汽车反光镜后盖完整版新.doc

1 摘 要 本文介绍了汽车反光镜后盖的设计过程及其数控的仿真加工 详细了解了 Autocad的零件图的设计过程 阐述了CAD造型和CAM数控编程 完成零件几何造 型 刀具路径生成 加工路径生成 加工模拟仿真 数控加工程序生成和数据 传输 最终完成零件的数控机床加工 简要说明了注塑模具的具体结构和详细 分类 ABS塑料的加工工艺流程 反光镜后盖的凸凹模的设计以及仿真加工 简 单的数控加工工艺路线分析 关键词 关键词 汽车反光镜后盖 CAD CAM 仿真加工 目目 录录 第 1 章 绪 论 4 1 1 选题的背景及意义 4 1 2 毕业设计的目的及意义 5 1 3 汽车反光镜 5 1 4 汽车反光镜后盖的现状与发展 6 第 2 章 汽车反光镜后盖的产品设计 8 2 1 零件工程图的分析 8 2 2 绘制零件图 9 2 2 1 零件图的内容 9 2 2 2 绘制零件图的一般过程 11 2 2 3 零件图的绘制方法 11 2 3 产品的三维建模 12 2 3 1 CAD CAM 软件的选择 12 2 2 3 2 产品的形体分析 13 2 3 3 产品的三维建模 13 第 3 章 反光镜后盖凸凹模设计 16 3 1 热塑性塑料和热固性塑料常识比较 16 3 2 注塑模具的具体结构和详细分类 16 3 3 注射模具的设计和加工简要 17 3 4 ABS 塑料的加工工艺流程介绍 18 3 5 MASTERCAM 对凸凹模的设计 19 3 5 1 反光镜后盖凹模的设计 20 3 5 2 反光镜后盖凸模的设计 28 第 4 章 凸凹模数控加工工艺分析 29 4 1 数控加工工艺设计 29 4 1 1 数控加工的基本特点 29 4 1 2 数控加工工艺的主要内容 29 4 1 3 常用数控加工方法 29 4 2 模具的数控铣削工艺分析 30 4 2 1 模具加工的基本特点 30 4 2 2 建议采取的技术措施 30 4 2 3 铣削曲面时应注意的问题 31 4 3 凸凹模加工工艺 32 4 3 1 凹模加工过程设计 32 4 3 2 凸模加工过程设计 52 第 5 章 MASTERCAM 软件的后置处理 55 5 1 MASTERCAM 软件的后置处理文件 55 5 2 生成的 NC 程序 56 第 6 章 仿真分析 59 6 1 现代仿真技术 59 6 1 1 仿真系统中的面向对象技术 59 6 1 2 仿真系统的总体结构 62 6 1 3 仿真模型 62 6 2 MASTERCAM的仿真加工 63 结论 67 谢辞 68 参考文献 69 3 第第 1 1 章章绪绪 论论 数控机床的良好柔性 高调整 加工精度高 早就被汽车制造者关注 60 年代就开始进军汽车零部件生产领域 由于其成本高 系统功能及效率不理想 而一直没有得到广泛应用 进入二十世纪九十年代 伴随着市场竞争的加剧 多品种生产最大限度满足市场的多样化需要 直到满足每一位用户的需要 成 为汽车制造者追求的目标 以数控机床为主体的柔性制造单元 被大量使用 1 1 1 1 选题的背景及意义选题的背景及意义 我国是制造业大国 在新一轮国际产业结构变革中 我国正逐步成为全球 制造业的重要基地之一 以信息化带动工业化 发挥后发优势 推动社会生 产力跨越式发展 是国家发展战略 应用高新技术 特别是信息技术改造传统 产业 促进产业结构优化升级 将成为今后一段时间制造业发展主题之一 制造业自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分 其核心技术是数控 技术 数控技术是综合应用计算机 自动控制 自动检测及精密机械等高新技 术的产物 其发展和应用的水平标志着综合的国力 它的出现及所带来的巨大 效益 已引起了世界各国科技及工业界的普遍重视 数控技术是制造业实现自 动化 柔性化 集成化生产的基础 现代的 CAD CAM FMS CIMS 等 都是建立 在数控技术基础之上 中国政府正积极汲取各国的有效措施 大力发展中国的 数控产业 把发展数控技术作为振兴机械工业的重中之重 数控技术在制造业 的扩展和延伸所产生的辐射作用和波及效果对机械制造业的产业结构 产品结 构 专业化分工方式 机械加工方式及管理模式 社会的分工 企业的运行机 制等正带来深刻的变化 对国民经济的发展起着重要的促进作用 模具是工业生产的基础工艺装备 在电子 汽车 电机 电器 仪表 家 电和通信等产品中 60 80 的零部件都依靠模具成形 国民经济的五大支柱 产业即机械 电子 汽车 石化 建筑 都要求模具工业的发展与之相适应 模具是 效益放大器 用模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的 几十倍 上百倍 模具生产水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平高低 的重要标志 在很大程度上决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 因 4 此 我国要从一个制造业大国发展成为一个制造业强国 必须要振兴和发展我 国的模具工业 提高模具工业的整体技术水平 同时 模具工业的发展也日益 受到人们的重视和关注 国务院颁布的 关于当前产业政策要点的决定 也把模 具列为机械工业改造序列的第一位 生产和基本建设序列的第二位 随着 CAD CAM 数控加工和快速成形等先进制造技术的不断发展 以及这 些技术在模具行业中的普及应用 模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技 术革命 传统的二维设计和模拟量加工方式正逐步被基于产品三维数字化定义 的数字化制造方式所取代 在这场技术革命中 逐步掌握三维 CAD CAM 软件的 使用 并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键 我国模具工业发展前景非常广阔 国内外模具和模具加工设备厂商已普遍 看好中国市场 随着对模具设计质量与制造要求的不断提高 以及 CAD CAM 技 术在模具制造业中的大规模推广应用 急需大批熟悉 CAD CAM 技术应用的模具 设计和制造的技术人才 这是企业最为宝贵的财富 也是企业走向世界 提高 产品竞争力的基础 1 1 2 2 毕业设计的目的及意义毕业设计的目的及意义 近年来 国内外科研人员和汽车厂商针对传统光学后视镜存在的缺陷 从 不同的角度通过各种途径和方法进行革新与改进 产生了不少新技术 这些新 技术中 既有局部的 单方面的变革 也有全方位的 根本性的改造 采用新的 工作原理 既有从功能上的创新 也有为满足个性化或美学要求的设计 随着 后视镜的不断革新与改进 后视镜后盖的要求也在不断的提升 同样后视镜后盖 也有从功能上的创新 也有为满足个性化或美学要求的设计 数控技术与模具制造已是制造业不可缺少的两部分 数控技术是我的本专 业 当然我们在学习期间也学习了相应的模具制造知识 Mastercam 是目前应 用最广泛的 CAD CAM 软件之一 是一个集成设计与制造的 CAD CAM 软件 可以 满足一般产品的三维设计 模具设计和数控加工自动编程 毕业设计作为我们最后在校期间的课题 是经过老师精心设计与筛选的 通 过这次课题的完成 我们会将大学三年的课程在做一次系统的整理与应用 在 知识的连贯性与实际应用方面上也算是对我们纯粹理论知识的补充与升华 在 这次课题的完成方面我们绝大多数的工作是要靠自己去翻阅资料 巩固旧有知 识 接收新的知识 不断的完善自己才能够完成我们的课题要求 基本掌握 Mastercam 软件 能进行一些较复杂零件的绘制和曲面建模 掌握数控刀路轨 迹的生成和数控加工的基本原理和操作 能做到自己独立完成一个零件的加工 熟悉注塑模具设计 熟悉注塑机的使用 能熟练使用设备注塑出塑料产品 1 1 3 3 汽车反光镜汽车反光镜 镜子是光学反射式汽车后视装置中的核心零件 镜面又是它的关键部位 5 为提高行驶时特别超车 并线 转弯 倒车或高速行驶时的安全系数 减轻驾 驶员的疲劳 同时适应不同的工作环境 它最低应能满足以下要求 正确鲜明 的反映物象 不变形或变形小 足够的后视视野 后视范围尽可能的大 最好 能消除盲区 在雨 雾 寒冷等特殊天气下能正常工作 目前的新技术大都是 围绕改变形状 增加面积 改变镜面曲率等方面提出的 增加面积是汽车制造商为解决后视盲区的第一个反映 但是镜子大镜框也 大 会产生整体不协调的问题 同时也可能给视觉带来不便 为解决这些矛盾 设计者从镜子形状 面积 安装位置 整体风格 车主爱好等多方面综合考虑 现在有不少汽车特别是大型车上采用状如手臂的大面积后视镜又称 兔耳 式后视镜 它们安装的位置也和其他车辆不同 一般置于车辆前部 现在的小 型车 轿车类都考虑到整车风格 后视镜也和以前大为不同 现在的后视镜都 做的小巧美观 又满足它的各项后视要求 安装的位置也不同于大型车 都安 装在车的两侧 1 1 4 4 汽车反光镜后盖的现状及其未来发展趋势汽车反光镜后盖的现状及其未来发展趋势 驾驶员在行车前或行车过程中通过后视镜观察车侧和车后情况时 有时需 调节镜面以便获得最佳视野 对镜面与镜框固定的固定式后视镜 在调节视角 时操作者用手直接调节镜框来完成 镜框与支架连接是可调的 这种调节方式 费时费力 很难方便的一次完成视角的调节 驾驶员需用手伸出车窗外调节 在行车 雨天等情况下调节很不方便 对直接调节镜面后视镜 驾驶员在调节 镜面时 用手按住镜面直接调节视角 同固定式后视镜比较类似 方便在于不 必大动干戈来扳动整个后视镜镜框 也不致于破坏整车造型的美观 但依然不 方便 对拉索在车内操作转动部件来调节镜面的后视镜 驾驶员在车内通过后 视镜转动部件上的拉索来调节镜面的视角 在行车时调节或雨天调节均比较安 全方便 但自动化程度不高 电动后视镜是目前高档车上普遍使用的调节装置 驾驶员在车内通过按钮 用电气装置控制转动部件来调节镜面达到所需视角 这样的操作轻松 快捷 方便 正确 还解决了拉索后视镜在调节右外后视镜时因驾驶员远离按钮而产 生的操作不便的问题 相对于这样的后视镜 先前的镜框已不能适用 如果单纯的从加厚来考虑 6 增大后盖的体积 那就没有考虑到整车造型美观 所以每部流线型的车子它都 有不同形状的反光镜后盖 要求是即要有体积 还不能影响整车效果 目前的 后盖设计也像车身设计一样采用流线型设计 即美观又增大了体积 至于后盖 内部的电机如何的排布 在这里就不做什么介绍了 后盖的具体要求变化都是随着后视镜的性能要求来变化的 经过不断的完 善 电动后视镜上可能出现的松动问题 电磁干扰问题已基本解决 并进一步 发展为记忆储存式后视镜 此类后视镜的镜面调节设计与驾驶员座椅 转向盘 内视镜构成一个系统 每个驾驶员可根据个人身高与驾驶习惯的不同来调节后 视镜的最佳视角 座椅 转向盘最佳舒适性 然后进行记忆储存 在其他人驾 驶车辆后或被人调整已记忆的视角后 车主可以非常轻松的开启自己的记忆储 存 所有内在设施就又恢复到最佳的设定状态 目前 很多轿车上都已开始试 用这种后视镜 后盖也需要不断地改变自身的外形结构来适应后视镜的这种发 展趋势 第第 2 2 章章 汽车反光镜后盖的产品设计汽车反光镜后盖的产品设计 2 12 1 零件工程图的分析零件工程图的分析 7 该汽车反光镜后盖是一个塑料制件 经注塑而成 反光镜后盖具有弧线形 的外观 在它的形状上就有许多技术方面的要求 现在先说说它的表面粗糙度 表面粗糙度是指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度 这种微观 几何形状的尺寸特征 一般是由零件的加工过程和其他因素形成 表面粗糙度 对机械零件的配合性质 耐磨性 工作精度 抗腐蚀性有着密切的关系 它影 响到机器或仪器的可靠性和使用寿命 为提高产品质量 促进互换性生产 我 国已将原定的表面光洁度国标 GB1031 68 GB131 74 作了修订 并改名为 表面粗糙度国家标准 这个标准规定了表面粗糙度 术语 表面及其参数 GB3505 83 表面粗糙度参数及其数值 GB T1031 1995 和机械制图表面 粗糙度符号 代号及其注法 GB T131 93 国标规定了表面粗糙度评定参数及其数值和一般规定 并按国标 GB3505 83 表面粗糙度术语 表面及其参数给出了有关的术语与定义 1 取样长度 l 取样长度是用于判别和测量表面粗糙度时所规定的一段 基准线长度 它在轮廓总的走向上量取 规定和选择这段长度是为了限制和削 弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响 2 评定长度 Ln 由于加工表面有着不同程度的不均匀性 为了充分合理 地反映某一表面的粗糙度特性 规定在评定时所必须的一段表面长度 它包括 一个或数个取样长度 称为评定长度 Ln 在评定长度内 根据取样长度进行测 量 此时可得到一个或数个测量值 取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值 评定长度一般按五个取样长度来确定 见下表所示 8 参数及数值 m RaRz l Ln Ln 5l 0 008 0 002 0 025 0 10 0 080 4 0 02 0 1 0 10 0 50 0 251 25 0 1 2 0 0 50 10 0 0 84 0 2 0 10 0 10 0 50 0 2 512 5 10 0 80 0 50 320 8 040 0 25 0 3 轮廓中线 m 轮廓中线 m 是评定表面粗糙度数值的基准线 它是具有 与被测表面几何形状一致的几何轮廓形状 并将被测轮廓加以划分的线 零件表面粗糙度参数值的选择既要满足零件表面的功能要求 也要考虑到 经济性 具体选择时可参照一些经过验证的实例 用类比法来确定 通常尺寸 公差 表面形状公差小时 表面粗糙度参数值也小 但表面粗糙度参数值和尺 寸公差 表面形状公差之间并不存在确定的函数关系 如手轮 手柄的尺寸公 差值较大 但表面粗糙度参数值却较小 一般情况下 它们之间有一定的对应 关系 设表面形状公差值为 T 尺寸公差值为 IT 它们之间可参照以下对应关 系 若 T 0 6IT 则 Ra 0 05IT Rz 0 2IT T 0 4IT Ra 0 025IT Rz 0 1IT T 0 25IT Ra 0 012IT Rz 0 05IT T 0 25IT Ra 0 15T Rz 0 6T 2 22 2 绘制零件图绘制零件图 2 2 12 2 1 零件图的内容零件图的内容 零件图是设计部门提交给生产部门的重要技术文件 它不仅反映了设计 者的设计意图 而且表达了零件的各种技术要求 如尺寸精度 表面粗糙度等 工艺部门要根据零件图进行毛胚制造 工艺规程 工艺装备等设计 所以 零 件图是制造和检验零件的重要依据 一张完整的零件图应包括以下内容 9 1 一组视图 在零件图中须用一组视图来表示零件的形状和结构 应根据零件的结构特 点选择适当的剖视 断面 局部放大图等表示法 用简明的方案将零件的形状 结构表达出来 例如下 图 2 完整的尺寸 零件图上的尺寸不仅要标注得完整 清晰 而且还要注得合理 能够满足 设计意图 适宜于加工制造 便于检验 3 技术要求 零件图上的技术要求包括表面粗糙度 尺寸极限与配合 表面形状公差和 位置公差 表面处理 热处理 检验等要求 零件制造后要满足这些要求才能 算是合格产品 这些要求的制定不能太高 否则要增加制造成本 也不能制得 太低 以至于影响产品的使用寿命 要在满足产品对零件性能要求的前提下 既经济又合理 4 标题栏 对于标题栏的格式 国家标准 GB T 10609 1 1989 已作了统一规定 使用中应尽量采用标准推荐的标题栏格式 零件图标题栏的内容一般包括零件 名称 材料 数量 比例 图的编号以及设计 绘图 审核人员的签名等 填 写标题栏时 应注意以下几点 1 零件名称 标题栏中的零件名称要精练 如 轴 齿轮 泵盖 10 等 不必体现零件在其中的具体作用 2 图号代码 图号代码可按隶属编号和分类编号进行编制 机械图样一 般采用隶属编号 图样编号要有利于图纸的检索 3 零件材料 零件材料要用规定的牌号表示 不得用自编的文字或代 号表示 2 2 22 2 2 绘制零件图的一般过程绘制零件图的一般过程 在使用计算机绘图时 必须遵守机械制图国家标准的规定 以下是零件 图的一般绘制过程及需注意的一些问题 1 建立零件图模板 在绘制零件图之前 应根据图纸幅面大小和格式的不 同 分别建立符合机械制图国家标准的若干机械图板模板 模板中包括图纸幅 面 图层 使用文字的一般样式 尺寸标注的一般样式等 这样在绘制零件图 时 就可以直接调用建立好的模板进行绘图 有利于提高工作效率 2 使用绘图命令和编辑命令完成图形的绘制 在绘制过程中 应根据结 构的对称性 重复性等特征 灵活运用镜像 阵列 多重复制等编辑操作 避 免不必要的重复劳动 提高绘图效率 同时还要利用正交 捕捉功能等 以保 证绘图的精确度 3 进行工程标注 将标注内容分类 可以首先标注线性尺寸 角度尺 寸 直径及半径尺寸等 这些操作比较简单 直观 然后标注技术要求 例如 尺寸公差 形位公差及表面粗糙度等 并注写技术要求中的文字 4 由于在 AutoCAD 中没有提供表面粗糙度符号 剖切基准符号等 因此可 以通过建立外部快 外部参照的方式创建形成用户自定义和使用的图形库 或 者开发标注表面粗糙度和基准符号的应用程序 以达到标注这些符号的目的 5 填写标题栏 并保存图形文件 2 2 3 2 2 3 零件图的绘制方法零件图的绘制方法 如前所述 零件图中包括一组视图 因此绘制零件图即是绘制零件图中的视 图 并且视图应布局匀称 美观且符合投影规律 即 主 俯视图长对正 主 左视图高平齐 俯 左视图宽相等 用 AutoCAD 绘制零件图并无定法 a 坐标定位法即通过给定视图中各点的准 确坐标值来绘制零件图的方法 在绘制一些大而复杂的零件图时 为了图面布 局及投影关系的需要 经常用这种方法绘制出作图基准线 确定各个视图的位 置 然后在综合运用其他方法绘制完成图形 b 辅助线法即通过绘制构造线命 令 XLINE 画出一系列的水平与竖直辅助线 以便保证视图之间的投影关系 并结合图形绘制及编辑命令来完成零件图的绘制 c 对象捕捉跟踪法即利用 11 AutoCAD 提供的对象捕捉追踪功能 来保证视图之间的投影关系 并结合图形 绘制及编辑命令完成零件图的绘制 在机械制图中分别有如下的图纸幅面 A0 841 1189 A1 594 841 A2 420 594 A3 297 420 A4 210 297 根据我们自己设计的图形大小来看 视图分别需要 A3 A4 的图纸就可以了 2 32 3 产品的三维建模产品的三维建模 2 3 1CAD CAM2 3 1CAD CAM 软件的选择软件的选择 CAD Computer Aided Design 计算机辅助设计 CAM Computer Aided Manufacturing 计算机辅助制造 是工程设计人员利用计算机软件 硬件系统 为工具 将设计人员的产品设计理念和意图与计算机结合起来 利用计算机的 快速处理能力以获得产品最佳设计 制造效果 进行工业产品设计 制造 分 析 绘图以及编写技术文件的总称等 CAD CAM 是随着计算机软件 硬件技术 水平的不断发展而形成的高技术领域 可以大幅度提高设计人员的设计效率 Mastercam 是由美国 CNCsoftware 公司推出的基于 PC 机平台的 CAD CAM 一 体化软件 它适用于各种数控装置的机床 也是国内外制造业使用非常广泛的 一种 CAD CAM 软件 使用 MastercamX 只要用 MastercamX 的 CAD 部分绘制出 零件的二维或三维图形 便可在 MastercamX 的 CAM 刀具路径中选择适当的加工 模组 设计出刀具路径 NCI 文件 再通过后处理操作将 NCI 的二进制文件变为 NC 文件 即数控机床能接受的 G 码 然后进行编辑和修改 送到数控机床 使用相应的刀具 便可进行各种不同的曲面加工 无论是多么复杂的机械零件 只要将它的三维图形绘制出来 再选用不同曲面加工方法 编制刀具路径 就 可以完成零件的制造 在本次的设计过程中 我们只需要作到 NC 文件的生成 在软件中有相应的 仿真加工就可以了 因为我们的条件有限还有就是本设计的要求 就不需要将 G 码传送到数控机床了 2 3 22 3 2 产品的形体分析产品的形体分析 现今塑料制品使用越来越广泛 造型越来越丰富 现代工业塑料产品设计 更多的是应用流线型曲面和复杂的结构外形构筑产品外形 赋予产品优美的曲 12 线和丰富的想象力 用简单的几何形状给产品制造手段更无法制造出流线型曲 面形状和复杂的外形 反光镜后盖从总体上来看 它主要是一个流线的曲面设计 从正面看的时候 即把反光镜的前面作为它的俯视图看 基本形状就是一 个矩形在四个角上倒了圆角 边也是做了倒圆角处理的 在设计当中我们所做 的矩形是 132 94 28 的 从后面看的时候就能看到它的流线曲面 所以说我 们这次的设计主要是做它的流线曲面的设计 材料自然上选用塑料 ABS 选用 注塑的方式来完成它的加工过程 2 3 32 3 3 产品的三维建模产品的三维建模 在进行三维零件设计时 很多情况下 只使用实体造型的方法可能不能满 足要求 此时需要使用曲面配合进行产品设计 曲面相对于实体而言可以完成 更复杂的面的造型 但是其操作也相对较繁琐 曲面是用数学方程式来定义物体表面的形状表现 一个曲面包含有多个段 面 section 或缀面 patches 它们熔接在一起而形成一个图素 使用曲面 造型可以很好地表达和描述物体的形状 曲面造型已广泛地运用于汽车 轮船 和飞机机身 以及各种模具 模型的设计和造型中 曲面可分为 3 大类型 即几何图形曲面 自由型式曲面和编辑过的曲面 Mastercam 的曲面类型如下表所示 曲面型式说明应用 牵引曲面断面形状沿着直线笔直地拉升 而形成的曲面 此直线由长度和 角度来定义 用于构建圆锥 圆 柱 有拔模角度的模 型等 旋转曲面断面形状绕着轴或某一直线旋 转而形成的曲面 用于构建回转体模 型 几 何 图 形 曲 面实体曲面直接构建圆柱 圆锥 立方体 圆球 圆环的曲面 并且为封闭 的曲面模型 直接构建基本曲面 自 由 昆式曲面将一些缀面熔接而形成的曲面 缀面是由 4 条相连的曲线所形成 用于当曲面是由一 组缀面而形成的时候 13 的封闭区域 直纹曲面在两个或两个以上的直线或曲 线之间笔直地拉出相连的直线而 形成的曲面 用于曲面要添满两 个或两个以上的曲线 的时候 举升曲面 通过一组横断面曲线形成的曲 面 当曲面通过两个及 以上曲线 以抛物线 的方式来熔接的时候 型 式 曲 面 扫描曲面将断面外形沿着一个或两个轨 迹曲线移动 或是把两个断面外 形沿着一个轨迹曲线移动而得到 的曲面 用于通过曲面控制 断面的形状或用断面 外形沿着曲线平移或 旋转 补正曲面按指定的补正距离把所选取的 曲面沿着曲面的法线方向偏距而 产生的曲面 用于将原始曲面偏 距得到新的曲面的情 况 修剪延伸曲 面 由修剪某一既有的曲面之间与 其相切的横断面而产生的曲面 用于重新定义边界 曲面的时候 曲面倒圆角由构建在两个曲面之间与其相 切的横断面而产生的曲面 用于模型需要有平 滑的角落 避免尖角 的时候 编 辑 过 的 曲 面 曲面熔接熔接两个原始曲面而形成一个 相切于它们的曲面 用于熔接两个曲面 的情况 在本次课题的三维建模当中就用到了大量的曲面知识 有牵引曲面 扫描 曲面 直纹曲面 根据零件的整体形体分析 设计的总体过程是这样的 使用 牵引曲面生成反光镜后盖的侧面 再使用扫描曲面生成反光镜后盖主顶面 使 用直纹曲面生成顶部小平面 下面这幅图就是通过使用这些曲面功能设计出来 的反光镜后盖的三维图形 三维实体模型图 14 三维线架模型图 第第 3 3 章章 反光镜后盖凸凹模设计反光镜后盖凸凹模设计 3 3 1 1 热塑性塑料和热固性塑料常识比较热塑性塑料和热固性塑料常识比较 15 塑料分 热塑性塑料与热固性塑料 1 热塑性塑料 加热时变软以至流动 冷却变硬 这种过程是可逆的 可以反复进行 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚甲醛 聚碳酸酪 聚酰胺 丙烯酸 类塑料 其它聚烯腈及其共聚物 聚讽 聚苯醚 氯化聚醚等都是热塑性塑料 热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构 分子链之间无化学键产生 加热时软化流动 冷却变硬的过程是物理变化 2 热固性塑料 第一次加热时可以软化流动 加热到一定温度 产生化学反应一交链 固化而变硬 这种变化是不可逆的 此后 再次加热时 已不能再变软流动了 正是借助这种特性进行成型加工 利用第一次加热时的塑化流动 在压力下充 满型腔 进而固化成为确定形状和尺寸的制品 这种材料称为热固性塑料 热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的 固化后分子链之间形成化学 键 成为三度的网状结构 不仅不能再熔触 在溶剂中也不能溶解 酚醛 服 醛 三聚氰胺甲醛 环氧 不饱和聚酯 有 机硅等塑料 都是热固性塑料 主 要用于隔热 耐磨 绝缘 耐高压电等在恶劣环境中使用的塑料 大部分是热 固性塑料 最常用的应该是炒锅锅把手和高低压电器 3 3 2 2 注塑模具的具体结构和详细分类注塑模具的具体结构和详细分类 注塑模具一般由以下几部分组成 浇注系统 成型零件 包括凹模 型腔 凸模和行芯等 脱模系统 包括推出和抽芯机构等 导向系统 控温系统 固定和安装部分 注塑模具的分类方法很多 按塑料品种可分为热固性注塑模具和热塑性注 塑模具 按注射机类型可分为卧式 立式和角式注塑模具 了解注塑模具的结 构和分类更有助于促进塑料模具发展 3 3 3 3 注塑模具的设计和加工简要注塑模具的设计和加工简要 设计塑料注塑模具首先要对塑料有一定的了解 塑料的主要成分是聚合物 如我们常说的 ABS 塑料便是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯三种单体采用乳液 本体 或悬浮聚合法生产 使其具有三种单体的优越性能和可模塑性 在一定的温度 和压力下注射到模具型腔 产生流动变形 获得型腔形状 保压冷却后顶出成 16 塑料产品 聚合物的分子一般呈链状结构 线型分子链和支链型分子认为是热 塑性塑料 可反复加热冷却加工 而经过加热多个分子发生交联反应 连结成 网状的体型分子结构的塑料通常是一次性的 不能重复注射加工 也就是所说 的热固性塑料 既然是链状结构 那塑料的在加工时收缩的方向也是跟聚合物的分子链在 应力作用下取向性及冷却收缩有关 在流动方向上的收缩要比其垂直方向上的 收缩多 产品收缩也同制品的形状 浇口 热胀冷缩 温度 保压时间及内应 力等因素有关 通常书上提供的收缩率范围较广 在实际应用中所考虑的是产 品的壁厚 结构及确定注塑时温度压力的大小和取向性 一般产品如果没有芯 子支撑 收缩相应要大些 塑料注塑模具基本分为静模和动模 在注塑机的注射头一边的带浇口套的为静模 静模一般有浇口套 靠板 模板组成 简单模具 特别是静模没有芯子的模具 也可以不使用靠板 直接 用厚一点的模板就可以了 浇口套一般为标准件 除非特殊原因 不建议取消 浇口套的使用有利于安装模具 更换方便 不用自己抛光 有些特殊模具浇口 套可用钻出来或用锥度线割割成 部分模具必须静模脱模时 还得加上静模脱 模机构 动模的结构一般为动模板 动模靠板 脱模机构以及模脚和装机固定 板 脱模机构中除了脱料杆 还有回位杆 部分模具还要增加弹簧以实现例如 自动脱模等功能 还有导柱 冷却水孔 流道等也是不可少的模具的基本结构 当然 斜导模具还有斜导盒 斜导柱等 当为一产品设计模具时 首先要设定 模具的基本结构尺寸以备料 来加快模具制造的速度 复杂产品应先绘制好产 品图 再定好模具的尺寸 现在的模具基本上要进行热处理 加高模具的硬度 提高模具使用寿命 在热处理前 先对模板进行初步加工 钻好导柱孔 回位 孔 动模 型腔孔 螺丝孔 浇口套孔 静模 拉料孔 动模 冷却水 孔等 铣好流道 型腔 有些模具还应铣好斜导盒等 现在的普通精密模具的 模板一般用 Cr12 Cr12Mov 和一些专业模具钢 Cr12 等硬度不能太高 在 HRC60 度时经常开裂 模板的常用硬度一般为 HRC55 度左右 芯子的硬度可在 HRC58 以上 如果材料为 3Cr2W8v 制造后再氮化处理表面硬度 硬度应为 HRC58 以 上 氮化层应越厚越好 浇口直接关系到塑件的美观 浇口设计不好的话 容易产生缺陷 在没有 任何阻挡的情况下很容易产生蛇型流 对于要求高的产品 还应设计溢流和排 气 溢流处可以用顶杆 不要在模板上留有溢流飞边 才不至于影响模具寿命 3 3 4 4 ABSABS 塑料的加工工艺流程介绍塑料的加工工艺流程介绍 17 ABS 通称丙烯腈丁二烯苯乙烯 是由丙烯腈 丁二烯 苯乙烯三种单体共聚 而成 由于三种单体的比例不同 可有不同性能和熔融温度 流动性能的 ABS 如与其它塑料或添加剂共混 则更可扩大至不同用途和性能的 ABS 如抗冲级 耐热级 阻燃级 透明级 增强级 电镀级等 ABS 的流动性介于 PS 与 PC 之间 其流动性与注射温度和压力都有关系 其中注射压力的影响稍大 因此成型时常采用较高的注射压力以降低熔体粘度 提高充模性能 1 塑料的处理 ABS 的吸水率大约为 0 2 0 8 对于一般级别的 ABS 加工前用烘箱以 80 85 烘 2 4 小时或用干燥料斗以 80 烘 1 2 小时 对于含 PC 组份的耐热级 ABS 烘干温度适当调高至 100 具体烘干时间可用对空挤出来确定 再生 料的使用比例不能超过 30 电镀级 ABS 不能使用再生料 2 注塑机选用 可选用华美达的标准注塑机 螺杆长径比 20 1 压缩比大于 2 注射压力大 于 1500bar 如果采用色母粒或制品外观要求料高 可选用小一级直径的 螺杆 锁模力按照 4700 6200t m2 来确定 具体需根据塑料等级和制品要求 而定 3 模具及浇口设计 模具温度可设为 60 65 流道直径 6 8mm 浇口宽约 3mm 厚度与制品一样 浇口长度要小于 1mm 排气孔宽 4 6mm 厚 0 025 0 05mm 4 熔胶温度 可用对空注射法准确判定 等级不同 熔胶温度亦不同 建议设定如下 抗冲级 220 260 以 250 为佳 电镀级 250 275 以 270 为佳 耐热级 240 280 以 265 270 为佳 阻燃级 200 240 以 220 230 为佳 透明级 230 260 以 245 为佳 玻纤增强级 230 270 对于表面要求高的制品 采用较高的熔胶温度和模温 5 注射速度 防火级要用慢速 耐热级用快速 如制品表面要求较高 则要用高速及多级 注塑的射速控制 6 背压 一般情况下背压越低越好 常用的背压是 5bar 染色料需用较高的背压以 使混色均匀 18 7 滞留时间 在 265 的温度下 ABS 在熔胶筒内滞留时间最多不能超过 5 6 分钟 阻燃 时间更短 如需停机 应先把设定温度低至 100 再用通用级 ABS 清理熔 胶筒 清理后的混合料要放入冷水中以防止进一步分解 如需从其它塑料改 打 ABS 料 则要先用 PS PMMA 或 PE 清理熔胶筒 有些 ABS 制品在刚脱模时 并无问题 过一段时间后才会有变色 这可能是过热或塑料在熔胶筒停留时 间过长引起的 8 制品的后处理 一般 ABS 制品不需后处理 只有电镀级制品需经烘烤 70 80 2 4 小时 以钝化表面痕迹 并且需电镀的制品不能使用脱模剂 制品取出后要立即包 装 9 成型时要特别注意的事项 有几种等级的 ABS 特别是阻燃级 在塑化后其熔体对螺杆表面的附着力 很大 时间长后会分解 当出现上述情况时 需要把螺杆均化段和压缩拉出 擦试 并定期用 PS 等清理螺杆 3 53 5 MastercamMastercam 对凸凹模的设计对凸凹模的设计 Mastercam 是由美国 CNC Software 公司开发的基于微机的 CAD CAM 软件 V5 0 以上版本运行于 Windows 操作系统 由于其价格较低且功能齐全 因此有 很高的市场占有率 软件的 CAD 功能可以构建 2D 或 3D 图形 特别适用于具有 复杂外形及各种空间曲面的模具类零件的建模和造型设计 在 CAM 方面 它具 有以下特点 1 提供可靠与精确的刀具路径 2 可以直接在曲面及实体上加工 3 提供多种加工方式 4 提供完整的刀具库 材料库及加工参数资料库 Mastercam 拥有车削 铣削 钻削 线切割等多种加工模块 允许用户通 过观察刀具运动来图形化地编辑和修改刀具路径 另外 软件提供多种图形文 件接口 包括 DXF IGES STL STA ASCII 等 根据我们自己的能力与条件 在学校要求的时间内做不出来一整套的模具 再者做一整套的模具也不是我们设计的目的与重点 我的课题名称是 汽车反 光镜后盖的设计与仿真加工 汽车反光镜后盖是通过注塑形成的 所以它需要 凸凹模 在这里结合实际情况 只讲讲凸凹模的设计 模具的附件设计就不在 这里仔细的陈述了 3 5 1反光镜后盖凹模的设计 19 我们所设计的反光镜后盖的主顶面是一个由一条截面线绕着上下两约束 线扫掠的一个曲面 底部是一规则的拉伸曲面 创建该反光镜后盖凹模时 使 用牵引面生成反光镜后盖的侧面 再使用扫描曲面生成反光镜后盖主顶面 使 用直纹曲面生成顶部小平面 以平面休整曲面生成分型面 具体曲面设计步骤 如下 1 生成牵引面 牵引曲面是从一个或多个曲线中 用给定的长度和角度 构建一个带角度 的曲面或带锥度的侧面 在主功能菜单区中依次选择绘图 曲面 牵引曲面选项 在绘图区域选取 一条或多条曲线串联并设置相应的牵引曲面参数可创建牵引曲面 牵引曲面是 将串联外形或基本曲线沿一直线挤出生成的曲面 这条直线是由一个长度和一 个角度来定义的 其长度被称为牵引长度 其角度被称为牵引角度 本例中的牵引曲面是 在主功能菜单中依次单击回主功能表 绘图 曲面 牵引曲面 移动光标拾取前面创建的平面轮廓线的任意一边 系统自动串联 选择这一封闭轮廓 单击 执行完成串联图形的选择 系统在主功能菜单将显 20 示牵引曲面选项 如下图所示 单击牵引长度 在提示框中输入 8 按后面的箭头来改变牵引的方向 单击牵引角度 在提示框中输入 1 在图形将预显一个箭头表示其拉伸的长度及偏移方向和角度 单击执行进 行牵引曲面的创建 2 生成扫描曲面 扫描曲面是物体的截面外形沿切削方向外形平移 旋转 放大和缩小 或 作线型熔接 来构建出多种不同的曲面 这些外形可以由多组不同几何外形图 素合成 且可以位于不同平面上 Mastercam 提供了 3 种不同的扫描曲面构建 方式 分别为一个截断方向外形和一个切削方向外形 一个截断方向外形和两 21 个切削方向外形 两个截断方向外形和一个切削方向外形 本例中的扫描曲面是选择了一个截断方向外形和两个切削方向外形的构建 方式 a 在主功能菜单依次单击回主功能表 绘图 曲面 扫描曲面 b 拾取截断方向外形 c 拾取切削方向外形 22 d 生成扫描曲面 其中 b c 两步是在 a 前面为生成扫描曲面做的辅助部分 3 生成顶部小平面 23 顶部小平面是通过直纹面创建的 直纹曲面是通过将选取的两个或多个截 面外形通过熔接方式形成的一个曲面 创建直纹曲面时 只需依次拾取轮廓线 完成后单击执行进行曲面生成 本例中的直纹曲面是 a 在主功能菜单依次单击回主功能表 绘图 曲面 直纹曲面 b 拾取 13 的圆 系统提示选择新支时单击结束选择 选择圆为第 1 个外形 24 c 系统提示选择外形 2 在主功能菜单单击更换模式 单点 移动光标到 13 的圆弧上 系统将自动捕捉到该圆的圆心 拾取该圆心作为直纹曲面的第 2 个外形 点也可以作为一个串联图素来应用 25 d 单击执行完成外形的选择 在单击执行进行直纹曲面的创建 26 4 生成分型面 分型面是以平面修整方式生成的 平面修整方式生成曲面只需选取在同一 平面内的封闭外形即可绘制出由这些外形定义的一个平面曲面 它实际是生成 了一个大平面 再使用外形边界进行曲面修整 本例中的平面修整曲面是 a 创建矩形 1 调整视角 在工具条上单击 视角 等角视图 按钮 图形转为轴侧视图方式 并且构图面自动转变成 T 俯视图 2 绘制矩形 在主功能菜单依次单击绘图 矩形 一点 系统将 弹出矩形绘制对话框 输入矩形的宽度为 200 矩形的高度为 150 点的位置为 中心点 单击 确定 按钮完成一点矩形的参数设置 在抓点菜单上选择原点 以坐标原点为中心创建一个矩形 b 创建平面修整曲面 在主功能菜单依次单 击回主功能表 绘图 曲面 修剪延伸 平面修整 在图形上选择刚创建的矩 形为第 1 个串联 再选择牵引曲面的串联轮廓为第 2 个串联 单击执行生成修 整平面 27 3 5 2反光镜后盖凸模的设计 凸模的设计也像凹模一样 还是由曲面相连接生成的 因为图素的建立过 程基本差不多 也是使用的基本的曲面命令 在这里就不再像介绍凹模那样把 每一个步骤都列在这里了 第第 4 4 章章 凸凹模数控加工工艺分析凸凹模数控加工工艺分析 28 4 4 1 1 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 无论是手工编程还是自动编程 在编程前都要对所加工的零件进行工艺分 析 拟订工艺方案 选择合适的刀具 确定切削用量 在编程中 对一些工艺 问题 如对刀点 加工路线等 也需要做一些处理 因此 数控编程的工艺处 理是一项十分重要的工作 4 1 1 数控加工的基本特点 数控加工的工序内容比普通机加工的工序内容复杂 数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂 这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题 如工序内工步的安 排 对刀点 换刀点及走刀路线的确定等问题 在编制数控加工工艺时却要认 真考虑 4 1 2 数控加工工艺的主要内容 选择适合在数控上加工的零件 确定工序内容 分析加工零件的图纸 明确加工内容及技术要求 确定加工方案 制 定数控加工路线 如工序的划分 加工顺序的安排 非数控加工工序的衔接等 设计数控加工工序 如工序的划分 刀具的选择 夹具的定位与安装 切削用 量的确定 走刀路线的确定等等 调整数控加工工序的程序 如对刀点 换刀点的选择 刀具的补偿 分配数控加工中的容差 处理数控机床上部分工艺指令 4 1 3 常用数控加工方法 平面孔系零件 常用点位 直线控制数控机床 如数控钻床 来加工 选择工艺路线时 主要考虑加工精度和加工效率两个原则 旋转体类零件 常用数控车床或磨床加工 考虑加工效率 在车床上加工时 通常加工余量大 必须合理安排粗 加工路线 以提高加工效率 实际编程时 一般不宜采用循环指令 否则 以 工进速度的空刀太大 比较好的方法是用粗车尽快去除材料 再精车 考虑刀尖强度 数控车床上经常用到低强度刀具加工细小凹槽 平面轮廓零件 常用数控铣床加工 应注意 切入与切出方向控制 一次逼近方法选择 只具有直线和圆弧插补功能的数控机床在加工不 29 规则曲线轮廓时 需要用微小直线段或圆弧段去逼近被加工轮廓 其误差称为 一次逼近误差 逼近时 应该使工件误差在合格范围同时程序段的数量少为 佳 4 24 2 模具的数控铣削工艺分析模具的数控铣削工艺分析 4 2 1 模具加工的基本特点 1 加工精度要求高 一副模具一般是由凹模 凸模和模架组成 有些还可 能是多件拼和模块 于是上 下模的组合 镶块与型腔的组合 模块之间的拼 和均有很高的加工精度 精密模具的尺寸精度往往达微米级 2 形面复杂 有些产品如汽车覆盖件 飞机零件 玩具 家用电器 其形 状的表面是由多种曲面组合而成 因此 模具型腔面就很复杂 有些曲面必须 用数学计算方法进行处理 3 批量小 模具的生产不是大批量成批生产 在很多情况下往往只生产一 副 4 工序多 模具加工中总要用到铣 镗 钻 铰和攻螺纹等多种工序 5 重复性投产 模具的使用寿命是有限的 当一副模具的使用超过其寿命 时 就要更换新的模具 所以模具的生产往往有重复性 6 仿形加工 模具生产中有时即没有图样 也没有数据 要根据实物进行 仿形加工 7 模具材料优异 硬度高 模具的主要材料多采用优质合金钢制造 特别 是寿命长的模具 常采用 Cr12 CrWMn 等莱氏体钢制造 这类钢材从毛坯锻造 加工到热处理均有严格要求 因此加工工艺的编制就更不容忽视 热处理技术 参数更需要严格制定 根据上述诸多特点 在选用机床上要尽可能满足加工要求 如数控系统的 功能要强 机床精度高 刚性好 热稳定性好 具有仿形加工功能 4 2 2建议采取的技术措施 根据模具加工的特点 以及数控机床新工艺的要求 建议在加工工艺上采 取一些措施 以便发挥机床的高精度 高效率的特点 保证模具加工质量 1 精选材料 毛坯材质均匀 目前有些材料可以做到在粗加工后变形量较 小 铸锻件应经过高温时效 消除内应力 使材料经过多工序加工之后变形小 2 合理安排工序 精化工件毛坯 在模具的生产过程中不止依靠一两台数 控铣床即可完成工件的全部加工工序 而需与普通铣床 车床等通用设备配合 使用 在保证高精度 高效率以及数控加工和通用设备加工各自特长的前提下 数控加工前的毛坯应尽量精化 除去铸锻 热处理产生的氧化硬层 只留少量 30 加工余量 加工出基准面 基准孔等 3 数控机床的刚性强 热稳定性好 功率大 在加工中尽可能选择较大的 切削用量 这样即可以满足加工精度要求又提高了效率 4 有些工件由于易产生切削内应力 热变形 再考虑到装夹位置的合理性 夹具夹紧变形等因素 必须多次装夹才能完成装夹工序 5 加工工序的顺序建议 a 重切削 粗加工 去除零件毛坯上大部分余量 如粗铣大平面 粗铣曲 面 粗镗孔 等 b 加工发热量小 精度要求不高的内容 如半精铣平面 半精镗孔等 c 在模具加工中精铣曲面 d 打中心孔 钻小孔 攻螺纹 e 精镗孔 精铣平面 铰孔 注意在重切削 精加工时要有充分的冷却液 粗加工后至精加工之前要有 充分的冷却时间 在加工中尽量减少换刀次数 减少空行程移动量 4 2 3铣削曲面时应注意的问题 1 粗铣 粗铣时应根据被加工曲面给出的余量 用立铣刀按等高面一层一 层地铣削 这种粗铣效率高 粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田 台阶的高度 视粗铣的精度而定 2 半精铣 半精铣的目的是铣掉 梯田 的台阶 使被加工表面更接近于 理论曲面 采用球头铣刀一般为精加工工序留出 0 5 左右的加工余量 半精 加工的行距和步距可比精加工大 3 精加工 最终加工出理论曲面 用球头铣刀精加工曲面时 一般用行切 法 对于开敞性比较好的工件而言 行切的折返点应选在曲表的外面 即在编 程时 应把曲面向外延伸一些 对于开敞性不好的工件表面 由于折返时切削 速度的变化 很容易在已加工表面上留下由停顿和振动产生的刀痕 所以在加 工和编程时 一是要在折返时降低进给速度 二是在编程时 被加工曲面折返 点应稍离开阻挡面 对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工 这 样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接 而不致产生很大的刀痕 4 球头铣刀在铣削曲面时 其刀尖处的切削速度很低 如果用球刀垂直于 被加工面铣削比较平缓的曲面 球刀刀尖切出的表面质量较差 所以应适当提 高主轴转速 另外还应避免用刀尖切削 5 避免垂直下刀 平底圆柱铣刀有两种 一种是端面有顶尖孔 其端刃不 过中心 另一种是端面无顶尖孔 端刃相连且过中心 在铣削曲面时 有顶尖 孔的端铣刀绝对不能像钻头一样向下垂直进刀 除非预先钻有工艺孔 否则会 把铣刀顶断 如果用无顶尖孔的端铣刀时可以垂直向下进刀 最好的办法是向 31 斜下方进刀至一定深度后 再用侧刃横向切削 在铣削凹槽面时 可以