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引言
我国模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂点共有2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约为360亿元。
我国模具制造总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比德国、美国、日本、法国、意大利等发达国家落后许多，造成这种现象的一个重要原因就是从产品到模具的设计制造过程中的自动化程度低，先进的设计制造软件没有起到应有的作用。
UGNX/MoldWizard是UGS公司面向模具行业用户推出的、基于知识驱动自动化理念的应用系统。
UGNX/MoldWizard在注塑模具设计自动化方面取得了极其显著的效果，收到了用户的普遍欢迎。
UGMoldWizard模块集成了一个大型的通用模架库和一个模具配件标准件库，用户只需根据产品的三维实体模型，按照UGMoldWizard提供的模具设计菜单，就可以非常轻松地对产品进行分模，在模架库及标准件库调用所需部件，就可以建立一套与产品模型参数相关的三维模具实体模型。
本文通过UGNX4.0建立周转箱的三维实体模型，使用Unigraphics的外挂模块MoldWizard进行模具设计，详细介绍了周转箱注塑模具设计的过程，并附带有注塑模具结构零件的2D、3D图。
设计过程清晰明了，方便读者阅读学习。
第1章绪论
1.1塑料成型技术在工业生产中的重要性
1.1.1塑料及塑料工业的发展
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物。
塑料其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。
塑料制件在工业中应用日趋普遍，这是由于它的一系列特殊的优点决定的。
塑料密度小、质量轻。
塑料比强度高；
绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；
塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力；
塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。
因此，塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
塑料工业的发展阶段大致分为一下及个阶段：
1.初创阶段30年代以前，科学家研制分醛、硝酸纤维和聚酰胺等热塑料，他们的工业化特征是采用间歇法、小批量生产。
2.发展阶段30年代，低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工业化生产，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。
3.飞跃阶段50年代中期到60年代末，塑料的产量和数量不断增加，成型技术更趋于完善。
4.稳定增长阶段70年代以来，通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料性能，提高产品质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。
塑料工业向着自动化、连续化、产品系列化，以及不拓宽功能性和塑料的新领域发展。
我国塑料工业发展较晚。
50年代末，由于万吨级聚氯乙稀装置的投产和70年代中期引进石油化工装置的建成投产，使塑料工业有了两次的跃进，与此同时，塑料成型加工机械和工艺方法也得到了迅速的发展，各种加工工艺都已经齐全。
塑料由于其不断的被开发和应用，加之成型工艺的不断发展成熟于完善，极大地促进了成型模具的开发与制造。
随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求的日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料的产量和质量提出了越来越高的要求。
1.1.2塑料模具在工业生产中的重要作用
模具是工业生产中重要的工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。
塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。
模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的好坏，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。
美国工业界认为“模具工业是美国工业的基础”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的劳动力”。
近年来，我国各行业对模具的发展都非常重视。
1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持改造的产业、产品中，把模具制造列为机械技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。
1.1.3塑料模具技术的发展趋势
一副好的塑料模具与模具的设计、模具材料及模具制造有很大的关系。
塑料成型技术发展趋势可以简单地归纳为一下几个方面:
1.模具的标准化为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国标准化程度只达到20％。
注射模具零部件、模具技术条件和标准模架等有以下14个标准：
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；
精密标准模架、精密导向件系列；
标准模板及模具标准件的先进技术和等向标准化模块等。
2.快速成型与快速制模（RP／RT）技术的发展与应用
3.塑料制件的精密化、微型化和超大型化
4.新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用
5.模具加工技术的革新，CAD/CAM/CAE技术的应用都是模具设计制造的发展趋势。
6.模具自动加工系统的研制与应用
1.1.4CAD/CAM开发平台及其发展趋势
CAD/CAM技术从诞生至今已有三十多年的历史，历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段，其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。
通过三十多年的努力，CAD/CAM技术在基础理论方面日趋成熟，同时推出了许多商品化系统，诸如Pro/Engineer，UGII,CATIA，SolidWorks等。
“美酒愈陈愈香”，但软件技术则不同，停止就意味着被淘汰，CAD/CAM系统的开发正伴随着计算机软硬件技术的高速发展向着更高、更深层次方向发展。
CAD/CAM系统的开发主要可分为三种方式：
1.完全自主版权的开发，一切需从底层做起；
2.基于某个通用CAD系统的二次开发，如基于AutoCAD软件的二次开发；
3.基于CAD/CAM软件平台的开发，此类开发界于前两种方式之间，较二次开发可以更深入核心层，具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点，当然平台的价格也很昂贵.当今比较流行的CAD/CAM平台很多，主要有ACIS，PARASOLID，CAS.CADE，Pelorus，DESIGNBASE等。
可以得知CAD/CAM开发平台向着更深、更高层次发展，同时不断融入计算机软件新技术，并呈现出开放化、多元化发展趋势。
CAD/CAM平台发展趋势概括如下：
（1）进一步加强CAE技术研究,在其他合理简化方法基础上开发的CAE分析软件适合不同用途的需要，同时促进优化设计方法与CAE软件结合在一定程度上改变“被动地”依靠人的设计经验提供设计方案的局面。
（2）不断深入基于变动产品模型的注塑模变动设计系统的研究,在较低层次上引入2D几何推理技术和基于特征的3D几何推理技术;
在较高层次上可以引入基于知识的高级约束管理与变动路径求解技术,形成较理想的CAD系统[1-9]。
（3）辅助设计的功能工具的大量出现,由于注塑模设计自身的特点,对于复杂模具难以一次设计成功,为了提高设计质量和效率,必须大量地补充各类的辅助工具,及早地发现并解决问题[10-18]。
（4）人工智能技术在注塑模CAD/CAE/CAM中更大范围地运用,提高CAD系统的实用性和自动化程度。
（5）进行基于微机局域网络实现注塑模CAD/CAE/CAM一体化的研究与应用,提高我国CAD/CAE/CAM应用水平.因为它具有很好的性能价格比,能为大中型企业提高产品竞争力。
（6）注塑模CAD/CAE/CAM等的集成化目前出售的注塑模商品化集成系统大多为各类（软件的松散组合,软件之间数据依靠文件传送,因而发展目标是建立基于STEP产品数据变换）标准的注塑模设计、制造和生产的综合性集成化系统即注塑模CIMS系统。
1.2毕业设计的研究内容
本课题的性质是以UG等CAD软件进行注塑模的计算机辅助设计。
其主要内容是已知周转箱及相关技术要求，完成一副注塑模的设计，包括造型该塑料零件和重要模具零件的3D图、绘制模具的总装2D、3D图等。
本课题利用UG等CAD软件进行塑料模具设计，可以提高整个模具设计的效率和模具的各项技术指标，通过研究产品数据管理技术和参数化特征造型技术,可以实现模具管理、注塑工艺分析与设计及结构设计一体化，从而可降低生产成本、提高产品质量。
1.2.1周转箱的外形设计
利用UGNX4软件对周转箱进行实体建模，UG的图形设计是基于三维的，它与传统的二维绘图有着本质的区别。
生成的模型直观，立体感强，可以在任何角度进行观察。
UGNX4具有强大的实体造型、曲面设计、虚拟装配和生成工程图等设计功能，在设计的同时可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，可以直接生成数控代码用于产品的加工。
另外系统还能计算出实体的表面积、体积、重量等。
使设计者很容易、很清楚地知道零件的特性。
而且可由立体图生成三视图，大大提高工作的效率和准确性。
1.2.2利用UG\Moldwizard进行模具设计
（1）创建合适的实体模型；
（2）以虚拟的塑料制品为原型复制每一个参考模型，同时建立存放模具零部件的配套文件，形成装配结构树构架。
进行项目名称、装配产品和单位等的初始化；
（3）确定模具装配坐标系，给后续零件的安装建立定位坐标系；
（4）设置模具收缩率，是参考模型成为成型零件生成模腔的模板；
（5）为参考模型创建成型零件毛坯，如果多模腔模具需要进行多模腔布局；
（6）参考模型上如有孔，先修补孔洞，用参考模型分割成型零件毛坯，生成两块独立的型芯和型腔零件；
（7）根据型芯和型腔零件添加标准模架，创建、安装标准件。
参考模型有抽芯结构的要配上侧抽芯机构；
再创建浇筑系统和冷却系统；
（8）成型零件有的部位必须电腐蚀加工，要创建工具电极；
安装的零件还呈毛坯状态，要对其进行裁剪；
不需要创建工具电极和毛坯裁剪就直接对所有模具零件相互间进行安装控件的分割，使各个模具零件呈现最终使用状态的结构形状；
（9）列出模具零件的材料清单，创建模具的三维和二维装配图；
（10）模具的相关校核和干涉验证。
1.3研究的目的和意义
由于塑料具有许多优点，目前正逐渐成为金属的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。
注塑成型是塑料产品最常用的制造方法之一。
采用这种方法既可以生产小而精巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件或建筑构件。
随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变越来越复杂。
而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。
注塑模具CAD/CAM技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。
一些大型的商品化CAD/CAM软件，如Pro/Engineer、Unigraphics、Cimatron等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。
有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50%。
在欧美一些工业发达的国家，CAD/CAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。
在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。
在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90%。
传统的手工设计与制造早己满足不了注塑模具设计和制造的需要。
采用计算机辅助设计技术可以显著地提高塑料产品和塑料模具设计制造效率，减少了设计者的劳动量，提高设计制造质量，减少试模修模时间，从而缩短了从产品设计、模具设计、模具制造到产品注塑生产的整个周期，增强企业对市场需求的应变能力。
第2章UGMoldWizard在注塑模具设计中的应用
2.1UGMoldWizard简介
UGMoldWizard（模具向导）是UG的专业应用模块，用来进行注塑模具的设计。
MoldWizard运用UG中知识嵌入的基本理念，根据注塑模具设计的一般原理来模拟注塑模具设计的全过程，提供了功能全面的计算机模具辅助设计方案，极大地方便了用户进行模具设计。
MoldWizard模块与UG的其他功能相结合，具有功能强大的造型和修改能力，自动化程度也极高，为设计模具的型芯、型腔、滑块、推杆和嵌件提供了进一步的建模工具，使模具设计变得更快捷、简单，使其创建出与产品参数相关的三维模具，并能应用于加工。
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。
MoldWizard的模架库和标准件库具有参数化的模架装配结构和模具标准件，模具标准件还包括滑块、内抽芯等，并可通过StandardParts功能用参数控制所选用的标准件在模具中的位置。
用户还可以根据自己的需要定义和扩展MoldWizard的库。
2.2UGMoldWizard的菜单选项功能简介
使用UGMoldWizard进行注塑模具设计时，首先选择菜单命令【应用】进入【MoldWizard】模块，由于在设计过程中有时需要对零件进行修改，所以同时也进入【建模】模块。
选择菜单命令【应用】→【MoldWizard】，弹出MoldWizard工具栏如图2-1所示。
图2-1MoldWizard工具栏
加载产品—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，系统将生成用于存放布局、分模图素、型芯和型腔等信息的一系列文件。
多腔模设计—多腔模设计也叫模具族，在一个模具里可以生成多个塑料制品的型芯和型腔，适合于一模多腔不同零件的应用。
模具工作坐标系—MoldWizard的自动处理功能是根据坐标系的指向来进行的，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，因此需要首先正确定义坐标系的方向。
收缩率—指因液态塑料凝固为固态塑料制品而产生的收缩率，是用以补偿零件收缩的一个比例因子。
工件—工件也叫毛胚，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，且要指定零件产品在毛胚中的位置，需要使用该命令定义其方位。
模具工具—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型腔的一个过程。
分型的过程包括了创建分型线、分型面和型芯型腔等，是创建模具的关键步骤之一。
模架—模架库中有标准模架供用户选择，并且可以对模架的某些部件尺寸进行修改，以符合生产实际的需要。
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，需要创建能够侧向运动的滑块，在分模时提前滑动离开，使模具能够顺利开模，分离零件成品，这种能够侧向滑动的模块称为侧抽芯。
镶块—模具上某些难以加工的特征，可以采用镶块方法解决，以减少制造的难度及成本。
镶块的创建可以使用标准件，也可以添加实体创建，或者从型芯型腔毛胚上分割实体再创建。
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产生一定的变形，从而影响产品的精度，冷却系统的作用是减少模具的受热变形。
冷却系统也可以使用标准件来设计。
电极—具有复杂特征的型芯型腔，使用一般的加工方法包括数控加工很难加工出来，而需要使用特种加工方法，如电火花加工等，而电极是电火花加工所必需的。
使用此命令类似于镶块。
标准件的裁剪—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。
腔体设计—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。
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。
创建模拟浇注系统—用于在模型中创建一个模拟浇注零件。
视图管理器—对所设计模具的构件的视图进行管理。
删除文件—对所设计模具的部分或者全部不合理的部分删除。
2.3UG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、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。
第3章材料工艺性分析和模具结构分析
3.1周转箱的外形设计
周转箱用途广泛，可用于玩具、鞋业、皮革业、制衣、装配业、储存、运输、电子零配件、电器零件、机械零配件、食品、五金、面包的装载。
塑胶周转箱清洁耐用、便于叠放和周转。
已广泛用于半成品包装、储存、运输或产品中转的使用。
考虑到实际周转箱的尺寸，本产品最大几何尺寸为335×
225×
160mm。
图3-1产品零件图
3.2材料工艺性分析
3.2.1材料的选择
本产品为周转箱，首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度，和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性。
能满足以上性能的塑料材料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑，ABS更适合些。
ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。
因此，在选用材料时，考虑采用ABS，并且作为周转箱ABS能满足它的使用性能和成型特性。
塑件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm3，ABS（抗冲）收缩率为0.3～0.8，ABS（耐热）收缩率为0.3～0.8。
熔点为130°
C～160°
C，ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速降解。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面受冰酸醋、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70°
C左右，热变形温度约为93°
C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
3.2.2材料主要用途
ABS在机械工业上
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