機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于cimatron的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速仿真加工【全套圖紙PROE三維】

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1、鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 目錄目錄 1 前言 1 1.1 課題內(nèi)容 1 1.2 課題背景 1 1.3 課題的來源及要求 1 1.4 模具國內(nèi)外發(fā)展概況 1 2 總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 塑件的測繪 3 2.2 塑件的造型 5 2.3 塑件的材料選擇與分析 7 2.4 塑件尺寸精度 7 2.5 模具材料的選擇 8 2.6 脫模斜度 8 2.7 型腔數(shù)目的確定 9 2.8 注射機(jī)的選擇 9 3 具體設(shè)計(jì)說明 .10 3.1 分型面的確定 .10 3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .11 3.3 主流道的設(shè)計(jì) .11 3.4 澆口的設(shè)計(jì) .13 3.5 冷卻裝置設(shè)計(jì) .14 3.6 推出機(jī)構(gòu)設(shè)

2、計(jì) .14 3.7 推桿 15 3.8 復(fù)位桿 15 3.9 導(dǎo)向裝置 16 3.10 側(cè)抽芯的設(shè)計(jì) .16 3.11 確定各模板尺寸 17 3.12 型腔成形尺寸計(jì)算 19 3.13 注射機(jī)技術(shù)參數(shù)的校核 20 3.14 零件強(qiáng)度計(jì)算及校核 22 4 模具的三維造型 .25 4.1 模架的三維造型 .26 5 型腔工藝分析及加工仿真 .27 6 各種工藝卡片 .31 7 結(jié)論 .32 參 考 文 獻(xiàn) 33 致 謝 .34 附 錄 .35 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 1 基于基于 cimatroncimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速仿真加的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的

3、高速仿真加 工工 摘要：注塑模具目前在塑料模具中使用最廣泛，能夠成型高復(fù)雜度、高精度的 塑料制品。本課題是對豆?jié){機(jī)上蓋模具進(jìn)行設(shè)計(jì)并分析其加工工藝。 本模具考慮了年產(chǎn)量、工廠的設(shè)備及塑件的精度要求，最終選擇一模一腔 結(jié)構(gòu)。以制品的中間水平面為分型面,使制品順利脫模。為了使動、定模能夠準(zhǔn) 確地動作, 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)利用導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合。頂出機(jī)構(gòu)是推桿推出的一次 脫出機(jī)構(gòu)?？紤]到零件的位置關(guān)系,冷卻水道采用循環(huán)式分布，以便冷卻均勻、 快速。 采用 ProEngineer、cimatron 來實(shí)現(xiàn)豆?jié){機(jī)上蓋模具的三維設(shè)計(jì)及模具 成型零件設(shè)計(jì)，分析制件的成型質(zhì)量和完成分型面的設(shè)計(jì)，再采用 EMX 組件來

4、 實(shí)現(xiàn)模架的裝配，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具裝配過程中，輔助以必要的理論計(jì)算， 將數(shù)字化設(shè)計(jì)與理論計(jì)算結(jié)合起來，可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、模具設(shè)計(jì)周 期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、產(chǎn)品成型質(zhì)量，降低產(chǎn)品研發(fā)、模具 設(shè)計(jì)成本。在設(shè)計(jì)過程中制定了合理的工藝方案，滿足了大批量生產(chǎn)要求。同 時，還編制了詳細(xì)的工藝文件來保證模具的順利加工及制品的生產(chǎn)。 經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，本模具滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的要求。 關(guān)鍵詞：注塑模具；加工工藝分析；Pro/E；cimatron； 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 2 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 The Design and Ma

5、nufacturing of the top cover beanstalk Receiver Mold Simulation of die processing base in cimatron Abstract：At present ,injection molding is the plastics mould that has being used most extensively , it can mold the complex and high accurate plastic product. The Subject is about the design of the top

6、 cover beanstalk receivers mold and process analysis. Considering the annual output, the equipment of the factory and the requirement of precision of the plastic product, one cavities in a mould. The middle horizontal surface of the goods was choosed as the parting line to make goods by demold succe

7、ssfully. The runner is designed to be balanced and symmetrical distribution, ensure that melting plastic could reach each cavitys gate almost Suspension and Positioning mechanism use matched guide pillar and guide sleeve to make movable mould, fixed mould to work accurately. The knockouts uses once

8、ejecting mechanism that lifter pushes out. By the relation of the position of each part, cooling channels are designed to straight channels to cool effectively, quickly. With Pro/Engineer, cimatron to implement three-dimensional design and mold 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 3 volume design of the junction bo

9、x, and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro/Engineer, then utilized EMX to accomplish the assemblage of the mold with the assistance of essential theory calculate mixed with figure design. It would not only shorten the cycle of product research and mold desig

10、n, and improve the preciseness and the product shaping quality, but also lower the cost of the research. Having made the rational craft scheme in the design process ,so it has met the requirement of producing in enormous quantities. Moreover, it also prepared a detailed document to ensure that the p

11、rocess for the smooth processing of mold and apparel production. By practice, it has meet the production and application of the requirements. Key words: injection mould；process analysis；Pro/E；cimatron； 1 前言 1.1 課題內(nèi)容 設(shè)計(jì)一套能夠高效率的生產(chǎn)高質(zhì)量豆?jié){機(jī)上蓋的注射模具。 1.2 課題背景 由于塑料材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，目前正逐漸成為金屬材料的良好代用材料， 在很多領(lǐng)域都出現(xiàn)了金屬材料塑料

12、化的趨勢。作為注塑成型加工的主要工具之 一的注塑模具，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方 面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也 決定著企業(yè)在市場競爭中的反應(yīng)能力和速度。隨著塑料新品種的不斷出現(xiàn)以及 塑料制品在結(jié)構(gòu)、外觀上要求的日益提高，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)過程變得 越來越復(fù)雜。而傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)是在二維環(huán)境下采用手工繪圖的方式進(jìn)行的， 已經(jīng)很難滿足這種發(fā)展變化的需要。過去模具設(shè)計(jì)工作主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng) 驗(yàn)，模具的加工制造又在很大程度上依賴于生產(chǎn)者的操作技能，因此存在模具 設(shè)計(jì)水平低、加工質(zhì)量差、生產(chǎn)周期長、使用壽命短等缺陷。 注塑模具 CA

13、DCAM 技術(shù)的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的塑料產(chǎn)品開發(fā)和模 具加工方式，大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短了開發(fā)周期、降低了生產(chǎn)成本、 強(qiáng)有力地推動了模具工業(yè)的發(fā)展。一些大型的商品化 CADCAM 軟件，如 ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow 等，都已開發(fā)出專門 用于注塑模具設(shè)計(jì)的功能模塊，為模具設(shè)計(jì)提供了十分方便的工具。有資料統(tǒng) 計(jì)表明，采用 CAD 技術(shù)可以使模具設(shè)計(jì)時間縮短 50。在歐美一些工業(yè)發(fā)達(dá)的 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 4 國家，CADCAM 已經(jīng)成為模具行業(yè)一種普遍應(yīng)用的技術(shù)。在 CAD 應(yīng)

14、用方面，已 經(jīng)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段。在模具設(shè)計(jì)中采用三維 CAD 軟件的 企業(yè)已經(jīng)接近 90。目前，國內(nèi)也有不少企業(yè)開始應(yīng)用 CAD 軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 ProE、Cimatron 等軟件在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，成功地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè) 計(jì)方法的不足，制品幾何造型、分型面的創(chuàng)建、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是基于同 一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行的，既方便，又易保證制品的精度。 1.3 課題的來源及要求 本課題來源于鹽城市羽佳塑料制品廠。 設(shè)計(jì)要求如下： (1) 模具應(yīng)能滿足加工要求，保證制件精度； (2) 模具應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； (3) 模具盡量用通用件以便降低制造成本；

15、 1.4 模具國內(nèi)外發(fā)展概況 目前，世界模具市場產(chǎn)品供不應(yīng)求，近幾年，世界模具市場總量一直保持 在 600 億650 億美元，美國、日本、法國、瑞士等國一年出口的模具約占本 國模具總產(chǎn)值的 1/3，而我國模具的出口量極少，雖已向香港、東南亞地區(qū)出 口模具標(biāo)準(zhǔn)件，但其數(shù)量極為有限，在目前模具已成為不少行業(yè)發(fā)展瓶頸的情 況下， “十五”期間，模具行業(yè)每年必須要有 15%左右的增長速度，這一增長速 度還必須要與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理化調(diào)整同時實(shí)現(xiàn)，只有這樣，才能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā) 展的需要。預(yù)計(jì)，我國幾個主要模具市場的需求情況大致為：首先，汽車、摩 托車行業(yè)是最大的模具市場；其次，家電行業(yè)對模具的需求量不可小視；

16、第三， 電訊行業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮螅唤ㄖ袠I(yè)塑料型材模具增幅將高于模具行業(yè)總體發(fā) 展水平。 (1) 國外注塑模具的發(fā)展趨勢 首先，國外注塑成型技術(shù)在向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本 方向發(fā)展。因此模具向高精度復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展。例如：組合模、即 鈑金和注塑一體注塑鉸鏈一體注塑、活動周轉(zhuǎn)箱一體注塑；多色注塑等；向高 效率、高自動化和節(jié)約能源、降低成本的方向發(fā)展。例如：疊模的大量制造和 應(yīng)用，水路設(shè)計(jì)的復(fù)雜化、裝夾的自動化、取件全部自動化。 (2) 國外模具工廠運(yùn)行的現(xiàn)狀介紹 21 世紀(jì)模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。 追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)

17、計(jì)周期及制造周期，降低生產(chǎn) 成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求。 (3) 我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 雖然中國模具工業(yè)在過去十年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 5 業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比 重還比較底，CADCAECAM 技術(shù)的普及率不高，許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用還 不夠廣泛等。特別在大型 精密、復(fù)雜和長壽命模具技術(shù)上存在明顯差距。這些 類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求因而需要大量從國外進(jìn)口。但最根 本的差距是觀念即質(zhì)量觀念!第一是質(zhì)量、第二還是質(zhì)量。質(zhì)量是企業(yè)生存的 基石。特別要注意的

18、是：低成本不意味著低質(zhì)量,低成本、低質(zhì)量永遠(yuǎn)換不來大 市場，質(zhì)量就是最大的效益、就是最大的效率。 2 總體方案設(shè)計(jì) 首先是對塑件進(jìn)行測繪。由于該塑件大都為曲面實(shí)際測量有一定困難所以 采用多次取斷面進(jìn)行測量的方法。測繪好后用 ProE 軟件進(jìn)行三維造型。主要 采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合及薄壁等步驟造型。造型結(jié)束后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 考慮到生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)效益，還有塑件的精度等級本模具采用一模一腔。下面 選擇注塑機(jī)，主要從注射量、鎖模力等方面進(jìn)行考慮。要確保塑件及澆注系統(tǒng) 所需的注射量不超過注射機(jī)最大容量的 80。接著對各個系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先 是澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。主流

19、道的中心 線與注射機(jī)噴嘴的中心線應(yīng)在同一條直線上。另外由于主流道與高溫高壓的熔 融塑料接觸所以外面要加個澆口套。澆口套要進(jìn)行淬火處理，這樣可以延長模 具的使用壽命。澆口主要有兩個作用，一是起控制作用，二是壓力撤銷后封鎖 型腔，不產(chǎn)生倒流。冷料穴主要是避免冷料進(jìn)入型腔影響塑件的質(zhì)量和堵塞澆 口。拉料桿主要是保證澆注系統(tǒng)的凝料從定模澆口套中拉出，留在動模一側(cè)， 便于取出。接著是排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本模具采用間隙排氣。利用分型面的配合 間隙自然排氣。下面是推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。推動的動力來源有手動推出、機(jī)動推 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 6 出和液壓與氣動推出機(jī)構(gòu)。本模具

20、設(shè)計(jì)采用注射機(jī)的開模動作驅(qū)動模具上的推 出機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)塑件的自動脫模。接著是推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本模具設(shè)計(jì)采用塑件 留在動模，要保證塑件不應(yīng)推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu) 可靠。 2.1 塑件的測繪 塑件為豆?jié){機(jī)上蓋，材料為 ABS，用游標(biāo)卡尺對零件進(jìn)行測繪。我們最終 所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我們所取的塑件是模具生產(chǎn)出 來的千千萬萬個塑件中的一個，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會 產(chǎn)生一定的變形，因此對該零件的測量數(shù)值需要進(jìn)行分析處理。如對塑件較大 尺寸誤差的進(jìn)行修正，對相同形狀處所測不同尺寸的取均值進(jìn)行圓整，然后繪 出零件的草圖。由于條件限制所以采用多次取斷

21、面進(jìn)行測量的辦法。 量具：游標(biāo)卡尺（0300、0.02） ，曲線測量儀等 注意做到以下幾點(diǎn)： (1) 測繪過程中必須把被測物體放在工作平面上； (2) 采用多次測量求平均值； (3) 正確地讀取數(shù)據(jù)。 測量的主要尺寸如圖 2-1 到 2-3 所示： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 7 圖 2-1 圖 2-2 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 8 圖 2-3 2.2 塑件的造型 零件測繪草圖出來以后，應(yīng)該根據(jù)零件的測繪圖，對零件的進(jìn)行三維造型。 三維造型可以選用 ProE 軟件，三維造型的所有參數(shù)與測繪的數(shù)據(jù)一致。首先 打開三維軟件 ProE，進(jìn)入零件設(shè)

22、計(jì)界面，點(diǎn)擊拉伸命令，向兩邊進(jìn)行拉 伸，接著用旋轉(zhuǎn)，掃描， 混合，造型等命令繪制三維圖形，由于 塑件是電話聽筒上下蓋所以還要進(jìn)行薄壁處理。由于該塑件大都是曲面所以 三維造型有一定的困難。要正確的繪制出該塑件的造型圖必須熟練掌握 ProE 的繪圖命令。 由 ProE 軟件的計(jì)算功能得塑件尺寸為： 該塑件外形尺寸為 162.8mm168.2mm40mm，制品投影面積約為 28244cm2,體 積約為 1.128105mm3 根據(jù)上述的方法繪制的制品的零件圖如下： 塑件的三維造型如圖 2-2 所示： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 9 （a） （b） 圖 2-2 塑件的三維造型 2.3 塑

23、件的材料選擇與分析 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 10 (1) 塑件的材料選擇 a. ABS：高流動性，便宜，適用于對強(qiáng)度要求不太高的部件（不直接受到 沖擊，不承受可靠性測試中結(jié)構(gòu)耐久性測試的部件） 。 PC+ABS：流動性好，強(qiáng)度不錯，價格適中。 PC：高強(qiáng)度，貴，流動性不好。適用于對強(qiáng)度要求較高的外殼。 b. 在材料的應(yīng)用上需要注意以下兩點(diǎn)： 避免一味減少強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)，什么部件都用 PC 料而導(dǎo)致成型困難和成本增加； 在對強(qiáng)度沒有完全把握的情況下，模具評審時應(yīng)該明確告訴模具供應(yīng)商，可能 會先用 PC+ABS 生產(chǎn) T1 的產(chǎn)品，但不排除當(dāng)強(qiáng)度不夠時后續(xù)會改用

24、 PC 料的可能 性。這樣模具供應(yīng)商會在模具的設(shè)計(jì)上考慮好收縮率及特殊部位的拔模角。 通常外殼都是由上、下殼組成，理論上上下殼的外形可以重合，但實(shí)際上 由于模具的制造精度、注塑參數(shù)等因素的影響，造成上、下外形尺寸大小不一 致，即面刮（面殼大于底殼）或底刮（底殼大于面殼） 。可接受的面刮10mm 可以使用。 抽芯機(jī)構(gòu)如下圖： 位位位位位位位位 位位位位位 位位 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 19 圖 3-14 斜導(dǎo)柱滑塊內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu) 3.11 確定各模板尺寸 模板各部分結(jié)構(gòu)尺寸如表 3-4 所示： 表 3-3 模板各部分主要結(jié)構(gòu)尺寸 1 定模座板 長 寬厚 400mm 450mm 30

25、mm 2 定模板 長 寬厚 400mm 315mm 90mm 3 動模板 長 寬厚 400mm 350mm 70mm 4 動模支承板 長 寬厚 400mm 315mm 50mm 5 墊塊 長 寬厚 400mm 315mm 80mm 6 推桿固定板 長 寬厚 400mm 260mm 25mm 7 推板 長 寬厚 400mm 260mm 30mm 8 動模座板 長 寬厚 400mm 450mm 15mm 根據(jù)上述的設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出的模具的總裝圖如下： （a） 主視圖 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 20 （a） 主視圖 （b） 左視圖 圖 3-15 模具總裝圖 鹽

26、城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 21 3.12 型腔成形尺寸計(jì)算 3.12.13.12.1 凸、凹模結(jié)構(gòu)形式凸、凹模結(jié)構(gòu)形式 對于極為簡單的形狀可以采用整體式的凸?；虬寄Ｍ猓捎闷磋偡椒?組合成凸?；虬寄！１灸＞卟捎谜w式。 3.12.23.12.2 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算型腔和型芯工作尺寸計(jì)算 在一般情況下，影響塑料制品公差的因素以模具制造誤差 Z、成型零件 的磨損 C 量和收縮率的波動 S 為主。因此，在計(jì)算尺寸之前，首先要確定 使用塑料的成形收縮率。由于本次使用的材料為 ABS，收縮率 S 為 0.3%0.8%，取 Scp 為 0.05%。根據(jù)文獻(xiàn)5中的 P578-P580。

27、 (1) 型腔尺寸 凹模為成形塑件外觀或外輪廓、凸出部分的。從所成形 的塑件上看，這一類尺寸的公差一般為正偏差，凹模在使用時有磨損，磨損后 尺寸增大。 型腔尺寸的計(jì)算公式為： 徑向尺寸（直徑、長、寬） Lm=(Ls+LsScp-x0) (3-8) z 0 深度 Hm=(Hs+LsScp-x1) (3-9) z 0 (2) 型芯尺寸 凸模為成形塑件的內(nèi)輪廓、孔、溝槽的。從所形成的塑 件上看，這一類尺寸的公差一般為負(fù)偏差。凸模在使用時有磨損，磨損后尺寸 減小。 型腔尺寸的計(jì)算公式為： 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 22 徑向尺寸（直徑、長、寬） lm=(ls+l

28、sScp+x0) (3-10) 0 Z 深度 hm=(hs+hsScp+x1) (3-11) 0 Z (3) 中心距尺寸 這一類尺寸為不受磨損影響的尺寸，它僅與加工精度和 收縮率有關(guān)。 中心距尺寸的計(jì)算公式為： 中心距 Cm=(Cs+CsScp) (3-12) 2 Z 其中 為公差數(shù)值，按精度等級 3 查表所得，制造誤差 Z=/3； X0 為修正系數(shù)，一般為 1/23/4，對于中小型塑件取 3/4； X1 為修正系數(shù)，一般為 1/22/3，當(dāng)制品尺寸較大，精度比較低則取小值， 反之取大值。 因此本次尺寸計(jì)算 X0取 3/4，X1取 2/3。 通過 Excel 軟件計(jì)算得到了型腔，型芯的具體尺寸

29、，打開 ProE 進(jìn)行三維 造型的尺寸修改，完成開模的模擬。 步驟如下： （1）分割體積塊，在菜單管理器中選取【模具體積塊】【分割】進(jìn)行 型腔，型芯的分離。 （2）抽取模具元件 （3）鑄模及開模，進(jìn)行注射模擬，將模具型腔形成的空間填充材料，以模 擬澆注完成的產(chǎn)品模型。利用其開摸功能，模擬模具的開閉情形。結(jié)果如下： （a） 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 23 （b） 圖 3-16 模具開模 3.13 注射機(jī)技術(shù)參數(shù)的校核 由于每副模具都只有安裝在與其相適應(yīng)的注塑機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)，因此模具設(shè) 計(jì)與所用的注射機(jī)關(guān)系十分密切。根據(jù)文獻(xiàn)5中的 P575-P576，注射機(jī)的基本 技術(shù)參數(shù)校核如下：

30、 （1）注射量的校核 V 0.8V （3-1） 件注 式中 V塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和（厘米 3） ； 件 V注射機(jī)的注射容量（厘米 3） ； 注 0.8最大注射容量利用系數(shù)。 V 5/4 V1.25233.4=83.5g 注 件 （2）鎖模力的校核 （3-2） 64 ()30 1099 10297 900 () msj msj nAAkN FkN FnAA （3）注射壓力的校核 110 za ABS 成型所需注射壓力 ach M)10060( （3-3） zch （4）模具高度與注射機(jī)閉合高度關(guān)系的校核 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 24 （3-4） 13

31、2 255032508025262 m ABCmm min max 200 300 mm mm minmmax （5）開模行程校核 （3-5） max 123 max123 300 (5 10)253580(5 10)(145 150) (5 10) Smm HHHmm SHHH （6）推出裝置校核 模具設(shè)計(jì)時需根據(jù)注射機(jī)頂出裝置的形式、頂桿的直徑、配制和頂出距離、 校核模具的推出脫模機(jī)構(gòu)是否與之相適應(yīng)。 （7）模具外形尺寸校核 a模具安裝尺寸必須與注射機(jī)動、定模固定板上的螺孔的直徑和位置相適 應(yīng)； b模具的長度與寬度應(yīng)使模具可以穿過拉桿空間在注射機(jī)動模固定板和定 模固定板上安裝。 （8）注射

32、機(jī)定位孔與模具定位圈配合校核 為了使模具安裝在注射機(jī)上，其主流道中心線應(yīng)與注射機(jī)噴嘴中心線重合， 其模具的定位圈與注射機(jī)定模板上的定位孔應(yīng)呈較松的間隙配合，定位圈的高 度對于小型模具為 8-10mm。 （9）噴嘴的校核 模具主流道的球面半徑應(yīng)與注射機(jī)噴嘴球頭半徑相吻合或稍大，以便于脫 卸主流道中凝料，主流道小端孔徑應(yīng)較噴嘴前端孔徑略小。 3.14 零件強(qiáng)度計(jì)算及校核 注塑模具的工作狀態(tài)是長時間的承受交變負(fù)荷,同時也伴有冷熱的交替?，F(xiàn) 代 的注射模使用壽命至少幾十萬次，至多幾百萬次，因此，模具必須具有足夠 的強(qiáng)度和剛度。工作狀態(tài)下所發(fā)生的彈性變形，對塑件的質(zhì)量有很大的影響， 尤其是對于尺寸精度高

33、的塑件。模具的剛度是很重要的。 由于注塑壓力的作用，凹模型腔有向外脹出的變形產(chǎn)生。當(dāng)變形量大于塑 件在壁厚方向的成形收縮量時，會造成脫模困難。嚴(yán)重時還會不能脫模。 另外，也由于成形過程中各種工藝因素的影響，型腔內(nèi)的實(shí)際受力情況往 往非常復(fù)雜，不可能為一種簡單的模式。因此，在強(qiáng)度計(jì)算上采取比較寬容的 做法，原則是：寧可有余而不可不足。換言之，即安全系數(shù)較大。 計(jì)算型腔壁厚以最大型腔壓力為準(zhǔn)。確定型腔壁厚的方法有計(jì)算法和以經(jīng) 驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的查表法. 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 25 計(jì)算法分為按剛度計(jì)算和按強(qiáng)度計(jì)算兩種。實(shí)踐證明，對大尺寸型腔剛度 不足是主要矛盾，應(yīng)按剛度計(jì)算；而小尺

34、寸型腔在發(fā)生大的彈性變形之前，其 內(nèi)應(yīng)力往往就已超過許用應(yīng)力，應(yīng)按強(qiáng)度計(jì)算。 在注塑模的標(biāo)準(zhǔn)件中，凹模的外形為矩形，所以當(dāng)凹模型腔為圓形時，一 般也采用矩形模板。因此，凹模強(qiáng)度的計(jì)算也以矩形為主。而我所選的型腔類 型為整體式，所以根據(jù)文獻(xiàn)5中的 P580,按矩形型腔整體式計(jì)算公式計(jì)算。 矩形型腔整體式側(cè)壁計(jì)算公式為： tc=h (3-13) P 矩形型腔整體式底部計(jì)算公式為： td=b (3-14) P 式中, tc凹模側(cè)壁厚度(mm) td凹模底板厚度(mm) P模腔壓力(MPa) 材料的許用應(yīng)力(MPa) h型腔深度(mm) b凹模內(nèi)壁短邊長度(mm) L墊板間距(mm) 系數(shù)，見下表：

35、表 3-4 系數(shù) L/h0.250.50.751.01.52.03.0 0.020.0810.1730.3210.7271.2262.105 表 3-5 系數(shù) L/b1.01.21.41.61.82.0 0.30780.38340.43560.46800.48720.49740.5000 由于上述型腔壁厚計(jì)算公式比較復(fù)雜，在生產(chǎn)實(shí)際中常采用一些經(jīng)驗(yàn)公式 和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由查圖或表確定壁厚，但對大型模具應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。我 所設(shè)計(jì)的模具屬于中小型模具，可以用查表法進(jìn)行強(qiáng)度校核。圖 3-9 為矩形凹 模及模套最小壁厚經(jīng)驗(yàn)曲線，表 3-7 為型腔側(cè)壁厚度經(jīng)驗(yàn)公式，表 3-8 為動模 墊板厚度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

36、。 最小壁厚 t/mm 型腔邊長 L/mm 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 26 成型壓力30MPa 成型壓力45MPa (已考慮導(dǎo)柱位置，導(dǎo)柱應(yīng)該設(shè)在截面最大處) 圖 3-17 矩形凹模及模套最小壁厚經(jīng)驗(yàn)曲線 表 3-6 型腔側(cè)壁厚度 表 3-7 動模墊板厚度 已知成型壓力30MPa，型腔邊長為 204mm。實(shí)際壁厚為(315-248.5-70) /2=74mm。由圖 3-9 矩形凹模及模套最小壁厚經(jīng)驗(yàn)曲線可得最小壁厚為 42mm74mm，故符合要求。實(shí)際側(cè)壁壁厚為(400-195)/2=102.5mm。由表 4-7 可 知型腔側(cè)壁最小厚度為(0.2195+

37、0.17)0.9=35.3mm102.5mm，滿足要求。 塑件、澆注系統(tǒng)在分型面投影面積在 100200 之間。由表 4-8 查的動模墊板最 小厚度為 3040mm，而實(shí)際厚度為 50mm 符合要求。由于有支撐板的緣故型腔 底板厚度強(qiáng)度滿足要求，可以不必通過計(jì)算。故本次設(shè)計(jì)的模具可采用。 型腔壓力/MPa側(cè)壁厚度備注 49(注射成型)0.2L+0.17 49(壓縮成型)0.16L+0.15 29(壓縮成型)0.14L+0.12 當(dāng)型腔為整體式 L100mm 時 需乘以 0.85-0.9 塑件、澆注系統(tǒng)在分型面投影面積/cm2墊板厚度/mm 515 5101520 10502025 501002

38、530 1002003040 20040 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 27 4 模具的三維造型 4.1 模架的三維造型 進(jìn)入建模模塊后，根據(jù)所繪制的二維圖的尺寸，利用拉伸，旋轉(zhuǎn)，倒圓角， 螺旋掃描等命令，分別完成定位圈，澆口套，螺釘，定模固定板，定模板，動 模板，動模支承板，推桿固定板，推板，墊塊，動模固定板，拉料桿，推桿， 導(dǎo)套，導(dǎo)柱，復(fù)位桿，堵塞和水嘴的三維造型，然后在裝配模塊中，利用匹配， 對齊等裝配方式，依次將各個零件裝配起來，最后的裝配圖如下： 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 28 （a） （b） 圖 4-3 模具三維裝配圖 5 型腔工

39、藝分析及加工仿真 （1） 定模的工藝性審查 1） 定模型腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 定模型腔（零件圖見附圖） ，該零件是注塑模的型腔部分，以矩形配合面與 定模固定板配合，凹進(jìn)部分與動模型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料 ABS 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 29 經(jīng)冷卻后形成所需的電話聽筒下殼。 零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、不規(guī)則平面型腔等。由于型 腔在注塑時需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強(qiáng)度、剛度、 耐磨性和韌性。 2） 主要技術(shù)要求 零件圖上的主要技術(shù)要求有：熱處理：50-55HRC；銳角去毛刺倒鈍。 加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度 Ra=0.8m，側(cè)面

40、的表面粗糙 度 Ra=3.2m, 內(nèi)輪廓表面的粗糙度為 Ra=0.4m。 3） 零件材料 零件的材料為 45 鋼，可以通過熱處理來獲得所需的機(jī)械性能和力學(xué)性能。 （2） 毛坯選擇 1）考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯； 2）確定毛坯的形狀、尺寸：選用 45 鋼鍛件 22022060（mm） 。 3） 基準(zhǔn)選擇 加工中的一次裝夾希望能夠進(jìn)行在該基準(zhǔn)下的全部加工，這樣可以降低由 于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對工件的加工的初步分析，在 毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。 4） 機(jī)床的選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)綱領(lǐng)，本模具的加工機(jī)床選擇通用機(jī)床。本模具中加

41、工平面選用通用銑床，加工孔時選用通用鉆床。由于定模具型腔比較復(fù)雜，用 普通機(jī)床難以加工，所以本設(shè)計(jì)中還選用數(shù)控銑床。 5) 刀具的選擇 本設(shè)計(jì)中，加工平面時選用端銑刀和砂輪；加工直孔時選用麻花鉆， 擴(kuò)孔刀和鉸刀；加工與斜導(dǎo)柱配合的斜孔時，因此孔中有沉孔，為了保證其同 軸度，所以選用組合刀具（鉆刀與锪刀的組合）；加工分流倒槽時，由于其截 面為半圓狀，所以選用球形銑刀；加工型腔時選用立式銑刀。 6) 夾具的選擇 考慮其經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)中除加工型腔抽芯處的矩形槽時選用專用夾具 外，其他的都選通用夾具。 7) 切削用量的選擇 本設(shè)計(jì)中的所有切削用量都參考文獻(xiàn)20。 8) 型腔數(shù)控仿真加工 設(shè)計(jì)步驟如下：

42、 a 設(shè)定粗加工刀具參數(shù)如下圖所示 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 30 圖 5-1 粗挖槽加工參數(shù)對話框 圖 5-2 定義粗加工刀具參數(shù) b. 毛坯設(shè)置 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 31 圖 5-4 毛坯設(shè)置 c 精加工刀具設(shè)定（步驟如粗加工） ，選擇平行曲面加工。 圖 5-5 定義刀具參數(shù) 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 32 圖 5-6 精加工參數(shù)設(shè)置 d.成果顯示 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 33 圖 5-7 仿真加工效果圖 6 各種工藝卡片 A零件加工工藝過程卡片 （見附表31） B模具零

43、件加工工序卡片 （見附表30） C塑料零件注射工藝卡片 （見附表32） D注塑工藝流程圖 （見附表33） E注塑模具裝配工藝過程卡片 （見附表34） 基于 cimatron 的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 34 7 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是為豆?jié){機(jī)上蓋模注射成型而專門設(shè)計(jì)的。為了能達(dá)到質(zhì)量好、效 率高，本設(shè)計(jì)采用潛伏式澆口及推板推桿一次脫模的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。并且大多 數(shù)零件都采用通用零件。 本次設(shè)計(jì)的豆?jié){機(jī)注射模，在設(shè)計(jì)時充分利用 CAD、Pro/e、天河、cimatron 、EMX 組件等二維，三維繪圖仿真軟件，縮短了設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，大大提高了生 產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，保證了質(zhì)量，從而降低了模

44、具的生產(chǎn)成本。 本次設(shè)計(jì)的模具尚存在設(shè)計(jì)上的不足，還有待加以完善和修改，且對工人 生產(chǎn)操作水平有嚴(yán)格的要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 35 參 考 文 獻(xiàn) 1 陳志剛主編.塑料模具設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002. 2 李德群主編.中國模具設(shè)計(jì)大典：第 2 卷 輕工模具設(shè)計(jì)M.江西:科學(xué)技術(shù)出版社， 2003. 3 初利寶等主編.ProENGINEER WIlDFIRE 模具設(shè)計(jì)M.北京：北京大學(xué)出版社，2005. 4 曹巖等主編.ProENGINEER Wildfire 模具設(shè)計(jì)實(shí)例精解M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005. 5 彭建生模具設(shè)計(jì)與加工速查手冊北京：機(jī)

45、械工業(yè)出版社，20056 6 曹宏深主編. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993. 7 陳嘉真主編. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 8 奚永生主編.大型注塑模具設(shè)計(jì)M. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1996 9 丁聞編.實(shí)用塑料成型模具設(shè)計(jì)手冊注射模、壓縮模和壓注模M.西安：西安交通 大學(xué)出版壯出版，1993. 10 奚永生編.精密注塑模具設(shè)計(jì)M.北京：中國輕工業(yè)出版社，1997. 11 唯美科技, 何博.中文版 Pro/ENGINEER Wildfire 實(shí)用速成教程M.中國電力出版社, 2004.5. 12 申開智.塑料成型模具M(jìn).中國輕工業(yè)

46、出版社,2004.5. 13 何滿才.模具設(shè)計(jì)Pro/ENGINEER Wildfire 中文版實(shí)例詳解M.人民郵電出版社， 2005.5. 14 陳嘉真主編. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. 15 正鋼精密模具有限公司正鋼塑膠模用標(biāo)準(zhǔn)配件M臺灣：2002. 16 宋滿倉，吳啟峰.注塑模具零件三維參數(shù)化圖庫的開發(fā)J.機(jī)械工程師 2005. 17 陳峰，周純江。注塑模熱流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法研究與實(shí)現(xiàn)。機(jī)電工程 2005. 18 富得巴有限公司富得巴標(biāo)準(zhǔn)塑膠模底座M香港：1994. 19 任富君，簡明機(jī)械制造工藝手冊。中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1995. 基于 cimatron

47、的豆?jié){機(jī)上蓋模的設(shè)計(jì)及凹模的高速加工仿真 36 致 謝 這次設(shè)計(jì)，使我在基本理論的綜合運(yùn)用以及正確解決實(shí)際問題等方面得到 了一次較好的鍛練，提高了我獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，縮短了我與工 廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實(shí)際工程技術(shù)工作奠定了一個堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)。 本人在模具設(shè)計(jì)中承蒙袁鐵軍老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中 提供了許多寶貴的資料、設(shè)計(jì)和方向、設(shè)計(jì)思路以及對模具的構(gòu)造的專業(yè)知識， 在此我謹(jǐn)向他表示衷心的感謝。此外，在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我知道了設(shè)計(jì)不 是一個人就能做出來的，它需要很多人的參與和幫助，使我體會到了團(tuán)體合作 的重要性。因此，還要謝謝同組各位同學(xué)對我的幫助。 鹽城

48、工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009 37 附 錄 序號 圖名 圖號 圖幅 張數(shù) 1 模具裝配圖 DJJSGM-00 A0 1 2 定模座板 DJJSGM-01 A3 1 3 定位圈 DJJSGM-02 A3 1 4 澆口套 DJJSGM-03 A3 1 5 導(dǎo)套 DJJSGM-04 A4 1 6 導(dǎo)柱 DJJSGM-05 A4 1 7 凹模 DJJSGM-06 A4 1 8 支承板 DJJSGM-07 A3 1 9 墊塊 DJJSGM-08 A3 1 10 動模座板 DJJSGM-09 A1 1 11 推板 DJJSGM-10 A4 1 12 推板固定板 DJJSGM-11 A3 1 13 頂桿 DJJSGM-12 A4 1 14 拉料桿 DJJSGM-13 A4 1 15 復(fù)位桿 DJJSGM-14 A4 1 16 斜導(dǎo)柱 DJJSGM-15 A4 1 17 壓緊塊 DJJSGM-16 A4 1 18 墊塊 DJJSGM-17 A4 1 19 定模板 DJJSGM-18 A4 1 20 動模板 DJJSGM-19 A4 1 22 豆?jié){機(jī)塑件 DJJSGM-20 A3 1 23 模具三維圖冊 一套 24 模具零件加工工序卡片集 一套 25 零件加工工藝過程卡片集 一套 26 塑料零件注射工藝卡片 一張 29 注塑工藝流程圖 一張 30 注塑模具裝配工藝過程卡片 一張