按钮箱塑料模CADCAM设计.docx

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按钮箱塑料模CADCAM设计

按钮箱塑料模CAD/CAM设计

摘要

本设计名为电器按钮箱上盖的CAD/CAM，电器按钮箱外观为一汽车玩具造型，其上盖是汽车模型的顶部造型,由多个曲面拼接而成。

曲面的连接处过渡平滑光整没有棱角分明的地方，在玩具汽车的后部有一凹槽用来模拟汽车的后玻璃与旅行箱。

模型整体外光清晰明亮，逼真可爱。

此模型采用ABS塑料经注塑成型，浇口位于汽车模型的两侧。

由于后期的打磨和抛光处理使得零件整体表秒光滑度很高。

通过对电器按钮箱上盖的造型分析，设计了一套一模两腔的塑料模具，详细描述了模具各个组成部分的设计思路和设计依据。

从零件3D造型开始，先后绘制模具的型心、型腔、模架等，对整个模具的成型进行了详细的设计。

关键字注塑模；UG造型；分型面；浇口；CAD/CAM

PlasticmolddesignofCAD/CAMbuttonbox

Abstract

ThedesigncalledbuttonboxabovetheCAD/CAM,theappearanceofbuttonboxdeviceforatoymodelcar,therooftopofacarmodelbyanumberofsurfacemodelingbysplicing.Junctionsurfacefinishingsmoothtransitionisnotclearlydefinededgesandcornerswheretherearofthetoycarhasagrooveusedtosimulatethecarwiththesuitcaseaftertheglass.Modeloftheoverallforeign-rayclearbright,lovelylife.ThismodelistheuseofABSplasticbyinjectionmolding,thegateislocatedonbothsidesofcarmodels.Asaresultofthelattertodealwiththegrindingandpolishingpartsmakeawholetableahighdegreeofsmoothnessseconds.Throughthebuttonboxdevicemodelingsuperstructureanalysis,designasetoftwo-cavitymoldofaplasticmold,describedindetailthevariouscomponentsofthemolddesignanddesignbasis.3Dmodelingfromthebeginningofparts,hasdesignedtheheart-typemold,cavity,diecarrier,suchasflowofthewholeformingamoldindetail.

KeywordsInjectionmold;UGShape;Partingsurface;Gate;CAD/CAM

1绪论

随着经济的快速增长，装备制造业良好的态势有力地促进了我国塑料模具业发展。

国内市场对模具非凡是塑料模具的需求旺盛，加上国产模具在中低端产品方面具有较强的竞争力，国外用户采购我国模具的比例继续增大，工业发达国家将模具生产向我国转移呈现加快态势，由此促进了我国塑料模具业产需两旺，增速达到20左右，保持高速增长态势。

我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但与国民经济发展需求和世界先进水平相比，差距仍很大。

一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。

在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求。

塑料制品的应用日渐广泛，为塑料模具提供了一个广阔的市场，同时对模具也提出了更高的要求。

大型化高精密度、多功能复合型的模具将会受到欢迎。

聚合物技术网_L_m9]!

FUA+Y9@/xdrz"r今后，建筑、家电、汽车等行业对于塑料的需求量都非常大。

据估计，仅汽车、摩托车行业每年就需要100多亿元的模具。

彩电模具每年也有约28亿元的市场。

在各种塑料模具中，注塑模具的需求量最大。

_p_j%|_z"}4C目前中国中低档水平的塑料模具基本能够自足，但缺乏精密、大型、科技含量高、寿命长的模具，这些产品大部分需要从国外进口，每年进口额高达6.93亿美元。

因此，中国模具制造企业亟需加强该方面的研制工作。

并且，专家指出，热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具也将受到市场的青睐。

整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。

一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。

在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。

加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时也带来更多的机会。

由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5~1/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就是主要依靠进口，加入WTOR后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。

从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。

随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右水平。

2注塑模CAD/CAM简介

CAD/CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。

是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。

其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。

CAD/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

随着塑料制件应用的日益广泛和大型塑件及复杂曲面塑件的不断开发，对塑件成型模具的设计和制造要求也越来越高，传统的模具设计制造方法已经不能适应这样的要求。

CAD/CAM技术给模具工业带来了巨大的变革，成为模具技术最重要的发展方向。

CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节，靠手工编程无法满足复杂零件数控加工的需求，50年代初期，美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，形成了早期的CAM系统；如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件∶FANUC、Siemens编程机。

目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。

典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron、MasterCAM等。

其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。

CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。

只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。

模具CAD/CAM系统是计算机辅助某一种类型的模具设计，计算，分析，绘图和数控加工自动编程等的有机集成。

这种一体化技术是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上出现的，是计算机技术综合应用的一个新飞跃。

这种一体化技术能够构建模具型芯和型腔的三维实体，并能够生成刀具轨迹和数控加工代码,进行计算机仿真等等。

3模具CAD

3.1塑件分析

3.1.1塑件用途

本次毕业设计论文的课题是，电器按钮箱上盖的CAD/CAM，我需要设计的塑件的名称叫电器按钮箱上盖，是用于电器按钮箱的一个部件。

3.1.2塑件的结构特点分析

如下图所示，为塑件的示意图。

此塑件表面是整体圆弧过度，无棱角在前部有一凹陷，外观显示为汽车的车窗形。

图3-1电器按钮箱

3.1.3塑件的主要参数

塑件全长12cm高4.5cm，宽9cm，重量，表面粗糙度3.2。

3.2塑料件的UG造型

图3-2按钮箱上盖UG造型

3.2.1设计方案及步骤

根据设计任务书的要求，此电器按钮箱上盖塑料模必须一模2件，还需要编写动模曲面NC加工程序。

我的方案是第一步据零件图纸及尺寸要求，画出GU三维模型。

第二步根据设计要求，查阅相关的设计资料，来选定注塑机的型号、确定分型面位置、收缩率分析、设计浇注系统形式和浇口、设计冷却系统、设计顶出机构、设计导向机构、设计排气系统。

第三步使用UG5.0做出此模具的立体图形，并由UG5.0生成零件的动模和定模零件图。

绘制塑料模的三维爆炸图。

第四步接着编写动模曲面NC加工程序。

3.2.2所选软件的介绍

AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。

AutoCAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AutoCAD绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。

AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。

它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。

在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。

AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。

AutoCAD的发展过程可分为初级阶段、发展阶段、高级发展阶段、完善阶段和进一步完善阶段五个阶段。

CAD即计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。

简称cad。

在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。

在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

cad能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。

发展概况20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。

60年代初期出现了cad的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。

70年代，完整的cad系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了cad技术的发展。

80年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世，cad技术在中小型企业逐步普及。

80年代中期以来，cad技术向标准化、集成化、智能化方向发展。

一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为cad技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在cad中的应用，极大地提高了cad系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，出现了智能cad技术，使cad系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。

现在，cad已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源于航空、汽车企业（美国麦道航空公司），它的应用范围基本和Pro/E相似，它以Parasolid几何造型核心为基础，采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。

在三维实体造型时，由于几何和尺寸约束在造型的过程中被捕捉，生成的几何体总是完全约束的，约束类型是3D的，而且可用于控制参数曲面。

在基于约束的造型环境中支持各种传统的造型方法，如布尔运算、扫描、曲面缝合等。

该软件的主要缺点是不允许在零件之间定义约束。

但UG具有统一的数据库，实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由转换，实现了22.5轴，35轴联动的复杂曲面加工和镗铣加工，该软件的功能也非常的强大，一般认为UG是业界最好、最具有代表性的数控软件，它提供了功能强大的刀具轨迹生成方法。

包括车、铣、线切割等完善的加工方法。

它的销售也和Pro/E相似，采用分模块销售的办法，目前我国很多的航空企业都在使用这种软件，比如江西洪都航空集团公司，陕西飞机制造公司等。

该软件目前的最高版本为UG18。

UG特点:

1）建模的灵活性

复合建模：

无需草图,需要时可进行全参数设计，无需定义和参数化新曲线——可直接利用实体边缘。

几何特征：

具有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特征、用户自定义特征、引用模式。

光顺倒圆：

业界最好的倒圆技术，可自适应于切口、陡峭边缘及两非邻接面等几何构形，变半径倒圆的最小半径值可退化至极限零。

2）协同化装配建模

可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计／编辑，高级的装配导航工具，可图示装配树结构，可方便快速的确定部件位置，对装配件的简化表达，隐藏或关掉特定组件。

局部着色，强大的零件间的相关性，配对条件，零件间的表达式（关系），协同化团队工作，可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，团队成员可并行设计产品中各子装配或零件，

3）直观的二维绘图

对制图员来讲，简单并富于逻辑性，剖视图自动相关于模型和剖切线位置，正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠标操作完成，自动隐藏线消除，自动尺寸排列——不需要了解设计意图，自动工程图草图尺寸标注。

4）被业界证实的数控加工

２～５轴铣，车加工，线切割，钣金件制造，刀轨仿真和验证，刀具库／标准工艺数据库功能。

5）领先的钣金件制造

可在成型或展开的情况下设计或修改产品结构，折弯工序可仿真工艺成型过程，钣料展开几何自动与产品设计相关，可在一幅工程图中直接展示产品设计和钣料展开几何。

6）集成的数字分析

机构运动学分析，硬干涉检查和软干涉检查，运动仿真和分析，动画过程中的动态干涉检查。

7）广泛的用户开发工具

用户命令宏，高级编程语言，可自定义裁剪的用户界面。

8）内嵌的工程电子表格

可与其他表格软件交换数据，可简便定义零件系列，可方便修改表达式，可生成扇形图、直方图和曲线图等。

9）照片真实效果渲染

利用基于数字的设计审视，加快产品上市时间，快速成型。

10）可分阶段实施的数据管理

3.3模具的结构形式

根据我的分析，此零件尺寸大小为中等大小，生产批量应该属于大批量生产，而且根据设计要求，此模具使用一模2件的结构形式，所以我设计的模具为一模二腔。

考虑到模具成型零件以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示。

由于塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且结构较为简单，因此我设计的模具采用二型腔单分型面。

图3-3模具的型腔排列方式

3.4注塑机型号的确定

注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。

注射成型是通过注塑机和模具来实现的。

注塑机的类型有:

立式、卧式、全电式，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：

（1）加热塑料，使其达到熔化状态；

（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

我这个零件实际重量为95克考虑到1模2腔的设计，整体型腔需要190克的注塑量。

故采用型号为XZY-500的螺杆式注塑机（图3-1），因为其最大注射量是以螺杆一次注射的最大推进容积V（

）来表示，它于塑料的品种无关，使用比较方便。

注射量：

G=n

+

95g公式（3-1）

锁模力：

120T

模板大小：

400×450

图3-4XZY-500的螺杆式注塑机图

3.5分型面位置的设计

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

这样可以利用动模上的脱模机构进行脱模，取件方便。

否则，若使制品留在定模上，定模上有要增设脱模机构，使模具结构复杂化。

3）对侧向抽芯的影响。

当制品有侧芯时，制品不能直接脱模，必须将侧芯先抽出，才能从模具中顶出制品。

而抽出侧芯是依靠注塑机的开模动力，通过抽芯机构改变运动方向来实现的。

因此，应尽可能将侧抽芯设于动模部分，避免定模抽芯。

4）有利于提高塑件的精度要求。

分型面不能影响制品的尺寸的精度，为了满足制品同轴度的要求，尽可能将分型腔设计在同一块成型件上。

否则，制品被分型面所分割，由于合模不准确，造成尺寸上较大的误差。

5）有利于提高塑件的外观质量要求。

当制品头部带有圆弧时，如果从圆弧部分分型，易造成圆弧与圆柱的不一致，影响外观质量。

6）便于模具加工制造。

为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面工易于加工的分型面。

7）对排气效果的影响。

分型面尽可能选在塑料流动方向的末端，以利于排气，下图为我所设计的分型面。

我的这个零件由于是一个整体的外壳零件，没有侧向抽芯机构的使用，所以我采用了以大端面为分型面。

这样处理分型面的好处是有利于脱模和塑料的注射成型，型心和型腔设计简单便于塑料的流动和后期产品的取处，所以我设计的是如下图样的分型面。

图3-5分型面

4收缩率的分析和计算

设计塑料模时，确定了模具结构之后即可对模具的各部分进行详细设计，即确定各模板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。

这时将涉及有关材料收缩率等主要的设计参数。

因而只有具体地掌握成形塑料的收缩率才能确定型腔各部分的尺寸。

即使所选模具结构正确，但所用参数不当，就不可能生产出品质合格的塑件。

塑料收缩率及其影响因素:

热塑性塑料的特性是在加热后膨胀，冷却后收缩，当然加压以后体积也将缩小。

在注塑成形过程中，首先将熔融塑料注射入模具型腔内，充填结束后熔料冷却固化，从模具中取出塑件时即出现收缩，此收缩称为成形收缩。

塑件从模具取出到稳定这一段时间内，尺寸仍会出现微小的变化，一种变化是继续收缩，此收缩称为后收缩。

另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀。

例如尼龙610含水量为3%时，尺寸增加量为2%；玻璃纤维增强尼龙66的含水量为40%时尺寸增加量为0.3%。

但其中起主要作用的是成形收缩。

目前确定各种塑料收缩率（成形收缩＋後收缩）的方法，国家标准中DIN16901的规定。

即以23℃±0.1℃时模具型腔尺寸与成形后放置24小时，在温度为23℃，相对湿度为50±5%条件下测量出的相应塑件尺寸之差算出。

塑料制品在成型过程中存在尺寸变小的收缩现象，收缩的大小用收缩率来表示:

Q=（A-B）/A公式（4-1）

即A=B/1-Q

式中Q——塑料的收缩率

A——室温下模具的实际尺寸；

B——室温下塑件的实际尺寸。

在制造模具时，型腔则按照下偏差加工，型芯则按上偏差加工，便於必要时可作适当的修整。

难以精确确定收缩率的主要原因，首先是因各种塑料的收缩率不是一个定值，而是一个范围。

因为不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同，即使是一个工厂生产的不同批号同种材料的收缩率也不一样。

因而各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。

其次，在成形过程中的实际收缩率还受到塑件形状，模具结构和成形条件等因素的影响.

本次设计所选用的原料为ABS-F3，根据过去经验值选取其收缩率为5%，但是，所取收缩率与实际收缩率不可能完全符合，必须加以调整。

所以在生产时，必须先试模，根据试成的样品的尺寸对模具进行修改，最后在做成实际生产所需的模具。

苯乙烯共聚

苯乙烯改性

塑件名称

聚甲基苯烯

尼龙1010

AS（无填料）

ABS

20%~40%玻璃纤维增强

酸甲酯（372）

密度（kg.dm-3）

1.08~1.10

1.02~1.16

1.23~1.36

1.12~1.16

1.04

比体积（dm3.kg-3）

0.86~0.98

0.86~0.98

0.96

吸水率（24h）

0.2~0.3

0.2~0.4

0.18~0.4

0.2

0.2~0.4

收缩率s

0.2~0.7

0.4~0.7

0.1~0.2

1.3~2.3（纵向）

0.7~1.7（横向）

抗弯强度

98.5~133.6

80

112.5~189.9

113~130

88

表4-1塑件材料性能参数

在这个设计中由于我采用的是ABS塑料，考虑到加工中出现的热胀冷缩和各种物理特性的改变，最后我取的收缩率为0.5。

5浇注系统形式和浇口的设计

主流道设计指喷嘴口起折分流道入口处止的一段，与喷嘴在一轴线上，料流方向不改变。

（1）便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形。

锥角=2°~4°，粗糙度Ra≤0.63与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半经。

（2）主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。

（3）衬套大端高出定模端面5~10mm，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位隙作用。

（4）主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定住。

（5）直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。

分流道设计指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。

根据我的设计，我选用普通流道浇注系统。

图5-1浇口

5.1主流道设计

主流道又称主浇道，有注塑机喷嘴与模具主流道衬套接触的部分起到分流道为止