储物桶模具设计与数控加工

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 页 共 页目 录1 绪论 .11.1 模具产业技术结构的现状 .11.2 模具 CAD/CAM 技术的发展趋势 .11.3 模具的发展趋势 .21.4 模具的设计步骤 .21.5 本课题研究的主要内容 .32 储物桶踏板零件模具设计方案 .43 踏板的开模设计 .63.1 型腔数量的确定及型腔排列 .63.2 调入模具参考模型并设置收缩率 .63.3 设计分型面 .74 模具结构设计 .114.1 浇注系统的组成及设计原则 .114.2 主流道设计 .114.3 分流道设计 .124.4 浇口设计 .134.5 排气系统的设计 .144.6 冷却系统的设计 .154.7 模具顶出机构的设计 .164.8 模架结构的型号与规格 .185 踏板模具 MasterCAM 数控加工 .195.1 踏板凸模的 MasterCAM 数控加工 .195.2 踏板凹模的 MasterCAM 数控加工 .255.3 程序后处理 .295.4 利用 AutoCAD 完成工程图绘制 .30结束语 .31致 谢 .32参考文献 .33本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 33 页1 绪论1.1 模具产业技术结构的现状随着社会的进步以及各行各业的技术进步，模具产业技术结构必须与其相适应。就整个模具制造技术来说，过去传统的模具设计和加工技术正在向数字化和信息化时代迈进，模具企业正在用高新技术对传统的模具制造技术进行改造。我国模具产业技术起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具产业迅速发展，模具产业总产值逐年递增，年增长率均超过 12%；与此同时，我国模具产品进口金额增幅呈逐年下降的趋势，出口的比例每年加大（尤其是 2002 年以来） ，进出口比例正渐渐趋于合理。总而言之，我国模具工业的技术水平近年来取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。许多国家将制造业向我国转移,模具工业正面临空前的发展机遇。 1.2 模具 CAD/CAM 技术的发展趋势传统的模具设计大多数采用手工设计的方法，工作较繁琐，模具的设计工作量大、周期长、任务急。引入模具 CAD/CAM 技术后，传统的手工设计工作可以通过计算机来完成，不仅提高了设计效率，而且设计质量也加强了，更方便的是它能自动绘制模具装配图和零件图。就目前的现状来，CAD/CAE/CAM 技术已普遍应用，但普及面还不够广，应用水平还有待加强。由于对模具要求的程度越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促使了CAD/CAM 技术在模具业中的应用。发达国家从20世纪50年代就开始模具CAD/CAM的研究。到 20世纪80年代，模具CAD/CAM技术已经广泛应用于冷冲模具、锻造模具、注射模具、压铸模具的设计与制造。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、网络化、智能化、并行化发展。而集成化即是CAD/CAM 技术发展的一个最为显着的趋势，它是指把CAD、CAE、CAM、CAPP以至PPC （生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 33 页并协调各个系统有效地运行 1。1.3 模具的发展趋势（1） 模具产品将向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方向发展；模具生产将朝着信息化、无图化、精细化、自动化方向发展；模具企业将向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展 2。（2） 模具 CADCAECAM PDM 正向着集成化、三维化、智能化、网络化和信息化的方向发展 3。（3） 模具的质量、价格、周期、服务四要素中，已有越来越多的用户将周期放在首位，尽量要求快速交货，因此模具生产周期将继续不断缩短。（4） 大力提高开发创新能力，不断将开发工作往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，做到变被动为主动。（5） 随着模具企业设计和加工水平的提高，过去以钳工为核心，大量依靠技艺的现象已有了很大变化。模具正从长期以来主要依靠技艺而变为今后主要依靠技术 4。这不但是一种生产手段的改变，也是一种生产方式的改变，更是一种观念的改变。这一趋向使得模具标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，最终促使整个模具工业水平不断提高。（6） 高速加工、精益生产、复合加工、敏捷制造及新材料、新工艺、新技术将不断得到发展。1.4 模具的设计步骤注射模具的设计，在传统上一般按如下步骤进行：（1） 确定型腔的数目。确定方法有多种，如锁模力、根据最大注射量、根据制品精度要求、根据经济性等，在设计时应根据实际情况采用哪一种方法。（2） 选定分型面。虽然在制品设计阶段分型面已经考虑或者选定，在模具设计阶段仍应再次校核。从模具结构及成形工艺的角度判断分型面的选择是否合理。（3） 型腔的配置。这是模具结构总体方案的规划和确定。因为一旦型腔布置完毕，浇注系统的走向和类型便已确定。冷却系统和脱模机构在配置时也必须给予充分的注意。要避免各种系统的干涉。布置结束后，模板的外形尺寸基本上就可以确定下来。在此基础上可以选定合适的模架。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 33 页（4） 确定浇注系统。浇注系统设计的合理性对制品的质量和生产效率有着决定性的影响。（5） 确定脱模方式。在确定脱模方式时首先要确定制品和流道凝料滞留哪一侧，必要时要设计强迫制品滞留的结构（如拉料杆） ，然后再决定是采用的是推杆结构还是推件板结构。（6） 冷却系统和脱模机构的结构设计。冷却系统与脱模机构的同步设计有助于两者的很好协调。（7） 确定凹模和型芯的结构和固定方式。当采用镶块式凹模或型芯时，应合理地划分镶块并同时考虑到这些镶块及镶块固定板的强度、刚度、可加工性、紧固性及可更换性。（8） 确定排气方式。由于在一般的注射模中注射成形的气体可以通过分型面和推件杆处的空隙排出，因此，注射模具的排气问题往往被忽略。（9） 用 Pro/E 软件绘制模具的三维装配图，模具三维装配图上的各标准件应尽量按照国家标准绘制。（10） 用 Pro/E 软件将三维模具装配图及三维模具零件图转换为二维工程图。二维装配工程图中要清楚的表明各零件的装配关系，以便于工人装配。装配图上应尽量包括主要尺寸，并填写名细表和标题栏，还应有技术要求。1.5 本课题研究的主要内容1 本课题主要研究的是储物桶零件（踏板）的模具设计，通过实习观察以及查阅相关资料后，对模具有了一定的了解，因此要完成此次设计主要考虑以下几个方面的设计问题：（1） 确定储物桶踏板零件的塑料模具设计方案；（2） Pro/E 模具开模设计；（3） 三维模具结构设计；（4） 凹、凸模的 MasterCAM 自动编程加工。2 拟采用的研究手段（1） 熟练运用 Pro/E 软件进行踏板的三维造型；（2） 熟练运用 Pro/E 软件进行模具的开模设计；（3） 熟练运用塑料模的相关知识，进行模具的相关结构设计；本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 33 页（4） 熟练运用 MasterCAM 软件进行凹凸模零件的自动编程，并实现仿真模拟加工。2 储物桶踏板零件模具设计方案本课题是对储物桶的踏板零件进行模具设计，为了便于进行模具设计和方便后续的凹凸模数控编程自动加工，我们首先运用 Pro/ENGINEER 对储物桶进行三维造型设计。如图 2.1.1 是储物桶的三维造型，它由桶盖、桶身、踏板和拉杆组成，本课题是对其中的踏板零件进行模具设计，踏板的结构形状如图 2.1.2。图 2.1.1 储物桶三维造型图 2.1.2 踏板零件三维造型 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 33 页分析储物桶踏板零件结构，确定该零件的三维造型分以下几个步骤来完成，如图2.1.3所示。其二维图如图2.1.4所示。图2.1.3 踏板零件创建步骤图 2.1.4 踏板零件图该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证 5。考虑到踏板零件上有两个小的圆柱，为了分模方便，我们拟定以踏板零件小圆拉伸弧型筋创建两侧销本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 33 页柱的上下对称面处进行分型，小凸耳的小圆孔由于装配中位置尺寸要求不高，所以，为了方便模具的设计制造，小圆孔可在踏板注塑之后，钻孔而成。3 踏板的开模设计3.1 型腔数量的确定及型腔排列模具型腔数量的确定主要是根据产品的投影面积、几何形状（侧抽芯的有无） 、产品的精度、批量以及经济效益来确定。型腔数量的确定主要依据以下几方面的因素：（1）产品重量与注射机的注射量；（2）产品的投影面积与注射机的锁模力；（3）模具外形尺寸与注射机安装模具的有效面积；（4）产品的精度；（5）产品的颜色；（6）产品的生产批量；（7）产品的经济效益。型腔数量确定之后，便进行型腔的排列，即型腔位置的布置。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯（滑块）机构的设计、镶件及型芯的设计以及冷却系统的设计 6。以上这些问题又与分型面及浇口位置的选择有关。因此综合上述所考虑的因素，本次设计的产品，由于生产批量相当少，每台线切割机床上仅安装四只，因此将采用一模一腔布置，以便达到比较完美的设计。3.2 调入模具参考模型并设置收缩率在 pro/e 中新建制造的模具型腔，装载所创建的踏板零件。约束 FRONT 面和MAIN_PARTING_PLN 配匹、约束 RIGHT 面与 MOLD_RIGHT 对齐、约束 TOP 面和 MOLD_FRONT 对齐，实现踏板零件的装配约束，如图 3.2.1 所示。在菜单管理器中设置收缩率为 0.005。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 33 页图 3.2.1 调入参考模型3.3 设计分型面3.3.1 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面 7。3.3.2 分型面选择的基本原则（1） 保证塑料制品能够脱模。（2） 使分型面容易加工。（3） 尽量避免侧向抽芯。（4） 使侧向抽芯尽量短。（5） 有利于排气。（6） 有利于保证塑件的外观质量。（7） 尽可能使塑件留在动模一侧。（8） 尽可能满足塑件的使用要求。（9） 尽量减少塑件在合模方向的投影面积。（10） 长型芯应置于开模方向。3.3.3 踏板分型面创建过程（1） 设计毛坯工件通过右侧的工具按钮 设置毛坯尺寸，如图 3.3.1 所示。工件如图 3.3.2 所示。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 33 页图 3.3.1图 3.3.2（2） 设计分型面在设计分型面前，先将毛坯工件临时隐藏起来，便于后面复制参考模型的曲面。点击操作接口右侧的工具按钮 ，进入分型面创建界面。本