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探测器
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探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工,探测器,注塑,模具设计,仿真,加工
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毕业设计（论文）中期报告题目：探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工 2018年 5 月 9 日1. 设计（论文）进展状况此毕业设计研究题目为探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工，需要完成塑件的三维建模，并以此为基础使用UG NX当中的注塑模导向Mold wizard展开探测器后盖注塑模具的设计，再使用Moldflow对浇口位置、冷却通道进行模流分析，最后再使用UG NX中的CAM板块对型腔进行仿真加工。为明确论文的各部分，我制定了如下的技术路线图，并严格以此作为后续工作开展的依据。到目前为止，已经完成了塑件三维模型的创建，并已经结束注塑模具的设计部分。图1技术流程图2塑件二维图图3塑件三维建模1.1注塑材料与注塑机的选择该产品用于起保护作用，需要抗压性能、强度、硬度、耐磨性都有特别的要求。塑料制件的品性一定要好。属于量比较大的制品，经过查阅资料，在这里，认为比较好点的原料是经常使用的：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene)。而ABS塑料又有许多牌号，这里所选择的是ABS_POLYLACPA757。虽然该材料的流动性差于HIPS，但是其综合性能（化学稳定性、柔韧性、熔接性、耐热性、阻燃性、抗冲击性）是较为优良的，且可制作双色塑件以及可表面喷漆。所以ABS这种材料是很适合用来制作该探测器后盖塑件制品的。成型前处理：由于ABS这种材料比较容易吸水（在常温下一天能吸收0.3%的水分），纵然这点水分可能不足以形成影响，但是在注塑的时候湿度要是超过了0.2%，制件的表面就会有损坏，所以在注塑成型之前一定得对它进行干燥处理。对ABS这种材料常用的干燥方法:对其进行3小时80摄氏度常压热风干燥；对其进行1.5小时80摄氏度真空热风干燥。注射过程：材料在机子里加热塑化以达到流态，然后由模具的浇注系统进入模具型腔，该过程可分为6阶段（合模、填充、保压、倒流、冷却、脱模）。通常情况下，在开始进行模具设计时，首先应该确定的就是注塑机类型及其相关参数。这样其他部分的设计就可以依据其参数进行设计选型。正如我们所知道，所设计的模具是要通过工人使用专业的工具安装在注射机上然后才可使用，对于这种情况，只有对机器有一个细致的了解后，才能很合理的做出比较实用的模具。通过注射量先预选出一款注塑机，如有不合适后面再进行调换。表1注塑机参数1.2注塑模具结构设计1.2.1分型面设计要充分保证制品可完好脱模；尽量使分型面的加工难度减小；保证制品品质；尽量使制品留在动模一侧。尽量满足制品的使用要求；尽量减少制品在合模方向的投影面积；有利于简化所设计的模具的结构。综上所述，由于该塑件单侧边有一外侧凹槽（此处需添加滑块）的结构原因。1.2.2型腔型芯的设计型腔与型芯有以下几种常见形式：整体式型腔。这种形式的特点是型腔在一块比较的完好的材料上运用一系列的设备制作出来的。不属于穿通式模体，硬度和性能优良。但是对于加工人员来说不方便加工且精度不好保证。由于这样的局限性，使得它只能用于形状简单模具。组合式型腔。组合式型腔可分为：局部镶嵌式以及拼块组合式。型芯可以分为两种类型：整个型和组合型。因为制品的复杂性，所以采用模块式型芯。1.2.3模架的添加模架是支撑型芯与型腔的以及帮助开模机构的，它是模具的基础部分。在工作时，它被定在注射机上，每结束一次注射，它就会借助脱模机构来脱模并取成产品。在设计过程中如有合适的模架可以选用是最为方便的。模具的正常运作除了有承载型芯和型腔的模架外，同时要借助标准件(滑块、螺钉、定位圈、导柱和顶杆等)来完成。通过Mold Wizard来进行模具设计可以简化模具的设计过程,减少不必要的重复性工作，提高设计效率。该模架宽度W=500mm；模架长度L=700mm；型腔高度Z_up=60mm；型芯高度Z_down=40mm。1.2.4模具浇注系统设计通常我们把注射机的喷料嘴与腔体间这样的入料通道称为浇注系统，一般情况下它是由主、分流道以及浇口和冷料穴组成的。我们把注塑机喷料嘴和模具接触点算作是起点，把分流道算作是终点，位于起点与终点之间的塑料原料的过道就把它称为浇注系统的主流道。由于这个主流道是塑料原料最流到的地方，主流道的样子和大小都对最终的塑件有着举足轻重的作用。我们把主流道尾部和浇口间这样一段通道就称它为分流道，这个分流道起着改变塑料原料流动方向的作用，这样以来就能把塑料原料缓缓地均匀的分配下去。在这里的分流道采用流道截面为圆形,D=10mm。我们把联结分流道和模具腔体的这段小通道就叫做浇口。浇口经常有着提升最终塑件品质的作用，因为它可以控制塑料原料粘度、剪切速率等多个参数，所以这个浇口的作用和地位都是非常大的，因此在设计的时候必须认真考虑。在这里的浇口是采用rectangle（矩形浇口）L=14mm；B=5mm。1.2.5抽芯机构的设计当塑料制品零件的四周壁有孔洞、凸出、凹进这些典型特征的时候，在这些地方设计模具的时候，就得把成型这些地方的零件做成可以侧方向能移动的，而且在最终脱模的时候把这些零件先抽调出来。那么通常情况下我们就把零件要做这种侧方向活动的整套的机构就叫做滑块（抽芯机构）。这里模具结构较为简单，芯体不是非常坚固，所以使用的是斜导向的侧芯。gib_long=90mm；wide=30mm在这里的浮升销其实就是斜销，有时也会将其称之为内侧抽芯机构13。这个机构的原理和上面介绍的滑块的原理基本相同。当塑料制品零件的内侧有槽子或者凹进这些典型特征的时候，在这些个地方设计模具的时候，就得把成型这些地方的零件做成可以侧方向能移动的，而且在最终脱模的时候把这些零件先抽调出来。塑件制品的上下侧边有各一个凹穴，所以此处需添加浮升销。riser_angle=8；dowel_dia=4；guide_ht=10；guide_width=40；hole_thick=2；riser_top=16；wear_thk=4；wide=30。1.2.6冷却系统的设计通常情况下我们把为模具进行冷却（加热）的机构统称为冷却系统15，冷却系统的设计在注塑模具当中十分重要，因为塑件在冷却的以后才能有刚性，而且这个环节要占到整个过程的一半以上，如果设计的得当，则能减少时间，提高产出效率，所以一个优良的冷却系统是非常重要的。1.2.7顶出系统设计与模具后期处理顶杆(Ejector Pin)也称推杆,是使用最多的标准件,主要用来将已经成型的塑件,从模具中顶出。依据标准框架参考确定推杆尺寸，接下来，我们同样可以定它的形状尺寸。弹簧(Spring)起到复位的作用。在选用时要注意模具的特点,选择合适规格的元件。弹簧的直径和压缩量都影响到模具的使用,在选用时也要引起足够重视。我们通常把用来拉出浇注系统凝料的这个机构叫做拉料杆。这个尺寸大小与前面创建的顶杆相同。在UG当中得提前以顶杆的名义添到模具里，然后经过修改以后就能得到所需的拉料杆。2. 存在问题及解决措施2.1存在问题（1）在学习使用UG软件中的Mold wizard模块过程中，有许多问题都不了解，例如模架的添加，以及最初安装UG时少安装了标准架库。（2）对于即将用到的Moldflow的模流分析软件还没有全面的了解。2.2解决措施（1）在图书馆借阅相关UG模具设计方面的书籍，并搜寻标准架库进行安装，在之后的工作中，及时与老师和同学们交流，听取他们的意见和建议。多查资料，多做几次，认真完成本次毕业设计。（2）搜集有关Moldflow的模流分析软件的讲解视频和书籍，尽快对该软件的操作有一个整体的熟悉。3. 后期工作安排811周 学习使用Moldflow的模流分析软件，对浇口位置和冷却通道进行相关分析。 1216周 学习使用UG软件中的加工模块，并对加工零件进行模拟仿真。 1618周 编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，毕业答辩。注：1、正文：宋体小四号字，行距22磅。2、中期报告装订入毕业设计（论文）附件册。毕业设计(论文)开题报告题目：探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工 2018年 3 月 20 日1. 本课题的背景、国内外相关研究情况及研究意义1.1题目背景塑料工业是当今世界发展最快的工业门类之一，近些年来随着生产制造业的迅猛发展,塑料产品在汽车、电子通信、计算机、家用电器等众多领域的应用越来越广泛,使得对注塑模具的设计制造的要求也随之提高。以往注塑模具设计主要依靠经验以及反复试模来不断的修改工艺参数,这样使得模具设计制造的周期很长、生产成本也随之提高。在这种情况下,CAD/CAE/CAM一体化的技术为现代注塑模具的设计制造提供了新的解决方法。数控加工编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一,其核心工作是生成刀具轨迹,然后将其离散成刀位点,经后置处理产生数控加工程序。它在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用1。1.2国内外相关研究情况及研究意义过去我国的工业发展中，模具长期未受到重视。模具具有制造成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前随着科技的发展和计算机的不断应用，这些问题得到了很大的改善。由于使用了计算机辅助设计和计算机辅助制造，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠的保证了模具所需要的精度与质量。高硬度、易切削等新材料的应用，大大方便了模具加工及热处理。标准件的普及则缩短了制造周期。设计方面使用经验与理论相结合的方法，从而改变了以往的经验类比实验的方法。现在塑料成形、家用电器、仪器仪表、摩托车、汽车等行业进入大批量生产，我国模具工业虽有一定发展，但仍落后与需要，每年进口模具数量很大。除模具本身外，使用模具的本身设备如高效多工位模压设备，现代的锻压设备，压铸设备，大型塑料成型设备以及供应高效冲压用的卷料设备等仍落后于需要2。目前国外注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。一是注塑成型成组技术；二是多工位连续注塑技术；三是子母螺杆注塑成型技术。另外国外在吹塑成型和压塑成型自动化和连续化生产技术等也有很大进展。CAD/CAM技术的应用越来越广泛，模具的3D与3D分析的重要性也越来越明显。逆向工程技术也被应用到模具加工上来，加之国外的先进加工设备，使得国外的模具制造技术明显要比国内的强一些3。模具是工业生产的主要工艺装备，模具CAD/CAM技术在模具设计当中的应用有重大意义，UG是当今世界上非常先进的面向制造业的CAD/CAE/CAM的高端软件。UG软件的注塑模模块Moldwizard模块，只需设计出产品的3D模型，就可以进行模具结构设计，大大提高了设计效率。在模具非标准件加工方面，利用UG软件提供的UG/CAM模块，可以完成平面铣、型腔铣、规定轴曲面轮廓铣等数控编程4。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1主要内容（1）选择并确定探测器后盖结构形状查找资料找寻尺寸符合要求的探测器后盖制品（2）制品的工艺分析要注意的问题有：分型面设计，拔模斜度设计，镶块与抽芯结构设计设计合适的型芯、型腔选择合理的模架、注塑机（3）探测器后盖注塑模具设计运用CAE分析软件Moldflow对探测器后盖的最佳浇口位置进行分析,以此为据创建浇注系统方案,并结合塑料熔体在模具腔体内温度场、应力场、成型缺陷等分析结果,得出理想的浇注系统和冷却系统设计方案。（4）注塑模具型腔数控加工编程与仿真使用UG NX的CAM模块完成型腔的粗、精加工数控编程与后置处理；利用几何仿真软件完成切削轨迹的运动仿真与虚拟切削。2.2研究方案2.2.1模具总体设计（1）制品的分析探测器后盖制品的形状由曲线和一些复杂的凹槽构成，其材料为ABS，产品的要求是造型上要求美观，同时能保护内部的电器系统，以免受到破坏，质量小，机械性能良好，能耐冲击，并且要有很好的耐磨损特性，ABS材料具有超强的易加工性、低蠕变性、优异的尺寸稳定性以及很高的冲击强度5-6。探测器后盖制品三维造型如图1所示。图1 制品的三维造型（2）注射机的选择注塑模具是与注塑机配套使用，因此设计时注塑机的选择尤为重要。从模具设计的角度出发，应了解的注射机的技术要求有：注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等7。（3）模具设计准备阶段第一步，创建模具项目 系统会自动参照定义后的路径将初始化的部件保存至相应文件内，并创建与整个项目相关的文件。在UGNX的注塑模向导模块下，利用项目初始化命令将探测器外盖的三维模型加载到UG工作环境中，系统自动计算并将塑件调入工作环境。第二步，设置模具坐标系 模具坐标系用于产品的重新定位，以便把他们放置在模具装配的正确位置上，通过移动及旋转产品坐标系将其调整到与模具坐标系相同的位置，开模方向为Z轴的正方向，同时也是顶出方向，锁定模具坐标系，完成模具坐标系的设置。第三步，设置产品收缩率 产品材料是ABS，由于ABS塑料的尺寸稳定，收缩率较小，而且要求零件能够抗冲击，产品的精度要求较高，变形要求小，因此收缩率取1.006。第四步，设置工件尺寸 根据制件外形尺寸和模具壁厚来完成工件尺寸的设置8-9。（4）型腔数的确定及型腔的布局以机床的注射能力为基础，每次的注射量不超过注射机最大注射量的80%，按公式计算模具的型腔数。由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力,以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定,这就要求型腔与主浇道之间的距离尽可能最短,同时采用平衡的浇道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等10-11。（5）分型面的确定分开模具能取出塑件的面，称作为分型面，其它的面称作分离面或分模面，注射模只有一个分型面。选择分型面时，应根据几何形状的外观质量、浇注系统的合理布置、便于取件、利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面的位置宜取在塑件外形轮廓最大处。创建分型面取决于分型线的形状分型线周边的特征形状以及相关模具设计要求，创建的分型面是否合理直接影响到模具能否正常生产，关系到加工出的零件品质的好与坏以及模具加工的难与易。Moldwizard提供的创建分型面的方式有拉伸扫描有界平面等，根据工件的特征选择有界曲面创建的分型面12。（6）后续处理工作型芯和型腔是模具的成型零件，一套完整的注塑模具还需要模架做支撑，需要浇注系统完成塑料熔体注射到模具型腔，顶出机构实现将塑件顶出模具型腔，冷却系统实现塑件的快速凝固成型，其所有零件可以通过调用模架和标准件来实现。本模具设计包括添加模架、标准件和浇注系统设计、冷却系统设计、顶出机构设计等13。2.2.2模具数控加工工艺设计（1）加工工艺流程的制定模具加工工艺流程的设计内容主要包括毛坯工件的选择，加工区域的确定，工艺路线的拟定，加工刀具的选择，加工方式、走刀路线和切削用量的确定，以及加工仿真。加工仿真合理之后，依据机床类型选择后处理文件，生成NC加工程序。（2）加工工序的设计粗加工工序 粗加工为精加工的预加工工序，也可作为精度、表面粗糙度和质量要求不高，作为非配合面的最终加工。精加工工序 一般可作为最终加工工序，注射模具的凹凸模的成形铣削可达IT810、表面粗糙度可达Ra1.60.8um；电火花加工电极损耗可以达0.02%0.1%、表面粗糙度可达Ra0.31.25um。精饰加工工序 一般在热处理后进行，其工艺内容包括研磨、抛光皮纹加工等。即从模具凹凸模型面上去除极小余量，使工件最终达到形状、尺寸及其精度和表面粗糙度要求。（3）数控仿真a.选择加工参数b.刀具选择c.确定后出现刀具路径d.一系列参数的设置e.进行加工f.数控加工后置处理程序的生成14-152.3研究方法（1）查找注塑模具设计与型腔加工的相关文章，整理有用资料；（2）进行对制品和工艺过程进行分析；（3）对加工工艺过程进行改进；（4）计算主要工艺参数；（5）制作改进后的工艺流程卡片及工艺加工图；（6）基于UG的建模及仿真模块实现模具的建模并生成数控加工代码；（7）整理文件和各种工程图完成论文。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1重难点此次的设计任务是探测器外盖注塑模具设计及其型腔数控仿真，有以下个几问题需解决：1.制品的测绘和三维造型2.UG软件的注塑模模块Moldwizard模块的应用3.仿真加工时对UG/CAM的应用3.2前期已开展工作前期主要需要完成相应的准备工作，主要包括：对课题的查询了解、与导师沟通确定设计方向、相关文献的查询准备（中文、外文）、开题报告的撰写、相关软件的学习。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）12周 查阅资料，写开题报告。 37周 选择并确定探测器后盖结构形状。 811周 零件图样的工艺性分析，注塑模具设计。 1216周 学习使用UG软件中的加工模块，并对加工零件进行模拟仿真。 1618周 编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，毕业答辩 。5. 参考文献1胡少南.中国通信设备、家用视听、计算机、汽车电子类消费电子产品纸质印刷包装业市场现状及发展趋势分析J.中国包装, 2011, 31 (3) :28-30.2孙安垣, 闫烨, 杨超谈, 桂春. 我国改性塑料行业的发展前景M.工程塑料应用杂志社, 2010, 11(2)：83-87.3J.-H. Han,Y.-C. Kim. Study on Effects of Mold Temperature on the Injection Molded ArticleJ. Archives of Metallurgy and Materials,2017,62(2). 4张会军.UG/CAM在汽车模具加工中的应用J模具制造,2011( 8) :1-3 5孔刚,李珊.基于UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工J.科学技术与工程,2009,9( 21) :6520-65236Geng Tie.Mould&Die NC computer-aided Tool of Selection NState Key Lab.of Mould&Die Technology,HuaZhong University of Science and Technology， 2004.2(05). 7李斐,王艳萍.基于UG6.0的注塑模具的快速设计与加工技术J塑料科技,2011,39( 2) :74-788Shan Li,Liang Xu,Yu Qi Wang. Design and NC Manufacturing of Plastic Injection Mold Based on UG SoftwareJ. Advanced Materials Research,2013,2194(630). 9杨占尧UG NX3.0注塑与冲压级进模具设计案例精解M化学工业出版社， 2006,10.10赵中华,曹阳根.逆向工程在快速模具制造中的应用研究J.现代模具,2007.1.11叶久新,王群.塑料制品成型及模具设计J.湖南大学学报，2006.04. 12苏君,赵岩,刘保军.基于UG电话上盖注塑模具设计与数控加工J.中国制造业信息化,2012,41(15):83-90.13程嫣,李建华ANSYS的杆形件正挤压组合凹模优化设计J.模具工业,2006.8 14杨勇强,李小莹,郭敏杰,等.UGNX6.0注塑模具设计M.北京: 化学工业出版社,200915李小力.基于UG的数控编程及加工自动化的研究D.硕士学位论文.武汉理工大学,2008.本科毕业设计(论文)题目：探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工 院 (系)： 专 业： 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2018年06月探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工摘要面对新一轮的科技革命和产业革命，模具行业作为“工业之母”必定要紧跟时代的步伐，将数字化、网络化、智能化作为核心技术，渗透到模具设计与制造中，CAD/CAM/CAE 技术便是具体手段之一。在各类模具中以注塑模的应用最为广泛，故本次毕业设计针对探测器后盖进行注塑模具设计与型腔的仿真加工。其中使用 UG完成注塑模具设计与型腔仿真加工，使用 Moldflow完成对模具的分析。首先利用UG 的Mold wizard模块完成了对探测器后盖注塑模具的设计，包括分型面的设计、型腔与型芯的确定、浇注系统的设计、冷却系统的设计、模架的选用与添加、脱模机构的设计等。然后利用 Moldflow 对模具进行了流动分析、冷却分析、翘曲分析，取得了肯定的效果。最后利用UG 的CAM模块完成了对型腔的粗、精加工数控编程与后置处理以及切削轨迹的运动仿真与虚拟切削。关键词：UG NX；注塑模具；Moldflow；仿真加工Detector back cover injection mold designand cavity simulation processingAbstractIn the face of a new round of scientific and technological revolution and industrial transformation, the mold industry, as the mother of industry, must closely follow the pace of the times. Digitalization, networking, and intelligence are used as core technologies to infiltrate mold design and manufacturing. CAD/CAM/CAE technology is one of the concrete means. The injection mold is widely used in all kinds of molds. Therefore, this graduation project is aimed at the injection mold design and cavity simulation for the back cover of the detector.UG is used to complete the injection mold design and cavity simulation processing, and Moldflow is used to complete the analysis of the mold.First, The design of the detector cover injection mold is completed by UGs mold wizard module, including the design of the parting surface, the determination of the cavity and core, the design of the gating and cooling system, the selection and addition of the mold frame, the design of the demolding mechanism and so on. Then, Moldflow was used to analyze the flow of the mold, cooling analysis, warping analysis, and achieved positive results. Finally, the UG CAM module is used to complete the roughing and fishing of NC programming, posting processing of the cavity, the movement simulation of the cutting trajectory, and virtual cutting.Key words: UG NX; Injection mold; Moldflow; simulation processingII目录中文摘要(I)英文摘要(II)1 绪 论(1)1.1课题研究的意义与背景(1)1.2国内外注塑模发展状况(1)1.3课题研究的主要内容(2)2 注塑成型工艺基础(3)2.1注塑机成型原理(3)2.2注塑成型过程工艺(3)2.3注塑成型过程参数(4)3 注塑模设计方案分析(5)3.1探测器后盖塑件结构分析(5)3.2塑料选择及工艺参数分析(6)3.2.1ABS使用特点(6)3.2.2ABS成型特性(6)3.2.3ABS的主要性能指标(6)3.3ABS塑料的注射过程及工艺(7)3.3.1注射成型过程(7)3.3.2ABS的注射工艺参数(7)3.4注塑机的选型及校核(7)3.4.1注塑机型号的确定(7)3.4.2注射量计算(8)3.4.3最大注射压力的校核(9)3.4.4锁模力的校核(9)3.4.5模具厚度、开模行程的校核(10)4 探测器后盖注塑模结构设计(11)4.1注塑模具设计的一般流程(11)4.2分型面方案的选择(11)4.3成型方案的比较与选用(12)4.3.1成型方案的比较(12)4.3.2型腔排列方式确定(12)4.4确定型芯与型腔的结构(13)4.4.1型腔的结构设计(13)4.4.2型芯的结构设计(13)4.5模架及标准件的添加(14)4.5.1模架的作用(14)4.5.2模架的设计及创建(14)4.5.3标准件的添加(15)4.6模具浇注系统设计(16)4.6.1主流道的设计(17)4.6.2分流道的设计(17)4.6.3浇口设计(17)4.7滑块和斜导柱的设计(18)4.7.1基本考虑和要求(18)4.7.2斜导柱抽芯机构设计原则(18)4.7.3 抽芯机构的确定(19)4.7.4创建浮升销(20)4.8冷却系统的设计(21)4.9顶出系统设计与模具后期处理(21)4.9.1推出机构的确定(21)4.9.2模具后期处理(23)5 注塑模具模流分析(24)5.1注塑模数值分析概述(24)5.2模拟分析及后处理(24)5.2.1流动分析(24)5.2.2冷却分析(25)5.2.3翘曲分析(26)6 型腔仿真加工(27)6.1UG数控仿真加工的概况(27)6.2型腔实体造型及分析(27)6.2.1型腔实体三维造型(27)6.2.2型腔零件分析(28)6.3加工工序的制定(29)6.4创建UG加工工序(30)6.4.1设置加工环境(30)6.4.2创建几何体(30)6.4.3刀具的创建(30)6.4.4创建型腔铣操作(31)6.4.5创建剩余铣操作(32)6.4.6创建等高线轮廓铣操作（一）(33)6.4.7创建等高线轮廓铣操作（二）(34)6.4.8创建轮廓区域铣（一）(36)6.4.9创建底面和壁铣操作(37)6.4.10创建轮廓区域铣操作（二）(39)6.4.11创建清根操作(40)6.5后处理生成程序(41)7 结论(42)参考文献(43)致谢(45)毕业设计(论文)知识产权声明(46)毕业设计(论文)独创性声明(47)附录(48)附录A 型腔部分加工程序(48)附录B 基于UG NX 8.5/Mold Wizard模具设计步骤(51)54西安工业大学毕业设计（论文）1 绪论1.1课题研究的意义与背景衡量某个国家或地区的生产能力，塑料产品的产量与质量一直以来都是非常有衡量价值的一项。塑料的应用极其广泛，它被广泛用于各个领域，例如家电产品、航空航天、汽车、生活用品、包装等几乎各个领域。在很大程度上，塑料加工技术的高低对于国家经济有着举足轻重的影响1。在模具行业地位如此重要的今天，对于我们机电专业的学生，更应该对注塑模具要有充分的学习，所以在这里以模具设计制造为课题则是非常符合如今的发展方向。1.2国内外注塑模发展状况对于世界上任何国家而言，模具的生产制造工艺对其经济的影响都是十分重大的，模具的设计制造对于每个国家或地区都有着极为重要的作用。我们国家在模具方面虽然在古代时就诞生了它的雏形，比如铜钱与瓦当的制造，但是比较令人遗憾的是却没有进行长足的发展而且也没有形成系统的制造体系。而那些国外工业比较发达的国家在模具制造领域已经领先于我们国家很多。根据在2008年国家进口海关的数据显示，我国塑料模具占到总模具进口数量的一半以上，这就充分的说明了，我们国家现代模具制造起步比较靠后一些，而且模具制造的技术基础也比较少。即使在技术如此不成熟的情况下，我们国家及时制定相关的政策和积极主动的学习先进的制造技术。纵观改革开放以来，随着国家良好政策的开放，人民的生活水平和生活要求也逐渐提高，对塑料产品的需求大大增加，一时间塑料产品在市场上需大于求，这个时候我们国家就涌现出了一大批模具制造的企业，在需求的推动下2008年的时候，我们国家已经在塑料制品一年的产量超过了2900万吨。但是值得需要注意的是，在这里的大多数产品均为民用级别，虽然总体的产量高，但是产品的制作难度低，而且加工的精度也不足。在高精度大型模具以及微型模具方面的技术还是有所欠缺。如果遇到不能解决的问题，仍旧需要依赖进口。而且在地域上，模具制造技术的差异十分明显。在我国南方沿海一带，例如广东、福建、上海等地的模具制造的规模和技艺远远领先于北方城市，在我们国家的北方地区，模具生产几乎还是一片空白，就在最近几年河南、山东等地区模具产业才有了一定的起步。不过近些年来，我们国家的模具制品的技术水平得到了快速的发展，无论是在精密模具制造还是大型模具制造都有了不容忽视的进步。这同样也可以看得出，在目前我们国家在这方面的技术已经有了很高的水准。最近几年，特别是在我们国家提出“中国制造2025”以来，模具这个行业就如雨后春笋般有了极为明显的提高。那么这就包括一些难以制造的模具，例如体型大、精度高、注塑工艺复杂的模具还有对于大产量标准件的制造速度和质量都有了很明显的提升，进口比例逐年缩小。另外在高校中，也注重对学生制造实践能力的培养，例如我校在金工实习中就专门有模具制造这一项实习。综合多方面因素来看，我们国家在模具行业已基本追齐国际水平2。1.3课题研究的主要内容（1）使用UG NX完成对探测器后盖的产品的建模，再使用Mold wizard模块完成探测器后盖的模具设计。（2）运用CAE分析软件Moldflow进行流动分析、冷却分析和翘曲分析。（3）最后使用UG NX的CAM模块完成型腔的仿真加工。图1.1研究路线2 注塑成型工艺基础2.1注塑机成型原理为了加深对该原理的理解，在这里把注塑机比作是医院所使用的针管，两者在使用原理上是非常接近的。均是借助外物推力，把处理后的塑料注射进腔里，完了以后定型，最后得到塑件的这样一个流程。对于注塑机的类型，依据不同的分类角度则有不同的类型，其中最常见的是卧式注塑机。2.2注塑成型过程工艺整个成型主要可分为三个过程：成型前处理、注塑过程与制品的后处理3。图2.1注塑成型流程整个成型的过程可以看作为一个循环：加入一定量的原料把塑料熔融给予压力开始注射塑料充满模具并冷却打开模具拿出塑件。并一直按照这个周期循环。（1）成型前的准备通常情况下，为了让最后得到的制品有较为良好的成型品质，在这里需要对这个塑料的原料进行一定的处理，这就被称之为成型前的准备，也可称之为前处理。一般就是对原料做性能处理。在后面章节有详细叙述。（2）注射过程把原料处理过后（熔融状态的塑料），开始要往腔内注射的后面的这个过程就被称之为注射过程。在这个过程中又可细分为填充、压实、倒流和冷却4。这四个连续的过程中，温度是在逐渐的减小，但是腔内的压力变化却不与温度变化相同。压力的变化趋势如下图所示：图2.2成型过程中的压力-时间曲线为填充环节，在整个过程中的第一步便是填充，填充是从开始注射一直到充满腔体的90%以上为止。为了提升效率，一般都会加快填充的时间。为保压环节，这个环节要一直到把封口固化后才能结束，这个时候腔中的压力会达到最大值。其实保压就是一直给予压力，把原料压实，起到补偿塑料收缩的一个作用。为倒流环节，因为在该环节时，腔体内的压力高于流道的压力，故会发生倒流现象。为冷却环节，冷却系统的设计在注塑模具当中起到举足轻重的作用。因为塑件在冷却的以后才能有刚性，而且这个环节要占到整个过程的一半以上，如果设计的得当则能减少时间，提高产出效率。2.3注塑成型过程参数显而易见，依照成型的过程，那么在这个过程中我们需要控制的参数有时间、压力还有温度5。（1）注塑时间这个时间说的是把腔体给充满的时间，这个时间虽然很短，只有冷却时间的1/13左右，但是合理是时间对于提升塑件的品质是特别有效的。表2.1成型周期成型周期充模时间（螺杆前进时间），即注射时间压实时间（螺杆停留的时间），即保压时间总冷却时间闭模冷却时间（螺杆后退时间也包括在这段时间内）其他时间（开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件和闭模等）（2）注塑压力之所以要提供相应的压力，这是因为要与原料流动时的阻力相抵消的，这样就能保证注射顺利的完成，其中这个压力是由注塑机的液压系统所提供的。（3）注塑温度上面介绍了注塑压力，其中对注塑压力有着重要影响的因素就是注塑温度。要依据原料的不同来对注塑温度进行适当的调整，温度不能太高也不能太低。要合理的选择注塑温度的范围。西安工业大学毕业设计（论文）3 注塑模设计方案分析3.1探测器后盖塑件结构分析该塑件为探测器后盖，结构较为简单，塑件上下侧边有各一个凹穴（此处需添加浮升销），单侧边有一外侧凹槽（此处需添加滑块），后盖表面上有两个破孔（此处需要补孔）。表面光滑，塑料制件的厚度比较均匀，这样的话，这里就要要求材料的流动即可，在设计模具的时候，我们要求要有比较好的可加工性，这样的话，可以保证零件有一定的光滑程度，这是我们所需要的；探测器后盖为壳类零件，观察塑件无特殊形状，材料为ABS，成型工艺性良好，这个塑件是可通过注射机跟模具制作出来。图3.1探测器后盖（二维）图3.2探测器后盖（三维）3.2塑料选择及工艺参数分析该产品用于起保护作用，需要抗压性能、强度、硬度、耐磨性都有特别的要求。塑料制件的品性一定要好6。属于量比较大的制品，经过查阅资料，在这里，认为比较好点的原料是经常使用的：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene)。而ABS塑料又有许多牌号，这里所选择的是ABS_POLYLACPA757。3.2.1ABS使用特点虽然该材料的流动性差于HIPS，但是其综合性能（化学稳定性、柔韧性、熔接性、耐热性、阻燃性、抗冲击性）是较为优良的，且可制作双色塑件以及可表面喷漆。所以ABS这种材料是很适合用来制作该探测器后盖塑件制品的。3.2.2ABS成型特性 该材料的成型特性是好的。其实它的流动性一般而且容易吸湿，所以必须进行干燥彻底。所以在使用这种材料时尽量使得温度高一些，不过太高了也不宜，因为这个材料遇到过高的温度就会分解掉，温度大于250时就会开始分解。如果制件的表面要求光泽，那么就得在85条件之下预热干燥3小时。如果制件精度要求比较高，那么温度取55。如果对制件对其光泽要求比较高，那么温度取70最好7。3.2.3ABS的主要性能指标表3.1ABS的技术指标名称数值名称数值密度1.021.16比体积0.860.98吸水率0.20.4收缩率0.40.7熔点130160硬度 9.7R121抗拉屈服强度50拉伸弹性模量体积电阻率弯曲强度80热变形温度0.46MP90108冲击韧度无缺口2610.185MP83103有缺口113.3ABS塑料的注射过程及工艺3.3.1注射成型过程成型前处理：由于ABS这种材料比较容易吸水（在常温下一天能吸收0.3%的水分），纵然这点水分可能不足以形成影响，但是在注塑的时候湿度要是超过了0.2%，制件的表面就会有损坏，所以在注塑成型之前一定得对它进行干燥处理。对ABS这种材料常用的干燥方法:对其进行3小时80常压热风干燥；对其进行1.5小时80真空热风干燥8。注射过程：材料在机子里加热塑化以达到流态，然后由模具的浇注系统进入模具型腔，该过程可分为6阶段（合模、填充、保压、倒流、冷却、脱模）。3.3.2ABS的注射工艺参数表3.2ABS注射工艺参数工艺参数数值温度（）料筒温度一区二区三区喷嘴温度模具温度压力（MPa）注射压力保压压力时间（s）注射时间保压时间冷却时间注射周期3.4注塑机的选型及校核3.4.1注塑机型号的确定有关注塑机的原理及其类型在前面章节已叙述。通常情况下，在开始进行模具设计时，首先应该确定的就是注塑机类型及其相关参数。这样其他部分的设计就可以依据其参数进行设计选型。正如我们所知道，所设计的模具是要通过工人使用专业的工具安装在注射机上然后才可使用，对于这种情况，只有对机器有一个细致的了解后，才能很合理的做出比较实用的模具。通过注射量先预选出一款注塑机，如有不合适后面再进行调换。3.4.2注射量计算通常情况下注射量有两种表达，一种是体积，另外一种是质量。它是指注塑机空射时一次射出熔料的实际最大体积（质量）。其单位为和。现在要求得塑件的体积，由于塑件是不规则体，要用几何关系求解是非常麻烦的，现在基本上都是借助于三维软件来测量的。所以在这里我们用UG软件中的测量体命令可以方便地测得塑件的体积为103。命令及结果窗口如下图所示：图3.3塑件测量体本设计选用的是螺杆式注塑机，塑化时的熔融塑料在料筒中具有较大的压力，对于不同的塑料其质量相差不大，而差异主要来自塑料受热时的不同体膨胀率。故在这里使用质量来作如下计算：(3.1)式中：为一个注射成型周期所需注射的塑料质量；为一个注射成型周期所需注射的塑料体积；为原料在常温下的密度（ABS塑料常温下的密度为1.01.1g/cm3）；为料筒室温原料体积膨胀率校正系数（ABS属非结晶性塑料取0.93）。另外凝料的体积按照经验一般取塑件体积的20%，考虑到型腔数目和浇注系统凝料体积。一个注射成型周期所需注射的塑料体积V可以用下式表示：(3.2)式中：n为型腔数量；为单件制品容量；为浇注系统容量。可算得带入得通常为了保证制品的成型品质，需使得所需的注射量在实际最大注射量的一定范围内。在这里我们依据经验可知，一个注射成型周期所需注射塑料的总量不超过注塑机额定注射量的80%9。那么就可知：故选用海天注塑机满足设计要求。参数项目单位注射装置螺杆直径Screw Diametermm50螺杆长径比Screw L /D RatioL/D22理论注射容量Shot Size (Theoretical)cm3442注射克数Injection Weightg402注射速度Injection Speedmm/s124塑化能力Plasticizing Capacityg/s23.8注射压力Injection PressureMpa205合模装置合模力Clamp TonnageKN2500移模距离Toggle Strokemm540最大模具高度Max.Mold Heightmm570最小模具高度Min. Mold Heightmm220顶出行程Ejector Strokemm130顶出力Ejector TonnageKN62表3.3注塑机工艺参数 3.4.3最大注射压力的校核最大注射压力是指料筒中塑化区域的塑料在注射时的压力，但是考虑到注塑机的类型、喷嘴的大小、塑料的流动阻力、流道的结构等因素，实际进入模腔内的实际压力PA远远小于最大注射压力P。它们之间存在如下关系：(3.3)式中：K表示压力损耗系数，通常取（1/41/2）为了保证塑料制品成形时所需的压力（模腔压力PM）,使得塑件能够顺利成型，必须校核注塑机的最大注射压力。最大注射压力需要满足以下关系：(3.4)可得P120MPa，而通过查找相关设计手册，ABS塑料在模腔内的平均压力约为30MPa，故满足条件。3.4.4锁模力的校核在注射过程中熔融的原料进入模腔时会受到较大的反作用力，如果这个时候锁模力不能达到要求的话，那么会沿着动模和定模的分型面出现飞边，影响制品品质。故必须对机子的锁模力进行校核，保证动模和定模能紧密闭合，从而保证制品品质和操作人员的安全。腔内的反力用FC表示，锁模力用FS表示，选定的注塑机应满足关系式：(3.5)(3.6)其中：S表示塑件和浇注系统在分型面上的投影之和。本设计中采用的材料为ABS塑料，在模腔内的平均压力为30MPa，所以PA最小为30MPa；通过图3.2也可知S的大小为823mm2；所以锁模力FS约为2115KN，故此本设计选定的注塑机满足锁模力要求。3.4.5模具厚度、开模行程的校核 本节需要解决模具厚度及开模行程两项校核：模具厚度Hm偏大会导致锁模力不够而锁不紧而模具厚度偏小，模具安装在注塑机上时会导致压不紧。开模行程 S如果过小会导致制品取不出来。（1）模具厚度的校核一般情况下注塑机的主要技术参数中会给定最大模具厚度Hmax和最小模具厚度Hmin这两个参数。为保证模具能可靠安装并锁紧，实际模具的厚度要在这两个值之间。本设计选用的注塑机这两个参数分别为570mm和220mm。（2）开模行程的校核由于在这里选用的是液压机械式的锁模机构，那么开模行程则与模具的厚度没有关系，所以只需使得机器的最大开模行程大于模具所需的开模距离就行。并且由于采用单分型面注塑模，所以按照下式校核：(3.7)取320mm；塑件推出行程取15mm；包括流道的塑料高度；代值计算，开模行程能满足。西安工业大学毕业设计（论文）4 探测器后盖注塑模结构设计4.1注塑模具设计的一般流程首先依照产品二维图或产品实物测绘后完成三维建模；再弄清产品使用用途、加工材料、加工精度、生产产量；然后对产品塑件进行综合工艺分析；接着得出产品塑件的质量与体积；再依照产品塑件相关参数选择合适的注塑机；然后进行注塑模结构设计（分型面设计、模架的设计、浇注系统设计、成型零件设计、推出机构的设计、冷却系统的设计、其他标准件的添加）；接下来是模具校核，包括模具与注塑机安装部分尺寸的校核，注塑机选用参数的校核；然后绘制模具的总装配图及非标准件的零件图，出零件图时要按照一定的顺序，一般是由内而外，由简单到复杂的顺序；最后编写设计说明书10。4.2分型面方案的选择在塑件成型以后，接下来就要把成型的塑件取出，那么要完成这一动作就必须将模具型腔打开，也就是把定模与动模分开，在这里我们就把定、动模的接触面叫做分型面。分型面设计的时候，要充分考虑分型面的位置及形状是否合理，分型面的选择是设计模具中比较关键的一步，这不仅影响塑料制件的质量，而且会影响结构，这是决定模具是容易还是复杂的一项重要标志。要充分保证制品可完好脱模；尽量使分型面的加工难度减小；保证制品品质；尽量使制品留在动模一侧。尽量满足制品的使用要求；尽量减少制品在合模方向的投影面积；有利于简化所设计的模具的结构。综上所述，由于该塑件单侧边有一外侧凹槽（此处需添加滑块）的结构原因，分型面的选用如下图所示：图4.1分型面形式与位置4.3成型方案的比较与选用4.3.1成型方案的比较根据塑件成型工艺分析，拟定两种方案：一模一腔和一模两腔。由于方案A采用一模一腔，这样造成的结果就是在同样的时间内我们只能够做出一个制品，这对提高效率是相违背的，故不采用该方案。然而方案B使用一模两腔，这种结构比方案A导出的制品多，在实际生产过程中，会大大提高生产效率，降低了生产成本，从而降低了价格。因为塑料制件的样子不是那么的复杂，质量也不是很大，并且这种制件的量大，因此在这里我使用的是多个腔室的注射模具。使用一模两腔、平衡布置。这样的话生产率就没有那么低，制件的质量也是非常好的，成本较低。综合上述两种方案，考虑到生产批量及实际情况，最终选取方案B。4.3.2型腔排列方式确定通过对塑料制件的观察与分析，可以看出：由于制件单侧边有一外侧凹槽（此处需添加滑块），所以该产品需对称并排放置；由于制件的两侧必须设计侧向抽芯机构，所以该产品不能纵向并排放置，又考虑到进浇点位置和设生产要求，所以此排列方案最为妥当。而且本次设计采用一模两腔，布局如下：图4.2型腔布局方式4.4确定型芯与型腔的结构4.4.1型腔的结构设计型腔有以下几种常见形式：（1）整体式型腔 这种形式的特点是型腔在一块比较的完好的材料上运用一系列的设备制作出来的。不属于穿通式模体，硬度和性能优良。但是对于加工人员来说不方便加工且精度不好保证。由于这样的局限性，使得它只能用于形状简单模具。（2）组合式型腔 组合式型腔可分为：局部镶嵌式以及拼块组合式。由于该模具表面积比较大，局部磨损大，所以采用几个小型芯形成塑件的型腔，即局部镶嵌式。如下图所示：图4.3型腔结构4.4.2型芯的结构设计型芯可以分为两种类型：整个型和组合型。因为制品的复杂性，所以采用模块式型芯。图4.4型芯结构4.5模架及标准件的添加4.5.1模架的作用模架（Moldbase）是模具的基座，模架作用如下：（1）引导熔融塑料从注射机喷嘴流入模具的型腔；（2）固定模具的塑件成型元件（上模型腔、下模型腔和滑块等）；（3）将整个模具可靠的安装在注塑机上；（4）调节模具温度；（5）将浇注件从模具中顶出。4.5.2模架的设计及创建模架是支撑型芯与型腔的以及帮助开模机构的，它是模具的基础部分。在工作时，它被定在注射机上，每结束一次注射，它就会借助脱模机构来脱模并取成产品11。在设计过程中如有合适的模架可以选用是最为方便的。模具的正常运作除了有承载型芯和型腔的模架外，同时要借助标准件(滑块、螺钉、定位圈、导柱和顶杆等)来完成。通过MoldWizard来进行模具设计可以简化模具的设计过程,减少不必要的重复性工作，提高设计效率。该模架宽度W=500mm；模架长度L=700mm；型腔高度Z_up=60mm；型芯高度Z_down=40mm。所以本模架的参数及创建结果如图所示：图4.5模架参数图4.6模架创建结果4.5.3标准件的添加（1）定位圈的设计及创建定位圈（Locating Ring）除了用于使注塑机喷嘴与模架的浇口套对中、固定浇口套和防止浇口套脱离模具外，还用于模具在注塑机上的固定。所以在选择定位圈的直径时应参考注塑机的型号。所以定位圈设计的参数及结果如图：图4.7定位圈参数及创建结果 （2）浇口套的设计及创建浇口套（sprue）又称主流道衬套，是安装在模具固定板上，用来辅助进胶的元件。上端与注射机喷嘴紧密对接，因此尺寸的选择应按照注塑机喷嘴尺寸进行选择，并且其长度应考虑模具模板的厚度。所以浇口套设计的参数及结果如图：图4.8浇口套参数图4.9浇口套创建前预览及创建结果（3）导向机构的设计及创建通常情况下，导套固定在型腔固定板上，而导柱固定在型芯固定板上，两者起到定向和耐磨的作用。在创建模架时，UG NX的Mold wizard模块会自动添加。4.6模具浇注系统设计通常我们把注射机的喷料嘴与腔体间这样的入料通道称为浇注系统，一般情况下它是由主、分流道以及浇口和冷料穴组成的12。4.6.1主流道的设计通常情况下，我们把注塑机喷料嘴和模具接触点算作是起点，把分流道算作是终点，位于起点与终点之间的塑料原料的过道就把它称为浇注系统的主流道。由于这个主流道是塑料原料最流到的地方，主流道的样子和大小都对最终的塑件有着举足轻重的作用。图4.10主流道主流道锥角主流道大端半径主流道小端直径与注塑机喷嘴对接处半径4.6.2分流道的设计通常情况下，我们把主流道尾部和浇口间这样一段通道就称它为分流道，这个分流道起着改变塑料原料流动方向的作用，这样以来就能把塑料原料缓缓地均匀的分配下去。在这里的分流道采用流道截面为（圆形），=10mm。图4.11分流道的设计及创建结果4.6.3浇口设计通常情况下,我们把联结分流道和模具腔体的这段小通道就叫做浇口。浇口经常有着提升最终塑件品质的作用，因为它可以控制塑料原料粘度、剪切速率等多个参数，所以这个浇口的作用和地位都是非常大的，因此在设计的时候必须认真考虑。在这里的浇口是采用rectangle（矩形浇口）L=14mm；B=5mm。图4.12矩形浇口参数图4.13矩形浇口创建结果4.7滑块和斜导柱的设计4.7.1基本考虑和要求侧向分型与抽芯机构应具备的基本功能：动作灵活，动作可靠，无过度磨损；具有必要的强度和刚度；间隙和关节线没有多余。4.7.2斜导柱抽芯机构设计原则斜导柱抽芯机构设计原则：在导轨槽内滑动滑块，使其保持稳定，不发生卡死、打浆等现象；滑块间距装置应可靠，滑块应在某一位置停止，开启后不在任何位置滑动；防止复位时滑块与弹射机构间的干涉，以免推杆与活动芯的投影水平重合。4.7.3 抽芯机构的确定当塑料制品零件的四周壁有孔洞、凸出、凹进这些典型特征的时候，在这些地方设计模具的时候，就得把成型这些地方的零件做成可以侧方向能移动的，而且在最终脱模的时候把这些零件先抽调出来。那么通常情况下我们就把零件要做这种侧方向活动的整套的机构就叫做滑块（抽芯机构）。这里模具结构较为简单，芯体不是非常坚固，所以使用的是斜导向的侧芯。gib_long=90mm；wide=30mm所以滑块与斜导柱的设计参数如下图所示：图4.14滑块和斜导柱参数设置及创建前预览图4.15滑块和斜导柱的创建结果4.7.4创建浮升销在这里的浮升销其实就是斜销，有时也会将其称之为内侧抽芯机构13。这个机构的原理和上面介绍的滑块的原理基本相同。当塑料制品零件的内侧有槽子或者凹进这些典型特征的时候，在这些个地方设计模具的时候，就得把成型这些地方的零件做成可以侧方向能移动的，而且在最终脱模的时候把这些零件先抽调出来。塑件制品的上下侧边有各一个凹穴，所以此处需添加浮升销。riser_angle=8；dowel_dia=4；guide_ht=10；guide_width=40；hole_thick=2；riser_top=16；wear_thk=4；wide=30。所以浮升销的参数与创建结果如图所示：图4.16浮升销参数设置及创建前预览图4.17浮升销创建结果4.8冷却系统的设计通常情况下我们把为模具进行冷却（加热）的机构统称为冷却系统15，冷却系统的设计在注塑模具当中十分重要，因为塑件在冷却的以后才能有刚性，而且这个环节要占到整个过程的一半以上，如果设计的得当，则能减少时间，提高产出效率，所以一个优良的冷却系统是非常重要的。图4.18冷却系统的创建结果4.9顶出系统设计与模具后期处理4.9.1推出机构的确定顶杆(Ejector Pin)也称推杆,是使用最多的标准件,主要用来将已经成型的塑件,从模具中顶出。依据标准框架参考确定推杆尺寸，接下来，我们同样可以定它的形状尺寸，如下图所示：（为方便查看，图示为模具底部，左右对称各5个）图4.19顶杆的创建结果图4.20顶杆参数设置 图4.22复位弹簧参数设置图4.21顶杆创建前预览 图4.23复位弹簧创建前预览4.9.2模具后期处理（1）创建复位弹簧弹簧(Spring)起到复位的作用。在选用时要注意模具的特点,选择合适规格的元件。弹簧的直径和压缩量都影响到模具的使用,在选用时也要引起足够重视。复位弹簧参数设置和预览如上图所示；创建结果如下图所示：图4.24复位弹簧的创建结果（2）创建拉料杆我们通常把用来拉出浇注系统凝料的这个机构叫做拉料杆。这个尺寸大小与前面创建的顶杆相同。在UG当中得提前以顶杆的名义添到模具里，然后经过修改以后就能得到所需的拉料杆。拉料杆修剪参数和创建结果如下图所示：图4.25拉杆修剪参数及创建结果西安工业大学毕业设计（论文）5 注塑模具模流分析5.1注塑模数值分析概述这项技术是应用了三大守恒方程式（质量守恒、能量守恒和动量守恒）以及有限元数值求解与这个高分子材料的流变理论共同建立起的描述注塑成型的一种技术。模拟整个注塑的过程，进而会得到模具腔体内的一系列参数的分布和其中微妙的变化，这些参数就包括有：压力、应力、速度、温度等。进而通过这些不同维度的参数得出验证相关的设计，进而优化整体的设计方案，大幅度提升设计的效率，从而缩短设计时间、缩短生产周期、节约资源降低成本、提升产品品质。最大化的优化产品的整个设计制造过程16。5.2模拟分析及后处理 5.2.1流动分析在模具里把用来预知原料流动的分析就叫做流动分析。在该软件中，它模拟塑料原料从刚一开始射入的点一直到充填结束的最后的那个点，进而它会完成该项分析的计算。这项分析的目的是得到最好的曲线（保压），以此来改善由这个保压所导致的不好的部分。（1）填充时间从图5.1中可以看出填充时间为2.437s。（2）流动前沿处温度熔体前沿温度分布是模具中随意点前到达的时间，它是熔体填充每一个节点的中间流温度。合理的温度分布应该是大致相同，温度差较小，允许值大致为20。此处温度差为2.4，较为合理。 图5.1填充时间 图5.2流动前沿处的温度以上列出的只是部分分析结果，除此以外还有其他项目可以列出。5.2.2冷却分析通常把用以分析塑件在模具里的热传递就称为冷却分析。我们都知道冷却对于制品的品质几乎起着决定性的作用，并且这个冷却的时间是挺长的，如果可以优化则会是很好的。在这个冷却分析中，最主要的两个参数就是整个模具和制品的温度和其冷却的时间。所以我们可以通过这个分析能算出冷却时间，进而改善该冷却系统，缩短制造的时间17。（1）回路冷却介质温度冷却液流经某单元的流动速率，通常回路介质温升不超3，而下图温升为 2.27，故符合要求。图5.3回路冷却介质温度（2）回路流动速率：2.540L/min。（3）回路雷诺数：10000。图5.4回路流动速率 图5.5回路雷诺数（4）回路管壁温度：回路管壁比冷却液入口高5.69，故符合要求。（5）最高温度（制品）：制品最高温度为197.4。图5.6回路管壁温度 图5.7最高温度制品（6）平均温度（制品）：制品平均温度为34.65。（7）最高温度位置（制品）：制品的最高温度位置如图所示，从图中可以看出最高温度主要分布在制品内表面以及卡口位置。图5.8平均温度制品 图5.9最高温度位置制品5.2.3翘曲分析由于不均匀的内应力使得塑件发生了变形的这种缺陷其实就是翘曲，经过这个翘曲分析之后就可以看出塑件是否会有翘曲出现，而且如果出现了这种翘曲，还能分析出现翘曲的原因。其实影响塑件最终产生翘曲的因素有很多，所以我们需要通过该分析，来避免翘曲的发生。从而优化制品的品质19。（a）整体变形 （b）X方向变形（c）Y方向变形 （d）Z方向变形图5.10翘曲分析结果制品的变形量：0.31081.243mm 总的变形量：0.9322mmX正方向：0.6355mm 负方向：-0.6346mmY正方向：1.119mm 负方向：-1.120mmZ正方向：0.6284mm 负方向：-0.6142mm西安工业大学毕业设计（论文）6 型腔仿真加工6.1UG数控仿真加工的概况UG的全称是Unigraphics，其中它的CAM板块在各个领域都有着非常广泛的应用，例如：飞机、航天器、车、家电等。它是一个交互式的系统，功能极其完整和强大，可以完成各式各样复杂零件的建模。虽然在刚开始的时候主要用于Workplace，但是伴随着个人电脑软硬件以及个人用户的发展壮大，在个人电脑上的应用也是突飞猛进。本次毕业设计使用UG NX的CAM模块完成探测器后盖模具型腔的粗、精加工数控编程与后置处理。利用几何仿真软件完成切削轨迹的运动仿真与虚拟切削20。6.2型腔实体造型及分析6.2.1型腔实体三维造型在模具设计阶段，已创建出型腔零件的文件，从模具设计文件夹中调取cover_mold_cavity_002.prt打开即可。图6.1型腔零件6.2.2型腔零件分析1.最大距离差的测量在操作栏中点击分析，点击测量距离，选中零件上表面，再选中零件下表面，即可得出零件中最大距离差。由信息对话框可得最大距离差为：21.275mm。图6.2最大距离测量2.最小半径的测量在操作栏中点击分析，点击最小半径，选中零件所有面，即可得到该零件中最小的半径值。由信息对话框可得最小半径值为：2.515mm。图6.3最小半径测量6.3加工工序的制定在机械加工时，分为粗加工、半精加工以及精加工。通常情况下，在粗加时，主要是去除大量余料，所以这时当然是把提升加工效率为主要方面，即使这样，我们也应当适当的把所使用费用考虑在内；而后两种加工，半精和精加工时，主要保证加工的品质，当然在必要的前提下，是需要考虑加工费用的。（1）切削深度。顾名思义就是指这个刀具切入工件的深度，一般用ap表示。主要根据机床、工件和刀具的刚度决定21。（2）切削宽度。这个宽度则是指加工时每相邻两切削行之间的距离，即端铣时工件被切部分宽度，又称为行距，一般用ae表示。（3）主轴转速。这个参数的确定主要是要根据材料性质和切削力。主轴转速与刀具切削线速度有关。它与刀具材料、被切削材料、切削深度、切削宽度、冷却状态有关。主轴转速n（单位：r/min）与刀具切削线速度Vc（单位：m/min）有如下关系:(6.1)其中，Dc为工件或刀具直径（单位：mm）。（4）进给速度。是指刀具每分钟移动的距离（单位:mm/min）。综合以上的分析，确定了零件的加工顺序、刀具规格和必要的参数。如下表所示：序号工序精度类型刀具直径半径主轴速度进给速度CMMILL_ROUGH型腔铣D10R1101800 rpm125mmpmRMMETHOD剩余铣D10R11011250rpm400mmpmZCMETHOD深度加工拐角铣D5R1511200rpm200mmpmZPMILL_FINISH深度加工轮廓铣D5R1511200rpm200mmpmCAMETHOD轮廓区域铣B55900rpm250mmpmFWMETHOD底面和壁铣D5R1511000rpm300mmpmCAMETHOD轮廓区域铣B55800rpm200mmpmFMMILL_FINISH多刀路清根铣B551600rpm1250mmpm表6.1型腔加工工序6.4创建UG加工工序6.4.1设置加工环境打开零件图，单击开始图标，选择“加工”选项，开始设置加工环境。图6.4创建加工环境6.4.2创建几何体创建机床坐标系：把工序导航器调至几何视图，双击MCS_MILL,弹出MCS铣削对话框，点击CSYS对话框，将当前的机床坐标系绕XM轴绕动-180，单击确定；创建安全平面：在安全设置区域中的安全设置选项的下拉列表选中“平面”，在类型的下拉列表选择“按某一距离”单击平面对话框按钮并选择零件上表面为安全平面，输入10，单击确定。隐藏原始坐标系，只显示机床坐标系；创建部件工件：在机床坐标系节点下双击Workpiece,弹出工件对话框，单击制定部件按钮，在图形区选取整个零件为部件几何体；创建毛坯几何体：点击制定毛坯按钮，在类型的下拉列表选择包容块选项，在ZM+框中输入1。单击确定22。6.4.3刀具的创建将工序导航器调整为机床视图状态点击插入刀具按钮，系统弹出创建刀具对话框，选定端铣刀，并修改刀具参数。共创建三把铣刀，刀具名称及参数如表所示：图6.5创建刀具6.4.4创建型腔铣操作将工序导航器调整到程序顺序视图并新建工序命令23。在这里类型选择为，子类型选择为（型腔铣）；刀具则选择D10R1的刀具；本步骤的加工方法选择（粗加工）。其他的选项不变，都使用系统默认的参数。接下来更改参数，如下面的图所示的：图6.6型腔铣参数及刀路轨迹图6.7型腔铣2D仿真结果 6.4.5创建剩余铣操作再次新建工序命令。在这里类型还是选择为，子类型选择为（剩余铣）；刀具则选择D10R1的刀具；本步骤的加工方法选择默认。其他的选项就也都不改变了，都使用系统默认的参数就行了。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.8剩余铣参数及刀路轨迹图6.9剩余铣2D仿真结果6.4.6创建等高线轮廓铣操作（一）仍再次新建工序命令。在这里类型仍还是选择为，子类型选择（深度加工拐角铣）；刀具则选择那把D5R1的刀具；本步骤的加工方法选择默认就可以。其他的选项仍就也都不改变了，都使用系统默认的参数就行了。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.10深度加工拐角参数及刀路轨迹图6.11深度加工拐角2D仿真结果6.4.7创建等高线轮廓铣操作（二）仍再次新建工序命令。在这里类型仍还是选择为，子类型选择（深度加工轮廓铣）；刀具则选择D5R1的刀具；本步骤的加工方法选择（精加工）。其他的选项仍就也都不改变了，都使用系统默认的参数。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.12深度加工轮廓切削区域选择图6.13深度加工轮廓参数及刀路轨迹图6.14深度加工轮廓2D仿真结果6.4.8创建轮廓区域铣（一）仍再次新建工序命令。在这里类型还是选择为，子类型选择（轮廓区域铣）；刀具则重新选择B5的刀具；本步骤的加工方法选择（默认）。其他的选项仍就也都不改变了，都使用系统默认的参数就行了。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.15轮廓区域铣切削区域选择 图6.16轮廓区域铣参数及刀路轨迹 图6.17轮廓区域铣2D仿真结果6.4.9创建底面和壁铣操作仍再次新建工序命令24。在这里类型更换为选择（平面铣），子类型选择为（底面和壁铣）；刀具选择B5的刀具；本步骤的加工方法选择（默认）。其他的选项仍就不改变了，都使用系统默认的参数就行了。接下来给更改参数：如下面的图所示的：图6.18底面和壁铣切削区域选择图6.19底面和壁铣参数及刀路轨迹图6.20底面和壁2D仿真结果6.4.10创建轮廓区域铣操作（二）仍再次新建工序命令。在这里类型又更换为选择，子类型又重新选择为（轮廓区域铣）；刀具则选择B5的刀具；本步骤的加工方法选择（默认）。其他的选项仍就也都不改变了，都使用系统默认的参数就行了。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.21轮廓区域铣切削区域选择 图6.22轮廓区域铣参数及刀路轨迹图6.23轮廓区域铣2D仿真结果6.4.11创建清根操作仍再次新建工序命令。在这里类型继续选择，子类型则重新选择为（多刀路清根铣）；刀具选择B5的刀具；本步骤的加工方法就又得选择（精加工）。其他的选项仍就也都不改变，都使用系统默认的参数就行。接下来给更改参数，如下面的图所示的：图6.24多刀路清根铣参数及刀路轨迹图6.25多刀路清根铣2D仿真结果6.5后处理生成程序依次在工序上右键，选择后处理弹出对话框，在其中选择后处理文件，选择系统后处理文件并生成加工代码25。7 结论本次毕业设计的题目是探测器后盖注塑模具设计与型腔仿真加工。在毕业设计中，对毕业设计课题研究的背景和意义及其国内外发展现状进行了说明；对注塑成型工艺做了基础简要的概述；对塑件的结构进行了分析、选择了塑料以及注塑机并进行了工艺参数分析。接着使用UG NX的Mold wizard模块完成了注塑模具结构设计，包括模具分型面的设计、型腔与型芯的结构设计、模架的设计与标准件的添加、浇注系统设计和浇口的设计、滑块和斜导柱的设计、冷却系统的设计、顶出系统设计与模具后期处理。然后使用 Moldflow 对模具进行了流动分析、冷却分析、翘曲分析，取得了肯定的效果。最后使用UG NX的CAM模块完成型腔的粗、精加工数控编程与后置处理，完成切削轨迹的运动仿真与虚拟切削。另外本次毕业设计仍存在不足的地方，主要是在模流分析部分，由于对软件操作生疏，导致花费时间较长但取得的结果并没有完全达到预期。西安工业大学毕业设计（论文）参考文献1杨叔子,吴波.再论先进制造技术及其发展趋势J.机械工程学报, 2006 (01):1-5.2周永泰.我国塑料模具现状与发展趋势J.塑料,2000 (06): 23- 27.3孙秀伟.基于Moldflow和UG的坐便器坐圈注塑模具设计J.中国塑料,2017,31(01): 98- 104.4孙化云.鼠标上盖注塑模具设计D.中国石油大学（华东）,2012.5盛松梅.基于UG和Moldflow儿童手机的注塑模具设计J. 智库时代, 2017(09): 157- 158.6许江菱. 20152016年世界塑料工业进展J.塑料工业,2017,45(03): 1-44+108.7Mohd Jamsheed, Md Aaqib Rahman, M.A. Moyeed, G.M. Sayeed Ahmed. Design and Analysis of Plastic Injection Mould for CAM BUSH with Submarine GateJ. Materials Today: Proceedings, 2015, 2(4-5).8陈瑞燕.聚苯乙烯塑料注塑工艺探讨J.广东化工,2008(04): 50- 52.9苏君,赵岩,刘保军.基于UG电话上盖注塑模具设计与数控加工J.中国制造业信息化,2012,41(15): 83- 86+ 90.10北京兆迪科技有限公司.UG NX 8.5模具设计教程M.北京：机械工业出版社,2013.3.11王晓枫.基于UG的注射模设计及数控加工J.模具制造,2005(05): 10- 14.12陈显冰.旋转拖把固定盖注射模具浇注系统设计J.科技经济导刊,2015(15): 83- 84.13张丽.基于UG和Moldflow注塑模设计和CAE实例分析D.湖北工业大学,2017.14Shan Li. Design and NC Manufacturing of Plastic Injection Mold Based on UG SoftwareA. Information Engineering Research Institute, USA. Proceedings of 2012 International Conference on Manufacturing(Manufacturing 2012 V630)C.Information Engineering Research Institute, USA:,2012:4.15臧昆岩. 手机壳注塑模具设计及仿真D.天津大学,2009.16李代叙.Moldflow 模流分析从入门到精通M.北京：清华大学出版社,2012.5.17李河宗,黄素霞,张建宇.CAE技术在手机壳体注塑工艺分析中的应用J.塑料科技,2007(07): 72- 75.18TongWu,Suchana A.Jahan.A Framework for Optimizing the Design of Injection Molds with Conformal Cooling for Additive ManufacturingJ Procedia Manufacturing,2015,1:404-415.19范良铸.基于Mold Flow的发动机缸盖罩壳注射模浇口分析J.模具制造,2018,18(02): 36- 39+43.20王秋鹏.UG技术在数控编程中的运用J.电子设计工程, 2012, 20(20): 96- 97.21卜昆.计算机辅助制造（第三版）M.北京：科学出版社，2014.11.22北京兆迪科技有限公司. UG NX 8.5数控加工教程M.北京：机械工业出版社,2013.3.23李志清,张丽波,王广昭. 48小时精通UG NX8.0/8.5中文版数控加工技巧M.北京：工业电子出版社，2013.9.24谢青云.基于UG自动编程的模具零件数控铣削加工J.机电工程技术,2016,45(04): 15- 17+ 119.25李亚平, 孟丽霞.典型型腔类零件的数控铣削加工J.现代工业经济和信息化,2015,5(17): 34- 36.西安工业大学毕业设计（论文）致谢感谢乔虎老师从选题时设计方向的把握，到中期时工作进度的督促，再到最终图纸和论文的修改。乔老师高超的学术水平让我对毕业设计不再胆怯，幽默风趣的语言让我轻松上阵。非常感谢乔老师在本次毕业设计中给予的悉心指导与谆谆教诲。笔落于此，回首只觉四年如白驹过隙，一晃而已。至之未央，如沐春风。深谙校训敦德励学，知行相长之铭义；深得校风忠诚进取、精工博艺之抚育。四年求学，终有一别，即将离校，定不忘师长耳旁教诲，做一个学术严谨的人；定不忘家长语重心长，做一个诚实奋进的人；定不忘同窗往日帮助，做一个有情有义的人。借此致谢，感师长教育之恩，感家长养育之恩，感同窗陪伴之恩。西安工业大学毕业设计（论文）毕业设计(论文)知识产权声明本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：本科学生在校攻读学士学位期间毕业设计(论文)工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用毕业设计(论文)工作成果或用毕业设计(论文)工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送交的毕业设计(论文)的原文或复印件，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以公布毕业设计(论文)的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计(论文)。(保密的毕业设计(论文)在解密后应遵守此规定)毕业设计(论文)作者签名：指导教师签名：日期：毕业设计(论文)独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计(论文)是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，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发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。毕业设计(论文)与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。毕业设计(论文)作者签名：指导教师签名：日期：附录附录A 型腔部分加工程序型腔部分加工程序%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T01 M06N0040 G0 G90 X.3136 Y.0499 S800 M03N0050 G43 Z.3937 H00N0060 Z.1575N0070 G3 X-.0357 Y.008 Z.0197 I-.1721 J-.0419 K.0475 F4.9N0080 G1 Y-.9768 M08N0090 G3 X.0228 Y-1.0354 I.0591 J.0005N0100 G1 X.0239N0110 G3 X.0824 Y-.9768 I-.0005 J.0591N0120 G1 Y.9927N0130 G3 X.0239 Y1.0513 I-.0591 J-.0005N0140 G1 X.0228N0150 G3 X-.0357 Y.9927 I.0005 J-.0591N0160 G1 Y.1275N0170 G2 X-.0645 Y.0579 I-.0984 J0.0N0180 G1 X-.1644 Y-.042N0190 G3 X-.1932 Y-.1116 I.0696 J-.0696N0200 G1 Y-.9969N0210 G3 X.0027 Y-1.1928 I.1968 J.0009N0220 G1 X.044N0230 G3 X.2399 Y-.9969 I-.0009 J.1968N0240 G1 Y1.0128N0250 G3 X.044 Y1.2087 I-.1968 J-.0009N0260 G1 X.0027N0270
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