装架系统
注塑模具设计专家(EMX)是一个基于知识库的模架装配和细化工具,它增强了 PRO/E 的模具设计功能。使用 EMX 进行注塑模设计,能够简化模具设计过程,提高 生产效率。EMX 装架系统有以下优点: 1. 可以快速选取标准模架和配件 2. 根据选取的顶杆规格,自动切出相应的孔位及沉孔 3. 按照预先定义的曲线轻松设计冷却水孔,并自动安装水管堵头 4. 自动生成装配图、零件图及 BOM 下料单 5. 完整的滑快、开模、斜顶等结构 6. 自动生成各类零件,并放置在相应的图层中 但是由于本人所学知识有限,不能完全运用其强大功能,请各位老师见谅。

1.3 关于模具的简介
模具是工业生产的重要装备,它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在 各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具,75%以上的金属制品(含半成品) ,95% 以上的塑料制品是通过模具(包括压延辊筒)来成型的,如金属制品成型的压铸模、 锻压模、浇铸模、非金属制品成型的玻璃模、陶瓷模、塑料模等。每种材料成型模具 按成型方法不同又分为若干种类型。 采用模具生产制件具有生产率高,质量好,切削少,节约能源和原材料,成本 低等一系列的优点,模具成型已成为当代工业生产的重要手段,成为多种成型工艺中 最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业,它对国民经济和社会的 发展起着越来越大的作用。注塑成型作为一种重要的成型加工方法,在家电行业、汽 车工业、机械工业等都有广泛的应用,且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性

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高、生产率高和消耗低的特点,有很大的市场需求和良好的发展前景。 模具根据工艺方法和加工对象的不同,一般分为:冲模、压铸模、锻模、塑料 模和粉末冶金模等。 本次设计中, 所采用的是塑料模。 塑料模是用于生产塑料制品的主要工艺装备, 使用塑料模具进行生产具有制造简便、生产效率高、原材料利用高等优点。用塑料模 生产塑料制品,主要是利用塑料在高温条件下具有的流动性和可塑性,将其成型为具 有一定形状, 并通过塑料的化学或物理变化定型为塑料制品。 塑料又可以分为压塑模、 压注模、挤出模、注塑模等。在这个设计中,采用的是注塑模,它是成型热塑性塑料 件和热固性塑料件的模具,是应用最为普遍的塑料模具加工方法之一。

2 注塑模具设计的基础知识
2.1 塑料的基本性能
塑料是以高分子量合成树脂为主要成分,在一定条件下(如温度、压力)可塑 制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。塑料按受热后表现的性能不同,可以 分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。塑料都是以合成树脂为基本原料,并加入一定 的填料、增塑剂、染料、稳定剂等各种辅助料而组成的。不同品种牌号的塑料,由于 选用的树脂和辅助料的性能、 成分、 配比以及塑料的生产工艺的不同, 则其使用性能、 成型性能及工艺特性不同。所以在设计模具时,必须了解所用塑料的工艺特性。 设计塑料音箱面板时选用 ABS,ABS 材料的物理力学主要性能: : 相对密度:1.05~1.07
-5

导热系数(10-2×K/(m.K)):13.8~31.2

线胀系数(10 ×1/K) :5.8~8.6 吸水率(24 时) (%) :0.20~0.45 成型收缩率(%) :0.5~0.7 硬度:R108~R115(洛氏) 摩擦系数(与钢) :0.50 拉伸强度 MPa:43.5~55.2

拉伸弹性模量(102×MPa) :22.8~27.6 断裂伸长率(%) :5~20

2.2 塑料制品的成型方法
塑料制品的生产是把成型所需的塑料原料装入各种形式的成型模具中,并使 之硬化成要求的形状。在一般情况下,热固性塑料主要采用压缩和压注成型,而热塑

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性塑料主要采用注塑和挤出成型。

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2.3 塑料成型的常用设备
1.液压机 液压机是热固性塑料压缩和压注成型的主要设备。 2.挤出机 是挤出出成型的主要设备。 3.注塑机 是热塑行塑料和部分热固性塑料注塑成型的主要设备。

3 手机外壳塑件
3.1 手机外壳塑件分析
1. 表面质量分析 该零件长宽尺寸较小, 但高度尺寸相对较大, 无特殊尺寸精度和表面质量要求。 2. 塑件壁厚 塑料制品应该有一定的厚度,这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的 强度和刚度,而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。 3. 尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程 度。一般而言,塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围 大小,模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。而模具的某些结构特 点又在相当大程度的影响塑件的尺寸精度。故而,塑件的精度应尽量选择的低些。

3.2 创建手机外壳的三维模型
(1) 设 置 工 作 目 录 为 “ 手 机 外 壳 ” 新 建 文 件 “ 毕 业 设 计 ” , 选 取 模 板 , “mmns_part_solid”

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(2)单击【拉伸工具】命令 ,草绘拉伸轨迹

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(3)草绘拉伸矩形拉伸高度为 42mm

(4)单击【拉伸工具】命令

,草绘另外一个拉伸轨迹

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(5)拉伸厚度为 64mm

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(6)对刚刚创建的两个曲面进行合并

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(8)对棱边进行倒圆角,半径为 R=20mm

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(9)加厚曲面,厚度方向向内 d=1.5mm

(10)对外棱边进行倒圆角 R=2.5mm

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(11)创建平面 DTM4 和 DTM5,并用两平面创建基准轴,如下图所示

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(12)创建拉伸孔

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(13)创建拉伸实体,拉伸至曲面

(14)对拉伸实体和曲面实体交界处进行过度倒圆角 R=0.5mm

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(15)对外壳外边缘倒圆角,R=0.3mm



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(17)完成鼠标外壳的创建并保存即可

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4. 塑料顾问

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Pro/ENGINEER wildfile3.0 软 件 的 塑 料 顾 问 分 析 是 MOLDFLOW 公 司 的 MPA (Moldflow Plastic Adversers) 软件中的 PART ADVISERS, Pro/ENGINEER wildfile 是 的外挂软件之一,它提供注塑成型过程中的模拟分型功能,使设计人员对塑料在型腔 内的填充情况有所了解。 塑料顾问用于评估注塑工艺的每次设计更改所一它是与注塑设计有关的行业节约成 本和时间的有力工具。设计人员可方便地选择材料和提议的浇口位置,塑料模设计顾 问则在屏幕上填充模具的动画功能。下面是本设计中应用塑料顾问的结果图片。

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5.鼠标外壳的分模设计
(1)进入注塑模具设计环境

(2)选取模板

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(3)单击右方零件图标 选择 mouse.

,弹出【打开】对话框,同时弹出【布局】对话框。

Prt 文件,单击【打开】按钮,进入【创建参照模型】对话框,默认

【参照模型名称】 文本框中给出的名称, 默认选中 【参照模型类型】 选项区域中的 【按 参照合并】单选按钮,单击【确定】按钮 (4)创建参照模型

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(5)单击设置收缩图标,弹出【选取】对话框,选择任何一个参照模型,选中则变 成红色, 接着弹出【按比例收缩】对话框,选中参照模型的坐标系,在收缩率文本 框中输入 0.006,单击完成图标。 这样,就完成了全部两个零件的收缩率设置

(6)导入鼠标零件模型

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(7)创建自动工件,XY 方向尺寸分别为 260mm 和 300mm,Z 轴正向为 20mm,反向为 50mm

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(8)利用裙边进行分模

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(9)点击

抽取模具元件,全选

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(10)在 RIGHT 基准面草绘,完成后点击旋转,创建主流道

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(11)铸模

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(12)对顶端的体积块进行分模,点击

进行定义移动和定义间距

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(13)成功分模

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6.塑模计算
6.1 塑模分析
(1)明确塑件设计要求

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音箱面板尺寸精度的要求不高,但要求内部表面光滑,并且朴素大方,由于形 状比较复杂,故采用热注塑成型。 (2)计算塑件的体积和质量 该产品所使用的材料为 ABS,查手册得知其密度为 1.05g/cm?~1.07g/cm?,收 缩率为 0.5%~0.7%,计算出其平均密度为 1.06/cm?,平均收缩率为 0.6%。

由软件计算出 V =

42cm?

M = ρV =1.06×42 = 48 g 由于是一模两件,故总体 V=84 cm?

注塑机的确定: 6.2 注塑机的确定:
根据塑料制品的的体积或质量查有关手册选定注塑机型号为:G54-S200/400 注塑机的参数如下: 注塑机的额定注塑量 200~400 cm? 注塑压力:109 Mpa 模板最大行程:260 mm 注射行程:160 mm 螺杆直径:55 mm 锁模力:2540 KN; 最小模厚:165 mm 最大模厚:406 mm 最大成型面积:645 mm 注塑机定位孔直径:Φ250mm 喷嘴圆弧半径:18 mm

喷嘴孔直径:Φ4mm 注塑机拉杆的间距:290×368/mm×mm

模具接够采用一模两件,采用热塑性注塑模,侧浇口浇注系统结构。

7.注 7.注塑机参数校核
7.1 最大注塑量校核

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注塑机的最大注塑量应大与制品质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边) 通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的 80%,所以,选用注塑机最大注塑量 应: 0.8M 机≥M 塑+M 浇 式中:M 机-注塑机的最大注塑量 M 塑-塑件的质量 M 浇-浇注系统的质量 0.8 M 机=0.8×320=256 因为 0.8 M 机≥M 塑+M 浇= M 塑件+M 浇=150 g g g

所以,注塑量满足使用要求。

7.2 锁模力校核
F 锁>P 模 A 式中:P 模-熔融型材料在型腔内的压力(20~40)MPa A- 塑件浇注系统在分型面上的投影面积之和 cm2 F 锁-注塑机的额定锁模力 故 F 锁>P 模 A=20×73=1460 KN

此处选定的注塑机额定锁模力为 2540 KN,满足要求。

7.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
(1)模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合 模具长×宽<拉杆面积 模具长×宽为 100×200(mm×mm)<注塑机拉杆的间距 290×368× (mm×mm) 故满足要求。 (2)模具闭合高度校核 模具实际高度:H 模=225 mm 注塑机的最小闭合高度:Hmin=160 mm 注塑机的最大闭合高度:Hmax=333 mm

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因为 Hmin<H 模<Hmax, 故满足要求。

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7.4 开模行程校核
所选注塑机的最大行程与模具厚度有关,故注塑机的开模行程应满足下式: S 机-(S 模-S 最小)>H1+H2+(5~10)mm 因为 S 机-(S 模-S 最小)=666-(225-160)mm=601 mm H1+H2+(5~10)mm=160+70+5=235 mm 故满足要求 式中:H1-推出距离 H2-包括浇注系统在内的塑件 S 机-注塑模最大开模行程 mm mm mm

8.浇注系统设计 8.浇注系统设计
主流道设计 8.1 主流道设计
〈1〉浇口套进料口直径 D= d+(0.5~1)mm =4+1=5 mm d 是注塑机喷口直径 〈2〉球面凹坑半径 R R= r +(0.5~1)mm =18+1=19 mm r 是 注塑机喷嘴球头半径 〈3〉浇口套与定模板的配合 两者的配合可采用 H7/ m6 , 浇口套与定位圈的配合可采用 H9/ f8

8.2 分流道设计
分流道设计要点: 1、在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下,分流道截面积与

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长度尽量取最小值,分流道转折处应以圆弧过度。 2、分流道较长时,在分流道的末端应开设冷料井。 3、分流道可以开设在定模板上或动模板上 4、分流道与浇口连接处应加工成斜面,并用圆弧过度。

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8.3 浇口设计
因为对外表面要求不高,所以采用侧浇口比较简单。

8.4 浇口位置选择
(1)浇口的位置应使填充型腔的流程最短 (2)浇口设置应有利于排气和补缩 (3)浇口设置选择要避免塑件变形 (4)浇口设置 应减少或避免产生熔接痕

8.5 冷料井设计
在完成一次注塑循环的间隔,考虑到注塑机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因 辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度, 从喷嘴端部到注射机料筒以内约 10-25mm 的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内 的塑料的流动性能及成型性能不佳,如果这些温度相对较低的冷料进入型腔,便会产 生次品。为克服这一现象的影响,用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进 入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料 井,冷料井一般开设在主流道对面的动模板上(也即塑料流动的转向处),其标称直 径与主流道大端直径相同或略大一些,深度约为直径的 1-1.5 倍,最终要保证冷料 的体积小于冷料穴的体积,冷料穴有六种形式。由于本次设计我采用的是侧浇口,所 以,需要冷料井。

9.分型面的选择
分型面的选择原则: (1)应有利于脱模即分型面应取在塑件尺寸最大处、塑件留在动模部分,

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间部位. (2)利于保证塑件的外观质量和精度要求 (3)应有利于成型零件的加工制造 (4)有利于侧向抽芯

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开模斜度较小时或塑件较高时,为了便宜脱模,可将分型面选在塑件的中

10. 脱模机构设计
设计原则: 因为塑料收缩时包紧凸模,所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。 (1) 顶出力作用在塑件刚性和强度最大的部位,如加强肋、凸缘、壁厚等处, 作用面积也尽可能大一些,以防止塑件变形和损坏。 (2) 为保证良好的塑件外观,顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响 不大的部位。 (3) 本次设计当开模时推杆推动,使 8 个推杆向上移动,顶出塑件。

11.冷却装置设计 11.冷却装置设计
冷却水孔的设计原则: (1) 冷却水孔数量应尽可能的多, 孔径尽可能的大。 冷却水孔中芯线与型腔 壁 的距离应为冷却水道的 1~2 倍(通常 12mm~15mm) ,冷却水道之间的中芯距 约为水孔直径的 3~5 倍。水道直径一般在 8mm 以上。 (2) 冷却水孔至行腔表面的距离应尽可能相等。 (3) 浇口处要加强冷却。 (4) 冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位,以防止漏水 (5) 冷却水孔应避免设在塑件的熔焊处。 (6) 进出水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧 (7) 本次设计的音箱面板,由于每次生成两个制品,且制品的发热量较大,为 了不影响产品质量,需要对模具加冷却水道。

12 模具成型零件的设计
模具型腔元件与模座的装配设计 12.1 模具型腔元件与模座的装配设计
1.EMX 的项目准备

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(1)定义新项目。



2











使











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2.加载标准模架,对加载体积块的板进行修改,添加浇注系统组件。 单击 EMX5.0 图标,选择【模具基体】【组件定义】命令,弹出【模具组件定义】 ,

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模架选择以后,可以对 A 、B 板的厚度和模架的整体尺寸进行选择和修改。 在选择好模架以后,要进行定模侧定位环和浇口衬套的加载。其中,浇口衬套的直径 应该比注塑机注塑口的直径大 1-2 毫米。

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单击确定,系统则自动进行模架的生成。

3.冷却水道的建立

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4.推出机构设计 隐 藏 型 芯 上 部 分

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单 击

, 选 中 创 建 好 的 基 准 点 即 可 生 成 顶 杆

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5.完成后的三个平面视图

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6.爆炸图

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总 结

历经近三个月的毕业设计即将结束,敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。 在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具和 PRO/E方面的资料,请教各位 老师和同学有关这两个方面的问题,虽然刚开始做设计时感到很吃力,但是随着设计 的不断深入,思路更加清晰。而且坚定了以后学习、工作当中使用三维软件进行各种 设计的信心。通过这次设计使我对塑料模具设计的各种成型方法,成型零件的设计, 主要工艺参数的计算,产品缺陷及其解决办法,模具的总体结构设计及零部件的设计 等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛,掌握模具的 设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。随着不断的接触PRO/E,更 让我感到它是一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件系统,内容之多,应用范围之 广,不愧为三维软件系统中的一面旗帜。 从陌生到开始接触,从了解到熟悉,这是每个人学习事物所必经的一般过程,我 对模具和PRO/E的认识过程亦是如此。经过三个月的努力,我相信这次毕业设计一定 能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号,更重要的是我具备了一些设计的能力和设 计思想。为将来的事业奠定坚实的基础。

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我所做的这个设计还有很多欠缺的地方,在今后的学习工作中要注意这些方面的 培养,使自己达到更高设计水平,一定可以在一定程度上提高设计效率,优化设计方 案,缩短设计周期。





本次设计本文从拟定题目到定稿,历时数月。不仅拓宽了我的知识面,巩固了以 前所学的专业知识,更重要的是锻炼了我独立思考问题的能力。在这次设计过程中得 到了王睿老师以及许多同学的帮助,特别是王睿老师,在资料很少的情况下,他帮我 收集了一些很重要的信息,提供了很多的意见和建议,使我受益匪浅。没有王老师和 同学们的鼎立相助我也无法在短时间内顺利完成毕业设计。在此,谨向王睿老师及所 有关心、帮助过我的同学表示真挚的感谢和敬意。由于本人缺乏一定的实践经验,且 所学的知识有限,设计过程中难免存在一些问题和不足,希望诸位老师和同学不吝赐 教,及时给于批评、指正。 毕业将至,我将走上工作岗位去运用所学的知识并不断丰富自己的知识,在此, 再次向本次设计指导老师王睿老师,及给予设计很多帮助的人们表示由衷的感谢。

参考文献
【1】 张克惠编著.注塑模具设计.西安:西北工业大学出版社,1995 【2】 【3】 【4】 【5】 邱会明编著.注塑零件和注塑模具:电子工业出版社,2007 杨占尧主编.产品造型与模具设计精解及案例:化学工业出版社,2005 牛宝林编著.PRO/E模具设计实例教程:清华大学出版社,2007 陈为 谢玉书编著.PRO/E模具设计实例教程:清华大学出版社,2006

【6】 唐俊编著.PRO/E实例教程:清华大学出版社,2004 【7】 姜俊杰编著.PRO/E高级实例教程:中国水利水电出版社,2004 【8】 凯德编著.精通PRO/E模具设计篇:中国青年出版社,2007 【9】 李军编著.精通 PRO/E 模具设计篇: 中国青年出版社 ,2004 【10】 J.Harry Dobois,Plastic Mold Engineering Handbook,VAN NOSTRAND RENHOLD COMPANY,1978. 【11】 Kaizhi Shen calculation of ejection force of hollow,thin walled,and injection moulded cones,Plastics Rubber and composites.1999(28)7 【12】 Dym,Joseph B.Injection molds and molding.Canada.Van Nostrand Reinhold ltd.1999

书( 本 科 毕 业 设 计 说 明 书( 论 文 )
Abstract

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Pro/E is a powerful software of 3D feature parameterization modeling, Based on pro / e of the speaker panel the pipe tee injection mold design of traditional design innovation use pro software Injection Mold completed in all aspects of the design, conduct plastic parts design, Then pro / e based on the shape of plastic parts can be generated - heart cavity and, finally, the standard mold-forming system next life. standard mold cavity and the frame assembly, complete mold design. Pro / e of the United States ptc company developed 3D design software, since the inception of machinery, electronics, automobiles, electric appliance and aerospace and other industries have had a far-reaching impact. Pro / e powerful, won a parts design, product group up and die development, NC machining, sheet metal design pieces, Casting pieces of design, modeling, automatic measurement, institutional simulation design, stress analysis, database management, and other functions. He changed the traditional CAD / CAM process. Parametric Design and relevance of the whole database to enable the design of the products becomes easier, greatly reducing the user product development time. However, all this is based on the traditional method of injection mold design proficiency in the foundation. Only familiar with the injection materials proficient knowledge and conventional design people can better grasp and application of CAD technology, can injection mold design and production of injection molded parts to create a splendid performance

Keywords

PRO/E

Speaker box Panel

Injection Mold


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