毕业论文- 基于逆向工程技术的台灯灯座成型工艺及模具设计.doc

毕 业 设 计题 目： 基于逆向工程技术的台灯灯座成型 工艺及模具设计 学院： 机械工程学院 专业： 材料成型及控制工程 班级： 0803 学号 06 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2012 年 6月 5 日 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 基于逆向工程技术的台灯灯座成型工艺及模具设计 一、基本任务及要求： 1.采用实物逆向技术，对台灯灯座进行三维扫描，生成外形曲面点云数据，重构外形曲面，生成三维实体模型，给出合适的技术要求。 2.查找与设计过程的相关的中、外文献资料，对国内外注塑件的成型工艺与方法进行分析、探讨，对课题所给制件进行成型方案设计并进行论证，写出文献综述及开题报告，要求格式规范、文字表达清楚。 3.对课题所给制件进行成形工艺性分析，并进行必要的工艺计算，确定最佳成形工艺方案。 4.根据所确定的成形方案，采用三维设计软件进行模具设计，并绘制模具总装配图、零部件图、要求用电脑绘出所有图纸，图纸规范、图面清晰。 5.对设计过程进行总结、对所设计的模具进行可行性分析并撰写设计说明书。 6.所有的文档资料格式符合要求，基本无错别字和语句不通的现象. 二、进度安排及完成时间： 1. 2月20日3月9日， 查阅资料、撰写文献综述和开题报告； 2. 3月10日3月20日，课题调研、资料收集、方案设计； 3. 3月21日4月21日，确定最佳工艺方案，进行模具设计； 4. 4月22日5月22日，撰写毕业设计说明书； 5. 5月23日5月31日，将毕业设计资料送指导老师审阅、评阅老师评阅； 6. 6月01日6月12日，毕业设计答辩和资料整理。 目 录摘要IAbstractII 第1章 绪论11.1 前言11.2 逆向工程简介11.2.1 逆向工程的概念11.2.2 逆向工程的应用及发展趋势21.2.3 逆向工程技术的一般步骤31.3 UG NX6.0的介绍31.4 Geomagic Studio软件的介绍41.5现代模具的发展现状41.6 本课题的意义5第2章 台灯灯座的三维扫描62.1 3DSS三维扫描仪的介绍62.2 仪器性能参数62.3 扫描装备及软件界面的介绍72.3.1 扫描装备72.3.2 软件界面的介绍72.4扫描过程82.4.1 扫描前置处理82.4.2 扫描过程82.5 本章小结10第3章 台灯灯座点云数据的后处理113.1点云数据处理113.2 UG中三维模型的构造133.3 本章小结14第4章 台灯灯座的模具设计154.1塑件成型工艺性分析154.1.1 塑件的分析154.1.2 PC的性能分析154.1.3 PC的注塑成型过程及工艺参数164.2 型芯型腔的创建164.2.1分型面位置的确定164.2.2 型腔数量和排列方式的确定164.2.3 型芯型腔的创建174.3注射机型号的确定184.4 注塑机的相关参数的校核194.5浇注系统的设计204.5.1主流道的设计204.5.2 分流道的设计214.5.3 浇口的设计224.5.4 校核主流道的剪切速率234.6 冷料穴的设计234.7 溢流、排气系统的设计234.8 模具结构方案及尺寸的确定234.9冷却系统的设计264.9.1 冷却介质264.9.2 冷却系统的简单计算264.10 脱模推出机构的设计274.11 注射机有关工艺参数的校核27第5章 模具的工作原理295.1 模具的工作原理295.2 安装与调试 30结束语31参考文献32致谢33附录34基于逆向工程技术的台灯灯座成型工艺及模具设计摘要：本文以台灯灯座为对象，以逆向工程技术为技术支持，进行注射模具设计。通过使用3DSS扫描仪采集数据，然后用Geomagic Studio进行点云数据处理，重建外形曲面，之后，将曲面文件导入UG NX6.0重建台灯灯座座实体模型。对塑件进行工艺分析及结构分析，从产品结构工艺性及模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分结构、顶出系统、注射机的选择及有关参数的进行设计及校核。最后使用UG NX6.0完成整套模具的设计。 关键词：逆向工程技术；注射模具；3DSS；Geomagic Studio；UG NX6.0Table lamp base molding process and mold design based on reverse engineering technologyAbstract ：Inthispaper,theresearchobjectisatablelamp base，which is based on reverseengineeringtechnologyforthesupporttodesigntheinjectionmold.By usingof 3DSSscanner to collect data,thenusingGeomagicStudiotodealwithpointclouddatatorebuildtheshapesurface.And then,importing the surface file to UGNX6.0torebuildentitymodeloftablelampbase.Itanalyzestheprocessandstruc-turethroughplasticpartsandgivesdetaileddesignontheinjectionsystemofmolds,thestructureofmoldingpart,push-offsystem,selectionofinjectorfromtheperspecti-vesofproductworkmanshipandspecificmoldstructure.Finally,useingUGNX6.0tocompletethedesignoftheentiremold. Keyword: Reverse engineering technology;injection molds;3DSS;Geomagic Studio;UGNX6.0III第1章 绪论1.1 前言 本设计课题是基于逆向工程技术的台灯灯座成型工艺及模具设计。模具是材料成形加工中的重要工艺设备，是一种高附价值的高技术密集型产品，是机械、电子、轻工、国防的工业的生产的重要基础之一，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。利用模具可以实现少、无切削加工，从而提高生产效率、降低成本。由于成形具有高产、优质、低耗等特点，因而其应用十分广泛。其中占飞机、汽车、拖拉机、机电产品成形加工的60%70%；占家电产品、塑料制品成形加工的80%90%。 采用逆向工程技术可显著提高模具设计效率。在重构零件模型的过程中,先对零件的曲面特性进行分析,然后划分若干曲面片,对每一个曲面片分别进行重构,再进行重新组合,产生过渡曲面,从而完成整个曲面的重构。利用重构好的曲面模型,进行零件的CAD实体模型的造型。最后利用该CAD实体模型,设计出注塑模具。重构模型的精度可以满足零件的注塑模具的设计要求。采用该方法,可以实现模具的快速设计,缩短新产品的开发设计周期。 1.2 逆向工程简介1.2.1 逆向工程的概念逆向工程是消化、吸收和提高先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，是一门跨学科、跨专业的综合性工程。它以先进产品（设备）为研究对象，应用现代设计理论方法，分析并掌握其关键技术，进而开发出同类的先进产品。它是20世纪80年代后期出现的先进制造领域中的新技术，尤其在进几年得到了快速发展。逆向工程最早应用于汽车飞机等行业，这些行业产品的表面绝大多数是自由曲面，很难用精确的数学模型来描述。进行新产品开发时，首先按一定比例制作产品的实物模型，并对实物模型进行测量、分析、评估、修改，直至满足要求，然后建立产品的CAD模型，最终完成新产品的开发。由于条件的限制，早期对实物模型的测量大都采用手工测量方法，这种测量方法存在效率低，精度差，对操作人员要求高等缺点。从20世纪60年代开始，随着计算机技术、CAD/CAM技术及高精度坐标测量机的发展，产品数据的采集逐渐转移到坐标测量机上完成。坐标测量机进行产品数据的采集大大提高了测量的精度和效率，也促进了逆向工程技术的使用和推广。逆向工程并不仅仅是对原产品的简单复制，更包含了对原产品的再设计和提高。1.2.2 逆向工程的应用及发展趋势 世界各国在科技和经济发展过程中，应用逆向工程技术消化吸收先进技术经验，从而发展本国的科技和经济。据统计，各国70%以上的技术源于国外，逆向工程技术作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40%以上，极大地提高了生产率，增强了经济竞争力。因此研究逆向工程技术，对我国国民经济的发展和科学技术水平的提高，具有重大的意义。逆向工程技术的应用范围非常广泛，归纳起来主要有： （1）产品仿制 往往一件拟制作的产品没有原始的设计图档，而是委托单位交付一件品或实物模型，请制作单位复制（copy）出来。传统的复制方法是利用立体雕刻机或立体仿型铣床制作出1：1等比例的模具，再进行生产。这种方法属于模拟型（analog type）复制，它的缺点是无法建立工件尺寸图档，因而无法用现有的CAD软件对其进行修改、改进，已渐渐为新型的数字化逆向工程系统所取代。 （2）新产品的设计 一些具有美工背景的设计师们可利用CAD技术构想出创新的美观外形，再以再以不同的方式制造出样件，然后再以三维尺寸测量的方式测量出样件建立曲面模型。 （3）就产品的改进（改型） 在工业设计中，很多新产品的设计都是对旧产品的改进开始。为了用通常的CAD软件对原设计进行改进，首先要有原产品的CAD模型，然后在原产品的基础上进行改进设计。逆向工程技术技术发展至今，在数据处理、曲面拟合、规则特征识别、专用软件开发的方面已经取得了明显的进步。但在实际应用中，整个过程的自动化程度并不高，整个过程仍需要大量的人机交互工作，操作者的经验和素质直接影响着产品的质量。为解决这些问题，需要在一下几个方面进行深入研究。 （1）数据测量 开发面向逆向工程的专用测量系统，能根据实物的几何外形和后续应用选择测量方式和测量路径，最终高速高效地实现产品外形的数字化； （2）数据处理 研究适应不同的测量方法及后续用途的离散采集点的处理技术； （3）拟合曲面应能控制曲面的光顺性和光滑并接； （4）有效的特征识别和考虑约束的模型重建，复杂曲面的识别和重建方法； （5）集成技术 开发汲取集成的逆向工程技术，包括测量技术、基于特征和集成的模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等。1.2.3 逆向工程技术的一般步骤 逆向工程技术的一般步骤可以分为以下几个部分： （1）数据收集 数据采集也称零件的数字化，是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，即数据点云。通常采用三坐标测量机（CMM）或激光扫描等测量装置来获取零件原型表面点的三维坐标值。 （2）数据的预处理 由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响，通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始点云数据应进行预处理。其主要的预处理工作包括：去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。 （3）模型重建 在逆向工程中，三维模型重建是利用产品表面的散乱点数据，通过插值或者拟合构建一个近似模型来逼近产品原型。一种曲面重建方法是先将数据点通过插值或逼近拟合成曲线，再利用造型工具将曲线构建成曲面；另外一种方法则是直接对测量数据点进行曲面片拟合，再经过对曲面片的过渡、拼接、裁剪等操作完成曲面模型的构建。 （4）重建模型的检验与修正 在反求过程中，我们从产品的实物模型，重建得到了产品的三维模型，根据这三维模型，一方面可以对原产品进行仿制或者重复制造，另一方面可以对原产品进行工程分析、优化结构，实现改进、创新设计。1.3 UG NX6.0的介绍 UGS是全球产品生命周期管理（PLM）领域软件与服务的市场市场领导者。作为数字化产品开发的完美解决方案，UG NX软件提供了集成、高性能的设计、模拟仿真、文档处理、工装模具和制造功能。通过使用UG NX系统，企业可以加快产品投入市场的时间，提高产品质量、降低成本，并利用产品和流程知识提高创新能力。UG NX6是UGS公司2008年6月发布的CAD系统。建立在同步建模技术基础之上的NX6在市场上产生了重大影响。同步建模技术的发布标志着Siemens PLM Software的一个重要里程碑。UG软件是一个功能十分强大的CAD系统，其主要功能特点如下：（1） 整个系统用Parasolid作为统一的实体建模核心，有自己开发的IMAN产品数据管理系统，可以通过UG/Web模快浏览器修改UG模型；（2） UG本身已复杂曲面造型和数控加工功能见长，是同类产品中的佼佼者；（3） UG有链接各种专业软件的接口，如有限元分析ANSYS和Moldfolw、运动机构分析Adams、智能设计ICAD、加工仿真Vericut机快速成型等；（4） 可以管理大型复杂产品的装配模型，进行多种设计方案的对比分析、优化，同时它具有钣金件设计、排样、制造和电路布线、逆向工程等专业功能。可以为企业提供产品设计、分析、加工、装配、检验、过程管理及虚拟运作的全数字化支持，形成多极化的全线产品开发能力；（5） 支持IGES、DXF、STEP等多种数据交换格式，与CATIA有直接接口，二次开发UG/OPEN、GRIP等，支持我国的机械制图标准。1.4 Geomagic Studio软件的介绍Geomagic Studio软件是Geomagic公司产品的一款逆向软件，可根据任何实物零部件通过扫描点点云自动生成准确的数字模型。作为自动化逆向工程软件，Geomagic Studio 还为新兴应用提供了理想的选择，如定制设备大批量生产、即定即造的生产模式以及原始零部件的自动重造。Geomagic Studio可以作为CAD、CAE和CAM工具提供完美补充，它可以输出行业标准格式，包括STL、IGES、STEP和CAD等众多文件格式。Geomagic Studio的主要优势如下： （1）确保用户获得完美无缺的多边形和 NURBS 模型； （2）处理复杂形状或自由曲面形状时，生产率比传统 CAD 软件效率更高； （3）自动化特征和简化的工作流程可缩短培训时间，并使用户可以免于执行单调乏味、劳动强度大的任务。 （4）可与所有主要的三维扫描设备和 CAD/CAM 软件进行集成； （5）能够作为一个独立的应用程序运用于快速制造，或者作为对 CAD 软件的补充。1.5现代模具的发展现状 近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。国内模具行业的市场规模情况我国模具行业尽管起步较早，但初期一直作为下游生产企业的附属企业，模具商品流通率较低，限制了模具企业的发展。直至1987年,模具才作为产品被列入机电产品目录,当时全国共有生产模具的厂点约6,000家,总产值约30亿元。经过20多年的发展,中国的模具工业已有了长足的进步。2010年中国模具行业产值达1120亿元，同比增长14%，进出口总额达42.58亿美元，其中进口20.62亿美元，出口21.96亿美元，出口首超进口实现贸易顺差。 目前，我国模具行业的最大市场是汽车行业、电子信息行业、家电和办公设备、机械和建材行业。随着我国国民经济的迅速发展，人民收入水平的提高，对汽车、电子消费产品、家电等的需求不断增加，使得这些行业近年来进入一个高速发展的阶段，成为我国模具行业迅速发展的一个重要原因。随着塑料模应用领域不断扩大，地位不断提高，对此国家已制定出明确的奋斗目标。虽然我国目前模具工业发展很快，但模具开发制造水平比国际先进水平至少相差10年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。模具是工业的基础工艺装备，在电讯、汽车、摩托车、电机、电器、仪器、家电、建材等产品中，80%以上都要依靠模具成形，用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。因此，我们应该认清形势，认准方向加快发展速度，而不是永远依靠进口产品。1.6 本课题的意义本课题是对台灯灯座注塑模具的设计，利用逆向工程这一先进的制造技术手段来解决台灯灯座成型技术中的一些难题，实现复杂曲面的构造。通过这次毕业设计，综合运用和巩固大学四年里有关课程的基础理论和专业知识，熟练掌握实现逆向工程的关键技术及相关软件，培养学生从事模具设计与制造的能力，为以后的实际工作打下良好的基础。随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CADCAM技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为CADCAM领域的一个研究热点。逆向工程作为掌握技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40%以上，极大地提高了生存率，增强了经济竞争力。因此研究该课题具有重要的意义。 第2章 台灯灯座的三维扫描2.1 3DSS三维扫描仪的介绍3DSS系列三维扫描仪是上海数造机电科技有限公司研发生产的三维数字化设备，产品又分成单目和双目两大类。它能对物体进行高速、高密度扫描，输出三维点云供进一步后期处理。3DSS的基本原理是：采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。采用这种测量原理，使得对物体进行照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图象，而3DSS三维扫描仪获得的是物体的三维信息。3DSS系统包含扫描硬件和扫描软件。硬件包括电脑、摄像头、数字光栅发生器、三脚架；扫描软件的操作系统是win2000/XP.，软件对摄像头和光栅发生器进行实时采集和控制，对采集的图象进行软件处理，生成三维点云，并能进行三维显示，输出各种格式（asc, wrl,igs ,stl 等）的点云文件，可用Surfacer、Geomagic 等软件进行进一步处理。3DSS的基本操作如图2.1所示。 图2.1 基本操作2.2 仪器性能参数 本课题使用的仪器为上海数早机电科技有限公司所生成的3DSS-STD-II(标准型)。具体参数如表2.1。表2.1 扫描仪参数3DSS-STD-II(标准型)单幅扫描范围（典型值）单幅扫描点数扫描精度（）操作系统扫描头重量单幅扫描时间输出文件格式400X300m130万0.03mmWin2000/XP5Kg5秒ASC,VRML2.0,igs,stl2.3 扫描装备及软件界面的介绍2.3.1 扫描装备扫描设备由扫描仪与计算机组成。而扫描仪的主要组成部分有光栅投影系统、两个摄像头及镜头、三脚架机架、标定板及连接电缆。图2.2为扫描头的外观图。 图2.2 扫描头外观图2.3.2 软件界面的介绍 如图2.3所示示扫描控制软件的主界面，客户区被固定分成四个区域，其中第一象限是扫描点云显示区；第二象限是参考点管理区；第三象限是左摄像头图象显示区；第四象限是右摄像头图象显示区。图2.3 扫描控制软件主界面2.4扫描过程2.4.1 扫描前置处理由于物体的表面质量对扫描结果影响很大。如果扫描结果不理想时，可考虑对物体作表面处理。在物体表面喷一薄层白色显像剂，这种物质跟油漆不一样，很容易就可去掉，便于扫描完成后还物体以本来面目。由于本次设计要扫描的是台灯灯座，由于物件较大，所以要进行多次、多视角扫描才能获得整体外形的点云。这时就需要进行多视拼合运算，把不同视角下的测得得点云转换到同一个统一的坐标系下。参考点就是用来协助坐标转换的，它实际上是一些贴在物体表面的圆点。可以采用两种参考点，一种是白底黑点，另一种是黑底白点。为了可靠识别参考点，参考点需要一定的大小，但参考点贴在物体表面会对使表面的点云出现空洞，所以要尽量小。2.4.2 扫描过程台灯灯座是一个三维的曲面模型，其外形曲面结构复杂而且物件较大，采用单视扫描方法很显然无法得到零件完整的点云数据，采用多视扫描方法，扫描时利用扫描软件的自动拼接功能将相邻两个扫描视角的公共区域拼接起来。其扫描流程如下： （1)启动扫描软件，激活摄像功能； （2）调整摄像镜头，将焦距调整到最佳扫描位置； （3）标定扫描头，标定计算使极差要小于2； （4）建立一个新扫描项目； （5）设置扫描参数； （6）打开投影灯，扫描头对准待扫描区域，观察左右视频区，调整三角架或物体，使扫描头基本垂直于物体表面，物体到扫描头的距离近似等于设定扫描距离； （7）观察采集的图象亮度是否合适，不合适则调整相应得增益参数； （8）扫描第一幅点云，按菜单项“扫描” 图标，软件自动地先扫描参考点，再进行点云扫描。在右上角的点云显示窗口中观察可视区内的参考点和点云是否都被扫描出来，点云是否完好。若对扫描结果满意，则按参考点管理窗口的“OK”按钮，使参考点固定并显示为红色。注意，第一幅不要进行匹配； （9）按图标把当前视加1。注意不要连续按，中间不能有未经成功匹配的视角； （10）按菜单项“扫描”图标，进行参考点和点云扫描。扫描结束后，在点云显示窗口中，只显示当前视的结果，其余的点云和参考点暂时隐藏，这样便于观察扫描结果； （11）按匹配按钮，进行匹配，如果匹配成功(即匹配点数大于等于3，匹配误差小于0.1mm)，按OK按钮。按OK、按钮后，点云显示窗口中会显示出所有幅的点云来，可以从点云的相互位置关系进一步判断拼接是否正确； （12）扫描下一个区域，直到所有区域扫描完毕； （13）输出点云。完成最后一个区域的扫描后进行拼接； （14）扫描结束后关闭摄像功能，然后才能关闭扫描程序。 以下图2.4、图2.5、图2.6为台灯灯座在三个不同视角下的扫描图片。 （a） （b）图2.4 第一角度扫描 （a） （b）图2.5 第二角度扫描 （a） （b）图2.6 第三角度扫描 通过上面三个视角对台灯灯座扫描，基本可以得到其完整的曲面点云数据。以上六个图中，黑色正方形是扫描前贴上去的参考点，相邻两个扫描视角下的点云数据就是根据参考点拼接起来。3DSS扫描软件进行多视扫描就是运用这一拼接功能，对不同视角下扫描得到的点云数据进行拼接，从而得到零件完整的三维点云数据。2.5 本章小结 通过本章的研究，了解了3DSS扫描软件的操作过程及注意事项。在此之前只接触一次3DSS，所以整个操作过程都自己慢慢地摸索出来的。扫描前喷洒白色显像剂与贴参考点要非常的注意，否则会导致扫描效果十分不好。本次采用了非接触的三维扫描仪进行多视角扫描，利用拼接技术对不同视角下的点云数据进行拼接，得到完整的曲面点云数据。 第3章 台灯灯座点云数据的后处理在逆向工程中，曲面模型重建是最重要、最繁杂的一个环节。因为最后要完成模型的加工，需要的是平滑的曲面模型或是有联合好的点云所产生的三角网格。所以点云数据的处理、曲面的构建方式及修边与分析功能的健全，是逆向工程曲面模型重建相当重要的一部分。本课题首先运用Geomagic Studio软件处理由3DSS扫描仪扫描所得的点云数据，通过各种工具及命令转变成曲面，做成完整的模型。再转变成CAD模型，最后导入UG NX6.0软件进行模具设计。3.1点云数据处理 （1）打开Geomagic Studio软件界面，在此环境导入扫描台灯灯座的点云数据，如3.1图所示。 （2）使用“体外孤点”命令去除孤立点及多余的测量点。点击菜单栏“体外弧点” 命令，在对话框“敏感性”中输入63，按按钮按确定，所有体外弧点被选中且呈红色。同样点击“删除”按钮，把呈红色的点删除，如图3.2所示 图3.1 点云数据导入图 图3.2 去除孤立点 （3）点击菜单栏“减少噪音” 命令，在对话框“优化”中选择“自由形状”，在平滑级别设置在中间，然后按“应用”按钮，再按确定。如图3.3所示。 （4）点击“统一采用” 按钮，在“间距”中输入0.34mm，然后按“应用”按钮，再按确定。 （5）点击“曲率采样” 按钮，在“采样百分比”中输入42.5，然后按“应用”按钮，再按确定。 （6）处理后的结果，如图3.4所示。 图3.3 减少噪音 图3.4 点阶段处理后的图形 （7）点击“封装”按钮，再按确定，如图3.5所示。 （8）点击“伸出边界”命令，输入参数-2，选择要伸出的边界，点击“执行”，再点击确定。如图3.6所示： 图3.5 封装后的多边形曲面 图3.6 伸出边界 （9）在“多边形”菜单下选择“填充”，填充孔洞，如图3.7所示，填充完后按确定。填补完成后如图3.8所示。 图3.7 填充孔洞过程图 图3.8 填充完成图 （10）在“多边形”菜单下选择“删除钉状物”，把平滑级别设置在高。 （11）在“多边形”菜单下选择“简化”命令，在“减少百分比”输入30.0，点击确定。 （12）在“多边形”菜单下选择“松弛”命令，把平滑级别设置最大值。 （13）使用“去除特征”去除部分特征，如图3.9所示。去除特征完成图如3.10所示。 图3.9 去除特征过程图 图3.10 去除特征完成图 （14）在“边界”菜单下选择“编辑”命令，选取整个边界，把控制点设置在20左右，完成模型的处理。3.2 UG中三维模型的构造运用Geomagic Studio软件处理完成后，表面质量效果并不是很理想。所以再导入UG NX6.0软件进行台灯底座表面曲面的重构及实体化。首先对台灯灯座的曲面进行重划分，划分后每一部分都可以用一个基本的曲面进行重构，将面片划分好后，就可以构造出不同曲面特征点和特征线，再对特征线进行曲率分析，对曲线进行光顺处理，完成对曲线的构造。将重构好的曲线组，使用“通过曲线网格”命令生成若干片体，然后在使用“缝合”命令将片体缝合成一个整体，最后使用“加厚”命令将前面缝合好的片体加厚构造实体，完成台灯底座曲面的实体化，如图3.11所示。 图3.11 台灯灯座曲面的重构在台灯灯座实体曲面基础的基础上，在UG NX6.0软件的建模环境中构造台灯灯座其他的结构，完成台灯灯座的最终实体，如图3.12所示。 （a）正面图 （b）反面图 图3.12 台灯灯座三维实体模型3.3 本章小结 本章内容主要是，运用Geomagic Studio软件对由3DSS扫描仪扫描所得的台灯灯座点云数据进行一系列的处理，构造台灯底座的表面曲面。然后应用UG NX6.0软件进一步完善其表面质量，还原台灯底座的完整形状。整个过程操作起来比较繁杂，需要耐心的处理每一步。通过本章节的研究，可以看出点云数据的处理显得非常关键。因为它将直接影响后续的操作，乃至台灯底座的表面质量。第4章 台灯灯座的模具设计 塑件如图4.1所示，材料是PC。要求确定零件的成型工艺参数，设计成型零件的模具。 图4.1 塑件图 4.1塑件成型工艺性分析4.1.1 塑件的分析 （1）外形尺寸 该塑件的壁厚为2mm，塑件外形尺寸不大，成型工艺性较好；（2）精度等级 每个尺寸的精度不一样，精度比较地，成型工艺性较好；（3）塑件质量 外表面光度为Ra1.6，内表面没有粗糙度要求，适合注射成型。 4.1.2 PC的性能分析 （1）PC是最坚韧的工程热塑材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性，这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性，吸湿特性很弱； （2）材料物性：比重:1.18-1.20 成型收缩率:0.5%-0.8% 成型温度：230-320 干燥条件：110-120保温2小时；（3）冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，但自润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其它树脂相溶性差。 适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件； （4）成型性能：无定形料,热稳定性好，成型温度范围宽，流动性差。吸湿小，但对水敏感，须经干燥处理。成型收缩率小，易发生熔融开裂和应力集中，故应严格控制成型条件，塑件须经退火处理。4.1.3 PC的注塑成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程 1）成型前的准备 对PC的色泽、粒度和均匀度等进行检验， PC材料的吸水性较小，但为了保证产品的使用性能，在注射成型前，也要进行充分的干燥，这样才能保证产品成型后的精度及强度。 2）注射过程 塑件在注射剂料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、保压、背压和冷却四个阶段。 3) 塑件的后处理 处理的介质为空气和水，处理温度为120，处理时间为2h。 （2） 注射工艺参数 1）注射机：螺杆式 2）料筒温度（）：前段：230250； 中段240260； 后段230240 3）喷嘴温度（）：220230 4）模具温度（）：80100 5) 注射压力（MPa）：801206）成型时间（s）：注射时间：25； 保压时间：2080 冷却时间:2050； 总周期：50140 7）螺杆转速（r/min）：30404.2 型芯型腔的创建4.2.1分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大且有利于开模取出塑件的底平面上，如图4.2所示。 图4.2 分型面4.2.2 型腔数量和排列方式的确定 （1）型腔数量的确定 该塑件为大批量生产可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步确定为一模两腔结构形式。 （2）模具结构形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并且与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列。 （3）模具结构形式的确定 从上面分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推杆推出的形式。浇注系统设计时，浇口采用点浇口，且开设在塑件顶端面。因此，定模部分需要开设流道推板来取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板和支撑板。由以上综合分析可确定选用带流道推板多分型面注射模。4.2.3 型芯型腔的创建确定好模具的结构形式后，就可以开始创建型芯型腔。具体过程如下： （1）项目初始化，项目初始化的目的就是把产品模型加载到模具模块中 ，对产品进行参数设置。单击UG NX6.0软件“注塑模向导”工具中的“项目初始化”命令，在弹出的对话框中选择制件的材料，系统自动匹配该材料的收缩率。完成后点击确定。如图4.3所示。图4.3 项目初始化（2）进入UG NX6.0软件建模环境，将制件放置合适的位置，便于以后导入模架。然后构建型芯型腔毛胚，考虑到型腔壁厚和装螺钉冷却系统的布置，取型芯毛坯为240mm400mm60mm，型腔240mm400mm80mm。然后创建所需草图，再使用“拉伸”命令对草图进行拉伸。通过使用“求差”和“拆分”命令将型芯型腔创建出来，如图4.4、4.5所示。 图4.4 型芯图4.5 型腔4.3 注射机型号的确定 （1）注射量的计算 用UG NX6.0建模分析可得 塑件体积： V塑=84.345cm3 塑件质量： M塑=V塑=84.3451.2=101.214g （4.1）式中，取=1.2g/cm3。 （2）浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为： V=V（1+0.2）2=84.3451.22=202.428cm （4.2） （3）注射选择注射机 根据第二步得出一次注入模具型腔的塑料总质量为202.428cm，估计注射机的公称注射量为 V/0.8=202.428/0.8cm3=253.035cm根据以上的计算，初步选定公称注射量为630cm3，注射机型号为SZ-630/3500卧式注射机，其主要技术参数见表4.1。 表 4.1 注塑机的主要参数理论注射容积(cm）634螺杆直径(mm)58注射压力(MPa)150注射速率(g/s)220塑化能力(g/s)24螺杆转速(r/min)10125锁模力(kN)3500拉杆内向距离(mm)545485移模行程(mm)490模具最大厚度(mm)500模具最小厚度(mm)250喷嘴口孔径(mm)3模具定位孔直径 (mm)180喷嘴球半径(mm)SR184.4 注塑机的相关参数的校核 （1）注射压力校核 PC所需注射压力为80120MPa，这里取p0=100MPa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.3，则： k1p0=1.3100=130p公 （4.3） 所以，注射机压力合格。 （2）锁模力校核 1）塑件在分型面上的投影面积A塑=29500mm2 2）浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多模型腔的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于流道设计简单，分流道相对较短，这里取A浇=0.2A塑 。 3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，则 A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.2A塑） =21.2A塑=21.229500=70800mm2 （4.4） 4）模具型腔内的胀型力F胀，则 F胀=A总P模=7080040=2832KN （4.5）式中，P模是型腔内的平均计算压力值。通常取注射压力的20%-40%，大致范围为2540MPa。这里P模取40MPa。 由表3.1可得该注射机的公称锁模力F锁=3500kN，锁模力安全系数为k2=1.11.2这里取k2=1.2，则 k2F胀=1.2F胀=1.22832=3398.4F锁 （4.6） 所以，注射机锁模力合格。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。4.5浇注系统的设计4.5.1主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出的塑料熔体导入分流道或型腔中。其形状为圆锥形，以便于塑料熔体得流动及流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于要与高温塑料及喷