发动机后悬置支架模具成型工艺分析模具结构设计加工方法说明书.docx

1、发动机后悬置支架模具成型工艺分析模具结构设计加工方法说明书前 言光阴似梭，大学三年的学习一晃而过，为具体的检验这三年来的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为发动机后悬置支架的熔模模具。本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，但成型难度大，模具结构较为复杂，对模具工作人员是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对注射成型模具的设计和制造能力。本次设计以发动机后悬置支架模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。在

2、设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。本次设计中得到了李老师的指点。同时也非常感谢学院各位老师的精心教诲。由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正。绪 论一 【模具在加工工业中的地位】 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸

3、模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。 对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。 模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的

4、过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发

5、展。二 【模具的发展趋势】 近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：(1) 加深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。(2) 高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。(3) 大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满

6、足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。(4) 革新模具制造工艺在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。(5) 标准化开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。三 【设计在学习模具制造中的作用】通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的

7、知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。 毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。 第一章 UG简介UG是美国EDS公司的集 CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统。 UG是Unigraphics的缩写，是一个商品名。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与算 机辅助制造)系统它功能强大， 可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。 CAD是计算机辅助设计的缩写，是行业通用名称。它不包括CAM(计算机辅助制造)。可以实现CAD功能的软件有很多，UG是其中一个，还有AutoCAD、Cimatron、Pro/ENG

8、INEER、SOLIDWORKS、开目CAD等等。而AutoCAD则是另外一个由欧特克(Autodesk)公司开发的主要基于PC机的CAD软件。 UG全球认证的证书是为熟练使用该软件而颁发的证书，全球认可UG（全称Unigraphics）是美国EDS旗下PLM Solution-UGS公司集CAD/CAM/CAE于一体的大型集成软件系统.UG最早源于麦道飞机公司的航空航天尖端设计制造技术，并逐步发展成为独立软件系统。后随着麦道并入波音于1991年并入EDS，并成为EDS-PLMSolution部门UGS。是EDS面向制造业plan（计划）、Define（设计）、Build（制造）与Suppor

9、t（服务）的UGS PLM解决方案（包括E-factory（数字工厂）、NX（下一代CAX系统）、PLM Open（开放平台）、Solid Edge、Teamcenter（协同管理框架）、Product Index等）的核心构件之一。 UG系统主要应用于汽车、航空、航天、机械、电子、医疗仪器等工业的生产,是全球应用最为广泛的高端工业软件系统之一。1990年初随着通用汽车正式进入中国，并很快就以其先进的管理理念、强大的工程背景、完善的技术功 能以及专业化的技术服务队伍赢得了广大中国用户的赞誉。 1.1 主要功能UG NX5软件是由多个模块组成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、钣金件、W

10、eb、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以Gateway环境为基础，它们之间既有联系又相互独立。1.1.1 UG/GatewayUG/Gateway为所有UG NX产品提供了一个一致的、基于Motif的进入捷径，是用户打开NX进入的第一个应用模块。Gateway是执行其他交互应用模块的先决条件，该模块为UG NX5的其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作，也提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对象信息和分析、显示控制和隐藏/再现对象等操作。1.

11、1.2 CAD模块1实体建模实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。2特征建模UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。3自由形状建模UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和

12、曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。4工程制图UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。5装配建

13、模UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。1.1.3 MoldWizard模块MoldWizard是UGS公司提供的运行在Unigraphics NX软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。MoldWizard为产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统

14、等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。1.1.4 CAM模块UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。1.1.5 产品分析模块UG产品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。提供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和稳态

15、分析。运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析。可以进行机构连接设计和机构综合，建立产品的仿真，利用交互式运动模式同时控制5个运动副，设计出包含任意关于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，以多种格式表达分析结果。注塑模流动分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。具有前处理、解算和后处理的能力，提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。1.2 UG NX5的工作环境在初始界面中，单击【标准】工具栏中的【新建】按钮，或者选择【文件】/【新建】选项，系统将弹出【文件新建】对话框。该对话框提供了3个选项卡：模型、图纸和仿真。用户可以根据需要选择对应的模板。首先选择“模型”选项卡中的“模型”模板，

16、然后在“新文件名”组框中的“名称”文本框中输入新文件名（UG NX5要求存盘目录和文件名必须是英文字符），在“文件夹”文本框中选择文件保存目录，最后单击【确定】按钮，系统将弹出NX5基本界面。 NX5基本界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、绘图区、坐标系图标、提示栏、状态栏和资源导航器等部分组成。1标题栏标题栏位于UG NX5用户界面的最上方，用来显示软件名称及版本号，以及当前的模块和文件名等信息，如果对部件已经做了修改，但还没进行保存，其后面还会显示“修改的”提示信息。 2.菜单栏菜单栏位于标题栏的下方，包括了该软件的主要功能，每一项对应一个UG NX5的功能类别。它们分别是文件、编辑、视图、

17、插入、格式、工具、装配、信息、分析、首选项、窗口和帮助。每个菜单标题提供一个下拉式选项菜单，菜单中会显示所有与该功能有关的命令选项。3工具栏UG NX5有很多工具栏的选择，当启动默认设置时，系统只显示其中的几个，工具栏是一行图符，每个图符代表一个功能。工具栏与下拉菜单中的菜单项相对应，执行相同的功能，可以使用户避免在菜单栏中查找命令的繁琐，方便操作。UG各功能模块提供了许多使用方便的工具栏，用户还可以根据自己的需要及显示屏的大小对工具栏图标进行设置。4提示栏提示栏主要用于提示用户如何操作，是用户与计算机信息交互的主要窗口之一。在执行每个命令时，系统都会在提示栏中显示用户必须执行的动作，或者提示

18、用户的下一个动作。5状态栏状态栏位于提示栏的右方，显示有关当前选项的消息或最近完成的功能信息，这些信息不需要回应。6对话框轨道及其轨道夹在UG NX5中，几乎所有对话框都打开在对话框轨道的预定义位置上，用户可拖动对话框轨道将轨道夹放置在所需的目标位置上，也可单击轨道夹临时隐藏一个打开的对话框。另外，可以单击轨道夹中的松开按钮松开对话框，让它们浮在屏幕上，反之单击夹住，使其锁紧在轨道夹位置处。7绘图区绘图区是UG创建、显示和编辑图形的区域，也是进行结果分析和模拟仿真的窗口，相当于工程人员平时使用的绘图板。当光标进入绘图区后，指针就会显示为选择球。8坐标系图标在UG NX5的窗口左下角新增了绝对坐

19、标系图标。在绘图区中央有一个坐标系图标，该坐标系称为工作坐标系WCS，它反映了当前所使用的坐标系形式和坐标方向。9资源导航器资源导航器用于浏览编辑创建的草图、基准平面、特征和历史记录等。在默认情况下，资源导航器位于窗口的左侧。通过选择资源导航器上的图标可以调用装配导航器、部件导航器、操作导航器、Internet、帮助和历史记录等。1.3 产品设计的一般过程在进行产品设计时，应该养成一种良好的产品设计习惯，这样可以节省设计时间，降低设计成本，提高产品的市场响应能力。在使用UG NX5软件进行产品设计时，需要了解产品的设计过程。1准备工作 （1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。（2

20、）搜集可以被重复使用的设计数据。（3）定义关键参数和结构草图。（4）了解产品装配结构的定义。（5）编写设计细节说明书。（6）建立文件目录，确定层次结构。（7）将相关设计数据和设计说明书存入相应的项目目录中。2设计步骤（1）建立主要的产品装配结构。用自上而下的设计方法建立产品装配结构树。如果有些以前的设计可以沿用，可以使用结构编辑器将其纳入产品装配树中。其他的一些标准零件，可以在设计阶段后期加入到装配树中。因为大部分这类零件需要在主结构完成后才能定形、定位。（2）在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构描述（如草图、曲线和实体模型等），这些模型数据将被下属零件所引用，以进行零件细

21、节设计。同时这些数据也将用于最终产品的控制和修改。（3）根据参数和结构描述数据，建立零件内部尺寸关联和部件间的特征关联。（4）用户对不同的子部件和零件进行细节设计。（5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、重量和关键尺寸等。此外，也可以在设计过程中，在装配顶层随时增加一些主体参数，然后再将其分配到各个子部件或零件设计中。合金、钛合金和球墨铸铁等。熔模铸件的形状一般都比较复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm.在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料

22、的消耗，使零件结构更为合理。熔模铸件的重量大多为零点几十牛(即几十克到几公斤)，太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻烦，但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。熔模铸造工艺的优点熔模铸造工艺，简单说就是用易熔材料（例如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。熔模铸件尺寸精度较高，一般可达CT46（砂型铸造

23、为CT1013，压铸为CT57）,当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高，但其一致性仍需提高（采用中、高温蜡料的铸件尺寸一致性要提高很多）。压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高，一般可达Ra.1.63.2m。熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着

24、很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中熔模铸造技术流程图第三章 工件的工艺分析3.1 工件成型工艺分析如图1.1所示： 图1.1 发动机后悬置支架发动机后悬置

25、支架的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。发动机后悬置支架的注塑材料首先选用硬铝板5052，发动机悬置的组要作用是缓解发动机与车架之间的震动。所以我们必须很好多处理后盖壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。由于发动机后悬置支架的主体作用是起减震作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。发动机悬置支架既是弹性元件又是减震装置对它的设计盈满注意下要求：(1)隔离震动。能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与地盘上的其它零部

26、件发生干涉；(2)能够充分的隔离发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声；(3)能够充分的隔离由地面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声；(4)保证发动机机体与飞轮壳的链接弯矩不超过发动机的额定值。3.2 发动机后悬置支架原料（Al5052）的成型特性与工艺参数Al5052系列合金铝的主要合金元素是镁、铝。镁系合金防锈效果好，其性能是；优良的焊接和良好的抗腐蚀，加工性能优良和低温合理地相结合。其加工特点：不可热处理强化，其抗拉强度在铝镁系合金中仅次于5056，其焊接接头强度可与退火状态的强度相等，且耐蚀可靠，随着温度的降低基本金属和焊接头的抗拉强度、伸长率随之升高。低温

27、韧性也十分良好。3.2.1 Al5052的化学成分牌号 化学成分（重量百分比）铁(Fe)錳(Mn)镁(Mg)硅(Si) 锌(Zn) 钛(Ti) 铬(Cr) 铜(Cu) 铝(Al)Al50520.000.700.030.81.20.400.80.250.150.040.350.150.40余量3.2.2 Al5052力学性能牌号 机械及物理性能抗拉强度（Mpa）屈服强度 (Mpa)伸长率 (%)伸长率 (%)式样毛坯尺寸Al505217024070 / /所有壁厚3.3 铸件的工艺尺寸的计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型铸件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），

28、型腔深度和型芯高度和尺寸。由于发动机后悬置支架须与前盖配合，所以只有发动机后悬置支架的边缘的榫才起着配合决定性的作用。凹、凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。因 Al5052的成型收缩率为2.22.5%,所以平均收缩率取S=2.35%LM= Ls1（1+2.2%2.5%）其中为铸件产品尺寸,为铸件毛坯尺寸，为铸件工艺尺寸。S为铸件的收缩率，取S=2.5%。根据毛坯的尺寸，代入数据得，其中毛坯尺寸在产品的基础上，在有精度要求的表面加上1.52mm，因为由毛坯到产品属于二次加工，所以应该在铸件的尺寸上留有加工余量，一般情况下单边余量1.5mm左右，如果产品尺寸较大，有平面度要求可以适当放大加工余量到

29、2mm2.5mm。产品尺寸/mm毛坯尺寸/mm工艺尺寸/mm261261267.526170170174.25125125128.125505051.125656566.625222.05151212.3323232.834.54.6125161616.4454546.6125100100102.5303030.75131010.25161616.4第四章 模具设计过程4.1 浇注系统的设计普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度

30、）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：(1)型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。(2)型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。(3)系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。(4)对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。(5)满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。(6)浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。4.2 浇口选择浇口又称进料口，是连接分流道与

31、型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：(1)型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。(2)易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.030.09，浇口的长度约为0.5mm2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。（2）浇口设置应有利于排气和补塑。（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部