基于ProE的电话机底座曲面造型、模具型腔设计及其数控加工编程
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基于ProE的电话机底座曲面造型、模具型腔设计及其数控加工编程,基于,ProE,电话机,底座,曲面,造型,模具,设计,及其,数控,加工,编程
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和庆娣. Pro/ENGINEER Wildfire4.0零件设计实例入门与进阶. 电子工业出版社, 2010年6月. 晋兵营等. Pro/ENGINEER Wildfire4.0中文版模具设计50例. 电子工业出版社, 2009年10月.（主要参考中空吹塑模具设计）葛正浩, 田普建. Pro/E 模具加工实例教程. 化学工业出版社, 2007年8月. 常州工学院机电工程学院毕业论文摘要：电话机底座是电话机的重要组成部分，材料ABS，壁厚3mm,制件内腔存在很多孔和加强筋，结构相当复杂。课题完成了该制件的注塑模具设计和加工，初步实现模具设计的CAD/CAM集成化。 主要包括以下三方面的内容：首先，分析了电话机底座的制作工艺特点，介绍了该制件注塑成型模具结构的设计方法以及模具工作过程。该模具设计的结构特点是直浇口形式的单分型面注塑模。制件的左端面采用侧向抽芯，最终采用推板推出塑件。其次，对模具浇注系统成型零件和结构零件进行设计。对其中的凹、凸模成型零件采用Pro-E的Moldesign模块自动分型生成，大大提高设计效率和设计质量。最后，对所设计的结构零件和成型零件进行加工的工艺设计。特别对凹、凸模曲面的数控加工采用MasterCAM软件进行数控程序的自动编程，并对加工结果进行模拟仿真。关键字：电话机底座 注塑 模具设计 CAD/CAM Mstercam数控加工Abstract: The telephone base is an important component of the telephone, with the material is ABS and the wall thickness 3mm. It has a complex structure, with many holes and ribs existing in its lumen parts. The subject completed the injection mold design and processing of the parts, preliminary achieved the CAD / CAM integration of the mold design. It mainly includes the following three aspects: Firstly, the subject analysed the manufacturing process characteristics of the telephone base, and introduced structure of the injection mold and the injection molding process. The structure feature of the die design was the form of straight single-gate surface injection molding. The left lateral surface of parts used the core-pulling, and finally used push plate to push the plastic parts. Secondly, the subject designed the die casting parts and structural components forming of molding feed system. Moldesign of Pro-E system was applied to automatic generation of classification of concave, convex-casting parts, greatly improved the efficiency and quality of the design. Finally, the subject explores process design of the structural parts and forming parts. In particular, moldesign of Pro-E system is applied to automatic generation of classification of concave, convex-casting parts.Keyword: telephone base；injection molding；mold design；CAD / CAM； Mstercam CNC Machining 目录1 绪论11.1注塑成型模具简介11.1.1 注塑成型模具的地位11.1.2注塑模发展趋势21.2课题的研究目标、完成的内容及关键技术31.2.1课题的研究目标31.2.2课题的内容31.2.3拟解决的关键问题32 塑件的工艺性设计42.1 塑件设计42.1.1制件壁厚分析42.2 塑料材料的成型特性与工艺参数42.2.1原材料分析6 42.2.2制件塑料ABS注塑成型的成型特性6 52.2.3制件塑料 ABS 物理性能6 52.2.4 制件塑料 ABS 化学性能6 52.2.5制件塑料 ABS 成形条件6 62.3塑件的结构分析62.4 塑件的尺寸与公差62.4.1 塑件尺寸62.4.2 塑件尺寸公差标准72.4.3塑件的表面质量73 注塑成型工艺性分析及模具设计方案的确定83.1 注塑成型工艺性分析83.2 模具设计方案的确定84 注塑模具的设计94.1 注塑机的确定及标准模架的选择94.1.1 型腔数目的确定94.1.2 注塑机的选择94.1.3 选择标准模架104.2 型腔布局与分型面设计104.2.1 型腔布局104.2.2 分型面的设计114.3 浇注系统的确定124.3.1主流道设计124.3.2浇口的设计134.3.3 侧抽芯的设计134.4 脱模方式的确定及设计144.4.1 脱模机构设计的总体原则144.4.2 脱模方式的确定144.5 排气方式的确定164.6 导向机构设计164.7 成型零件的设计174.7.1 凹模结构设计174.7.2 型芯结构设计184.7.3 成型零件工作尺寸计算184.8 模具总装优化及参数校核214.9 成型零件对钢材的选用244.10 模具的装配图245 注塑模的计算机辅助设计(CAD)及辅助制造(CAM) 275.1 计算机辅助设计(CAD) 275.1.1 三维造型275.1.2模具成型零件设计275.2模具主要成型零件的加工工艺315.2.1 注塑模制造过程315.2.2模具制造工艺设计315.2.3 加工、装配、试模、修正315.2.4 模具主要成型零件的加工工艺过程325.3 注塑模的数控加工365.3.1 数控加工在先进制造技术中的作用365.3.2 Mastercam的简介365.3.3 加工工艺分析375.3.4 Mastercam的具体加工过程376 总结47参考文献48致谢 49VIII 第一章 绪论1.1注塑成型模具简介现今社会中，塑料越来越多地成为金属的替代品，按照体积计算其消耗量已经超过了钢、铁总和1，成为工业原料的重要支柱。无论是工农业生产、交通运输、邮电通讯、军事国防、仪器仪表、文体及建筑五金，还是能源开发、海洋利用中都随处可见各种各样的塑料制品，以至我们就如同是生存在“塑料世界里”。这是因为塑料具有密度小、化学稳定性好、电绝缘性能高、强度大等优异性能，再加上原料丰富、制作方便以及成本低廉等优点。现在考察某个国家的科学与生产技术水平，塑料的生产与应用情况是重要标志之一。塑料的加工与应用和塑料工业发展的快慢，对国家科技与生产，以及国民经济发展的巨大影响是不言而喻的2。在整个塑料制件生产行业中，注塑成型占有非常重要的地位。目前，除了少数几种塑料品种外，几乎所有的塑料（即全部热塑性塑料和部分热固性塑料）都可以采用注塑成型。模具是塑料成型加工的重要装备，采用模具成型塑料制品，实质上是一种少切削、无切削，多工序重合的生产方法。用于塑料制件注塑成形的模具，通称为注塑模，或称注射模。注塑模主要用于热塑性塑料制品成形，近年来也越来越多地用于热固性塑料的制品成形。这是一类用途宽、占有比重大、技术较为成熟的塑料模具。因材料或塑件结构或成形过程不同，有热固性塑料注塑模、结构泡沫注塑模和反应成型注射模以及气辅注塑模等。1.1.1 注塑成型模具的地位塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料3。目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和4。注射成形在整个塑料制品生产中也占有十分重要的地位。注射成型也称为注塑成型，它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，可用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件。由于它具有应用面广、成型周期短、花色品种多、制件尺寸稳定、产品易更新换代、生产效率高、模具服务条件好、塑件尺寸精度高、生产操作容易实现机械化和自动化等诸方面的优点，因此，在整个塑料制件生产行业中，注塑成型占有非常重要的地位。据统计，注塑制件约占所有塑料制件总产量的30%，全世界每年生产的注塑模数量约占所有塑料成型模具数量的50%以上1。1.1.2注塑模发展趋势在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。模具技术的发展趋势主要是：CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CADCAMCAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；高速、高精加工技术的发展与应用；超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；快速成型与快速制模(RPRT)技术的发展与应用；热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用； 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；优质模具材料的研制及正确选用；模具自动加工系统的研制与应用；虚拟技术和纳米技术等的逐步应用1。(1)CAD/CAM/CAE技术的推广随着塑料制件应用的日益广泛和大型塑件及复杂曲面塑件的不断开发，对塑件成型模具的设计和制造要求也越来越高，传统的模具设计制造方法已经不能适应这样的要求。CAD/CAM/CAE技术给模具工业带来了巨大的变革，成为模具技术最重要的发展方向。利用塑料模流动分析CAE系统，可以输入相关参数，对熔体填充模具型腔进行流动状态分析、纤维取向分析、型腔内压力状态分析和温度分布分析等。这种技术可以优化塑件设计和注塑工艺，评估浇注系统的合理性，防止塑件缺陷的产生，为塑件及注塑模具的正确设计提供依据。模具CAD/CAM系统是计算机辅助某一种类型的模具设计、计算、分析、绘图和数控加工自动编程等的有机集成5。这种一体化技术是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上出现的，是计算机技术综合应用的一个新飞跃。这种一体化技术能够构建模具型芯和型腔的三维实体，并能够生成刀具轨迹和数控加工代码、进行计算机仿真等等。(2)各种模具新型材料的使用模具材料的选用在模具设计和制造中是一个比较重要的问题，直接影响到模具的制造工艺、模具的使用寿命、塑件的成型质量和模具的加工成本等一系列方面。正因为如此，国内外学者开发出具有良好使用性能和加工性能、热处理变形小的新型模具钢种，如预硬钢、新型淬火回火钢和马氏体时效钢等等。另外，为了提高模具的寿命，在模具成型零件的表面强化处理方面也做了许多研究与工程实践，并且取得了很好的效果。到目前为止，上述研究和开发工作还在不断地深入进行，已取得的成果正在大力推广。1.2课题的研究目标、完成的内容及关键技术1.2.1课题的研究目标本次毕业设计的主要任务是电话机底座注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产电话机底座塑件产品，以实现自动化提高产量。在电话机底座注塑模具设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模具温度调节系统）能让我系统的认识，为将来独立完成模具设计积累一定的经验。同时，首次尝试利用 PRO/E的MOLDESIGN模块对塑料制件进行分型，自动生成复杂的凹凸模实体模型，并完成曲面凹凸模零件的数控自动编程，实现零件CAD/CAM一体化，可以大大缩短设计和制造周期，提高产品设计准确性，降低设计成本。1.2.2课题的内容此次模具设计的内容主要是利用Pro/E的可修改参数特性进行电话机底座外壳的结构造型及其模具设计。在设计当中根据制品的使用要求和外观要求从塑料的力学性能、美学造型和成型工艺、塑料模具设计和制造等多方面考虑。其主要设计内容包括：1.利用 Pro/E对电话机底座进行三维造型。2.通过对注塑模具的认识、学习、了解，对电话机底座进行模具设计。3.通过Pro/E造型，并分型后导入MasterCAM进行数控加工。1.2.3拟解决的关键问题针对电话机底座结构特点，模具设计过程中型腔的布置、浇注系统的确定以及侧向抽芯机构的设计是关键问题；在模具成型零件设计过程中，利用Pro/E进行复杂曲面零件的造型以及首次采用PRO/E的Moldesign模块进行模具自动分型也是挑战；最后，零件加工工艺的合理设计以及数控加工自动编程的完成对没有实践经验的我们也是难点。第二章 塑件的工艺性设计2.1 塑件设计2.1.1制件壁厚分析电话机外壳底座塑件如图1所示，其壁厚是最重要的结构要素。根据所设计的电话机外壳的材料、结构、强度等要求，查简明P358表221壁厚设计成3mm，且要避免壁厚不均匀导致的冷却或固化速度不同而产生附加应力，所以用加强筋连接壁厚不同处，尽量做到壁厚一致。图1 电话机底座2.2 塑料材料的成型特性与工艺参数2.2.1原材料分析6电话机底座原材料选用 ABS （苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物）。其综合性能好，冲击韧度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电气性良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，可作注塑成型塑件，且表面可镀铬。广泛适于制造一般机械零件，减摩耐磨零件，传动零件和电信结构零件。2.2.2制件塑料ABS注塑成型的成型特性6l 无定型塑料，其中品种很多，各品种的机电性能及成形特性也有差异，应按品种确定成形的方法及成形条件；l 吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；l 流动性中等，溢边料0.04mm左右；l 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温。料温对物理影响较大，料温过高易分解（分解温度为250，比聚苯乙烯易分解）对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽度及耐热性材料宜取6080。注射力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180230，注塑压力为100140MPa式注塑机则取160220，70100MPa为宜；l 模具设计时要注意浇注系统。选择好进料口位置、形式推出力过大或机械加工时塑料表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失），脱模斜度宜取2以上。2.2.3制件塑料 ABS 物理性能6表1制件塑料 ABS 物理性能密度 g/cm31.021.16质量体积 cm3/g0.860.98吸水率 24h0.20.4熔点 130160熔融指数 g/10min200维卡针入度 71122马丁耐热 63热变形温度 0.45 MPa901081.8 MPa83103线膨胀系数 7.0比热容 J/(kgK)1470热导率 W/(mK)0.2632.2.4 制件塑料 ABS 化学性能6表2制件塑料 ABS 化学性能日光及气候影响耐候性比聚苯乙烯强耐酸性酸、水、无机盐几乎没影响耐碱性优良耐油性植物油会引起开裂耐有机溶剂与有机溶剂长期接触易软化2.2.5制件塑料 ABS 成形条件6表3 制件塑料 ABS 成形条件注塑成型机类型 螺杆式密度 g/cm31.031.07计算收缩率 %0.30.8预热 温度 8085 时间 h23料筒温度 后段 150170中段165180前段180200喷嘴温度 170180模具温度 5080注塑压力 MPa60100成形时间/s注塑时间2090高压时间05冷却时间20120总周期50220螺杆转速30后处理方法红外线灯或烘箱温度 7时间 h242.3塑件的结构分析若要将聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件，除了要选用合适的塑料材料外还必须考虑塑料制件的加工工艺性7。该制品采用ABS塑料，最大尺寸为180mm，重量为77.8g,精度等级为5级，公差为0.46mm, 表面粗糙度为Ra0.05mm（如图1所示）。影响成形件误差的主要原因是塑料收缩率的波动、模具使用的磨损、成形制品脱模后的收缩、模具制造及装配的误差。为了便于脱模，并防止脱模后刮伤制品表面，要求有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、制品的形状及厚度。制品上所有的角均采用圆角过渡，既安全又改善了熔体在型腔的流动性，有利于充型，避免出现熔合线。该制品侧壁上有孔存在，因此制品必须采用侧向抽芯，并且要使侧向抽芯机构能顺利恢复。2.4 塑件的尺寸与公差2.4.1 塑件尺寸塑件尺寸的大小受制于以下因素：(1)取决于用户的使用要求；(2)受制于塑件的流动性；(3)受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力8。由电话机底座的用途可知，其仅仅为一普通日常生活用品，只要尺寸精度保证，对零件的粗糙度要求不高。2.4.2 塑件尺寸公差标准影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，主要有以下几方面的因素：(1)影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料自身的收缩率及其波动；(2)塑件结构的复杂程度和模具的制造精度；(3)模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）；(4)成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）引起成型收缩率的波动；(5)成型设备的控制精度等；(6)活动配合间隙的变化以及制件脱模斜度对塑料制件精度的影响8。塑件精度的确定应该合理，在满足使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。因为塑件的精度过高，必然会增加模具的制造成本和加工的工艺要求，所以一般不予选用，并且适当的表面粗糙度，还可以保证塑料制品表面的光亮美观，容易脱模，但又因本制件的尺寸精度要求较高，所以公差等级不能选得太低，根据表48综合考虑选用公差等级MT4。表4 ABS模塑件公差等级的选用类别1材料名称ABS精度等级高精度 MT3一般精度 MT4低精度 MT52.4.3塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。塑料制品的表面状态的改善除了成型工艺上尽可能避免冷疤、波纹等缺陷外，模具型腔的粗糙度也起着决定性的作用。模具使用中由于型腔磨损而使表面变粗糙，亦应随时予以维护9。模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。根据工件的不同功能选择模具的型腔表面粗糙度，此处选择型腔表面粗糙度为0.4m。根据以上分析，电话机底座的成型适合采用注塑成型工艺。第3章 注塑成型工艺性分析及模具设计方案的确定3.1 注塑成型工艺性分析塑料的注射成型是将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内，充满模腔的熔体在手压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。图2为注塑成型工作原理图。首先由注塑机合模机构带动模具的活动部分（动模）与固定部分（定模）合闭，然后注塑机的柱塞将料斗中料筒的粒料或粉料推进到加热料筒中。同时，料筒中已经熔融成黏流状态的塑料，在柱塞的高压高速推动下，通过料筒端部喷嘴和模具的浇注系统而射入已经闭合的型腔中。充满型腔的熔体在受压情况下，经冷却固化而保持型腔所赋予的形状。最后，柱塞复位，料斗中的粒料或粉料又落入料筒，合模机构部分打开模具，并由推件板将塑料制品推出模具，即完成一个注塑成型周期。图2 注塑成型原理图3.2 模具设计方案的确定注塑成型模具可以分为推杆在动模上还是在定模上。根据制件的结构，再结合注塑成型工艺特点，这里采用相对经济的模具结构来实现注塑加工。现在我们来分析比较两种典型模具结构，即对推出机构放在动模还是放在定模的比较。推出机构放在定模，定模部分的推出机构设计非常复杂；推出机构放在动模，模具却很容易设计和制造，制件顶出由顶出活塞来实现，在模具开模到一定距离后，顶出活塞前进，顶住推件板，然后推动推杆推出制件。第4章 注塑模具的设计4.1 注塑机的确定及标准模架的选择4.1.1 型腔数目的确定型腔数目的确定需要考虑现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件成本及交货期。一般来说，从经济的角度出发，订货量大时可选用大型机、多型腔模具，当尺寸精度和重复性精度要求很高时应尽量减少型腔的数目，在满足其它各项要求的前提下尽量采用单型腔模具。由制件形状可知：(1)该制件为中等生产批量，结合制件成本，也不宜多设型腔数。(2)制件属于大面积、厚度很小零件，其质量小但空间体积大，多型腔充模时，可能在尚未充满型腔时，有的熔体开始凝固，不容易充满型腔，所得制件缺陷多。(3)制件用于装配电话机，要求具有一定的尺寸精度和较高的表面粗糙度。根据上述分析，由制件质量很小，在一定程度上，只要满足最大闭合高度，即可满足注塑量，所以我们决定采用一次注射充填一个型腔的设计方案，即采用一模一腔的注塑模。4.1.2 注塑机的选择经过CAE分析，测得塑件本体的重量为81.69g，体积为77.8cm3 。镶体的重量为11.03g，体积为10.5cm3。由于采用一模一腔的结构，所以塑件的总重量为：G=81.69+11.03=92.72(g)根据参考文献6初选注塑机：SZ300/160型注射机。其主要技术参数见表5。表5 SZ300/160注射机主要技术参数结构形式卧理论注射容量/cm3300螺杆（柱塞）直径/mm45注射压力/MPa150注射速率/(g/s)1145塑化能力/(g/s)82螺杆转速/(r/min)0180锁模力/kN1600拉杆内间距/mm450450移模行程/mm380最大模具厚度/mm450最小模具厚度/mm250锁模形式双曲肘模具定位孔直径/mm160喷嘴球半径/mmSR204.1.3 选择标准模架根据制件的大小，选择400400模架，其结构如图3。确定其标准模架尺寸，见表6、表76。图3 中小型模架规格表6 塑料注塑模中小型模架的尺寸组合BL导柱模板A、B尺寸垫块高度C4004003232，40，50，63，80，100,125,16080，100，125表7 400400模架BLltlTlMlm4004003263402453744.2 型腔布局与分型面设计4.2.1 型腔布局型腔的布置尽可能采用平衡式排列，以保证各型腔平衡进料，型腔的布置还要注意与冷却管道、推出机构布置的协调问题。为此在设计时应注意如下几点：(1)尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡的浇注系统，保证制品质量的平均和稳定。(2)型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象；(3)尽可能使型腔排列的紧凑，以便减少模具的外形尺寸；(4)型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工困难，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下，常用直线形排列和H形排列10。上面已经确定了型腔数，在一般塑件的型腔布局设计时，要求模具的中心与注射机的锁模中心重合。这主要是为了保证注塑机可以安全锁模。所以一般模具的型腔大都成对称布置（如图4所示）。图4 动模板的型腔布局4.2.2 分型面的设计模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。常见的分型面形状有平面、斜面、阶梯面、曲面等。在制品设计时，必须要考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。因侧向合模锁紧力较小，故对于投影面较大的大型制品，应将投影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上，而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。 综合各方面的因素，此处模具的分型面选择在塑件的大平面处，如图5所示。分型面图5分型面示意图4.3 浇注系统的确定浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰、内在和外表质量优良的塑件。它向型腔中的传质、传热、传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统设计的好坏是影响生产的一个关键问题，也是注塑模具设计中的主要内容之一。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴等四部分所组成8。4.3.1主流道设计主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度和压力损失最小。主流道的设计要点如下：1)为了便于从主流道中拉出浇注系统的凝料，以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形。其锥角为24，对流动性差的塑料，也可取36，过大会造成流速减慢，容易形成涡流。2)主流道大端呈圆角，其经常取r=13mm，以减小料流转向过度时的阻力。3)在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量短，否则将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多而影响注塑成型。4)为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注塑机的喷嘴紧密对接。主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R2=R1+（12）mm，其小端直径D=d+(0.51)mm，凹坑深度常取34mm。5)由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。如其大端兼作定位环，则圆盘凸出定模端面的长度为510mm，也常有将模具定位环与主流道浇口套分开设计的3。根据以上设计原则，结合模架的选取，本设计主流道形状结构如图6所示。图6主流道形状结构4.3.2浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。通常浇口可分为大浇口和小浇口两类。前者也称为非限制性浇口，系指直接浇口；后者称为限制性浇口，常用的有测浇口、点浇口等。由于电话机底座比较大，而浇口痕迹对制件没有什么影响，所以选用直浇口。这种浇口的流动阻力小，进料速度快，在单分型面模具中常用来成型大而深的塑件。对各种塑件都适用。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11。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，此浇口的选择位置位于型腔的中心，如图7所示。图7浇口的位置4.3.3 侧抽芯的设计根据电话机底座外形分析，在左侧端面要设计成侧抽芯结构。在侧抽芯底部开凹槽，使其能在导轨底座上滑动。在侧抽芯中设有斜导柱，使在开模的同时侧抽芯也开始自动抽出，如图8所示。在合模过程中，借助侧抽芯在楔快和弹簧力的作用下沿着斜导柱进行复位。斜导柱的角度一般小于15。在此，我们选材斜导柱的角度为13。侧抽芯图8侧抽芯示意图4.4 脱模方式的确定及设计4.4.1 脱模机构设计的总体原则注塑机必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型腔内或型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。脱模机构设计的总体原则：(1)要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构；(2)正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏；(3)推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观；(4)推出机构应结构简单，动作可靠，远动灵活，制造及维修方便。4.4.2 脱模方式的确定脱模方式按结构分类：(1)简单脱模机构：又称为一次脱模机构，包括常见的推杆、推管和推件板等脱模装置；(2)二次脱模机构：一些形状特殊的制品，如采用一次脱模机构，易使其变形、损坏甚至于不能从模内脱出。在这种情况下，须对制品进行第二次推顶；(3)双脱模机构：定模和动模两边均设置有简单脱模机构；(4)顺序脱模机构：对于成型形状复杂制品的模具，一般会有多个分型面，此时应顺序分型，才能使制品从模内顺利脱出；(5)螺纹制品脱模机构：通过模内自动旋转，使制品从螺纹型芯或型环上脱出6。因为制件形状结构很简单，制件也必须留在动模上，并且也仅有一个分型面，所以一次脱模机构就可以把制件从模具上取下。表8 一次推出机构形式类型优缺点及应用场合推杆推出机构最常见最简单，推杆加工简单，安装方便，维修容易，使用寿命长，脱模效果好推管推出机构推管推出机构常用于圆筒状制品的脱模。推管沿整个周边推顶制品，使制品受力均匀，无推出痕迹。推件板推出机构推件板脱模机构在分型面处沿制品周边将制品推出，适用于大筒形制品，薄壁容及各种罩壳类制品的脱模。其特点是推出均匀，力量大，运动平稳，制品不易变形，表面无推顶痕迹，不需要设置复位装置。多元件联合推出机构对于深腔壳体、薄壁、有局部管状凸肋凸台及金属嵌件等复杂制品，可采用两种或两种以上的简单脱模机构联合推顶，以防止制品脱模时变形。气压推出机构它特别适用于深腔薄壁类容器的脱模，但多作为其他脱模形式的辅助手段。其特点是模具结构大为简化，可以在开模过程任意位置推出制品。考虑制件厚度很小，并且在一个周期中仅仅成型1个制件，数量少，形状也较简单，所以根据表88所述各种推出机构的特点，在本设计中选择推杆脱模机构。在推杆固定板的中心位置，设置20的导柱，对推杆起导向作用，如图9所示。推杆的位置一般设置在制件壁厚较厚处，从而防止推杆在顶出制件的时候损坏制件。又考虑到推杆机构对制件表面质量有所影响，因此为了保证制件的表面质量，推杆一般安置在制件比较隐蔽的地方。由于电话机底座内表面的表面质量要求不高，因此主要考虑推杆能够安全的顶出制件，推杆的放置位置如图10所示。导柱图9 推板导向机构 图10 推杆位置 4.5 排气方式的确定当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、银丝、灰雾、接缝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，粘度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注塑周期和产品质量（特别是在高速注射时）。为了使塑料熔体顺利充填模具型腔，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利的排出模外。通常情况下，排气有以下五种方法：（1）利用配合间隙排气；（2）在分型面上开设排气槽排气；（3）利用排气塞排气；（4）利用烧结金属排气；（5）利用真空、负压排气19。一般注射模经常利用模具分型面和推出机构与模具的间隙来排气，对于后四种方法，一般应用在大型和高速成型的注射模具上，而本模具属于中小型简单模具，所以采用第(1)种排气方式。这里利用分型面之间、推出机构与模板之间配合间隙进行排气，间隙值为0.030.05mm。4.6 导向机构设计为了保证注射模的准确开模和合模，注射模具必须设置导向机构。导向机构有以下作用：(1)定位作用：保证动、定模按一定的方位合模，避免模具在装配时，因方向弄反而损坏成形零件，合模后保持型腔的正确形状；(2)导向作用：在动模与定模闭合的进程中，导向机构应首先接触，引导动、定模准确闭合，避免型芯与凹模发生碰撞；(3)承受一定的侧向压力8。在设计导柱和导套时应注意如下几点：(1)应尽量选用标准模架，因为标准模架中的导柱、导套的设计和制作是有科学依据并经过实践考验的。(2)合理布置导柱位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度。导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。(3)导柱工作部分长度应比型芯端面高出6-8mm，以确保其导向与引导作用。(4)导柱工作部分的配合精度采用H7/h7；导柱固定部分配合精度采用H7/K6；导套外径的配合精度采用H7/K6。配合长度通常取配合直径的1.5-2，其余部分可扩孔，以减少摩擦，并降低加工难度。(5)导柱与导套应有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度为48-55HRC；也可采用T8或T10碳素工具钢，经淬火处理。(6)导柱头部应制成接锥形或球头形；导套的前端也应导角，一般导角直径为1-2mm。(7)导柱可以设置在动模一边或定模一边，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边便于取出制品。一般情况下导柱多设在型芯一边6。在本设计中，根据所选的标准模架决定了导柱的尺寸为32mm，并选择相应的导套。由于其为中小型模架，本来可以只设置两根导柱，但导柱对型芯与型腔有精确导向的功能。具体布置如图11所示。图11 导向机构设计4.7 成型零件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。凹模用以形成制品的外表面，型芯和成型杆用以形成制品的内表面。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。4.7.1 凹模结构设计凹模也称为型腔，是成型产品外形的主要部件。其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。整体式凹模的优点：强度高，牢固，成型的塑件无拼缝痕迹，但模具加工困难，热处理变形大，适用于中小型简单模具。镶嵌组合方式的优点：对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工；可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济；凹模的镶拼结构可以通过间隙排气，减少母模热变形；对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。由于塑件型腔比较简单，形状简单，型腔深度也很浅，加上产量也不是很大（10万件/年），综合比较我们选用整体式凹模结构。4.7.2 型芯结构设计表9 型芯的结构类型特点整体式型芯适用于塑件的内形比较简单的型芯。型芯结构牢固，成型塑件的质量好。但模具的加工量大，耗钢材多，热处理变形大组合式型芯适用于塑件的内形复杂，机加工困难的型芯。组合式的型芯使加工变得简单、容易。减少贵重模具钢的耗量；节省加工工时；避免大型件的热处理变形。由于该凸模比较复杂，为节省成本，以及机械加工，选用组合式，设计的凸模型芯如图12所示。图12 型芯4.7.3 成型零件工作尺寸计算成型零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接构成塑件的尺寸。例如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸、孔或凸台至某成型表面的尺寸等。由材料模塑件公差等级为MT4，根据表10811所述塑件公差等级与模具型腔机械制造公差等级对应关系，我们选用模具制造公差等级为IT10。表10 塑件公差等级与模具型腔机械制造公差等级对应关系塑料制件公差等级GB/T14486-1993MT1MT2MT3MT4MT5MT6MT7模具制造公差等级GB1800-79IT8IT9IT10IT10IT11IT11IT12 (1)型腔长度尺寸按平均收缩率法计算此处材料选用ABS，平均收缩率为0.5%，成型时最大收缩率smax为0.7%，最小成型收缩率smin为0.3%。LMcp=LPcp+scp * LPcp+scp 2* LPcp.(1)LPcp180.0-=179.57LMcp=179.57+0.005179.57+0.0052179.57=180.4模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.1LM= LMcp-m+m=180.4-0.1+0.1=180.3+0.1.(2)如按极限尺寸计算：LM=+m =+0.1=180.4 +0.1.(3)校核塑件可能出现的最大尺寸：(LM+m+w)(1-smin)LP.(4)上式左端(LM+m+w)(1-smin)=( 180.4 +0.1+0.05)(1-0.003)=179.97180所以满足要求，故型腔长度为180.4+0.1mm，比按平均收缩率计算的结果偏小，有更大修模余量。(2)型腔宽度尺寸按平均收缩率法计算 平均收缩率为0.5%LMcp=LPcp+scp * LPcp+scp 2* LPcpLPcp125.0-=124.61LMcp=124.61+0.005124.61+0.0052124.61=125.24模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.1LM= LMcp-m+m=125.24-0.1+0.1=125.14+0.1如按极限尺寸计算：LM=+m =+0.1=125.1 +0.1校核塑件可能出现的最大尺寸：(LM+m+w)(1-smin)LP上式左端(LM+m+w)(1-smin)=( 125.1 +0.1+0.05)(1-0.003)=124.87125所以满足要求，型腔宽度尺寸125.1 +0.1mm，比按平均收缩率计算的结果偏小，有更大修模余量。(3)型腔深度按平均收缩率法计算HMcp=HPcp+scp * HPcp +scp 2* HPcp.(5)HPcp=70 -=69.82HMcp=69.82+0.00569.82+0.005269.82=70.17模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.04因为型腔容易修深，则HM=HMcp-m+m=70.17-0.04+0.04=70.13+0.04.(6)按极限尺寸计算：HM=+m=+0.04=70.17+0.04.(7)校核塑件最小高度是否合格HM(1-smax)+HS.(8)上式左端70.17(1-0.007)+0.32=70.1470所以满足要求，型腔深度70.17+0.04，比按极限尺寸计算的结果更偏小一些，便于修模。(4)型芯长度尺寸按平均收缩率法计算此处材料选用ABS，平均收缩率为0.5%，成型时最大收缩率smax为0.7%，最小成型收缩率smin为0.3%。LMcp=LPcp+scp * LPcp+scp 2* LPcpLPcp177.0-=176.57LMcp=176.57+0.005176.57+0.0052176.57=177.46模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.1LM= LMcp-m+m=177.46-0.1+0.1=177.36+0.1如按极限尺寸计算：LM=+m =+0.1=177.4+0.1校核塑件可能出现的最大尺寸：(LM+m+w)(1-smin) LP.(9)上式左端(LM+m+w)(1-smin)=(177.4 +0.1+0.05)(1-0.003)=177.02 177所以满足要求，故型芯长度177.4+0.1mm，比按平均收缩率计算的结果偏大，有更大修模余量。(5)型芯宽度尺寸按平均收缩率法计算 平均收缩率为0.5%LMcp=LPcp+scp * LPcp+scp 2* LPcpLPcp122.0-=121.76LMcp=121.76+0.005121.76+0.0052121.67=122.28模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.1LM= LMcp-m+m=122.28-0.1+0.1=122.18+0.1如按极限尺寸计算：LM=+m =+0.1=122.38 +0.1校核塑件可能出现的最大尺寸：(LM+m+w)(1-smin) LP上式左端(LM+m+w)(1-smin)=( 122.38 +0.1+0.05)(1-0.003)=122.16 122所以满足要求，型腔宽度尺寸mm，比按平均收缩率计算的结果偏大，有更大修模余量。(6)型腔深度按平均收缩率法计算HMcp=HPcp+scp * HPcp +scp 2* HPcpHPcp=67-=66.84HMcp=66.84+0.00566.84+0.005266.84=67.18模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差为m=0.06因为型腔容易修深，则HM=HMcp-m+m=67.18-0.06+0.06=67.12+0.06按极限尺寸计算：HM=+m=+0.06=67.14+0.06校核塑件最小高度是否合格HM(1-smax)+HS.(10)上式左端67.14(1-0.007)+0.32=67.1167所以满足要求，型腔深度67.14+0.06，比按极限尺寸计算的结果更偏大一些，便于修模。4.8 模具总装优化及参数校核(1)最大注射量的校核nm1+m2mn.(11)式中 n 型腔数量； m1单个塑件质量或体积，g或cm3 ； m2浇注系统凝料的塑料质量或体积，g或cm3； K注塑机最大注射量的利用参数，一般取0.8左右； mn注射机的最大注塑量，（g/h）或（cm3 /h）；注射系统的校核： 77.8 cm3 +2.3 cm3 =80.1cm3 0.8300 cm3 =240cm3 所以符合要求。(2)锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具沿分型面涨开，所以作用在这个面积上的总力应小于注塑机的额定锁模力Fn，否则在注塑时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。因此有必要对注塑机的锁模力进行校核。校核公式如下：0.1kP0 (A1+Aj) Fn.(12)式中 k损耗系数。随塑料品种注塑机形式喷嘴阻力模具流道阻力而不同，其值在1/32/3范围内选取，为了保险起见，我们取k=2/3。P0型腔压力，常取注射压力的80%，MPa；A1塑件在分型面上的截面积，cm2 ；Aj浇注系统在分型面上的截面积，cm2 ；Fn注塑机的额定锁模力，KN；0.1（2/3）100 (107.1 cm2 +9.3 cm2 ) =776KN 1600KN 所以符合(3) 脱模力的计算将制品从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力，此外，理论分析和实验证明，脱模力的大小还与制品的厚薄及几何形状有关。脱模力 .(13) 式中-制品对型芯包紧的脱模阻力（N） -使封闭壳体脱模所需克服的真空吸力（N） 这里0.1单位 为型芯的横截面积 在计算脱模力时10.(14) 式中 -比例系数 .(15)-型芯的平均半径，对于矩形型芯.(16)-制品的壁厚；制品对型芯包紧的脱模阻力计算公式：.(17)式中-塑料的拉伸弹性模量 由中国模具设计大典P404表9.6-1查得的值取（1.911.98）-塑料的平均成形收缩率0.40.7 （见表9.6-1）-塑料的泊松比取0.3 （见表9.6-1）-型芯的脱模斜度h -型芯脱模方向高度（mm）-矩形型芯断面的两边长度（mm）-脱模斜度修正系数 .(18)-制品与钢材表面之间的静摩擦系数 取0.45（见表9.6-1）-厚壁制品的计算系数.(19) =1.515.43mm.(20)MPa410 MPa 符合技术要求(4)模具的最大最小厚度校核由模具的装配图可知，模具尺寸LBH=400mm400mm326mm，注塑机的最大模具厚度为350mm，最小模具厚度为150mm，本模具的厚度在这范围内，所以符合要求。(5)模具安装校核由注塑机的拉杆间距为450mm450mm，模具的长宽仅为400mm400mm，模具旋转时与注塑机拉杆不会发生干涉，所以注塑机符合要求。(6)开合模行程校核对单分型面注射模，开模行程为： SH+H+(510)mm.(21)式中 S注塑机的最大开模行程，mm； H1塑件脱模（推出距离）距离，mm； H2塑件高度，包括浇注系统在内，mm；3003411010154符合条件(7)侧向抽芯距离校核 模具的开模行程为154mm，斜导柱的角度为13，所以在开模的过程中，侧抽芯在斜导柱的带动下向外侧移动35.6mm，这点距离足以使制件安全顶出。因此斜导柱的角度符合要求。4.9 成型零件对钢材的选用用作注射模成型零件的钢材，应具备如下性能：(1)机械加工性能良好；(2)抛光性能良好；(3)耐磨性和抗疲劳性能好；(4)具有耐腐蚀性能6。由于所生产制品产量批量不大（10万件/年），注射模钢材的价格也很高，加上钢材越好加工越困难，导致型腔加工以及其它各种辅助加工也越困难，所以加工成本也就越高，本着降低成本，增强产品的市场竞争力考虑，我们主要选用55钢正火来作为模具结构件的材料。由于型芯、侧抽芯、定模需要多次抽取开合，因此选用4Cr13。4.10 模具的装配图模具的动作过程为：(1) 合模注射时，塑料熔体从喷嘴通过分流道及浇口充满型腔；(2)注射成型后,开模时,在弹簧25和凝料拉料杆20的拉紧作用下,一次分型,凝料推板20与凹模板1分开,凝料留在定模一侧;凹模板1带动滑块15后移,在斜导柱17的作用下,滑块15在型芯2上沿着导轨14作横向移动从而完成侧向抽芯动作。当限拉杆5的端头碰到凹模板1,凹模板13停止不动,一次分型结束。滑块15与凸模板继续运动,开始二次分型,首先拉断点浇口;在塑件包紧凸模的包紧力作用下,塑件随着凸模型芯继续运动。当运动到一定距离时,固定在凸模板上的限位销钉26碰到限位拉板31上的端头,二次分型结束;限位拉板31开始运动,限位拉板31拉动凹模板1继续运动,凹模板1拉动拉料杆运动,开始三次分型。在圆柱销32的作用下,凝料推板20将凝料推出脱落。然后注射机的顶杆推动推板29,带动推杆28将塑件推出动模。(3)模具合模时,动模运动到分型面使凸模和凹模啮合。推杆28和复位杆首先复位, 运动。当滑块15在楔块21和斜导柱17的作用下,产生相对运动,压制滑块15沿导轨产生横向运动,迫使滑块复位。当凹模板1、凝料推板20和定模座板16完全啮合时,结束合模,可以重新开始下一个工作循环过程。 总装配图如图13所示。(a) 主视图（b）左视图1-凹模板；2-型芯；3-导柱；4-直导套；5-肩头导套；6-导柱；7-动模板；8-螺钉M12；9-螺钉M16；10-垫板；11-支撑板；12-导轨底座；13-档位块；14-导轨；15-滑块；16-定模座板；17-斜导柱；18-浇口套；19-有肩导柱；20-凝料推料板；21-楔形滑块档块；22-限位拉杆；23-螺钉M8；24-导柱；25-弹簧；26-限位销钉；27-导柱；28-推推杆；29-推板；30-推板固定板；31-限位拉板；32-限位销；33-制件；34-螺钉M10； 图13 总装配图第5章注塑模的计算机辅助设计(CAD)及辅助制造(CAM)5.1 计算机辅助设计(CAD)Pro/ENGINEER软件是目前用户使用最多的三维软件，是国内中小型企业首选的工业设计软件，现在被广泛应用于机械、汽车、航空、家电、数码通信和玩具等设计制造领域。Pro/ENGINEER软件是一个全方位3D设计软件，集成了零件设计、产品装配、曲面造型、模具设计、扳金设计、逆向工程、机构运动和仿真等功能12。5.1.1 三维造型首先，为该模具建立一个专用文件夹，并将该文件夹设置为Pro/E当前工作目录，然后开始对电话机底座进行三维造型，电话机底座三维造型如图14所示。图14 电话机底座的三维造型5.1.2模具成型零件设计电话机底座三维造型完成后，利用PRO/ENGINEER 系统下的【制造】/【模具型腔】模块进行模具组件设计，它包括参考模型的布局、收缩率的设置、毛坯工件的设计、分型面的设计、分个体积块、抽取模具元件、铸模及开模几大部分13。（1）调入模具参考模型l 选择菜单栏中的【文件】/【新建】命令建立新的文件，系统弹出新建对话框，在【类型】栏中选择【制造】模块，在【子类型】栏中选择【模具型腔】模块，在名称输入栏输入文件名“dhz”,并取消【使用缺省模块】复选框，单击确定按钮。系统弹出新文件选项对话框，在【模板】栏选择公制模具设计模板“mmns_mfg_mold”,单击确定按钮。l 系统启动模具设计模块，并在界面顶部显示当前模具文件为“dhz”，选择菜单管理器中的【模具模型】/【装配】/【参考模型】命令，选打开“dianhuajidizuo.prt”文件。系统在设计区显示打开的参考模型，以缺省位置将参考模型装配到模具装配体中，接受参考模型名称为“dhz_REF”,单击确定。l 系统再次弹出组件绝对精度提示对话框，单击确定按钮，接受系统给定的绝对精度值。选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束参考模型装配。（2）设置收缩率l 选择菜单管理器中的【收缩】/【按尺寸】命令，系统打开产品三维零件模型，并弹出按尺寸收缩对话框，ABS树脂的收缩率为0.005，在比率栏输入收缩率。l 选择菜单管理器中的【收缩信息】命令，系统弹出收缩信息窗口，列出模型名称、所采用的收缩公式及收缩因子等信息。选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束收缩率设置。（3）设计毛坯工件l 选择菜单管理器中的【模具型腔】/【创建】/【工件】/【手动】命令，手动创建毛坯工件。系统弹出元件创建对话框，在名称栏输入毛坯工件名称“workpiece”，单击确定按钮。系统弹出创建选项对话框，选择【创建特征】选项，单击确定。选择菜单管理器中的【实体】/【加材料】/【拉伸】/【实体】/【完成】命令。在草绘中绘制一矩形，并两侧拉伸，结果如图15所示。图15 零件的毛胚图（4）设计分型面l 选择菜单管理器中的【分型面】/【创建】命令，接受默认的分型面名称“dianhuajidizuo_ SURF_1”,并确定。l 选择菜单管理器中的【增加】/【复制】/【完成】命令，用复制参考模型外表面的方法产生分型面，如图16所示。侧抽芯分型面图16 产生分型面（5）分割体积块选择菜单管理器中的【模具体积块】/【分割】/【完成】命令，系统弹出分割对话框，选择所设计的分型面，系统自动生成凸模（见图17）和凹模（见图18）和侧抽芯（见图19）图17 凸模 图18 凹模 图19 侧抽芯(6)抽取模具元件选择菜单管理器中的【模具元件】/【抽取】，模型树中产生抽取的模具元件零件，结果如图20所示。图20 模型树 (7)铸模选择菜单管理器中的【铸模】/【创建】命令，系统就创建铸模零件，结果如图21所示。图21 电话机底座铸模(8)开模铸模完成后，就可以进行开模模拟，开模结果如图22所示。图22开模结果(9)转换文件为了后续的计算机辅助制造(CAM)，需要将Pro/E生成的上下模转换为“IGES（*igs）”格式文件。5.2模具主要成型零件的加工工艺模具制造是完成模具设计的内容，但模具制造也对模具设计提出一定的要求，否则不能制造或很难实现，或制造经济性很差。5.2.1 注塑模制造过程模具制造工艺设计及生产准备加工检验装配检验试模及注塑修正验收入库。5.2.2模具制造工艺设计（1）分析模具设计图，制定工艺规程（包括材料消耗定额、工时定额）（2）编制加工程序。（3）设计制造模具所需用的工、夹、刀、量具等。（4）制定生产计划，制定并实施工具、材料、标准件、辅料、油料等采购计划。5.2.3 加工、装配、试模、修正（1）毛坯准备。主要内容为模具零件毛坯的锻造、铸造、切割、退火或正火等。（2）毛坯加工。主要内容为进行毛坯粗加工，有锯、刨、铣、粗磨、焊接等。（3）零件加工。主要内容为进行模具零件的半精和精加工。工种有划线、钻、车、铣、镗、仿刨、插、热处理、磨、电火花加工等。（4）装配与试模、修正。一般除装配与试模以外，还包括配加工和钳工修配、研磨、抛光、钻孔、攻丝等。5.2.4 模具主要成型零件的加工工艺过程（1）定模座板加工工艺过程14 材料：55钢硬度：4850HRC表11 定模座板加工工艺序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：50550537mm2钳按基准角划线，钻“448”至446mm；“442”至440mm；“42的浇口套孔”至40 mm；“16mm和14mm的77斜孔”至尺寸要求3粗铣按划线铣六面到尺寸500.5500.532.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4热处理正火，使硬度达到4850HRC表11 续序号工序号工序内容5镗按基准角，坐标镗“448”至尺寸要求；“442”至尺寸要求；“42 的浇口套孔”至尺寸要求6钳按基准角，钻、铰“4M6”、“4M8”至尺寸要求7平面磨磨光表面到尺寸50050032，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm，互为基准8钳去除毛刺；打磨型腔表面，保证型腔表面粗糙度为0.8m9检验检验10钳总装配（2）定模加工工艺过程14材料：4Cr13 硬度:6064HRC表12定模加工工艺过程序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：40540570mm2钳按基准线划线，钻“434”至尺寸要求；钻“42的导套孔”至40 mm；“414”至12mm；“410”至8mm3粗铣按划线铣六面到尺寸400.5400.565.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4热处理淬火，使硬度达到6064HRC5镗按基准角，坐标镗“42 的浇口套孔”至尺寸要求；“414”至尺寸要求；“410”至尺寸要求6钳按基准角，钻、铰“4M6”至尺寸要求7平面磨磨光表面到尺寸40040065，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm，互为基准8数控加工加工动模的型腔至尺寸要求9钳去除毛刺；打磨型腔表面，保证型腔表面粗糙度为0.8m10检验检验11钳总装配（3）动模座板加工工艺过程15材料：55钢硬度：4850HRC表13 动模模板的加工工艺序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：50050037mm2钳按基准角划线，钻“32的导柱孔”至30 mm；“25的导柱孔” 至23mm3粗铣按划线铣六面到尺寸500.5500.532.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4热处理正火，使硬度达到4850HRC5镗按基准角，坐标镗“32 的导柱孔”至尺寸要求；“25 的导柱孔”至尺寸要求6钳按基准角，钻、铰“4M16”至尺寸要求7平面磨磨光表面到尺寸50050032mm，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm，互为基准8钳去除毛刺；打磨型芯表面，保证型腔表面粗糙度为0.8m9检验检验10钳总装配（4）型芯安装板加工工艺过程14材料：55钢 硬度:4850HRC表14 动模加工工艺序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：40040052mm2钳按基准角划线，钻“434”至尺寸要求3粗铣按划线铣六面到尺寸400.5400.547.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4热处理正火，使硬度达到4864HRC5钻按基准角，钻、铰“6M8”至尺寸要求6平面磨磨光表面到尺寸40040047mm，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm，互为基准7钳去除毛刺；打磨型芯表面，保证型腔表面粗糙度为0.8m8检验检验9钳总装配（5）型芯的加工工艺工程14材料：4Cr13 硬度:6064HRC表15 型芯的加工工艺序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：18212750mm2钳按基准角划线3粗铣按划线铣六面到尺寸177.5122.545.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4热处理淬火，使硬度达到6064HRC5钳用垫片层保证上下模间隙均匀后，上模与上模座配作螺纹孔6M86平面磨磨光表面到尺寸17712245mm，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm，互为基准7数控铣铣型芯外形达到装配要求8电火花电火花加工细浅凹槽9钳去除毛刺打磨型芯表面，保证型腔表面粗糙度为0.4m10检验检验11钳总装配（6）侧抽芯的加工工艺过程14材料：4Cr13 硬度:6064HRC表16 侧抽芯的加工工艺序号工序号工序内容1备料锻件（退火状态）：13913085mm2刨平面刨削两端面凹槽保证尺寸15.8mm，槽深达到尺寸要求3粗铣铣六面到尺寸134.5125.580.5mm，两大平面与两相邻侧面用标准角尺测量达基本垂直4钳划“14”孔中心线；划端凹槽线；钻“14的斜孔”至尺寸要求5热处理淬火，使硬度达到6064HRC6钳用垫片层保证上下模间隙均匀后，上模与上模座配作螺纹孔7平面磨磨光表面到尺寸13412580mm，保证两大平面与侧面的垂直度为0.02mm/100mm；磨凹槽至尺寸要求8数控铣铣侧型芯外形达到装配要求9钳去除毛刺打磨型芯表面，保证型腔表面粗糙度为0.4m10检验检验11钳总装配5.3 注塑模的数控加工5.3.1 数控加工在先进制造技术中的作用自从20世纪中期，人们将计算机技术引用到控制机床加工飞机机翼样板的复杂曲线中以来，数控技术在机床控制方面取得了广泛的发展，开始是数控铣床、接着是数控车床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控线切割机床，以后是数控加工中心、车削中心、数控激光加工中心等等。这些都成为现代制造业的关键设备，是它们保证了现代制造业向高精度、高速度、高效率、高柔性化的方向发展15。由于数控机床的出现，带动CAD、CAM技术向实用化、工程化发展，特别是计算机技术的迅速发展，推动CAD、CAM技术向更高层次和更高水平发展，而且进一步发展了计算机辅助工艺设计（CAPP）数据库、集成制造生产系统相关信息的自动生成、自动处理、自动传输15。5.3.2 Mastercam的简介计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）是先进制造技术的两个重要组成部分，也是现代设计方法的两个必需过程。Mastercam是由美国CNC Software 公司推出的集设计和制造、数控机床自动编程于一体的CAD/CAM软件，是目前也是我国应用最广泛的CAD/CAM软件之一16。Mastercam由 Design、Mill、Lathe和Wire四块功能模块组成。Design设计模块用于创建线框、曲面和实体模型，完成二维和三维图形的造型，她具有全特征化造型功能和强大三维图形编辑、转换处理功能。Mill、Lathe和Wire模块是CAM模块，其中也包含Design模块，用于生成和管理铣、车和线切割加工刀具路径及输出数控加工代码。Mastercam 集设计与制造为一体，用户只要创建出所设计产品的几何模型，再选用不同的加工方法编制走刀路径，即可将生成的数控加工代码输入到数控机床中完成加工，生产出理想的产品16。5.3.3 加工工艺分析电话机底座上下模形状复杂，用一般的机械加工方法无法加工准确，且费时费力。而利用Mastercam软件，可以先在计算机上模拟加工过程，检验数控程序的正确性，不仅保证加工准确性，还能节约材料。下面主要对凸模的加工进行介绍。其工艺选择如下：（1）材料：4Cr13。（2）加工过程分为粗加工和精加工。（3）粗加工的加工余量为0.5。（4）粗加工切削方式：平行铣削曲面方式、等高外形铣削方式、面铣方式、钻孔。（5）精加工铣削方式：平行铣削曲面精加工方式。5.3.4 Mastercam的具体加工过程(1)机床选择本加工实例选用的加工设备是南京迈顺数控新技术有限公司生产的XTK7640研制生产的数控铣床，该机床可实现X、Y、Z三轴联动，机床的主要技术参数如表17所示。表17机床技术参数数控系统GP-850数控铣床行程范围X850mmY520mmZ600mm主轴最高转速8000rpm进给速度2000mm/min主轴端面至工作台面距离 110810mm(2)选择刀具17根据对凸模结构分析（凸模图形如图23所示），具体使用刀具如下：l 运用16的平刀进行A面的平行铣削曲面加工。l 运用20的平刀进行B面的等高外形曲面加工。l 运用16的平刀进行上表面的平行铣削曲面加工。l 运用6的平刀进行三个矩形凸台面的外型铣削加工。l 运用5的中心钻打四个孔的中心孔，并用10的平刀进行钻孔。l 运用16的平刀进行所有面的平行铣削曲面精加工。图23 凸模加工面示意图具体的刀具切削参数如表18表18 刀具切削参数刀具主轴转速/min进给速度/(r/min)切削深度/mm刀具号补偿号16的平刀15001000T01H01D0120的平刀1200800T07H07D076的平刀4001002.5T02H02D02M5的中心钻12001001T05H05D0510的平刀80020011T04H04D04(3) 工件毛胚的装夹16 选择：刀具路径工件设定边界盒确定（如图24所示）。图24工件的设定 (4)加工路径的生成161)A曲面的加工路径生成选择：刀具路径曲面加工粗加工平行铣削凸A曲面执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为16的平刀。设定曲面平行铣削加工参数如图25所示。设置切削参数如图26所示选择刀具切削干涉面如图27所示。设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。图25 A加工面 图26刀具切削参数图27 A加工面的干涉面2)B曲面的加工路径生成选择：刀具路径曲面加工粗加工等高外型B曲面执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为20的平刀。设定曲面平行铣削加工参数如图28所示。选择刀具切削干涉面如图29所示。设置切削参数如图30所示设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。 图28 B加工面 图29 B加工面的干涉面图30 B加工面的刀具切削参数3)上表面的加工路径生成选择：刀具路径曲面加工粗加工平行铣削凸上表面执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为16的平刀。设定曲面平行铣削加工参数如图31所示。选择刀具切削干涉面如图32所示。设置刀具切削参数如图26所示。设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。 图31 上表面加工面 图32 上表面干涉面4)凸台的加工路径生成选择：刀具路径外型铣削窜连执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为6的平刀。设置刀具切削参数如图33所示。设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。图33 凸模切削参数5)孔的加工路径生成选择：刀具路径钻孔手动圆心执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为5的中心钻。设置刀具切削参数如图33所示。设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。选择：刀具路径钻孔手动圆心执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为11的平刀。设置刀具切削参数如图35所示。设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径。图34 中心孔切削参数图35 钻孔切削参数6)精加工的加工路径生成选择：刀具路径曲面加工精加工平行铣削凸所有的曲面执行。在刀具图框内点击鼠标右键，从刀具库中选择刀具。选择直径为16的平刀。设置切削参数如图36所示设置完成后确定，系统自动生成粗加工刀具路径，并全选刀具路径后进行加工模拟，如图37所示。图36精加工参数图37 加工结束的实体(5) 后置处理选择第一个程序，点击执行后置处理，系统自动生成NC代码。按照上述方法依次处理所有的程序。%O0000(PROGRAM NAME - MOLD_
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