模具CADCAECAM课程设计说明书.docx
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模具CADCAECAM课程设计说明书
北华航天工业学院
《模具CAD/CAE/CAM课程设计》
课程设计报告
报告题目：
后盖模具CAD/CAE/CAM课程设计
作者所在系部：
材料工程系
作者所在专业：
材料成型及控制工程
作者所在班级：
B07811
作者姓名：
马志坤
指导教师姓名：
张丽桃、文全兴
完成时间：
2010-12
课程设计任务书
课题名称
模具CAD/CAE/CAM课程设计
完成时间
2010.12
指导教师
张丽桃
文全兴
职称
副教授
学生姓名
马志坤
班级
B07811
总体设计要求和技术要点
一、设计要求
1．根据给定塑件三维造型，画出符合制图标准的二维塑件图；
2．对塑件进行模流分析（至少流动分析），生成分析报告；
3．根据分析结果利用Pro/E进行模具设计，并进行开模模拟；
4．对设计出的型腔和型芯进行加工工艺分析，编制数控加工程序，填写数控加工程序单；
5．撰写课程设计报告。
二、技术要点
1、模具设计；2、模流分析；3、CAM编程。
工作内容及时间进度安排
日期
工作内容
1
2
3
4
5
第一周
分析设计题目
画规范塑件图
模流分析
模流分析
确定分型方案
第二周
分模
分模
完善设计
CAM编程
CAM编程
第三周
编写设计报告
编写设计报告
总结材料
答辩
答辩
课程设计成果
1.课程设计报告内容包括：
课程设计任务书，二维标准塑件图、塑件三维造型图、模流分析前处理及模流分析报告（包括填充时间、充填结束时压力、注射位置压力XY图、冻结层因子（压力释放时）、气泡、熔结痕与流动前沿温度叠加、翘曲等及其对应诠释）、模具分模主要步骤及模拟分模结果三维图、数控加工工艺分析、主要编程步骤及必要说明、加工程序单。
要求按照给定统一格式书写并打印，并按以上顺序装订成册，加工程序单格式参照模具CAM实验指导书。
其中摘图全部放入正文中，不加附页。
课程设计报告分别交打印稿和电子文档。
2.课程设计所有文件的电子文档，要求总文件夹以姓名的汉语拼音及学号命名，各项内容分别设置子文件夹，设计完成后统一上交。
内容摘要
本次课程设计的内容包括四项：
（1）根据给定设计任务，把三维图通过所学的PRO/E知识，转化成二维图形，绘制一张符合制图国标的工件图纸，进行工艺性分析。
（2）根据画出的三维图，将塑件进行moldflow模流分析，找到最佳浇口位置，同时，对塑件的保压时间、流动性、熔接痕、填充压力等进行分析，并对塑件进行修改。
最后做出满足使用要求的最佳塑件。
（3）在塑件基础上，连同模流分析结果，设计模具，生成模具的各部分模块。
并进行注塑过程模拟。
（4）对生成的模具主要部分模块进行加工工艺分析。
根据分析结果编制相应数控加工方法的数控加工程序，加工方法包括适合于本模具的电火花线切割加工、数控铣加工、电火花加工电极等内容，数控铣加工列出加工主要加工参数，填写加工程序单。
以上部分是这次设计的主要内容，通过这次的内容，将自己在大学中所学相关知识系统的联系在一起，充分利用自己的想象空间，在老师和同学的帮助下，通过自己的努力，完成这次课程设计。
本次课程设计当中，主要运用了在四年的大学中使用的几个主要画图软件，包括CAD、PRO/E、CAXA、Cimatron、UG、moldflow等软件，并且对机械加工中常用的参数和加工工艺都进行了合理分析和使用，使塑件不仅满足图形当中的要求，而且在加工过程当中满足工艺要求。
对于本次设计过程中，掌握了很多在以前没有掌握的知识，巩固了学过的知识，为接下来的毕业设计，做了一个很好的铺垫。
键词
基准、参考面、分析、网格划分、匹配率、熔接痕、填充、填充时间、分型面、侧抽芯、wcut、粗加工、精加工
目录
一、用PRO/E画三维图------------------------------------------------------------------5
1、详细阅读课程设计任务书、设计前的准备工作--------------------------5
2、画三维图--------------------------------------------------------------------------5
二、将三维图转化成二维图-------------------------------------------------------------5
三、模流分析-------------------------------------------------------------------------------6
1、将塑件进行网格划分-----------------------------------------------------------6
2、进行最佳浇口位置分析--------------------------------------------------------6
3、调入第二个塑件-----------------------------------------------------------------6
4、创建浇口--------------------------------------------------------------------------6
5、创建分浇道-----------------------------------------------------------------------7
6、创建主浇道-----------------------------------------------------------------------7
7、进行分析--------------------------------------------------------------------------7
8、生成模流分析报告--------------------------------------------------------------7
四、模具设计------------------------------------------------------------------------------11
1、调入模具参考件----------------------------------------------------------------11
2、建立毛坯-------------------------------------------------------------------------11
3、设置收缩率----------------------------------------------------------------------11
4、创建侧滑块体积块-------------------------------------------------------------11
5、分割模具体积块抽取模具体积块-------------------------------------------11
6、生成塑件-------------------------------------------------------------------------11
7、模拟开模-------------------------------------------------------------------------12
五、模具CAM加工-------------------------------------------------------------------13
1、下型腔加工工艺分析----------------------------------------------------------13
2、格式转换-------------------------------------------------------------------------13
3、电极设计-------------------------------------------------------------------------13
4、电极加工编程操作-------------------------------------------------------------14
5、上型腔及滑块加工-------------------------------------------------------------14
六、分组数控加工------------------------------------------------------------------------15
七、心得体会-----------------------------------------------------------------------------15
一、用PRO/E画三维图
1、详细阅读课程设计任务书、设计前的准备工作
根据任务书要求，本次设计的主要内容包括：
画出所需的三维视图和二维视图，并对塑件进行模流分析，生成加工程序。
最后把所需的材料进行总结汇总，完成本次的课程设计。
2、画三维视图
本次课程设计，我采用的是PRO/E制图。
图当中，我首先将工作目录设置到了已经建好的学习文件夹下，此目录采用英文书写，没有相关中文目录，以便于在画图时，造成无法保存，无法找到保存路径，或是造成其他不必要的麻烦。
设置好路径后，在新建当中，选取零件，取消缺省设置，采用单位为毫米，进入三维画图当中，这次画图主要是以环绕封闭形状为主，因此主要采用的是旋转获得主要部分，在通过其他命令将细小部分修正达到所要形状，在画图之前，我首先在Top面进行草绘，以后大多数都是在使用先前面进行的，但后边的一个重点是，每次画图之前都要设置必要的参照，目的是为了能够在画图当中能够使所做图准确无误，做图纸质量高。
在三维图画当中，也存在与二维图相同的问题，就是基准问题，只有基准设置合理，尺寸才会精确，这次我设置时，在竖直方向都采用了塑件上方为基准，在水平方向，都以塑件轴心为基准。
在画图当中，采用了多次拉伸和倒角完成了本次三维图的制作。
所做图形与实际二维图比较，尺寸和形状都符合要求，达到本次三维设计目的，同时也为以后的工作顺利进行打下基础。
二、三维视图转化二维视图
所给二维视图为国外某公司的设计图纸，供参考的对象是国外的技术员或工程师，所以其图采用英文标题栏，而且尺寸标注适合当地习惯的标法，部分不是国际标准，在画完三维视图后，为了能够很好的观看视图，使之适合我们中国人使用，需要得到我们所需国际标准二维视图。
将已经画好的三维视图转化成二维视图，是一件非常复杂的事情，因为Pro/e的三维造型非常好，但对于二维图的表达就不是太好，尤其是在三维视图转化成二维视图过程中，Pro/e会自动标注尺寸，但是自动标注的尺寸非常多，部分尺寸重复标注，造成视图混乱不清晰，给读图人带来很多麻烦。
因此，在将三维视图转化成二维视图当中，为了得到清晰、简单、便于观看的二维工程图，我选用工程图功能强大的CAXA来修改Pro/e所生成塑件的二维视图。
所给二维视图当中，采用了传统的三视图表达方式，在二维视图转化当中，我认为有些视图是没必要的，所以我将视图个数减少了，并把塑件的结构集中表达，解决了原零件图图面混乱的问题。
在尺寸标注方面，我按照我们一般的习惯进行标注，便于读图，使人很快能够看明白。
三、模流分析
对塑件的分析主要采用的是moldflow软件进行分析，在使用过程当中，需要对塑件进行网格划分，从而对塑件进行模流分析，分析过程需要大量时间，并且需要网格划分合理，压力选用合理，各方面参数符合实际使用值。
主要有以下几个过程：
1、将塑件进行网格划分
对塑件划分网格，有三种方法，主要包括表面划分、中间层划分、体积划分三种，他们的分析效果一次增加，由于在设计当中本塑件不是壁非常厚的件，所以不采用体积划分，采用中间层划分就可以达到效果。
根据经验，设置为网格线条长度值为两道三倍的壁厚，经过第一次分析，发现相关的数据基本上合理，主要数据分析结果为自由边数为零，无交叠边，没有定向单元数，纵横比最大值小于20，各方面参数都满足要求，最大匹配率大于最低匹配率85%，可以进行模流分析。
2、进行最佳浇口位置分析
最佳浇口位置是保证塑件有非常好的内部质量和表面质量的一个重要方面，选择好最佳浇口位置，可以有效的减少熔接痕，有效的增加塑件的均匀程度，使得塑件质量整体水平提高。
在试验中，通过软件的最佳浇口位置分析，gatelocation的结果表明，最佳浇口的位置在塑件的侧面，对于成型时的浇口位置合理，可以实现，同时利于分型面得设计，根据分析结果在变蓝位置都可宜采用。
因此，将浇口初步定在塑件的侧面，这样可以满足浇口的合理布置，同时所在位置，不会影响塑件的使用，表面质量也不会影响很大。
3、调入第二个塑件
经过整体考虑，为再生产中提高效率，在设计是采取一模两件进行设计，因此需要再调入一个塑件，在前一部分的过程当中已经将塑件进行了网格划分，因此可以直接进行复制，来调入第二个塑件。
在软件选用modeling中的move/cope，在选取reflect进行镜像。
得到第二个塑件。
设置为两塑件间距离，为了使塑件在实际注塑过程相同，在塑件调入之前，把塑件所用的工件坐标系于软件默认坐标系，调整到相同方向，使得最后能够正常模拟。
本次在塑件调用之前，将塑件全部选中，并以Y轴为基准旋转90度，再以Z为基准旋转90度，达到于软件默认开模方向相一致坐标方向，即开模方向为Z轴方向。
完成第二个件的调入。
4、创建浇口
在创建浇口位置时，由于软件的本身造型能力差。
因此，对于浇口的制作是一项非常复杂的事情。
首先在初选的最佳浇口位置点处创建一点，并以此点为基础，以偏置的方式创建另一个点，两点之间的长度作为浇口的长度。
在初选位置选去后，将以此点为基础向X轴负方向偏2毫米，然后创建一点，依据两点创建线，此时一个重要环节就是，将自动创建对话框关闭，采用手动创建，在手动常见的编辑当中，选择coolgate，浇口的选择，我们可以选择各种不同形状浇口，包括圆浇口、半圆形浇口、锥形浇口梯形浇口等，在设计时采用普通的圆浇口作为本次设计的浇口形状。
创建线的目的是给创建浇口提供一个路径，因此在创建线的同时就要把浇口创建出来，为了使更好的把浇口进行网格划分，同时便于在以后的修改过程中调出，而不影响其他部分，将浇口创建在一个新的层进行显示。
对于两一侧的浇口采用同样的方法，进行设计完成设计浇口。
5、创建分浇道
在软件当中，分浇道的英文为coolrunner，分浇道的设计与浇口的设计相同，都是先创建点在点的基础上创建线，并以线为导向选择coolrunner来选择不同形状的浇道，进行浇道的创建，同样是为了以后的修改，和调用，将分浇道创建在一个新的层，在创建将分浇道时要注意的是，由于分浇道在主浇道两侧等距分布，所以创建时需要严格的尺寸，否则。
在以后的注射过程当中，两个型腔的压力不同。
在实际当中同样也采用的是圆形浇道。
6、创建主浇道
在创建主浇道的过程当中，其过程于与上相同，分浇道的中点为基点向Z方向偏置一定的距离，实际模具主浇道的长度有一定的要求，因此主浇道不能创建太长。
设计时选择偏置距离为70毫米，主浇道的英文coolspure，主浇道当中也有很多的创建方式，有不变的直浇道，还有以尺寸变化的锥浇道等，本次设计，采用锥形浇道。
整体设计完之后，我们需要双击浇口把浇口加上，其形状为注射器状。
然后要进行的是连通性分析。
7、进行流动分析
上述完成之后，就可以进行本项分析，复制出新的一个已经划分好网格的文件，双击fill，进行分析，等待分析结果。
在最后的分析结果表明，保压时间、填充时间、填充压力、保压压力、温度、熔接痕、等主要参数完全符合要求。
8、生成模流分析报告
根据模流分析报告显示，所有结果满足塑件使用要求，符合本次设计结果。
最佳浇口位置是保证塑件有非常好的内部质量和表面质量的一个重要方面，选择好最佳浇口位置，可以有效的减少熔接痕，有效的增加塑件的均匀程度，使得塑件质量整体水平提高。
图中从红色到兰色表示填充的先后次序。
评估填充情况质量的标准主要有两个：
一是流动是否平衡，二是各个参数是否超过材料的许可值。
面两表示的是充填过程中流动波前溫度的分布，大部分区域较为均勻，均在230度左右。
最大壓力為120MPa，最大鎖模力為220ton，350t的成型机也可以滿足要求
局部区域太厚，周围区域先行凝固而切断了保压回路，致使其得不到有效保压而发生严重缩水凹陷。
图的红线表示熔接痕线位置，其中圈示的缝合线较为明显，但对此产品来说并不重要。
如果气穴产生的位置有自然排气措施（如顶杆），将不会产生困气；如果排气不良，容易产生烧焦等现象，而且会有表面花纹。
翘曲变形量不大，其中收縮不均因素为主要因素。
收缩不均因素对翘曲变形影响较大（其中Y向均匀变形），是导致翘曲变形的主要因素，变形方向如图中箭头所示
四、模具设计
在模具设计当中的一个重要过程就是分型面的建立，只有建立合适的分型面才能够使得所设计模具满足使用要求，同时在加工过程中，便于加工。
在用PRO/E设计当中，模具的设计主要是对型芯和型腔的设计，而对于模具来说，是制作的相关的襄块，完成后，调入标准模架，进行加工。
1、调入模具参考件
模具设计当中采用一模两件来设计，因此需要调入两个参考模型，在调入的第一个参考模型时。
采用缺省放置，直接与参考坐标系对齐，塑件坐标系与系统坐标系对应，对于第二个参照模型的调入，需要进行相关的参照，采用手动，依相关参照为基准，对于在水平方向即垂直于开模方向采用对齐偏距方式作为基准，其他两个参照全部采用对齐重合的方式。
完成之后，将所调入的坐标系自身坐标系隐藏，只保留系统坐标系，完成参照模型的调入。
2、建立毛坯
模具设计当中一个基础就是毛坯的建立，因为毛坯最后成型的是向镶块的各部分，设计时，采用手动进行创建，以基准坐标系为基准，采用相同偏距，偏距距离设为20毫米创建毛坯完成。
3、设置收缩率
塑件在注造过程中，由于冷却会造成实际塑件比所需塑件尺寸有很大差距，因此为了补偿由于收缩造成的误差，需要设置收缩率，塑件设计已经按标准尺寸设计，因此在模具设计时塑件不需要在进行改动，所以在对话框中将改动的参照模型对话框取消，查相关手册，一般pp的收缩率范围为0.018到0.025之间，所以根据相关参考，收缩率设置为0.02.设计当中，采用按尺寸设置收缩率，但遇到问题，因此改设为以比例设置收缩率，单个选取，关键是选取每个坐标系，当对勾显示为绿色时，说明设置有效。
两个件都完成相关设计后，完成收缩率的设计。
4、创建侧滑块体积块
分析整个塑件连同模具，考虑成型箱体的形状要求，需要设计侧抽芯，采用拉伸的方法设置，建立与圆孔平面平行的基准面作为草绘平面，拉伸出体积块，再利用参照零件切除，以得到成型滑块；两个斜滑块做法相同。
5、分割模具体积块并抽取体积块
在分割模具体积块是以创建的侧滑块、分型面为基准创建的，从主分型面处分割，分割完之后，根据所学知识，按步骤进行体积块的抽取，选取所有，抽取所有体积块。
完成这一过程。
6、生成塑件
为模拟开模，需要生成一个新的塑件，因此根据步骤生成一个新的塑件，个数设置为一个。
7、模拟开模
将生成的体积块定义移动，选取每个体积块，定义移动方向，定义移动距离，将所有体积块分开，模拟整个开模过程。
为表达明确，需要在设置时，将所有分型面和坯料全部隐藏，只保留体积块和塑件。
完成整个开模过程的模拟。
五、模具CAM加工
模具设计与制造的最后的一个重要环节，就是加工。
因为加工质量的高低，直接影响了在生产时的塑件质量，所以加工需要一个非常合理的加工方法，通过我们所学的知识，和对相关加工软件知识的了解，以及相关数控，线切割，电火花等现代先进加工技术的掌握和了解，对模具体积块进行分析，给每个体积块找到合适的加工方法。
1、下型腔加工工艺分析
下型腔如图所示。
该件具有两个型腔，成型盒体部分为很窄的缝，难以用普通机械加工方法加工，应该用电火花加工或把该件做成镶嵌式结构。
如果用整体式结构，则需要设计电火花加工用电极，电极与工件一样具有薄壁结构，不利于加工，因此决定做成镶嵌式结构，修改后型腔如图5-2所示。
外部型腔外形采用普通机床机械加工后，采用平面磨床磨到尺寸要求值即可，外部型腔有两个直壁方孔，可以采用电火花线切割加工，水道采用普通钻床钻孔加工，不需要编制程序。
内部镶块采用数控铣加工大部分表面，窄槽采用电火花加工，需要设计电火花加工电极。
2、格式转换
把外型腔保存副本为IGES格式，以便于在UG软件中打开。
内部镶块保存副本为IGES格式，在保存选项中选择实体基准曲线复选框，以利于在加工软件中打开并设置加工轮廓。
这样就为使用软件加工生成程序做好了准备。
3、电极设计
用UG打开镶块零件的IGES格式副本，测量分析需要进行电火花加工的部位，经分析基本上所有地方都需要设计电极，由于工件形状不对称，窄槽及尖角不同的的共有几处，因此上下模需要设计不同电极进行电加工。
电极材料选择紫铜，精加工电极预留量为0.05~0.15，粗加工电极预留量为0.2~0.5，具体应根据实际选用的机床确定。
电极设计步骤：
（1）拆
在已有工件的基础上分离出需要进行电火花加工的成形部分，在几个外型简单的部位直接采用实体的方式设计。
主要的分离曲面方法为：
抽取几何体。
（2）补
对复制出的片体进行修补已设计出电极的避空位，本件都是规则曲面，因此对抽取出的曲面边界延伸即可。
（3）剪
通过各种方法对电极片体进行修剪，得到电极成形部位的初步形态。
（4）合
设计电极基座，为方便加工及文件调用，把所有电极结构合并成一个整体。
下图为设计出的其中一个电极。
4、电极加工编程操作
（1）数据转换，利用Cimatron软件的DI功能完成从IGES格式文件到PFM格式文件的转换。
（2）创建3轴
打开Cimatron软件，创建3轴加工，安全高度设为10mm。
（3）创建毛坯
选取stock，采用边框方式设置坯料，上表面为z0，下表面为z-30。
（4）创建环绕等高粗加工加工
创建WCUT粗加工工序。
选择全部曲面
参数
参数值
参数
参数值
工件材料
紫铜
SRF.TOL
0.5mm
刀具材料
高速钢
主轴转速
1500r/min
刀具类型
整体
进给速度
1000mm/min
刀具刃数
2
加工方式
Contourrough
刀具直径
8mm
走刀方式
Stockspiral
刀具圆角半径
2
Betweenlayers
Const
Sidestep
65%
Rampangle
2
Downstep
2mm
加工余量
0.1
（5）创建环绕等高精加工
复制当前WCUT刀路，重新运行，修改参数。
参数
参数值
参数
参数值
工件材料
紫铜
SRF
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