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UG课程设计
UG/CAD课程设计说明书
基于UG/CAD的华硕笔记本K40AB缓冲包装设计
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目录
1、UG/CAD简介
1.1CAD的概念
1.1.1国外CAD的发展概况
1.1.2国内CAD的发展概况
1.2UG的概念
2、基础参数的选择
2.1产品的特征参数
2.2华硕K40AB脆值的确定方法
2.3缓冲材料的确定方法
2.4缓冲衬垫承载面积及厚度计算
3、UG工程模型
3.1产品模型
3.2缓冲结构模型
3.3缓冲结构三视图
3.4装配图
3.5爆炸图
4、产品的外包装设计
4.1外包装材料的选择
4.2外包装尺寸的计算
4.2外包装的CAD图
参考文献
1、UG/CAD简介
1.1CAD的概念
随着计算机软硬件的飞速发展,数据库技术和网络技术的日新月异,计算机己渗透到社会的各行各业,其应用范围日益扩大和深入。
计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)是利用计算机系统来辅助工程设计和产品设计的技术,是将计算机及其相关技术有机地综合应用到设计的各个阶段和环节上,形成优质、高效的集成系统来完成整个设计过程。
CAD技术建立在计算机软硬件技术基础上,同时吸收了与设计技术相关的其他学科的理论与技术,如数值分析、计算几何与图形学、信息处理、有限元与边界元方法、优化设计理论、可靠性设计、系统工程及设计方法等,摆脱传统的静态分析、经验计算、近似设计、方案比较等框架,进入动态分析、数值仿真、精确分析、优化设计的新阶段。
采用CAD使技术人员从劳动量大,重复性强的手工设计中摆脱出来,从事更有创造性的环节,优质高效地完成设计任务。
1.1.1国外CAD的发展概况
借助计算机技术技术,国外包装行业自动化、计算机化程度越来越高,正朝着网络化、信息化、智能化方向发展。
纸包装领域已推出数百种包装纸盒、纸箱CAD/CAM软件,如AutoCAD、ELCEDE、KRUSE、BARCO、LASERCOMB、CAPE、ERPA、MARBACH、SERVO、OVATION、BACHER、CSE、KONGSBERG等比较流行,应用较广。
软件采用人机对话操作方式,可用键盘、鼠标在屏幕上任意设计纸包装结构图、排料方案、印刷图案,可调用盒片图形库来选择盒型结构,可打印纸盒平面展开图、输出模切排料图、印刷轮廓图及背衬加工图,可将设计图形和数据传递给绘图机、打样机或模切板和背衬加工设备,保证与印版一致,提高纸盒精度。
纸盒、纸箱软件发展已较成熟,但结合缓冲设计的就较少,其中功能比较完善的是日本三菱电机商品研究所开发的瓦楞纸板包装CAD系统。
此软件具有缓冲设计、外包装设计和检验装载效率、装载模式功能。
缓冲设计是按棱角跌落法,利用缓冲系数和动态应力关系计算所需的纸板厚度及受压面积,进行缓冲参数设计。
外包装设计是按物流环境和纸箱形式求出堆码时纸箱抗压强度,再用凯里卡特公式逆运算,算出原纸静态抗压强度,并与存储在数据库中的标准原纸构成及抗压强度相比较,选择较合理的原纸构成。
检验装载效率和装载模式时,根据采用单纯模式和节省装载空间的原则,检验其托盘运输、卡车运输和海上集装箱运输的装载数量和装载效率
1.1.2国内CAD的发展概况
我国包装产业由于起步发展晚,和发达国家相比较差距较大。
随着包装行业技术人员的共同努力,包装CAD产业化得到了迅速发展,并取得了一定的成果。
北大方正FounderPack系统是我国第一个自行开发的基于中文平台的专业包装设计系统,系统集纸盒结构设计、装演设计和彩色印刷为一体。
依据包装纸盒的结构特点,提供灵活方便的图形设计工具,能较方便、高质量、高精度地完成包装纸盒的结构设计及制图;开放性好,可输出通用的数据格式,与不同应用平台上的多种图形图象相结合,灵活方便地处理包装版面中高质量的文字、图形及图象信息;可交互地在计算机屏幕上进行整页拼版,而不必进行繁琐的连晒操作:
在制作阶段,能输出包装纸盒的模切数据,并将模切数据以加工代码输出来直接控制激光加工设备开模。
系统使印前的平面设计和制作与印后的加工环节通过计算机有机地连接起来,全面地提高了包装质量。
方正包装系统能以数字化手段精确地控制包装设计、制作及加工的各个环节,使我国的包装CAD技术向集成化方向迈出可喜的一步。
在缓冲包装设计领域,目前尚未开发出比较成熟、能够投入生产的软件。
针对运输包装的系统主要是进行缓冲设计与校核、优化纸箱结构等。
我国包装领域专家们为缓冲包装CAD的发展提出了宝贵的意见。
智文广、刘志鹏老师提出了缓冲衬垫精确设计法,考虑产品重心,并给出了重心设计方法及步骤。
王保升老师提出了缓冲包装软件开发应该注意的问题,为缓冲包装软件的开发提供了一条可行的思路。
卢立新等介绍了基于图形库与数据库的缓冲包装系统的总体结构、功能模块以及关键技术。
1.2UG的概念
UG是一套集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化软件,具有强大的建模、分析和加工功能。
其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点,采用尺寸驱动技术,具有全相关的参数化功能,是一种“复合建模”工具。
应用UG的建模功能,设计工程师可快速进行概念设计和详细设计,交互建立和编辑各种复杂的零部件模型。
根据已建立的三维零件模型,UG的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图;也可以对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析,进行设计评估和优化;同时,还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理,直接生成数控程序,用于产品的加工。
在建立三维数据模型时,模型的性能直接影响到模型的可编辑性以及在各相关应用中的处理速度。
本课程设计集合UG/CAD的优点,对所选的产品进行建立模型和平面展开图的设计。
2、基础参数的选择
2.1产品的特征参数
本次缓冲包装设计的产品为华硕K40AB型笔记本,它的外观尺寸和重量见下表1:
表1笔记本的尺寸及重量
电脑尺寸(mm)
L:
345B:
249H:
31—35.5
电脑重量(kg)
2.4
2.2华硕K40AB脆值的确定方法
产品脆值的确定方法可分为冲击试验法、缓冲实验法、经验法、查表类比法等。
而本次设计采用的是查表类比法,依据的是《中国推荐使用的脆值使用表》,如表2所示。
为确保设计的安全,在这确定音箱的脆值G=70g。
表2中国推荐使用的脆值使用表
表2中国推荐使用的脆值使用表
2.3缓冲材料的确定方法
笔记本是伴随着台式计算机的发展而发展起来的,其种类繁多。
造型各异,但作为电子产品,其缓冲包装的方式却比较单一。
目前笔记本的包装大多采用泡沫塑料缓冲包装结构,其中又以EPS(发泡聚苯乙烯)和EPE(发泡聚乙烯)结构最为常见,前者成本较低,故采用EPS做缓冲材料。
2.4缓冲衬垫承载面积及厚度计算
本次设计采用EPS衬垫做局部缓冲包装。
根据笔记本的重量,查得笔记本在运输过程中可用的跌落高度H=60cm。
依据EPS的缓冲系数—最大静应力曲线,采用最小系数法进行尺寸计算。
笔记本的质量:
W=mg=2.4Kgx9.8N/Kg=23.52N
由EPS(聚苯乙烯发泡塑料)的缓冲系数—最大静应力曲线(密度为0.012g/cm3)可知:
最小缓冲系数C=3.7,对应的应力值为
=2x105Pa。
此时衬垫最小承载面积为:
A=WG/
x104=(23.52x70)/(2x105)x104=82.32cm2,
衬垫厚度为:
t=CH/G=(3.7x60)/70=3.2cm
EPS(聚苯乙烯发泡塑料)的缓冲系数—最大静应力曲线
3、UG工程模型
3.1产品的模型
产品的模型如下面4个图所示。
图1产品左视图
图2产品正视图
图3产品右视图
图4产品等轴视图
图5产品后视图
3.2缓冲衬垫模型
本次设计的缓冲衬垫依据产品的形状,设计的两个左右缓冲垫相同如下所示。
图5左缓冲衬垫模型
图6右缓冲衬垫模型
3.3缓冲衬垫三视图
图7左右缓冲衬垫三视图
3.4装配图
将产品笔记本与设计的缓冲衬垫组合在一起。
如下图8所示。
图8产品装配图
3.4爆炸图
将装配好的视图,在UG的菜单栏中进行“装配”、“爆炸视图”、“生成爆炸视图”操作,生成一个爆炸视图。
如下图9所示。
图9产品爆炸图
4、产品的外包装设计
4.1.外包装材料的选择及依据
产品的外包装一般采用瓦楞纸板制作。
而国际上通行的瓦楞楞型分类方法是通过瓦楞的高度、单位长度瓦楞个数进行分类的。
我国将瓦楞分为A、B、C、E四种。
一般来讲,楞型较大其抗振、缓冲性能好,垂直压力大,但平面压力与平行压力差,如表3所示。
(1).A型瓦楞:
其特点是瓦楞宽而高,富有弹性,缓冲性好,垂直耐压强度高,但平压性不好。
使用A型瓦楞制作的纸箱具有极好的防振缓冲性,能在较强冲击载荷下保持产品完好无损,且垂直耐压强度高,当储存堆叠时有较大的承载能力,适合包装较轻的物品。
负荷下变形量最大,所以缓冲性能好,适于包装易损物品。
(2).B型瓦楞:
其特点瓦楞密而低,单位长度上瓦楞个数多,表面光滑,适合印刷。
其平压和平行强度高,缓冲性能稍差,垂直支撑力低,适合包装较重和较硬的物品,多用于罐头和瓶装物品的包装。
此外,还可经冲切后制成形状复杂的组合箱。
(3).C型瓦楞:
其单位长度内的瓦楞数和楞高介于A型瓦楞和B型瓦楞之间,防振性能接近于A型瓦楞,平面抗压能力接近于B型瓦楞,原纸消耗比B型瓦楞少。
近年来,体积较小的C型瓦楞越来越受到人们的重视,现已成为欧美国家采用最多的楞型。
(4).E型瓦楞:
称为微型瓦楞,是最细的一种瓦楞,高度约1肋脚,厚度很薄,在单位长度内的瓦楞数目最多,能承受较大的平面压力,适合胶版印刷的要求。
E型瓦楞纸板的纵向垂直压缩强度和横向压缩强度相同,制成的瓦楞纸盒形状美观,可代替硬纸板用于销售包装,也可单独使用作为玻璃瓶的缓冲隔纸。
表3瓦楞种类及其主要性能
外包装的主要作用在于保护商品,防止在储运过程中发生货损货差,并最大限度地避免运输途中各种外界条件对商品可能产生的影响,方便检验、计数和分拨。
因为本次设计的笔记本的包装需要车辆在公路流通环境中运输,一般需要堆码,所以外包装需要有较强的平面抗压强度。
而B型瓦楞纸板的瓦楞数多、瓦楞小,能承受较大的平面压力和平行压力。
所以笔记本的外包装选用B型瓦楞纸板。
4.2外包装的尺寸计算
本次设计的外包装只盛放一个加有缓冲垫的笔记本,笔记本的外尺寸为345×249×31—35.5(单位mm),加上缓冲垫的厚度及修正系数,则笔记本和缓冲垫整体尺寸即纸箱内尺寸为414×100×323(单位:
mm)。
瓦楞纸箱采用B瓦楞,厚度取2mm,根据纸箱的结构和制造过程中的尺寸损失,用内尺寸计算出制造尺寸。
查下表4得纸箱内径尺寸的修正系数KL'=5mm,KB'=5mm,KH'=10mm,且包装物的公差系数d=2mm,根据产品内尺寸的计算公式:
Xi=Xmaxxnx+d(nx-1)+K’+T
得:
Li=414mm
Bi=100mm
Hi=323mm
表4
4.3外包装的平面展开图
用CAD软件画出其平面展开图如下。
图6外包装的平面展开图
参考文献
[1]张幼军,王世杰UGCAD/CAM基础教程[M].北京:
清华大学出版社,2006
[2]宋宝丰,王志伟包装容器结构设计与制造[M].北京:
印刷工业出版社,2010
[3]王建清包装材料学[M].北京:
中国轻工业出版社,2011
[4]彭国勋,宋宝丰物流运输包装设计[M].北京:
印刷工业出版社,2011
[5]马秋成,肖良红等UG建模方法的探讨[J].机械设计与研究,2002
(1)
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