周转箱注塑模计算机辅助设计毕业论文.doc

I 周转箱注塑模计算机辅助设计毕业论文周转箱注塑模计算机辅助设计毕业论文 目录目录 引 言 1 第 1 章 绪 论 2 1 1 塑料成型技术在工业生产中的重要性 2 1 1 1 塑料及塑料工业的发展 2 1 1 2 塑料模具在工业生产中的重要作用 2 1 1 3 塑料模具技术的发展趋势 3 1 1 4 CAD CAM 开发平台及其发展趋势 3 1 2 毕业设计的研究内容 4 1 2 1 周转箱的外形设计 4 1 2 2 利用 UG Mold wizard 进行模具设计 4 1 3 研究的目的和意义 5 第 2 章 UG MOLDWIZARD 在注塑模具设计中的应用 6 2 1 UG MOLDWIZARD简介 6 2 2 UG MOLDWIZARD的菜单选项功能简介 6 2 3 UG 模具设计的一般过程 8 第 3 章 材料工艺性分析和模具结构分析 9 3 1 周转箱的外形设计 9 3 2 材料工艺性分析 9 3 2 1 材料的选择 9 3 2 2 材料主要用途 10 3 2 3 材料成型特点 10 3 2 4 材料注塑成型工艺参数 10 3 2 5 材料注塑工艺流程 10 3 3 注塑机的选择 10 3 3 1 注塑量的校核及体积的计算 10 3 3 2 锁模力的校核 11 3 3 3 注射压力的校核 11 3 4 模具结构的分析 12 3 4 1 分型面数量的选择 12 3 4 2 型腔数量的选择 12 3 4 3 分型面的选择原则 12 3 4 4 浇注系统的选择原则 13 3 4 5 推出机构的设计要求 13 3 4 6 冷却水道设置的基本原则 13 第 4 章 UG MOLDWIZARD 周转箱注塑模设计的过程 15 4 1 装载产品 15 4 2 设置模具坐标系 15 4 3 设置模具收缩率 16 II 4 4 定义工件 17 4 5 型腔布局 17 4 6 分模设计 18 4 6 1 创建分型线 18 4 6 2 编辑分型段 19 4 6 3 创建分型面 19 4 6 4 抽取区域和分型线 20 4 6 5 创建型芯和型腔 20 4 7 模架的选择 21 4 8 1 定位圈的设计 22 4 8 2 浇口套的设计 22 4 9 顶出机构的设计 23 4 10 冷却系统的设计 25 4 10 1 型腔内冷却水道的设计 25 4 10 2 喉塞的设计 29 4 10 3 定模板腔体的设计 30 4 10 4 定模板内冷却水道的设计 31 4 10 5 防水圈的设计 32 4 10 6 水嘴的设计 33 4 11 弹簧的设计 34 4 12 腔体的设计 35 4 13 定位槽的设计 35 第 5 章 绘制模具工程图 37 5 1 模具零件清单导出 37 5 2 绘制型芯 型腔 2D 图 38 5 3 绘制模具总装 2D 3D 图 39 结论与展望 40 致 谢 41 参考文献 42 附 录 43 附 录 A 外文文献及译文 43 附 录 B 参考文献及摘要 59 III 插图目录插图目录 图 2 1 MoldWizard 工具栏 6 图 3 1 产品零件图 9 图 3 4 型腔布局示意图 12 图 4 1 1 注塑模向导 工具条 15 图 4 1 2 载入零件 15 图 4 2 1 移动和旋转动态坐标系 16 图 4 2 2 模具坐标 对话框 16 图 4 3 编辑比例 对话框 17 图 4 4 工件尺寸 对话框 17 图 4 5 型腔布局 对话框 18 图 4 6 1 分型线 对话框 18 图 4 6 2 分型线 19 图 4 6 3 添加转换点 19 图 4 6 4 创建分型面 对话框 20 图 4 6 5 分型线 20 图 4 6 6 型芯和型腔 21 图 4 7 模架管理 对话框和模架 21 图 4 8 1 定位圈的设置 22 图 4 8 2 浇口套的设计 23 图 4 9 1 设置顶针参数及选项 23 图 4 9 2 顶杆的设计 24 图 4 9 3 顶杆修剪操作过程 24 图 4 9 4 修剪后的顶杆 25 图 4 10 1 型腔正面冷却水孔参数的设置 25 图 4 10 2 型腔正面冷却水孔的设置 1 26 图 4 10 3 型腔右侧面冷却水孔参数的设置 26 图 4 10 4 型腔右侧面冷却水道的设置 1 27 图 4 10 5 型腔右侧面冷却水道的设置 2 27 图 4 10 6 型腔左侧面冷却水道的设置 28 图 4 10 7 型腔上表面冷却水道的设置 28 图 4 10 8 型腔正面冷却水道的设置 2 29 图 4 10 9 型腔内冷却水道的设计 29 图 4 10 10 喉塞的创建 30 图 4 10 11 型腔倒圆角 30 图 4 10 12 定模板上切除型腔后的结果 31 图 4 10 13 定模板挖槽底面冷却水道的设计 31 图 4 10 14 定模板正面冷却水道的设计 1 32 图 4 10 15 定模板正面冷却水道的设计 2 32 IV 图 4 10 16 防水圈的设计 33 图 4 10 17 水嘴的设计 33 图 4 10 18 冷却系统的完整设计图 34 图 4 11 弹簧的设计 34 图 4 12 1 腔体的设计 35 图 4 12 2 腔体创建后的模架 35 图 4 13 1 定位槽的创建 36 图 4 13 2 完整模具设计图 36 图 5 2 1 型芯 2D 图 38 图 5 2 2 型腔 2D 图 38 图 5 3 1 模具总装 2D 图 39 图 5 3 2 模具总装 3D 图 39 V 插表目录插表目录 表 3 1 注射机技术规格表 11 表 5 1 1 物料清单 37 表 5 1 2 物料清单图表 37 1 引引 言言 我国模具行业近年来发展很快 据不完全统计 目前模具生产厂点共有 2 万多家 从业人员约 50 万人 全年模具产值约为 360 亿元 我国模具制造总量虽然已位居世界 第三 但设计制造水平在总体上要比德国 美国 日本 法国 意大利等发达国家落 后许多 造成这种现象的一个重要原因就是从产品到模具的设计制造过程中的自动化 程度低 先进的设计制造软件没有起到应有的作用 UG NX MoldWizard 是 UGS 公司面向模具行业用户推出的 基于知识驱动自动化 理念的应用系统 UG NX MoldWizard 在注塑模具设计自动化方面取得了极其显著的效 果 收到了用户的普遍欢迎 UG MoldWizard 模块集成了一个大型的通用模架库和一 个模具配件标准件库 用户只需根据产品的三维实体模型 按照 UG MoldWizard 提供 的模具设计菜单 就可以非常轻松地对产品进行分模 在模架库及标准件库调用所需 部件 就可以建立一套与产品模型参数相关的三维模具实体模型 本文通过 UG NX4 0 建立周转箱的三维实体模型 使用 Unigraphics 的外挂模块 MoldWizard 进行模具设计 详细介绍了周转箱注塑模具设计的过程 并附带有注塑模 具结构零件的 2D 3D 图 设计过程清晰明了 方便读者阅读学习 2 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 塑料成型技术在工业生产中的重要性塑料成型技术在工业生产中的重要性 1 1 1 塑料及塑料工业的发展 塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物 简称高聚物 塑料其余成分包括 增塑剂 稳定剂 增强剂 固化剂 填料及其它配合剂 塑料制件在工业中应用日趋普遍 这是由于它的一系列特殊的优点决定的 塑料 密度小 质量轻 塑料比强度高 绝缘性能好 介电损耗低 是电子工业不可缺少的 原材料 塑料的化学稳定性高 对酸 碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力 塑 料还有很好的减摩 耐磨及减震 隔音性能也较好 因此 塑料跻身于金属 纤维材 料和硅酸盐三大传统材料之列 在国民经济中 塑料制件已成为各行各业不可缺少的 重要材料之一 塑料工业的发展阶段大致分为一下及个阶段 1 初创阶段 30 年代以前 科学家研制分醛 硝酸纤维和聚酰胺等热塑料 他们 的工业化特征是采用间歇法 小批量生产 2 发展阶段 30 年代 低密度聚乙烯 聚氯乙烯等塑料的工业化生产 奠定了塑 料工业的基础 为其进一步发展开辟了道路 3 飞跃阶段 50 年代中期到 60 年代末 塑料的产量和数量不断增加 成型技术更 趋于完善 4 稳定增长阶段 70 年代以来 通过共聚 交联 共混 复合 增强 填充和发 泡等方法来改进塑料性能 提高产品质量 扩大应用领域 生产技术更趋合理 塑料 工业向着自动化 连续化 产品系列化 以及不拓宽功能性和塑料的新领域发展 我国塑料工业发展较晚 50 年代末 由于万吨级聚氯乙稀装置的投产和 70 年代中 期引进石油化工装置的建成投产 使塑料工业有了两次的跃进 与此同时 塑料成型 加工机械和工艺方法也得到了迅速的发展 各种加工工艺都已经齐全 塑料由于其不断的被开发和应用 加之成型工艺的不断发展成熟于完善 极大地 促进了成型模具的开发与制造 随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求的日 益增加 而且产品的更新换代周期也越来越短 对塑料的产量和质量提出了越来越高 的要求 1 1 2 塑料模具在工业生产中的重要作用 模具是工业生产中重要的工艺装备 模具工业是国民经济各部门发展的重要基础 之一 塑料模是指用于成型塑料制件的模具 它是型腔模的一种类型 模具设计水平的高低 加工设备的好坏 制造力量的强弱 模具质量的好坏 直 接影响着许多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 美国工业界认为 模具工业是美国工业的基础 日本则称 模具是促进社会繁荣富裕 的劳动力 近年来 我国各行业对模具的发展都非常重视 1989 年 国务院颁布了 当前产 业政策要点的决定 在重点支持改造的产业 产品中 把模具制造列为机械技术改造 3 序列的第一位 它确定了模具工业在国民经济中的重要地位 也提出了振兴模具工业 的主要任务 1 1 3 塑料模具技术的发展趋势 一副好的塑料模具与模具的设计 模具材料及模具制造有很大的关系 塑料成型 技术发展趋势可以简单地归纳为一下几个方面 1 模具的标准化 为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的 需要 模具的标准化工作十分重要 目前我国标准化程度只达到 20 注射模具零部 件 模具技术条件和标准模架等有以下 14 个标准 当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置 精密标准模架 精密导向件系列 标准模板及模具标准件的先进技术和等向标准化模块等 2 快速成型与快速制模 RP RT 技术的发展与应用 3 塑料制件的精密化 微型化和超大型化 4 新材料 新技术 新工艺的研制 开发和应用 5 模具加工技术的革新 CAD CAM CAE 技术的应用都是模具设计制造的发展趋势 6 模具自动加工系统的研制与应用 1 1 4 CAD CAM 开发平台及其发展趋势 CAD CAM 技术从诞生至今已有三十多年的历史 历经二维绘图 线框模型 自由曲 面模型 实体造型 特征造型等重要发展阶段 其间还伴随着参数化 变量化 尺寸 驱动等技术的融入 通过三十多年的努力 CAD CAM 技术在基础理论方面日趋成熟 同时推出了许多商 品化系统 诸如 Pro Engineer UGII CATIA Solid Works 等 美酒愈陈愈香 但 软件技术则不同 停止就意味着被淘汰 CAD CAM 系统的开发正伴随着计算机软硬件技 术的高速发展向着更高 更深层次方向发展 CAD CAM 系统的开发主要可分为三种方式 1 完全自主版权的开发 一切需从底层做起 2 基于某个通用 CAD 系统的二次开发 如基于 AutoCAD 软件的二次开发 3 基于 CAD CAM 软件平台的开发 此类开发界于前 两种方式之间 较二次开发可以更深入核心层 具有开发周期短 见效快 系统稳定 性好和功能强等特点 当然平台的价格也很昂贵 当今比较流行的 CAD CAM 平台很多 主要有 ACIS PARASOLID CAS CADE Pelorus DESIGNBASE 等 可以得知 CAD CAM 开发平台向着更深 更高层次发展 同时不断融入计算机软件 新技术 并呈现出开放化 多元化发展趋势 CAD CAM 平台发展趋势概括如下 1 进一步加强 CAE 技术研究 在其他合理简化方法基础上开发的 CAE 分析软件 适合不同用途的需要 同时促进优化设计方法与 CAE 软件结合在一定程度上改变 被 动地 依靠人的设计经验提供设计方案的局面 2 不断深入基于变动产品模型的注塑模变动设计系统的研究 在较低层次上引入 2D 几何推理技术和基于特征的 3D 几何推理技术 在较高层次上可以引入基于知识的高 级约束管理与变动路径求解技术 形成较理想的 CAD 系统 1 9 3 辅助设计的功能工具的大量出现 由于注塑模设计自身的特点 对于复杂模具难 4 以一次设计成功 为了提高设计质量和效率 必须大量地补充各类的辅助工具 及早地发现 并解决问题 10 18 4 人工智能技术在注塑模 CAD CAE CAM 中更大范围地运用 提高 CAD 系统 的实用性和自动化程度 5 进行基于微机局域网络实现注塑模 CAD CAE CAM 一体化的研究与应用 提高我国 CAD CAE CAM 应用水平 因为它具有很好的性能价格比 能为大中型企业 提高产品竞争力 6 注塑模 CAD CAE CAM 等的集成化 目前出售的注塑模商品化集成系统大 多为各类 软件的松散组合 软件之间数据依靠文件传送 因而发展目标是建立基于 STEP 产品数据变换 标准的注塑模设计 制造和生产的综合性集成化系统即注塑模 CIMS 系统 1 2 毕业设计的研究内容毕业设计的研究内容 本课题的性质是以 UG 等 CAD 软件进行注塑模的计算机辅助设计 其主要内容是 已知周转箱及相关技术要求 完成一副注塑模的设计 包括造型该塑料零件和重要模 具零件的 3D 图 绘制模具的总装 2D 3D 图等 本课题利用 UG 等 CAD 软件进行塑 料模具设计 可以提高整个模具设计的效率和模具的各项技术指标 通过研究产品数 据管理技术和参数化特征造型技术 可以实现模具管理 注塑工艺分析与设计及结构设 计一体化 从而可降低生产成本 提高产品质量 1 2 1 周转箱的外形设计 利用 UG NX 4 软件对周转箱进行实体建模 UG 的图形设计是基于三维的 它与 传统的二维绘图有着本质的区别 生成的模型直观 立体感强 可以在任何角度进行 观察 UG NX 4 具有强大的实体造型 曲面设计 虚拟装配和生成工程图等设计功能 在设计的同时可以进行有限元分析 机构运动分析 动力学分析和仿真模拟 可以直 接生成数控代码用于产品的加工 另外系统还能计算出实体的表面积 体积 重量等 使设计者很容易 很清楚地知道零件的特性 而且可由立体图生成三视图 大大提高 工作的效率和准确性 1 2 2 利用 UG Mold wizard 进行模具设计 1 创建合适的实体模型 2 以虚拟的塑料制品为原型复制每一个参考模型 同时建立存放模具零部件的配套 文件 形成装配结构树构架 进行项目名称 装配产品和单位等的初始化 3 确定模具装配坐标系 给后续零件的安装建立定位坐标系 4 设置模具收缩率 是参考模型成为成型零件生成模腔的模板 5 为参考模型创建成型零件毛坯 如果多模腔模具需要进行多模腔布局 6 参考模型上如有孔 先修补孔洞 用参考模型分割成型零件毛坯 生成两块独立 的型芯和型腔零件 7 根据型芯和型腔零件添加标准模架 创建 安装标准件 参考模型有抽芯结构的 5 要配上侧抽芯机构 再创建浇筑系统和冷却系统 8 成型零件有的部位必须电腐蚀加工 要创建工具电极 安装的零件还呈毛坯状态 要对其进行裁剪 不需要创建工具电极和毛坯裁剪就直接对所有模具零件相互间进行 安装控件的分割 使各个模具零件呈现最终使用状态的结构形状 9 列出模具零件的材料清单 创建模具的三维和二维装配图 10 模具的相关校核和干涉验证 1 3 研究的目的和意义研究的目的和意义 由于塑料具有许多优点 目前正逐渐成为金属的良好代用材料 在很多领域都出 现了金属材料塑料化的趋势 注塑成型是塑料产品最常用的制造方法之一 采用这种 方法既可以生产小而精巧的电子器件和医疗用品 也可以生产大型的汽车配件或建筑 构件 随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构 外观上要求的日益提高 使 产品的设计和模具设计过程变越来越复杂 而传统的模具设计是在二维环境下采用手 工绘图的方式进行的 已经很难满足这种发展变化的需要 注塑模具CAD CAM 技术 的应用 从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式 大大地提高了产品的 质量 缩短了开发周期 降低了生产成本 强有力地推动了模具工业的发展 一些大 型的商品化CAD CAM 软件 如Pro Engineer Unigraphics Cimatron等 都已开发 出专门用于注塑模具设计的功能模块 为模具设计提供了十分方便的工具 有资料统 计表明 采用CAD 技术可以使模具设计时间缩短50 在欧美一些工业发达的国家 CAD CAM 已经成为模具行业一种普遍应用的技术 在CAD 应用方面 已经超越了甩 掉图板 二维绘图的初级阶段 在模具设计中采用三维CAD 软件的企业已经接近 90 传统的手工设计与制造早己满足不了注塑模具设计和制造的需要 采用计算机辅 助设计技术可以显著地提高塑料产品和塑料模具设计制造效率 减少了设计者的劳动 量 提高设计制造质量 减少试模修模时间 从而缩短了从产品设计 模具设计 模 具制造到产品注塑生产的整个周期 增强企业对市场需求的应变能力 6 第第 2 章章 UG MoldWizard 在注塑模具设计中的应用在注塑模具设计中的应用 2 1 UG MoldWizard 简介简介 UG MoldWizard 模具向导 是 UG 的专业应用模块 用来进行注塑模具的设计 MoldWizard 运用 UG 中知识嵌入的基本理念 根据注塑模具设计的一般原理来模拟注 塑模具设计的全过程 提供了功能全面的计算机模具辅助设计方案 极大地方便了用 户进行模具设计 MoldWizard 模块与 UG 的其他功能相结合 具有功能强大的造型和修改能力 自 动化程度也极高 为设计模具的型芯 型腔 滑块 推杆和嵌件提供了进一步的建模 工具 使模具设计变得更快捷 简单 使其创建出与产品参数相关的三维模具 并能 应用于加工 MoldWizard 用全参数的方法自动处理那些在模具设计中耗时多而且难做的部分 而产品参数的改变会反馈到模具设计上 MoldWizard 会自动更新所有相关的模具部件 MoldWizard 的模架库和标准件库具有参数化的模架装配结构和模具标准件 模具 标准件还包括滑块 内抽芯等 并可通过 Standard Parts 功能用参数控制所选用的标准 件在模具中的位置 用户还可以根据自己的需要定义和扩展 MoldWizard 的库 2 2 UG MoldWizard 的菜单选项功能简介的菜单选项功能简介 使用 UG MoldWizard 进行注塑模具设计时 首先选择菜单命令 应用 进入 MoldWizard 模块 由于在设计过程中有时需要对零件进行修改 所以同时也进入 建模 模块 选择菜单命令 应用 MoldWizard 弹出 MoldWizard 工具栏如 图 2 1 所示 图 2 1 MoldWizard 工具栏 7 加载产品加载产品 加载产品是指用来载入需要进行模具设计的产品零件 载入零件后 系统将生成用于存放布局 分模图素 型芯和型腔等信息的一系列文件 多腔模设计多腔模设计 多腔模设计也叫模具族 在一个模具里可以生成多个塑料制品的型 芯和型腔 适合于一模多腔不同零件的应用 模具工作坐标系模具工作坐标系 MoldWizard 的自动处理功能是根据坐标系的指向来进行的 例 如 ZC 轴正向为产品的顶出方向 电极进给沿 ZC 轴方向进行等 因此需要首先正确定 义坐标系的方向 收缩率收缩率 指因液态塑料凝固为固态塑料制品而产生的收缩率 是用以补偿零件收 缩的一个比例因子 工件工件 工件也叫毛胚 用来定义毛胚的形状及外形尺寸 型腔布局型腔布局 对于一个模具里放置了多个零件产品 且要指定零件产品在毛胚中的 位置 需要使用该命令定义其方位 模具工具模具工具 模具工具是指为了简化分模的过程 改变型芯和型腔的结构 用以修 补各种孔 槽以及修剪修补块的方法 分型分型 分型也叫分模 是把毛胚分割成型芯型腔的一个过程 分型的过程包括了 创建分型线 分型面和型芯型腔等 是创建模具的关键步骤之一 模架模架 模架库中有标准模架供用户选择 并且可以对模架的某些部件尺寸进行修 改 以符合生产实际的需要 标准部件标准部件 标准部件用于模具设计中起固定 导向等作用的标准器件 MoldWizard 的标准件包括螺钉 导向柱 镶块 定位环和电极等 顶杆顶杆 顶杆也是一种标准件 用于开模时将成品顶出模腔 设计顶杆时 先从标 准件库调出合适的标准件 然后修剪顶杆的顶部形状使其符合零件的顶出面 滑块抽芯滑块抽芯 零件上通常有侧向凸出或凹进的特征 一般正常的开模动作无法分离 这样的零件 需要创建能够侧向运动的滑块 在分模时提前滑动离开 使模具能够顺 利开模 分离零件成品 这种能够侧向滑动的模块称为侧抽芯 镶块镶块 模具上某些难以加工的特征 可以采用镶块方法解决 以减少制造的难度 及成本 镶块的创建可以使用标准件 也可以添加实体创建 或者从型芯型腔毛胚上 分割实体再创建 浇口浇口 液态塑料进入型腔的入口 它影响到液态塑料的流动速度 方向等 在 MoldWizard 中有 8 种浇口可供选择 流道流道 流到是浇口套与浇口之间的通道 形状及尺寸对于塑料件成型的好坏有很 大的关系 冷却冷却 模具工作时会因受热产生一定的变形 从而影响产品的精度 冷却系统的 作用是减少模具的受热变形 冷却系统也可以使用标准件来设计 电极电极 具有复杂特征的型芯型腔 使用一般的加工方法包括数控加工很难加工出 来 而需要使用特种加工方法 如电火花加工等 而电极是电火花加工所必需的 使 用此命令类似于镶块 标准件的裁剪标准件的裁剪 用于把型芯或型腔毛胚上多余的部分修剪去掉 从而获得所需的 轮廓外形 腔体设计腔体设计 用于把型芯 型腔上需要安装标准件的区域建立型孔并留有间隙 所 有与之相交的零件部分都会自动切除标准件部分 并且保持尺寸及形状上与标准件的 相关性 材料清单材料清单 材料清单也称明细表 是基于模具的装配状态产生的与装配信息相关 8 的模具部件列表 创建的材料清单上显示的项目可以由用户选择定制 模具图纸模具图纸 根据实际的工艺要求 创建出模具工程图 可以在其上添加不同的视 图或者截面图 它包括装配图纸 组件图纸和孔表 3 个选项 创建模拟浇注系统创建模拟浇注系统 用于在模型中创建一个模拟浇注零件 视图管理器视图管理器 对所设计模具的构件的视图进行管理 删除文件删除文件 对所设计模具的部分或者全部不合理的部分删除 2 3 UG 模具设计的一般过程模具设计的一般过程 MoldWizard 设计过程一般由以下几个部分构成 1 项目名称 装载产品和单位等的初始化 2 确定拔模方向 收缩率和工件等 3 修补开放面等 4 定义分型面 创建型芯 型腔 5 标准模架的设计 6 推杆 滑块 内抽芯和内嵌件的设计 7 浇口 流道 冷却系统 电极 建腔 材料清单和模具装配图的设计 9 第第 3 章章 材料工艺性分析和模具结构分析材料工艺性分析和模具结构分析 3 1 周转箱的外形设计周转箱的外形设计 周转箱用途广泛 可用于玩具 鞋业 皮革业 制衣 装配业 储存 运输 电 子零配件 电器零件 机械零配件 食品 五金 面包的装载 塑胶周转箱清洁耐用 便于叠放和周转 已广泛用于半成品包装 储存 运输或产品中转的使用 考虑到实际周转箱的尺寸 本产品最大几何尺寸为 335 225 160mm 图 3 1 产品零件图 3 2 材料工艺性分析材料工艺性分析 3 2 1 材料的选择 本产品为周转箱 首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包 括良好的机械强度 和一定的耐寒性 耐油性 耐水性 化学稳定性 能满足以上性 能的塑料材料有多种 但从材料的来源以及材料的成本考虑 ABS 更适合些 ABS 是目 前世界上应用最广泛的材料 它的来源广 成本低 符合塑料成型的经济性 因此 在选用材料时 考虑采用 ABS 并且作为周转箱 ABS 能满足它的使用性能和成型特性 10 塑件有较好的光泽 密度为 1 02 1 05g cm3 ABS 抗冲 收缩率为 0 3 0 8 ABS 耐热 收缩率为 0 3 0 8 熔点为 130 C 160 C ABS 具有极好 的抗冲击强度 且在低温下也不迅速降解 有良好的机械强度和一定的耐磨性 耐寒 性 耐油性 耐水性 化学稳定性 水 无机盐 碱 酸类对 ABS 几乎无影响 在酮 醛 酯 氯代烃中会溶解或形成乳浊液 不溶于大部分醇类及烃类溶剂 但与烃长期 接触会软化溶胀 ABS 塑料表面受冰酸醋 植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性 易于成型加工 经过调色可配成任何颜色 其缺点是 耐热性不高 连续工作温度为 70 C 左右 热变形温度约为 93 C 左右 耐气候性差 在紫外线作用下易变硬发脆 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同 其性能也略有差异 从而适应各种不同的 应用 根据应用不同可分为超高冲击型 高冲击型 中冲击型 低冲击型和耐热型等 3 2 2 材料主要用途 ABS 在机械工业上用来制造齿轮 泵叶轮 轴承 把手 管道 电机壳 仪表壳 仪表盘 水箱外壳等 汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板 扶手 热空气调节管 加 热器等 还有用 ABS 夹层板制小轿车车身 ABS 还可以用来制作纺织器材 电器零件 文教体育用品 玩具 电子琴及收录机壳体 农药喷雾器及家具等 3 2 3 材料成型特点 ABS 在升温时粘度增高 所以成型压力较高 塑料上的脱模斜度宜稍大 ABS 易吸 水 成型加工前应进行干燥处理 易产生熔接痕 模具设计时应尽量减小浇注系统对 料流的阻力 在正常的成型条件下 壁厚 熔料温度对收缩率影响极小 要求塑件精 度高时 模具温度可控制在 50 60 C 要求塑件光泽和耐热时 应控制在 60 80 C 3 2 4 材料注塑成型工艺参数 注射机类型 螺杆式 螺杆转速 30 60r min 喷嘴类型 直通式 温度 190 200 C 料筒温度 前段 200 210 C 中段 210 230 C 后段 180 200 C 模具温度 50 80 C 注射压力 70 120 MPa 保压压力 50 70 Mpa 预热时间 2 3h 注射时间 20 90 S 保压时间 15 30 S 冷却时间 15 30 S 成型时间 40 70 S 后处理温度 70 C 11 后处理时间 2 4h 3 2 5 材料注塑工艺流程 混料 干燥 螺杆塑化 充模 保压 冷却 制品后处理 3 3 注塑机的选择注塑机的选择 3 3 1 注塑量的校核及体积的计算 注塑模具是安装在注射机上使用的 在设计模具时 除了应掌握注射成型工艺过 程外 还应对所选用的注射机的有关技术参数有全面的了解 以保证设计的模具与使 用的注射机相适应 注射机是生产热塑性塑料制件的主要设备 按其外形注射机可分 为立式 卧式和角式三种 应用较多的是卧式注射机 模具型腔能否充满与注塑机允许的最大注塑量密切相关 设计公式中 n 型腔数量 取单型腔 m1 单个塑件的质量和体积 g 或 cm3 m2 浇注系统所需塑料质量和体积 g 或 cm3 V 塑件的体积 cm3 m 注塑机允许的最大注塑量 g 或 cm3 运用 UG 软件中的 分析 质量属性 得到 零件的体积为 V 2508071 8837 mm3 浇注系统的体积为 V 132804 2246 mm3 注塑成型所需塑料总体积为 V 2640876 1083mm3 3 3 2 锁模力的校核 锁模力 F PA2 PA1 n 公式中 F 注射机的额定锁模力 N A1 单个塑件在模具分型面上的投影面积 2 A2 浇注系统在模具分型面上的投影面积 2 P 塑料容体对型腔的成型压力 MPa 取中间值 p 95 Mpa A1 70716 2 A2 804 2 故 F 95 804 95 70716 1 96380 6718020 6814400 N 本模具所需要的锁模力 6814 4 KN 符合条件的注射机有多种 在此是初步选 用 XS ZY 4000 注射机 下面是 XS ZY 4000 注射机的技术规格 表 3 1 注射机技术规格表 额定注射量 cm3 4000 最大开合模行程 mm 1100 螺杆直径 130 模具最大厚度 mm 1000 注射压力 MPa 106 拉杆空间 mm 1050 950 12 注射行程 370 合模方式两次动作液压式 锁模力 kN 10000 电动机功率 kW 17 最大成型面积 2 3800000 螺杆驱动功率 kW 30 3 3 3 注射压力的校核 由 ABS 注射参数可知 注射压力为 70 120 MPa 注射机额定注射压力为 119MPa 符合要求 3 4 模具结构的分析模具结构的分析 3 4 1 分型面数量的选择 注射模具的典型结构有单分型注射模 双分型注射模 斜导柱侧向分型与抽芯注 射模 斜滑块侧向抽芯注射模 带有活动镶件的注射模 定模带有推出装置的注射模 等等 跟据塑件的结构特征和使用要求 本模具采用单分型面结构 分型面的作用总要 是用于脱模 3 4 2 型腔数量的选择 本塑料制件为周转箱 其尺寸较大 故本模具可采用一模一腔的形式 其布局示 意图如下 图 3 4 型腔布局示意图 13 3 4 3 分型面的选择原则 分型面是决定模具结构形式的重要应素 它与模具的整体结构和模具的制造工艺 有密切的关系 并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模 因此 分型 面的选择是注塑模具设计中的一个关键 选择分型面时一般应尊循以下几项基本原则 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2 确定有利的留模方式 便于塑件顺利脱模 3 保证塑件的精度要求 4 满足塑件外观质量的要求 5 便于模具的加工与制造 6 对成型面积的影响 7 排气的效果的考虑 8 对侧向抽芯的影响 根据分型面选择的原则 通过综合分析比较 确定以下的两个方案 单分型面和 双分型面 方案一 双分型面 选用双分型面形式的优点 模具进料均匀 平稳 选用双分型面形式的缺点 增加模具的结构复杂性 增加模具的厚度 而且在制品 的外表面易留下点浇口的痕迹 不符合模具的加工经济性 方案二 单分型面 选用单分型面的优点 使模具的结构简单化 减小模具的厚度 也节省了模具材料 且在脱模后塑料制件的外表面无浇口的痕迹 进料的距离也大大的缩短了 从以上的两个方案进行比较 采用方案二 单分型面 比采用方案一 双分型面 更符合要求 方案二符合了模具的加工经济性 因此 本模具宜采用单分型面的形式 3 4 4 浇注系统的选择原则 浇注系统的设计是注射模具设计的一个重要环节 它对获得性能优良的塑料制件 以及最佳的成型效率有直接影响 是模具设计中必须加以重视的问题 对浇注系统进行总体设计时 一般应遵循如下基本原则 1 采用尽量短的流程 以减少热量与压力损失 2 浇注系统设计应有利于良好的排气 3 便于修整浇口以保证塑件外观质量 4 浇注系统应结合型腔布局同时考虑 从给出的塑料制件看 既要保证塑件的外观要求 又要考虑浇注系统设计的几项 原则 故浇注系统选用直接浇口的形式 3 4 5 推出机构的设计要求 推出机构一般由推出 复位和导向等三大元件组成 对推出机构进行总体设计时 一般应遵循如下基本原则 14 1 推出机构设计时应尽量使塑件留于动模一侧 2 塑件在推出过程中不发生变形和损坏 3 不损坏塑件的外观质量 4 合模时应使推出机构正确复位 5 推出机构应动作可靠 根据对推出机构设计原则的考虑 推出机构设置为推杆推出方式 3 4 6 冷却水道设置的基本原则 塑料模具可以看成是一种热交换器 如果冷却介质不能及时有效地带走必须带走 的热量 不能实现均一的快速冷却 则在一个成型周期内就不能维持热平衡 会使塑 件内部产生应力而导致产品变形或开裂 从而就无法进行稳定的模塑成型 因此 设 置冷却效果良好的冷却水回路的模具是缩短成型周期 提高生产效率最有效的方法 所以应根据塑件的形状 壁厚及塑件的品种 设计与制造出能实现均一 高效的冷却 回路 冷却回路设置原则如下 1 冷却水道数量尽量多 冷却通道孔径尽量大 2 冷却水道至型腔表面距离应尽量相等 3 浇口处加强冷却 4 冷却水道出 入口温差应尽量小 5 冷却应沿着塑料收缩的方向设置 6 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位 由于该塑件基本上是在定模一侧成型 故只需在型腔和定模板中设置冷却回路 且冷却回路设计数目为 2 个 15 第第 4 章章 UG MoldWizard 周转箱注塑模设计的过程周转箱注塑模设计的过程 4 1 装载产品装载产品 在 Windows 环境下 打开 UG NX4 0 在 应用程序 工具条中单击 注塑模向 导 按钮 调出 注塑模向导 工具条 如图 4 1 1 所示 图 4 1 1 注塑模向导 工具条 在 注塑模向导 工具条中 项目初始化 按钮 弹出 打开部件文件 对话框 调出 zzx prt 文件 并设置随后出现的 项目初始化 对话框的参数 操作过程如图 4 1 2 所示 16 图 4 1 2 载入零件 4 2 设置模具坐标系设置模具坐标系 根据当前零件的形状和结构分析其开模方向应该如图 5 3 所示 所以需要调整 WCS 坐标系 首先进入建模界面 在 实用工具 工具条中单击 动态 WCS 按钮 将坐标系 向 ZC 方向移动并绕 YC 轴旋转 操作过程如图 4 2 1 所示 图 4 2 1 移动和旋转动态坐标系 将模具坐标设定为当前的 WCS 坐标 在 注塑模向导 工具条中单击 模具坐标 按钮 弹出 模具坐标 对话框 操作过程如图 4 2 2 所示 17 图 4 2 2 模具坐标 对话框 4 3 设置模具收缩率设置模具收缩率 由于产品在充模后 一般都会发生收缩现象 所以在设计模具时需要考虑到产品 的收缩率 一般情况下 必须把产品的收缩尺寸补偿到模具的相应尺寸里面 模具的 尺寸为实际成品尺寸加上收缩尺寸 此产品的材料为 ABS 设置收缩率类型为均匀收缩 收缩率为 1 005 操作如图 4 3 所示 图 4 3 编辑比例 对话框 4 4 定义工件定义工件 工件 毛胚 是用来生成模具的型芯和型腔的实体 并且与模架相连接 所以工 件的尺寸的确定以型芯或型腔的尺寸以及标准模架的尺寸为依据 在 MoldWizard 工具栏中单击 工件 按钮 弹出 工件尺寸 对话框 在 工件尺寸 对话框中选择 标准长方体 默认系统的参数 单击 确定 按 18 钮 系统创建如图 4 4 所示的工件 图 4 4 工件尺寸 对话框 4 5 型腔布局型腔布局 在进行注塑模具设计时 如果同一产品多腔排布 只需要一次调入产品体 运用 布局功能即可 布局命令可以设置型腔以矩形 圆周方式排列 并对型腔进行定位等 布局的产品在分模 设置顶杆等操作中 只会显示其中一个产品实体的操作 但布局 的其他产品会进行相同的操作 但在设置模架 流道等操作中会显示所有的产品体 因为该产品为一模一腔 只需在 型腔布局 对话框中 单击 自动对准中心 按钮 将模具坐标系定位于布局模型的中心位置 如图 4 5 所示 图 4 5 型腔布局 对话框 4 6 分模设计分模设计 4 6 1 创建分型线 19 分型线定义为分型面和实际产品的几何相交线 一般产品的分型面可以根据产品 的形状和产品从模具中的顶出方向等因素决定 系统根据这些因素找出分型可能的地 方 在 注塑模向导 工具栏中单击 分型 图标 弹出 分型管理器 对话框 再 在 分型管理器 对话框中 单击 编辑分型线 按钮 弹出如图 4 6 1 所示的 分型 线 对话框 图 4 6 1 分型线 对话框 在图 4 6 1 所示 分型线 对话框中 单击 编辑分型线 按钮 选取塑件的最大 轮廓处 单击 确定 得到如图 4 6 2 所示的分型线 图 4 6 2 分型线 4 6 2 编辑分型段 由于产品模型的分型线不再同一平面上 因此要对其设置过渡转换点 单击 编 20 辑分型段 按钮 在弹出的对话框中 点击 添加转换点 按钮 弹出 点构造器 对话框 再在工作区中添加 4 个转换点 如图 4 6 3 所示 图 4 6 3 添加转换点 4 6 3 创建分型面 在 分型管理器 对话框中 单击 创建 编辑分型面 按钮 弹出如图 4 6 4 所 示的 创建分型面 对话框 图 4 6 4 创建分型面 对话框 在 创建分型面 对话框中 单击 创建分型面 按钮 弹出 分型面 对话 框 选择曲面类型为 条带曲面 生成所需的片体 如下图 4 6 5 所示 21 图 4 6 5 分型线 4 6 4 抽取区域和分型线 将产品模型分为成型型腔侧的型腔区域和成型型芯区两个部分 最后检查总分型 面的个数 以便正确创建型芯和型腔 4 6 5 创建型芯和型腔 单击 创建型芯和型腔 按钮 再点击 自动创建型芯和型腔 按钮 得到型芯 型腔如图 4 6 6 所示 图 4 6 6 型芯和型腔 4 7 模架的选择模架的选择 模架是用于型腔和型芯装夹 顶出和分离的机构 标准模架是有结构 形式和 尺寸都标准化 系统化并具有一定互换性的零件成套组成而成的模架 标准模架买来 22 即用 简单方便 而且降低了模具的设计和制造 缩短了模具的生产周期 同时标准 模架还能保证模具的加工精度 而且模具中易损零件的互换性好 便于模具的维修 模具采用一模一腔式 工件的尺寸 即单个型腔的尺寸 为 W L 385x275mm 根据以上分析从模架库中选择 LKM SG 模架 类型为 AT 型 模架的周界 尺 寸为 400 500mm 如图 4 7 所示 图 4 7 模架管理 对话框和模架 选择模架时要根据型芯 型腔的厚度来确定动模板 定模板的厚度 修改参数如 下 动模板厚度 50mm 定模板厚度 210mm 模架的其它厚度尺寸为 定模底板 35mm 动模垫板 50mm 垫块 120mm 动模底板 35mm 因而得出模具的闭合高度 H 35 120 50 50 210 35 500mm 4 8 浇注系统的设计浇注系统的设计 4 8 1 定位圈的设计 定位圈的作用是使注射机喷嘴与模具浇口套对中 决定模具在注射机上安装位置 的定位零件 同时也阻止型腔内的高压向外作用 其尺寸可在编辑表达式文本框和标 准尺寸列表中修改 在 注塑模向导 工具条中单击 标准件 按钮 弹出 标准件管理 对话框 创建定位圈部件 操作过程如图 4 8 1 所示 23 图 4 8 1 定位圈的设置 4 8 2 浇口套的设计 浇口套直接与注塑机喷嘴或压铸模加料腔接触 带有主流道通道的衬套套件 为 了防止溢料 当浇道要穿过几块板时 总是用一个整体的浇口套来实现 避免板间溢 通常浇道也都开在浇口套上 其尺寸可在编辑表达式文本框和标准尺寸列表中修改 由于周装箱尺寸较大 故直接采用直接浇口的形式 在 注塑模向导 工具条中单击 标准件 按钮 弹出 标准件管理 对话框 创建浇口套部件 设置参数及选项如图 4 8 2 所示 图 4 8 2 浇口套的设计 24 4 9 顶出机构的设计顶出机构的设计 顶杆是顶出塑件或浇注系统凝料的杆件 顶杆顶出是注塑成型中最常用的脱模方 法 顶杆应尽量设置在脱模力较大的地方 并尽量使被顶部件受力均匀 避免塑件变 形和破坏 在有侧抽芯时 顶杆应该避开侧抽芯装置 如果不可避免 就必须用先复 位机构来保证两者之间互不干涉 在 注塑模向导 工具条中单击 标准件 按钮 弹出 标准件管理 对话框 创建顶杆部件 型号和参数设置如图 4 9 1 所示 图 4 9 1 设置顶针参数及选项 需要创建四个对称的顶杆 在 点构造器 对话框 在对话框中分别输入 4 个坐标点 50 70 0 50 70 0 50 70 0 50 70 0 每输入一个坐标点 确定一次 完成后如图 4 9 2 所示 图 4 9 2 顶杆的设计 在刚添加顶杆时 顶杆为原始的标准长度和形状 一般与产品的形状和尺寸不能 匹配 应该进行修剪和建腔等成型设计 在 注塑模向导 工具条中单击 顶杆 按钮 弹出 顶杆后处理 对话框 对 顶杆进行修剪 操作过程如图 4 9 3 所示 25 图 4 9 3 顶杆修剪操作过程 修剪后的结果如图 4 9 4 所示 图 4 9 4 修剪后的顶杆 4 10 冷却系统的设计冷却系统的设计 模具的温度影响着产品的收缩率 表面光泽 内应力及注塑周期等 严格控制模 具温度是保证产品质量 提高生产效率的一个有效手段 模具冷却系统设计有两条基本原则 一要迅速冷却 二要均匀冷却 迅速冷却只 有通过较多的冷却通道和较大的流量 以及合适的冷却介质温度来达到 最普遍使用 的冷却介质是水 均匀冷却只有通过合理布置冷却水道来实现 并要考虑到模具上各 种孔 顶杆 型芯孔 镶件接缝等 的限制 根据该套模具结构 为了使产品在生产时有效均匀冷却 设置冷却孔直径为 8mm 冷却回路设置为 2 条 4 10 1 型腔内冷却水道的设计 1 打开 装配导航器 在 zzx prt top 000 目录下选中型腔 隐藏其余的部件 26 并通过单击 MB3 选择 转为工作部件 命令 将型腔转换为当前工作部件 在 注塑模向导 工具条中单击 冷却 按钮 对型腔正面进行冷却系统的设计 设置参数如图 4 10 1 所示 图 4 10 1 型腔正面冷却水孔参数的设置 冷却水孔设在正面进水 且冷却回路有 2 条 故在型腔的正面要设置 4 条冷却水 孔 水道的长度为 265mm 在 点构造器 对话框中 输入 4 个坐标点为 177 5 46 25 0 177 5 46 25 0 177 5 46 25 0 177 5 46 25 0 每输入一个坐标点 确定一次 完成后如图 4 10 2 所示 图 4 10 2 型腔正面冷却水孔的设置 1 2 在 注塑模向导 工具条中单击 冷却 按钮 对型腔右侧面进行冷却水道 的设计 设计过程如图 4 10 3 所示 27 图 4 10 3 型腔右侧面冷却水孔参数的设置 在型腔的右侧面先要设置 2 条冷却水道 水道的长度为 375mm 在 点构造器 中 输入 2 个坐标点为 122 5 46 25 0 122 5 46 25 0 完成后如图 4 10 4 所示 图 4 10 4 型腔右侧面冷却水道的设置 1 再在型腔的右侧面设置 2 条冷却水道 水道的长度为 182 5mm 在 点构造器 中 输入 2 个坐标点为 122 5 46 25 0 122 5 46 25 0 完成后如图 4 10 5 所示 28 图 4 10 5 型腔右侧面冷却水道的设置 2 3 在 注塑模向导 工具条中单击 冷却 按钮 对型腔左侧面进行冷却水道 的设计 设计 2 条水道 长度同样为 182 5mm 在 点构造器 中输入 2 个坐标点为 122 5 46 25 0 122 5 46 25 0 完成后如图 4 10 6 所示