毕业设计（论文）-基于ProE注塑模具快速设计.doc

x x 学 院毕业设计（论文）题目： 基于pro_e注塑模具快速设计 作者： 二级学院： 专业班级： 指导教师： 职称： 年 月 日毕业设计（论文）任务书课题名称 基于pro_e注塑模具快速设计二级学院专业/班级学生姓名学 号指导教师单位/职称课题来源企业生产任务成果形式设计说明书所属岗位装配工一、毕业设计（论文）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等：1.设计主要内容： 为了提高对基于pro/e注塑模具快速设计的认识和了解，尤其是对注塑模具的制作工艺和模具快速设计的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而完成本次设计任务。在对注塑模具的制作工艺分析的基础上对模具进行快速设计，毕业设计要求与实际应用有机结合，详细地对注塑模具的制作工艺的分析，完成注塑模具的快速设计。2.任务和目标具体设计任务如下： 1)塑料模具国内外发展状况； 2)注塑模具设计的基本理论； 3) 三维cad与pro/e的介绍；4) 基于pro/e的注射模快速设计； 5)完成本次毕业设计说明书。综合运用所学的基本理论知识和相关机械制造专业知识，虚心向老师及同学学习，遇到问题学会查找相关的资料，每周完成实习体会一篇，培养自己分析、解决问题的能力，从而完成本设计任务。3.设计基本要求：本次毕业设计要求结合生产实际，通过顶岗实习了解企业的生产管理及产品的加工，从企业生产中选取的设计课题，根据生产现场模具的设计加工作为选择课题，进行毕业设计。在教师及企业技术人员的共同指导下进行毕业设计，查阅相关的资料和文献，把课堂中所学到的理论知识应用到实际工作中去，写出一篇不少于1000字以上的开题报告，毕业设计说明书不少于5000字。二、实践要求： 1参观与专业相近的机械加工企业，在车间加工现场了解模具设计过程、加工过程及设备；2与本专业相近岗位进行顶岗实习；3每周完成顶岗实习笔记一篇。三、进度安排第一周：查阅资料；第二周：完成开题报告；第三周：完成塑料模具国内外发展状况、注塑模具设计的基本理论；第四周：三维cad与pro/e的介绍；第五周：基于pro/e的注射模快速设计；第六周：经指导教师检查后进行完善；第七周：整理毕业设计内容，撰写完成设计说明书；第八周：整理毕业设计资料，准备毕业答辩。参考资料：1 宋满仓.注塑模具设计与制造实战m.北京机械工业出版社，2003.4.2 赵昌盛.上海实用模具材料应用手册m.北京机械工业出版社，2005.6.3 石安富.工程塑料m.上海科学技术出版社，2003.3.4 王文广.塑料材料的选用m.北京化学工业出版社，2007.1.5 郭广思.注塑成型技术m.北京机械工业出版社，2002.9.指导教师签名 年 月 日专业负责人签名 年 月 日 （注：课题来源填企业生产（管理）任务、产品开发、创新设计、科研课题等。基于pro_e注塑模具快速设计摘 要市场竞争要求企业降低成本，高效率地开发新产品，全面提高对市场的快速响应速度。在模具行业，用户对模具的开发周期要求也越来越短。许多企业都把cad/cae技术应用作为提高自身设计速度的重要工具。本文利用pro/toolkit为开发工具开发一套基于pro/e的塑料模具快速设计系统，采用基于实例推理的变型设计方法，运用“自上而下”的设计思路，完成注塑模具的快速变型设计。利用实例库相似性索引方法提取所需要的塑料模具装配原型，在此模具装配原型基础上根据用户的需要进行修改具体结构，完成塑料模具设计。提高了相近制品的塑料模具开发速度，从而更有效地缩短模具的设计开发周期。使塑料模具的设计速度和市场反应速度加快。本文介绍了pro/toolkit二次开发注塑模具快速设计系统的设计方法和步骤、完成对pro/e主菜单修改、设计对话框的建立。以pro/e为平台建立了零件库、装配图实例库、标准件库。用事例说明具体快速设计过程和步骤。本文介绍了基于实例推理(case一 basedreasoning，cbr)在国内外的应用现状，分析研究了实例推理的关键技术。实现了对实例的搜索、修改实例、存储实例等基本原理与方法。本系统能快速完成模具设计总体方案选择、生成零件工程图、零件属性列表等相关的工程文档，为实现企业内部的信息化提供可能性。关键词:pro/e；实例推理；塑料模具；设计相似性 i目 录第一章 前言11.1我国塑料模具近几年的发展概况和市场情况11.2我国塑料模具的发展趋势11.3设计课题的引入21.4国内外注塑模快速设计与快速制造的情况31.5本课题研究的总目标41.6 本系统的主要功能5第二章 注射模具设计的基本理论62.1注射成型原理与过程62.2 浇注模设计过程72.2.1 分型面的选择72.2.2 浇注系统72.2.2.1 浇注系统的组成及设计原则72.2.2.2 主流道设计82.2.2.3 分流道设计82.2.2.4 浇口82.2.2.5 冷料井与拉料杆的设计82.3 注射成型模具分类92.4 注射成型模具各零部件的设计92.4.1 成型零件的结构设计92.4.2 成型零件的作尺寸计算102.4.3 成型零部件的强度刚度校核102.4.4 其它辅助构件102.4.4.1 导向零件102.4.4.2 装配固定零件102.4.4.3 冷却、加热零件102.4.4.4 脱模机构112.4.4.5 抽芯机构112.4.4.6 复位机构112.5 传统的模具设计过程112.5.1 确定制件在模具中的布置112.5.2 确定型腔的成型方式112.5.3 确定冷却水道的分布形式112.5.4 确定模架大小122.5.5 模板厚度尺寸的选用122.5.6 绘制装配草图122.5.7 拆分零件图132.5.8 完善装配图132.6 “自上而下”模具设计方法122.6.1 “自上而下”装配建模设计方法132.6.2 “自上而下”设计装配方法实现132.6.3 参数化技术13第三章 三维cad与pro/engineer介绍153.1 三维cad的发展历程153.2 pro/engineer概述163.2.1 pro/engineer软件基本情况163.2.2 主要模块173.2.3 pro/e用主要特点193.3 cad在塑料模具设计中的应用193.3.1系统开发方法的选取203.3.1.1 族表 (family table)203.3.1.2 用户定义特征(udf)213.3.1.3 pro/program213.3.2 pro/toolkit223.3.2.1 pro/toolkit的二次开发过程方法223.3.2.2 pro/toolkit二次开发的步骤233.3.2.3 菜单设计243.3.2.4 对话框的建立253.3.2.5 参数输入对话框的建立253.4 cae分析概述253.4.1 cae所涉及的内容263.4.2 有限元法的基本概念263.4.3 有限元法的计算步骤273.4.4 有限元法分析的基本过程27第四章 基于pro/e的注射模快速设计294.1 系统概述294.2 引用304.2.1 检索标准注塑模具模架304.3修改实例族表314.3.1 修改实例族表方法与步骤314.3.2 修改实例314.3.3 一模架开模模拟及干涉检查324.3.4 自动产生零件材料清单334.4 创建meehanica分析334.4.1 meehaniea分析方法334.4.2 meehanica分析结果344.5 实例保存到实例库中35第五章 结束语375.1 本课题研究的达到总目标375.2 本系统的主要功能375.3 本课题所做的工作38参考文献39致 谢4139机械工程学院毕业设计（论文）第一章 前 言当今市场竞争要求企业必须低成本、高效率、快速地开发新的产品，全面提高对市场的快速响应能力。在模具行业，用户对模具的开发周期要求也越来越短1在这样的形势下，企业为了提高自身竞争能力，许多企业大多采用cad技术用于模具设计。pro/e软件是当前广泛使用的三维cad软件中的典型代表，开发一套基于pro/e的塑料模具快速设计系统，是企业适应市场经济较好的选择。1.1我国塑料模具近几年的发展概况和市场情况2003年，我国塑料模具总产值约176亿元，其中出口约2亿美元，约合16.6亿元人民币。根据海关统计资料，2003年我国共进口塑料模具约6.5亿美元，约合54亿元人民币。由此可以得出，2003年我国塑料模具总需求约为213.4亿元人民币，国产模具总供给约为159.4亿元人民币，市场占有率为74.7%。在进口的料模具中，主要是汽车配套的各种装饰件模具、家电配套的各种塑料壳体模具、通信及办公设备配套的各种注塑模具、建材配套的挤塑模具以及电子工业配套的塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于我国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，2003年出口比2002年增长33.3%。随着我国塑料工业的快速发展，特别是工程塑料的高速发展，我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度2。2005年，我国模具工业快速发展，总产值达到600亿元。近5年来，我国模具工业的平均年增长率约为17%，受到了国际的密切关注。模具的进出口比例也日趋合理，2000年的进出口比例为5.6：1，而今年将接近3：142。虽然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命的高档塑料模具每年仍需大量进口。1.2我国塑料模具的发展趋势经过近几年的发展，在塑料模具的开发、结构的调整以及企业管理等方面已显示出以下新的发展趋势2：1.在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位；2.大力增强主动开发能力。模具企业不在是等待用户上门订购时才根据用户要求根据具体制件进行设计模具。而是根据市场的需求主动、快速地开发适应市场需求新模具，提高企业对市场的需求应能力和快速响应能力；3.随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为依靠技术制造为主要的制造。这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了整个模具制造水平的大幅度提高；4.模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作为现代模具企业，单单只是cad/cam技术应用己远远不能够适应当代社会的需求要向信息化方向发展为目标，目前许多企业已经采用了cae、pdm、capp、re、cimserp等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术应用于模具设计与制造中。上面可以看出随着我国塑料工业近几年的迅速发展，工程塑料也将高速发展，我国塑料模具将向高速发展和快速响应市场方向发展。我国对塑料模具的需求将在“十一五”期间快速增加，我国模具工业以17%年增长率增长，这是塑料模具设计与制造迅速发展的有利条件。开发一套塑料模具快速设计系统是适应市场经济较好的表现。1.3设计课题的引入目前传统的模具设计方法己难以满足现代制造业对快速、创新设计的需求，因此研究新型支持模具快速、创新开发的现代模具设计方法，并开发相应系统十分必要。很多模具具有相似性，其特点是外形大体一致，结构也大同小异，只有少数几个零件不同，在模具设计过程时常常需要重复同样的步骤来重复组装整个模具，很多时间用于重复劳动这中，设计效率很低。本文开发一种基于pro/enginee的模具快速设计方法，就是对于外形尺寸相近、结构相似的制件，利用计算机在实例库中检索与之相似的模具实例，采用“自上而下”设计方法，设计只需索引一副相似实例模具，在这副模具的基础上进行修改，对少数几个相异零件执行替换，就可完成一副新模具的设计，大大提高了相近制品的模具设计开发速度，从而更有效地缩短模具的设计开发周期，提高企业的设计速度和对市场反应速度，增强企业在市场的竞争力。基于 pro/engineer的快速设计系统，在设计过程中，充分发挥计算机的强大运算功能、信息存储与快速查找的能力，完成信息管理、数值计算、模拟分析、优化设计和绘图等功能，从而更好地完成从设计方案的提出、评价、模拟分析与修改到具体设计实施的全过程。在pro/engineer中开发出个性化的参数设计应用程序，使其高效地对标准件进行数据管理，实现自动化装配功能、替换功能，这不仅能快速设计模具，而且在很大程度上避免了重复劳动。利用pro/engineer还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通用件和标准件都可根据用户的要求建立，同时用户所设计的每一副模具都可作为模具库的实例组成部分，为后续模具设计提供实例。 1.4国内外注塑模快速设计与快速制造的情况1.国外的基本情况1992年6月，在东京国际会议上正式提出并行工程技术，在此基础上发展成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术，目前国际上在针对快速设计的并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展均较为迅速。欧美许多模具企业将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速设计与快速制造优质模具的有力保证。cad/cae /cam的广泛应用，目前3d设计己达到了7080%。如pro/e、ug、cimatron等软件的应用很普遍，cae技术在欧美己经逐渐成熟，在塑料模具设计中应用cae分析软件，模拟注塑时充模过程、分析冷却过程、预测成型过程中可能发生的缺陷等，可以减少模具设计中缺陷产生。2.国内的基本情况近年来我国的计算机迅速普及和cad技术的快速发展，注塑模cad已经在提高注塑模设计方面发挥越来越大的作用。作为注塑模cad系统中最基本的一部分，注塑模标准模架库为用户提供一个完整的标准模架，用户在根据制件的情况确定模具设计方案后，可以直接利用现有的标准化的模具零部件快速完成模具的设计。设计人员会有更多时间去研究模具结构的优化，从而加速了新模具开发和优化。近几年来，国外的许多优秀三维cad软件引入我国，促进了我国模具设计快速发展。许多高校和企业都在国外3d软件基础上利用vc、vb等语言进行二次开发，取得许多快速设计的理论与方法。下面列出几个：1)文献4介绍：注塑模标准模架参数化设计，基于vb6.0运用数据库参数化相结合的方法，在autocad2000中注塑模标准模架的参数化出图的开发4。2文献5介绍：注塑模具标准模架数据库的开发，介绍了注塑模cad中的mdbms及spdbms的目标和任务，mdbms和spdbms应具有的功能和构，和有关的几何关键技术5。3)文献6介绍：新一代基于知识的三维注塑模设计软件整体结构，提出了新一代注塑模设计软件的结构。基于特征的三维装配模型为核心，采用实例与知识相结合的推理。系统具有很好的集成性与柔性6。1.5本课题研究的总目标本论文就注塑模快速设计理论、方法和应用的探讨，目的是为了提高模具行业对市场的响应速度、提高企业对产品开发速度。企业利用pro/e，在内部建立起一个能够实现基于实例推理的注塑模快速设计的系统平台，可以提高企业的模具设计速度和对模具的数据库的管理。设计部门和其他部门可以充分利用企业设计数据做变型设计，从根本上缩短产品设计周期。建立基于实例推理设计数据库，能快速、准确设计满足客户需要的模具方案，也是为企业设计工作的积累和准备。基于实例推理(cbr)为注塑模具变型设计提供了推理依据和推理规则。cbr作为人工智能的一个重要研究方向，为人工智能在模具产品设计中的应用提供了一个有效的模式。因此，基于实例推理的模具变型设计技术是实现模具快速设计的行之有效手段和方法。注塑模具快速设计系统采用基于实例推理的变型设计技术，通过对以往设计方法的提炼，运用“自上而下”的设计思路来完成注塑模具的快速变型设计。该课题的主要工作量在是利用pro/toolkit为开发工具对注塑模具快速设计系统的开发，以pro/e为基础建立了零件库、装配图实例库、标准件库。1.6 本系统的主要功能本课题研究的总目标主要功能包括：1.在windowsz000系统环境下，开发出基于实例索引注塑模具快速设计方法；2.用pro/e的数据格式，建立了注塑模具快速设计系统零件库、装配图实例库、标准件库；3.快速设计完成的总体设计方案后生成零件工程图、零件属性列表等相关的工程文档；4.在变型设计过程中，定制了三种基本的变型设计方法:尺寸询问法、特征控制法和标准件库访问法来快速建立注塑模具装配图；5.为了减少在快速变型设计中的绘图与选择标准件工作量，根据注塑模具典型零件的特征使用pro/toolkit为开发工具定制了一些零件库、标准件库的数据库的管理方法。本章小结：主要介绍国内外的注塑模快速设计与快速制造的情况，市场的情况，课题的研究与系统的主要功能。企业为了提高自身竞争能力，许多企业大多采用cad技术用于模具设计。第二章 注射模具设计的基本理论2.1注射成型原理与过程塑料成型的基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的颗粒料或粉状塑料成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热成熔融的塑化状态，使之成为溶融态熔体，然后在柱塞或活塞的高压推动下，以很大的流速通过注射机前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具型腔之中，经过一段时间保压冷却后，开启模具更可从模具型腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。注射成型过程是间歇操作，每完成一个操作周期需经过塑化、注射和定型、脱模取出制件等几个步骤：1.塑化 塑化即塑料在料筒内经加热达到流动状态，并具有良好可塑性的全过程。因此可以说塑化是注射成型的准备过程。塑料在进入模腔之前应达到规定的成型温度，在规定时间内提供足够数量的熔融塑料，熔料温度应均匀一致，不发生热分解。2.注射 即柱塞或螺杆前移将塑化好的熔料以一定的压力注入到闭合模腔的过程。注射过程中所采用的工艺条件如注射压力、注射速度等与塑料的特性、制品结构以及其它工艺条件等密切相关，它也直接影响成型制品的质量。3.定型 从塑料熔体进入模腔开始，模腔注满之后，熔体在控制条件下冷却定形，直至制品从模腔中脱出。具体可分为充模、冷却、冷却三个连续阶段。1)充模阶段 从柱塞或螺杆前移直至塑料充满模腔为止。充模过程中所采用的充模速度或充模时间等工艺条件对成型制品中的分子取向、熔接线的强度等都有一定的影响。2)保压阶段 从熔体充满模腔起至柱塞或螺杆撤回为止。在这段时间内，塑料熔体会因冷却而发生收缩，但因塑料仍处于柱塞或螺杆的稳压下，因此料筒内的熔料仍然会向模腔内继续流入，以补足因收缩而留出的空隙。压实阶段对于提高制品的密度、降低成型收缩和克服制品表面缺陷等都有影响。此外，由于塑料还在流动，而且温度又在不断降低;取向分子容易被冻结，所以这一阶段是大分子取向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子取向程度也越大。3)冷却阶段 从浇口的塑料完全冻结时起到制品从模腔中脱出为止。模内塑料在这一阶段内主要是继续冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。在此阶段内由于模内塑料的温度、压力和体积均有变化，到制品脱模时，模腔内压力不一定等于外界压力。模腔内压力与外界压力的差值称为残余压力。4.脱模取出制件。2.2 浇注模设计过程2.2.1 分型面的选择打开模具能顺利取出塑料制件的面，称作分型面，分型面的方向尽量采用与注塑机开模垂直方向，分型面的形状有平面、斜面、曲面等1516。选择分型面的位置时应注意：分型面一般不取装饰外表面或带圆弧的转角处；要使塑料制件尽量留在动模一侧以便利于塑料制件脱模；将同轴度要求高的同心部分放在分型面的同一侧以保征塑料制件同轴度；抽芯机构要考虑抽芯距离；分型面作为主要排气面时，分型面应设在塑料流的末端以便排气。2.2.2 浇注系统浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。浇注系统作用：输送塑料流体和传递压力。2.2.2.1 浇注系统的组成及设计原则1.浇注系统组成：由主流道、分流道、内浇口、冷料穴等。2.浇注系统的设计原则：要考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利、快而不紊乱；避免熔体正面冲击小直径型芯或脆弱的金属镶件；进料口的位置和形状要结合制件的形状和技术要求确定;流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料，提高塑料的利用率。2.2.2.2 主流道设计主流道是指注塑机的喷嘴口起到分流道入口处止的一段流道，与喷嘴在同一轴线上，塑料熔体在主流道中料流不改变流动方向15。主流道设计原则如下：1.便于流道中凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形；2.主流道要求耐高温和摩擦，设计时要求设计成可拆卸的衬套，选用优质材料单独加工和热处理； 3.衬套大端高出定模端面5mm-10mm，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合；4.主流道衬套与塑料接触面较大时，由于型腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计固定的。2.2.2.3 分流道设计分流道是指主流道末端到浇口的整个通道，它是进入模具各个型腔的通道，对塑料熔体流动起分流转向作用，要求塑料熔体的压力和热量在分流道中损失较小保证制件的质量。1.分流道的截面形式：圆形、梯形、u形、半圆形。2.分流道的断面尺寸的选择：分流道的断面尺寸的选择要视制件的大小、品种、注射速度及分流道的长度而定。3.多腔模具中的分流道的排布：平衡式和非平衡式两种。2.2.2.4 浇口浇口又称进料口，是分流道末端与模具型腔入口之间狭窄且短小的一段通道。1.浇口作用：使熔体快速进入型腔，按顺序填充、冷却塑料。2.浇口的常见形式：针点式浇口、潜伏式浇口又名隧道式浇口、侧浇口、直接式浇口又称中心浇口或称主流道型浇口。2.2.2.5 冷料井与拉料杆的设计冷料井通常设置在主流道和分流道转弯的末端。主要是用来除去熔料前锋的温度较低的冷料，同时也起拉断浇注系统凝料的作用。常见的冷料井有如下几种：1.带z型头拉料杆的冷料井；2.带球形头拉料杆的冷料井；3.无拉料杆的冷料井。2.3 注射成型模具分类1.按注射机类型分类立式注射机、卧式注射机、直角式注射机上用的模具1516。2.按注射模具的总体结构特征分类1)单分型面模具(二板式模具)：2)双分型面模具(三板式模具)；3)带侧向抽芯的分型模具；4)自动卸螺纹注射成型模具。2.4 注射成型模具各零部件的设计2.4.1 成型零件的结构设计成型零件包括型腔和型芯两种：1.型腔结构形式：整体式结构、整体嵌入式、局部拼镶式、四壁合拼式。2.型芯的结构形式：整体式、组合式、小型芯单独性加工后再嵌入模板中、非圆形小型芯、复杂型芯的组合方式。2.4.2 成型零件的作尺寸计算成型零件的工作尺寸指成型零件上直接用来成型制件的尺寸。1.型芯型腔的径向尺寸、型芯的高度尺寸、型腔的深度尺寸、中心距的尺寸。2.影响制件尺寸的因素：成型零件本身制造公差、使用过程中的磨损、收缩率的波动、成型零件尺寸计算误差等。2.4.3 成型零部件的强度刚度校核成型零件型芯和型腔组成的型腔全部被充满的瞬间，内压力达极大值，成型零件的刚度，强度校核；1.大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，以刚度校核为主；2.小尺寸型腔，强度不足为主要矛盾，以强度校核为主。2.4.4 其它辅助构件其它辅助构件是安装、导向、装配、冷却、加热及机构动作等作用的零部件的总称。2.4.4.1 导向零件作用：定位，导向及承受侧向压力的作用。类型：导柱/导套导向、锥面导向及斜面导向等。2.4.4.2 装配固定零件1.固定板固定板用来固定型芯、型腔、导柱、导套、拉料杆等固定安装作用，要求固定板有一定的强度和厚度。2.垫板垫板的作用：防止型芯、导柱、拉料杆等从固定板上脱出，并承受压力。要求：具有较高的平引度和硬度。3.支承件支承件的作用：构成顶出机构的运动空间，调节模具总厚度，安装固定的作用。2.4.4.3 冷却、加热零件模具的型腔温度直接影响到制件的成型质量及生产率，因此需要控制模具的型腔温度，保证制件的成型质量及生产率，一般用电加热器给模具的型腔加热，用水给模具的型腔冷却。1.冷却装置：冷却孔与型腔距离一般不要小于10mm，2.加热装置：电加热，蒸汽加热，热水加热等。2.4.4.4 脱模机构脱模机构是使制件从模具上脱出来的机构称脱模机构或称顶出机构，脱模机构的动作方向与模具的开模方向是一致的。要求脱模时制件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。2.4.4.5 抽芯机构当制件有侧孔或侧凹时，成型侧孔或侧凹的零件必须是可活动的型芯，脱模前，活动型芯必须先抽出，完成侧向活动型芯抽出的机构称作抽芯机构。2.4.4.6 复位机构复位机构是在脱模机构在完成制件脱模后，顶出杆伸出型腔外，它们需复位才可以开始下一次注射循环。复位机构的作用是使模具的合模过程顺利，保证模具的连续作业。2.5 传统的模具设计过程2.5.1 确定制件在模具中的布置首先要确定型腔的数目、分型面的位置及浇口类型;之后确定制件的排列，确定制件的排列要综合考虑加工的简便及成本等方面因数，制件在模具中的排布方式直接影响到模架的大小，还影响注射速度和制件的质量。多型腔应尽量采用流道平衡分布以保证各型腔同时充模，并且所占空间长宽比最为合理1516。2.5.2 确定型腔的成型方式根据制件的特点来确定具体的型腔成型方法，即采用整体式还是镶拼式，另外还要确定型腔块的大致尺寸。如果制件上有和开模方向不同的侧向凸凹，还要确定型芯的侧向抽芯方式，如斜导柱、斜滑块、斜顶杆、液压油缸等。如果侧向抽芯的抽芯距离不大，可采用斜导柱抽芯机构，为加工及调整方便，每个型腔的抽芯单独设计滑块。在考虑型腔成型方式的同时，还要考虑制造工艺的可行性。2.5.3 确定冷却水道的分布形式塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到制品。冷却水道的分布应遵循一定的原则，总的来说，应保证制件充分冷却且收缩平衡。2.5.4 确定模架大小通过上述的设计步骤，制件成型所需的水平面的投影大小基本得以确定，再考虑到模板的螺钉固定孔、导柱、导套等的位置是否与滑块、型腔块干涉，水道孔与复位杆孔是否干涉，从而可估算出模具的水平面的投影尺寸，在模架生产厂家的标准中查出相近的模架，确定模架大小。2.5.5 模板厚度尺寸的选用由于选用的是标准模架，剩下的任务就是确定动模板和定模板的厚度。模板的厚度主要取决于制件的高度，其次还与模板的面积、滑块的大小以及冷却水的通过位置等有关。模板的厚度可用计算方法，但较繁琐；目前一般靠经验确定模板的厚度。确定时要考虑各部分的合适比例、镶块的固定深度和方式、滑块的高度与长宽比等，并要尽量选用模架标准中的尺寸系列。另外，垫块的高度需根据实际制件的特点而定。若型腔较深，需加高垫块以保证足够的顶出距离，一般按标准选取即可。此外，为保证推杆在合模前先复位，可以在复位杆上加弹簧；为使推出平稳，可以加一套推出导向机构;为使型腔合模准确，可以加精定位装置，点浇口形式的三板式模具结构还要考虑到安放拉杆的位置等等，这些均需根据模具的具体情况而定。2.5.6 绘制装配草图首先将选好的模架主、俯视图的轮廓画好，在相应的位置绘制制件的主、俯视图(绘制时要按制件收缩前的尺寸，这样装配图和零件图的型腔尺寸完全一致，便于后续的拆图工作)及型腔块的投影。多型腔按实际排布情况绘出，然后在俯视图上从中心向外绘制浇口套、流道、侧抽滑块、冷却水孔、推杆及标准模架的复位杆、导柱导套、螺钉等结构元件，检查各零件位置间是否有干涉现象。在这个过程中，可能会根据实际情况调整原先选定的模架大小。其次根据标准模架各模板和所选动、定模板的厚度绘制模具的主视图。将各结构元件的位置由俯视图引入主视图，同时将型芯和型腔镶块绘出，这时模架的基本结构就完全出现，可以对模板厚度和型腔的侧壁厚度进行简单的校核。然后将基本确定的结构零件，如浇口套、定位环、水道、侧抽滑块、导向装置、紧固螺钉、顶杆、复位杆、拉料杆及浇注系统等等，一一绘出或细化，剖切不到的重要零件可另加局部剖视图。在这个过程中，可能又会发现一些问题从而调整模架这都是很正常的。最后标注和编制一些重要的尺寸(如模具大小、相关安装尺寸及配合尺寸等)、零件序号、零件明细表和标题栏。2.5.7 拆分零件图装配图基本完成后，就需要按照装配图上的序号逐一拆分零件图。拆分零件图时注意各个图中零件的摆放应尽量和装配图保持一致。如将模板的零件图中的主视图和装配图中的俯视图相对应，将各模板图叠放在一起，便于识图和审图。并且要注意按机械制图的标准绘制，标注所有尺寸及尺寸公差、形位公差、表面粗糙度，加上剖面线、技术条件等。2.5.8 完善装配图在拆分完零件图后，可能需要对装配图的某些结构进行修改或补充，从而得到一张完善的模具装配图。这样，一副模具基本上就设计完成。模具设计需要考虑多方面的因素，并且是一项经验性很强的工作。由于经验和习惯不同，每个人的设计步骤也不尽相同，但是有一个比较清晰的思路和程序是非常必要的。2.6 “自上而下”模具设计方法在模具设计中，根据具体情况可以采用“自上而下”装配建模设计(top- downmodeling)和“自下而上”装配建模设计(bottom-upmodeling)两种方法。本文仅对“自上而下”装配建模设计作介绍，而“自下而上”装配建模设计不作介绍。当今cad技术的发展使得概念设计思想体现在相应的设计模块中。pro/engineer提供了概念设计的系统模块，称之为工业设计模块或概念设计模块，pro/engineer中的工业设计模块prodesign，支持“自上而下”的设计方法，以及在复杂模具设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块包括概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器(layont)。在设计过程中使用系统模块可以大大减轻设计师的工作量，节省设计时间，提高工作效率。2.6.1 “自上而下”装配建模设计方法在pro/e中“自上而下”装配建模设计具体有两种方式：1.用layout方法在layout里面作草稿，设置它们的位置关系、尺寸关系，再在part里申明这种关系，达到自动装配的目标，就是用layout来控制part，当有装配建模需要变动时，可以修改layout里的装配建模参数。part会自动更新成为新的装配关系的模具结构。2.用骨架方法先做出统一的骨架，在共享骨架里的资料，让单个part受限于骨架的控制，这样part在装配时就会以骨架的方式自动装配到位。修改骨架参数后，所有相关part都会更新成为新的装配关系组成新的模具结构。2.6.2 “自上而下”设计装配方法实现在模具装配设计采用基于“自上而下”的参数化装配建模技术，pro/e装配建模技术完全支持“自上而下”的设计方法，即先总体设计后详细设计，局部设计决策服从总体设计决策，“自上而下”的设计方法符合人的思维习惯。“自上而下”的设计方法是从装配体开始设计，用户可以从一个零件的几何体来定义另一个零件。“自上而下”的设计次序一般以布局草图为设计的开端，然后定义零件位置、基准面等，参考这些定义来设计零件。“自上而下”的设计方法更符合经典的设计思想和方法，突出零件之间的相互联系和零件位置，而不先考虑零件的具体结构。模具装配设计中模型零件数据是对零件本身的链接，保证装配模型和零件设计完全双向相关，零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新，同时可在装配环境下直接对部分零件的结构零件进行修改。2.6.3 参数化技术系统采用参数化技术来实现塑料模结构设计。设计过程中，当某一零件的外形尺寸发生变化时，则该零件本身的外形及与之相关联的零件的外形亦会随之发生相应的变化，其实现流程是：1.通过零件的id打开零件，取得零件的三视图；2.调用参数化程序分别对每个视图进行参数化，从而实现对整个零件的参数化；3.通过与之关联的零件执行步骤从而完成了该设计修改。采用参数化技术可以完成模具中的标准件的选择、完成模具设计中的通用件的尺寸修改，用它来实现塑料模结构中零件尺寸的修改。本章小结：主要介绍注塑模具的成型原理与过程，模具零部件的设计，还有绘制草图，分析拆分零件图。自上而下的模具设计方法与参数化设计。第三章 三维cad与pro/engineer介绍3.1 三维cad的发展历程cad技术起步于50年代后期。进入60年代，随着在计算机屏幕上绘图变为可行而迅速发展。人们希望借用这项技术摆脱繁琐、费时、绘图精度低的传统手工绘图方法。此时cad技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。在这之后又出现三维计算机绘图技术，目前各种类型软件都是三维绘图技术。三维cad技术的发展经历了四个阶段：1.曲面造型系统60年代出现的三维cad系统只是极为简单的线框造型。初期的线框造型系统只能表达几何表面的基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系，由于缺乏形体的表面信息，cam及cae均无法实现。进入70年代，飞机和汽车工业的蓬勃发展，飞机及汽车的零部件中遇到了大量的自由曲面，法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操作，能够在二维绘图系统cad的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统catia。标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式到三维自由曲面图形，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得cam技术的开发有了图形的基础。2.实体造型技术曲面造型系统有了表面模型，cam的问题基本可以解决表面问题。但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的特性，如质量、重心、惯性矩等，这对cae非常不利，最大的问题在于产品分析的前处理特别困难。基于对于cad/cae一体化技术发展的探索，sdrc公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型cad/cae软件。由于实体造型技术能够精确表达零件实体的全部属性，在理论上有助于统一cad/cae/cam的模型表达，给设计带来了很大的方便。3.参数化技术当实体造型技术逐渐为众多cad系统所采用时，出现了造型更新颖、更好的算法参数化实体造型方法。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。这种新构想在ptc公司 (parametric teehnology corp.)的软件pro/e中成为现实。pro/e软件实现了尺寸驱动零件修改设计，使人们看到了它今后将给设计者带来的巨大方便。由于参数化技术的成功应用，使得它很快成为cad业界的标准，许多软件厂商纷纷按照这个标准执行。4.变量化技术90年以后，sdrc的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种新的实体造型技术变量化技术。变量化造型的技术特点是保留了参数化技术基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点，并在约束定义方面做了改变。变量化技术将参数化技术中所需定义的尺寸“参数”进一步区分为形状约束和尺寸约束，而不是像参数化技术那样只用尺寸来约束全部几何。采用这种技术的理由在于:在大量的新产品开发的概念设计阶段，设计者首先考虑的是设计思想及概念，并将其体现于某些几何形状之中。这些几何形状的准确尺寸和各形状之间的严格的尺寸定位关系在设计的初始阶段还很难完全确定，希望在设计的初始阶段允许欠尺寸约束的存在。在设计初始阶段，整个零件的尺寸基准及参数控制方式如何处理还很难决定，只有当获得更多具体概念时，一步一步借助已知条件才能逐步确定怎样处理才是最佳方案。事实上，参数化技术和变量化技术构成了当今主要cad软件的两大流派。两种造型理论相互依存，相互借鉴，共同发展。3.2 pro/engineer概述3.2.1 pro/engineer软件基本情况1985年ptc公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。从1988年vl.0的 pro/engineer诞生，后经过30余年的发展，pro/engineer现在已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了pro/engineerzool、pro/ewildfir。1.0、pro/e wildfire2.0、pro/ewildfire3.o。在我国有许多的企业正在使用这些系列软件进行相关设计，许多大专院校大多开设pro/e有关课程供学生学习，pro/e系列软件在我国使用率在三维图形软件中是比较广泛的一种。ptc的系列软件包括了在工业设计、机械设计和模具设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。pro/e还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。pro/engineer的主要功能有：零部件设计、装配设计、工程制图、nc加工和切削模拟、注射流动模拟。 pro/engineer提供了一个易于使用的完整三维解决方案，它详细描述了产品的形状、配合和功能。特别是pro/engineer中的moldesign模块的出现使ptc可以进行塑料模具设计。3.2.2 主要模块1.工业设计模块主要用于对产品进行三维几何图形设计，传统设计在零件未制造出来时，是无法观看零件形状的，只能通过工艺人员从二维平面图进行想象出它的三维形状。现代设计用三维软件可以生成三维几何实体模型，而pro/e中的单一数据库是对设计中数据作统一管理，用pro/e三维软件生成的模型在工程实际中可以对后各阶段的数据进行统一管理。它包括：三维建模、动画模拟、概念设计、网络动画合成、图片转三维模型等。2.机械设计模块pro/e的机械设计模块是高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件三维图形。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，这些称为自由曲面。随着人们生活水平提高，个性化的产品要求越来越多越来越丰富，对自由曲面产品的需求将会迅速增加，这要求设计人员设计出大量不重复的自由曲面产品。用pro/e生成自由曲面仅需几步就可以做出，可以迅速满足用户设计要求。pro/e生成自由曲面的方法有：拉伸、旋转等。由于生成曲面的方法较多，因此pro/e可以迅速建立任何复杂自由曲线、复杂自由曲面。3.功能仿真(cae)模块pro/e的功能仿真(cae)模块主要进行有限元分析的力学和热学分析。零件的内部受力变形与热变化情况是难以知晓的，用有限元仿真使我们能“看清”零件内部的受力状态和受热变化。利用分析结果找出造成设计中种故障产生的原因，有助于排除设计中出现的设计故障，改进设计方法；利用此功能还可以进行优化设计。4.制造(cam)模块pro/e在模具行业中用到的cam制造模块中的功能是 nc machining(数控加工)。5.数据管理 (pdm)模块pro/e的数据管理模块在计算机上对产品性能进行仿真测试，找出造成产品各种故障的原因，帮助你排除模具设计中出现故障，为改进模具设计。数据管理就像pro/e大家庭中的一个管家，管理每一个任务模块，并自动跟踪创建的数据，这些数据有存贮在模型文件或数据库中零件的数据。pro/e的数据管理模块保证所有数据的安全及存取方便。为了加速产品投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品，为了实现这种效率，必须需要多个学科的工程师同时对同一产品进行并行开发。数据管理模块正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作， pro/engineer的数据管理模块因而使之成为可能。6.数据交换 (geometry translator)模块pro/e的实际生产中存在一些与别的cad系统进行数据交换，如ugh、eucud、cimatrton、mdt等，由于它们处理数据方法有别，各自的数据都难以被对方所识别与被识别。但在实际工作中，往往需要与其它的cad系统进行交换数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。国际上常用的标准数据接口模块有以下几种1)iges各种cad软件只有通过权威组织制定的接口标准，才能进行数据交换，例如：iges(基本图形转换标准initial graphies exehanges tandard)，大部分cad软件都采用此规范。2)step step的iso正式代号为 iso 10303，是一个关于产品数据计算机可理解的表示和交换的国际标准。目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据。3)acis它是一个用于保存关于实体对象信息的实体造型文件格式，该文件的后缀为*.sat。4)vda_fs德国的汽车制造业在iges的基础上开发了产品数据交换的德国国家标准vdafs，该文件的后缀为*.vda。5)stl主要用于有限元分析。大多数有限元软件都支持这种文件的输入，大多数三维cad软件都支持这种文件的输出。6)dwg,dxf autocad软件的文件格式，可用于跨平台数据交互。进