【ZM120】玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真【FY+RW】[侧浇口]
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盐城工学院毕业设计说明书 1 摘要： 普通车床作为最早的金属切削机车的一种，目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大规模的生产。普通车床的加工偏差主要依赖与操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验零件的公差。在把试验零件重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。 关键词 :机械；车床 用于车外圆，端面和镗孔等加工的机床称作车床。车削很少在其他种类的机床上进行，因为其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床除了用于车外圆还能 用于镗孔，车端面，钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次定位安装中完成多种加工。这就是在生产中普遍使用各种车床比其他种类车床都要多的原因。 两千多年前就已经有了机床。现代车床可以追溯到大约 1797 年，那时亨利 莫德斯利发明了一种具有丝杠的车床。这种车床可以控制工具的机械进给。这位聪明的英国人还发明了一种把主轴和丝杠相连接的变速装置，这样就可以切削螺纹。 车床的主要部件：床身，主轴箱组件，尾架组件，拖板组件，变速齿轮箱，丝杠和光杠。 床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在床身上面有内外两组平行导轨。一些制造厂生产的四个导轨都采用倒“ V”型，而另一些制造厂则将倒“ V”型导轨和平面导轨相结合。由于其他的部件要安装在导轨上并在导轨上移动，导轨要经过精密加工，以保证其装配精度。同样地，在操作中应该小心以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常会使整个机床的精度遭到破坏。大多数现代机床的导轨都要进行表面淬火处理，以减少磨损和擦伤，更大的耐磨性。 主轴箱安装在床身一端内导轨的固定位置上。它提供动力，使工件在各种速度下旋转。 它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮 过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有 8 18 种转速，一般按等级数排列。在现代车床上只需扳动 24 个手柄，就能得到全部挡位的转速。目前发展的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。 由于车床的精度在很大程度上取决于主轴，因此主轴的结构尺寸较大，通常安装在紧密配合的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因为当工件必须通过主轴孔供 料玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 2 时，它确定了能够加工棒料毛坯的最大外径尺寸。 主轴的内端从主轴箱中凸出，其上可以安装多种卡盘 、 花盘和挡块。而小型的车床常带有螺纹截面供安装卡盘之用。很多大车床使用偏心夹或键动圆锥轴头。这些附件组成了一个大直径的的圆锥体，以保证对卡盘进行精确的装配，并且不用旋转这些笨重的附件就可以锁定或者松开卡盘或者花盘。 主轴由电动机经 多数现代车床都装有 5 15马力的电动机，为硬质合金和金属陶瓷合金刀具提供足够的动力，进行高速切削。 尾座组件主要由三部分组成。底座和床身的内侧导轨配合，并可以 在导轨上做纵向移动，底座上有一个可以使整个尾架组件夹紧在任意位置上的装置。尾座安装在底座上，可以沿键槽在底座上横向移动，使尾架和主轴箱中的主轴对中并为切削圆锥体提供方便。尾座组件的第三部分是尾架套筒，它是一个直径通常在 2 3 英寸之间的钢制空心圆柱轴。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几英寸。活动套筒的开口一端具有莫氏锥度，可以用于安装顶尖或诸如钻头之类的各种刀具。通常在活动套筒的外表面刻有几英寸长的刻度，以控制尾座的前后移动。锁定装置可以使套筒在所需要的位置夹紧。 拖板组件用于安装和移动切 削工具。拖板是一个相对平滑的 装在床身外侧导轨上并可以在上面移动。大拖板上有横向导轨，使横向拖板可以安装在上面，并通过丝杠使其运动，丝杠由一个小手柄和刻度盘控制。横拖板可以带动刀具垂直于工件的旋转轴线切削。 大多数车床的刀架安装在复式刀座上，刀座上有底座，底座安装在横拖板上，可绕垂直轴和上刀架转动。上刀架安装在底座上，可用受轮和刻度盘控制一个短丝杠使其前后移动。 溜板箱装在大拖板前面，通过溜板箱内的机械装置可以手动和动力驱动大拖板以及动力驱动横拖板。通过转动溜板箱前的手轮，可以手动操作拖板沿床身移 动。手轮的另一端与溜板箱背面的小齿轮连接，小齿轮与齿条 啮 合，齿条倒装在床身前上边缘的下面。 利用光杠可以将动力传递给大拖板和横拖板。光杠上有一个几乎贯穿整个光杠的键槽，光杠通过两个转向相反并用键相连接的锥齿轮传递动力。通过溜板箱前的换向手柄可以使啮合齿轮与其中的一个锥齿轮啮合，为大拖板提供“向前”或“向后”的动力。合适的离合器或者与小齿轮连接或者与和横拖板的螺杆连接，使拖板纵向移动或使横拖板横向移动。 盐城工学院毕业设计说明书 3 对于螺纹加工，丝杠提供第二种纵向移动的方法。光杠通过摩擦离合器驱动拖板移动，离合器可能会产生打滑现象。而丝 杠产生的运动是通过溜板箱与丝杠之间的直接机械连接来实现的，对开螺母可以实现这种连接。通过溜板箱前面的夹紧手柄可以使对开螺母紧紧包含丝杠。当对开螺母闭合时，可以沿丝杠直接驱动拖板，而不会出现打滑的可能性。 现代车床有一个变速齿轮箱，齿轮箱的输入端由车床主轴通过合适的齿轮传动来驱动。齿轮箱的输出端与光杠和丝杠连接。主轴就是这样通过齿轮传动链来驱动变速齿轮箱，再带动丝杠和光杠，然后带动拖板，刀具就可以按主轴的转数纵向的或横向地精确移动。一台典型的车床的主轴没旋转一圈，通过光杠可以获得从 寸尺寸范围内的 48 种进给量；而使用丝杠可以车削从 92 牙 /英寸范围内的 48 种不同螺纹。一些老式的或廉价的车床为了能够得到所有的进给量和加工出所有的螺纹，必须更换主轴和变速齿轮箱之间的齿轮系中的一个或两个齿轮。 车床的规格用两个尺寸表示。第一个称为车床床面上最大加工直径。这是在车床上能够旋转的工件的最大尺寸。它大约是两顶尖连线与导轨上最近点之间距离的两倍。第二个规格尺寸是两顶尖之间的最大距离。车床床面上最大加工直径表示在车床上能够车削在最大工件直径，而两顶尖之间的最大距离则表示在两个顶尖之间能够安装工件的最大长度。 普通车床是生产中最经常使用的车床种类。它们是具有前面所叙述的所有那些部件的重载机床，并且除了小刀架之外，全部刀具的运动都有机动进给。它们的规格通常是：车床床面上最大加工直径为 305 61012 24 英寸）；两顶尖之间的距离为 610121924 48 英寸）。但是床面上最大加工直径达到 127050 英寸）和两顶尖之间距离达到 3658（ 12 英尺）的车床也并不少见。这些车床大部分都有切削盘和一个安装在内部的冷却液循环系统。小型的普通车床 车床床面最大加工直径一般不超过330 13 英寸） 被设计成台式车床，其床身安装在工作台或柜子上。 虽然普通车床有很多用途， 是很有用的机床，但是更换和调整刀具以及测量工件花费很多时间，所以它们不适合在大量生产中应用。 通常，它们的实际加工时间少于其加工时间的 30%。 此外， 需要技术熟练的工人来操作普通车床，这种工人的工资高而且很难雇到。然而，操作工人的大部分时间却花费在简单的重复调整和观察切屑产生的过程上。因此，为了减少或者完全不雇用这类熟练工人，六角车床 、 螺纹加工车床和其他类型的半自动和自动车床已经很好的研究出来，并已经在生产中得到广泛应用。 玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 4 普通车床作为最早的金属切削机车的一种，目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大规模的生产。 在现代的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快加工设备的速度相等。 普通车床的加工偏差主要依赖与操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验零件的公差。在把试验 零件重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。 of a of in on of be in of an on by a In an be he to do is on of do it do in to to be a of of in in 797, a 盐城工学院毕业设计说明书 5 It of a of to be is of a It is of or or a on of on on an in or or on be to of be in a to in of is on to to is in a on at of It a of at It of a in a of to a be at a of to in a on be by to An is to a or of a is on it is of in or A so be of is an 具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 6 of a it of be be of a of on a to or a of a or to be or in of to is to by of an a or of 5 to at of A on a in An on be it on of a of of is is a in be in of by of a of in a in a or as be A in is on of to in in of A in is a on of on of 城工学院毕业设计说明书 7 on is be by of a is by a a a is in to of of On is on a of a is on so it be a an is on on so it be by a by a a is by to of of is by a on of is to a on a is of in an To to a is a of is to be a by of on of to or to of or of a of is by a of by a in is is by a is by a By of a on of be is 具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 8 of a of ix by of of is to to to to be to a or of A of .5 2 On or in be in to a of of a is by is as is of be on a It is on is be in of be in on in 05 10 12 4 10 219 24 8 up 270 50 up 658 12 a 30 13 in to be on a or of 城工学院毕业设计说明书 9 on is 0% of In a is in of s is by in to or of is of in of a of in in s by a of of of at s on a an on of be in of an on by a In an be 玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 10 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 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 术设计模具方面，仅有约 10%的模具在设计中采用了 抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用 才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用 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 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 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 ,企业对计算盐城工学院毕业设计说明书 11 机辅助模具设计有着强烈的需求。国内外学者在模具 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 统是基于二维 台 (如 发的 ,在 计算机技术飞速发展的今天 ,这种二维模具统已不能满足要求。当前逐渐完善起来的三维 件 ,如 、 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 本课题是对 玩具 汽车上壳制品进行测绘、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。 玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真 12 2 总体方案论证 本课题的设计目的 是对 玩具汽车上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 度方向小于 b. 制品材料： 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 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 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 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 的 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6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 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 进行 刀具路径设定完成 仿真加工，而后输出数控程序。 盐城工学院毕业设计说明书 13 3 具体设计说明 件三维造型 件的测绘 塑件 为玩具汽车上盖， 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（ 0 300、 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； c. 正确地读取数据。 该塑件外形尺寸约为 品投影面积约为 积约为 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 e 件，三维造
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