棒哥设计 目录 绪论1 1 设计要求2 2 用Pro/ENGINEER软件对旋钮进行设计分析2 2.1 对旋钮的进行三维造型2 2.2 旋钮的工艺性分析2 2.2.1 旋钮的结构尺寸2 2.2.2 旋钮的精度2 2.2.3 旋钮的材料3 2.2.4 脱模斜度3 3 对旋钮模型进行预处理及分析3 3.1 对旋钮模具预处理3 3.2 塑料顾问分析参照零件4 3.2.1 分析浇口位置4 3.2.2 分析材料填充过程5 3.2.3 对冷却质量进行分析6 3.2.4 对冷凝收缩分析6 3.2.5 对熔接痕和气泡的分析7 4 用Pro/ENGINEER软件对旋钮进行模具设计7 4.1 模具设计7 4.1.1 参考模型的布局7 4.1.2 设计分型面9 4.1.3 浇注系统及排气系统的设计9 4.1.4 冷却系统及定位系统的设计10 4.1.5 分模生成上下模10 4.1.6 开模11 4.2 模具的工艺性分析13 4.2.1 模具的结构尺寸13 4.2.2 模具的精度13 4.2.3 模具的材料13 5 从Pro/ENGINEER中导出IGES格式的文件13 6 在CAXA中系统导入IGES格式的文件13 7 用CAXA软件对旋钮模具进行仿真加工14 7.1 对旋钮凹模进行数控加工14 7.1.1 对凹槽进行粗加工14 7.1.2 对凹槽进行精加工16 7.1.3 对浇注系统进行加工仿真18 7.1.4 对定位孔及冷却系统进行加工仿真21 7.2 对旋钮凸模进行数控加工21 7.2.1 加工出凸起的实体21 7.2.2 加工出凹槽23 7.2.3 定位孔及水线的加工23 结论24 参考文献25 致谢26 绪论 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，所以模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它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。在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。 改革开放以来，我国的模具1工业发展也十分迅速。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。近年来，我国模具工业每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。 随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。目前我国塑料模具约占模具工业总产值30％～35％。国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，因为注塑成型可以对形状复杂的塑料产品实现一次成型，是一种高效率、大批量的生产方式。仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨其中80％以上的产品通过注塑生产。注塑模具的优劣直接影响注塑成型的质量。注塑模具行业，欲要加工出高精度、高质量、复杂型面的注塑模具必须借助先进的计算机辅助设计和制造软件、编制合理的加工工艺规程、选择合适的加工设备和刀具、设定最佳切削用量，这是保证加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度的有效途径。 注塑模的设计与制造在现代制造业中占有相当重要的地位，有简单的，有复杂的，就设计的总体过程来说是一样的，只是不同的加工要求导致不同的工艺过程。本设计是根据注塑件的要求，利用计算机三维软件设计、数控加工中心制造来完成的，从而熟悉了一般注塑件从模型设计到加工路径的编辑进而生成加工程序再到加工成型的整个过程。 1 设计要求 旋钮模具的具体设计要求： (1)利用Pro/ENGINEER软件对旋钮进行三维造型及模具设计 (2)利用CAXA软件对旋钮的上下模进行数控编程生成加工代码 (3)利用数控铣床分别对旋钮的上下模进行加工 2 用Pro/ENGINEER软件对旋钮进行设计分析 2.1 对旋钮的进行三维造型 利用Pro/ENGINEER软件下的【零件】模块对旋钮进行三维造型设计，效果如图1所示。 图1 旋钮的三维模型 2.2 旋钮的工艺性分析 2.2.1 旋钮的结构尺寸 该旋钮结构不太复杂，曲面较多。尺寸为25×25×21（mm），较薄的地方壁厚为1.5mm，较厚的地方壁厚为3mm，尺寸不大，适用大批量生产，可用一模多腔注塑加工。 2.2.2 旋钮的精度 在一般的模具生产设计过程中，为了降低模具的加工难度和模体的生产成本，在满足塑件使用要求的前提下，选取较低等级的公差，便于模具的加工与生产。 工件是风扇旋钮，要求的精度不高，中等精度就能满足要求，按照数控机床加工出的注塑模具就能达到该工件所需要的精度。 结合本塑件的具体情况，查参考文献《塑料模具设计手册》得，该塑料件尺寸精度为4级，未注公差为8级精度，对应的模具精度为IT8。 2.2.3 旋钮的材料 工件材料选用工程塑料ABS。ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，属于热塑性无定性塑料，价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广的工程塑料之一。 ABS塑料的力学性能和热性能均好、硬度高、表面易镀金属、流动性中等；易加工、高光洁度及高强度，又有其耐疲劳和抗应力开裂能力、冲击强度高 ；耐酸碱等抗化学性腐蚀性强，容易加工成型、修饰容易等优点。其密度ρ=1.02～1.16g/cm3，溢边值为0.04毫米左右，吸湿小，不须充分干燥，且不易分解，可用螺杆或柱塞式注射机注射成型。 2.2.4 脱模斜度 为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，在设计时塑件内外壁应具有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率的大小、塑件的几何形状有关。 该塑件均厚约2mm，其脱模斜度查参考文献《塑料模具设计手册》得：材料为ABS的流动性一般，对温度敏感。溢边值为0．04mm左右，脱模斜度一般取大于或等于以上。 3 对旋钮模型进行预处理及分析 旋钮三维造型完成后，在创建模具模型之前，应运用Pro/ENGINEER软件下的组件模块对设计模型进行预处理分析，其目的在于防止由于几何缺陷导致的分模失败，对模型作一定的调整和适应设计变更。 3.1 对旋钮模具预处理 (1)在Pro/ENGINEER的组件模块下用全选旋钮的所有曲面后实体化的方法创建新的模型 (2)对新建的模型重置基准平面及坐标系，作为在后面布局旋钮零件时的基准。 (3)新建两层用于放置前面所建的基准，为了在以后的模具设计中便于遮蔽基准平面和基准坐标系。 处理后的设计模型如图2所示。 图2 旋钮模具预处理 3.2 塑料顾问分析参照零件 利用Pro/ENGINEER系统下的【制造】/【模具型腔】模块创建参照零件。使用塑料顾问对旋钮模型进行塑料流动分析，检查填充情况。 3.2.1 分析浇口位置 分析结果如图3所示，浇口位置最合适的地方为蓝色部位，最坏的部位为红色部位。 图3 塑料顾问分析的浇口位置的结果 由于在深蓝色部位放置浇口后不利于放置浇道和浇口，暂时选择如下图4所示浅蓝色的部位。 图4 添加注射点 3.2.2 分析材料填充过程 选择好浇口位置后需要对材料的填充过程进行模拟，填充过程如下图5所示。 图5 材料填充过程 塑料顾问对之前选择的浇口位置进行分析，以便检验浇口的位置是否合理。分析结果如图6所示。 图6 塑料填充分析结果 通过上图可以看出模型表面完全以绿色显示，没有塑料填充的缺陷。 3.2.3 对冷却质量进行分析 分析结果如图7所示，绿色地方冷却结果好，红色的地方冷却结果不好，红色部位可加强冷却来弥补。 图7 冷却质量检测结果 3.2.4 对冷凝收缩分析 对塑件的冷凝收缩分析如图8所示，缩痕主要集中在上下两个部位，减少浇注时塑料中的空气、采用流动性好的材料和尽快的排出型腔中的气体可减少缩痕的面积。 图8 冷凝缩痕分析 3.2.5 对熔接痕和气泡的分析 如图9所示的红线和圆球为熔接痕和气泡，熔接痕和气泡的多少、位置会直接影响产品的质量和外观。 图9 熔接痕和气泡 4 用Pro/ENGINEER软件对旋钮进行模具设计 利用Pro/ENGINEER系统下的【制造】/【模具型腔】模块进行模具组件设计，它包括参考模型的布局、工件的添加、收缩率的设置、分型面的设计、分割体积块、抽取模具元件、铸模及开模几大部分。 4.1 模具设计 4.1.1 参考模型的布局 在Pro/ENGINEER软件下的【制造】/【模具型腔】模块下，添加旋钮参照模型。由于零件较小适用于一模多腔注塑生产，节约成本。 打开布局对话框进行设置如图10所示。 图10 布局设置 布局后的效果如图11所示。 图11 布局后的效果图 放置工件后效果如图12所示。 图12 定义工件 根据铸造理论，铸件在温度下降而凝固的过程中体积会缩小。因此在进行模具设计时，必须考虑材料对零件大小的影响，通常的做法是根据材料的特性适当加大参考模型的尺寸。这样在元件成型后会略有收缩，最后生成的零件才能得到设计要求。由于ABS塑料的收缩率为0.4%—0.7%，取产品的收缩率为“0.005”。 4.1.2 设计分型面 模具型腔设计的重点在于分型面的创建，模具分型面用来分割工件或现有体积块，包含一个或多个零件的曲面，是分割体积块创建模具元件的依据。 旋钮模具采用一模多腔所以分型面采用延伸后合并的方法创建，如下图13所示。 图13 旋钮模具的分型面 4.1.3 浇注系统及排气系统的设计 浇注系统是指模具中从接触注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。浇注系统的设计正确与否是注射成型能否顺利进行，能否得到高质量塑件的关键。浇注系统一般有主流道、分流道、冷料井和浇口组成。 在这里，旋钮模具的主流道采用实体特征中切割材料方式来建立浇注系统。分流道和浇口采用模具特征中的流道特征建立浇注系统，利用流道特征可以快速创建标准流道。 注塑模具排气不畅会在型腔内形成高压，造成气孔、空洞，组织疏松等质量缺陷。常用的排气方式有顶针排气、分型面排气、镶件排气和模胚排气等。由于旋钮是小尺寸零件，产生的热量并不多，所以用上下模的间隙排气也就是利用分型面排气即可。 浇注系统的效果图如图14所示。 图14 浇注系统 4.1.4 冷却系统及定位系统的设计 塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，而各种塑料的性能和成型工艺是不同的，所以对模具温度的要求也是不同的。温度调节系统根据不同的情况，包括冷却系统和加热系统两种。对于大多数热塑性塑料，模具上不需加热装置。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水在模具中进行冷却。冷却系统的效果图如图15所示。 图15 冷却系统的布局 4.1.5 分模生成上下模 在前面的工作做完后就需要分割体积块对模具进行分割。分割模具就是以建立好的分型面为依据，分割出相应的凹模和凸模。 分好的凸模如图16所示，凹模如图17所示。 图16 凹模 图17 凸模 4.1.6 开模 在创建完凸模和凹模之后，可以在模型中进行模拟浇注，产生一个模拟的塑料件，以便检查分型面的设计是否合理。效果如图18所示。 a b 图18 铸模模型 铸模完成后，Pro/ENGINEER系统能模拟开模过程，以便更清晰地观看模具型腔的结构。效果如图19所示。 a b 图19 模拟开模 4.2 模具的工艺性分析 4.2.1 模具的结构尺寸 （1）凹模：尺寸为135×90×22（mm） （2）凸模：尺寸为135×90×19（mm） 该模具结构不太复杂，尺寸不大，适宜于注塑加工。 4.2.2 模具的精度 工件是风扇旋钮模具，要求的不高，需按照数控铣床加工的方式就达到该工件所需要的精度。 4.2.3 模具的材料 工件选用硬铝12（2A12）棒材作为材料，此材料的抗拉强度470MPa，屈服强度为325MPa，疲劳强度为105MPa，伸长率为10%，硬度为120HB。根据以上分析该材料的综合性能好，硬度适中，适合数控切削加工。 5 从Pro/ENGINEER中导出IGES格式的文件 由于CAXA不识别Pro/ENGINEER默认的保存格式，所以模具设计完成后需要把凸、凹模图形另存为IGES格式的文件。 6 在CAXA中系统导入IGES格式的文件 从Pro/ENGINEER中输出凸、凹模零件的IGES格式文件后，便可以在CAXA中将其导入并编辑加工轨迹进行仿真。 （1）导入凹模IGES数据文件，如图20 （2）导入凸模IGES数据文件，如图21 图20 凹模 图21 凸模 7 用CAXA软件对旋钮模具进行仿真加工 7.1 对旋钮凹模进行数控加工 7.1.1 对凹槽进行粗加工 在对旋钮凹模加工前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。 效果如图22所示。 图22 定义毛坯 在凹模的八个凹槽、定位孔及主流道上打工艺孔。 用直径是3mm的球头铣刀对凹模的八个凹槽进行等高线粗加工，目的是粗切除大部分的工件材料。 具体的参数设置及生成的加工轨迹及仿真效果如图23所示。 a 加工参数设置 b 切削参数设置 c 加工轨迹 d 粗加工仿真效果 图23 参数设置及生成的加工轨迹及仿真效果 7.1.2 对凹槽进行精加工 用直径是3mm的球头铣刀对凹模的八个凹槽进行等高线精加工，除去剩下的余量。具体的参数设置及生成的加工轨迹及仿真效果如图24所示。 a 加工参数设置 b 切削用量设置 c 生成的加工轨迹 d 精加工仿真效果图 图24 参数设置及生成的加工轨迹及仿真效果 7.1.3 对浇注系统进行加工仿真 （1）由于浇道对精度的要求不高，先用直径4mm的钻头钻孔再用等高粗加工对浇道进行加工仿真即可。方法与凹槽的加工一样。 （2）分别用有4mm、3mm和2mm球头铣刀对主流道、分流道和浇口进行平面轮廓加工。具体的参数设置及生成的加工轨迹及仿真效果如图25-29所示。 a b 图25 主流道的加工参数设置 a b 图26 分流道的加工参数设置 a b 图27 浇口的加工参数设置 图28 流道及浇口的加工轨迹 图29 流道及浇口的仿真效果图 7.1.4 对定位孔及冷却系统进行加工仿真 （1）定位孔为5mm的圆孔，定位精度要求较高，可先用4mm钻头钻孔再用5mm的立铣刀加工。 （2）水线对精度要求不高，水管孔用3mm的钻头、沉孔用4mm钻头钻孔。 7.2 对旋钮凸模进行数控加工 7.2.1 加工出凸起的实体 在旋钮凸模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。效果如图30所示。 图30 定义毛坯 凸模凸起部分的表面为曲面需用球刀加工，其周围平面可用立铣刀加工。 （1）20mm立铣刀采用平面区域加工出凸起的圆柱区域，如图31 （2）5mm立铣刀用平面轮廓加工出八个独立的圆柱凸起，如图32 （3）3mm球头铣刀用等高粗加工和参数线精加工加工出凸起实体的表面，如图33所示。 图31 加工出凸起的圆柱区域 图32 加工出独立的圆柱凸起 图33 加工出凸起实体的表面 7.2.2 加工出凹槽 （1）用3mm立铣刀加工凹槽的上部 （2）用2mm立铣刀加工凹槽的下部的四个槽 （3）用3mm球头铣刀加工凹槽中间的圆锥柱 仿真效果如图34所示。 图34 凹槽仿真效果 7.2.3 定位孔及水线的加工 定位孔和水线的加工和凸模中定位孔和水线的一样。定位孔先用4mm的钻头钻孔，再用5mm的立铣刀加工。水线的管道用3mm的钻头钻孔，水线的沉孔用4mm的钻头钻孔。 结论 以上是本次设计的基本过程。通过此次设计，我了解了注塑模方面的基本知识，熟悉了一般注塑模具设计的过程，也培养了我综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，巩固和深化了我的专业知识，使我在调查研究和收集资料等方面有了显着的提高，同时在分析、设计计算、绘图及机床操作方面有了较大的进步。 这次设计总体上还是比较成功的，但是也有不足的地方。由于曲面较多、塑件太小和受刀具的限制，曲面与曲面相接的地方表面质量不是太好，还有工艺安排方面也有不足的地方，这些是我不太满意的地方，值得进一步研究和改善。在以后的设计中我一定会吸取教训，争取做的更好。 参考文献 [1]唐骏,龙坤.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0(中文版)基础教程[Ｍ].北京:清华大学出版社，2008. [2]李祥鹏,康顺利.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0模具设计[Ｍ].北京:中国铁道出版社,2006. [3]张正修.模具产业的现状及发展对策[J].五金科技,2005,20(8):30-35. [4]李群.模具CAD/CAE的发展概况及趋势[J].模具工业,2005,12(3):27-30. [5]刘英俊.我国改性塑料行业“十一·五”期间发展概况及“十二·五”展望[M].中国塑料,2011,3(3):1-6. [6]倪雪峰.基于Pro/E模具设计中拆模方法的研究与现实[J].模具工程,2005,21(3):16-19. [7]刘平平.注塑模自动分模技术研究[D].上海:同济大学,2009. [8]唐合存.基于层次分析法的注塑模方案设计系统研究[D].大连:大连理工大学,2008. [9]金秀莲 </Paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e9%87%91%e7%a7%80%e8%8e%b2%22+DBID%3aWF_QK>.浅谈注塑工艺的影响因素[J].商品与质量?前沿观察 </Periodical-spyzl-qygc.aspx>,2010,(2) </periodical/spyzl-qygc/2010-2.aspx>. [10]刘松年 </Paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e5%88%98%e6%9d%be%e5%b9%b4%22+DBID%3aWF_QK>,崔怡 </Paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e5%b4%94%e6%80%a1%22+DBID%3aWF_QK>.水辅助注塑工艺介绍[J].模具技术,2009,(2) </periodical/mjjs/2009-2.aspx>. [11]苏树珊.模具实用技术设计综合手册[Ｍ].广州:华南理工大学出版社，2003. [12]彭志强，杜文杰，高秀艳.CAXA制造工程师实用教程［M］.北京:化学工业出版社，2005. [13]张以鹏.实用切削手册[Ｍ].辽宁:辽宁科学技术出版社，2007. [14]田学军.注塑过程分析及工艺参数设定[J].机械工程师,2005,8(58):2-10. [15]罗宇玲,曹辉,刘好.大型注塑模具使用寿命影响因素分析及改进方法[J].茂名学院学报,2006,16(4):25-30. [16]田学军.注塑过程分析及工艺参数设定[J].机械工程师,2005,16(2):12-16. [17]徐慧民.模具制造工艺学[M].北京理工大学出版社,2007,8. [18]施平.机械工程专业英语[Ｍ].哈尔滨工业大学出版社,2002. 致谢 大学本科的学习生活即将结束，感谢学院领导和老师给我提供了深入学习的机会和宽松的学习环境。通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识得到了再次温习，而且也使我学到了专业领域中一些前沿的知识。 非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导和亲切关怀的老师及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。在此，请允许我再次向曾直接给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！ QQ 29467473 | 
川公网安备: 51019002004831号