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玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工说明书.doc

玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工【工艺卡】【带PROE三维】【21张图纸】【优秀】

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关键词：: 玩具汽车壳模具设计型腔仿真 proe三维图纸

资源描述：

玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工

32页 13000字数+说明书+开题报告+任务书+实习报告+21张CAD图纸

A0装配图.dwg

A2动模垫板.dwg

A2动模板.dwg

A2推杆固定板.dwg

A3制品测绘图.dwg

A3型腔.dwg

A3型芯.dwg

A3定模固定板.dwg

A3定模板.dwg

A3推板.dwg

A4动模固定板.dwg

A4复位杆.dwg

A4定位环.dwg

A4导套.dwg

A4导柱.dwg

A4弹簧.dwg

A4推杆1.dwg

A4推杆2.dwg

A4支架.dwg

A4止位环.dwg

A4浇口衬套.dwg

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玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工开题报告.doc

玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工说明书.doc

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课题申报表.doc

1前言…………………………………………………………………………………1

2 总体方案论证………………………………………………………………………3

3具体设计说明……………………………………………………………………4

3.1塑件三维造型……………………………………………………………………4

3.1.1塑件测绘………………………………………………………………………4

3.1.2塑件造型………………………………………………………………………4

3.2模具设计计算……………………………………………………………………5

3.2.1塑件材料性能分析……………………………………………………………5

3.2.2型腔数的确定…………………………………………………………………5

3.2.3型腔壁厚计算…………………………………………………………………6

3.3分型面设计………………………………………………………………………7

3.4浇注系统设计……………………………………………………………………8

3.4.1浇口位置选择…………………………………………………………………8

3.4.2 浇注系统平衡…………………………………………………………………9

3.4.3浇注系统设计计算……………………………………………………………9

3.5冷却系统设计…………………………………………………………………11

3.5.1设计计算…………………………………………………………………11

3.5.2冷却流道结构设计…………………………………………………………12

3.6顶出系统设计…………………………………………………………………13

3.7模架设计………………………………………………………………………15

3.8模流分析………………………………………………………………………16

3.9型腔加工仿真…………………………………………………………………22

3.9.1加工零件工艺审查…………………………………………………………22

3.9.2 毛坯的选择…………………………………………………………………22

3.9.3 基准选择……………………………………………………………………22

3.9.4 Master CAM 9.0仿真加工…………………………………………………22

4结论………………………………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………………………………26

致谢…………………………………………………………………………………27

附录…………………………………………………………………………………28

玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工

摘要：本设计是对玩具汽车的模具设计及其零件的加工仿真。设计过程采用Pro/E Wildfire 2.0进行三维造型、分型面设计和模流分析，使用EMX 4.1模块进行模具整体设计，使用Master cam 9.0进行模具型腔仿真加工。

　　　本模具依据厂方给定的注塑机型号和经济性确定型腔为一模四腔；考虑模具中的成型位置及精度等诸多种因素的影响，选取分型面在塑件的底面；为使塑件能够快速均匀冷却，冷却流道布置为环绕式；为使镶块结构不发生泄漏，使用负压冷却水系统；采用平衡式分流道、侧浇口，使型腔同时得到均匀的充填和成型；顶出机构是制品的脱模装置，依据塑件结构采用12根顶杆；由于塑件是薄壁结构可能出现注塑不完整，通过模流分析验证注塑流体可以充满型腔，符合设计要求。根据设计参数，使用EMX对模具整体设计。分析型腔的加工工艺，在Master cam 9.0中完成刀具路径设定，确定数控加工代码，通过仿真加工确定是否满足加工要求。

通过使用模具设计应用软件，使模具设计效率大大提高，完全符合设计要求。

关键词：模具设计；加工仿真；注塑模具；CAM技术

　　　本课题的设计目的是对玩具汽车壳的三维造型及优化、塑料注射模具设计、模具型加工仿真及数控编程。其中：a. 制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向小于0.10； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于实物表面；d. 制品生产批量：5万；e. 制品其他要求：符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先对塑件进行测绘，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入EMX4.1进行整个模架的设计，最后进行仿真加工及数控编程。

　　　首先是对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后使用Pro/E Wildfire4.0进行三维造型。主要采用拉伸、除料、抽壳等步骤造型。在三维造型之后可以通过Pro/E Wildfire4.0下的“塑料顾问”进行模流分析，通过计算可以验证塑料胶体能不能完全填充满型腔。而后使用Pro/E Wildfire4.0下的EMX4.1模块进行整个模架设计。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模四腔。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80％。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，本模具设计取6mm。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。在整个模架设计中所有的模架零部件都在EMX中根据自己计算的数据进行选取，所有零部件的三维造型都会在设计完成够自动生成，对以后的二维工程图的绘制提供依据。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Master CAM 9.0 中进行刀具路径设定完成仿真加工，而后输出数控程序。

QQ截图20130719143526.gif

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玩具汽车壳.gif

内容简介：: 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009目录1前言12 总体方案论证33具体设计说明43.1塑件三维造型43.1.1塑件测绘43.1.2塑件造型43.2模具设计计算53.2.1塑件材料性能分析53.2.2型腔数的确定53.2.3型腔壁厚计算63.3分型面设计73.4浇注系统设计83.4.1浇口位置选择83.4.2 浇注系统平衡93.4.3浇注系统设计计算93.5冷却系统设计113.5.1设计计算113.5.2冷却流道结构设计123.6顶出系统设计133.7模架设计153.8模流分析163.9型腔加工仿真223.9.1加工零件工艺审查223.9.2 毛坯的选择223.9.3 基准选择223.9.4 Master CAM 9.0仿真加工224结论25参考文献26致谢27附录28玩具汽车壳模具设计及型腔仿真加工摘要：本设计是对玩具汽车的模具设计及其零件的加工仿真。设计过程采用Pro/E Wildfire 2.0进行三维造型、分型面设计和模流分析，使用EMX 4.1模块进行模具整体设计，使用Master cam 9.0进行模具型腔仿真加工。本模具依据厂方给定的注塑机型号和经济性确定型腔为一模四腔；考虑模具中的成型位置及精度等诸多种因素的影响，选取分型面在塑件的底面；为使塑件能够快速均匀冷却，冷却流道布置为环绕式；为使镶块结构不发生泄漏，使用负压冷却水系统；采用平衡式分流道、侧浇口，使型腔同时得到均匀的充填和成型；顶出机构是制品的脱模装置，依据塑件结构采用12根顶杆；由于塑件是薄壁结构可能出现注塑不完整，通过模流分析验证注塑流体可以充满型腔，符合设计要求。根据设计参数，使用EMX对模具整体设计。分析型腔的加工工艺，在Master cam 9.0中完成刀具路径设定，确定数控加工代码，通过仿真加工确定是否满足加工要求。通过使用模具设计应用软件，使模具设计效率大大提高，完全符合设计要求。关键词：模具设计；加工仿真；注塑模具；CAM技术The design of the toy automobile top shell mould And the simulation processing of the mold cavityAbstract: This topic is to design the toy automobile mold and the simulation processing of the mold cavity. In the design process, Pro/E Wildfire 2.0 were used to construct carries on the three dimensional modeling, design demould the plane and analyse mold flows, the EMX 4.1 modules were used to carry on the mold overall design, Master cam 9.0 were used to carry on the mold cavity simulation processing.This mold according as the injection molding machine model and the efficient deterministic cavity which assigns based on the factory is four cavities ; Considered in the mold takes shape the position and the precision and so on the various many kinds of factors influence, a selection divided profile is modeling a bottom surface; In order to cause to model to be able the fast uniform cooling, cools the flow channel arrangement for to surround the type; In order to cause to inlay the block structure not to occur divulges, use negative pressure cooling water system; Uses a balance -like divided flow channel, the side runner, at the same time the causing cavity obtains even fills and takes shape; prop up the organization is the product taking off patterns installment, go on the basis models a structure to use 12 mandril ; Because models are the thin-wall construction possibly appears casts not completely, get across flows the analysis confirmation the mold to cast the fluid to be possible the filling cavity, conforms to the design requirement. According to the design variable, uses EMX for the mold overall design. The analysis cavity processing technics, completes the cutting tool way hypothesis in Master cam 9.0, the definite numerical control processing code, through the simulation processing determined whether satisfies the processing request. Through the use mold design application software, makes the mold rated capacity to enhance greatly, conforms to the design requirement completely.Key words: mold design; processing simulation; enjection mould; cam technology 1前言近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具有潜力的发展方向。模具是机械、电子等工业的基础工业，它对国民经济和社会发展起着越来越大的作用。一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。对塑料模具的全面要求是：能高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品。模具制造要求模具零件的加工工艺性能好，选材合适，制造容易，成本低廉。应该特别强调塑料制品质量和模具之间的关系，模具的形状、尺寸精度、表面粗糙度、分型面的位置、脱模方式对塑件的尺寸精度、形位精度、外观质量影响很大。发展概况和应用背景塑料工业近20年来发展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高以及生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，在大型复杂和小型精密注射模具方面我国还需要从国外进口模具。我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。由于市场竞争的加剧和企业信息化的需要,企业对计算机辅助模具设计有着强烈的需求。国内外学者在模具CAD技术方面已经进行了大量的研究工作,并进行了一些实用系统的开发。但是,目前大多数的模具CAD系统是基于二维CAD平台(如AutoCAD)开发的,在计算机技术飞速发展的今天,这种二维模具CAD系统已不能满足要求。当前逐渐完善起来的三维CAD软件,如Pro/E、UG、等具有强大的造型、装配功能和丰富的辅助设计手段,为三维模具CAD系统的开发与研究提供了强有力的技术保障。本课题是对玩具汽车壳制品进行测绘、模具设计、模具型腔仿真加工及数控编程。课题来源于生产实践。基于生产实践之上的对小汽车制品的模具设计以及仿真加工。在设计过程中要解决小汽车制品测绘、模具设计、在模具设计时对分型面的选择、浇口形式与位置的确定、型腔位置的安排、定模冷却水道的设置、工艺分析及数控编程及加工仿真等问题。小汽车制品的几何尺寸进行测量后要进行合理的后处理。模具分型面处在同一平面时不需要一定的角度，所以选择底面为分型面。本模具设计采用侧浇口，并要避开制品点画线所示的高光量区域。为使流道平衡,应使各型腔距主流道距离均等。由于所成型的制品形状简单且几何尺寸较小,因此可采用冷却水道围绕型腔镶件的冷却方式。模具方案设计完成后对型腔进行仿真加工及数控编程。据此方案可以达到设计的预期效果。并且大大提高了注塑模的质量和效率。2总体方案论证本课题的设计目的是对玩具汽车壳的三维造型及优化、塑料注射模具设计、模具型加工仿真及数控编程。其中：a. 制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向小于0.10； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于实物表面；d. 制品生产批量：5万；e. 制品其他要求：符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先对塑件进行测绘，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入EMX4.1进行整个模架的设计，最后进行仿真加工及数控编程。首先是对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后使用Pro/E Wildfire4.0进行三维造型。主要采用拉伸、除料、抽壳等步骤造型。在三维造型之后可以通过Pro/E Wildfire4.0下的“塑料顾问”进行模流分析，通过计算可以验证塑料胶体能不能完全填充满型腔。而后使用Pro/E Wildfire4.0下的EMX4.1模块进行整个模架设计。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模四腔。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，本模具设计取6mm。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。在整个模架设计中所有的模架零部件都在EMX中根据自己计算的数据进行选取，所有零部件的三维造型都会在设计完成够自动生成，对以后的二维工程图的绘制提供依据。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Master CAM 9.0 中进行刀具路径设定完成仿真加工，而后输出数控程序。3具体设计说明3.1塑件三维造型3.1.1塑件的测绘塑件为玩具汽车壳，使用游标卡尺对塑件进行测绘。我们最终设计制造的是这个玩具的模具，而我们所取的塑件是模具生产出来的大量塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，对一些结构进行优化，然后绘出零件的测绘草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。量具：游标卡尺（0300、0.02）垂直卡尺等。测绘时应该注意做到以下几点：a. 测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；b. 采用多次测量求平均值；该塑件外形尺寸约为102.8831.4633.55 mm，制品投影面积约为13885.12mm2,体积约为 9.383 cm3。3.1.2塑件三维造型塑件测绘草图出来以后，应该根据塑件的测绘图，对塑件的进行三维造型。三维造型可以选用Pro/e Wildfire4.0软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。首先打开三维软件Pro/e Wildfire4.0，进入零件设计界面，然后在竖直面内画玩具汽车的中间截面的断面图，点击命令，向两边进行放样拉伸，接着在绘制好的曲面上进行除料继续使用命令，选择其中的去除材料命令，对塑件玩具汽车壳进行薄壁处理。由于该塑件大都是曲面都是圆滑过渡所以在三维造型中要使用倒圆角命令。三维造型如图3-1所示：图3-1 塑件三维造型3.2模具设计计算3.2.1塑件材料性能分析塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，脱模斜度取1，ABS收缩率取0.5% 。成型性能： a. 无定形料，流动性中等，比AB差，但比聚碳酸脂，溢边值为0.04mm左右。 b. 吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件必须经长时间的预热干燥。 c. 成型时宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为250）。对精度较高的塑件，模温宜娶5060；对光泽、耐热塑件，模温宜取6080。注射压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为（10001400）105Pa。用螺杆式注塑机成型时，料温为160220，注射压力为（7001000）105Pa。塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。由于该塑件是作为普通的儿童玩具，要求其外表面光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形美观。因此取精度等级为6级。3.2.2型腔数的确定型腔的数量是由厂方给定的注塑机型号XSZY125来确定的。从塑件的尺寸精度考虑，由于该制品精度等级6所以型腔数控制在四腔之内。根据文献1中（表3-4）选定热塑性塑料注射机型号：XSZY125具体参数如下表：表3-1 注塑机参数型号XSZY125螺杆（柱塞）直径mm42注射容量/ cm3125注射压力/( 105Pa)120锁模力/(kN)900最大注射面积/ cm2320模具厚度最大/mm300最小/mm200模板行程/mm300喷嘴孔直径/mm4球半径/mm12定位孔直径/mm100注射时间s1.6动，定模固定板尺寸mm428458 每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，根据文献1表（4-2）中公式（3-1）式中 N型腔数； S注射机的注射量，g；浇注系统的质量，g；塑件质量，g；塑件体积=9.383 cm3 ；塑件质量=9.3831.019.48 g ；浇注系统体积=15.79 cm3 ； =15.791.0115.95 g ；S=1251.01=126.01 g；经计算：N10 因此型腔数确定为一模四腔。额定锁模力：选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%70%；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为2550MPa。锁模力和成型面积的关系由文献1公式（4-5）确定：（3-2）式中：锁模力，kN；型腔压力，一般取4050 MPa ； A 浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；计算：A/1000=5013885.121000=694.256 KN =900KN所以：A/1000 公式成立3.2.3 型腔壁厚计算型腔和底是一体的，其壁厚h可按文献1表（4-30）中公式计算：（3-3）式中 t侧壁厚度，mm ；p型腔压力，一般取50MPa ； l侧壁边长，l=102.88mm ； E弹性模量，取20.58GPa 允许变形量，cm (取0.05)； h承受塑料压力部分侧壁高度，h=25.44mm； H侧壁全高，H=33.55mm. 计算得：t23.45mm 3.3分型面的设计如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： a. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处；b. 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；c. 保证塑件的精度要求；d. 满足塑件的外观质量要求；e. 便于模具加工制造；f. 对成型面积的影响；g. 对排气效果的影响；h. 对侧向抽芯的影响。根据以上原则确定分型面在塑件最底面。在做分型面之前，先进入Pro/E Wildfire 4.0下的制造模块，选择子菜单。去掉默认选择，选择mm为单位。首先要做的是把塑件的三维造型调入，其次选择型腔工件的大小，这里我们选择一模四腔，接着制作分流道的制作，选择特征型腔组件流道制做完成流道。制作分型面，首先，复制整个塑件表面，接着对塑件的破孔进行修补，使用平整命令，接着和先前复制的塑件外表面进行合并，再创建底平面，使用拉伸命令分割整个工件，在和先前合并的曲面再次合并，使之成为一个曲面。接着分割整个工件。完成整个分型面的制作。之后抽取分型面分割的上下两工件（全选），生成凸模（图3-2）、凹模（图3-3）。通过Pro/E Wildfire 4.0软件制作分型面效果图（图3-4）：图3-2 分型面图3-3 型芯图3-4 型腔3.4 浇注系统设计3.4.1 浇口位置选择模具设计时，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。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：a. 尽量缩短流动距离；b. 浇口应开设在塑件壁厚最大处；c. 必须尽量减少熔接痕；d. 应有利于型腔中气体排出；e. 考虑分子定向影响；f. 避免产生喷射和蠕动； g. 浇口处避免弯曲和受冲击载荷；h. 注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，确定每个型腔使用一个进浇点，浇口点在塑件分型面上，对塑件外观影响很小，人工切除浇注系统残料。3.4.2 浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，如图3-5所示：图3-53.4.3 浇注系统设计计算浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：a. 塑料成形特性设计浇注系统应适应所用塑料的成形特性的要求，以保证塑件质量。b. 塑件大小及形状根据塑件大小，形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成形。还应注意防止流料直接冲击塑件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及应充分估计可能产生的质量弊端和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。c. 型腔数设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。d. 塑件外观设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。e. 注射机安装板的大小在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止偏离模具中心开设主流道，造成注射时受力不匀。f. 成形效率在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。g. 冷料在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须除去，防止注入型腔影响塑件质量，在设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。A. 浇口设计：一般情况下，如图3-6所示的浇口，其参数通取数值如下：a. d=注射机喷嘴孔直径4+（0.51）mm；b. a=2（对流动性差的塑料等情况，也有取36）；c. D流道的宽度5mm；d. H按具体情况选择，一般为38mm,这取3mm；e. R=注射机喷嘴的球面半径12+（23）mm；f. r按具体情况一般取13mm；g. L应尽量缩短，若L值大，使塑料降温过多，损耗大，一般不超过60mm，这取44mm,如需要很长时应采用热延长喷嘴等诸措施。图3-6 浇口参数 B. 分流道设计：确定分流道的尺寸应考虑以下因素： a. 塑件的形状和壁厚要能充分填满模腔，充分传递注射压力，保证补缩； b. 浇口和型腔的距离为了克服流动阻力，应按分流道的长短决定分流道的粗细； c. 对浇道硬化的考虑浇道过粗则固化时间过长，影响成型周期； d. 成型材料的种类按流动性大小决定浇道的断面； e. 加工浇道的工具应尽可能采用标准刀具的轮廓和尺寸。由于模具是一模四腔，采用平衡式分流道，侧浇口。设计如图3-7所示如下：图3-7 流道参数3.5冷却系统设计3.5.1设计计算模具设计冷却装置的目的，一是防止塑件脱模变形；二是缩短成型周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性、扰曲性、伸长率较好的塑件。冷却形式一般在型腔、型芯等部位合理地设置通水冷却水路，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。冷却水一般为室温冷水，必要时也有采用强迫通水或低温水来加强冷却效率。冷却系统的设计对塑料质量及成型效率直接有关，尤其在高速、自动成型时更应注意。A. 设计冷却管道考虑因素：a. 模具结构形式，如普通模具、细长型芯的模具及脱模机构障碍多的或镶块多的模具，对冷却系统设计直接有关；b. 模具的大小和冷却面积；B. 冷却水孔的开设原则：a. 边离型腔的距离一般保持在1525mm，距离太近则冷却不宜均匀，太远则效率低。水孔直径一般在8mm以上，根据模具大小（塑件重量）决定；b. 孔通过镶块时，应该考虑镶套管等密封问题；c. 孔管路应畅通无阻；e. 管接头（冷却水嘴）的位置尽可能放置在不影响操作的一侧；f. 冷却水孔管路最好不开设在型腔塑料熔接的地方，以免影响塑件强度； C. 冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量Q，可按文献1公式（4-31）计算： Q=W1 a （3-4）式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量g a克塑料的热容量(J/g) 查表4-4 得130 J/g 经计算：Q=66.65251.11.61305957.067 J 则带走上述热量，所需的冷却水量按文献1表（4-40）中公式计算：（3-5）式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度查表得 ABS模具温度4060 T4入水温度取常温24 K热传导系数；凹模板或凸模板钻孔的冷却水道K=0.64 经计算： W357.997 g/h 由文献1表（4-40）中公式计算出冷却水道的直径：（3-6）式中 p 冷却液容重=0.05g/cm3 L 冷却水道长度cm d冷却水道直径cm 经计算：d1.068 cm 取12mm3.5.2冷却流道结构设计本模具采用一模四腔结构，为使各个塑件都能均匀冷却，设计如图3-8：图3-8 冷却流道普通冷却系统是将压力水送入模具冷却系统，由于模具使用镶块结构，当水道通过镶拼结构时会发生漏水问题，这里使用美国Logic Devices公司研制的一种负压冷却水系统，通过特殊的容积泵来抽吸泵送模具冷却水路中的冷却水，使冷却水系统形成负压，即使冷却水系统直接通过镶拼模块的镶拼缝，而不采用特殊的密封装置，也不会发生漏水的问题。3.6顶出系统设计塑件在模具中冷却定型时，由于热收缩其体积和尺寸逐渐缩小，在塑料的软化温度以前热收缩并不造成对型芯包紧力，但制品固化后继续降温则会对型芯产生包紧力，包紧力带来的正压力，垂直于型芯表面，脱模温度越低正压力越大，脱模时必须克服该包紧力所产生的摩擦力。注射模具的顶出系统是制品的脱模装置。在设置顶出系统时，首先需要确定当模具开启后，制品的留模形式，顶出系统必须是建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于注塑机的顶出机构是设置在动模板一侧，因此大多数模具的顶出系统是安装在动模中的。本套模具设计每个塑件用三根直径3的推杆顶出，总共使用12根。推杆直径确定：薄壁塑件收缩使型芯全面积所受总压力文献1表（4-92）中公式：（3- 7）E塑料拉伸弹性模量；2/GPa塑料收缩率；0.5%塑料泊松比；0.33t壁厚；1l型芯长；经计算得：FP=9.37104 推杆设计：稳定裕度文献1表（4-92）中公式：（3-8）稳定裕度对于钢锥杆取2。对于常见的等截面圆形推杆直径文献1表（4-92）中公式：（3-9）F0临界负荷，NF一根推杆允许的负荷，NL等断面推杆为推杆全长经计算得：d=1.96 mm 结合塑件结构取推杆直径为3mm。根据模具各零件的设计参数绘制模架结构装配图如图3-9：a.主视图b.俯视图图3-9 装配结构图3.7模架设计使用Pro/E “专家模座系统” EMX4.1设计整个模架，“专家模座系统” 是Pro/E系统的一个模块，专门用来创建标准模座零件及滑块、斜销等其他附件，此外，在EMX系统中还能自动产生2D工程图及BOM表，是一个功能相当强大且使用上非常方便的工具。“专家模座系统”有下列几个重要的特点：a. 2D的操作接口，使用方便；b. 易于修改及重新定义；c. 内建非常丰富的模座组件数据库；d. 可动态模拟开模动作及干涉检查。在做模架之前，首先设置工作目录到特定文件夹，EMX4.1项目新建设置项目名称（不可以和前面的型腔型芯的名称组件相同），加载型腔型芯组件命令，使用默认装配，项目准备设定每个工件是属性，项目基体组件定义载入/保存组件载入如下图3-10所示为模架基本体，根据设计计算和模具手册设定各板参数，并且添加设备定位环、复位销、浇口衬套。最后根据型腔型芯组件的尺寸设定型腔切口完成基本设置确定后，EMX4.1自动生成整个模架，接下来是设定顶杆和冷却水道，通过EMX顶杆、水线设定，完成后如图3-11所示：图3-10 组件定义图3-11 模具三维装配图开模模拟图3-12：图3-12 开模图3.8模流分析使Pro/E Wildfire4.0的“塑料顾问”对塑件进行模流分析，“塑料顾问”（Plastic Advisor），是Pro/E系统的外挂程序之一，属于计算机辅助工程（CAE）分析软件，专门用来处理塑料射出成型的模流分析，使设计者能在模具设计阶段，对塑料在模穴中的填充情况能有所掌握。使用“塑料顾问”作模流分析必须先了解几个重要的特点，现分述于下a. 直接读取Pro/E 3D模型资料，无需另外创建网格；b. 计算时将胶体视为牛顿流体，即线性的假设；c. 着重的初期填充分析，并不支持后填充及冷却； d. 内建相当丰富的塑料数据库，包括世界知名企业。运行Plastic Advisor,按下窗口上方图标工具栏出现Molding Parameters对话框，在Specific Material区域按下Search出现Search criteria对话框，在对话框的Search Fields区域按下Add出现Add Search Fields对话框，选取Family name按下Add，回到Search Criteria对话框，在对话框右侧Substring处键入abs，按下OK后，出现Select Thermoplastics material对话框，在Select Thermoplastics material 对话框中列出了数据库中搜索到的ABS材料。在对话框中选取标号1的材料按下Select回到Molding Parameters对话框，按下确定完成材料的选择。按下窗口上面图标工具栏的出现Analysis Selection 对话框（图3-13）。运行下面界面中的各项：图3-13 分析选择界面按下Start系统开始进行计算：测试第一项结果如图3-14下：图3-14 模具窗口测试测试第二项结果分析如图3-15所示，测试后结果图4-16。图3-15 注塑表面分析结果图3-16 注塑表面效果图分析结果显示注射表面完全可以达到要求。测试第三项结果分析如图3-17所示：图3-17 填充性能分析分析结果显示选用此塑料可以很容易的填满型腔，但品质可能不佳，故窗口上方的灯亮黄色，意味着不满意但可以接受。测试第四项结果分析如图3-18所示，测试结果如图3-19所示。图3-18 冷却分析结果图3-19 冷却效果分析图分析结果显示图中红色区域的温度比其他的区域温度高出很多，这是由于这部分胶体比较厚实，在同等时间内比其他区域冷却的比较慢。但这并不影响塑件的质量和使用。测试第五项结果分析如图3-20所示，测试结果如图3-21所示。图3-20 表面凹陷分析结果图3-21 表面凹陷效果图分析结果显示图示区域为下沉斑纹，但由于在塑件内部并且下沉的的深度小于0.05mm不影响外观和使用要求。结合前面的冷却质量分析结果，这是由于这个部位冷却较慢所引起的。综合上述分析，可以了解到制品完全达到设计使用要求。3.9 型腔加工仿真3.9.1加工零件工艺审查A. 零件结构特点：该零件是注塑模的型腔，矩形外表面和动模板配合，型腔结构以曲面为主加工比较复杂。由于型芯在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。B. 主要技术要求：零件图上的主要技术要求有：a. 热处理：HB230270；b. 锐角去毛刺倒钝；c. 未注圆角R=0.25mm；d. 孔与基准C的垂直度公差等级为7级。加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6m、与基准A的垂直度公差为0.01mm；分模面的平面度公差为0.01mm，与基准A的平行度公差为0.015mm；内轮廓表面的粗糙度为Ra=0.8m。C. 零件材料：由于大批量生产及型腔结构简单，成型零件的材料选用淬硬性模具钢9Mn2V。3.9.2 毛坯的选择a. 考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯；b. 确定毛坯的形状、尺寸：选用模具钢9Mn2V锻件28016060（mm）；3.9.3 基准选择加工中心的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。3.9.4 Master CAM 9.0仿真加工Master cam 9.0是一套被模具行业广泛采用的CAD/CAM软件系统，CAM部分提供了完整的二轴，三轴，四轴和五轴铣削加工方式。利用Master cam 9.0的CAM部分选择加工方式、加工刀具、设定加工参数、计算NC刀具路径、实体切削模拟结果等步骤，在检验一切无误后，选择对应的后处理器将刀具路径转换成数控机床所能接受的NC代码，再利用DNC方式传输给CNC控制器进行加工。材料设置在生成刀具路径时，只有选用当前材料列表中的材料来生成刀具路径。在主菜单中依次选择NC utilsDef.matls选项，弹出Material List对话框，在对话框中列出了当前材料列表中的材料名称。在Material List 对话框中单击鼠标右键，弹出快捷菜单，单击Create new该选项是用来创建新的材料，弹出Material Definition对话，在Material输入框：输入新的材料名字（45钢）；在Base cutting speed 输入框：设置材料的基本切削线速度（100m/min）；在Base feed per tooth/revolution 输入框：设置材料的基本进刀量（500mm）。工件设置工件的设置包括设置工件的大小、原点、材料等，在主菜单中选择ToolpathsJob setup选项后，弹出Job setup 对话框。直接输入X=280，Y=160，Z=60；设定工件原点坐标，在Stock origin框中输入X=0，Y=0，Z= 5.65984。工序步骤： a. 使用直径20mm的平头铣刀铣削出外轮廓，转速1500，粗铣削进给量5mm,进给次数3，精铣削进给量0.5mm，进给次数2，加工余量0.4mm；b. 使用直径100mm的面铣刀铣削上平面，转速1000，铣削深度5.66mm，加工余量0.4mm；c. 使用直径6mm的球头铣刀进行放射形曲面粗铣削，转速1500，进给量2mm，加工余量0.4mm；d. 使用直径3mm的球头铣刀进行放射形曲面精加工，转速3000，加工余量0.3mm；e. 使用直径3mm的球头铣刀进行平行曲面精加工，转速3000，加工余量0.3mm；f. 使用直径5mm的钻刀加工中心孔，转速1500，进给深度60mm。刀具路径控制管理如图3-22：图3-22 刀具控制器仿真加工效果如图3-23所示：图3-23 仿真加工效果图4 结论这次为期三个多月的毕业设计已接近尾声，在这段时间里我结合设计课题和设计任务书的要求，首先进行毕业实习，在工厂中对模具结构有了理性的认识，对模具设计奠定了基础，同时对塑料模具设计和制造进行文献检索，了解模具的现状和发展趋势，并制定了设计方案和计划。按照毕业进度安排，我先对塑件进行测绘，确定尺寸精度和加工要求，并对其进行加工工艺分析，确定了各个零件之间的关系，对模具整体按照设计手册进行设计计算，取得各个零件的设计参数，绘制了模具装配图，在确定模具整体结构参数后使用EMX进行模架的生

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