(精品)基于逆向工程的电话子母机子机上壳及其模具设计 设计精品(2013年优秀毕业设计)

本科毕业设计论文基于逆向工程的电话子母机子机上壳及其模具设计 学 院 材料与能源学院 专 业 材料成形及控制工程年级班别 学 号 学生姓名 指导老师 摘要逆向工程是制造业一种常用的手段，采用逆向方法进行模具设计与制造，是缩短产品开发周期，提高产品质量，进而建立自己的设计制造体系的重要手段。本文就电话子母机子机上壳的实例，采用 Imageware软件规划出由实物转化为工程 CAD资料的一般流程。在深入分析点云数据基础上，修改曲线参数获得高品质曲线；并重点论述了点云处理、曲线生成、建构曲面的方法，为模具加工提供了建构高还原性的 CAD 模型。 逆向工程还能对重构的CAD模型进行适当的结构修改，产品得以改进功能，用途等，使用价值得到提高。本文将对重构的电话子母机子机上壳CAD 模型重新进行模具设计，以使产品再次焕发出新的使用价值。并且详细阐述塑料成型工艺及模具设计的整个过程。全文可以验证逆向工程实施方案对于产品开发与改进的优势。关键词：逆向工程，点云，造型重构，模具设计AbstractReverse engineering is a common manufacturing method, using reverse method mold design and manufacture, shortening product development cycles, improving product quality, and establish their own design and manufacture system.This paper calls for a cluster bomb loom under the Shell example Imageware software used by the Physical Planning from engineering CAD into the general flow of information. In-depth analysis of point cloud data, based on revised curve parameters of high quality curve; Focus on the point cloud, Curve, building surfaces, mold processing, to construct a high reduction of the CAD model. Reverse engineering can remodeling of the CAD model appropriate structural changes to improve the product, used, value has been heightened. This paper will show where the telephone Reconstruction loom machine CAD model under Shell re-mold design, again to make our products fresh with new value. And elaborate molding plastic mold design process and the whole process. This paper can be verified by reverse engineering program for product development and improvement of the advantages. Keywords : reverse engineering, point cloud, the shape of reconstruction, Mold Design 目 录1 绪论12.基于逆向的产品设计32.1 逆向工程技术实施的条件32.1.1 硬件条件32.1.2 软件条件32.2逆向工程设计前的准备工作42.2.1 分析原型42.2.2 产品测量数据点的输入及造型设计42.2.3 逆向工程应用中的问题52.3 逆向工程实际应用62.3.1电话子母机子机上壳实物62.3.2 获取点云62.3.3 处理点云72.3.4 对齐的方法102.3.5 提取与曲线处理102.4基于UG软件平台的产品设计152.4.1根据逆向所得关键线，进行曲面152.4.3 实体化构建模型162.4.3 通过关键特征线构建特征172.4.4 通过卡尺测量而建立的模型183. 模具设计193.1分析制件工艺性，确定制件成型工艺193.1.1熟悉制件及其材料性能193.1.2塑件的工艺性分析193.1.3确定制件成型工艺及设备193.2初步确定模具类型及结构方案，选择标准模架 23 3.2.1分型面的选择和确定23 3.2.2浇注系统形式和浇口的设计24 3.2.3冷却系统的设计263.2.4 成型零件的设计与计算 273.3校核模架与强度29 3.1.1标准模架的选择29 3.1.2凹模壁厚和垫板厚度、刚度与强度计算与校核29结论31参考文献32致谢33附图A 34附图B 39第一章 绪论三号黑体加粗在市场经济条件下，产品的质量与成本已成为企业生存发展的生命线。实践证明，注塑CAE技术对加快新产品开发，提高产品质量，降低成本起着关键作用。逆向工程技术作为一门新的技术，它依托于计算机软硬件、光学测量设备、以及CADCAM等技术的发展 ，已经广泛地应用于航空航天 、机械和汽车等制造行业，有力地促进了经济发展，加快了产品更新换代的速度。在制造领域内逆向工程有着广泛的应用背景，尤其是在模具制造行业。一般来说制造者得到的原始资料产品并非由cad模型描述，设计和制造者面对的是实物样件。为了适应先进制造 技术的发展，需要通过一定途径，将这些实物转化为cad模型，使之能利用cad、cam、rpm及pdm等先进技术进行处理或管理。目前，这种从实物样件获取产品数学模型相关的技术，已发展成为cad/cam中的一个相对独立的范畴，称为“逆向工程”(reverse engineering)。通过逆向工程复现实物的cad模型，使那些以实物为制造基础的产品有可能在设计与制造的过程中，充分利用cad、cam、rpm及pdm等先进制造及管理技术。同时，利用逆向技术将实物模型在很短的时间内复制转化为 CAD模型，然后借助CAD，CAM技术在 CAD模型基础上设计模具，以缩短模具开发周期，降低生产成本。根据逆向工程的原理，对一个实体模型进行反求造型，开发程序如图 1.1所示。 图1.1 逆向工程产品开发流程第二章 基于逆向的产品设计2.1 逆向工程技术实施的条件2.1.1硬件条件在逆向工程技术设计时，需要从设计对象中提取三维数据信息。检测设备的发展为产品三维信息的获取提供了硬件条件。目前，国内厂家使用较多的有英国、美国、意大利德国、日本等国家生产的三坐标测量机和三维扫描仪。就测头结构原理来说，可分为接触式和非接触式两种，其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头两种，这类测头与被测头物体直接接触，获取数据信息，其中软测头比较少见，它不会损伤物体表面 ，可以扫描较软的物体。非接触式测头是应用光学及激光的原理进行的。近几年来，扫描设备有了很大发展。为实现从实物一建立数学模型-CADCAECAM一体化提供了良好的硬件条件。不同的测量对象和测量目的，决定了测量过程和测量方法的不同。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求，确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。例如，材质硬且形状较为复杂、容易定位且精度要求比较高物体，应尽量使用接触式扫描仪，因为这种扫描仪设备损耗费相对较少，精度比较高，但扫描时间相对长些。对橡胶、油泥、人体头像或超薄形物体进行扫描时，则需要采用非接触式测量方法 ，其特点是速度快、工作距离远、无材质要求，但设备成本较高。现在很多人认为激光扫描技术优于机械接触式，其实这是不正确的，激光技术还有很多没能解决的问题，比如扫描头的成本，被扫描物体的材质颜色的限制，扫描精度还无法和接触式相比等等，具体还要看实际的需要来选择扫描方式和扫描设备。2.1.2 软件条件 逆向工程软件的主要作用是接受来自测量设备的产品数据(如测量点云)，通过一系列的编辑操作，得到品质优良的曲线或曲面模型，并通过标准数据格式传送到 CADCAM系统中，在这些系统中完成最终的产品造型。所以在逆向工程设计中，需要交互使用 CAD CAM 软件和专门的逆向工程软件来完成样件的设计。逆向工程软件具有较强的点云处理功能 ，但造型功能不够完善，一般后期都是利用CAD CAM软件来实现最终的产品设计、模具设计和数控加工。目前比较常用的通用逆向工程软件有 EDS公司的 Imageware，Raindrop(雨滴)公司的 Geomagic Studio，DEI_CAM公司的CopyCAD，INUS公司的 RapidForm，这是全球独立的四大逆向工程软件，这些软件的特点是对点 的处理能力非常强。现在一些大型 CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如ProE的 ICEM Surf和 ProSCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可以接受点云数据。其它的像 UG软件，实现了与 Irnageware软件的无缝结合，Cimatmn等软件也提供了相应的逆向工程模块。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。 在实际设计中采用Imageware作为逆向工程软件，因为它具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测等功能，可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的曲面具有良好的品质和曲面连续性，其检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据误差。而UGModeling软件作为高端设计制造软件整合了从产品设计、曲面造型、模具设计以及模具数控加工编程的能力，在产品的后期处理 、修正以及模具设计加工中有着极大的优势。2.2 逆向工程设计前的准备工作 2.2.1分析原型做一个逆向设计的工作，可能比正向设计更具有挑战性，也更加困难 ，在设计一个产品之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想 ，在此基础上还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。从某种意义上看，逆向设计是一个二次开发设计的过程，而不仅仅是一个简单的复制过程。在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些要点： (1)确定设计的整体思路，对已有的设计模型或产品原型进行系统地分析。面对大批量、无序的点云数据，初次接触的设计人员会感觉到无从下手。这是应首先要周全地考虑好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，并找到设计的难点，在心中形成逆向设计的总步骤。 (2)确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。对于自由曲面，例如汽车、摩托车的外覆盖件和内饰件等，一般需要采用具有方便调整曲线和曲面的模块；对于初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要，因为有测量数据可以用自由曲面和简单的去拟合形成。2.2.2 产品测量数据点的输入及造型设计扫描的产品三维数据可根据不同逆向工程造型软件系统的需要输出不同的格式，常用的数据格式有 DXF、IGES、STL、ASC II等。将实体原型的测量点云数据输入到 Irnageware系统中，可利用其 DisplayGouraudshaded功能进行渲染显示，及时评估数据的质量，判断所得数据点是否全面，并可在早期修正所发现的问题，补充测量的数据点或者重新测量等，这也缩短了产品的设计周期。在逆向工程产品设计中可以采用如下方法： (1)在 Irnageware中，对点云进行取样、拟合，构造截面线，找出产品主要曲面的关键截面线，然后将截面线通过 IGES输入到 UGModeling中，利用其便捷多样的曲面构造和曲面编辑功能进行后期的曲面处理和调整，之后再转到 Irnageware中进行误差分析，根据误差逐渐调整模型，直至模型满足最终产品设计要求； (2)在 Irnageware系统中，直接利用其通过点云构造曲面的工具，快速准确地逐一构造出产品的主要轮廓面，可立即对所构曲面与数据点进行误差分析并根据误差对每个曲面进行实时编辑和调整，直至每个曲面均达到产品设计要求，然后将所得曲面转入 UGModeling进行圆角等细节设计，完成最终产品使曲面与测量数据点的误差既达到设计要求，又能保证曲面的光顺性。2.2.3逆向工程应用中的问题 在实际设计中，目前这些软件还存在着较大的局限性在机械设计领域中，集中表现为软件智能化低；点云数据的处理方面功能弱；点云数据处理过程复杂；建模过程主要依靠人工干预，设计精度不够高；集成化程度低等问题。例如Imageware软件在读取点云等数据时，系统工作速度较快，并且能较容易地进行点线的拟合。但通过 Imageware进行面的拟合时，软件所提供的工具及面的质量却不如其它的 CAD软件如 Pr0E、UG等。在很多时候，在 Imageware里做成的面还需要到 UG等软件中修改。但是，使用 ProE、UG等软件读取点云数据时，却会造成数据庞大的问题 ，对它们来说，一次读取如此多的点是比较困难的，这也给今后的软件发展提出了新的课题。 在具体工程设计中，一般采用几种软件配套使用、取长补短的方式。例如可以采用了 Imageware与 UG和 PmE功能结合的方法，在具体操作中，使用 Imageware进行点、线处理得到基本控制曲线，然后使用 UG和 ProE引入控制线的数据，进行曲面造型。其 中，ProE应用 的模块 主要有 ICEMSurf、ProDESIGNER(CDRS)等，UG使用 的模 块主要是 UGModeling和 UGImageware模块。这几个设计模块都是一般 CAD设计时常用到的。 另外需要指出的是很多刚刚接触逆向工程的人把它想象得很简单 ，以为就像用平板扫描仪扫描照片一样，扫描完就可以加工了，其实这是一个误区，虽然希望这样，但是基本上这是无法实现的，几乎所有的扫描数据都需要进行处理，这一点必须清醒的认识到，逆向工程可能省略掉了繁琐的计算求证的过程，但不能省略造型的过程。2.3逆向工程实际应用在具体工程设计中，采用 Imageware与UGModeling软件相结合的方法，使用 Imageware软件里对点云数据进行除噪、稀疏等预处理 。而为了保持原来的特征点和轮廓点，可以大体构造出轮廓线和特征线，和点云数据一起导入UGModeling中，对引入控制线的数据进行产品的曲面造型。重建曲面质量检测的标准是：曲面的光顺性、与曲面数据 的偏差。曲面模型与测量数据之间的偏差与实体模型本身表面质量关系密切：当实体模型本身表面质量非常好时，CAD模型与测量数据之间的偏差可以很小，同时保证曲面光顺；当实体模型表面质量较差时，就需要牺牲 CAD 模型与测量数据之间的偏差来换得曲面光顺性的提高，但必须避免过于追求曲面的光顺性而失去原型的特征。2.3.1 电话子母机子机上壳实物 子机上壳实物如图2.1所示，用一般的测量无法获得工件的连续性形状尺寸，只有利用测量系统将工件的轮廓三维尺寸测量出来，以取得的各点数据做曲面处理即反求造型。用柔性三坐标测量系统对子机上壳进行测量。图2.1 子机上壳工件2.3.2 获取点云 点云的采集可分为接触式的和非接触式的。为了获得高质量的点云，本例中利用非接触式的激光扫描子机上壳获得整体外形点云数据。在测量之前首先规划测量方案，以免获得的点云数据杂乱无序，不完整仔细分析子机上壳，可以设定它的中心线为 CMM (Coordinate Measuring Machine即坐标测量机)的 Z方向，下圆心为 CMM 的原点坐标，如图2. 3所示，这样设定方便于坐标定位和后续处理。在本例中由于子机上壳形状对称分布的，测量相对简单。在用非接触式扫描子机上壳时，可能会形成死角 ，因此在固定子机上壳时，必须考虑是否形成死角，是否可以用最少的扫描次数达到扫描的全的效果，可以经过反复摆放测量位置找到一个最佳的视角。在非接触式测量时尽量选择光线不太亮的地方，防止产生杂点、跳点若工件反光严重，在物件上涂抹显影剂将能获得高质量的点云。图2.2为获得的子机上壳的点云图。图2.2 子机上壳点云图2.3.3 处理点云 点云处理是逆向工程一个关键的步骤，点云处理适当，会简化后续生成曲线、曲面的工作。处理点云之前必须清楚生成模型后的后续应用、曲面与原始点云之间的允许误差以及生成曲面的连续性和平滑度要求。逆向工程中大多工件，很难一次完整地测量完整个工件，必须经过两次或两次以上的测量，才能获得较完整的点云数据。为了便于将多次测量的数据拼合在一起形成完整的数据，必须在工件上标上对齐点，也可以利用工件上的特征几何体来作对齐点 ，当然对齐点的做法有很多种，可以根据经验和工件的实际形状采取相应的做法。利用非接触式测量获取的点云数据比较大，杂乱无序的无法直接导人造型软件中，必须在 Imageware中处理原始点云。利用软件多种点云处理工具，得到一个高质量的点云数据。在 Imageware 中, 一个典型的点处理过程如表1所示。表1典型的点处理过程1. 读入点云数据：扫描所得子机上壳点云2. 整个模型是否存在多个点云？ 一些模型因为扫描仪关系或模型的形状需要多次扫描。这里共扫描了三次。3. 将多个点云对齐以创建完整的点云模型。 如果模型被正确扫描，它将会有一些参考点来帮助将多重点云对齐。此处已将三次扫描的点云对齐并放在了一起。 4. Data reduction数据缩减缩减数据比较通俗的做法就是使用Space Sampling（间隔取样）命令。这个命令会在指定的间隔中简化点云，也能去处重叠点。图2.3简化数据后的点云图6. 删除不需要的杂点。 7. 预先为将来的构建曲面，规划点云和创建截面。 一个产品的外形可分为主面和过渡面，我们根据需要把作主面的点云划分出来，以便下来的曲面的构建。 8. 清除不精确的点和将粗糙的点云变光滑。 减少杂点和将点云变光滑有助于以后的工作。本例中的子机上壳点云经过处理后生成了一个有序、干净的点云数据 (图2.4)，可以快速方便地生成模型，也可以用来生成 st1文件进行快速成形，或者用于模具加工。图2.4 经 Imageware点云处理后的点云数据2.3.4对齐的方法对齐的两个主要原因： 1.为了将同一个物理模型上分次扫描的点重新组合起来。一些扫描仪在同一时间仅能扫描模型的一边。这样就需要将模型不同的边对齐起来。举例子来说，当你扫描一个物件的时候，你必需从不同的角度扫描好几次才能完成，或是来自不同坐标的系统的扫描点资料结合起来，这时都需要进行点资料的校正对齐动作。2.将点云数据与 CAD几何模型对齐后检查它们之间的差异。2.3.5提取与曲线处理一个基本的曲线处理进程如表2所示。 表2 曲线处理进程在 Imageware 读入点云数据后,有些数据应该是直线,圆弧,圆,或椭圆。但软件并不会默认它们是简单的曲线。所以我们需要使用曲线拟合的命令来将它们最佳拟合为线，圆弧、圆或椭圆。在用此曲线命令前应先将点云有序排列起来。它与拟合曲面很相似,就像将点云拟合为平面、圆柱、圆锥或球体。1.拟合为圆 ，椭圆：从菜单中选取命令 Construct Curve From Cloud Fit Circle 来执行此操作。结果如图2.5所示。图2.5 拟合成圆2.创建需要的截面（Creating necessary sections）有多种方式可以用来截切多边形网格化后的点云，这些截切工具允许我们指定采样间隙。使用这些工具可以取得截面上的每个取样点。这里采用平行剖切的截面：通过一个由用户指定数量的平行平面来剖切点云以创建剖切截面。这个命令的结果为一包含多个数量剖切截面的单个点云。所有的点将落在一个指定距离的平面的两边(看下面的相邻点的距离命令)。一条虚拟的线将此平面两边最近的点连接起来。此虚拟线与平面的交点就生成了。图2.6 表示软件获取剖切截面上的点的方法3.拟合曲线（To fit curves）: 1. 创建均匀的曲线：Uniform Curve是以 Uniform B-spline曲线去拟合(Fit)点云, 曲线并不一定通过每个点云，但曲线可以比较平滑。图2. 7均匀的曲线2. 创建基于公差的曲线：Curve Fit to Tolerance 是以最少的控制点数目在指定的公差内去拟合（Fit）B-Spline曲线。这将创建一个非均匀的参数，当曲率越高的地方，就会有更多的控制点，而当曲率低的地方，就会有较少的控制点。基于公差的曲线，所得的曲线控制点就越多，虽然更接近于实际的点云资料，但平滑度会大幅降低。图2.8基于公差的曲线此处，我选择创建基于公差的曲线以获取更接近于实际点云曲线。至于平滑度，我将通过调整曲线上的一些基本的元素：节点，控制点等的数量和位置和曲线曲率的大小来处理成符合要求。图2. 9 处理后的曲线至此，应用逆向软件Imgaeware进行关键，特征曲线的抽取基本完成，以下将把从逆向中得到的关键曲线导入UG进行正向建模。2.4基于UG软件平台的产品设计2.4.1 根据逆向所得关键线，进行曲面构建：1.关键线导入UG如图：图2.10 UG关键线图2.根据对产品既实物结构、外形分析可知：子机上壳的外形基本对称；而其主要构成曲面可以通过扫掠的方式来进行建造；对于某些特征的部位，如按键及其修饰部分，由于原件有一定的弧度，而且为了更精确的定位，我选择了在逆向时构建出一定的关键线以方便之后的特征建造；其余如加强筋，我们可以通过游标卡尺的手工测绘尺寸来进行直接建模。图2. 11 扫掠曲面2.4.2 实体化构建模型1.由于产品的外形基本对称，为了减少工作量，可以考虑只做一部分的模型实体特征构建，然后进行镜像以完成产品图的基本构建： 图2. 12 构建的半边模型 图2. 13 镜像模型 但是我遇到了一个问题就是在镜像的位置出出现了凹痕，经过分析可得原因是在逆向时所做的曲线并不一定就在镜像处为曲线的拐点，经过镜像后，两曲线的都出现了峰位，而镜像出就显示出相对凹位，从而形成了凹痕，见图2. 14，所以应该要换另外一种方法进行构建模型。 图2. 14 凹痕模型2.进桥接处理的曲线构面： 为了确保在对称线位置曲线曲面的峰位，我考虑可以先将曲线进行镜像，然后在很靠近对称位置进行曲线的打断，在利用桥接曲线功能把两条曲线进行对接，通过这样做，我们可以尽可能保持模型的对称性，而且通过了桥接曲线还能保证到在对称中心位置取得曲面的峰位。 图2. 15 桥接曲线方法构建模型2.4.3 通过关键特征线构建特征 在没有数据的情况下，对于实物中一些有弧度，曲线的按键、修饰部位一般难以精确重建其特征，而逆向所能构造的空间曲线也会遇到是否相交的情况，对此，我决定在逆向软件中尽可能构建出与原件相贴合的空间曲线，然后导入UG，再利用UG的草图功能进行重建曲线，再将草图曲线投影到之前所构建的曲面当中。这样做，我可以尽可能保证了曲线的连续性，和在曲面的复原性。图2. 16 构建特征模型2.4.4 通过卡尺测量而建立的模型 经逆向辅助而构建主要模型，关键特征等后，对于那些形状规则，定位容易，如加强筋，火箭脚，侧凹的特征，我们可以通过游标卡尺直接进行数据测量用以重建模型，这样既可以保证形状的还原性，同时可以减少大量工作量。以下是经过了草图建造，拉伸，倒圆，倒角，等特征操作后得到的最终CAD模型：图2. 17 最终CAD产品图第三章 模具设计3.1 分析制件工艺性，确定制件成形工艺及设备.3.1.1 熟悉制件及其材料性能图示为电话机子机的上壳的制件，是电话机的通话装置。在使用上必须有听话口，传话口和天线出口。该制件的材料为工程塑料ABS，属热塑性塑料，流动性好，成型收缩率较小（一般为0.30.8），比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固块，成型周期短。但吸水性较大，成型前必须充分干燥。ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力。可在柱塞或螺杆式注射机上成型。ABS的密度约1.03g/cm31.07% g/cm3。在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。3.1.2 塑件的工艺性分析 1、上壳的几何形状较复杂，轮廓尺寸大小为185mm55mm，属中等大小。 2、电话机子机的尺寸精度应该满足上上壳的装配要求，装配后上下壳装配结合处表面应该显平滑、光洁，不得有明显的不弃和凸凹感。上下壳连接作用的倒扣位位置应准确，连接起来应紧凑。 3、电话机作为生活用品，既要满足其使用要求，又必须具有好的外形。所以弧形的外表面要求有较高的表面质量，表面不得有熔接痕、气痕、收缩不均引起的凸凹、飞边、顶白等缺陷。外表面需进行皮纹处理。 4、电话机上壳内表面的表面质量要求没有外表面高，但内表面有很多的加强筋及功能结构，容易引起粘膜、推出不畅、顶白等现象。所以内表面应注意脱模斜度的选择、抛光和推杆的设置等问题。 5、电话机上壳制件的壁厚设计均匀。壁厚均为3.2mm3.3mm，不存在壁厚不均的问题。为了保证制件的强度，在制件较薄弱的地方增加了一些加强肋。 6、电话机子机上下壳制件要装配成一体，在上壳的一头设有天线口，侧凹，两侧各还有两个侧凹。天线端侧凹可采取斜导柱抽芯机构，两边侧凹位，由于抽芯距较小，也可采取斜导柱侧抽芯机构。根据以上特征，可知电话机上下壳为有装饰要求的带侧凹位的制件。处理好外形尺寸精度、表面质量及侧向抽芯问题是设计与制造该制件成型模具的关键。3.1.3 确定制件成型工艺及设备1、制件成型工艺的确定。电话子机的上壳塑料材料为ABS，成型性能好，适合采用注射成型。注射成型适应大规模自动化生产，可满足电话机生产大批量的要求。该制件的注射成型工艺条件可以根据塑料材料和成型要求从有关手册中查阅，也可参考厂家现有已定型的同类塑料制件的注射成型工艺。 表3.1 注射工艺参数名称ABS料筒温度后部中部前部180200210230200210喷嘴温度180190模具温度5070保压压力MPa5070注射压力MPa70120注射时间S35冷却时间S1530螺杆连续r/min3060总周期S4070保压时间S1530 2、制件成型设备的初确定。（1）、根据对制件的分析，采用一模一腔的注射模成型。为了确定制件成型设备，必须首先估算制件的体积和质量。 经过计算，得塑件的体积：V=56495.64mm3根据塑料模具设计手册3表2-16查得：1.03g/cm3-1.07g/cm3。根据塑件形状及尺寸和脱模机构，采用一模一腔的模具结构,一般情况下，对普通二板式注射模具，其浇注系统体积为V浇=15cm3塑件和浇注系统的质量:W总=（nV件+V）=1.05（156.515）75.075 g（2）、初步确定成型设备型号及规格： 、塑件投影面积计算A=98.18cm2、对于ABS塑料，一般取型腔的平均压力PM= 35Mpa、锁模力计算F= 3598.18=343.63千牛查手册表2-40 1，初选螺杆式注射机：XS-ZY-125。3、注射机有关参数的校核和最终选择（1）、模具闭合高度的校核安装模具的厚度应满足： HminHHmax设计模具厚度H总=198mmXS-ZY-125型，最大装模高度Hmax300mm，最小装模高度Hmin=200mmH总=198mm稍低于最小值，可以加垫板以满足模具厚度安装要求。（2）、注射机有关参数XS-Z-125型注射机的主要参数表3.2 XS-Z-125型注射机的主要参数最大注射面积320cm2锁模力900KN螺杆直径 42mm注射压力119Mpa标称注射量125cm3定位孔直径 100+0.0640mm最大开模行程S300mm喷嘴球头半径12mm最大装模高度Hmax300mm喷嘴孔直径 4mm最小装模高度Hmin200mm中心顶杆直径 模板最大安装尺寸230370 mm顶出行程0-110mm（3）、模具开模行程校核模具开模行程应满足：SmSz其中：Sz为最大开模行程，查注射机XS-Z-60型Sz=160mm， Sm=H1+H2+(510)mm=25+85+10=120mm， 式中，Sm为模具的开模行程； H1-推出距离（mm）， H2-制件高度+浇注系统高度（mm）可见Sm314.6745KN，故满足要求。综合验证，XS-Z-125型注射机完全能满足此模具的注射要求。3.2 初步确定模具类型及结构方案，选择标准模架3.2.1 分型面的选择和确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3) 保证塑件的精度要求。4) 满足塑件的外观质量要求。5) 便于模具加工制造。6) 对成型面积的影响。7) 对排气效果的影响。8) 对侧向抽芯的影响。其中最重要的是第5）和第2）、第8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。根据以上原则，易选用以下分型面：图 3.1 分型面的选择3.2.2 浇注系统形式和浇口的设计1、主流道尺寸设计 查表得知XS-Z-125型注射机的喷嘴孔直径d0=4、喷嘴球半径R0=12，故，取模具浇口套主流道小端直径为d= d0+0.5=4+0.5=4.5mm模具浇口套主流道球面半径为R= R0+（12）=6+2=8m 将主流道设计成圆锥形，斜度取3002、进料位置的确定模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1） 尽量缩短流动距离。2） 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3）必须尽量减少熔接痕。4）应有利于型腔中气体排出。5）考虑分子定向影响。6）避免产生喷射和蠕动。7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8）注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，侧浇口采取对称分布，两点进浇，浇口设在子机上壳对称中心附近的按键处。3、浇口的设计浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。从图 2.2中可看出，我们采用的是侧浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这种浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。具体到这套模具，其浇口形式及尺寸如图 18所示。浇口各部分尺寸按，手册表2-51 侧浇口形式和尺寸，来取得。图3.2 侧浇口4、冷料穴的设计冷料穴设置在主流道的末端。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11.5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，具体要根据塑料性能合理选用，这里采用圆形头的拉料穴拉料3.2.3 冷却系统的设计从模具结构看，重点是冷却型腔和型芯，故冷却水孔开设在凹模型腔板和型芯上。冷却采用螺旋水道方式，冷却均匀，这样使模具有恒定的模温，能有效地减少塑件成型时收缩的波动，保证塑件的尺寸精度。防止制件翘曲变形1、 热量计算 熔料每小时释放出总的热量计算公式为 Q=Q温+Q潜=nbc熔料（t高t低）+ngq潜 式中，n为每小时的注射次数，n=80；ng为每小时所注射熔料的质量，g=0.075075kg；c熔料为熔料的比热容，ABS 的c熔料=1680（J/kgK）；t高=2300C；t低为熔料冷却后温度，t低=500C；q潜为单位质量结晶性塑料释放出的结晶潜热，ABS是非结晶性塑料，q潜=0，代人上式得 Q=800.0751（23050）1680 +0 =1816819.2J/h =504.672W2、冷却水量和水道管径计算 如果释放的热量全由冷却水带走，冷却水量计算公式为 W=ngc熔料（t高t低）+ngq潜/c（t出t进） 式中，c为25摄氏度水的比热容，c=4182J/（kg摄氏度）；t出t进=5摄氏度，代人上式得 W=800.0751（23050）1680/418255 =8.68kg/h 换算成体积流量为0.1448m3/min冷却水道回路两路，查手册1得d=8mm3.2.4 成型零件的设计与计算1、主要成型零件的设计及计算1）、成型零件的尺寸由模具设计手册表216查得ABS的收缩率为Q=0.4%-0.7%，故平均收缩率为Scp=0.0055。根据塑件尺寸公差要求，及考虑到工厂模具制造的现有条件，模具的制造公差取z=/3。具体成型零件尺寸由数控加工软件的相关参数的设置保证。2）、主型芯脱模力计算：d/t=5820 属于厚壁公式： Fi=lfhp0式中，p0制件对型芯单位面积的包紧力(N)，一般取7.84106-1.176107pa； h成型部分深度(m); l包紧部分平均周长 f摩擦系数 查阅手册1得： p0 =107pa, f=1.1, l=6010-3， h=1510-3将数据代入公式得：Fi=9.9KN总脱模阻力为：Qe= Qc1+ Fi =10530N=10.53KN2、斜抽芯机构的设计与计算1)、侧型芯脱模力计算，公式：Qc1=10fcaE(Tf-Tj)th式中，Qc1制件对型芯包紧脱模阻力(N)； fc脱模系数 a塑料的线胀系数(1/) E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量(Mpa) Tf软化温度() Tj脱模顶出时的制品温度() t制件的厚度(mm) h型芯脱模方向的高度(mm) 查阅手册1得： fc =0.45, a=7.810-5-1, E=1.210Mp, T