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毕业设计说明书
学校代码：
10128
学号：
20XXXXXXXXX
本科毕业设计说明书
（
题目：
塑料法兰盘模具数控加工工艺研究
及仿真加工
学生姓名：
XXXX
学院：
机械学院
系别：
机械系
专业：
机械电子工程
班级：
XXXXXXXXXX
指导教师：
XXXXXXXXX讲师
二〇一四年六月
摘要
塑料工业是世界上增长最快的行业之一，而注塑模具是其中发展最快的种类，注塑成型的制品约占所有模具塑料制品总产量的三分之一，注塑模具约占塑料成型模具数量的二分之一以上，因此研究注塑模具对了解塑料制品的设计、加工过程和提高产品质量有着重大的意义。
本课题基于UGCAD/MoldWizard/CAM软件对简单产品进行注塑模具设计，开始使用NX6.0的CAD模块建模，然后选取合适材料，利用MoldWizard模块进行分型、添加模架、设计流道和冷却系统等操作。
最后利用CAM进行模具的数控加工及其仿真。
利用UG其交互性实时地、并行地的模拟模具的设计，提前发现产品设计时的缺陷，在设计的同时实现产品的优化设计，模拟出产品未来全过程及其对产品设计的影响，可预测产品性能和可制造性等等。
通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，了解其机构组成和工作原理，同时利用CAM实现模具的数控加工及仿真，进而提高模具设计及制造的工作效率。
关键字：
注塑模具；分型；数控加工；NXMoldWizard；法兰盘；
ABSTRCT
Theplasticsindustryisoneofthefastestgrowingindustriesintheworld,andtheinjectionmoldisonekindofthefastestdevelopment,productsbyinjectionmoldaccountforabout1/3ofthetotaloutputofplasticmold,injectionmoldaccountsformorethan1/2ofthenumberofplasticmoldings,sotheresearchandstudyofinjectionmolddesignhaveagreatsignificanceofplasticproductsprocessingandimprovethequalityoftheproducts.
InjectionmolddesignofsimpleproductsisbasedonCADmoduleoftheUGCAD/MoldWizard/CAMsoftware,beginwithmodeling,andthenselecttheappropriatematerials,typing,addamold,designflowandcoolingsystemwithMoldWizardmodule.NCmachiningandsimulationtakeuseofCAMmold.IthasagreatimportancetoachievetheoptimizationdesignoftheproductsbydesignofsimulationmouldusingUGinteractivereal-timeandparalleltothedefects,andtoachievetheoptimizationdesignoftheproductsatthesametimeinthedesign,simulatethatfutureproduct’sprocessandit’seffectonproductdesign,sowocanpredicttheproductperformanceandmanufacturabilityetc..
Throughthisdesign,wecanhaveapreliminaryunderstandingoftheinjectionmold,it’sstructureandprinciple.NCmachiningandsimulationandCAMofthemoldcanimprovetheefficiencyofmolddesignandmanufacturing.
Keywords:
Injectionmould;typing;NCmachining;NXMoldWizard;flange;
引言
塑料相关领域在近20年内来发展十分迅速，多年来塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，由于其独有的特点和优势，塑料制品充斥着各行各业，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及人民日常生活相关的各个领域中起着举足轻重的作用，它们构成了我们生活中不可或缺的一部分。
多年来，在塑料制品成形的领域中最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中有半数以上是注塑模具。
随着塑料制品复杂程度和精度要求的提高，以及企业生产效率的提升、生产周期的缩短，主要依靠经验的传统模具设计方法已不能适应市场的要求，采用高新技术得模具设计逐渐占据大部分的市场份额。
如今科学技术突飞猛进的发展,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和模具的设计、制造与更新为前提的，这就需要极大的模具生产力量来配合生产制造。
计算机辅助设计与制造已经成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。
而一个功能强大的CAD/CAM/CAE软件在实际生产中，也确实给我们的设计和加工带来了极大的便利。
如何将计算机应用和模具的制造有机的结合在一起，发挥出巨大的作用是当今制造业所面临的一个难题。
本课题基于UGCAD/MoldWizard/CAM软件对法兰盘进行注塑模具设计，利用软件的强大得交互性可以在产品设计阶段，实时地、并行地进行模拟模具的设计，提前发现产品设计的缺陷和不足，同时也可以在设计的同时实现产品的优化设计，模拟出产品未来全过程及其对产品设计的影响，达到预测产品性能、产品的可制造性的目的等等，最后利用UG的加工模块实现仿真加工，可以提前发现产品模具的可制造性，找出最佳的加工方案，应用到数控机床上，降低产品的研发成本，以达到产品的开发周期和成本的最小化、产品设计的最优化、生产效率的最大化，在很大程度上解决现代制造企业的TQCS（“时间（time）、产品的质量（quality）、产品的成本（cost）、服务（service）”）难题。
第一章
MOLDWIZARD在注塑模具设计的应用
1.1UGMOLDWIZARD简介
UGMoldWizard（模具向导）是UG用来进行注塑模具设计的专业应用模块。
MoldWizard运用UG中知识嵌入的基本理念，基于注塑模具设计的一般原理来模拟注塑模具设计的全过程，为用户提出了一个功能全面的计算机模具辅助设计方案，在很多方面有利于进行模具的最优设计。
MoldWizard并不是一个单独的模块，它可以与UG的其他模块结合，因此具有功能强大的设计和修改能力，为设计模具的型芯、型腔、滑块、推杆和嵌件等其他标准件的设计提供了方便，使模具设计变得像积木一样快捷、简单，另外其创建出与产品参数相关的三维模具可以能应用于后期的加工及后处理。
MoldWizard用全参数的方法自动处理那些在模具设计中耗时多而且难做的部分，而产品参数的改变会反馈到模具设计上，MoldWizard会自动更新所有相关的模具部件。
除此之外，MoldWizard调用的模架库和标准件库等具有参数化的模架装配结构和模具标准件，用户还可以根据自己的需要定义和扩展MoldWizard的库。
这更有利于设计人员和产品的交互。
1.2UGMOLDWIZARD的菜单选项功能简介
在使用UGMoldWizard进行注塑模具设计时，我们首先点击开始命令，在【所有应用模块】中勾选【注塑模向导】，将弹出如图1-1所示的MoldWizard工具栏。
图1-1MoldWizard工具栏
项目初始化—加载产品是指用来载入需要进行模具设计的产品零件。
载入零件后，系统将生成用于模具必须的标准元素，并生成默认装配结构的一组零件图文件。
多腔模设计—在一个模具里可以生成多个塑料制品的型芯和型腔，应用于一模多腔不同零件的应用。
模具工作坐标系—MoldWizard的自动处理功能依赖坐标系的指向，例如ZC轴正向为产品的顶出方向，电极进给沿ZC轴方向进行等，因此需要在设计模具之前正确定义坐标系的方向。
收缩率—由于因液态塑料凝固为固态塑料制品时会产生收缩，所以在设计模具的时候，需要把塑料得收缩量补偿到模具的相应尺寸中，所以收缩率是用以补偿零件收缩的一个比例因子。
工件—工件也叫毛胚，是用来生产模具型腔和型芯的毛胚实体的，因此用来定义毛胚的形状及外形尺寸。
型腔布局—对于一个模具里放置了多个零件产品，且要确定模具中的个数和型腔在模具中的排列顺序。
注塑模工具—模具工具是指为了简化分模的过程，改变型芯和型腔的结构，用以修补各种孔、槽以及修剪修补块的方法。
分型—分型也叫分模，是把毛胚分割成型芯和型腔的一个过程。
分型的过程包括了创建分型线、分型面、引导线和型芯、型腔等，是创建模具的关键步骤之一。
模架—用户可以选择模架库中的标准模架，也可以对模架的某些部件尺寸进行修改，以满足用户的实际需要。
标准部件—标准部件用于模具设计中起固定、导向等作用的标准器件，MoldWizard的标准件包括螺钉、导向柱、镶块、定位环和电极等。
顶杆—顶杆也是一种标准件，用于开模时将成品顶出模腔。
设计顶杆时，先从标准件库调出合适的标准件，然后利用【顶杆后处理】修剪顶杆的顶部形状使其符合零件的顶出面。
滑块抽芯—零件上通常有侧向凸出或凹进的特征，一般正常的开模动作无法分离这样的零件，用户可以需要创建能够侧向运动的滑块，为了在分模的时候提前滑动离开，以达到使模具能够顺利开模，分离零件成品的目的。
浇口—液态塑料进入型腔的入口，它影响到液态塑料的流动速度、方向等，在MoldWizard中有8种浇口可供选择。
流道—流到是浇口套与浇口之间的通道，形状及尺寸对于塑料件成型的好坏有很大的关系。
冷却—模具工作时会因受热温度升高，为了能够迅速交联固化，定型出模，则需要一个比较好的冷却系统来降低模具的温度。
模具裁剪—经常用于把型芯或型腔毛胚上多余的部分修剪去掉，从而获得所需的轮廓外形。
腔体—用于把型芯、型腔上需要安装标准件的区域建立型孔并留有间隙，所有与之相交的零件部分都会自动切除标准件部分，并且保持尺寸及形状上与标准件的相关性。
材料清单—材料清单也称明细表，是基于模具的装配状态产生的与装配信息相关的模具部件列表，它将反映所有的零部件，创建的材料清单上显示的项目可以由用户选择定制。
模具图纸—根据实际的工艺要求，创建出模具工程图，可以在其上添加不同的视图或者截面图，它包括装配图纸、组件图纸和孔表3个选项。
视图管理器—对所设计模具的构件的可见性控制，颜色编辑，更新控制，以及打开或关闭文件得管理视图功能。
删除文件—对所设计模具的部分或者全部不合理以及有名字没被使用的部件进行删除。
1.3UG模具设计的一般过程
MoldWizard设计过程一般由以下几个部分构成：
（1）项目名称、材料、装载产品和单位等的初始化。
（2）确定拔模方向、收缩率和工件等。
（3）修补开放面等。
（4）定义分型面，创建型芯、型腔。
（5）标准模架的设计。
（6）推杆、滑块、内抽芯和内嵌件的设计。
（7）浇口、流道、冷却系统、电极、建腔、材料清单和模具装配图的设计。
我们将按照这个步骤设计法兰盘模具。
第二章塑件成型的工艺性分析
2.1塑料件外形分析
图2-1常见的塑料法兰盘
（1）我将基于图2-1的法兰盘设计新型的法兰盘，鉴于本塑件总体结构简单，壁厚均匀，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，但有一处需要侧抽芯，适合于注射成型，模架结构选择比较简单得就能满足要求。
（2）精度分析每个尺寸的公差不一样，有的属于一般的精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。
2.2塑件的材质的选择
选取PC+ABS材质。
PC/ABS是一种通过混炼后合成的改性工程塑料。
其中，PC塑胶原料就是聚碳酸脂，ABS就是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）的共聚物。
这种改性塑料比单纯的PC和ABS性能更好，例如：
抗冲击性提高，耐热性提高，硬度提高等等。
其特点：
1、综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好；
2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理；
3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；
4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好；
5、机械性能的卓越平衡；
6、低温时也具备高冲击强度；
7、室内紫外线稳定性；
8、较高的热变形温度（80～125℃）；
9、耐燃性（UL945VB）；
10、色彩范围广泛；
11、易于注塑和挤塑，吹塑加工；
12、良好的电镀性；
13、一般密度在1.05-1.20间；
注塑模工艺条件：
干燥处理：
加工前的干燥处理是必须的。
湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90~110C，2~4小时。
熔化温度：
230~300C。
模具温度：
50~100C。
注射压力：
取决于塑件。
注射速度：
尽可能的高。
化学和物理特性:
PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性。
例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。
二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。
PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。
收缩率在0.5%左右。
目前广泛应用于以下领域：
1.汽车内外饰：
仪表板，饰柱，仪表前盖，格栅，内外饰件
2.商务设备机壳和内置部件：
笔记本/台式电脑，复印机，打印机，绘图仪，显示器
3.电信，移动电话外壳，附件以及智能卡（SIM卡）：
4.电器产品，电子产品外壳，电表罩和壳体，家用开关，插头和插座，电缆电线管道
5.家用电器，如洗衣机，吹风机，微波炉内外部件
第三章3D模型创建及模具的创建
3.1模型的创建：
利用UG强大的建模模块创建如图3-1的模型。
图3-1法兰盘实体
3.2材料的选择：
选择PC+ABS材质，由于产品在充模后，一般都会发生收缩现象，所以在设计模具时需要考虑到产品的收缩率。
一般情况下，必须把产品的收缩尺寸补偿到模具的相应尺寸里面，模具的尺寸为实际成品尺寸加上收缩尺寸。
根据材料性质，收缩率选择默认的1.0045。
3.3模具CSYS：
模具坐标系的选取将决定一个模具的成败。
UG注塑模规定模具坐标原点位于动、定模板接触面的中心，而坐标主平面（XY平面）定义在分型面上，且Z的正方向指向定模侧，即脱模方向。
由于法兰盘的模具坐标Z向没有指向脱模方向（就需要调整。
点击“格式”—“WCS”--“动态”，选择合适旋转方法使Z向指向脱模方向，结果如图3-2所示。
3.4定义工件尺寸：
单击【工件】，根据塑件的尺寸大小，默认尺寸已经满足要求，设置工件尺寸时选取如图3-3的尺寸。
3.5分型设计：
塑胶模具分型面的设计是最重要的一环，如果设计不合理，轻则塑件不易取出，重则损坏模具，下面介绍一下塑胶模具分型面的设计原则。
1.便于脱出塑件，简化塑胶模具结构，分型面应该在最大截面处。
在加压方向选定后，分型面的位置应尽量使塑件落在下模。
2.对同轴度精度高的塑件，分型面宜选在可将两直径放在模具的同一侧，即同时放在下模或上模的位置上。
3.塑件沿高度方向精度要求高时，宜采用半溢型腔，在分型面处形成横向飞边，则易保证高度精度，而不溢式型腔不易保证。
4.当径向尺寸精度较高时，应考虑飞边厚度对塑件精度的影响，如图所示。
若塑件取垂直分型而易保证，取水平型面则因飞边厚度不易控制，影响塑件精度。
5.保证塑件外观，分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响外观质量。
6.便于塑胶模具制作及成型零件的加工，改进后的分型面，使塑胶模具加工同心度要求低，便于制造，飞边也不损坏塑件外观。
7.保证成型零件的强度，如确定分型面时，避免成型零件出现薄壁及尖角。
由于塑件螺栓联接的部分有孔，制作模具的时候，首先需要在这些孔上进行曲面补片。
为了将塑料制件和浇注凝料等从密闭的模具内取出，将模具适当地分成若干个主要部分，这些可以分离部分的接触表面，通常为分型面。
该塑件分型面比较好确定，通过对该塑料制件的分析，考虑到塑件的外观表面和侧抽芯结构，可以得出该塑料制件有两个分型面，通过比较，选择最大界面处，即用UG6.0直接获取塑件的最大截面处，如图3-4所示。
图3-2CSYS设置图3-3工件尺寸
图3-4补片过的分型面
3.6创建型腔和型芯：
单击分型上的【型腔和型芯】按钮，选择【所有区域】，单击确定，接受默认的设置，最终生成如图3-5、3-6所示的型腔和型芯。
图3-5型腔图3-6型芯
3.7定义布局
根据工件尺寸，采用一模多腔形式有利于加工效率的提升，按照以上步骤继续加载零件，并完成型腔和型芯的创建，直到完成四个法兰盘的加载。
最后利用【型腔布局】功能调整方向和位置结果如图3-7所示，这样有利于侧方抽芯机构的创建。
最后点击【自动校准中心】图标，调整坐标系，用于模架的装配。
图3-7生成的型腔布局
3.7加载模架：
模架是用于型腔和型芯装夹、顶出和分离的机构。
标准模架是有结构、形式和尺寸都标准化、系统化并具有一定互换性的零件成套组成而成的模架。
标准模架可以买来即用，简单方便，而且降低了模具的设计和制造，缩短了模具的生产周期，同时标准模架还能保证模具的加工精度，除此之外模具中的零件是标准件，对于易损零件而言，互换性好，便于模具的维修。
根据工件的大小以及型腔数目，初步选取龙记的大水口系统，参照布局信息的参数，W=310、Z_up=20、L=320、Z_down=90选取5555系列的模架，AP_h选取70，BP_h选取100，其余选取默认值，如图3-8所示。
图3-8模架参数设置
3.8添加滑块侧抽芯结构
首先通过【创建方块】制作一个包容实体，利用【插入】里的【同步建模】中的【替换面】修剪这个实体，最后将实体修剪成如图3-9所示。
利用布尔操作先与型腔进行求交操作，其中勾选【保持工具】选项，得到如图3-10的修剪体。
接下来完成抽芯机构的创建，需要在平面上拉伸一个投影曲线和图3-10的工件求和得到侧抽芯的主体，如图3-11所示。
利用这个修剪体去修剪型腔，使用布尔减命令，需要勾选【保持工具】选项，得到如图3-12带有侧抽芯的型腔。
图3-9修剪后的实体图3-10修剪体
图3-11侧抽芯主体
图3-12最终的型腔
我们先将坐标系移动至图3-13的位置上，并且调整好YC的方向指向型腔的内部，ZC指向开模方向。
点击【滑块和浮升销】，加入滑块机构，并且调到合适的位置。
在装配环境里点击【WAVE几何链接器】，在类型里选择【体】，选择滑块体后【确定】，然后进行布尔加操作，结果如图3-13所示，我们还需要完成其他几个型腔的抽芯机构。
图3-13侧抽芯机构
3.9标准件的添加：
定位环作用为：
使注塑机与浇口套对准的标准部件，也可以固定浇口套，防止浇口套脱离模架。
单击【注塑模具向导】工具栏中的【标准部件库】按钮，在弹出的【标准部件管理】对话框中有无螺钉定位环（LocatingRing[NoScrews]），带螺钉定位环（LocatingRing[WithScrews]），浇口套（SprueBushing）三种标准件可以选择。
我们依次选择【DME_MM,Injection】，【LocatingRing「WithScrews」】，单击【确定】按钮，完成对标准件定位环的创建，结果如图3-14所示。
图3-14带螺钉的定位环
浇口套是让熔融的塑料材料从注塑机的喷嘴注入到模具内部的流道组成部分，用于连接成型模具与注塑机的金属配件。
单机【标准件】在目录里选择【DME_MM】，分类选择【ALLStandards】，选择【SprueBushing】，选择的浇口套如图3-15所示，单击确定完成添加。
3.10冷却系统的添加
一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下，所以热塑性塑料在注射成型后，必须设计专门的冷却系统对模具进行有效的冷却，以尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。
有效的冷却系统可以使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率，所以我们在模具上需要设置冷却系统使模具达到理想的温度要求。
通过【冷却】功能，在模具中创建如图3-16的冷却系统，在冷却管道上添加塞子和连接头。
图3-15浇口套参数图3-16冷却系统
3.11流道和浇口的设计
为了防止模具受力不均产生偏载而发生撑模溢料的问题，流道尽量采取对称布置。
而且主流道应该比分流到运输更多的塑料溶液，所以将主流道的直径设置为8mm,分流道设置为4mm。
点击【流道】按钮，在参数里设置如图3-17的参数，接下来完成流道的设计。
接下来设计【浇口】，在【类型】中选取pin类，设计浇口参数如图3-18所示将浇口的点定义到流道的圆心上，设计玩流道浇口如图3-19所示。
图3-17流道参数图3-18浇口参数
图3-19流道和浇口的结果
3.12顶杆的设计
顶杆也可叫做顶针，是注塑模具顶出系统中最常用的顶出部件之一。
在顶出标准件主要有直顶杆，扁顶杆，托顶杆等多种形式的顶杆可以选择。
我们本次将在模具里添加常见的直顶杆。
单击【标准件】按钮，弹出对话框，具体参数选择如图3-20所示，然后单击【确定】按钮，在模具中添加其他模具相对应的顶杆。
图3-20顶杆参数
然后利用【顶杆后处理】修剪顶杆如图3-21所示。
图3-21修建后的顶杆
通过以上步骤，已经完成所有标准件的添加，只需要利用【腔体】作出修剪了，我们最终得到如图3-22的模架总装配爆炸图。
图3-22模具总装配爆炸图
第四章数控加工及仿真
4.1UGCAM模块简介
UGCAM功能非常强大，它的加工模块可以给用户提供2-5轴铣削加工，2-4轴车削加工，电火花切割和点位加工。
用回可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择加工类型，可以在图形的方式观察刀具路径，以及运动过程，生成刀具位置源文件。
同时在屏幕显示刀具运动轨迹，模拟刀具的真实切削过程，在通过检查功能检测相关参数设置的合理性。
4.2模具材料的选择：
选择塑料模具钢的时候应该满足以下性能要求：
（1）要求材料有较高的硬度、好的耐磨性，其型面硬度应为30至60HRC，淬硬性>55HRC，有足够的硬化深度，材料中心部位有足够强韧性，以免脆断、塑性变形等。
（2）要求材料具有一定的抗热性，能在150~250°C的温度下长期工作，且不氧化、不变形，尺寸稳定性良好。
（3）要求材料具有一定的耐腐蚀性。
（4）要求材料的焊接性能、锻造工艺性能良好。
塑料模具钢材料的选用：
选取3Cr2Mo预硬塑料模具钢。
3Cr2Mo硬度均
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