基于PROE的挂件造型、模具设计与NC加工 毕业论文.doc

摘 要此次设计是基于pro/e的挂件造型、模具设计与nc加工。pro/e 是美国 ptc （参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维 cad/cam （计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。 本次设计内容介绍了从模型的设计、模具的设计及数控加工数控加工的一般步骤。并利用ptc软件进行实体仿真加工，最终生成零件的加工程序关键字：塑料模具、模型设计、模具型腔、nc加工目录第一章 塑料模具- 71.1 塑料模具介绍 - 71.2塑料成型模具分类- 81.3塑料模具材料的选择 -81.4塑料模具设计常用软件 -111.4.1 软件简介- 111.4.2软件版本-12第二章 鱼模型设计分析 -132.1模型设计工作环境的设置- 132.2鱼外部轮廓的草绘 -152.3.1鱼曲面缝合鱼曲面的实体化- 16第三章 模具制造- 213.1 成型零部件设计- 213.2 型腔分型面设计 -243.3体积块的分割 -26第四张 模具的nc加工 -294.1模具加工精度的确定 -294.2平面铣削加工- 304.3体积快加工- 314.4曲面铣削加工- 334.5局部铣削加工- 354.6程序的生成 -36总结 -38参考文献 -39致谢 -39第一章 塑料模具1.1 塑料模具介绍塑料模具，是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。 塑料模具是一种生产塑料制品的工具.它由几组零件部分构成,这个组合内有成型模腔.注塑时,模具装夹在注塑机上,熔融塑料被注入成型模腔内,并在腔内冷却定型,然后上下模分开,经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具,最后模具再闭合进行下一次注塑,整个注塑过程是循环进行的.塑料模具影响着塑料制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少分模。合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和自动顶出机构。在全自动生产时还要保证制品能自动从模具上脱落。另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的，一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五万件。当批量不大的时候，模具费用在制件成本中所占比例将会很大，这时应尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代塑料制品中合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥基效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提。由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量需求量很大，对塑料模具生产不断向前发展。1.2塑料成型模具分类按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。1.3塑料模具材料的选择1、塑料模的工作条件 由于塑料及塑料成型工业的发展，对塑料的模具的质量要求也越来越高，因而塑料模具的失效问题及其影响因素已成为重要的研究课题。塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模等，它们构成塑料模的型腔，以成型塑料制件的各种表面并直接与塑料接触，经受压力、温度、摩擦和腐蚀等作用。 2 、塑料模材料失效原因分析 一般模具制造中包括模具设计、选用材料、热处理、机械加工、调试与安装等过程。根据调查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料与热处理是影响使用寿命的主要因素。从全面质量管理的角度出发，不能把影响模具使用寿命的诸因素作为多项式之和来衡量，而应该是多因素的乘积，这样，模具材料与热处理的优劣在整个模具制造过程中就显得特别重要。 从模具失效的普遍现象分析，塑料模具在服役过程中，可产生磨损失效、局部性变形失效和断裂失效。塑料模具的重要失效形式可分为磨损失效、局部塑性变形失效和断裂失效。 3、 塑料模具钢性能要求 随着制造业快速发展，塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在总的模具产量中所占的比例逐年增加，随着高性能塑料的发展和不断生产，塑料制品的种类日益增多，用途不断扩大，制品向精密化、大型化、复杂化发展。成型生产向高速化发展，模具的工作条件也越趋复杂。 1 ）型腔表面的磨损和腐蚀 塑料熔体以一定的压力在模腔内流动，凝固的塑件从模具中脱出，都对模具成型表面造成摩擦，引起磨损。造成塑料模具磨损失效的根本原因就是模具与物料间的摩擦。但磨损的具体形式和磨损过程则与许多因素有关，如模具在工作过程中的压力、温度、物料变形速度和润滑状况等。当塑料模具使用的材料与热处理不合理时，塑料模具的型腔表面硬度低，耐磨性差，其表现为：型腔面因磨损及变形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而变高，表面质量恶化。尤其是当使用固态物料进入塑模型腔时，它会加剧型腔面的磨损。加之塑料加工时含有氯、氟等成份受热分解出腐蚀性气体hc1、hf，使塑料模具型腔面产生腐蚀磨损，导致失效。如果在磨损的同时又有磨损损伤，使型腔表面的镀层或其他防护层遭到破坏，则将促进腐蚀过程。两种损伤交叉作用，加速了腐蚀一磨损失效。 2 ）塑性变形失效 塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，尤其是当小模具在大吨位设备上工作时，更容易产生超负荷塑性变形。塑料模具所采用的材料强度与韧性不足，变形抗力低；塑性变形失效另一原因，主要是模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或工作温度高于回火温度而发生相变软化，而使模具早期失效。 3）断裂 断裂的主要原因是由于结构、温差而产生的结构应力、热应力或因回火不足，在使用温度下，使残余奥氏体转变成马氏体，引起局部体积膨胀，在模具内部产生的组织应力所致。 塑料模具的工作条件与冷冲模不同， 一般须在150-200下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。同一种模具会有多种失效形式，即使在同一个模具上也可能出现多种损伤。从塑料模的失效形式可知，合理的选用塑料模具材料和热处理是十分重要的，因为它们直接关系到模具的使用寿命。所以，塑料模具用钢应满足以下要求： 1) 耐热性能 随着高速成型机械的出现，塑料制品运行速度加快。由于成型温度在200-350之间，如果塑料流动性不好，成形速度又快，会使模具部分成型表面温度在极短时间内超过400。为保证模具在使用时的精度及变形微小，模具钢应有较高的耐热性能。 2) 足够耐磨性 随着塑料制品用途的扩大，在塑料中往往需添加玻璃纤维之类的无机材料以增强塑性，由于添加物的加入，使塑料的流动性大大降低，导致模只的磨损，故要求棋具有良好的耐磨性。 3) 优良的切削加工性 大多数塑料成型模具，除电火花加工还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，在切削过程中加工硬化小。为避免模具变形而影响精度，希望加工残余应力能控制在最小限度。 4 ) 良好的热稳定性 塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的材料，当模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织和模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。 5) 镜面加工性能 型腔表面光滑，成型面要求抛光成镜面，表面粗糙度低于ra0.4m，以保证塑料压制件的外观并便于脱模。 6) 热处理性能 在模具失效事故中，因热处理造成的事故一般是523%，以致热处理在整个模具制造过程中占有重要的地位，热处理工艺的好坏对模具质量有较大的影响。一般要求热处理变形小，淬火温度范围宽，过热敏感性小，特别是要有较大的淬硬性和淬透性等等。 7 ) 耐腐蚀性 在成形过程中可能放出腐蚀气受热分解出具有腐蚀性的气体，如hc1、hf等腐蚀模具，有时在空气流道口处使模具锈蚀而损坏，故要求模具钢有良好的耐蚀性。 4 、新型塑料模具钢 一般塑料模具常采用正火态的45钢或40cr钢经调质制造。硬度要求较高的塑料模具采用crwmn或crl2mov等钢制造。对工作温度较高的塑料模具，可以选择用韧性高的热作模具钢。为了满足塑料型腔对尺寸精度和表面质量的更高要求，新近又研制一系列新型模具钢。 1）渗碳型塑料模具钢 渗碳型塑料模具钢主要用于冷挤压成型型腔复杂的塑料模具，这类钢的含碳量较低，常加元素cr，同时加入适量ni、mo和v，作用是提高淬透性和渗碳能力，为了便于冷挤压成形，这类钢在退火状态须有高的塑性和低的变形抗力，退火硬度1 00hbs。在冷挤压成形后进行渗碳和淬火回火处理，表面硬度可达58-62hrc。此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美国的p2和p4等。国内常采用12crni3a和12cr2ni4a钢、20cr2ni4a，耐磨性好，无塌陷及表面剥落现象，模具寿命提高。钢中元素cr，ni、mo、v增加渗碳层的硬度和耐磨性及心部的强韧性。 2）预硬型塑料模具钢 这类钢的含碳量为0.3% -o.55%，常用合金元素有cr、ni、mn、v等。为了改善其切削性，加入s、ca等元素通过近年来研制、引进又发展了几种典型塑料模具钢y55crnimn-movs(smi)是我国研制的含s系易切削塑料模具钢，其特点是预硬态交货硬度为35_40 hrc，有较好的切削加工性，加工后不再热处理，可直接使用。加人ni固溶强化并增加韧性，加入mn与s形成易切削相mns；加入cr、mo、v，增加钢的淬透性 8cr2s钢就足属于易切削精密模具用钢。 3） 时效硬化型塑料模具钢 近年来开发了低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，masi是一种典型的马氏体时效钢。经8150c固溶处理后，硬度为2832hrc，叮进行机械加工，再经4800c时效，时效时折出ni3mo、ni3ti等金属间化合物，使硬度达到4852 hrc。钢的强韧性高、时效时尺寸变化小、焊补性能好，但钢的价格昂贵、在国内不太受欢迎。 4 ）耐蚀塑料模具钢以聚氯乙烯(pvc)及abs加抗燃树脂为原料的塑料制品，在成形过程中分解产生腐蚀性气体，会腐蚀模具。因此，要求塑料模具钢具有很好的耐蚀性能。国外常用耐蚀塑模钢有马氏体不锈钢和析出硬化型不锈钢两类。国外的有如瑞典assab公司的stvax(4crl3)和a ssab一8407等。1.4塑料模具设计常用软件ptc的emx，siemens的nx mold wizard，cimatrone，topsoi 塑料模具ld，delcam moldmaker，missler 的topsolid mold，think3的mold design，manusoft的imold，r&b的moldworks,solidworks,pro-e,ug(后三种主要是产品设计，但是可以做到模具设计集成)等。1.4.1 软件简介本设计中主要为鱼模型挂件的设计及模具型腔的生成和模具型腔的加工。零件为本人设计的可爱的鱼模型挂件，整体由曲面构成。零件图的绘制在autocad中也较难画出,在此，采用proe3.0绘图软件来形成三维图。pro/engineer操作软件是美国参数技术公司（ptc)旗下的cad/cam/cae一体化的三维软件。pro/engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，pro/engineer作为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的cad/cam/cae软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 主要特征pro/e第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。pro/e的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。pro/e采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 1 参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 2 基于特征建模 pro/e是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，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 3 单一数据库（全相关） pro/engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的cad/cam系统建立在多个数据库上。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在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，nc（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 1.4.2软件版本目前pro/e最高版本为pro/engineer wildfire 5.0(野火5.0)。但在目前的市场应用中，不同的公司还在使用着从proe2001到wildfire5.0的各种版本，wildfire3.0和wildfire是目前的主流应用版本。pro/engineer软件系列都支持向下兼容但不兼容向上兼容，也就是新的版本可以打开旧版本的文件，但旧版本默认是无法直接打开新版本文件。虽然ptc提供了相应的插件以实现旧版本打开新版本文件的功能，但在很多情况下支持并不理想容易造成软件的操作过程中直接跳出。 在pro/engineer软件版本中，除了使用类似proe2001、wildfire、wildfire2.0、wildfire3.0、wildfire4.0和wildfire5.0等主版本外在每一个主版本中还有日期代码的小版本区别，不同的日期代码代表主版本的发行日期顺序。通常每一个主版本中都会有c000、f000和mxxx三个不同系列的日期代码，c000版代表的是测试版，f000是第一次正式版，而类似m010，m020.m200等属于成熟的正式发行版系列。m系列的版本可以打开c000和f000系列版本的文件，而c000版本则无法打开相同主版本的f000和mxxx版本的pro/engineer文件，比如wildfire4.0 c000版本的pro/engineer将无法打开wildfire4.0 m060版本pro/engineer所创建的文件，但反过来则可以。第二章 鱼模型设计分析2.1模型设计工作环境的设置（1）打开proe3.0并设置好工作目录，单击新建文件，如下图单击【零件】【实体】，输入零件名称：guajian,【使用缺省模板】处于未选中状态，（2）选择mm单位制，来进行模具型体的设计2.2鱼外部轮廓的草绘2.3鱼外形的设计过程2.3.1鱼曲面缝合与鱼曲面的实体化2.3.2鱼尾的利用扫描切剪来完成2.3.3鱼腹中的穿绳子的空与鱼眼的设计都是用拉伸去材料来实现的3 模具制造3.1 成型零部件设计成型零件是与塑料接触的决定制品几何开关的模具零件。它包括凹模、凸模、型芯、成型镶块及壁厚等，是塑料模具的主要组成部分。3.2 型腔分型面设计合理选择分型面，有利于制品的质量提高，工艺操作和模具的制造。因此，在模具设计过程中是一个不容忽视的问题，选择分型面一般根据以下的原则：1. 分型面应该选择在制品最大截面处，这是首要原则。2. 尽可能使制品留在动模的一侧。3. 尽可能满足制品的使用要求。4. 尽可能减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。5. 不应影响制品尺寸的精度和外观。6. 尽量简单,避免采用复杂形状,使模具制造容易。7. 不妨碍制品脱模和抽芯。8. 有利于浇注系统的合理设置。9. 尽可能与料流的末端重合,有利于排气鱼挂件的型腔分型面的设计相比较其他产品较简单；3.3体积快的分割第四章 模具的nc加工4.1模具加工精度的确定本次设计的产品为鱼类的挂件。对于挂件的外观要求和表面精度等级要求比较高。窗体底端经分析，现初定产品精度等级为4级，确认模具的制造加工精度为it7级，而型芯和型腔的加工精度均为it6，型腔采用机械粗、精加工，其它采用机械加工。加工工序卡工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min)进给速度/(mm/min)被吃刀量/mm1铣平面t0130端面铣刀200080012粗加工t0212r2立铣刀300030023精加工t034球头铣刀300010000.54局部铣削t041球头铣刀350012000.3(1)【制造模型】【装配】【参照模型】打开所设计的模型，类型约束选择缺省【】(2)【制造