基于CADCAM技术的继电器盖的模具设计与制造李江

1、目 录摘 要III1 绪论11.1 我国注塑模具行业的发展概况11.2 注塑模具的主要发展趋势11.2.1 模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展11.2.2 模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展21.3 论文设计内容31.4 论文设计重点、难点32 工艺分析42.1 原材料工艺性分析42.2 塑件工艺性分析52.2.1 塑件尺寸精度分析52.3 注射机选择53 分型面的选择与浇注系统73.1 分型面的选择73.2 浇注系统设计73.2.1 主流道设计73.2.2 分流道设计83.2.3 点浇口设计83.2.4 冷料穴设计94 成型零件部件设计104.1 模具方案104.2 成

2、型零件的结构104.2.1 模具的型腔采用整体式型腔104.2.2 模具的型芯采用整体镶嵌式型芯104.2.3 推出机构的确定114.2.4 合模导向机构的设计114.2.5 冷却系统的设计论证114.3 型芯型腔尺寸114.3.1成型零件的成型尺寸计算115 零件的设计145.1 动、定模板厚度的确定145.1.1模具型腔厚度的确定145.1.2 模具型腔模板总体尺寸的确定145.1.3 标准模架的确定145.2 注射机有关参数的校核155.2.1 模具闭合高度的确定155.2.2 模具闭合高度的校核155.2.3 模具安装部分的校核165.2.4 模具开模行程的校核165.2.5 注射量的

3、校核166 成型零件加工工艺186.1模具总装配图与加工路线186.1.1 型芯的加工工艺196.1.2 动模的加工工艺206.1.3 定模的数控加工路线216.2 数控模拟226.2.1 进入加工模块，设置加工方法226.2.2 创建铣刀236.2.3创建几何体246.2.4 创建型腔铣粗加工分型面操作256.2.5 模拟动态的完成266.2.6 后置处理277 结束语28致 谢29参考文献30III摘 要随着科技的发展，塑料制品的广泛，产品的造型也越来越丰富；简单的几何形状产品已不能满足现代工业产品的设计要求，随着CAD/CAM技术的普及，UG、Pro/E等软件都很好的解决了这个问题。设计

4、主要是研究基于CAD/CAM技术的注塑产品，通过对继电器盖的工艺分析，制定出模具的设计方案，其中需要对塑件的尺寸进行计算，确定尺寸精度，然后进行注射机的选取。对注射机参数进行校核，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。各个参数都满足要求后才能确定注射机的型号。设计研究的是基于CAD/CAM技术在注塑产品的模具设计与制造中的运用，其主要特点在CAD系统实行了模型与注塑模具的分析，在CAM中进行了仿真加工。从理论上实现了生产的自动化，体现了CAD/CAM系统的方便和高效的特点。关键词：注塑模；继电器盖；CAD；CAM；浇口；分型面III1 绪论1.1 我国注塑模具行业的发

5、展概况随着科技的发展各种产品的更新换代速度越来越快而产品的更新是以新产品的造型设计、模具设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新信息相关。传统的手工设计模式已经不能很好地适应时代的需求，计算机辅助设计与制造已成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。而在众多辅助设计与制造软件中Pro/E、UG软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。这两款软件的功能覆盖了整个产品的开发过程即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，在模具、航空、汽车、机械、电器电子等工业领域中运用广泛，其中Pro/E软件在产品的造型、注塑模具的设计和冲压

6、模具的设计中的运用将体现该软件在产品的造型和模具的设计中有很好的灵活性。而UG软件是产品的仿真加工上与零件的造型等加工为特点。 我国模具产业中，塑料模具约占了30%并且每年以10%的速度增长俨然 塑料模已经成为衡量一个国家工业水平的重要指标，近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展必然要求塑料模具随之发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行发展迅速，因此，塑料模具也快速发展。1.2 注塑模具的主要发展趋势1.2.1 模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展软件的功

7、能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。有的系列化软件包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、模具设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等；模具设计、分析、制造的三维化、无纸化使新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享；同时，随着竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络

8、使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。1.2.2 模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过1m的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。高速加工使工件获得光滑表面，节省加工时间，典型的步进距仅有0.0254mm，而尖点只有0.001mm高，经过高速加工的工件表面大多数都非常光洁，无需钳工的进一步加工。目前，机加工工具制造商都热衷于生产为高速加工而专门设计的加工中心，在美国采用高速加工技术以减少或省去钳工工序是一种效益相当可观的措施，这种技术在欧洲和日本也颇受欢迎。另

9、外，用充分硬化的材料加工模具的型腔是模具加工业发展的另一个重要趋势。高主轴转速及小的刀具半径所进行的轻度切削形成了足够的转矩，可以用来加工硬度高达64HRC的金属材料，由于不需要再进行热处理，常规热处理后的回火以及抵消由热处理引起的几何变形所进行的磨削加工也都不需要了，该技术在日本倍受青睐，如今在美国也受到了广泛的关注并正向欧洲传播。1.2.2.1 模具产品将向大型、精密、标准化方向发展一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化，有些模具的加工精度公差就要求在1m以下。另外多功能复合模具将得到

10、进一步发展，新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，生产效率进一步提高。国外发达国家模具标准件使用覆盖率一般为80左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十一五”期间必将得到较大的发展。1.3 论文设计内容设计题目：继电器盖 材料：聚苯乙烯（PS）二维结构图：如图1-1图1-1 继电器盖零件图1.4 论文设计重点、难点模具结构的设计既是重点又是难点，主要包括塑件成型的位置和分型面的选择，模具型腔数目的确定以及模具型腔的排列和流道的布局、浇口位置的选择，模具工作零件的结构设计，推出机构的设计

11、，拉料杆形状的选择，排气方式设计等。2 工艺分析2.1 原材料工艺性分析产品材料为PS，密度1.054g/cm3，收缩率0.21.0。线性结构，非结晶性材料，无色、透明、无毒无味，有光泽易着色，落地时发出清脆的类似金属的声音；温度在7098，耐热性差，质地硬而脆；有一定的化学稳定性，能耐碱、硫酸、磷酸、1030的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用，不耐笨、酮类等有机溶剂。 材料的成型加工性好，可采用注射、挤出、真空和模压等多种成型方法加工；由于流动性好，应防止成形飞边；但是聚苯乙烯性脆易裂，易出现裂纹，所以成型塑件脱模斜度宜取2°以上；模具设计中大多采用点浇口形式，防

12、止除去浇口时损坏塑件，也可用热流道系统；宜用高料温、高模温低注射压力成型并延长注射时间，这样有利于降低内应力，以防止缩孔及变形。如料温低或脱模剂多，则塑件透明性差，但料温过高容易出现银丝。下表2.1为PS注射成型参数。表 2.1 PS注射成型参数聚苯乙烯预热和干燥温度/5570时间/h12料筒温度/后段140160中段前段170190喷嘴温度/160170模具温度/2060注射压力/MPa60100成型时间/s注射时间03保压时间1540冷却时间1530总周期4090后处理方法红外线灯温度/鼓风烘箱7080时间/h242.2 塑件工艺性分析2.2.1 塑件尺寸精度分析塑件尺寸没有具体的精度要求

13、，标注均为自由尺寸，因此塑件尺寸精度均按要求，取MT5级公差。 该塑件要求表面光亮，成型后塑件表面无凹坑，粗糙度可取Ra0.4m。内部没有较高的表面粗糙度要求。即塑件的其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）： 外形尺寸： 、。 内形尺寸：、。 孔尺寸：、。 孔间中心距尺寸：。2.2.1.1 塑件体积分析通过三维建模分析软件Pro/E，可以精确测得该塑件体积为31.432。所以塑件的质量为；塑件机构性分析。通过图纸完成三维建模，通过软件对模型进行分析，该塑件壁厚均匀，且满足最小壁厚要求。塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如、，它们均符合最小孔径要求。 根据以上塑件形状及尺寸，可采用一模两腔，对称式分

14、布的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况。2.3 注射机选择 由于采用一模两腔所以注射量为62.846 cm3参考模具设计手册初选SZ-100/630卧式柱塞式注射机。注射机型号以及参数如下表2.2所示：表 2.2 注塑机参数序号主要技术参数项目参数数值1额定注射量/cm1062锁模力/KN6303注射压力/MPa164.54最大注射面积/5动、定模模板最大安装尺寸/mm×mm370×3206最大模具厚度/mm3007最小模具厚度/mm1508模板最大行程/mm2709喷嘴前端球面半径/mm1510喷嘴孔直径/mm411定位圈直径/mm1253 分型面的选择与浇注系

15、统3.1 分型面的选择该塑件为继电器盖，外形表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图3-1所示。（a） （b）图31 分型面位置按照上述分型面的位置，选择（a）图则塑件分别是由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定的同轴度误差，且飞边不易清除；反而选择(b)图则塑件整体由一个模板成型，消除了由于合模误差使塑件产生同轴度误差的可能。因此，决定采用图（b）所示的分型面。3.2 浇注系统设计3.2.1 主流道设计已知

16、，注射机喷嘴前端球面半径R0=15mm，喷嘴孔直径为d0=4。主流道设计成圆锥形，且把主流道设计在浇口套内，根据主流道与喷嘴尺寸关系可以根据经验算出浇口套部分尺寸如下：1. 主流道小端直径d=d0+0.5mm= 4+0.5mm，取d=4.5mm， 2. 直流道锥角=2°4°，取=4°；3. 主流道大端圆弧半径R=注射机喷嘴球面半径+（12）mm，R=18+2=20mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取4°，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及尺寸

17、设计采用推荐尺寸的常用浇口套；为了能与注塑机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。浇口套与定模仁选取H7/m6配合精度，与定模座板以及定模板配合为双边间隙1mm。与定位环选取H9/m9配合精度。定位环外径比定模板上的定位孔小0.2mm。3.2.2 分流道设计该塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可以采用单点进料的方式。为便于加工，采用最为常用的截面形状为U形的分流道。查分流道横截面及其尺寸的有关资料，取U形分流道宽度b=6mm，截面半径R=3mm，h=3.75mm。分流道截面形状及尺寸，如图3-2所示。图3-

18、2 分流道3.2.3 点浇口设计由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图下图所示的点浇口进料方式。根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件顶部。点浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚度查资料可确定。如图3-3所示。图3-3 浇口的结构、位置及尺寸3.2.4 冷料穴设计冷料穴是浇注系统结构之一，其作用是容纳浇注系统前端冷料，以免这些冷料进入型腔，既影响型腔填充速度，又影响塑件质量。由于聚苯乙烯质地硬而脆的特点，采用带球头形拉料杆的冷料井，一次分型

19、时浇注系统内凝料使点浇口与塑件分离，而二次分型时凝料被定模板硬刮掉落下来，实现浇注系统与自动分离与脱出，自动化程度高，劳动强度小。4 成型零件部件设计4.1 模具方案因为塑件的外形是方形的，塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种。即左右对称分布在模板两侧，如下图4-1所示。图4-1 型腔的排列 4.2 成型零件的结构4.2.1 模具的型腔采用整体式型腔整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不易发生变形。该塑件尺寸较小，最大处也只有115mm，且形状简单，型腔加工容易实现，可以采用整体式结构。4.2.2 模具的型芯采用整体镶嵌式型芯整体镶嵌式型芯可节省贵重

20、模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。同时也有利于型芯冷却和排气的实施。考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，型芯采用整体镶嵌式型芯。4.2.3 推出机构的确定根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。推出机构采用推件板推出机构。为了避免推件孔的内表面与型芯的成型面间的相摩擦，造成型芯的迅速擦伤，将推件板的内孔与型芯成型面以下的配合段做成单边斜度为510°锥面，该锥面不仅有效避免了擦伤，且能准确定位推件板，避免了该处的飞边溢料。4.2.4 合模导向机构的设计 该塑件精度要求不算高，无明显单边注射侧向力，可采用最为常

21、见的导柱导向定位机构，在动模板、推件板、定模板间使用4对导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落，在定模座板与定模板间采用4对定距拉杆，不仅起到限制第一次分型距的作用（所限距离要确保能取出凝料），同时还起到导向定位定模座板与定模板的作用。4.2.5 冷却系统的设计论证该塑件为中批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率；加上聚苯乙烯塑料为非结晶型塑料，成型时需要充分冷却，冷却要均匀分布。因此，该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型腔；而型芯的冷却则采用内部隔板式冷却的方式，其进出水孔开在支承板上。4.3 型芯型腔尺寸4.3.1成型零件的成型尺寸计算该塑件的材料是一

22、种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。前面已经查得聚苯乙烯的收缩率为0.21.0%，故平均收缩率为Scp=(0.2+1.0)%/2=0.6%=0.006根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取z=/3。成型零件尺寸的计算如下表4.1所示。 表4.1 成型零件尺寸的计算（单位mm）尺寸类别塑件尺寸计算公式型腔或型芯工作尺寸径向尺寸型腔径向尺寸型芯径向尺寸轴向尺寸型腔轴向尺寸型芯轴向尺寸5 零件的设计5.1 动、定模板厚度的确定5.1.1模具型腔厚度的确定 采用经验数据法，直接查阅设计手册中有关表格，得该型腔的推荐凹模壁厚为40mm。5.1.2 模具型腔模板总体尺寸的确定该模具

23、型腔大端尺寸为115mm，小端尺寸为84mm，根据确定的型腔壁厚尺寸40mm。（1）型腔模板总体尺寸确定W114.84+2×40=194.84mmL2×83.75+2×40+2050=267.5297.5mm综合以上数据，确定型腔模板的总体尺寸为W×L×H，其中取W=200mm，L=300mm，H=45mm。（2）厚度尺寸确定A板厚：23.81+20=42.81mm 取45mmB板厚：20+20=40 取40mmC板厚：15+20+25=60 取60mm5.1.3 标准模架的确定本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数目、塑件尺寸、冷

24、却水道的分布等因素，查有关资料，选择DB203045×40×60160型标准模架。DB型模架如下图5-1所示。 图5-1 DB型模架 5.2 注射机有关参数的校核5.2.1 模具闭合高度的确定组成模具闭合高度的模板及其它零件的尺寸有：定模座板为H1=30mm；垫板为H2=20mm；型腔板为H3=45mm；推件板为H4=20mm；型芯固定板为H5=40mm；支承板为H6=30mm；垫铁为H7=60mm；动模座板为H8=25mm。则该模具闭合高度为：H=H1 +H2 +H3 +H4 +H5 +H6+ H7+H8=30+20+45+20+40+30+60+25=270mm。5.2

25、.2 模具闭合高度的校核由于SZ-100/630型注射机所允许的模具最小厚度为Hmin=150 mm；模具最大厚度为Hmax=300mm。因计算得模具闭合高度H=270mm，所以模具闭合高度满足HminHHmax的安装条件。5.2.3 模具安装部分的校核该模具的外形最大部分尺寸为200 mm×300 mm，SZ-100/630型注射机模板最大安装尺寸为320mm×370mm，故能满足模具安装的要求。5.2.4 模具开模行程的校核开模行程也叫做合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示。SZ-100/630型注射机的最大开模行程为Smax=270 mm。为了使

26、塑件成型后能够顺利脱模，并结合该模具的双分型面特点，确定该模具的开模行程S应满足下式要求：SmaxH1H2a(510) mm=2524677=123（mm）其中H1塑件所用的脱模距离；H2塑件高度；a取出浇注系统凝料必须的长度。因Smax=270 mm123mm，故该注射机的开模行程满足要求。5.2.5 注射量的校核在一个注射成型周期内，注塑模内所需的塑料熔体总量与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式计算：=N+式中 N型腔的数量；单个制品的质量或体积（g或）；浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积（g或）；已知，N=2、 =31.432，经估算10，则83。SZ-100/630注射机的额

27、定注射量为=106，为了使注射成型过程稳定可靠，应有 =（0.10.8）=10.684.8因此，该注射机的注射量满足模具的要求。6 成型零件加工工艺6.1模具总装配图与加工路线图6-1 装配图 1定模板 2定幕支撑板 3型芯 4螺钉 5浇口套 6拉料杆 7定位圈 8限位拉杆 9弹簧 10垫圈 11螺母 12导套 13定模板 14推件板 15动模板 16导柱 17动模支撑板 18垫块 19螺钉M16x155 20螺钉M6x32 21动模座板 22推板 23推杆固定板 24复位杆 25隔板6.1.1 型芯的加工工艺路线：备料车削热处理磨研磨检验；分析：型芯总体形状是旋转体，因此备料时选择圆棒料；公

28、差按塑件标准公差4级，精度要求不高，可考虑用车削加工主要轮廓然后再磨；材料应选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形的小来制作，如CrWMn；下料长度因考虑车削时的装夹长度，外圆留5mm的切削余量。下图6-2为型芯。图6-2 型芯6.1.2 动模的加工工艺路线：备料铣六面热处理钳工镗磨检验；分析：动模的结构主要由许多的通孔组成：四个导柱孔、推杆孔、螺纹孔，两个型芯孔，因此可以先在钻床上钻孔后再在镗床上镗孔；为保证模板上、下表面的平行度和表面粗糙度，在铣削之后需要在平面磨床上磨削上、下平面。加工精度与粗糙度如下图6-3，图6=4所示。图6-3 动模板剖视图图6-4 动模板俯视图6.1.3 定模的数控

29、加工路线路线：备料铣六面磨线切割数控铣热处理检验；分析：动模由两个型腔组成，为保证模板上、下表面的平行度和表面粗糙度，在铣削之后需要在平面磨床上磨削上、下平面。定模的加工精度与粗糙度如下图6-5，图6-6所示。图6-5 定模板剖视图图6-6 定模板俯视图 数控铣：（1）、型腔铣粗加工分型面：立铣刀EM20_R0.5；（2）、型腔铣粗加工两个型腔：球头刀BM4；（3）、固定轮廓铣精加工两个型腔：球头刀BM4；（4）、固定轮廓铣精加工：球头刀BM4；（5）、参考刀具清根铣精加工转接R：球头刀BM1。6.2 数控模拟6.2.1 进入加工模块，设置加工方法在数控加工环境中选择型腔铣mill conto

30、ur如图6-7所示，选择“加工方法视图”并对粗加工和精加工的部件余量设定参数，如图6-8所示。图6-7 进入加工环境图6-8 选择加工方法6.2.2 创建铣刀点击“创建刀具”如图6-9所示，创建铣刀与修改参数如图6-10所示。图6-9 创建刀具图6-10创建铣刀6.2.3创建几何体在“操作导航器”中双击创建几何体WORKPIECE,在“铣削几何体”对话框中完成部件几何体的设定如图6-11所示，然后在弹出的“毛胚几何体”对话框中选择“包容块”，完成指定毛胚的设定。如图6-12所示。图6-11 创建几何图6-12 包容块6.2.4 创建型腔铣粗加工分型面操作选择“创建工序”如图6-13所示，对类型

31、、位置、名称进行设定；在“型腔铣”中设定刀轨、切削层、切削参数、非切削移动、进给和速度的参数；参数设定结束，如图6-14所示，选择“生成”按钮，生成加工轨迹并点击确认；在“刀轨可视化”对话框中点击“3D动态”进行三维动态模拟。如图6-15所示。图6-13 创建工序图6-14 设置参数图6-15 刀路的生成6.2.5 模拟动态的完成3D动态的设定完成显示刀路的生成，开始加工零件，如图6-16所示，零件的加工开始到完成，刀离开工件模拟动态完成，动态仿真结束。如图6-17所示。图6-16 零件的加工图6-17 加工完成6.2.6 后置处理 点击“操作导航器”，在“操作导航器-几何”对话框中点中“PLANAR-MILL”程序，右击选择“后处理”，选取“MILL-3-AXIS”，在文本框中输入名称后确定便可生成后处理文件。7 结束语在毕业设计中，通过对继电器盖模具的设计，使得我更深一层的了解了常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求，掌握了塑料成型模具的结构组成、结构特点、工作原理、设计要点、模具成型生产所用的设备、模具材料和热处理要求及设计计算方法，锻炼了我独立设计模具的能力。设计过程中我把课本重新温习了一遍，回忆先前老师讲述过的要点，在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理