基于UG的BS拔叉的注塑模具设计及虚拟加工毕业设计
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基于UG的BS拔叉的注塑模具设计及虚拟加工第一章 绪论该模具可以注射生产出BS拔叉的金属件或塑件，现只要求生产塑料件。学会运用UG软件技术对注塑模具进行设计与加工。通过本毕业设计，运用和巩固塑料成型工艺及模具设计课程及相关课程的理论知识，了解塑料模具设计的一般方法和程序，熟练运用注塑模具国家标准、注塑模具结构图册等有关技术资料。塑料具有很多优良的性能和特点，近年来在各领域得到了越来越广泛的应用。作为塑料制造业的支柱产业塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展，特别是作为塑料必备成型工具的塑料注射模具，其成型效率高，易成型形状复杂的制品，并可实现自动化生产。近年来，全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区转移，中国正成为世界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致CAD技术的发展。同时，由于网络技术的大面积应用，正如10年前由于成本的大幅度下降，使得微机进入千家万户改变我们的生活一样，网络应用的普及将在更大程度上改变制造业的模式。随着中国加入WTO，逐渐成为世界制造业的重要基地，将要求我国的产品要有创新性，并且要有更高的质量、更低的成本并在更快的时间内提供给市场，作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面队竞争的第一线，模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。 我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业就需要各种塑料制品36万t。预计到2010年塑料门窗的普及率为3O ，塑料管的普及率将达到5O ，这些都会大大增加对模具的需求量。塑料模具的发展速度将高于其它模具，在整个模具的比例将逐步提高10。 业内专家预测，2004年中国塑料模具市场总体规模将增加13%左右，到2005年塑料模具产值将达到460亿元，模具及模具标准件出口将从现在的9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。据悉，深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩、温州等地区的塑料模具工业发展也非常快，模具年产值70亿元。不少发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势11。 塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛，掀起了一股投资热潮。塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，形成了一个巨大的产业链条，从上游的材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展方兴未艾12。 虽然目前中国塑料模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与发达工业国家相比仍有较大的差距。专家认为，制造理念陈旧是其发展滞后的直接原因。加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，减少对进口模具的依赖，是塑料模具工业发展的方向13。 国外注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展，例如：组合模，即钣金和注塑一体注塑料铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源、降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化9。 热浇道模具是将传统式模具的浇道与流道经加热，在不需要取出流道和浇道的一种崭新设计并且在注射成形模具产业中扮演关键性角色，它提供注射成形模具中从射出机的喷嘴处到模具的模穴之间塑料流动的控制。透过热流板、热嘴及其控制系统的功能，让模具在成型时能提升塑品质量、加快生产速度、降低生产成本、做出高难度产品14。根据设计任务要求，本人选择了BS拔叉作为本设计（模具）拟生产的制品。具体设计内容包括：绘制零件图；进行注塑工艺性分析（从材料、零件结构、尺寸精度几个方面进行）；确定模具设计方案；进行相关工艺计算：注射工艺规程（温度、压力、时间）、成型尺寸计算、模具零件结构尺寸计算、注塑机选择与校核、注塑模具标准模架的选择、模具加热和冷却系统的计算、脱模力的计算等；凸凹模的虚拟数控加工；设计塑料模具图纸一套（含装配图与零件图）。第二章 基于UG的注塑模具设计方法2.1 UG 软件介绍UG软件作为制造行业应用最广泛的大型CAD/CAM/CAE软件之一,可以实现设计、绘图、装配、辅助制造很多功能。而MoldWizard软件1是相对独立,针对注塑模具一般设计而设计的模块;为注塑模具设计提供了一个平台,具有收缩率设计、毛坯尺寸、型腔布局、分模及型芯、型腔、滑块、镶块模架和标准件等等,它和UG其它模块结合使用,设计的自由性得到加强,可以设计比较复杂的模具。Unigraphics（简称UG）是紧密集成的面向制造业的CAD/CAM/CAE高端软件，不仅被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真等工作，在模具制造行业，尤其是注塑模具CAD/CAM/CAE领域更是被广泛应用。当今世界市场竞争激烈，用户需求日益多样化和个性化，设计和制造技术迅速发展。制造企业为了适应这一发展，提高产品竞争力，降低成本，采用优秀的设计制造软件势在必行。UG作为当今制造业内应用较为广泛的高端软件，不仅具有一般CAD软件的CAD和CAM的集成，更具有与著名的注塑模具分析软件MoldFlow的接口，从而实现注塑模具CAD/CAM/CAE的一体化。2.2 UG 注塑模具设计向导注塑模具设计向导采用过程向导技术来优化模具的设计流程，大大提高了生产力。它具有基于专家经验的结构化的工作流程、自动化的模具专用设计以及标准的模架库。同时，UnigraphicsNX模具设计向导还将复杂的设计技术集成到自动化的流程中。 (1)过程自动化Unigraphics模具设计向导采用以过程为中心的功能代替劳动密集型的步骤，操作中只需要简单的人工输入即可，因此能比传统软件更快地完成模具设计任务。此外，用户还可以将自己的设计经验融入到工作中，从而更大程度地提高生产力。(2)高级分模工具Unigraphics模具设计向导采用了几项先进的功能，这些功能不仅可以解决复杂的分模曲面的定义问题，还可以使分模过程自动化。例如，用户可以自动地查找分模线，修补缺孔，然后自动地产生分模曲面，并生成凸模和凹模。这些技术的组合应用具有如下的特点：分模曲面具有相关性，当模型修改变动很大时可保持此相关性并允许彻底替代产品模型。这些功能不仅适用于Unigraphics的零件模型，也适用于外来的模型。(3)模架及标准零件库Unigraphics模具设计向导的模架和标准零件库提供了范围极广的模架和标准零件。用户可以临时性或永久性地定制或修改库中的模架和标准件；也可以通过简单的步骤将自己设计的模架和标准件加入到库中。(4)同步进行的模具设计使用Unigraphics模具设计向导时，用户不必等产品零件的设计全部完成后才开始模具的设计，而是可以在产品零件仍在调整修改时就开始。Unigraphics模具设计向导与Unigraphics系统完全集成，在产品模型和模具之间提供完全的相关，允许随意变更模具设计。名义产品零件模型的任何变更都会自动地反映到凸模和凹模中。反之，任何下游零件的变更，比如子镶块、标准件和电极的变更也会自动地反映到模具设计中。(5)模型互换引入新的零件模型后不必重新进行模具设计。利用比较和互换的功能，用户可以很方便地将现有的任一CAD 格式的模型换成新的版本。2.3 UG 注塑模具设计方法1. 注塑模具CAD 在UG平台上进行模具CAD，一般包含以下几个方面： 1）产品的三维建模。从客户接来的资料，通常是产品的二维图纸，所以必须首先把产品的三维模型建立起来，才能进行后续工作。UG有丰富的建模工具，不但继承了传统的实体造型技术、曲面造型技术，也吸收了参数化建模的优势，从而形成自己独特的“复合建模”特征。其中实体造型使用UG的modeling 模块中的Form Feature 工具条中的命令，曲面造型使用Free Form Feature工具条上的按钮，参数化建模则可用Sketch模块和Expression表达式来完成。综合运用这些造型工具，可以精确、快速地建立产品的 三维模型。 2）模具设计。模具设计的内容包括：确定型腔个数，分模，选择模架，动模部分详细设计以及定模部分详细设计等。这一阶段的任务既可以使用基本的UG造型和编辑工具来完成，也可以使用基于知识的智能化模具设计工具UG MoldWizard。UG MoldWizard是高度自动化的注塑模具设计系统，它的用户界面友好，内嵌许多高级模具设计师的模具设计知识，能够极大提高模具设计的效率。 3）装配。装配方法有自顶向下（top-down）和自底向上（bottom-up）2种。较常用的是自顶向下，即先在一个主模型文件中将所有的组件画好，然后应用AssembliesComponentCreating将它们逐一分离装配。UG的装配文件中不包含实际组件几何体，但组件几何体文件被虚拟指向装配文件。当在装配中要对组件几何体进行编辑时，必须应用AssembliesContext ControlSet Work Part将当前工作组件设为需要编辑的组件文件名。在每个装配中，有时为了表达方便，还可以建立爆炸图（Exploded Views）。爆炸图弥补了装配图表达的不足，为进行产品零件的组装，工作原理的介绍，装配关系的分析，提供了清楚而便捷的工具。爆炸图完全独立于装配，并且无论各个零件的相对位置如何变化，都不会增加文件的存储空间。4）工程图设计。UG的二维图设计比较简单，进入专门的二维设计模块Drafting之后，便可以直接将三维模型任意方向的视图直接加入设好的图纸，还可以根据需要，增加一些剖视图、辅助视图、局部视图、轴侧视图来帮助表达，而这些只要在（DrawingAdd view）所对应得对话框内便可以全部完成。UG的二维图绘图员的主要任务是在尺寸及公差的标注上，这些标注都有专门的工具条来协助完成。值得注意的是，UG的工程图和三维设计模型是相互关联的，即如果设计模型改变，工程图也随之更新，以维护系统的统一性。 2.BS拔叉的注塑模具设计方法分析（1）浇口流道分析根据浇口的基本作用，浇口的截面要小，长度要短。该产品的表面要求光滑，而零件尺寸要求较大，为了保证零件的成型，采用侧浇口。但脱模后塑件上的浇口残痕较明显，需要再修正浇口痕迹。采用一模多件的方式。可以采用直流道，平衡式分流道。流道的截面选择圆形以保证流道的表面积与体积之比最小，这样可以缩短注塑周期，提高生产率。（2）收缩率的考虑 ABS塑料的尺寸稳定，收缩率较小，而且要求零件能够抗冲击，产品的精度要求较高，变形要求小，因此选用收缩率为1.006的材料。（3）确定模具结构 由于零件浇口采用侧面进浇方式，一般将模架设计为三板式注塑模，便于浇口凝料脱模。因为零件的侧面有孔道，需要靠侧面来抽出形状，而且模具位置非常有限，滑块必须做的非常小，所以采用楔紧块侧向侧向分型与抽芯机构。这种抽芯机构的抽芯操作和塑件的顶出是同时进行的，应防止初始开模时斜滑块被定模带动。楔紧块既起锁紧滑块的作用，又在开模时起到斜导柱的作用。第三章 基于UG的注塑模具设计流程设计流程：（1） 项目初始化。（2） 模具坐标系的确定。（3） 工件尺寸的确定，其最终效果如图3.1所示。图3.1 工件尺寸的确定（4） 型腔数量的确定及型腔布局。（5） 修补零件片体。（6） 分型面的确定和创建，效果如图3.2所示。图3.2 创建的拔叉分型面（7） 模架的确定和标准件的选用，效果如图3.4所示。图3.4 添加的模架及标准件（8） 顶出系统的设计。（9） 浇注系统的设计。（10） 侧向分型与抽芯机构的设计。（11） 冷却系统的设计。（12） 型腔的建立。第四章 制品分析4.1制品结构及成型分析图4.1 BS拔叉1. 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析（1） 结构分析从零件图上看，BS拔叉有7个侧孔，需要采用侧向抽芯机构。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为14 mm，最小为1 mm，壁厚不均匀，不有利于零件的成型。脱模斜度：制件外表面401.20，制件内表面351。塑件上各处的轮廓过渡和壁厚连接处，一般采用圆角连接。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于熔融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。转折处圆弧过渡可以减少塑料流动的阻力，改善制件的外观。（2）尺寸精度分析 该零件尺寸精度没有特殊要求，取一般精度，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。同时制品材料为ABS塑料，所以塑件选用IT4级，则模具用IT6级。（3）表面质量分析要求产品强度高、耐腐蚀和摩擦并且要求产品的表面光滑，容易清洁处理。综上分析可以看出，注塑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。对于该模具，制品型腔的布置尽量使模具厚度及开模行程应尽量小，以减少模具的总体厚度且有利于制品脱模，故型腔选择下平面平行于分型面布置。关于设计结构，将在下文给予详细的论述。4.2制品原料特性 制品原料为ABS塑料,属于非结晶性塑料。（1）材料特点： 1、综合性能较好,冲击强度较高,尺寸稳定，耐化学性、电性能良好。2、易于成型和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。（2） 材料用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件，各类壳体，汽车配件，日用品，管材及文具等。（3）材料成型特性： 1.无定形料,流动性中等,比聚苯乙烯、AS差，但 比聚碳酸酯、聚砜好；吸湿性强,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。 2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度。 3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。 4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。 ABS材料的主要参数： 表一：ABS的主要技术指标密度比溶吸水率收缩率热变形温度1.02-1.050.8-0.980.2%-0.4%130-1600.3%-0.8%83-103.抗拉强度拉伸弹性模量弯曲强度冲击强度体积50Mpa1.8X10780Mpa11HB9.7HB6.9X10表二：ABS的注射工艺参数注射机类型螺杆转数喷嘴形式喷嘴温度 螺杆式50-70直通式180-190。料筒的温度模具温度注射压力保压力190-200 200-220 170-19050-70Mpa60-90Mpa30-60 Mpa注射时间保压时间冷却时间成型周期3-5 S15-30 S10-30 S30-70S4.3制品注塑成型的工艺参数查找相关文献资料和参考工厂实际应用的情况， ABS成型工艺参数可作如下选择：（试模时，可根据实际情况作适当调整） 料筒温度：前段 选用190中段 选用200后段 选用180 喷嘴温度：180 模具温度：5070 注射时间：选用5s 保压时间：15s 冷却时间：20s 注射压力：选用80MPa 注射速度：建议使用快速注射第五章 模具设计5.1注射机选择5.1.1注射机的初步选择计算塑件的体积和质量：使用UG软件画出三维实体图，软件能自动分析计算所画图形。ABS材料密度=1.05 g。体积V= 122.136，则质量 m=V=128.24g由于原材料ABS成型条件要求，注射类型为螺杆式，其它性能要求：（1） 螺杆转速3060r/min;（2） 注射压力7090Mpa;（3） 模具温度50700C.以这些来作为选择注塑机的机型的依据之一。注射机的最大注射量为G（g）、制品的质量m的关系为6：Gm/0.8 考虑到制品生产批量，本套模具采用一模两腔，则注射机的最大注射量G320.6g。又因为采用一模两腔的模具结构，考虑外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，故初步选用注塑机为XSZY500。5.1.2注射机相关参数 所选注射机的相关参数如下：注射机型号： XSZY500理论注射容积：500cm3注射压力：104MPa注射速率：195g/s塑化能力：702kg/h螺杆转速：6380r/ min锁模力：3500KN拉杆有效间距：500440mm允许模具厚度：200450mm模板最大行程：500mm最大成型面积：1000mm模具定位孔直径：125mm电动机功率：22kW5.2模具总体结构及其工作过程5.2.1模具总体结构本套模具的型腔结构采用一模两腔式结构。由于零件浇口采用侧面进浇方式，一般将模架设计为三板式注塑模，便于浇口凝料脱模。该零件因为横截面积较小，因此模具采用顶杆顶出机构，且采用一次顶出。因为零件的侧面有孔道，需要靠侧面来抽出形状，而且模具位置非常有限，滑块必须做的非常小，所以采用楔紧块侧向分型与抽芯机构。模具总体结构及各部件构成参见总装配图。5.2.2模具工作过程注射、保压、冷却后，解除锁模力，模具开启。首先，注塑机带动动模向后退，此时锁紧楔形开始与滑块分开，在楔紧块的带动下，滑块渐渐分开，当开模到一定距离时，楔紧块脱出右滑块，右滑块停止移动，由于左滑块上装有侧型芯成型制品侧孔，动模继续向后移动，完成侧抽芯。整个开模过程结束。制品顺利脱出后，分型过程结束，模具开始闭合。首先，注射机活塞液压缸推杆退出模具，在顶杆的作用下，顶杆机构快速复位到注射前状态。与此同时，模具下半部分和上半部分开始合模，左锁紧楔先接触滑块，楔紧块插入左滑块，在力的作用下，左滑块向中间移动，当合模到一定距离时，右锁紧楔接触右滑块，短斜导柱插入右滑块，在力的作用下，右滑块向中间移动，合模到一定程度，固定在左滑块上的型芯恢复到原位，两斜导柱带动滑块合模恢复到注射前状态，滑块闭合。各机构完全复位，合模过程完成。到此为止，整个产品的生产过程结束。5.3模具装配及调试（1）装配的主要内容：1. 测定各零件间的配合部位，修整组装后的积累误差，使其达到精度要求。 2. 安装镶件前，先测定相互配合件的实际配合公差及表面粗糙度是否恰当。为便于安装，在配合件的压入部设置导入斜角或导入过渡面。 3. 压入镶件时，应摆正镶件。在用手工压装时，将镶件放在固定孔上面，先轻轻敲击站稳后，在镶件相邻两侧用角尺测量与片面的垂直度，并轻轻敲击调整，直到两侧完全垂直时，再平行用力压入。长距离配合时，应采用润滑油润滑，防止拉伤配合面。当尺寸较大或过盈配合的镶件，可应用热胀冷缩的原理，将镶件放在液氮中，进行冷处理，使其尺寸缩小，再放入或压入则更为方便。 4.当几个零件需要先行重叠组装时，应根据模具总装图的要求，对各零件尺寸进行检测调整。5.在抛光前，按图纸上的塑件壁厚的要求，对型腔和型芯分别进行测量。当发现塑件壁厚过薄或过厚时，应与设计人员商讨补救措施。一般情况下，应以修整型芯为宜，保证在模具用时，使塑件的壁厚为负公差。 6.在进行分型面配研加工时，由于它兼有排气的作用，他们配研间隙应调整到0.02以下，达到既不产生飞边，又能排气的效果。必要时应在适当的部位开设排气槽。 7.在侧分型的结构中，应使侧滑块与导滑槽配合间隙达到技术要求，并在相互移动时运动自如。当侧分型面相互接触后，侧滑块与主分型面相接的部位应油0.02以下的间隙。侧型芯的定位和锁紧装置应正确可靠。 8.顶出系统各部应间隙配合适当。在不发生溢料的前提下，各部都应运动自如，无卡滞、歪扭现象，特别是在采用推件板顶出形式时，应使相互配合的端口的配合间隙均匀适当，防止偏置现象。 9.冷却水道应确保无漏水现象。（2）调试的主要内容： 准备阶段：调试前必须对注射机的运转状况有所了解，对液压系统、加热装置以及电路控制系统进行检查，并按规定进行设备保养。 检验原料是否合乎要求，是可否进行烘干处理。然后根据该塑料的工艺参数将料筒及喷嘴加热。熔料的温度除了从温度表上显示以外，还应凭经验采用目测的方法判断熔料温度是否合适。即在注射机喷嘴与模具主流道脱开的情况下，用较低的注射压力，使熔料从喷嘴中对空缓慢地流出。观察料流，如果料流光滑透明，而没有硬块、气泡、银丝、变色等情况，即说明料筒和喷嘴的温度是比较合适的，可以开始试模。 调试原则：在开始试模时，应选择低压、低温和较长时间的成型，然后按压力、时间和温度的先后顺序调整。如果塑件充不满时，通常首先考虑提高注射压力。一般情况下，提高注射压力，马上就从塑件上反映出来。 当提高注射压力仍未达到理想效果时，才考虑变动时间和温度。延长注射时间就是延长塑料在料筒的受热时间，其实质就是提高熔料温度。如果注射几次仍未充满，最后才提高料筒的温度，但温度不能升得过高，以免塑料过热发生降解。一般情况下，以升温15min左右为宜。 在调节注射成型工艺时，按以上的顺序调节，但不要同时变动二个或三个工艺条件，以便于分析和判断正确的成型思路。 试模过程是暴露模具设计、制造以及注射过程中出现的问题，并针对问题进行修正或改进，通过试模验证塑件的成型条件。应该指出的是，在试模中出现的问题或缺陷，往往是在综合条件下产生的。5.4模具功能结构设计5.4.1 分型面及排气系统设计5.4.1.1分型面的设计 （1）分型面选择原则6：分型面位置应设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔，这是分型面的首要原则。有利于保证塑件尺寸精度。若塑件有孔的同轴度要求，台阶间尺寸精度要求，应使塑件相关的部分全部在动模部分成型，一满足精度要求。有利于保证塑件的外观质量。塑件熔体容易在分型面上产生飞边，从而影响塑件的外观质量，因此在光滑平整表面或圆弧曲面上应尽量避免选择分型面。有利于保证塑件的使用要求。注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度，推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。考虑注塑机的技术要求，使模板间距大小适中。考虑锁模力，尽量减少塑件在分型面上的投影面积。尽可能将塑件留在动模一侧，易于设置和制造简便易行的脱模机构。考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都很小，因此选择的分型面应使抽拔距尽量短。尽量方便浇注系统的布置。有利于排气，模具零件易于加工。综合考虑以上各种因素，本套模具设计分型面：选取塑件外形的最大轮廓处。（3） 确定型腔的排列方式根据所用的注塑机的最大注射量确定型腔组数：n=1.52式中 n 型腔组数V注注射机的标称注射量V件 两个型腔中塑件体积 C在塑化温度和压力下塑料密度变化的校正系数，非结晶性塑料取0.93。故本塑件在注塑时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，拟采取如图所示的型腔排列方式：采用如图的型腔排列方式的最大优点就是便于设置侧向分型抽芯机构，降低了模具结构的复杂程度。5.4.1.2排气机构及引气系统设计 排气系统的作用是把模具型腔内的空气、熔料所产生的气体排放到模具之外，保证熔体在充模过程中正常流动。 （1）排气不良的危害性充填不足。排气不良增加熔体的流动阻力，会使表面轮廓不清，甚至不能充满。影响表面质量。型腔内的滞留气体会形成气泡、银纹、雾状等表面质量问题。产生高温，使塑料熔体分解，甚至炭化、烧焦。形成流动痕和熔痕，使塑件的力学性能降低。降低充模速率，影响成型周期，降低生产效率。（2）常用排气方式对于大中型模具，排气槽通常开在凹模的一边，处于熔体流动的末端。对于小型模具，利用分型面排气，分型面须位于熔体流动末端。利用推杆和模板的间隙排气。利用模板和镶块的缝隙排气。利用侧抽芯和型腔板的间隙排气。利用定模活动型芯和定面板的间隙排气。利用模板和型芯的定位孔排气。利用粉末烧结合金块排气，但烧结合金要有足够的承压能力。本套模具采用的排气方式有多种：利用分型面、推杆和模板的间隙、侧抽芯和模板的间隙以及滑块和模板的间隙排气。 5.4.2浇注系统设计浇注系统设计原则：（1）重点考虑型腔布局，有以下三点需注意： 尽可能采用平衡式布置，以便设置平衡式分流道； 型腔布置和浇口开设部位对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象； 型腔排布尽可能紧凑，以减少外形尺寸。（2）热量及压力损失要小；浇注系统流程尽量短，截面尺寸尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低。（3）均衡进料；尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔深处及角落，分流道尽可能采用平衡式布置。（4）塑料耗量要少；在满足个型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料在热流道内的储存时间。（5）排气良好；浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔内气体能顺利排出。（6）防止塑件出现缺陷；避免熔体出现充填不足或出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象。（7）塑件外观质量；根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用。（8）生产效率；尽可能使塑件不进行或少进行加工，成型周期短，效率高。（9）塑料熔体流动特性；大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为，应予以从分利用。浇注系统如装配图所示。5.4.2.1主流道设计此副模具主流道衬套的结构形式：将主流道衬套和定位圈设计成一个零件，然后固定在定模座板上。主流道衬套与定模座板的配合精度 H9/f9。主流道衬套与定模板的配合精度 H7/m6。根据设计手册查得：喷嘴前端直径：d=7.5mm喷嘴前端球面半径：SR=20mm根据模具与主流道喷嘴的关系： R=+(12)mm D=+(0.51)mm取主流道球面半径R=21mm取主流道的小端直径d1=3.5mm主流道的大端直径d2=d1+2ltg=8.5mm图5.3.1本套模具设计以下结构的主流道如图5.3.1示；主流道与注射机喷嘴接触。两流道截面均为圆形。主流道长度l89mm,流道粗糙度Ra=3.2。为了便于将冷凝料从主流道内拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥角=24，取3。主流道大端处应呈圆角，其半径常取r=13mm,以减小料流转向过渡时的阻力。5.4.2.2分流道设计（1）分流道设计要点 分流道要求熔体流动阻力尽可能小； 分流道转折处应以圆弧过渡，分流道与浇口的连接处加工成斜面以利于熔体的流动； 各型腔应保持均匀进料； （2）分流道截面为圆形 （3）分流道的布置 采用平衡式布置要求主流道至各个型腔的分流道长度、形状、截面尺寸必须对应相等，使各个型腔达到热平衡和塑料流动平衡。其具体形式如装配图所示。 5.4.2.3浇口设计浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短的通道，是塑料进入型腔的入口，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。（1）浇口形式选择：本设计采用侧浇口比较合理，侧浇口适于一模多件，能大大提高生产率，减少浇注系统耗量而且去除浇口方便。设计时，在模具结构上采用镶拼式型腔，型芯，有利于填充，排气，故采用截面为圆锥形的侧浇口。（2）侧浇口尺寸： 本设计选择侧浇口尺寸L=15mm,a=6mm,b=1.5mm符合要求。（3）浇口位置选择：浇口位置选择应遵循以下原则：避免制件上产生喷射等缺陷；浇口应开设在塑件截面最厚处；有利于塑料熔体流动；有利于型腔排气；减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。结合以上原则，本设计的浇口位置放于制品最下端分型面处。5.4.2.4冷料穴和拉料杆的设计冷料穴和拉料杆的形式采用Z字形拉料杆的冷料穴。5.4.3成型零部件设计5.4.3.1凹、凸模结构设计凹模整体嵌入式结构加工方便，效率高，装拆方便，并且强度高，刚性好，可以保证型腔形状、尺寸一致。凸模，即是上盖的组合抽芯，是由五个小型芯和一个主芯构成的组合零件，其具体设计过程将在抽芯机构设计一节中详细叙述。结构如装配图所示。5.4.4合模导向机构设计导向机构的作用有导向和定位的作用，还能承受一定的侧向压力。1. 导柱采用直通式导柱形式。导柱设计要点：（1）导柱应具有硬而耐磨的表面，多采用20钢经渗碳淬火处理，硬度为HRC5660；或T8、T10经淬火处理，硬度为HRC5055。（2）导滑部分的长度应高出型芯端面68mm,以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。（3）导柱固定部分与模板孔一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合；导柱固定部分表面粗糙度Ra为3.2m，导向部分表面粗糙度Ra为0.63m。结构形式图：2. 导套采用直导套形式。导套设计要点：（1）导套用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般稍低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra=0.63m。（2）为使导柱顺利进入导套，在导套的前端应倒圆角。（3）带头导套用H7/m6或H7/k6配合镶入模板。为了增加导套镶入的牢固型，防止开模时导套被拉出来。结构形式图：5.4.5限位机构设计（1）合模限位采用限位钉，由内六角螺钉与圆环组合而成。结构如装配图所示。（2）在侧抽芯机构中，采用限位钉限位。 5.4.6脱模机构设计脱模机构的作用是先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离（称为脱出），然后把从模具脱出的塑件和浇注系统凝料等从模内取出，即脱模动作分为脱出和取出两个步骤。对于本设计采用推杆顶出机构。1) 如图推杆形式：顶杆尺寸参数：D=25mm，L=186mm，d=20mm，H=6mm2）推杆在塑件上的布局推顶杆的位置应选在顶出阻力大的地方，使推出重心和脱模阻力中心相重合，推杆的布局如装配图所示。3）推杆固定与及配合推杆与推杆孔的配合可采用H8/f8,配合表面的粗糙度一般为0.8m。配合部分与固定部分的尺寸公差做成一致。4) 脱模系统的导向装置采用顶板导柱两端固定。 5）顶出系统的复位装置采用推杆兼作复位杆，在推杆上安装弹簧。弹簧复位设计简单，还有使推杆预先复位的作用，尤其适用于带侧轴芯机构的模具，但是要防止弹簧复位失效。确定弹簧的尺寸如表5.4.6所示。表 5.4.6 弹簧尺寸名称限位钉推出弹簧 H0110mm D50mm d8mm 5.4.7抽芯机构设计5.4.7.1侧向分型抽芯机构设计由塑件的零件图可知，塑件的侧壁有五孔，垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出，因此，成型侧孔必须有活动型芯，即须设置抽芯机构。本模具采用楔紧块侧向分型与抽芯机构。1、 楔紧块设计 采用楔紧块既起锁紧滑块的作用，又在开模时起到斜导柱的作用，滑块很小，结构简单，节省位置。1）确定抽芯距抽芯距一般大于成型孔的深度，抽芯距等于成型塑件的孔深另加23mm的安全系数，即：S=+式中：S抽芯距 塑件的侧孔深度 取 S=1.5+2=3.5mm比如 S1=4.5+3=7.5mm2）楔紧块的工作长度楔紧块的有效工作长度L主要与抽芯距S，斜导柱倾角有关，比如L1=S/Sin=7.5/Sin15=29mm完成抽芯距S所需的最小开模行程H由下式计算，比如H1=Scot=7.5cot15.=28 mm 4）楔紧块的结构安装固定形式及表面要求楔紧块的材料多用45钢，淬火后硬度为35HRC,或采用T8，T10等，淬火55HRC以上,最后磨削加工保证表面粗糙度值Ra为0.8m。本设计采用T8钢，淬火55HRC以上。楔紧块固定部分与模板之间的配合精度用H7/m6的过渡配合，由于楔紧块起驱动滑块作用，滑块运动平稳性由滑块与导滑槽的配合精度应保证，合模后滑块的最终位置由楔紧块保证，型腔内塑料对滑块的侧向力由楔紧块承受，因此，为了运动灵活，楔紧块与滑块间采用比较松动的配合，通常为H11/a11，这样，在开模的瞬间有一个很小的空行程，使侧型芯更可靠地在未抽动前强制塑件脱出定模型腔或型芯，并使滑块的楔紧块首先脱开，然后进行抽芯。5）楔紧块的结构设计 楔紧块结构的主要相关参数见CAD图。5.4.7.2侧向设计一、 滑块及零部件设计1.型芯与滑块的连接形式分型抽芯机构零部件滑块分为整体式和组合式。组合式的滑块是将型芯安装在滑块上，这样可以节约优质钢材，且加工方便，因而应用较广泛，采用组合式连接。型芯与滑块的连接形式如图：2.滑块的导滑形式 为确保活动型芯可靠的抽出及复位，保证滑块运动平稳，无上下窜动和卡紧，滑块在导滑槽内必须很好地导滑。配合形式如图： 滑块与导滑槽上下左右应各有一对平面呈间隙配合，配合精度可选H8/f7或H8/f8，其余各面应留有0.51.0的间隙，导滑槽硬度应达5256HRC。二、 楔紧块的锁紧楔设计1) 锁紧楔的形式：锁紧楔又称压紧楔，在塑料注射过程中，活动型芯在抽芯方向会受到塑料较大的推力作用，这个力通过滑块传给斜导柱，而一般斜导柱为一细长杆件，受力后容易变形。因此必须设置锁紧楔，以便压紧滑块，使滑块不致位移而影响塑件精度。锁紧楔的形式可视滑块的受力大小，磨损情况及塑件的精度要求面选用。采用的锁紧楔形式如图2）锁紧楔的楔角 当斜导柱带动滑块作抽芯移动时，锁紧楔的楔角必须小于起导柱作用的斜角，这样当模具一开模，锁紧楔就让开，否则斜导柱将无法带动滑块作抽芯动作。一般-（58）=10-（58）=25。5.5设计计算5.5.1模具成型零件工作尺寸计算ABS塑料，属于中黏度塑料，收缩率为0.40.7，平均收缩率为Scp0.55。5.5.1.1拔叉尺寸计算（1）型腔径向尺寸：Ls=250mm，取0.44，z/30.15，c/60.07LM 0+zLs(1+Scp)1/2（zc） 0+z Ls(1+Scp) - 3/4 0+z 2501.00553/40.44 0+0.15 2510+0.15（2）型腔深度尺寸：Hs38.6mm，取0.18，z/30.06，HMHs(1+Scp)2/3 0+z 38.61.00552/30.18 0+0.0638.70+0.06（3）型芯径向尺寸：As=250mm, 取0.38, z/30.13,AMAs(1+Scp)+2/3 0-z 2501.0055+2/30.38 0-0.13251.6 0-0.13（4） 型芯高度尺寸：Bs81mm，取0.16，z/30.05， BMBs(1+Scp)+2/3 0-z 811.0055+2/30.16 0-0.05 81.550-0.05（5）中心距尺寸：Cs=190mm, 取0.50, z/30.17,CM=Cs(1+Scp) =190(1+0.0055) 0.08=1910.085.5.2型腔侧壁厚度和底板厚度计算对于小尺寸的模具型腔，设计型腔壁厚应以强度条件为准。组合式矩形型腔的侧壁计算：=0.71L =0.71250=60.31mm 取S=60mm组合式矩形型腔的底板厚度计算：=95.5mm 取h=95.54mm5.5.3侧向抽芯计算已知脱模斜度为2。5.5.3.1型芯抽拔力计算抽拔力F1=pA(fcos- sin)+9.8KPaB=（9.8105）（0.15cos2- sin2）+10=6.586N5.5.3.2侧孔抽拔力计算抽拔力F2=pA(fcos- sin)+9.8KPaB=（9.8105）（0.15cos2- sin2）+10=42.1N5.5.3.3锁紧楔所受弯曲力斜导柱的斜度100，钢材之间的摩擦系数f0.15，则弯曲力FW=42.8N5.5.3.4锁紧楔的尺寸计算锁紧楔的总长度为：L=L1 +L2+ L3 +L4 +L5 =D/2tanh/cosd/2tanS/sin（1015） = 20/2tan10056/cos10015/2tan1003.5/sin100（1015） =140.56148.56mm式中-斜导柱斜度；D-斜导柱头的直径，mm；h斜导柱固定板的厚度；mm；d斜导柱的直径；mm；S-斜导柱实现的侧抽距；mm；L4-斜导柱的有效工作距离，mm。在此选择长为L=146.5mm的锁紧楔。5.6温度调节系统设计5.6.1加热系统设计采用热水加热。5.6.2冷却系统设计 采用循环水冷却方式。5.7注塑模具标准模架的选择模架选择的步骤：（1）确定模架组合形式在注塑模具结构设计中，首先应根据型腔形状、型腔布置及浇注系统等确定模具的总体结构，即选择典型的模架组合形式。（2）确定型腔壁厚通过查阅手册中的相关经验数据或有关壁厚公式的计算来得到型腔壁厚尺寸。（3）计算型腔模板周界根据型腔的长、宽和型腔壁厚确定型腔模板的周界尺寸。型腔模板周界尺寸（长宽）和厚度是选择模架的关键。（4）模板周界尺寸由（3）计算所得的模板周界不太可能是与标准模板的尺寸相等，选择是由计算尺寸向标准模板尺寸的较大值靠拢。模板尺寸要有足够的位置安装其他零部件，如果不够的话，通过增加壁厚尺寸来满足要求。（5）确定模板厚度模板的厚度主要由型腔的深度来确定。（6）选择模架尺寸根据确定下来的模板周界尺寸，配合模板厚度查标准，选择模架。检验所选模架与注塑机的关系，如果不合适还需要重新选择。因此查手册及相关标准做如下选择：模架牌号：A240050015F3 (GB/T 125561990)模架尺寸WL：4005005.8注塑工艺参数的校核5.8.1注射机最大注射量的校核注射机公称注射量：Q公称=Q理(D2S)/40.8(3.142525140)=219.8cm3 G= Q公称=1.05219.8=230.8g实际所需注射量：V塑件122.136cm3 V流道V主+V分=lR12+B(2S+d2) l3.1452+54.4(250+7.8) 10036.82mm310.037cm3V实V塑件+ V流道122.136+10.037132.173cm3 G实V实=V实1.05132.1731.05=138.78gV实132.173cm3V=219.8cm3G实138.78gG230.8g由以上计算可以得出，注射机的注射量符合要求。5.8.2注射压力的校核注射机的注射压力为104MPa，成型塑件所需的注射压力为80 MPa，所以注射机的注射压力符合要求。5.8.3注射机锁模力校核塑件和流道系统在分型面上的总投影面积：A2（86168）+8（210010+10.8）449824mm3=449.824cm3 注射压力可选7090MPa,型腔压力：Pck1Pm0.58040MPa (k1取0.250.5) 锁模力校核：T350kNT1=k2PcA=1.240449.824=21592N=21.6KN （k2取1.11.2）由计算可知注射机锁模力符合要求。5.9模具安装尺寸的校核5.9.1喷嘴尺寸校核主流道凹坑球面半径：SR2=21mm注射机喷嘴球头半径：SR1=20mm SR2=SR1+(12)(2122)mm 由此可知主流道凹坑球面半径符合技术要求。5.9.2模具外形尺寸校核本套模具注塑机模座外形尺寸为HB=700850，注射机拉杆的有效间距为H0B0=500440。因为700500，由此可知本套模具符合注射机安装要求。5.9.3模具闭合高度校核注射机允许模具厚度300450mm，本套模具实际闭合高度Hm=H1+H2+H3+H4+H5=32+120+100+140+50=442mm，满足要求。5.10开模行程校核开模行程：S60+(510) 60+(510)6570mm 注射机的最大开模行程S0 =500mmS符合要求。第六章 基于UG的注塑模具虚拟加工方法6.1 UGNXCAM 系统软件介绍UnigraphicsNXCAM系统的独到之处：(1)独立的CAM 解决方案UnigraphicsNXCAM系统可以满足制造商对专业CAM解决方案的所有需求。该系统既可以作为独立的UnigraphicsCAD/CAM 系统的一部分发挥作用；也可以在多种CAD系统共存的环境中工作，并可接受不同CAD系统的数据。其过程模板和过程助手等自动化功能使系统更易于使用。这些自动化技术也应用在特定的加工操作中，从而使系统更高效，加工质量更高、更稳定。通过高度的相关性，该系统可直接在CAD系统所定义模型的特征上工作，使得设计信息可以直接、有效地运用到制造过程中。(2)知识驱动的加工制造获取知识并把其中有价值的部分以知识驱动的方式转变成专家知识，是UnigraphicsNXCAM 的一个核心功能。在UnigraphicsNXCAM中 ，知识驱动制造最显著的特征是模板和加工向导二者强有力的结合。利用UnigraphicsNXCAM系 统，用户可以创建一个模板，并将此模板作为过程存储而加以重复利用。例如，模具制造商可以总结加工凸模和凹模表面时的最佳工艺过程，并将其定义为一个模板文件。在开始一个新的模具加工时，他们只要调出这个模板文件，选择所需加工的几何体，并启动这个流程即可。过程助手可以帮助一个新手通过类似向导的方式来完成整个流程。这样可以极大地满足制造业管理者的要求，即反复利用经过验证的流程。用户可以通过加工向导非常容易地从模板中获得专家级制造过程的指导。全部内容可以以一种简单而又非常有效的方式提供给缺乏经验的用户。通过加工向导，预先定义的模板可以被激活，并能通过简单的交互快速生成数控加工刀具轨迹。针对任何行业的知识驱动制造在Unigraphics NXCAM 中都得到了改善。例如，模具制造商能够获得加工内核和型腔的最佳加工经验，并在模板文件中定义它们。通过一个与专家用户产生相同结果的方法创建的加工向导，可以指导初学者或非全职用户进行工作。(3)高速铣高速铣（HSM）技术是EDS 与机床和控制器厂商联合开发的。在UnigraphicsNXCAM系统中，高速加工技术早已被率先应用。高速铣技术可以减少电火花加工和手工打磨的工序，极大地缩短模具制造的时间。为了充分地发挥高速铣设备的能力，CAD/CAM 的刀轨需要重新优化。高速加工正在成为有限的EDM和手工磨光处理过程的关键技术，极大地减少了模具的研制周期。UnigraphicsNXCAM系统发展了加工路径几何学，可通过特殊的高速铣功能实现最大化的进给速率，比如：限制逆铣、圆弧转角、螺旋切削、圆弧进刀和退刀、转角区进给速率控制等。沿Z轴的光滑斜坡铣可以保持刀具的进给量，减少退刀、刀具重新定位及重新进给等动作。UnigraphicsNXCAM系统通过使用基于NURBS（非均匀有理B 样条）的刀轨，输出到机床直接加工成所需的零件形状，减少了多余的处理过程，使加工表面的质量得到极大的提高。(4)方便的制造过程导航加工工步导航器可以让用户在工艺设置过程中快速地浏览和管理制造过程关系，其中包括每个工步序列、几何体选择、加工方式和刀具。加工工步导航器以一种大家熟悉的树状界面来说明这些工步的等级关系及其状态，这与视窗和Unigraphics的其他应用保持一致，用户可以流畅地与这些流程中的关键方面进行交互操作。工步、几何体、工具和加工方式参数都可通过加工工步导航器获知，并可被快速、方便地编辑和修改。Unigraphics可在加工过程中的不同阶段创建流程中工件几何体。这个几何体可用来作为可视化验证或后续工步的毛胚。(5)高效的加工过程向导UnigraphicsNX中的CAM操作向导允许用户快速地观察和管理某一计划任务内的加工过程，包括加工顺序、几何选择、加工方法和切削刀具等。该向导采用树状结构与图片相结合的方式说明各个加工步骤及其状态，这种树状结构将用户界面与Winddows和其他Unigraphics操作窗口协调起来，使用户在一些关键步骤上能非常方便地进行二者的交互。从CAM 操作向导中，用户可以获得加工方法、几何刀具或者参数选择，并能够方便快捷地对其进行编辑和修改。6.2 注塑模具CAM 虚拟加工方法 CAM是利用前面产生的模具几何模形来生成NC加工程序，这是将模具进行数控加工前的准备。基本操作程序如下：先以前面的设计模型为基础，适当建立毛坯等辅助模型来共同构成加工模型，然后进入UG的CAM系统设计加工程序。UG的CAM系统包含四个模块:(交互式)加工参数输入模块、刀具轨迹生成模块、三维动态仿真模块和后置处理模块。利用UG生成NC程序的一般步骤是：用户根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求（如机床的性能和参数、刀具等）和加工工艺的实际特点，交互输入加工参数，再进一步生成刀具路径及路径文件（刀具位置源文件CLSF）。CLSF文件经过后置处理模块的处理后，便可以生成数控机床所能直接识别的NC程序。第七章 基于UG的注塑模具虚拟加工方案7.1 模具制造方案UnigraphicsNXCAM系统通过其过程知识驱动的加工方式，为冲压和注塑模具工业开创了新的境界。该系统可以通过模板和过程引导助手，帮助用户对冲压和注塑模具的完整加工工序进行预先定义、规划和实施。它还提供了针对冲压模具和注塑模具的凹凸模进行加工的全套方式，包括等高加工和往复方式粗加工、半精加工、陡峭和非陡峭区域的铣削、未加工区域的再次加工、精加工和轮廓加工。另外，其还拥有以下高效的模具加工方式。高效、快速的粗加工刀轨生成；最少的用户交互，加工复杂的凹模和凸模；在加工过程中捕捉工件的形状，有效地加工中间件的形状；在陡峭和非陡峭区域应用不同的加工参数，得到最优结果；在拐角和深谷区域自动判别未加工到的区域，并进一步加
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