臺燈罩注塑模具設計與型腔仿真加工說明書

本科畢業(yè)設計(論文)題目：臺燈罩注塑模具設計與型腔仿真加工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，其中這些塑料產品越來越廣泛的應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變?yōu)榫垡蚁┎牧?；在我們的身邊到處都是這樣的例子，這樣的轉變不僅僅是在成本上的降低，更是工業(yè)技術的發(fā)展，這些塑件都可以采用注塑模具快速生產，可見模具的發(fā)展對一個產業(yè)，甚至一個國家來說都起著舉足輕重的地位。因為塑料產品的不斷更新，使得對注塑模具的設計制造的要求也隨之提高。在先前的注塑模具設計過程中，整個模具的設計過程都是依靠工人師傅的經驗對其相關參數(shù)進行修改，這樣設計方法不但會使設計周期加長而且生產成本也會增大。在這種情況下，將計算機的輔助技術與人工技術相結合為現(xiàn)代注塑模具的設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，經后置處理產生數(shù)控加工代碼。數(shù)控加工技術在設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產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成，同時注塑模具可以限定制品的結構特性和尺寸精度。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一體化技術的不斷發(fā)展，將數(shù)控加工技術應用于模具產業(yè)并為現(xiàn)代注塑模具的設計制造提供了新的解決方法。數(shù)控加工技術目前已經走向巔峰，已經完成了從手動編程到自動編程的跨越，其加工技術是目前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)產生相關代碼經后置處理產生數(shù)控加工程序。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近幾年模具產業(yè)產值不斷升高；數(shù)控加工不斷與計算機輔助結合，不斷提高其集成技術。畢業(yè)設計（論文）1.3國內外研究現(xiàn)狀1.3.1國內發(fā)展現(xiàn)狀我國在注塑模具技術研究上起步很早，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)生電蝕反應進行對金屬的切割,制造產品合適的大小與規(guī)模[2]。注塑模具作為注塑生產的載體，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,高精密立體型結構模具需求增大，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，國內的模具正在完成從自動化生產到人工智能化的轉變，并不斷完善整個模具加工的工序流程，降低生產周期，提高產品質量與模具壽命，并將3D打印技術與模型加工相集成，完成從簡單到復雜，從單個零件到整個部件的交接，可見模具在國內的發(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、柔性化和網絡化。追求的目標是提高產品質量及生產效率[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，大大縮短設計周期及制造周期，降低生產成本。最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力滿足用戶需求。模具企業(yè)在技術上實現(xiàn)了專業(yè)化，在模具企業(yè)的生產管理方面，也有越來越多的采用以設計為龍頭、按工藝流程安排加工的專業(yè)化生產方式，降低了對模具工人技術全面性的要求，強調專業(yè)化。國外注塑成型技術在也向多工位、高效率、自動化、連續(xù)化、低成本方向發(fā)展[4]。因此，模具向高精度復雜、多功能的方向發(fā)展。1.4研究意義本次設計課題《臺燈罩注塑模具設計與仿真加工》可以使我熟練掌握注塑模具結構機構的設計，對UGNX、CAD、仿真加工等軟件的熟練掌握和應用。隨著時代變遷，出現(xiàn)了更多的熔融材料和結構復雜的塑件，致使傳統(tǒng)加工難度增加甚至不能加工，因此學會設計和應該計算機輔助工具設計模具并進行仿真，模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域，其本次畢業(yè)設計（論文）設計主要利用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，學習和掌握注塑模具設計和仿真加工對我來說是非常有必要的，這不僅可以將大學所學應用到實際設計中，而且為以后的工作和學習打下了堅實的基礎。1.5研究內容本課題的主要研究內容是：（1）選擇并確定臺燈罩結構形狀；（2）零件圖樣的工藝性分析。主要包含：分型面設計，拔模斜度設計，鑲塊與抽芯結構設計，設計合適的型芯、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，并結合塑料熔體在模具腔體內溫度場、應力場、成型缺陷等分析結果，得出理想的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計方案[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臺燈罩結構創(chuàng)建2臺燈罩結構創(chuàng)建2.1UG軟件介紹UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設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)自己的設計要求進行設計和快速修改。三維建模能夠很好的表達設計者的思維，三維實體能夠清楚的展示出圖樣的結構形象。2.2臺燈罩結構設計臺燈作為生活中的必需品，不管在學習、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重要。如何讓其外形美觀，功能多樣，適應場合多是重中之重。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的臺燈結構：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臺燈結構示意圖畢業(yè)設計（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品它的成型方式很多，在大多數(shù)情況下，塑料產品不需要車、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，生產效率高，因此，經考慮采用注塑成型。3.1塑件材料選擇塑料因為其具有質量輕、輕度高、耐腐蝕、良好的可塑性、易于成型等特點，在很多領域獲得了廣泛應用[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該選擇適合它自身的材料。經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℃廣泛應用于汽車、電子電氣、辦公和通訊設備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、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，易產生內應力開裂、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)設計（論文）3.2成型方法選型將塑料轉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量，生產前需要進行原料預處理、清洗機筒、預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臺燈罩模具設計4臺燈罩模具設計在UGNX的模具設計板塊（MoldWizard）中，用戶自身可以根據(jù)模型的尺寸和設計要求選擇和更改模具中對應的部件，除此還可以在任何時候對其進行快速的修改和改正。UGNX模具設計模塊主要解決設計模具向導的結構組成和模具設計流程；其包含產品初始化，選定模具CSYS坐標，產品可行性分析，設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)建側抽芯機構，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]。設計流程：產品導入→設計工件→型腔布局（型芯、型腔）→模架選型→模版處理→標準件調入（澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等）。4.1導入模型打開UG軟件，出現(xiàn)如圖4.1所示對話框，點擊注塑模具向導，顯示窗口會出現(xiàn)模具設計的相關命令；然后打開相關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)將自動產生收縮率的默認值，然后點擊確定按鈕，完成模型導入UGNX模塊的過程。圖4.1UG界面畢業(yè)設計（論文）圖4.2模型導入與參數(shù)設計4.2定義模型相關參數(shù)4.2.1設定CSYSCSYC在模具設計過程中至關重要，它不僅決定著模具裝配的參考坐標，而且還關系到模具結構設計中的基準問題，因此在設定CSYC時必須參考模具的開模方向和分型面的設計。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)模具裝配和模具結構更加方便，我們在“更改產品位置”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生變形和收縮。因此，在對臺燈罩進行模具組建之前應該排除因材料收縮而導致的尺寸偏差問題，我們可以采用“注塑模具向導中”的“收縮率”來解決收縮問題。在“注塑模具向導”命令的對話框中點擊“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”利用設置的基礎坐標，將“比例因子”設置為1.006，點擊“確定”按鈕完成收縮率的設定。利用“標尺”對縮放后的臺燈罩進行測量，觀察測量結果，驗證收縮比例。圖4.5收縮率的設定4.2.3創(chuàng)建工件為了給臺燈罩設定型芯、型腔，我們應利用UG中“注塑模向導”的“工件”命令對臺燈罩進行包裝。其操作步驟為：在“注塑模向導”中找到“工件”命令，單擊“工件”命令，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選擇和設定模具相關組件4.3.1型腔布局在模具的設計過程中，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計。在“注塑模向導”中找到“型腔布局”命令，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構主要是由曲面和孔構成，在臺燈罩的側面存在一個方孔，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，因此在設計分型面和型芯、型腔之前我們就應該對其進行修補。因為臺燈罩屬于一個體的結構，我們可以利用“注塑模向導”中的“模具分型工具”中的“曲面補片”命令對其臺燈罩的空孔及其側孔進行修補。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；對話框將自動生成臺燈罩中未縫補的環(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分型面設計在創(chuàng)建型芯、型腔過程之前，必須進行分型面的設計，分型面的設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構進行區(qū)域分析，分析臺燈罩的面體，劃分型芯、型腔的片體區(qū)域，設計分型線，創(chuàng)建分型面。在選擇分型面時，應遵循以下幾點原則：（1）分型面應該為該臺燈罩的最大投影面；（2）分型面應該方便臺燈罩的脫模；（3）利于型芯、型腔的結構設計，易于注塑成型；（4）分型面應與側抽芯機構不在同一平面，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臺燈罩結構分型面4.3.4創(chuàng)建型芯、型腔與側抽芯機構分型面的設計有利于快速的創(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構樣式，可見型芯、型腔在模具的設計中是至關重要的。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。由于臺燈罩結構問題，我們需要設計側抽芯機構，否則會影響模具的開模，根據(jù)臺燈罩的結構圖2.2可知，為了能夠創(chuàng)建側孔，我們需在模具中設計側抽芯機構，其側抽機構我們采用斜導柱抽芯機構，其結構圖如圖4.13所示；圖4.13側抽芯結構斜導柱：在開模時，斜導柱隨著動模版一起動，為滑塊提供動力，促使滑塊運動，并抽出型芯結構；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，降低生產成本，提高產業(yè)利率，因此我們可以根據(jù)模型的大小和機構選擇標準模架。在當今模具產業(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，直接調用相關企業(yè)的模架產品，并進行一系列的參數(shù)設定；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。經綜合考慮，臺燈罩注塑模架選用“富得吧（FUTABA）”系類中的“SC.2930”產品，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“旋轉模架”，UG將根據(jù)一模兩腔將標準件進行旋轉；我們應該保存所有文件，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建立好的模型，應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、型腔而不產生其他影響，因此在選擇注塑機時，我們應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計算相關參數(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量和投影面的計算，打開UG軟件，點擊“首選項”點擊“建?！?，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、質量和面積數(shù)據(jù)；經分析臺燈罩的體積為10620.43mm3，臺燈罩的質量為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、質量和面積該模具采用一模兩腔，因此塑件的總相關數(shù)據(jù)為：體積=2x10.61=21.24cm3質量=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)經驗可知，注塑模具內部的容量應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)目經驗證：2x10.62cm3<0.8x30cm3滿足注射了要求；（2）注射壓力校核：根據(jù)經驗可知，注塑模具內部的壓力應該滿足：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驗證：157MPa＞1.3x117=152MPa滿足注射壓力要求；（3）鎖模力校核：根據(jù)經驗可知，注塑模具內部的壓力應該滿足：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)助模具設計、產品工藝設計等工程人員快速利用計算機輔助分析出產品的最佳澆口、冷缺道分布等一系列仿真過程[8]；這個分析過程復雜，但卻能夠為設計人員提高可靠的分析數(shù)據(jù)，為設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、提高產品質量、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臺燈罩網格劃分Moldflow分析軟件利用將產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格劃分；網格劃分對一個模型的分析至關重要，合理的網格劃分能夠簡化大量的計算和分析[9]。Mlodflow軟件網格劃分分為：中面網格、表面網格和實體網格；針對臺燈罩我們采用實體網格對其網格化。其具體步驟為：打開moldflow軟件，創(chuàng)建新工程導入臺燈罩模型，點擊“確定”按鈕，系統(tǒng)自動彈出“選擇網絡類型”窗口，選擇“實體網格（FUSION）”并設計單位為“毫米”，如圖4.18所示；圖4.18網格化設定設置結束后點擊“產生網格（Showimportlog）”按鈕，Moldflow分析軟件將自動按照設置的網格化參數(shù)對臺燈罩進行網格劃分，分析結束后，自動對分析結果進行統(tǒng)計，包含：實體個數(shù)、三角數(shù)、節(jié)點、連通區(qū)域、網格體積、網格面積、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?！捌ヅ浒俜直取睉_到其比率的85%，如果匹配率過少，就應該對其模型進行重新網格劃分，其劃分過程和結果如圖4.19所示；由于自動創(chuàng)建網格劃分存在一些不可避免的錯誤，因此我們需要利用網絡診斷功能對已經劃分好的網格進行一系列的診斷和修復，包括：重疊單元、網格匹向、自由邊、連通性、雙層面等相關部位的修補。圖4.19臺燈罩網格劃分結果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的關鍵要素之一。在工藝設置中選擇材料類型，點擊分析中的“設置分析序列”選項，并勾選澆口位置命令，設置完成點擊“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?！敝械膹椭菩D創(chuàng)建一模兩腔環(huán)境，在“型腔復制向導”中設置型腔數(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，通過旋轉調整型腔的分布，如圖4.21所示；添加主流道與分流道，設置流道相關參數(shù)并對其進行網格劃分，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)的分析與搭建產品進行注塑結束后，由于型腔內部為封閉體，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）產品內部材料不均勻，導致產品失效；（2）生產周期延長，工作效率降低；（3）模具因長時間受高溫，導致模腔變形；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品質量相當重要。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”向導，選擇最佳冷卻點，點擊“確定”系統(tǒng)將自動生成冷卻流道，對其進行診斷修復，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計之后，我們應該在此基礎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、復位系統(tǒng)中的復位彈簧等[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，因已經對整個模具進行了坐標設置，因此可以直接在UG“注塑模向導”工具欄中找到“標準部件庫”，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參數(shù)進行設置，其如圖4.28所示：圖4.28定位圈參數(shù)設定與選擇（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“注塑模向導”點擊“標準部件庫”，在對話框中選擇“FUTABA”中的“SprueBushing”命令，并選定和設置澆口套的相關參數(shù)設置，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)設定與選擇（3）添加頂出頂針當整個模具注塑結束后，需要把模件從模具中取出來，由于模具剛工作結束其內部溫度比較高，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）產品質量方面考慮：a、防止因頂桿破壞模件本身而導致產品失效；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”；選擇并設定頂桿的相關參數(shù)與尺寸大?。辉O置結束后點擊“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)約更多的經濟成本，用戶可以根據(jù)產品要求，將設計產品的三維幾何模型與UG的數(shù)控加工仿真進行結合，參考數(shù)控加工過程中的環(huán)境，采用虛擬的參數(shù)設置對模件進行加工[11]，其虛擬環(huán)境包含：機床、工作臺、夾具、安裝與調換刀具、選毛胚料、工作臺、設定主軸轉速、設定刀具進給量、設定加工工序、創(chuàng)建刀具路徑與產品后處理等產品的加工制造過程。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致產品失效、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計時，已經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構復雜，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；考慮到臺燈罩的結構比較特殊，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構；（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，導入臺燈罩型腔幾何體并創(chuàng)建加工工件，設定毛胚尺寸85x30x130mm，設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)設計（論文）圖5.1毛胚幾何體（2）設定幾何體參數(shù)導入臺燈罩模型進入加工模塊，在導航器中設定加工環(huán)境的安全高度，并在MillOrient窗口中設定參考幾何體坐標，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，設置完成點擊“確定”按鈕，在工序導航器中打開“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)建毛胚自動塊來設定毛胚尺寸，如圖6.2所示；右鍵工序導航器，打開“Mill.Rough”在“銑削方法”對話框中設定余量、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、設定刀具參數(shù)，其中對話框中的名稱處為刀具的直接設置，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“刀軌設置”窗口中設定相關參數(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”設定為“圓弧”，對話框如圖6.8所示，其余參數(shù)默認；設定完成所有的參數(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“工序導航器”中點擊“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”窗口中設定最小切削長度和每刀的切削深度等相關參數(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”的相關設定；對話框相關設置如圖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“工序導航器”中點擊“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)設置圖5.13非切削移動進刀設定圖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設計后，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總結總結通過這次的畢業(yè)設計，使我對機械設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；通過老師和同學的幫助，能夠熟練掌握和應用UG、Moldflow等相關軟件，這些對我未來的學習和工作都打下了堅實的基礎。本次畢業(yè)設計在以臺燈罩為主要目標的前提下對臺燈罩做如下設計：（1）臺燈罩結構進行設計；（2）塑件材料工藝性分析；（3）利用UG軟件對其產品進行注塑設計；（4）利用Moldflow分析軟件對模具相關參數(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)設計過程中存在的問題：在使用UG軟件進行模具設計時，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計方面出現(xiàn)差錯，不過在老師和同學的幫助下，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的轉化。參考文獻參考文獻[1]陳靜媛.模具行業(yè)設計制造技術現(xiàn)狀與趨勢[J].機械設計與制造,2007.[2]田勇峰.模具設計與制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].南方機械,2016,47(04):95-96.[3]何強.模具設計與制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內燃機與配件,2018(03):109-110.[4]崔玲.模具現(xiàn)狀及發(fā)展方向分析[J].中國設備工程,2017(01):126-127.[5]李敬.淺析微型注塑技術及其加工工藝[J].中小企業(yè)管理與科2018(01):178-179.[6]袁根華.基于CAE燈罩注塑模具設計與注塑工藝[J].塑料科學,2013.6.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