塑料肥皂盒注塑模具的CADCAM設計【一模兩腔】【說明書+CAD】

塑料肥皂盒注塑模具的CADCAM設計【一模兩腔】【說明書+CAD】,一模兩腔,說明書+CAD,塑料肥皂盒注塑模具的CADCAM設計【一模兩腔】【說明書+CAD】,塑料,肥皂盒,注塑,模具,cadcam,設計,說明書,仿單,cad 南昌航空大學科技學院學士學位論文 1 前 言 1.1模具業(yè)發(fā)展現狀 ????模具作為提高生產率，減少材料和消耗，降低產品成本，提高產品質量和市場競爭力的重要手段，已越來越受到各工業(yè)部門的重視。隨著工業(yè)技術不斷向前發(fā)展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作條件下，對模具的精度越來越高，使用壽命越來越長。為了滿足這些要求，國內外都在模具材料的研究和開發(fā)上作了巨大的努力，也在這方面取得了不少成果。 質量的提高，并能獲得極大的經濟效益，模具是“效益放大器”，用模具生產的產品的價值往往是模具價值的幾十倍、上百倍。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本把模具譽為“進入富裕社會的模具技術已經成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。模具技術能促進工業(yè)產品的發(fā)展和原動力”。 目前世界上模具工業(yè)的年產值約為680億美元。我國2004年模具產值為530億元，模具出口4.91億美元，同時還進口18.13億美元。我國已成為世界上凈出口模具最多的國家。大型多工位級進模、精密沖壓模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽車覆蓋件模具等雖已能生產，但總體技術水平不高，與國外先進國家相比，仍有很大差距，特別是模具壽命低的問題非常突出。如：國外硅鋼片沖模總使用壽命在500萬次以上，而國內一般為50萬-60晚次，最高150萬次。國內熱鍛模使用壽命50萬次，國內只有3-5萬次。國外熱鍛模使用壽命12000次以上，國內一般為3000-5000次。影響模具壽命的因素較多，但模具材料是重要因素。高壽命模具離不開優(yōu)質模具材料。 1.2 CAD/CAM的發(fā)展情況 CAM中的核心技術是數控技術，編制零件加工程序是數控技術應用的重要環(huán)節(jié)，靠手工編程無法滿足復雜零件數控加工的需求，50年代初期，美國開始了數控自動編程技術-APT語言的研究，形成了早期的CAM系統(tǒng)；如20世紀60年代開發(fā)的編程機及部分編程軟件∶FANUC、Siemens編程機。目前，CAM技術已經成為CAX（CAD、CAE、CAM等）體系的重要組成部分，可以直接在CAD系統(tǒng)上建立起來的參數化、全相關的三維幾何模型（實體＋曲面）上進行加工編程，生成正確的加工軌跡。典型的CAM系統(tǒng)有UG、Pro/E、Cimatron 、MasterCAM等。其特點是面向局部曲面的加工方式，表現為編程的難易程度與零件的復雜程度直接相關，而與產品的工藝特征、工藝復雜程度等沒有直接相關關系。CAM系統(tǒng)僅以CAD模型的局部幾何特征為目標對象的基本處理形式，已經成為智能化、自動化水平進一步發(fā)展的制約因素。只有采用面向模型、面向工藝特征的CAM系統(tǒng)，才能夠突破CAM自動化、智能化的現有水平 1.3模具CAD/CAM技術的優(yōu)越性 現代生活中越來越多的產品，特別是各種塑料制品及大型覆蓋件等產品形狀結構比較復雜，單使用圖紙已很難正確和詳盡地表達產品的形狀和結構，這就要求模具設計制造者必須使用計算機輔助設計文件描述的手段。因此模具CAD/CAM的優(yōu)越性賦予了他無限的生命力，使其得以迅速發(fā)展廣應用。無論在提高生產率、改善質量方面，還是降低成本、減輕勞動度方面，CAD/CAM技術的優(yōu)越性是傳統(tǒng)的模具設計制造方法不能比擬的。 (1) CAD/CAM可以提高模具設計和制造水平，從而提高模具質量。 (2) CAD/CAM可以接生時間，提高效率。 (3)CAD/CAM可以較大幅度降低成本。 (4)CAD/CAM技術將技術人員從繁瑣的計算、繪圖和NC編程中解放出來，使其可以從事更多的創(chuàng)造性勞動。 采用CAD/CAM一體化技術是現代模具設計制造的要求,可以有效地改善傳統(tǒng)方法的不足,由CAD建立的產品模型可以直接生成數控指令,通過DNC接口實現與機床間的數據通訊,使生產中原來用外形模擬傳遞改變?yōu)橛脭祿總鬟f,使設計與制造環(huán)節(jié)直接溝通。而且可以在CAD系統(tǒng)中進行外觀分析、產品裝配、檢查配合部件的干涉,對數控加工過程進行仿真,檢查加工過程和干涉,實現產品的設計和修改。因此,可以大大降低手工勞動量,縮短新產品研制周期,顯著提高產品質量。 CAM是設計工作的最終結果。CAD設計的零件模型，經過CAPP工藝編排產生工藝流程圖后，最終在CAM中進行加工軌跡生成與仿真，產生數控加工代碼，從而控制數控機床進行加工?？梢哉f，CAM系統(tǒng)的強弱直接決定著整個設計過程的成敗，CAD的效益最終也是通過CAM體現出來的 1.4 我國模具技術的現狀及發(fā)展趨勢n* y; Z3 [$ Z7 20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。 模具工業(yè)在我國已經成為國民經濟發(fā)展的重要基礎工業(yè)之一。國民經濟的支柱產業(yè)如機械，電子，汽車，石油化工和建筑業(yè)等都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應，都需要大量模具，特別是汽車、電機、電器、家電和通信產品中60%~80%的零件都要依靠模具成形。我國石化工業(yè)一年生產500多噸聚乙烯、聚丙烯和其他合成樹脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生產和生活的消費。生產建筑業(yè)用的地磚，墻磚和衛(wèi)生潔具，需要大量的陶瓷模具，生產塑料管件和塑料門窗，也需要大量的塑料模具成形。 80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產值為245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。盡管中國模具在過去十年里取得了令人矚目的發(fā)展，但是許多方面與發(fā)達國家相比仍有較大差距。相對而言，國外注塑成型技術在向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展。例如：組合模、即鈑金和注塑一體注塑；多色注塑等，都在向高效率，高自動化和節(jié)約能源、降低成本的方向發(fā)展。當前，我國工業(yè)生產的特點是產品品種多，更新?lián)Q代快，市場競爭殘酷激烈。在這種情況下，用戶對模具制造的要求是制件質量要好，交貨期要短，模具精度要高，模具價格要低。因此，現代模具的制造應與當前經濟發(fā)展的形勢及以上要求相適應。 盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。 (1)注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。 (2)加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。 (3)推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。 (4)重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。 1.5本課題的研究內容及實驗方案 分析肥皂盒塑件以及塑件成型工藝和過程。設計肥皂盒塑件圖，利用注塑成型原理對肥皂盒塑件進行成型分析，并設計和繪制注塑模模具裝配圖及型腔、型芯等部分零件圖。利用Mastercam軟件對模具型腔、型芯進行三維曲面造型與數控仿真加工，同時生成數控加工程序。設計過程可利用計算機模擬加工檢驗。 2 肥皂盒塑件的分析與注塑成型原理 2.1塑件的分析和塑料成型工藝 2.1.1塑件的工藝性分析 圖2-1 肥皂盒零件圖 如圖2-1為肥皂盒塑件圖，該零件的材料為ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。ABS有良好的耐化學腐蝕及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤。密度為1.02~1.05g/cm3。ABS有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿和酸類對ABS幾乎無影響。 為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面上，而澆口卻斜向開設在模具的隱蔽處。塑料熔體通過型腔的側面或推桿的端部注入型腔，因而塑件外表面不受損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀效果。 2.1.2塑料的分類與性能 塑料的品種很多，按其受熱后所表現的性能不同可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。 (1) 熱固性塑料 是指在初次受熱時變軟，但加熱到一定時間或加入固化幾后，就硬化定型，再加熱則不熔融也不溶解，形成體型結構物質的塑料。這類塑料在成型過程中發(fā)生了化學變化，分子結構產生了變化。常見的熱固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等。 (2)熱塑性塑料 是指在特定溫度范圍內能反復加熱和冷卻硬化的塑料。這類塑料在成型過程中只有物理變化而無化學變化。常見的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有機玻璃等。 塑料具有以下性能和優(yōu)點： 1.質量輕 2.比強度高 3. 化學穩(wěn)定好 4. 電性能優(yōu)良 5. 減摩、耐磨性能優(yōu)良、自潤滑性能好 6. 吸震和消聲性能好 7. 成型加工方便 但是，塑料也有許多不足的地方，例如剛性差，收縮率大，尺寸精度低，耐熱性能差，易老化等等 2.1.3注射成型原理及分類 注射成型又稱注塑成型，是熱塑性塑料的成型的主要方法。注射成型原理圖如圖2.2所示，將粒狀或者粉狀的塑料加入到注射機的漏斗，在注射機里塑料受熱熔融并使之保持流動狀態(tài)，然后在一定壓力下注入閉和的模具，經冷卻定型后，熔融的塑料就固化成為所需塑件。 圖2-2 注射成型原理 2.1.4注射機的分類 注射機的種類很多，按外形特征可分為以下幾種形式： (1) 臥式注射機 注射系統(tǒng)與合模鎖模系統(tǒng)軸線都呈水平布置的注射機。這類注射機重心低、結構穩(wěn)定、操作維修方便，塑件推出后可自行下落，便于實現生產自動化。常用的臥式注射機型號有：XS-ZY-30、XS-ZY-60、XS-ZY-125、XS-ZY-500、XS-ZY-1000等。其中：XS---塑料成形機，Z---注射機，Y---螺桿式，30、125---注射機的最大注射量。 (2) 立式注射機 注射系統(tǒng)與合模鎖模系統(tǒng)軸線垂直地面的注射機。這類注射機占地面積較小、模具裝卸方便，但重心較高，不穩(wěn)定，加料不方便，推出的塑件要人工取出，不易實現生產自動化。注射系統(tǒng)一般為柱塞結構，注射量小于60g,常見的立式注射機為：SYS-30等。 (3) 角式注射機 注射系統(tǒng)與鎖模裝置的軸線相互垂直布置的注射機。這類注射機結構簡單。注射系統(tǒng)一般為柱塞結構，注射量小于60g,常見的立式注射機為：SYS-45等。 此外，按塑化方式注射機還可以分為柱塞式和螺桿式。 柱塞式注射機結構簡單，但塑化不均勻，注射壓力損失大，且注射容量極其有限，故只適用于小型模具生產，立式及角式注射機多采用此注射系統(tǒng)。 螺桿式注射機塑化充分，注射量大，適用的塑料品種范圍廣，因此在注射機中被廣泛采用。 2.1.5注射機技術參數 1. 注射量 也成為公稱注射量，它是指對空注射的條件下，注射螺桿或者柱塞作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量。 2. 注射壓力 注射時為了克服塑料流經噴嘴、流道和型腔時的流動阻力，注射機螺桿（或柱塞）對塑料熔體必須施加足夠的壓力，此壓力稱為注射壓力。根據塑件的性能，選取注射壓力時，大致可以分為以下幾類： (1)注射壓力小于70Mpa,用于加工流動性好的塑料，且塑件形狀簡單，壁厚較大。 (2)注射壓力為70~100Mpa,用于加工塑料黏度較低，形狀，精度要求一般的塑件。 (3)注射壓力為100~140 Mpa，用于加工中、高粘度的塑料、且塑件的形狀、精度要求一般。 (4)注射壓力為140~180 Mpa，用于加工較高粘度的塑料、且塑件的形狀、精度要求較高。 3. 鎖模力 當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產生使模具分型面張開的力。為了夾緊模具，保證注射過程順利進行。注射機合模機構必須有足夠的鎖模力，其必須大于張開力。鎖模力用公式表示為： F>FZ=P(nA+A1) (2-1) 式中：FZ——塑料熔體在分型面上的張開力，N； P—型腔壓力，一般為注射壓力的80%左右，通常取20~40 Mpa. n—型腔數量。 A—單個塑件在模具分型面上的投影面積，mm2。 A1—澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積，mm2. 3 肥皂盒注塑模的設計 3.1初步確定型腔數目 根據塑件的結構及尺寸精度要求采用一模兩腔。 圖3-1 型腔分布圖 3.2注射機的選擇 3.2.1塑件體積的計算 按照圖塑件所示尺寸近似計 塑件體積： =（3.14*109*5+75*110）*2 ≈20cmз 塑件質量：M=20*1.04g=20.8g 3.2．2按注射機的最大注射量確定型腔數目 根據 (3-1) 得 (3-2) 注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8; 注射機最大注射量，cmз或g; 澆注系統(tǒng)凝料量，cmз或g； 單個塑件體積或質量，cmз或g； 3．2．3估算澆注系統(tǒng)的體積，其初步設定方案如下 圖3-2 澆注系統(tǒng)示意圖 10.1cmз 4.4 =2*20.8+10.1/0.8=65 cmз 查表文獻【4】、【2】得選用 XS-ZY-125型號注射機 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具處到分流道為止 塑料熔體 流動通道 根據選用的XS-ZY-125型號注射機的相關尺寸得 噴嘴前端孔徑：； 噴嘴前端球面半徑：； 根據模具主流道與噴嘴的關系 (4-1) 取主流道球面半徑：； 取主流道小端直徑：； 為了便于將凝料從主流道中取出，將主流道設計成圓錐形，起斜度為，取其值為，經換算得主流道大端直徑為 圖4-1 主流道示意圖 4.2分流道的設計 分流道選用圓形截面：直徑D=10cmз 圖4.2 分流道示意圖 流道表面粗糙度 4.3分型面的選擇設計原理 (1)分型面應選在塑件外形最大輪廓處； (2)分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模； (3)分型面的選擇應保證塑件的精度要求； (4)分型面的選擇應滿足塑件的外觀質量要求； (5)分型面的選擇要便于模具的加工制造； (6)分型面的選擇應有利于排氣； (7)分型面的選擇還要考慮到型腔在分型面上投影面積的大小。 其分型面如圖4.3 圖4 -3 分型面示意圖 4.4澆口的設計 根據澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，避免熔體破裂現象引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處等要求 澆口設計如圖4.4 圖4-4 澆口示意圖 4.5冷料穴的設計 冷料穴是澆注系統(tǒng)的結構組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔。這些冷料既影響熔體充填的速度，有影響成型塑件的質量，另外還便于在該處設置主流道拉料桿的功能。注射結束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出機構開始工作，將塑件和澆注系統(tǒng)凝料一起推出模外。 其設計如下圖（Z字型） 圖4-5 冷料穴示意圖 4.6排氣系統(tǒng)的設計 當塑料熔體充填型腔時，必須順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱而產生的氣體。如氣體不能被順利排出，塑件會由于填充不足而出現氣泡、接縫或表面輪廓不清楚等缺點，甚至因氣體受壓而產生高溫，使塑料焦化。排氣槽位置和尺寸的選定是一個較為復雜的問題，主要靠實踐經驗。通常的作法是根據以往經驗，將排氣槽開設在可能出現問題的部位，經過試模后進行修改和補充。其設計要點為： （1）排氣系統(tǒng)應保證迅速、有序、通暢，排氣速度應與注射速度相適應； （2）排氣槽應設在塑料流的末端，如塑件、流道、冷料穴的澆注終端； （3）排氣槽應設在主分型面的凹模一側，一是便于加工和修正，二是如果產生排氣飛邊，凝料也較容易脫模或去除； （4）排氣槽應盡量設在塑件較厚的成型部位； （5）排氣槽應設在便于清模的位置，以防止積存冷料； （6）排氣槽的排氣方向應避開操作區(qū)，防止注射時高溫熔料的溢出而傷人； （7）排氣槽的深度與塑料品種的流動性以及注射壓力、注射溫度有關。ABS的排氣槽深度為0.03mm。 由于本模具是屬小型模具，排氣量小，而且分型面較多，所以可利用推桿的配合間隙進行排氣，這樣可以不必單獨設排氣槽，又可以起到排氣的作用。 5 注塑模模架設計 模架是設計、制造塑料注射模的基礎部件。為保證塑件質量，須正確選用標準模架，以節(jié)約設計和制造時間。本次設計中模架的型號選用定模和動模模板，有支撐板，設置以推桿推出塑料件的機構組成模架。 5.1 標準模架選用依據 在模具設計時，應根據塑件圖樣及技術要求，分析、計算、確定塑件形狀類型、尺寸范圍（型腔投影面積的周界尺寸）、壁厚、孔型及孔位、尺寸精度及表面性能要求以及材料性能等，以制定塑件成型工藝，確定精料口位置、塑件重量以及每模塑件數（型腔數），并選定注射機的型號及規(guī)格。選定的注射機必須滿足塑件注射量以及成型壓力等要求。為保證塑件質量，還必須正確選用標準模架，以節(jié)約設計和制造時間保證模具質量。選用標準模架的程序及要的如下。 （1） 模架厚度H和注射機的閉合距離L對于不同型號和規(guī)格的注射機，不同結構形式的鎖模機構具有不同的閉合距離。模架厚度與閉合距離的關系為： Lmax <= H <= Lmin 式中 H: 模架厚度 Lmax : 注射機最大閉合距離 Lmin :注射機最小閉合距離 （2） 開模行程與定、動模分開的間距與推出塑件所需行程之間的尺寸關系，設計時需計算確定，在取出塑件時的注射機開模行程應大于取出塑件所需的定、動模分開的間距，而模具推出塑件距離需小于頂出液壓缸的額定頂出行程。 （3） 選用的模架在注塑機上的安裝 安裝時注意：模架外形尺寸不應受注塑機拉桿間距的影響；定位孔徑與定位環(huán)尺寸需配合良好；注塑機推出桿孔的位置和頂出 行程是否合適；噴嘴孔徑和球面半徑是否與模具的澆口套孔徑和凹球面尺寸相配合；模架安裝孔的位置和孔徑與注塑機的移動模板及固定模板上的相應螺孔相配。 （4） 選用模架應符合塑件及其成型工藝的技術要求 為保證塑件質量和模具的使用性能及可靠性，需對模架組合零件的力學性能，特別是他們的強度和剛度進行準確的校核及計算，以確定動定模板及支撐板的長、寬、厚度尺寸，從而正確地選用模架的規(guī)格。 圖5-1 模架模型圖 6 成型零部件的設計 6.1型腔、型芯工作尺寸計算 ABS塑料的收縮率是0.3%--0.8% 平均收縮率: =（0.3%--0.8%）/2=0.55% 型腔內徑： (6-1) 型腔深度： (6-2) 型芯外徑： (6-3) 型芯深度： (6-4) 型腔徑向尺寸（mm ）; - 塑件外形基本尺寸（mm）; -塑件平均收縮率； -塑件公差（參考文獻[4]） -成形零件制造公差，一般取1/4—1/6； -塑件內形基本尺寸（ mm）; -型芯徑向尺寸（mm）; -型腔深度（mm）； -塑件高度（mm） -型芯高度（mm）； -塑件孔深基本尺寸（mm）； 6.1.1型腔尺寸計算 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 100 0.44 4 0.14 30 0.24 104 0.5 324 1.2 6 0.14 80 0.38 25.5 0.24 6 0.14 29 0.24 14 0.20 26 0.24 12 0.18 106 0.5 6.1.2型芯的尺寸計算 基本尺寸/mm 公差值/mm 計算 96 0.44 34 0.26 104 0.5 320 1.2 6 0.14 80 0.38 25.5 0.24 8 0.16 12 0.18 27 0.24 10 0.18 24 0.24 110 0.5 6.2 導向機構的設計 導向機構的作用：（1）定位作用；（2）導向作用；（3）承受一定的側向壓力 6.2.1導柱的設計 (1)長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免出現導柱末導正方向而型芯先進入型腔的情況。 (2)形狀 導柱前端應做成錐臺形，以使導柱能順利地進入導向孔。 (3)材料 導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼（經表面滲碳淬火處理），硬度為50—55HRC。 6.2.2導套的結構設計 (1)材料 用與導柱相同的材料制造導套，其硬度應略低與導柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導柱或導套拉毛。 (2)形狀 為使導柱順利進入導套，導套的前端應倒圓角。導向孔作成通孔，以利于排出孔內的空氣。 6.2.3推出機構的設計 采用推桿推出，推桿截面為圓形，推桿推出動作靈活可靠，推桿損壞后也便于更換。推桿的位置選擇在脫模阻力最大的地方，塑件各處的脫模阻力相同時需均勻布置，以保證塑件推出時受力均勻，塑件推出平穩(wěn)和不變形。根據推桿本身的剛度和強度要求，采用四根推桿推出。推桿裝入模具后，起端面還應與型腔底面平齊或搞出型腔0.05—0.1cm. 6.2.4推件力的計算 對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力（Q）： (6-5) 式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）; --被包緊部分的深度（cm）; --由塑件收縮率產生的單位面積上的正壓力，一般取 ； --磨擦系數，一般取； --脫模斜度； =406.4mm mm 得 6.2.5 推桿的設計 [1]推桿的強度計算 查《塑料模設計手冊之二》由式5-97得 d=（） (6-6) d——圓形推桿直徑cm ——推桿長度系數≈0.7 l——推桿長度cm n——推桿數量 E——推桿材料的彈性模量N/(鋼的彈性模量E=2.1107N/) Q——總脫模力 取 。 [2]推桿壓力校核 查《塑料模設計手冊》式5-98 = (6-7) 取320N/mm2 < 推桿應力合格，硬度HRC50～65 7 模具溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 本塑件在注射成型機時不要求有太高的模溫因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)。是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計算計。 設定模具平均工作溫度為，用常溫的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為。 7.1 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量 查表3-26得ABS的單位流量為 得 = 7.2 求冷卻水的體積流量V 由式3-41得： (7-1) 查表3-27可知所需的冷卻水管直徑較小。 由上述可知，設計冷卻水道直徑為8符合要求。 8 校 核 8.1整體式圓形型腔壁厚度的計算 8.1.1按剛度條件計算 設想用通過型腔軸線的兩平面截面取側壁，得到一個單位寬度長條，該長條可以看作一個一端固定、一端外伸的懸臂梁，。由于長條的寬度取得很小，梁的截面可近似視為矩形。由于該梁承受均勻分布載荷，故最大饒度產生在外伸一端，起值為： (8-1) 式中 --型腔材料彈性模量； --梁的慣性矩，其中，； s—側壁厚度。 應使，則取為一單位寬度，可求得： (8-2) 得 校核條件成立 8.1.2整體式圓形型腔底板厚度的計算 (1)按剛度條件計算 整體式圓形型腔底板可視為周邊固定的圓板，在型腔內熔體壓力作用下，最大饒度亦產生在底板中心，其數值為： (8-3) 應使，則 得 校核條件成立 8.2注射機有關工藝參數的校核 [1]鎖模力與注射壓力的校核 (8-4) --注射時型腔壓力 查參考文獻得 30MPa --塑件在分型面上的投影面積（） --澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（） --注射機額定鎖模力，按GB XS-ZY-125型注射機額定鎖模力為900 得 得 得 符合條件 故選 XS-ZF-125注射機成立 8.3模具厚度H與注射機閉和高度 注射機開模行程應大于模具開模時，取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距離 即滿足下式 (8-5) 式中 --注射機最大開模行程，mm； --推出距離（脫模聚居），mm； --包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度，mm； 條件成立 9 模具型芯、型腔的三維造型與數控仿真加工 9.1 Mastercam軟件簡介 Mastercam8是一套被模具行業(yè)廣泛采用的CAD/CAM系統(tǒng)，是我國目前機械加工行業(yè)使用最普遍的一種軟件，它可用于數控銑床、數控車床、數控鏜床、數控坐標鏜床、加工中心、數控線切割機床、數控火焰切割機床等，而且能適用于多種數控裝置的機床。 Mastercam8的強大CAD功能足以應付任何復雜的模具設計，而CAM功能則提供完整的二軸、三軸、四軸和五軸加工。利用Mastercam8的CAD功能建立產品模型后，就可以通過其CAM功能選擇加工方式、加工刀具，設定加工參數，進行NC刀具路徑計算、實體切削模擬等操作，在檢驗一切無誤后，選擇對應的后處理器將刀具路徑轉換成數控機床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進行加工。這大大的節(jié)省了時間、資源和產品成本，因此可以提高工作效率和加工精度。 Mastercam是美國CNC公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件，它具有方便直觀的幾何造型 Mastercam提供了設計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能可設計出復雜的曲線、曲面零件。 Mastercam具有強勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多種先進的粗加工技術，以提高零件加工的效率和質量。Mastercam還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的方法，加工最復雜的零件。Mastercam的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性。 可靠的刀具路徑校驗功能 Mastercam可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。 Mastercam提供400種以上的后置處理文件以適用于各種類型的數控系統(tǒng)，我廠采用的是FANUC系統(tǒng)，機床為四軸聯(lián)動臥式銑床。根據機床的實際結構，我們編制了專門的后置處理文件，繩槽曲面加工刀具路徑NCI文件經后置處理后生成加工程序。 使用Mastercam 實現DNC加工, DNC（直接數控）是指用一臺計算機直接控制多臺數控機床，其技術是實現CAD/CAM的關鍵技術之一。由于本工件較大，處理的數據多，所生成的程序長，數控機床的磁泡存儲器已不能滿足程序量的要求，這樣就必須采用DNC加工方式，利用RS-232串行接口，將計算機和數控機床連接起來。利用Mastercam的Communic功能進行通訊，而不必考慮機床的內存不足問題,經大量的實踐，用Mastercam軟件編制復雜零件的加工程序極為方便，而且能對加工過程進行實時仿真，真實反映加工過程中的實際情況，不愧為一優(yōu)秀的CAD/CAM軟件。 Mastercam具有強勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。 Mastercam提供了多種先進的粗加工技術，以提高零件加工的效率和質量。Mastercam還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的方法，加工最復雜的零件。Mastercam的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性。 可靠的刀具路徑校驗功能 Mastercam可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。 Mastercam提供400種以上的后置處理文件以適用于各種類型的數控系統(tǒng)，我廠采用的是FANUC系統(tǒng)，機床為四軸聯(lián)動臥式銑床。根據機床的實際結構，我們編制了專門的后置處理文件，繩槽曲面加工刀具路徑NCI文件經后置處理后生成加工程序。 9．1．1Mastercam軟件的特點與功能 一．CAD繪圖部份 1．文件中包含單位消息。打開文件時，系統(tǒng)會自動切換單位制(公制/英制)。屏幕左下角包含單位圖標(mm或inch)。 實體模式可選定“曲面邊界”，在串連的選項中設置。 2． 多種串連選取方式：包含“下一個最靠近的”、“由內而外”、“由外而內”、“由內而外最佳化”、“由外而內最佳化”。 3． 可動態(tài)選定串連的起始點。 4． 擴充圖素屬性的設置。 5.屏幕拷貝及使用打印機出圖時，可指定出圖的線寬。 6.圖素屬性管理員：可預先設置各圖素的不同屬性。 7.自動存檔功能中，增加“完成每個刀具路徑之操作后存檔”。 8.改善選定的限定功能。 9.增加工作座標系統(tǒng)(WCS)及視角管理器。 10. 改善鼠標右鍵的輔助菜單，增加動態(tài)平移及動態(tài)縮放。 11.刪除重復圖素時，可指定特殊的屬性。 12.可由快捷方式內容中指定自設的單位(c:mcam9mill9.exe custom.cfg)。 13.分析功能表中增加：小的曲面及實體檢測，可過濾不必要的小曲面及實體。 14.可由分析→編輯信息中“重新定義”圖素，而不需要刪除后再重新繪制。 15.繪圖功能表中：倒角、文字、橢圓、多邊形及邊界等功能，更靈活、更人性化。 16.將8版應用程序spiral及thelix合并成標準的功能：繪圖→螺旋線。 17.改善“修整→動態(tài)移位”的選項。 18.將8版應用程序squash改為標準功能：轉換→壓扁。 19.簡化“轉換→比例縮放”的設置。 20.打開文件時，如果圖素顏色與工作區(qū)底色相同，系統(tǒng)會立即提示更改顏色。 21.在9版中，系統(tǒng)會記錄先前最后使用的對話窗頁次；再選擇該對話窗時，系統(tǒng)便直接進入上次離開時的頁次。 22.增加功能鍵F11、F12的設置。 23.支持AutoCAD R13的DWG、DXF及Inventor v5.0。 24.可對STL檔運行鏡像、旋轉、比例縮放及改變法向。 25.支持Parasolids 13.2及ACIS 7.0。 9.1.2三維設計與加工系統(tǒng) 完整的曲線功能：可設計、編輯復雜的二維、三維空間曲線。還能生成方程曲線。尺寸標注、注釋等也很方便。 強大的曲面功能：采用NURBS、PARAMETRICS等數學模型，有十多種生成曲面方法。還具有曲面修剪、曲面間等（變）半徑導圓角、導角 、曲面偏置、延伸等編輯功能。 嶄新的實體功能：以PARASOLID為核心，導圓角、抽殼、布爾運算、延伸、修剪等功能都很強。 可靠的數據交換功能，可轉換的格式包括：IGES、SAT（ACIS SOLIDS）、DXF、CADL、VDA、STL、DWG、ASCII。并可讀取Parasolid、HPGL、CATIA、PRO/E、STEP等格式的數據文件。 銑床3D加工系統(tǒng)可完成如下功能： 多重曲面的粗加工及精加工。 加工刀具軌跡有：等高線加工，環(huán)繞等距加工，平行式加工， 放射狀加工， 插拉刀方式加工， 投影加工，沿面加工，淺平面及陡斜面加工等。 9.2模具型芯、型腔型面三維造型 利用mastercam軟件的繪圖造型功能對型芯進行三維造型如圖9-1 圖9-1 型芯型面的三維模型 圖9-2 型腔型面的三維模型 9.3模具型腔的數控仿真加工 9.3.1加工路線的確定 根據對型面的特征分析，其加工路線為 曲面粗加工（平行銑削）——曲面半精加工(曲面流線)——曲面精加工（環(huán)繞等距） 9.3．2部分工序加工流程及數控程序的生成 (1)選取 刀具路徑—曲面加工—粗加工—平行銑削，下一級菜單中選取凹—實體—實體面 (2)選取 刀具路徑—曲面加工—精加工—環(huán)繞等距，下一級菜單中選取凹—實體—實體面 (3)鼠標選取所要加工的曲面，如圖9-3 圖9-3 型腔加工面的選擇界面 單擊執(zhí)行，出現圖示對話框 選擇直徑為3的球刀如圖？ 圖9-4 刀具參數對話框 選完刀具后，對加工參數進行設置，如下圖 圖9-4加工參數設置對話框一 圖9-5 加工參數設置對話框二 點擊確定后就自動生成型腔加工路徑，可進行實體切削驗證 圖9-6 刀心軌跡模擬仿真一 圖9-7 刀心軌跡模擬仿真二 圖9-8 刀心軌跡模擬仿真三 實體切削仿真完成后，對刀心軌跡文件進行后置處理，生成數控加工程序[具體見電子文檔]，如下： % O0000 (PROGRAM NAME - XINQIANGJIAGONG) (DATE=DD-MM-YY - 26-05-11 TIME=HH:MM - 16:36) N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 ( 3. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 3.) N104T1M6 N106G0G90X-157.5Y-100.A0.S2546M3 N108G43H1Z100. N110Z5.8 N112G1Z0.F3. N114X157.5F203.7 N116Y-99. N118X-157.5 N120Y-98 。。。。。。。。。。。。 N1894X61.596Z-46.566 N1896X61.161Y-.25Z-46.459 N1898X60.761Y-.107Z-46.359 N1900X60.474Y0.Z-46.273 N1902G0Z-41.273 N1904Z100. N1906M5 N1908G91G28Z0. N1910G28X0.Y0.A0. N1912M30 % 9.4型芯的數控加工 9.4.1工路線的確定 根據以上分析，本型腔加工路線可規(guī)定如下： （1）曲面精加工（平行銑削） （2）挖槽（一般挖槽） 9.4．2工序加工方法的確定及數控程序 具體操作步驟如下 （1）選取 刀具路徑—曲面加工—精加工—平行洗削 — 選取凹—實體—實體面 （2）選取 刀具路徑—挖槽 （3）鼠標選取所要加工的曲面，如圖： 圖9-9 型芯加工面的選擇界面 選擇刀具如下 圖9-10 刀具參數對話框 設置刀具參數 點擊確定后自動生成型芯加工路徑，可進行實體切削驗證 圖9-11 刀心軌跡模擬仿真一 圖9-12 刀心軌跡模擬仿真二 實體切削無誤后，后置處理自動生成程序如下（具體見電子檔） N134X157.5F244.3 N136G0Z53.3% O0000 (PROGRAM NAME - 333333333333) (DATE=DD-MM-YY - 26-05-11 TIME=HH:MM - 13:53) N100G21 N102G0G17G40G49G80G90 ( 10. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 10.) N104T1M6 N106G0G90X-157.5Y-100.A0.S1527M3 N108G43H1Z100. N110Z54.3 N112G1Z48.3F3.6 N114X157.5F244.3 N116G0Z53.3 N118Z54.3 N120X-157.5Y-99.5 N122G1Z48.3F3.6 N124X157.5F244.3 N126G0Z53.3 N128Z54.3 N130X-157.5Y-99. N132G1Z48.3F3.6 。。。。。。。。。。。。。 結論 為期近3個月的畢業(yè)設計已經完成，回顧整個畢設過程，我覺得受益匪淺。在對塑料肥皂盒注塑模具設計及其數控加工的過程中，我對模具設計和數控加工有了更深刻的認識，同時也鞏固了以前學習的軟件知識和機械理論知識。在畢業(yè)設計的過程中，我學到了更多的知識，開闊了我的視野，為以后的工作打下了堅實的基礎。 整個的設計內容過程包括： 1. 自行設計一塑料肥皂盒 2. 利用Mastercam 對塑料肥皂盒注塑模具的型芯和型腔生成數控加工程序和工藝，并進行模擬加工。 3. 利用AutoCAD 2006軟件繪制模具和零件的工程圖。 4. 編寫設計說明書，此過程是把整個過程以文字的方式表示出來。 本次畢業(yè)設計的主要特點：設計過程中運用了現代制造業(yè)流行的CAD/CAM一體化技術，從產品的研發(fā)設計到生產制造過程中，不再需要生成工程圖。在數控加工過程中，通過把Mastercam中建立的型芯和型腔的數字實體導入到Mastercam/CAM中，設定相關的工藝參數后計算機自動生成數控加工程序。 本次設計的塑料肥皂盒注射模，在理論上說是成功的。經過校核，本模具的注射量、鎖模力等都沒有超過初選的注射機的額定參數，基本滿足塑件在外形方面的基本要求。但客觀的說，由于本人水平有限，本設計在許多方面還存在不足，現說明如下： 1. 由于本模具的型芯和型腔是三維曲面，而且表面要求也比較高，在數控加工時，采用放射狀加工方法，可能加工時間會比較長，在節(jié)約成本方面，本人考慮不夠全面。 2. 因為塑件是薄壁件，考慮其容易變形的缺點，本模具的推出機構裝在肥皂盒底。 為的是保證其在推出時受力均勻。但是，本人忽略了一點，由于推塊與型芯配合，并且它的上方就是澆口，如果與型芯的配合不夠緊密，就會造成瀉料，成型件的內腔就不能達到預先的要求，必須使兩者的配合十分緊湊，所以，對加工的要求會比較高。因此從經濟方面考慮，本機構設計不夠理想。 3. 現在塑料模具已經頒布了國家標準，但是本次的設計，在有些機構上沒有采用標準件，有些零件還需要加工，不能直接外購，可能在省時方面做的不夠好。 4. 由于數控加工工藝設計和工藝參數的設定的參考資料不足，所以其在工程中難免有不合理的地方。 因此，本模具在諸多方面還不能達到標準化，經濟化的要求。只有在改正以上幾項不足的前提下，才能使本模具的通用性，實用性，經濟性有所提高，所以，以后的設計還要往這個方向努力。 參考文獻 [1].嚴烈主編. 《Mastercam 8模具設計超級寶典》. 北京:冶金工業(yè)出 版社，2000. 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