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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
鬧鐘后蓋注塑模的CAD/CAM
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
設(shè)計(jì)原始資料：鬧鐘后蓋外形一個(gè)，F(xiàn)ANUC-6M系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)；
設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
1.設(shè)計(jì)并繪制注塑模裝配圖及型腔、型芯零件圖,符合塑件生產(chǎn)要求;
2.要求英文資料翻譯忠實(shí)原文；
3.利用三維CAD/CAM軟件對(duì)模具型面進(jìn)行CAD造型及生成數(shù)控加工程序；
4.能夠進(jìn)行刀具軌跡仿真模擬加工；
5.要求圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)范，符合制圖標(biāo)準(zhǔn)；
6.要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1.查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 3.1-3.10 2周
2.設(shè)計(jì)并繪制鬧鐘后蓋外形塑件圖 3.11-3.17 1周
3.設(shè)計(jì)并繪制模具型腔、型芯零件圖 3.18-4.18 4周
4.設(shè)計(jì)并繪制鬧鐘后蓋注塑模裝配圖 4.19-5.10 3周
5.熟練掌握三維CAD/CAM軟件的應(yīng)用并進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì) 5.11- 5.30 3周
6.利用三維CAD/CAM軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 5.31-6.6 1周
7.編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）一份 6.7－6.25 3周
8.畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 6.26－7.2 1周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1]嚴(yán)烈主編. Mastercam 8模具設(shè)計(jì)超級(jí)寶典. 北京:冶金工業(yè)出版社，2000.
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航空工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 班
學(xué)生（簽名）：
日期：自 年 3 月 1 日至 年 7 月 2日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械制造工程 系（室） 主任（簽名）：
附注:任務(wù)書(shū)應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首頁(yè)。
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 日期：
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
作者簽名： 日期：
導(dǎo)師簽名： 日期：
一、選題的依據(jù)及意義：
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門(mén)類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義
注塑模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。用注塑模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。
本課題將以塑料產(chǎn)品中最簡(jiǎn)單，日常生活中經(jīng)常用到的塑料鬧鐘后蓋作為例子，從理論上了解注塑模的設(shè)計(jì)過(guò)程，并結(jié)合Mastercam軟件對(duì)模具型面進(jìn)行模擬加工并生成數(shù)控加工程序，以便更好的掌握模具設(shè)計(jì)，加工的方法，為以后的工作奠定更好的基礎(chǔ)。
作為一名在校大學(xué)生，我能有這一機(jī)會(huì)接觸如何設(shè)計(jì)和制造模具，理應(yīng)珍惜，并為此達(dá)到以下要求：
1） 能較好的培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練自己綜合運(yùn)用機(jī)械和其他先修課程的基礎(chǔ)理論，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、深化和擴(kuò)展自己有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
2）通過(guò)對(duì)模具設(shè)計(jì)過(guò)程的理解，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)的能力。
3）在畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中對(duì)自己進(jìn)行設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)自己查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等方面的能力。
4）培養(yǎng)自己對(duì)一門(mén)模具設(shè)軟件的自學(xué)能力，并熟練掌握它。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
一、各種模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。
（1）沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖?？煞譃槁淞夏?，沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見(jiàn)。
二、我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
20世紀(jì)80年代開(kāi)始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來(lái)，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來(lái)，每年都以15％的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開(kāi)展了模具技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超級(jí)制造大國(guó)的重要原因。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。
中國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。
盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。
（1）注重開(kāi)發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來(lái)越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。
（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。
三、國(guó)外注塑模的發(fā)展歷程
葡萄牙模具工業(yè)發(fā)展歷史1943年，位于葡馬立尼亞.格蘭特市（Marinha Grande）一家小型玻璃模具廠股東阿尼巴爾（AníbalH.Abrantes）萌發(fā)了生產(chǎn)注塑模具的構(gòu)想。由于未能獲得其他股東的支持，阿尼巴爾不得不出售自己擁有的公司股份以籌集資金，并開(kāi)始專注于注塑模具的研發(fā)和制造。2年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，在馬立尼亞.格蘭特市和奧利維拉.德.阿澤麥伊斯市(oliveiradeAzeméis)（葡萄牙另一傳統(tǒng)玻璃工業(yè)區(qū)）逐步出現(xiàn)其它注塑模具企業(yè)。隨著國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，葡模具工藝水平不斷提高，并于1955年首次實(shí)現(xiàn)模具出口，產(chǎn)品銷往英國(guó)。至1980年，葡模具產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷50多個(gè)國(guó)家，當(dāng)時(shí)僅馬立尼亞.格蘭特市市就有54家模具企業(yè)，從業(yè)人數(shù)達(dá)2000人。（二）、葡萄牙模具企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀目前葡模具業(yè)共有企業(yè)300家，以中小企業(yè)為主，大部分集中在馬立尼亞.格蘭特和奧利維拉.德.阿澤麥伊斯兩市，總從業(yè)人口7500人。其中馬立尼亞.格蘭特市有模具企業(yè)190家（占全國(guó)模具企業(yè)的63%），從業(yè)人員5000人，奧利維拉.德.阿澤麥伊斯市有模具企業(yè)86家（占全國(guó)模具企業(yè)的29%），從業(yè)人數(shù)1600人。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，葡萄牙模具企業(yè)總結(jié)和積累了大量技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。葡模具界普遍認(rèn)為，模具工業(yè)整體水平的提高主要依賴于技術(shù)發(fā)展、合理生產(chǎn)和質(zhì)量控制計(jì)劃、不斷更新設(shè)備和加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)投資等因素。目前，葡模具企業(yè)本著工藝競(jìng)爭(zhēng)和整體質(zhì)量至上的經(jīng)營(yíng)理念，率先大量使用高精度數(shù)控設(shè)備，并在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中普遍使用CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。葡模具企業(yè)利潤(rùn)直接再投資平均比例高達(dá)18%，在包括美國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、日本和法國(guó)在內(nèi)的國(guó)際模具工業(yè)及專用工具協(xié)會(huì)（ISTMA）成員國(guó)中居于首位。憑借先進(jìn)的信息技術(shù)支持，葡模具界內(nèi)部已實(shí)現(xiàn)了模具項(xiàng)目設(shè)計(jì)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)快速交換，并進(jìn)一步加強(qiáng)了客戶同生產(chǎn)企業(yè)間的交流與溝通。隨著技術(shù)的發(fā)展與日臻完善，葡模具企業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，不少企業(yè)已逐步向模胚、拋光、大型模具或高精度模具等特定專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
本課題主要是塑料成型的工藝設(shè)計(jì)及制造，也就是注塑模的工藝設(shè)計(jì)方案分析及確定工藝計(jì)算，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容。主要是為了提高生產(chǎn)效率，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是一定要保證其精度要求。
先對(duì)塑件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定型腔的布局，從各方面考慮其結(jié)構(gòu)布局。
1. 分析鬧鐘后蓋塑件以及塑件成型工藝和過(guò)程。
2. 設(shè)計(jì)鬧鐘后蓋塑件圖，利用注塑成型原理對(duì)鬧鐘后蓋塑件進(jìn)行成型分析，并設(shè)計(jì)和繪制注塑模模具裝配圖及型腔、型芯等部分零件圖。
3. 利用Mastercam軟件對(duì)模具型腔、型芯進(jìn)行三維曲面造型與數(shù)控仿真加工，同時(shí)生成數(shù)控加工程序。
4. 設(shè)計(jì)過(guò)程可利用計(jì)算機(jī)模擬加工檢驗(yàn)。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
1．目標(biāo)
設(shè)計(jì)并繪制注塑模裝配圖及模腔、模芯零件圖并用Mastercam軟件對(duì)模具進(jìn)行CAD造型及生成數(shù)控加工程序,系統(tǒng)的把大學(xué)里的專業(yè)知識(shí)復(fù)習(xí)應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中去，提高自己的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，掌握造型軟件，鍛煉自己的自主能力和查閱資料的能力,以此提高自己的綜合素質(zhì)來(lái)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。
2．主要特色
⑴模具通用簡(jiǎn)單、制造成本較低。
⑵注射成型工藝可由機(jī)床按照一定程序完成，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,
生產(chǎn)效率高，適于大批大量生產(chǎn)。
⑶注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。
⑷注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，節(jié)約材料。
⑸操作易于掌握，不需要等級(jí)較高的技術(shù)操作。
3．工作進(jìn)度
[1] 查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
（2周）2月26日～3月6日 [2] 設(shè)計(jì)并繪制塑料鬧鐘后蓋塑件圖 （1周）3月7日～3月14日
[3] 設(shè)計(jì)并繪制模具型腔、型芯零件圖 （4周）3月14日～4月10日
[4] 設(shè)計(jì)并繪制塑料鬧鐘后蓋注塑模裝配圖 （2周）4月11日～4月24日
[5] 熟練掌握三維軟件的應(yīng)用并進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì) （3周）4月25日～5月15日
[6] 利用Mastercam軟件生成模具型面數(shù)控加工程序 （1.5周）5月16日～5月26日
[7] 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）一份 （1.5周）5月27日～6月7日
[8] 畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 （2周）6月8日～ 6月19日
五、參考文獻(xiàn)
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[15]. 伊啟中. 模具CAD/CAM. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001
鬧 鐘 后 蓋 注 塑 模 的 CAD/CAM
摘要：復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的今天，合成塑料仍是基礎(chǔ)的工業(yè)原材料。注射、擠出、壓制，壓鑄和氣壓成型仍是塑料制品的主要成形方式。隨著現(xiàn)代工業(yè)藝術(shù)水平的提高塑料制品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，這使得注塑成型技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用。顯然模具的設(shè)計(jì)也隨之提到了重要的地位。隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)中的CAD/CAM技術(shù)的普及這使得計(jì)算機(jī)仿真模擬設(shè)計(jì)在注塑模具的設(shè)計(jì)研發(fā)中起到了愈來(lái)愈關(guān)鍵的作用。
注射模具的基本組成是：定模機(jī)構(gòu)，動(dòng)模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)，導(dǎo)向裝置，頂出機(jī)構(gòu)，芯機(jī)構(gòu)，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。
本文采用CAD/CAM技術(shù)利用Unigraphics軟件實(shí)現(xiàn)注塑模具CAD／CAM的方法和途徑并以鬧鐘后蓋的設(shè)計(jì)為例，分析了鬧鐘后蓋零件的結(jié)構(gòu)及工藝性，確定該塑件的注塑成型方案并進(jìn)行了注射模設(shè)計(jì)方面的相關(guān)計(jì)算并通過(guò)計(jì)算機(jī)的仿真模擬實(shí)現(xiàn)塑件復(fù)雜結(jié)構(gòu)體和注塑模具相關(guān)機(jī)構(gòu)初步的設(shè)計(jì)。利用autocad對(duì)注塑模具的零部件進(jìn)行的相關(guān)尺寸和表面精度的深入設(shè)計(jì)。最后利用mastercam將二者的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成可實(shí)現(xiàn)的數(shù)控加工程序進(jìn)行仿真模擬成型加工。
關(guān)鍵詞：注塑成型 CAD／CAM UG
指導(dǎo)老師簽名：
CAD/CAM about the back of the alarm injection mold
Abstract：The plasticsToday widely used composite materials, synthetic plastic is still the basis of industrial raw materials. Injection, extrusion, die casting and pressure molding of plastic products is still the main way of forming. With the art of raising the level of modern industrial structure more complex plastic products, which makes injection molding technology has been more widely used. Obviously mold design also will mention the important role. With modern design in the CAD / CAM technology, which makes computer simulation of universal design in injection mold design and development played a more crucial role.
The basic composition of injection molds: the fixed mold body, the dynamic model agencies, casting systems, guiding device, top the body, core body cooling and heating equipment, exhaust system.
In this paper, CAD / CAM technology uses Unigraphics software injection mold CAD / CAM methods and means and to clock back cover design, for example, analysis of the alarm clock back cover parts of the structure and process, determine the injection molded plastic parts program and were related to injection mold design, calculation and computer simulation to achieve through the plastic injection mold complex structure and the preliminary design of relevant institutions.Using autocad on the injection mold parts for the relevant size and surface accuracy of the detail design. Finally, mastercam designed to convert between the two enables the simulation of NC machining process simulation of forming process．
Keywords：Injection Mold CAD/CAM UG
Signature of advisor:
目 錄
1 引言 (1)
1.1 課題的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義 (1)
1.2 注塑模的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介 (1)
1.2.1基本要求和注意事項(xiàng) (2)
1.2.2注塑模設(shè)計(jì)程序 (2)
1.2.2.1接受任務(wù)書(shū) (3)
1.2.2.2調(diào)研、消化原始材料 (3)
1.2.2.3選擇成型設(shè)備 (3)
1.2.2.4擬定模具結(jié)構(gòu)方案 (3)
1.2.2.5方案的討論和論證 (4)
1.2.2.6繪制模具裝配圖 (4)
1.2.2.7繪制零件圖 (5)
1.2.2.8編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (6)
1.4 注塑模具CAD技術(shù)發(fā)展過(guò)程 (7)
1.5 注塑模具CAD技術(shù)的應(yīng)用 (8)
1.6 國(guó)內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀 (10)
2 塑件注塑成型的工藝分析 (12)
2.1 塑件成型工藝分析 (12)
2.2 鬧鐘后蓋原料（ABS）的成型特性與工藝參數(shù) (13)
3 注射機(jī)型號(hào)的確定 (14)
3.1選擇注射機(jī)型號(hào) (14)
3.2 模架的選定 (14)
3.3 最大注射壓力的校核 (16)
4. 塑件工作尺寸的計(jì)算 (18)
4.1 型腔的徑向尺寸計(jì)算 (18)
4.2 型芯尺寸的計(jì)算 (20)
4.3 模具型腔壁厚的計(jì)算 (22)
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (23)
5.1 主流道設(shè)計(jì) (23)
5.2 冷料井設(shè)計(jì) (24)
5.3 分流道設(shè)計(jì) (24)
5.4 澆口選擇 (25)
6 分型面的選擇與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (27)
6.1 分型面的選擇 (27)
6.2 排氣糟的設(shè)計(jì) (28)
7 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) (28)
8 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) (29)
9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (30)
9.1 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (31)
9.2 模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (31)
10 模具的裝配 (31)
10.1 模具的裝配順序 (32)
10.2 開(kāi)模過(guò)程分析 (33)
11 三維造型及數(shù)控仿真加工 (33)
11.1 UG軟件在模具制造中的應(yīng)用特點(diǎn) (33)
11.2 零件造型簡(jiǎn)介 (34)
11.3 確定型腔布置及型芯和型腔的建立 (38)
11.4 分型面的選擇 (38)
12 型芯的數(shù)控仿真加工 (43)
12.1 零件的分析 (43)
12.2 零件鋼材的選用 (44)
12.3 加工方案 (44)
12.4 加工型芯的具體操作 (48)
12.4.1 粗加工CAV_ROU1 (48)
12.4.2 半精CAV_0.1 (51)
12.4.3 FIXED_FIN1 (53)
12.4.4 平面精加工PM_FINISH (56)
12.4.5 鉆孔加工 (58)
13 型腔的數(shù)控仿真加工 (60)
13.1 加工方案 (60)
13.2 加工型腔的具體操作 (63)
13.2.1 粗加工CAV_ROU1 (63)
13.2.2 鉆孔加工 (65)
13.2.3 平面精加工PM_FINISH (66)
13.2.4 FIXED_FIN1 (68)
13.2.5 清根加工FLOW (70)
結(jié) 論 (72)
參考文獻(xiàn) (73)
致 謝 (74)
75
1引言
1.1課題的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義
合成材料是當(dāng)今時(shí)代的主題，尤其是合成塑料，塑料是具有很多優(yōu)良的性能的材料與此同時(shí)也有別于其他材料的特點(diǎn)，近些年來(lái)它在航空、航天等特殊領(lǐng)域得到了廣泛的采用。作為塑料制造裝備業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——塑料模具的設(shè)計(jì)與制造業(yè)也得到空前的發(fā)展機(jī)遇，尤其是塑料成型加工中的重要單元——塑料注射模具，由于它易成型形狀復(fù)雜的制品并且有較高的成型效率，又可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度自動(dòng)化，從而得到飛速迅猛的發(fā)展，在我國(guó)隨著現(xiàn)代工業(yè)化水平的提高塑料成型也隨著時(shí)代的不同特色越來(lái)越鮮明，精密程度和復(fù)雜程度也越來(lái)越高，技術(shù)水平較以往有了顯著的飛躍，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念不斷的推出，新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層出不窮，逐步縮小和發(fā)達(dá)國(guó)家之間的距離。
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也隨之提高，而產(chǎn)品的更新是以新穎的造型設(shè)計(jì)和愈加精密的模具設(shè)計(jì)、制造為基礎(chǔ)的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標(biāo)。UGS公司研制針對(duì)塑料注塑模設(shè)計(jì)的Mold?Wizard軟件模塊而在眾多輔助設(shè)計(jì)制造軟件中，Unigraphics 軟件是當(dāng)今世界較先進(jìn)、面向制造業(yè)的綜合軟件。
該軟件的功能覆蓋了整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，即覆蓋了從概念設(shè)計(jì)、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的全過(guò)程，在模具、航空、汽車、機(jī)械、電器電子等各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。UG軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設(shè)計(jì)和沖壓級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
1.2注塑模的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介
熱塑性塑料注射模的特點(diǎn)是由塑料原材料的特性所決定的，最主要的有兩點(diǎn)：一是注射時(shí)塑料熔體的充模流動(dòng)特性，二是模腔內(nèi)塑料冷卻固化時(shí)的收縮行為，這兩點(diǎn)決定了注塑模的特殊性和設(shè)計(jì)難度。由于塑料熔體屬于粘彈體，熔體流動(dòng)過(guò)程粘度隨剪切應(yīng)力、剪切速率而變化，流動(dòng)過(guò)程中大分子沿流動(dòng)方向產(chǎn)生定向；模腔充滿后熔體被部分壓縮；冷卻固化過(guò)程中塑料的收縮非常復(fù)雜，模腔內(nèi)各部位、各方向塑料收縮率不同，不同種類、牌號(hào)的塑料收縮率有很大差異，同一牌號(hào)的樹(shù)脂或塑料在加工時(shí)配方不同其充模流動(dòng)特性及收縮率也不同?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)注塑模時(shí)首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使設(shè)計(jì)的模具合理適用，并可在設(shè)計(jì)中有效利用塑料特性，如點(diǎn)澆口模具用于塑料絞鏈制品。
1.2.1 基本要求與注意事項(xiàng)
合理地選擇模具結(jié)構(gòu)：根據(jù)塑件的圖紙及技術(shù)要求，研究和選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒ㄅc設(shè)備，結(jié)合工廠的機(jī)械加工能力，提出模具結(jié)構(gòu)方案，充分征求有關(guān)方面的意見(jiàn)，進(jìn)行分析討論，以使設(shè)計(jì)出的模具結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量可靠，操作方便。必要時(shí)可根據(jù)模具設(shè)計(jì)和加工的需要，提出修改塑件圖紙的要求，但需征得用戶同意后方可實(shí)施。正確地確定模具成型零件的尺寸：成型零件是確定制件形狀、尺寸和表面質(zhì)量的直接因素，關(guān)系甚大，需特別注意。計(jì)算成型零件尺寸時(shí)，一般可采用平均收縮率法。對(duì)精度較高并需控制修模余量，可按公差帶法計(jì)算，對(duì)于大型精密制件，最好能用類比法，實(shí)測(cè)塑件幾何形狀在不同方向上的收縮率進(jìn)行計(jì)算。
設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)制造方便：設(shè)計(jì)模具時(shí)，盡量做到使設(shè)計(jì)的模具制造容易，造價(jià)便宜。特別那些比較復(fù)雜的成型零件，必須考慮是采用一般的機(jī)械加工方法加工還是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎樣進(jìn)行組裝，類似問(wèn)題在設(shè)計(jì)模具時(shí)均應(yīng)考慮和解決，同時(shí)還應(yīng)考慮到試模以后的修模，要留有足夠的修模余量。
充分考慮塑件設(shè)計(jì)特色，盡量減少后加工，盡量用模具成型出符合塑件設(shè)計(jì)特點(diǎn)的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，減少澆口、溢邊的尺寸，避免不必要的后加工。但應(yīng)將模具設(shè)計(jì)與制造的可行性與經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，防止片面性。
設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)效率高、安全可靠：這一要求涉及到模具設(shè)計(jì)的許多方面，如澆注系統(tǒng)需充模和閉模快，模具零件應(yīng)是耐磨耐用類零件，應(yīng)對(duì)其材料溫調(diào)系統(tǒng)效果好，脫模機(jī)構(gòu)靈活可靠，自動(dòng)化程度高等。
模具零件的耐用度影響整個(gè)模具的使用壽命，為此還應(yīng)考慮如何但需注意零件壽命與模具相適應(yīng)。
模具結(jié)構(gòu)要適應(yīng)塑料的成型特性：在設(shè)計(jì)模具時(shí)并盡量滿足要求，同樣是獲得優(yōu)質(zhì)制件的重要措施。
1.2.2 注塑模設(shè)計(jì)程序[2]
注塑模具是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)理論和實(shí)踐要求都很強(qiáng)，其設(shè)計(jì)過(guò)程一般可分為一下步驟。
1.2.2.1 接受任務(wù)書(shū)
“模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)”通常由模具設(shè)計(jì)人員以“模具設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)”為依據(jù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。包括：
① 、經(jīng)過(guò)審簽的正規(guī)塑料制件圖紙，并注明所用塑料的牌號(hào)與要求（如色澤、透明度等）
② 、塑料制件的說(shuō)明書(shū)或技術(shù)要求；
③、 成型方法；
④、 生產(chǎn)數(shù)量；
⑤ 、塑料制件樣品；
1.2.2.2 調(diào)研、消化原始資料
收集整理有關(guān)制件設(shè)計(jì)、成型工藝、成型設(shè)備、機(jī)械加工、特種工藝等有關(guān)資料，以備設(shè)計(jì)模具時(shí)使用。
1.2.2.3 選擇成型設(shè)備
模具與設(shè)備必須配套使用。因?yàn)槎鄶?shù)情況下都是根據(jù)成型設(shè)備的種類來(lái)進(jìn)行模具設(shè)為此，在設(shè)汁模具之前，首先要選擇好成型設(shè)備，這就需要了解各種成型設(shè)備的規(guī)格、性能與特點(diǎn)。
以注塑機(jī)來(lái)說(shuō)，如注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出方式與即離、噴嘴直徑與噴嘴球面半徑、定位孔尺寸、模具最大與最小厚度、模板行程竿，都將影響到模具的結(jié)構(gòu)尺寸與成型能力。同時(shí)還應(yīng)初估模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機(jī)上安裝與使用。
1.2.2.4 擬定模具結(jié)構(gòu)方案
理想的模具結(jié)構(gòu)應(yīng)能充分發(fā)揮成型設(shè)備的能力（如合理的型腔數(shù)目和自動(dòng)化水平等），在絕對(duì)可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝技術(shù)要求（如塑件的幾何形狀、尺寸精度、表面光潔度等）和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求（成本低、效率高、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)省勞動(dòng)力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起：
( l ）塑件成型 按塑件形狀結(jié)構(gòu)合理確定其成型位置，因成型位置在很大程度上影響模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；
( 2 ）型腔布置 根據(jù)塑件的形狀大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度、批量大小以及模具制造的難易、成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式；
( 3 ）選擇分型面 分型面的位置要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質(zhì)量及工藝操作等；
( 4 ）確定澆注系統(tǒng) 包括主流道、分流道、冷料穴（冷料井），澆口的形狀、大小和位置，排氣方法、排氣槽的位置與尺寸大小等；
( 5 ）選擇脫模方式 考慮開(kāi)模、分型的方法與順序，拉料桿、推桿、推管、推板等脫模零件的組合方式，合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及側(cè)向分型氣抽芯機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)；
( 6 ）模溫調(diào)節(jié) 模溫的測(cè)量方法，冷卻水孔道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關(guān)系；
( 7 ）確定主要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據(jù)所選材料，通過(guò)理論計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定型腔、型芯、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推桿、滑塊等主要零件的結(jié)構(gòu)與尺寸以及安裝、固定、定位、導(dǎo)向等方法；（支承與聯(lián)接如何將模具的各個(gè)組成部分通過(guò)支承塊、模板、銷釘、螺釘?shù)戎С信c連接零件，按照使用與設(shè)計(jì)要求組合成一體，獲得模具的總體結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)方案的擬定，是設(shè)計(jì)工作的基本環(huán)節(jié)。它既是設(shè)計(jì)者的構(gòu)思過(guò)程，也是設(shè)計(jì)對(duì)象的胚胎，設(shè)計(jì)者應(yīng)將其結(jié)果用簡(jiǎn)圖和文字加以描繪與記錄，作為方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。
1.2.2.5 方案的討論與論證
擬定初步方案時(shí)，應(yīng)廣開(kāi)思路，隨后廣泛征求意見(jiàn)，進(jìn)行分析論證與權(quán)衡，選出最合埋的方案。
1.2.2.6 繪制模具裝配圖
裝配圖盡量采用1: 1 的比例畫(huà)出，但允許放大或縮小。要做到視圖選擇合理，先從模腔開(kāi)始，由里向外，一般采用3-4個(gè)視圖。主要內(nèi)容有：
① 型腔與型芯的結(jié)構(gòu)；
② 澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式；
③ 分型面及分型脫模機(jī)構(gòu)；
④ 合模導(dǎo)向與復(fù)位機(jī)構(gòu)；
⑤ 冷卻或加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式與部位；
⑥ 安裝、支承、連接、定位等零件的結(jié)構(gòu)、數(shù)量及安裝位置；
⑦ 確定裝配圖的圖紙幅面、繪圖比例、視圖數(shù)量布置及方式。
繪制模具裝配圖時(shí)應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：
① 認(rèn)真、細(xì)致、干凈、整潔地將修改已就的結(jié)構(gòu)草圖，
② 將原草圖中不細(xì)不全的部分在正式圖上補(bǔ)細(xì)補(bǔ)全；
③ 標(biāo)注技術(shù)要求和使用說(shuō)明，包括某些系統(tǒng)的性能要求按標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)在正式圖紙上（如頂出機(jī)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)等），裝配工藝要求確定的尺寸要求等）,（如裝配后分型面的貼合間隙的大小、上下面的平行度、需由裝配使用與裝拆注意事項(xiàng)以及檢驗(yàn)、試模、維修等）。
④ 全面檢查，糾正設(shè)計(jì)或繪圖過(guò)程中可能出現(xiàn)的差錯(cuò)與遺漏。
1.2.2.7 繪制零件圖
繪制零件圖時(shí)應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：
① 凡需自制的零件都應(yīng)畫(huà)出單獨(dú)的零件圖
② 圖形盡可能按1 正確，布置得當(dāng)；
③ 統(tǒng)一考慮尺寸形位公差、表面粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)方法與位置，避免擁擠與十可將用得最多的一種粗糙度以“其余”’的形式標(biāo)于圖紙右上角；
④ 零件圖的編號(hào)應(yīng)與裝配圖中的序號(hào)一致；
⑤ 標(biāo)注技木要求，填寫(xiě)標(biāo)題欄；
1.2.2.8 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)有以下內(nèi)容：
① 目錄；
② 設(shè)計(jì)題目或設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；
③ 塑件分析（含塑件圖）；
④ 塑料材料的成型特性與工藝參數(shù)；
⑤ 設(shè)備的選擇：設(shè)備的型號(hào)、主要參數(shù)及有關(guān)參數(shù)的校核；
⑥ 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：塑件成型位置，分型面的選擇，主流道、分流道、澆口、排氣槽的形式、部位與尺寸以及流長(zhǎng)比的校核等；
⑦ 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算：型腔、型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸計(jì)算、強(qiáng)度校核等；
⑧ 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：脫模力的計(jì)算，拉料機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)形、安裝定位、尺寸配合以及某些構(gòu)件所需的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性校核；
⑨ 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：抽拔距與抽拔力的計(jì)算，抽芯機(jī)構(gòu)的形式、結(jié)構(gòu)、尺寸以及必要的驗(yàn)算；
⑩ 脫螺紋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：脫模方式的選擇，止轉(zhuǎn)方法、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
設(shè)計(jì)小結(jié)：體會(huì)、建議等；
參考資料：資料編號(hào)、名稱、作者、出版年月。
在編寫(xiě)過(guò)程中要注意：文字簡(jiǎn)明通順，繕寫(xiě)整齊清晰，計(jì)算正確完整，并要畫(huà)出與設(shè)計(jì)計(jì)算有關(guān)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。計(jì)算部分只要求列出公式、代人數(shù)據(jù)，求出結(jié)果即可，運(yùn)算過(guò)程可以省略。寫(xiě)好后校對(duì)，最后裝訂成冊(cè)。
1.3注塑模具CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展背景
傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，模具設(shè)計(jì)加工以后往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試和修改才能正式投入生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式制約了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)塑料制品質(zhì)量要求越來(lái)越高，且產(chǎn)品更新快，價(jià)格越來(lái)越低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，在這種情況下，對(duì)模具的要求是交貨期短、質(zhì)量好、價(jià)格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)、手工設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式己不能適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的要求，為了在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的殘酷競(jìng)爭(zhēng)中取勝，跟上產(chǎn)品更新的速度，模具制造業(yè)必須采用新技術(shù)、新工藝來(lái)解決傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問(wèn)題。
常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世紀(jì)40年代問(wèn)世以來(lái)，雖然注射模的歷史不過(guò)幾十年的時(shí)間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國(guó)塑料消耗量以體積計(jì)算己經(jīng)超過(guò)鋼、銅、鋁的總和，美國(guó)和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過(guò)一萬(wàn)家。塑料工業(yè)對(duì)模具的迫切需求促使注射模CAD技術(shù)迅速發(fā)展，而近幾十年塑料流變學(xué)、幾何造型技術(shù)、NC加工以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)又為注射模CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件。
始于20世紀(jì)60年代，英國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)的學(xué)者如J.R.Pearson(英國(guó))、J.F.Stevenson(美國(guó))、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國(guó))等開(kāi)展了一系列有關(guān)塑料熔體在模具型腔內(nèi)流動(dòng)與冷卻的基礎(chǔ)研究。在合理的簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代完成了一維流動(dòng)與冷卻分析程序，20世紀(jì)70年代完成了二維分析程序，20世紀(jì)80年代開(kāi)展三維流動(dòng)與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后開(kāi)展了流動(dòng)、保壓、冷卻、應(yīng)力分析的注塑工藝全過(guò)程的集成化研究。這些卓有成效的研究成果為開(kāi)發(fā)適用型的注射模分析軟件奠定了基礎(chǔ)。
在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機(jī)和汽車制造公司開(kāi)發(fā)并使用。例如美國(guó)Lockheed飛機(jī)公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國(guó)McDonnell Douglas飛機(jī)公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國(guó)General Motor汽車公司的AD2000系統(tǒng)等。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，曲面造型技術(shù)發(fā)展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B樣條曲面相繼問(wèn)世，出現(xiàn)了一批以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)。如英國(guó)的DUCT系統(tǒng)，美國(guó)的CAMAX系統(tǒng)等。曲面造型系統(tǒng)比較適用于具有復(fù)雜型腔表面的注射模。20世紀(jì)80年代實(shí)體造型技術(shù)發(fā)展迅速，如美國(guó)斯坦福大學(xué)的Geomod系統(tǒng)、羅徹斯特大學(xué)的PADL系統(tǒng)、日本北海道大學(xué)的TIPS系統(tǒng)、英國(guó)劍橋大學(xué)的BULID系統(tǒng)等，它們?yōu)閷?shí)體造型軟件的開(kāi)發(fā)做了奠基性工作。
正是由于近20年來(lái)上述領(lǐng)域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術(shù)才會(huì)得到日新月異的進(jìn)步。
1.4注塑模具CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展過(guò)程
注射模設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。
(1)人工設(shè)計(jì)階段
這一階段一直持續(xù)到CAD技術(shù)的發(fā)展初期，當(dāng)時(shí)的注射模設(shè)計(jì)純粹依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資料，從塑件的工藝計(jì)算到注射模的設(shè)計(jì)制圖，全靠手工操作完成，設(shè)計(jì)效率較為低下。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)過(guò)程純粹依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和技巧，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，所以模具和塑件的質(zhì)量難以保障。
(2)通用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段
20世紀(jì)70年代，以手工為主的注射模設(shè)計(jì)己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢(shì)，于是人們開(kāi)始嘗試使用當(dāng)時(shí)比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)。這個(gè)時(shí)期的主要特征是三維幾何造型技術(shù)的應(yīng)用。在幾何造型方面分別采用了三維線框模型、曲面模型和實(shí)體模型技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)計(jì)算和圖樣繪制的自動(dòng)化，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。但是，這只是將設(shè)計(jì)人員從手工繪圖中解放了出來(lái)，起到的只是輔助繪圖的功能，沒(méi)有完全體現(xiàn)其輔助設(shè)計(jì)功能。
到了20世紀(jì)80年代，隨著UG- 11, Pro/E等優(yōu)秀通用集成軟件系統(tǒng)的問(wèn)世，注射模CAD技術(shù)也蓬勃發(fā)展起來(lái)。這個(gè)時(shí)期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用。參數(shù)化設(shè)計(jì)以一種全新的思維方式來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)建和修改。它用約束來(lái)表達(dá)產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來(lái)控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)修改設(shè)計(jì)模型。這樣，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動(dòng)態(tài)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設(shè)計(jì)出一組形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，新的設(shè)計(jì)系統(tǒng)都增加了參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的草圖設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形的功能，成為初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計(jì)、多種方案比較和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的有效手段。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上提高了注射模設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，提高了注射模設(shè)計(jì)的水平。但是參數(shù)化設(shè)計(jì)只適用于單一的零件設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行部件或復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，修改參數(shù)就很容易引起結(jié)構(gòu)干涉。
在通用的CAD軟件上加載了各種標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，如螺栓、螺母等，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率也起到了重要的作用。
(3)專用注射模CAD系統(tǒng)注射模設(shè)計(jì)階段
采用通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行注射模設(shè)計(jì)，雖然在很大程度上提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。但是，一方面由于通用CAD系統(tǒng)在一定意義上說(shuō)還只是一種幾何建模工具，注塑模設(shè)計(jì)效率的提高僅在于三維效果的增強(qiáng)、繪圖及建檔速度的加快等實(shí)現(xiàn)手段上，注塑模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的加入還主要依賴于人工干預(yù)，每一次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程與手工實(shí)現(xiàn)基本一樣，設(shè)計(jì)效率沒(méi)有從根本上得到提高。另一方面，作為通用的CAD系統(tǒng)，在開(kāi)發(fā)之初都是作為通用機(jī)械設(shè)計(jì)工具來(lái)構(gòu)思的，因此在使用這些通用CAD軟件設(shè)計(jì)注射模時(shí)，仍會(huì)感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)自動(dòng)化和智能化程度較高的注射模CAD技術(shù)。
1.5注塑模具設(shè)計(jì)中CAD的應(yīng)用
以計(jì)算機(jī)為專用注塑模設(shè)計(jì)分析軟件為主具設(shè)計(jì)模具。軟件可直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中模架型式尺寸、金屬材料數(shù)據(jù)、塑料材料及加工參數(shù)，通過(guò)幾何造型及圖形變換可得到模板及模腔與型芯形狀尺寸，迅速完成注塑模設(shè)計(jì)。利用軟件分析功能對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行充模、保壓、冷卻分析模擬，脫模后塑件內(nèi)溫度分布、應(yīng)力分布、收縮、翹曲變形預(yù)測(cè)及充模時(shí)缺陷預(yù)測(cè)，依據(jù)分析模擬結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行修改并反復(fù)模擬，待模具確定后，由繪圖機(jī)輸出模具裝配圖及零件圖，由打印機(jī)輸出設(shè)計(jì)參數(shù)及模擬結(jié)果。一般零件可直接交加工，型芯、型腔可由計(jì)算機(jī)NC 模式傳給數(shù)控機(jī)床加工。模具CAD 技術(shù)是模具傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的革命，大大提高了設(shè)計(jì)效率，尤其是系列化或類似塑件注塑模的設(shè)計(jì)效率提高更為顯著。由于目前有關(guān)軟件技術(shù)水平的局限及人們對(duì)塑料有關(guān)加工性能的認(rèn)識(shí)尚未完全明了過(guò)程中仍需人工輸人大量參數(shù)，并由設(shè)計(jì)者判斷結(jié)果的正確性與可靠性程度，取決于設(shè)計(jì)者對(duì)塑料原材料及其加工特性的認(rèn)識(shí)水平與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
1.6國(guó)內(nèi)外注塑模具CAD技術(shù)研究現(xiàn)狀
近幾年來(lái)國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)模具CAD技術(shù)的開(kāi)發(fā)非常重視，在CAD開(kāi)發(fā)上投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造成為適合模具行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造中。目前國(guó)際上流行的模具CAD軟件如下:
Unigraphics NX是美國(guó)EDS公司開(kāi)發(fā)的面向制造業(yè)的CAD系統(tǒng)。UG NX有強(qiáng)大的建模工具和分析模塊，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用模塊，也是應(yīng)用于注塑模具設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊。它應(yīng)用知識(shí)嵌入的基本理念，按照注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程的一般順序來(lái)模擬模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，在此過(guò)程中，它只需根據(jù)一個(gè)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型建立一套與產(chǎn)品浩型參數(shù)想過(guò)的三維實(shí)體模具。它不但能自動(dòng)設(shè)計(jì)一般的模具，還能結(jié)合應(yīng)用UG軟件的其它應(yīng)用模塊來(lái)拓展其功能，設(shè)計(jì)出復(fù)雜程度較高的模具[3]。此外，UG還提供了UG/Die Engineering Wizard(沖壓模工程向?qū)?、UG/Progressive Die Wizard(多工位級(jí)進(jìn)模向?qū)?等專用模具CAD工具。
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三維CAD軟件，為滿足模具行業(yè)需求，Pro/E提供了一系列模具設(shè)計(jì)模塊:Pro/Casting(鍛造模具設(shè)計(jì))、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設(shè)計(jì))，Pro/Dieface(沖壓模設(shè)計(jì))、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動(dòng)分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，能自動(dòng)生成模具型腔幾何體，并可通過(guò)修改造型幾何體的方法補(bǔ)償產(chǎn)品的收縮。為滿足模具設(shè)計(jì)與制造解決方案，Pro/E提供了模架專家?guī)霦MXA，該模塊能將使用者對(duì)模具設(shè)計(jì)的專業(yè)知識(shí)和整個(gè)設(shè)計(jì)流程整合在一起，將模芯拆模及模座設(shè)計(jì)兩大部分完整的結(jié)合在一起，使設(shè)計(jì)者可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作界面完成模架的相關(guān)設(shè)定[4]0
CATIA是法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司(Dassault System)在其開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，與美國(guó)IBM公司合作研究發(fā)展，共同支持和銷售的CAD/CAE/CAM一體化軟件。
新的V5版本界面更加友好，功能也日趨完善，開(kāi)創(chuàng)了CAD軟件的一種全新風(fēng)格。CATIA也提供了模具輔助設(shè)計(jì)模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設(shè)計(jì)產(chǎn)品)，它支持包括凸凹模固定板定義、組件實(shí)例化、注射和冷卻特征定義等模具設(shè)計(jì)的所有工作。用戶界面以標(biāo)準(zhǔn)目錄庫(kù)訪問(wèn)功能為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)組件及其關(guān)聯(lián)孔的混合實(shí)例化，支持模具零件和裝配的自動(dòng)配置。這些預(yù)定義的組件可以使用諸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列標(biāo)注模架庫(kù)，以快速、經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國(guó)Solid Works公司在總結(jié)和繼承大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械CAD軟件，是面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。
Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標(biāo)注模架庫(kù)，它是該軟件最新模具，提供了標(biāo)準(zhǔn)模具目錄并完全與Solid Works其它工具集成。除了完整的裝配以外，Mold base還提供大量的組件，例如:削釘、頂桿、AB板、螺栓、定位環(huán)、軸襯等。
我國(guó)塑料模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)大型模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具，還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門(mén)窗擠出模等。注塑模型制造精度可達(dá)0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，淬火鋼模達(dá)50～1000萬(wàn)次。
成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得進(jìn)展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用趨成熟。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平得到提高，引進(jìn)了大量的CAD/CAM系統(tǒng)，如UG NX、Pro/E和CATIA V5等軟件。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)模具工業(yè)存在較大差距，特別在大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具技術(shù)上。
國(guó)內(nèi)模具行業(yè)一般分為10大類、46小類。按模具總量排名，中國(guó)緊隨日本、美國(guó)其后，位居世界第三。
1.7注塑模具加工成型中CAM現(xiàn)狀
在模具制造業(yè)中數(shù)控加工是生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)，尤其在模具生產(chǎn)幾何外形復(fù)雜、精度要求較高的產(chǎn)品。在客戶委托加工的產(chǎn)品中，這些產(chǎn)品的幾何形狀復(fù)雜，若分別利用單一性加工機(jī)械，己遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品的精度要求及正確幾何尺寸。隨著計(jì)算機(jī)的普及，自動(dòng)化己經(jīng)逐漸成為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向，對(duì)模具制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，要求會(huì)越來(lái)越高。
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成:一體化的CAD/CAM系統(tǒng)(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)(如:Mastercam } Surfcam等)。前者以內(nèi)部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，而后者主要通過(guò)中性文件從其他CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。然而，無(wú)論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個(gè)模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。
CAM系統(tǒng)以直接或間接(通過(guò)中性文件)的方式從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經(jīng)后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機(jī)床。
UG作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件從概念設(shè)計(jì)到制造全過(guò)程的一體化，提供了以參數(shù)化特征實(shí)體造型為基礎(chǔ)、部件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、共享數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)知識(shí)等技術(shù);是集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺(tái)，它使產(chǎn)品在CAD/CAM各單元系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與無(wú)縫轉(zhuǎn)換和集成，在CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上同步更新。同時(shí)它保證產(chǎn)品、模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動(dòng)更新，避免了重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模和NC數(shù)控編程的工作，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE數(shù)據(jù)的全相關(guān)性設(shè)計(jì)。本文就是用UG軟件在計(jì)算機(jī)上完成手機(jī)上蓋模具設(shè)計(jì)和凸模的模擬加工，而后生成相應(yīng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)NC加工程序代碼，為最后的數(shù)控加工提供一切可靠的準(zhǔn)備。
2 塑件注塑成型的工藝分析
2.1成型塑件的工藝分析
如圖2.1所示：
圖2.1 鬧鐘后蓋
該塑件外形類似殼類零件，要求外表美觀無(wú)斑點(diǎn)無(wú)熔接痕，表面粗糙度可?。襛1.6,而塑件的內(nèi)部沒(méi)有較高的精度要求．所以型腔的設(shè)計(jì)與制造需要有精密的定位措施和良好的加工工藝，以保證其達(dá)到精度要求．
2.2 鬧鐘后蓋（ABS）的成型特性與工藝參數(shù)
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）可認(rèn)為是改性聚苯乙烯。
性能：綜合性能較好、沖擊韌、力學(xué)強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電性能良好：易于成型和機(jī)械加工，與有機(jī)玻璃的熔接性良好，可作雙色成型塑件，且表面可鍍絡(luò)等裝飾性顏色。
用途：適于制作一般機(jī)械零件、各類殼體、汽車配件、日用品、管材及文具等。
2.2.1 ABS塑料主要的性能指標(biāo)：
密度 (Kg.dm-3) 1.02～1.16
收縮率 % 0.4～0.7
熔 點(diǎn) ℃ 130～160
熱變形溫度 ℃ 65～98
彎曲強(qiáng)度 Mpa 80
拉伸強(qiáng)度 MPa 50
拉伸彈性模量 GPa 1.8×103
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39
缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡ 11~20
硬 度 HR R62~86
體積電阻系數(shù) Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-1 15
介電常數(shù) 60Hz3.7
2.2.2 脫模斜度
塑件的壁厚一般在1~6mm范圍內(nèi)。最常用的數(shù)值為2~3mm
塑件材料
最小壁厚
小型塑件推薦厚度
中性塑件推薦厚度
大型塑件推薦厚度
改性聚苯乙烯
0.75
1.25
1.6
3.2~5.4
該塑件的壁厚定為2 mm
脫模斜度的大小主要取決于塑件的收縮率,塑件的形狀、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知PA的脫模斜度：型芯為35′～1o，型腔為40′～1o2′。
脫模斜度的選擇原則:
① 當(dāng)塑件有特殊要求或精度要求較高時(shí)，應(yīng)選取小的脫模斜度。
② 高度不大的塑件也可以不要脫模斜度。
③ 收縮率大的塑件應(yīng)取大的脫模斜度。
④ 塑件形狀復(fù)雜、不易脫模的，應(yīng)取大的脫模斜度。
⑤ 塑件上的凸起或加強(qiáng)筋單邊應(yīng)有4°～5°的斜度。
⑥ 側(cè)壁帶皮革花紋的應(yīng)有4°～6°。
而該塑件不高且外壁精度要求相當(dāng)高，所以脫模斜度應(yīng)選小斜度。ABS的流動(dòng)性很好，又加了10%石墨有利于脫模，所以綜上，塑件外壁不設(shè)脫模斜度，這樣有利于尺寸精度的保證。而內(nèi)表面取小的斜度25′。
2.2.3 塑件的體積和質(zhì)量
該產(chǎn)品材料為ABS，查書(shū)本得知其密度為1.02-1.10g/cm3，計(jì)算其平均密度為1.06 g/cm3，收縮率為0.2-0.7，平均收縮率為0.55﹪。
使用UG軟件畫(huà)出三維實(shí)體圖，軟件能自動(dòng)計(jì)算出所畫(huà)圖形澆道凝料和塑件的體積。
因此估算塑件體積：V塑≈14.485cm3
塑件質(zhì)量: m塑＝ρV塑＝1.06×14.485≈15.354g
3 注射機(jī)型號(hào)的確定
注射機(jī)型號(hào)的初步確定，主要是根據(jù)塑件的體積、質(zhì)量以及數(shù)量來(lái)確定的，據(jù)以上可知，塑件的體積在上面已計(jì)算過(guò)。
采用一模一腔，按預(yù)選型腔數(shù)來(lái)選擇注射機(jī)。
模具所需塑料熔體注射量：m＝nm塑+m2或
V＝nV塑+V2
n—初步選定的型腔數(shù)
m/V—一副模具所需塑料的質(zhì)量或體積
m2/ V2—澆注系統(tǒng)的質(zhì)量或體積
首先m2/ V2是未知數(shù)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，流動(dòng)性好的塑料澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量或體積為塑件的15%～20%，而流動(dòng)性不好的塑料則是塑件的20%～100%。ABS為流動(dòng)性好的塑料，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)一般按塑件的0.6倍計(jì)算，所以m＝1.6nm塑或V＝1.6nV塑
由此可知，模具注射一次的注射熔料為
V＝1.6nV塑＝1.6×14.485＝23.176cm3
m＝1.6nm塑＝1.6×15.354＝24.5664 g
3.1選擇注射機(jī)型號(hào)
注射機(jī)的最大注射量G≥（G≥）（m/V為一次注射所需的熔體質(zhì)量或體積）
α為注射系數(shù)，無(wú)定型塑料為0.85，結(jié)晶型塑料為0.75。
ABS為結(jié)晶型塑料，取0.75。
所以注射機(jī)最大注射量G≥==30.91cm3≈30.91㎝3
根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量，查書(shū)可選定注塑機(jī)型號(hào)為SZ-40/25.
注塑機(jī)的參數(shù)如下：
注塑機(jī)最大注塑量：40cm3
注塑壓力：200/Mpa
注塑速率：50(g/s)
塑化能力：20(Kg/h)
鎖模力：2500KN
注塑機(jī)拉行間距：250×250mm
頂出行程：55mm
最小模厚：130mm
最大模厚：220mm
模板行程：230mm
注塑機(jī)定位孔直徑：55 mm
噴嘴球半徑：SR10
3.2 模架的選定
根據(jù)塑件選定模架為：S2030—B—I—35—35—70。見(jiàn)圖3.2：
圖3.2 塑件的模架
3.3 最大注射壓力的校核
鬧鐘后蓋的原料為ABS，所需注射為60-100MPa，而所選注射機(jī)壓力為200 MPa，所以注射壓力符合要求。
3.3.1最大注塑量的校核
注塑機(jī)的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機(jī)的實(shí)際注塑量最好是注塑機(jī)的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機(jī)最大注塑量應(yīng)滿足：
0.8 V機(jī) ≥ V塑＋V澆
式中 V機(jī) ————注塑機(jī)的最大注塑量，40cm3
V塑————塑件的體積，該產(chǎn)品V塑＝18cm3
V澆————澆注系統(tǒng)體積，該產(chǎn)品V澆＝2cm3
故 V機(jī)≥（18+4）cm3
3.3.2鎖模力校核
F鎖﹥pA
式中 p————熔融型料在型腔內(nèi)的壓力，該產(chǎn)品
A————塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計(jì)算A=4641 mm3
F鎖————注塑機(jī)的額定鎖模力。
故 F鎖＞pA=200Mpa×4641 mm3
選定的注塑機(jī)的壓力為2500KN，滿足要求。
3.3.3 模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核
A 模具閉合高度長(zhǎng)寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適
模具長(zhǎng)×模具寬<拉桿面積
B模具閉合高度校核
Hmin————注塑機(jī)允許最小模厚=130mm
Hmax————注塑機(jī)允許最大模厚=220mm
H——————模具閉合高度=180mm
故滿足Hmax＞H＞Hmin。
3.3.4開(kāi)模行程校核
注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)），故注塑機(jī)的開(kāi)模行程應(yīng)滿足下式：
S機(jī)————注塑機(jī)最大開(kāi)模行程，230mm;
H1———頂出距離，16mm；
H2————包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，52mm;
S機(jī)－(H模－Hmin)＞H1＋H2＋(5～10)
因?yàn)楸灸＞叩臐沧⑾到y(tǒng)和塑件的特殊關(guān)系，澆注系統(tǒng)和塑件的高度就已經(jīng)包括了頂出距離。
故：
230－(180－130)＞62＋(5～10)
滿足條件
4.塑件工作尺寸的計(jì)算
所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長(zhǎng)和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。由于鬧鐘后蓋須與前蓋配合，所以只有鬧鐘后蓋的邊緣的榫才起著配合決定性的作用，還有鬧鐘后蓋與電池蓋的配合，故需要計(jì)算相對(duì)于榫和鉸鏈的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸則直接按產(chǎn)品尺寸確定。因 ABS的成型收縮率為0.4～0.7%,所以平均收縮率取S=0.5%
4.1型腔的徑向尺寸計(jì)算（此題公差為自己標(biāo)注）
現(xiàn)設(shè)制品的名義尺寸LS是最大尺寸，其公差按規(guī)定為負(fù)值“-Δ”； 凹模的名義尺寸LM是最小尺寸，其公差按規(guī)定為正值“+δZ”現(xiàn)由公式可得：
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸；
S——塑料的平均收縮率，
——塑件的公差；
——模具制造公差，本設(shè)計(jì)按IT6級(jí)公差選取
表4-1 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值（GB/T 1800.3-1993）
基本尺寸
≤3
>3-6
>6-10
>10-18
>18-30
>30-50
>50-80
>80-120
IT9
25
30
36
43
52
62
74
87
表4-2 塑料制件尺寸公差(SJ1372)
公稱尺寸
約3
3-6
6-10
10-14
14-18
18-24
24-30
30-40
40-50
50-65
65-80
80-100
公差數(shù)值（5）
0.16
0.18
0.20
0.22
0.26
0.28
0.32
0.36
0.40
0.46
0.52
0.60
（一）、計(jì)算 Ls=81mm .
=
=mm
注：未注公差尺寸，建議采用本標(biāo)準(zhǔn)8級(jí)精度《塑料注塑模具設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例》32頁(yè)。80～100 5級(jí)精度的塑料制件尺寸公差0.6 本材料為ABS 低精度為5級(jí)。按IT9級(jí)公差選取
(2) 、 Ls=5.5mm .經(jīng)計(jì)算得：
LM =
= 5.3925
(三)、 Ls=10mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM =
=9.9
(4) 、 Ls=7mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=6.9
(5) 、 Ls=2mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.89
(6) 、 Ls=3mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=2.895
(7) 、 Ls=4mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=3.885
(8) 、 Ls=6mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=5.895
(9) 、 Ls=8mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM =
= 7.89
(10) 、 Ls=16mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=;
=15.885
(11) 、 Ls=12mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=12.0435
4.2型芯尺寸的計(jì)算
4.2.1 型芯徑向尺寸的計(jì)算
式中d——型芯的最大基本尺寸；
——塑件的最小基本尺寸；
其余的符號(hào)與型腔公式相同
帶入數(shù)據(jù)的
（一）、 Ls=81mm經(jīng)計(jì)算得：
LM =
=81.855mm
（二）、 Ls=1mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.125
（3） 、 Ls=5.5mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=5.663
（4） 、 Ls=1.8mm經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=1.929
(五)、 Ls=10mm 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=10.2
(六)、 Ls=7mm 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=7.185
(七)、 Ls=2mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=2.13
(八)、 Ls=3mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=3.135
(九)、 Ls=4mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=4.155
(十)、 Ls=6mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=6.18
(十一)、 Ls=8mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=8.19
(十二)、 Ls=16mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=
=16.275
(十三)、 Ls=12mm . 經(jīng)計(jì)算得：
LM=;
=12.225
4.2.2 型芯高度尺寸的計(jì)算
按IT9精度制造
Hs=15mm 經(jīng)計(jì)算得：
HM==
4.3 模具型腔壁厚的計(jì)算
如果是利用計(jì)算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產(chǎn)中的精確性，我們可以根據(jù)書(shū)中的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)取的。成型零件材料選擇。
為實(shí)現(xiàn)高性能的目的；選用模具材料應(yīng)具有高耐磨性，高耐蝕睡，良好的穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性。必須具有一定的強(qiáng)度，表面需要耐磨，淬火變型要小，但不需要耐腐蝕性，因?yàn)锳BS沒(méi)有腐蝕性?？梢圆捎肅r12，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)，淬火加低溫回火，正火。HRC≥55。
5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模兩腔，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則：
（1） 型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料
現(xiàn)象。
（2） 型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。
（3） 系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大， 太
大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少?gòu)澱?，表面粗糙度要低，以使熱量及?
力損失盡可能小。
（4） 對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及
角落，及分流道盡可能平衡布置。
（5） 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。
（6） 澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆
口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀。
5.1主流道設(shè)計(jì)
主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開(kāi)模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來(lái)，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開(kāi)在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對(duì)塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動(dòng)減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形，錐度為3，內(nèi)表面的粗糙度為Ra0.8微米,孔徑為0.5毫米。
主流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
（1） 為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，因ABS的流動(dòng)性為中性，故其錐度取3度，過(guò)大會(huì)造成流速減慢，易成渦流，內(nèi)壁粗糙度為R0.8um。
（2） 主流道大端呈圓角，其半徑取r=1～3mm,以減少流速轉(zhuǎn)向過(guò)渡的阻力，r=1.5mm.
（3） 在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，否則會(huì)使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過(guò)多影響注射成形。
（4） 為使熔融塑料完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道與注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處設(shè)計(jì)成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～4mm。在此模具中取r2=11～12mm。
（5） 由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤(pán)凸出定模端面的長(zhǎng)度H=5～10mm。同時(shí)因該鬧鐘后蓋采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。
5.2冷料井設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開(kāi)模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑?；诒敬卧O(shè)計(jì)的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料井，這類冷料井的底部由一個(gè)拉料桿構(gòu)成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。利用球頭形的拉料桿配合冷料井。
5.3 分流道設(shè)計(jì)
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
5.3.1 分流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1）.在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長(zhǎng)度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)以圓弧過(guò)度。
（2）.分流道較長(zhǎng)時(shí)，在分流道的末端應(yīng)開(kāi)設(shè)冷料井。對(duì)于此模來(lái)說(shuō)在分流道上不須開(kāi)設(shè)冷料井。
（3）.分流道的位置可單獨(dú)開(kāi)設(shè)在定模板上或動(dòng)模板上，也可以同時(shí)開(kāi)設(shè)在動(dòng)，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）.分流道與澆口連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過(guò)度。
5.3.2 分流道的長(zhǎng)度
分流道的長(zhǎng)度取決于模具