臺燈罩注塑模具設(shè)計與型腔仿真加工說明書

本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：臺燈罩注塑模具設(shè)計與型腔仿真加工2018年6月緒論1.1引言隨著中國2025的不斷推進，科技水平的不斷提高，身邊的很多物品都被塑料制品所取代，其中這些塑料產(chǎn)品越來越廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活中；從出行工具來說：汽車前頂蓋部件由原來的鋼鐵材料變成塑料件；從通訊工具說起：手機外殼從以往的鋁塑材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰侠w維材料；從生活用品說起：吃飯所需的餐具也從原來的陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)榫垡蚁┎牧希辉谖覀兊纳磉叺教幎际沁@樣的例子，這樣的轉(zhuǎn)變不僅僅是在成本上的降低，更是工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，這些塑件都可以采用注塑模具快速生產(chǎn)，可見模具的發(fā)展對一個產(chǎn)業(yè)，甚至一個國家來說都起著舉足輕重的地位。因為塑料產(chǎn)品的不斷更新，使得對注塑模具的設(shè)計制造的要求也隨之提高。在先前的注塑模具設(shè)計過程中，整個模具的設(shè)計過程都是依靠工人師傅的經(jīng)驗對其相關(guān)參數(shù)進行修改，這樣設(shè)計方法不但會使設(shè)計周期加長而且生產(chǎn)成本也會增大。在這種情況下，將計算機的輔助技術(shù)與人工技術(shù)相結(jié)合為現(xiàn)代注塑模具的設(shè)計制造提供了更好的解決方法。隨著型腔仿真加工的不斷成熟，利用數(shù)控加工編程模擬現(xiàn)實中的加工工序，完成對產(chǎn)品的模擬加工，其數(shù)控加工的核心工作是生成刀具軌跡，將刀具軌跡離散化，經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工代碼。數(shù)控加工技術(shù)在設(shè)計加工自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研制周期等方面發(fā)揮著重要作用。1.2研究背景注塑模具是模具分類中的一種制品工具；注塑模具由多種零件與部件拼湊而成，不同種類的注塑模具由不同的零件與部件構(gòu)成，同時注塑模具可以限定制品的結(jié)構(gòu)特性和尺寸精度。注塑模具工具主要通過根據(jù)成型材料物理狀態(tài)的改變來實現(xiàn)物品外形的加工[1]。在這種情況下，隨著CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，將數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用于模具產(chǎn)業(yè)并為現(xiàn)代注塑模具的設(shè)計制造提供了新的解決方法。數(shù)控加工技術(shù)目前已經(jīng)走向巔峰，已經(jīng)完成了從手動編程到自動編程的跨越，其加工技術(shù)是目前CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中最能體現(xiàn)智能化的環(huán)節(jié)之一，其核心是生成刀具軌跡，將軌跡離散化，通過自動生成系統(tǒng)產(chǎn)生相關(guān)代碼經(jīng)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程序。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近幾年模具產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值不斷升高；數(shù)控加工不斷與計算機輔助結(jié)合，不斷提高其集成技術(shù)。畢業(yè)設(shè)計（論文）1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國在注塑模具技術(shù)研究上起步很早，可以追溯到半個多世紀之前，在近些年來模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高；完成了從小模具到大型模具的突破，小模具可以做到筆芯，大模具已能完成大屏幕彩電塑殼、全自動洗衣機外殼以及汽車保險杠和儀表盤等。在現(xiàn)代模具加工過程中通常運用的方式是電火花，電火花加工作用在儀器工具和產(chǎn)品中間通過持續(xù)的形成脈沖式的放電現(xiàn)象,在局部形成瞬間的極高溫度將蝕除去，它的作用原理主要是形成電火花,形成局部高溫發(fā)生電蝕反應(yīng)進行對金屬的切割,制造產(chǎn)品合適的大小與規(guī)模[2]。注塑模具作為注塑生產(chǎn)的載體，在近年也得以大程度的發(fā)展，不單從制造工藝、材料選擇以及生產(chǎn)要求等方面有更高的要求，在整個使用過程的穩(wěn)定性也具有更高的要求,高精密立體型結(jié)構(gòu)模具需求增大，未來模具的發(fā)展將朝著精密、立體、高效、快速等方向發(fā)展。近些年來，國內(nèi)的模具正在完成從自動化生產(chǎn)到人工智能化的轉(zhuǎn)變，并不斷完善整個模具加工的工序流程，降低生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量與模具壽命，并將3D打印技術(shù)與模型加工相集成，完成從簡單到復(fù)雜，從單個零件到整個部件的交接，可見模具在國內(nèi)的發(fā)展非常迅猛。 1.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀國外注塑模具制造行業(yè)的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率[3]。國外發(fā)達國家模具標準化程度達到70%～80%，實現(xiàn)部分資源共享，大大縮短設(shè)計周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本。最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力滿足用戶需求。模具企業(yè)在技術(shù)上實現(xiàn)了專業(yè)化，在模具企業(yè)的生產(chǎn)管理方面，也有越來越多的采用以設(shè)計為龍頭、按工藝流程安排加工的專業(yè)化生產(chǎn)方式，降低了對模具工人技術(shù)全面性的要求，強調(diào)專業(yè)化。國外注塑成型技術(shù)在也向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展[4]。因此，模具向高精度復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展。1.4研究意義本次設(shè)計課題《臺燈罩注塑模具設(shè)計與仿真加工》可以使我熟練掌握注塑模具結(jié)構(gòu)機構(gòu)的設(shè)計，對UGNX、CAD、仿真加工等軟件的熟練掌握和應(yīng)用。隨著時代變遷，出現(xiàn)了更多的熔融材料和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑件，致使傳統(tǒng)加工難度增加甚至不能加工，因此學(xué)會設(shè)計和應(yīng)該計算機輔助工具設(shè)計模具并進行仿真，模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域，其本次畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計主要利用UGNX、Moldflow軟件的進行模具注塑與仿真加工，這兩個軟件目前是制造業(yè)的首選，模具注塑與仿真加工肯定離不開UGNX、Moldflow軟件。因此，學(xué)習和掌握注塑模具設(shè)計和仿真加工對我來說是非常有必要的，這不僅可以將大學(xué)所學(xué)應(yīng)用到實際設(shè)計中，而且為以后的工作和學(xué)習打下了堅實的基礎(chǔ)。1.5研究內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容是：（1）選擇并確定臺燈罩結(jié)構(gòu)形狀；（2）零件圖樣的工藝性分析。主要包含：分型面設(shè)計，拔模斜度設(shè)計，鑲塊與抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計合適的型芯、型腔，選擇合理的模架、注塑機等；（3）臺燈罩注塑模具設(shè)計。運用CAE分析軟件對臺燈罩的最佳澆口位置進行分析,以此為據(jù)創(chuàng)建澆注系統(tǒng)方案，并結(jié)合塑料熔體在模具腔體內(nèi)溫度場、應(yīng)力場、成型缺陷等分析結(jié)果，得出理想的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案[5]。（4）注塑模具型腔數(shù)控加工編程與仿真。使用UGNX的CAM模塊完成型腔的粗、精加工數(shù)控編程與后置處理。利用幾何仿真軟件完成切削軌跡的運動仿真與虛擬切削。2臺燈罩結(jié)構(gòu)創(chuàng)建2臺燈罩結(jié)構(gòu)創(chuàng)建2.1UG軟件介紹UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段?？梢越鉀Q用戶由設(shè)計到制造的整個仿真過程，對用戶來說很方便、很實用，用戶可以根據(jù)自己的設(shè)計要求進行設(shè)計和快速修改。三維建模能夠很好的表達設(shè)計者的思維，三維實體能夠清楚的展示出圖樣的結(jié)構(gòu)形象。2.2臺燈罩結(jié)構(gòu)設(shè)計臺燈作為生活中的必需品，不管在學(xué)習、工作、還是野外游玩中都起著決定性的作用，因此，臺燈罩作為臺燈組件的一部分也至關(guān)重要。如何讓其外形美觀，功能多樣，適應(yīng)場合多是重中之重。根據(jù)功能多樣性、操作簡單化、外觀優(yōu)美型等原則，選擇了如圖2.1的臺燈結(jié)構(gòu)：1.臺燈燈管罩；2.臺燈主管；3.檢測裝置；4.懸掛與吸附裝置圖；5.臺燈伸縮架；6.臺燈底座2.1臺燈結(jié)構(gòu)示意圖畢業(yè)設(shè)計（論文）本次臺燈罩注塑模具二維圖如圖2.2所示，三維圖如圖2.3所示圖2.2臺燈罩二維圖圖2.3臺燈罩三維圖3塑件工藝性分析3塑件工藝性分析對于塑料產(chǎn)品它的成型方式很多，在大多數(shù)情況下，塑料產(chǎn)品不需要車、銑、刨、磨等工序便可一次成型。但從原料到成品需要很多過程，如：材料選擇、成型方法、成型工藝等，整個加工過程幾乎不需要修補，生產(chǎn)效率高，因此，經(jīng)考慮采用注塑成型。3.1塑件材料選擇塑料因為其具有質(zhì)量輕、輕度高、耐腐蝕、良好的可塑性、易于成型等特點，在很多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[6]，不同材料的性能有其突出和不足之處，因此，對于一個好的物品來說就應(yīng)該選擇適合它自身的材料。經(jīng)分析和對比材料的性能和特性得出表3.1：塑料性能特點成型特點模具設(shè)計注意事項使用主要用途ABS抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良無定性材料，流動性中等，吸濕性大，必須充分干燥制品厚度不易過薄，注意脫模斜度，考慮頂出要求和排氣.40..100℃廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、辦公和通訊設(shè)備PVC抗風壓強度高、耐沖擊、保溫隔熱性能佳、使用壽命長、防火性強、耐腐蝕、耐絕緣流動性差、易產(chǎn)生流痕縮孔、易于分解，透明性差，成型前要干燥為了提高流動性，防止發(fā)生氣泡，塑料可預(yù)先干燥.模具澆注系統(tǒng)宜粗短，澆口截面宜大<200℃卡片、貼牌、鐵絲、窗簾、仿皮革、行李箱PS可循環(huán)使用，不含有害物質(zhì)、無異味無污染、綠色環(huán)保、流動性好、吸水率低易于成型加工的透明塑料、透光率高、著色力強、硬度高、但脆性大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力開裂、耐熱性較差加工前可不用干燥，注射壓力可低些，因，其冷卻速度比一般原料要快，開模時間可早一些<70℃產(chǎn)品包裝、家庭用品、透明容器、絕緣薄膜表3.1材料的性能和成型特性通過以上對比，最終選擇ABS作為其臺燈罩的注塑材料畢業(yè)設(shè)計（論文）3.2成型方法選型將塑料轉(zhuǎn)化成為塑料制品的工藝方法稱為塑料的成型方法，塑料的成型方法很多，包括壓縮成型、傳遞成型、擠出成型、吹塑成型、發(fā)泡成型、注塑成型等。注塑成型是使熱塑性型料在加熱料桶中均勻塑化，然后由柱塞擠到閉合模具的膜腔中成型的一種方法。注塑成型幾乎適用于所有的材料，考慮到臺燈罩的外形和材料性能，選擇排氣注塑成型。3.3成型工藝過程與相關(guān)參數(shù)3.3.1工藝過程完整的注射工藝過程包括：成型前的準備、注塑過程、制品的后處理。（1）成型前的準備：為了使注射成型順利進行和保證制品質(zhì)量，生產(chǎn)前需要進行原料預(yù)處理、清洗機筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等一系列準備工作；（2）注射過程：加料→塑化→注射→冷卻→脫模；（3）制品的后處理：清洗、調(diào)濕(使塑件顏色、性能及尺寸得以穩(wěn)定)；3.3.2臺燈罩拔模斜度驗證由材料的選擇可以知道臺燈罩選用ABS材料，注塑件在冷卻的過程之中會產(chǎn)生包緊力，因此需要對UG繪制的三維圖形進行脫模斜度驗證。利用UG對臺燈罩進行拔模分析，如圖3.2所示：圖3.2拔模分析如圖3.2的拔模分析結(jié)果可知，UG建模的三維圖形可以進行正常的拔模。4臺燈罩模具設(shè)計4臺燈罩模具設(shè)計在UGNX的模具設(shè)計板塊（MoldWizard）中，用戶自身可以根據(jù)模型的尺寸和設(shè)計要求選擇和更改模具中對應(yīng)的部件，除此還可以在任何時候?qū)ζ溥M行快速的修改和改正。UGNX模具設(shè)計模塊主要解決設(shè)計模具向?qū)У慕Y(jié)構(gòu)組成和模具設(shè)計流程；其包含產(chǎn)品初始化，選定模具CSYS坐標，產(chǎn)品可行性分析，設(shè)計和更改材料收縮率，添加工件模塊，選定型腔布局和腔模，設(shè)計和繪制分型面，創(chuàng)建型芯、型腔，選擇合適的模架，創(chuàng)建側(cè)抽芯機構(gòu)，利用Moldflow分析最佳澆口位置和冷卻系統(tǒng)，添加一系列模具標準零件。分析在模具開模和合模過程中是否存在部件之間相互干涉，模具是否可以順利脫模，對存在的問題進行修改和彌補[7]。設(shè)計流程：產(chǎn)品導(dǎo)入→設(shè)計工件→型腔布局（型芯、型腔）→模架選型→模版處理→標準件調(diào)入（澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）。4.1導(dǎo)入模型打開UG軟件，出現(xiàn)如圖4.1所示對話框，點擊注塑模具向?qū)В@示窗口會出現(xiàn)模具設(shè)計的相關(guān)命令；然后打開相關(guān)命令中的初始化項目窗口，出現(xiàn)如圖4.2所示對話框，在電腦上找到并打開我們已經(jīng)建立好的UG三維模型，UG系統(tǒng)將自動彈出初始化項目窗口；在對話窗口中選擇臺燈罩作為其選擇體，在項目窗口中選擇設(shè)計材料類型，根據(jù)前面的材料分析，我們可以選擇ABS作為臺燈罩的注塑材料，系統(tǒng)將自動產(chǎn)生收縮率的默認值，然后點擊確定按鈕，完成模型導(dǎo)入UGNX模塊的過程。圖4.1UG界面畢業(yè)設(shè)計（論文）圖4.2模型導(dǎo)入與參數(shù)設(shè)計4.2定義模型相關(guān)參數(shù)4.2.1設(shè)定CSYSCSYC在模具設(shè)計過程中至關(guān)重要，它不僅決定著模具裝配的參考坐標，而且還關(guān)系到模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基準問題，因此在設(shè)定CSYC時必須參考模具的開模方向和分型面的設(shè)計。進入到模具板塊后，點擊命令窗口中的“模具CSYS”，UG軟件將自動彈出如圖4.3所示的對話框，因為我們在開始建模的過程中，并非選擇三維實體的中心作為絕對坐標，因此在選擇模具CSYS時，應(yīng)該根據(jù)后續(xù)開模方向和分型面的方向來選定CSYS。臺燈罩實體中的CSYS與預(yù)想的開模方向和分型面都不是同一個基準坐標，因此為了后續(xù)模具裝配和模具結(jié)構(gòu)更加方便，我們在“更改產(chǎn)品位置”中選擇“選定面的中心”，然后利用鼠標中間將ZC方向旋轉(zhuǎn)至上方，如圖4.4所示。圖4.3CSYC對話框

圖4.4定義后的CSYS4.2.2設(shè)定收縮率臺燈罩作為一個塑件，在注塑過程中因其塑料的特性問題，在溫度和壓力的影響下塑件會產(chǎn)生變形和收縮。因此，在對臺燈罩進行模具組建之前應(yīng)該排除因材料收縮而導(dǎo)致的尺寸偏差問題，我們可以采用“注塑模具向?qū)е小钡摹笆湛s率”來解決收縮問題。在“注塑模具向?qū)А泵畹膶υ捒蛑悬c擊“收縮率”，會出現(xiàn)如圖4.5所示的對話框，臺燈罩的材料選用ABS，所以我們將類型選擇為“均勻”，“縮放點”利用設(shè)置的基礎(chǔ)坐標，將“比例因子”設(shè)置為1.006，點擊“確定”按鈕完成收縮率的設(shè)定。利用“標尺”對縮放后的臺燈罩進行測量，觀察測量結(jié)果，驗證收縮比例。圖4.5收縮率的設(shè)定4.2.3創(chuàng)建工件為了給臺燈罩設(shè)定型芯、型腔，我們應(yīng)利用UG中“注塑模向?qū)А钡摹肮ぜ泵顚ε_燈罩進行包裝。其操作步驟為：在“注塑模向?qū)А敝姓业健肮ぜ泵睿瑔螕簟肮ぜ泵?，UG系統(tǒng)將自動彈出如果4.6所示的對話框，在“類型”中選擇“產(chǎn)品工件”；對于工件尺寸，我們可以更改工件尺寸，更改完成后單擊“確定”按鈕完成工件的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的工件如圖4.7所示。圖4.6“工件”對話框圖4.7臺燈罩工件

4.3選擇和設(shè)定模具相關(guān)組件4.3.1型腔布局在模具的設(shè)計過程中，型腔的布局決定著一次注塑能夠形成幾個部件，在布局型腔數(shù)目的時候可以根據(jù)部件的尺寸大小設(shè)計和布局型腔數(shù)目。根據(jù)臺燈罩的尺寸和數(shù)量要求，模具型腔采用一模兩腔就行設(shè)計。在“注塑模向?qū)А敝姓业健靶颓徊季帧泵?，點擊“型腔布局”命令，系統(tǒng)將自動彈出如圖4.8所示的對話框，我們將建好的工件作為選擇體，“布局類型”采用矩形，型腔數(shù)目設(shè)置為2，然后點擊“開始布局”按鈕；因為模具坐標要統(tǒng)一，因此我們在“編輯布局”中選擇“自動對準中心”，UG模具系統(tǒng)會自動生成如圖4.9所示的模具工件圖樣。點擊“關(guān)閉”按鈕，則UG系統(tǒng)將自動彈出型腔布局界面。這樣就完成了模具一模兩腔的型腔布局設(shè)計。圖4.8型腔布局對話框圖4.9一模兩腔工件4.3.2模型修補臺燈罩的結(jié)構(gòu)主要是由曲面和孔構(gòu)成，在臺燈罩的側(cè)面存在一個方孔，用于線路的填充，在其頂部有4個方塊孔，解決臺燈長時間工作的散熱問題，那么這些孔在模具中是不能直接注塑的，因此在設(shè)計分型面和型芯、型腔之前我們就應(yīng)該對其進行修補。因為臺燈罩屬于一個體的結(jié)構(gòu)，我們可以利用“注塑模向?qū)А敝械摹澳＞叻中凸ぞ摺敝械摹扒嫜a片”命令對其臺燈罩的空孔及其側(cè)孔進行修補。其不同的模型，具體不相同的修補過程，我們就臺燈罩的模型修補進行說明，其具體步驟為：在工具欄中點擊“模具分型工具”出現(xiàn)其子窗口，在其子窗口中點擊“曲面修補”會出現(xiàn)如圖4.10所示的對話框，在邊緣修補對話框中環(huán)選擇類型更改為“體”，臺燈罩模型作為選擇體；對話框?qū)⒆詣由膳_燈罩中未縫補的環(huán)形面，然后單擊“確定”完成模型修補。圖4.10片體修補4.3.3分型面設(shè)計在創(chuàng)建型芯、型腔過程之前，必須進行分型面的設(shè)計，分型面的設(shè)計決定著臺燈罩模型的成型方案，因此我們需要對臺燈罩的結(jié)構(gòu)進行區(qū)域分析，分析臺燈罩的面體，劃分型芯、型腔的片體區(qū)域，設(shè)計分型線，創(chuàng)建分型面。在選擇分型面時，應(yīng)遵循以下幾點原則：（1）分型面應(yīng)該為該臺燈罩的最大投影面；（2）分型面應(yīng)該方便臺燈罩的脫模；（3）利于型芯、型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于注塑成型；（4）分型面應(yīng)與側(cè)抽芯機構(gòu)不在同一平面，避免影響脫模；我們可以利用“模具分型工具”中的“區(qū)域分析”進行臺燈罩的面體分析，在分析面體的基礎(chǔ)上，可以利用“模具分型工具”中的“定義區(qū)域”創(chuàng)建區(qū)域和分型線，如圖4.11所示；根據(jù)創(chuàng)建出來的分型線我們可以創(chuàng)建出合適該臺燈罩的分型面，如圖4.12所示：圖4.11定義創(chuàng)建區(qū)域圖4.12臺燈罩結(jié)構(gòu)分型面4.3.4創(chuàng)建型芯、型腔與側(cè)抽芯機構(gòu)分型面的設(shè)計有利于快速的創(chuàng)建出型芯、型腔；其臺燈罩的型芯、型腔能夠表達出臺燈罩的結(jié)構(gòu)樣式，可見型芯、型腔在模具的設(shè)計中是至關(guān)重要的。我們可以利用“模具分型工具”中的“定義型芯、型腔”快速創(chuàng)建臺燈罩模具中的型芯、型腔。由于臺燈罩結(jié)構(gòu)問題，我們需要設(shè)計側(cè)抽芯機構(gòu)，否則會影響模具的開模，根據(jù)臺燈罩的結(jié)構(gòu)圖2.2可知，為了能夠創(chuàng)建側(cè)孔，我們需在模具中設(shè)計側(cè)抽芯機構(gòu)，其側(cè)抽機構(gòu)我們采用斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖4.13所示；圖4.13側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)斜導(dǎo)柱：在開模時，斜導(dǎo)柱隨著動模版一起動，為滑塊提供動力，促使滑塊運動，并抽出型芯結(jié)構(gòu)；型芯滑塊：帶動型芯運動，使型芯運動，利于開模；滑塊：對模具起一定的夾持和輔助作用；4.3.5模架選型模架通常情況下都是標準件，這樣有利于縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)利率，因此我們可以根據(jù)模型的大小和機構(gòu)選擇標準模架。在當今模具產(chǎn)業(yè)中，模具種類繁多，如龍記（LKM）、富得吧（FUTABA）等。在UG軟件中，安裝MoldWizard，這樣就可以直接在UG注塑模塊中，直接調(diào)用相關(guān)企業(yè)的模架產(chǎn)品，并進行一系列的參數(shù)設(shè)定；在進行模架選擇和加載時，有時候會出現(xiàn)提醒錯誤，那是因為我們選擇的模架太小，不符合模具工件；有時候選擇過大，也不利用產(chǎn)品成型，面對這樣的問題，我們可以采取手動和自動兩種更改方式對模架尺寸進行修改。經(jīng)綜合考慮，臺燈罩注塑模架選用“富得吧（FUTABA）”系類中的“SC.2930”產(chǎn)品，采取兩板式模架，其創(chuàng)建的模架圖樣如圖4.14所示；在創(chuàng)建好模架后，單擊“旋轉(zhuǎn)模架”，UG將根據(jù)一模兩腔將標準件進行旋轉(zhuǎn)；我們應(yīng)該保存所有文件，這樣避免零件丟失；模架參數(shù)如圖4.15所示；圖4.14模架圖4.15模架參數(shù)4.4注塑機的選型4.4.1注塑機選擇原則對于已經(jīng)建立好的模型，應(yīng)該選擇合適的注塑機對塑件進行注塑，這一步驟相當重要；注塑機的選擇決定著產(chǎn)品的塑料是否能夠充分的塑化熔融并填充于整個型芯、型腔而不產(chǎn)生其他影響，因此在選擇注塑機時，我們應(yīng)該對塑件進行一系列的計算與分析。注塑機的樣式繁多，我們選擇最常用的臥式注塑機對塑件模型就行注塑；但選擇注塑機前我們應(yīng)計算相關(guān)參數(shù)：（1）注射量：LJ>N·LS（4.1）（4.1）中：LJ表示注塑機的注塑量LS表示一個成型模件所需要的的塑料量N表示一個模具中的型腔數(shù)目（2）注射壓力：PJ>N·PS（4.2）（4.2）中：PJ表示注塑機的注塑壓力PS表示一個成型模件所需要的的注塑壓力N表示一個模具中的型腔數(shù)目（3）鎖模力:F>10·PC·A（4.3）（4.3）中：F表示注塑機的額定鎖模力PC表示成型模件型腔所需要的的平均壓力A表示分型面上的投影面積利用UG中的分析模塊對臺燈罩進行質(zhì)量和投影面的計算，打開UG軟件，點擊“首選項”點擊“建模”，系統(tǒng)自動彈出如圖4.16的對話框，因為臺燈罩選擇的材料為ABS，所以將密度修改為1.005，將密度單位改為克/立方厘米，點擊確定；點擊“分析”中的測量體，便可知道臺燈罩的體積、質(zhì)量和面積數(shù)據(jù)；經(jīng)分析臺燈罩的體積為10620.43mm3，臺燈罩的質(zhì)量為0.0832kg，臺燈罩的面積為11794.2mm2，分析圖樣如圖4.17所示：圖4.16密度與單位首選項對話框圖4.17臺燈罩的體積、質(zhì)量和面積該模具采用一模兩腔，因此塑件的總相關(guān)數(shù)據(jù)為：體積=2x10.61=21.24cm3質(zhì)量=2x83.2=166.4g面積=2x117.9cm2=456cm2由UG分析可知臺燈罩的投影面積為A=60cm2，根據(jù)參考文獻知P型=30MPa，F(xiàn)=1.35·N·A·P型=486KN，因此，LJ>21.24F>486KN;4.4.2注塑機的選擇根據(jù)所計算的LJ>21.24cm3F>486KN選擇注塑機型號，需要進行最大注射量和鎖模力的計算，由參考文獻可知Lm>L/aFm>F（4.4）其中a取常值0.8Lm>L/a=26.55cm3Fm>F=486KN初步選擇SYS.30注塑機表4.1SYS-30注塑機型號參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)SYS.30最大注射容量/cm330g注射壓力/MPa157鎖模力/KN500最大注塑面積/cm2130噴嘴圓弧半徑/mm184.4.3注塑機的參數(shù)校核（1）注射量校核：根據(jù)經(jīng)驗可知，注塑模具內(nèi)部的容量應(yīng)該為整個注塑機容量的4/5；即N·LS<0.8Lg（4.5）其中：LS表示一個成型模件所需要的的塑料量N表示一個模具中的型腔數(shù)目經(jīng)驗證：2x10.62cm3<0.8x30cm3滿足注射了要求；（2）注射壓力校核：根據(jù)經(jīng)驗可知，注塑模具內(nèi)部的壓力應(yīng)該滿足：PJ＞1.3Ps（4.6）其中：PJ表示注塑機的注塑壓力PS表示一個成型模件所需要的的注塑壓力經(jīng)驗證：157MPa＞1.3x117=152MPa滿足注射壓力要求；（3）鎖模力校核：根據(jù)經(jīng)驗可知，注塑模具內(nèi)部的壓力應(yīng)該滿足：K·Fm（4.7）其中：F表示注塑機的額定鎖模力Fm表示模件的最大鎖模力K鎖模力安全系數(shù)，通常取1.05..1.15經(jīng)驗證：500KN>486KN滿足鎖模力要求；通過計算校核，我們選擇SYS-30型號的注塑機作為臺燈罩注塑模具的注塑機。4.5利用Moldflow軟件分析最佳澆口和冷卻流道Moldflow分析軟件是一款能夠協(xié)助模具設(shè)計、產(chǎn)品工藝設(shè)計等工程人員快速利用計算機輔助分析出產(chǎn)品的最佳澆口、冷缺道分布等一系列仿真過程[8]；這個分析過程復(fù)雜，但卻能夠為設(shè)計人員提高可靠的分析數(shù)據(jù)，為設(shè)計人員在選擇最佳位置提供了方便，縮短了工作周期、提高工作效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少材料浪費率等。因此，Mlowflow軟件在模具行業(yè)非常受歡迎。4.5.1臺燈罩網(wǎng)格劃分Moldflow分析軟件利用將產(chǎn)品劃分成有限個很小的單元進行分析的原理，從而將一個整體劃分成很多單元，在Moldflow分析軟件中，把這些有限的單元稱為網(wǎng)格劃分；網(wǎng)格劃分對一個模型的分析至關(guān)重要，合理的網(wǎng)格劃分能夠簡化大量的計算和分析[9]。Mlodflow軟件網(wǎng)格劃分分為：中面網(wǎng)格、表面網(wǎng)格和實體網(wǎng)格；針對臺燈罩我們采用實體網(wǎng)格對其網(wǎng)格化。其具體步驟為：打開moldflow軟件，創(chuàng)建新工程導(dǎo)入臺燈罩模型，點擊“確定”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“選擇網(wǎng)絡(luò)類型”窗口，選擇“實體網(wǎng)格（FUSION）”并設(shè)計單位為“毫米”，如圖4.18所示；圖4.18網(wǎng)格化設(shè)定設(shè)置結(jié)束后點擊“產(chǎn)生網(wǎng)格（Showimportlog）”按鈕，Moldflow分析軟件將自動按照設(shè)置的網(wǎng)格化參數(shù)對臺燈罩進行網(wǎng)格劃分，分析結(jié)束后，自動對分析結(jié)果進行統(tǒng)計，包含：實體個數(shù)、三角數(shù)、節(jié)點、連通區(qū)域、網(wǎng)格體積、網(wǎng)格面積、匹配百分比等數(shù)據(jù)；其中要觀擦統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的“匹配百分比”選項，通常“匹配百分比”應(yīng)達到其比率的85%，如果匹配率過少，就應(yīng)該對其模型進行重新網(wǎng)格劃分，其劃分過程和結(jié)果如圖4.19所示；由于自動創(chuàng)建網(wǎng)格劃分存在一些不可避免的錯誤，因此我們需要利用網(wǎng)絡(luò)診斷功能對已經(jīng)劃分好的網(wǎng)格進行一系列的診斷和修復(fù)，包括：重疊單元、網(wǎng)格匹向、自由邊、連通性、雙層面等相關(guān)部位的修補。圖4.19臺燈罩網(wǎng)格劃分結(jié)果4.5.2澆口位置分析與確定澆口的位置是決定臺燈罩品質(zhì)的關(guān)鍵要素之一。在工藝設(shè)置中選擇材料類型，點擊分析中的“設(shè)置分析序列”選項，并勾選澆口位置命令，設(shè)置完成點擊“開始分析”按鈕，程序自動運行，臺燈罩的澆口位置分析結(jié)果如圖4.20所示；可以通過窗口中的日志命令查看最佳位置坐標，并在模具中選擇該點作為澆口位置；由于模具采用一模兩腔，選擇“建?！敝械膹?fù)制旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建一模兩腔環(huán)境，在“型腔復(fù)制向?qū)А敝性O(shè)置型腔數(shù)目為2，點擊“完成”按鈕，系統(tǒng)將自動生成一模兩腔圖樣，如果跟模具中的型腔不一致，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整型腔的分布，如圖4.21所示；添加主流道與分流道，設(shè)置流道相關(guān)參數(shù)并對其進行網(wǎng)格劃分，對其流道的連通性進行診斷，其余選項均采用系統(tǒng)默認值，其如圖4.22所示：圖4.20最佳澆口位置分析圖4.21創(chuàng)建一模兩腔圖4.22創(chuàng)建澆注系統(tǒng)由于在注塑模具中要考慮到其余因素對臺燈罩的影響，因此利用Moldflow軟件對其澆注系統(tǒng)中的溫度場、壓力場、成型缺陷進行分析，其分析結(jié)果分別如圖4.23、圖4.24、圖4.25所示：圖4.23澆注溫度圖4.24壓力分析圖4.25流動性分析4.5.3冷卻系統(tǒng)的分析與搭建產(chǎn)品進行注塑結(jié)束后，由于型腔內(nèi)部為封閉體，熱量散發(fā)較慢需要對模具添加冷卻系統(tǒng)；如果讓其塑件自熱冷卻會出現(xiàn)如下幾個問題：（1）產(chǎn)品內(nèi)部材料不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品失效；（2）生產(chǎn)周期延長，工作效率降低；（3）模具因長時間受高溫，導(dǎo)致模腔變形；考慮到以上原因，在冷卻系統(tǒng)中布置合理的冷卻管道對產(chǎn)品質(zhì)量相當重要。其在Moldflow環(huán)境中添加冷卻方法如下：對分析好的流道系統(tǒng)進行填充，在圖層管理欄中新建冷卻系統(tǒng)，勾選“冷卻系統(tǒng)”更改為激活狀態(tài)；將網(wǎng)格化的型腔與流道添加到冷卻系統(tǒng)窗口中，點擊“生成流道”向?qū)Вx擇最佳冷卻點，點擊“確定”系統(tǒng)將自動生成冷卻流道，對其進行診斷修復(fù)，完成冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建，其如圖4.26所示：圖4.26創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)在二維圖中的冷卻流道布局如圖4.27所示：圖4.27冷卻流道布局4.6模具標準件與分解圖（1）添加定位圈在完成了模具的大體設(shè)計之后，我們應(yīng)該在此基礎(chǔ)上添加其余模具所需要的標準件，如：澆注系統(tǒng)中的澆注部件、冷卻系統(tǒng)中的冷卻管道、頂出系統(tǒng)中的頂針、復(fù)位系統(tǒng)中的復(fù)位彈簧等[10]；在原有模具文件中找到臺燈罩的“TOP”文件，打開建立好的模具，因已經(jīng)對整個模具進行了坐標設(shè)置，因此可以直接在UG“注塑模向?qū)А惫ぞ邫谥姓业健皹藴什考臁?，添加加載定位圈，為澆口套提供確定的位置；在選定模具時，我選擇了“FUTABA”的模架，為了使模具的配合更加合理，在定位圈對話框中選擇“FUTABA”中的“LocatingRingInterchangeable”并對定位圈中的對應(yīng)參數(shù)進行設(shè)置，其如圖4.28所示：圖4.28定位圈參數(shù)設(shè)定與選擇（2）添加澆口套注塑機需要通過澆口套把熔融態(tài)的塑料傳到臺燈罩模具的型腔中，通常情況下，澆口套在整個模具的正中心位置，這樣有利于充分的沖型；可以利用定位圈的位置添加澆口套，打開“注塑模向?qū)А秉c擊“標準部件庫”，在對話框中選擇“FUTABA”中的“SprueBushing”命令，并選定和設(shè)置澆口套的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，點擊“確定”完成澆口套的添加；由于注塑機的澆注半徑可以更改，我們也可以對澆口套的尺寸進行修改；其選定澆口套參數(shù)如圖4.29所示：圖4.29澆口套的參數(shù)設(shè)定與選擇（3）添加頂出頂針當整個模具注塑結(jié)束后，需要把模件從模具中取出來，由于模具剛工作結(jié)束其內(nèi)部溫度比較高，人無法實現(xiàn)采用手開模；為了提高工作效率、降低工作危險系數(shù)，采用自動開模，但有時候模件會因為材料粘在型芯或者型腔中而無所自動脫落，因此，我們設(shè)計頂出系統(tǒng)將模件頂出模具，頂出系統(tǒng)中采用頂桿作為其核心部件；在確定頂針位置時，我們需要遵循以下幾點要求：（A）桿件數(shù)量方面考慮：選擇并確定合適的頂桿數(shù)目；（B）產(chǎn)品質(zhì)量方面考慮：a、防止因頂桿破壞模件本身而導(dǎo)致產(chǎn)品失效；b、分析并選定合適的桿件；（C）頂桿位置方面考慮：選擇并分析合適的安放頂桿位置；根據(jù)以上幾點要求，可以在UG軟件中直接建立頂桿；點擊“標準部件庫”在“FUTABA”對話框中選擇“EjectorPin”中的“EjectorPinStraight”；選擇并設(shè)定頂桿的相關(guān)參數(shù)與尺寸大小；設(shè)置結(jié)束后點擊“確定”；其頂桿對話框如圖4.30所示：圖4.30頂桿參數(shù)設(shè)置在完成頂桿標準件之后，要對其進行后處理，因其頂桿和模件之間存在曲面，所以應(yīng)該對其接觸處進行修補，其修補采用UG中的“頂桿后處理”命令，選中頂桿和模件的型芯、型腔，然后頂桿的后處理，結(jié)束頂桿的添加。其模具的總裝分解圖如圖4.31所示：圖4.31臺燈罩模具組件分解5型腔仿真加工5型腔仿真加工5.1UG仿真加工模塊介紹UG軟件在模件的仿真加工上提供了強大的輔助系統(tǒng)，可以將需要仿真加工的模件在UG建模環(huán)境中打開，進入數(shù)控加工模塊；利用這個數(shù)控模塊可以給用戶節(jié)約更多的經(jīng)濟成本，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品要求，將設(shè)計產(chǎn)品的三維幾何模型與UG的數(shù)控加工仿真進行結(jié)合，參考數(shù)控加工過程中的環(huán)境，采用虛擬的參數(shù)設(shè)置對模件進行加工[11]，其虛擬環(huán)境包含：機床、工作臺、夾具、安裝與調(diào)換刀具、選毛胚料、工作臺、設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速、設(shè)定刀具進給量、設(shè)定加工工序、創(chuàng)建刀具路徑與產(chǎn)品后處理等產(chǎn)品的加工制造過程。這種模擬仿真加工與現(xiàn)實中的幾乎完成一致，使得加工工作中的工人提供了更高的工作效率，降低了因加工失誤而導(dǎo)致產(chǎn)品失效、或者工傷等情況發(fā)生的概率。5.2臺燈罩型腔仿真加工在模具設(shè)計時，已經(jīng)對整個模具進行了型芯與型腔的劃分，因為臺燈罩的型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以采用UG中的NC加工模塊對臺燈罩的型腔進行仿真加工；考慮到臺燈罩的結(jié)構(gòu)比較特殊，曲面較多，且存在多個方孔和圓角，因此制定了如下的加工工藝方案：（1）對整個毛胚材料運用“型腔銑”進行粗加工，得到臺燈罩型腔的大體結(jié)構(gòu)；（2）利用“曲面加工”方法對臺燈罩型腔進行精加工；（3）采用“軌跡加工”加工方法對臺燈罩的內(nèi)部孔、倒角、拔模面進行精加工；5.2.1臺燈罩型腔加工過程（1）確定型腔加工工件利用UG軟件中的“加工”模塊搭建數(shù)控加工模型，導(dǎo)入臺燈罩型腔幾何體并創(chuàng)建加工工件，設(shè)定毛胚尺寸85x30x130mm，設(shè)定工件頂部坐標為工件坐標系，其創(chuàng)建幾何體如圖6.1所示：畢業(yè)設(shè)計（論文）圖5.1毛胚幾何體（2）設(shè)定幾何體參數(shù)導(dǎo)入臺燈罩模型進入加工模塊，在導(dǎo)航器中設(shè)定加工環(huán)境的安全高度，并在MillOrient窗口中設(shè)定參考幾何體坐標，點擊參考窗口中的“CSYC”選項，使得加工坐標系與毛胚材料的工作坐標系一致，設(shè)置完成點擊“確定”按鈕，在工序?qū)Ш狡髦写蜷_“Workpiece”點擊“銑削幾何體”選擇指定部件與毛胚材料，也可以通過創(chuàng)建毛胚自動塊來設(shè)定毛胚尺寸，如圖6.2所示；右鍵工序?qū)Ш狡?，打開“Mill.Rough”在“銑削方法”對話框中設(shè)定余量、公差參數(shù)，如圖6.3所示；在工具欄中打開“創(chuàng)建刀具選項”，彈出“創(chuàng)建刀具對話框”選擇刀具類型、設(shè)定刀具參數(shù)，其中對話框中的名稱處為刀具的直接設(shè)置，如圖6.4所示；圖5.2銑削幾何體對話框圖5.3銑削方法對話框圖5.4創(chuàng)建設(shè)置刀具類型（3）型腔粗加工在刀具欄中打開“創(chuàng)建工序”，將類型設(shè)定為“Millcontour”并選擇“型腔銑”；位置中的選項采用默認值，如圖6.5所示；在“型腔銑”中點擊“指定區(qū)域”選擇臺燈罩的所有曲面作為銑削區(qū)域，如圖6.6所示；在“刀軌設(shè)置”窗口中設(shè)定相關(guān)參數(shù)，其中將切削模式更改為“跟隨周邊”，其余選項中的步距、平面直徑百分比等均采用系統(tǒng)默認參數(shù)，如圖6.7所示；打開“型腔銑”的“切削參數(shù)”選項中，將“策略”中的切削順序更改為“深度優(yōu)先”，其余選項默認；在“型腔銑”中的“非切削參數(shù)”選項中，將“進刀類型”設(shè)定為“圓弧”，對話框如圖6.8所示，其余參數(shù)默認；設(shè)定完成所有的參數(shù)點擊“生成”按鈕，加工模塊會立即在當前窗口生成型腔銑粗加工刀軌如圖6.9所示；完成后對生成的刀軌進行檢驗，并在“工序?qū)Ш狡鳌敝悬c擊“后處理”查看加工動態(tài)效果，在文件中查看NC程序，如圖6.10所示，粗加工NC編程代碼見附錄1；圖5.5創(chuàng)建工序圖5.6刀軌設(shè)置圖5.7切削參數(shù)圖5.8非切削參數(shù)圖5.9塑件刀具軌跡圖5.10刀具軌跡（4）型腔精加工在刀具欄中打開“創(chuàng)建工序”，將對話框中的類型設(shè)定為“Millcontour”并選擇“深度加工輪廓”；該對話框中的其余選項均采用系統(tǒng)默認值，如圖6.11所示；在“深度加工輪廓”中的“指定區(qū)域”中選擇臺燈罩的外輪廓作為加工區(qū)域，在“深度加工輪廓”窗口中設(shè)定最小切削長度和每刀的切削深度等相關(guān)參數(shù)，其中將“深度加工輪廓”中的“切削層”更改為“最優(yōu)化”，其余范圍定義均采用系統(tǒng)默認參數(shù)，如圖6.12所示；打開““深度加工輪廓””的“切削參數(shù)”選項中，將“策略”中的切削方向更改為“順銑”，其余選項默認；在““深度加工輪廓””中的“非切削參數(shù)”選項中，將“進刀類型”設(shè)定為“螺旋”，，其余參數(shù)默認；單擊“確定”完成“深度加工輪廓”的相關(guān)設(shè)定；對話框相關(guān)設(shè)置如圖6.13所示：完成所有的參數(shù)點擊“生成”按鈕，加工模塊會立即在當前窗口生成型腔銑精加工刀軌如圖6.14所示；完成后對生成的刀軌進行檢驗，并在“工序?qū)Ш狡鳌敝悬c擊“后處理”查看加工動態(tài)效果，并可以通過記事本打開文件中的NC代碼程序，精加工NC編程代碼見附錄2，如圖6.15所示：圖5.11創(chuàng)建工序圖5.12切削層參數(shù)設(shè)置圖5.13非切削移動進刀設(shè)定圖5.14刀軌路徑圖5.15精加工效果5.2.2臺燈罩加工工序參數(shù)設(shè)定與仿真加工表5.1臺燈罩加工工序參數(shù)工序號刀具類型進給率mm/min主軸轉(zhuǎn)速R/min進刀速度mm/min退刀速度mm/min主軸進給量mm加工余量mmAR2球形銑刀20045020030020.5BR2面銑刀1507002003000.50CR1球形銑刀1503001502000.30DR0.5面銑刀1006001002000.10在對臺燈罩的型腔仿真進行相關(guān)設(shè)計后，按照其工序進行添加工程工序，然后利用仿真模塊對臺燈罩的型腔進行粗、精加工，其仿真加工如圖5.16、如圖5.17：圖5.16型腔粗加工圖5.16型腔精加工6總結(jié)總結(jié)通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使我對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)有了更深層次的了解，也使我的專業(yè)知識、專業(yè)技能、專業(yè)水平有了更大空間的提升，除此還鍛煉了團隊合作能力、邏輯思維能力、解決問題的能力；通過老師和同學(xué)的幫助，能夠熟練掌握和應(yīng)用UG、Moldflow等相關(guān)軟件，這些對我未來的學(xué)習和工作都打下了堅實的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計在以臺燈罩為主要目標的前提下對臺燈罩做如下設(shè)計：（1）臺燈罩結(jié)構(gòu)進行設(shè)計；（2）塑件材料工藝性分析；（3）利用UG軟件對其產(chǎn)品進行注塑設(shè)計；（4）利用Moldflow分析軟件對模具相關(guān)參數(shù)進行分析；（5）利用UGNX中的加工模塊對臺燈罩的型腔進行仿真加工；本次畢業(yè)設(shè)計過程中存在的問題：在使用UG軟件進行模具設(shè)計時，由于不能夠熟練掌握分型面的選取原則和選取方案，多次在型腔與型芯設(shè)計方面出現(xiàn)差錯，不過在老師和同學(xué)的幫助下，這些問題都得到了很多的處理，并順利完成了從臺燈罩到模具再到CAD的轉(zhuǎn)化。參考文獻參考文獻[1]陳靜媛.模具行業(yè)設(shè)計制造技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢[J].機械設(shè)計與制造,2007.[2]田勇峰.模具設(shè)計與制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].南方機械,2016,47(04):95-96.[3]何強.模具設(shè)計與制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)燃機與配件,2018(03):109-110.[4]崔玲.模具現(xiàn)狀及發(fā)展方向分析[J].中國設(shè)備工程,2017(01):126-127.[5]李敬.淺析微型注塑技術(shù)及其加工工藝[J].中小企業(yè)管理與科2018(01):178-179.[6]袁根華.基于CAE燈罩注塑模具設(shè)計與注塑工藝[J].塑料科學(xué),2013.6.[7]劉斌,譚景煥.現(xiàn)代模具設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].塑料工業(yè),2017,45(02):16-43.[8]蒙敏.模具設(shè)計過程中CAE軟