1、 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 I 基于 CAD/CAM/CAPP 的灭火器盖注塑模具设计与制造工艺 摘要： 本文详细地阐述了灭火器外壳塑件注射模具的设计过程与制造工艺。设计了注射模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构，并对塑料材料性能进行了分析。根据塑件的产品数量要求，以及结构要求，该模具采用一模一腔。使用 UG 软件设计成型零件以及非标零件，即对模具进行分模、生成元件、装配、试模、开模等设计。除此之外，还包括模具型腔 CAD/CAM/CAPP部分，并利用先进软件将其加工部分直接生成 NC 文件。本文强调利用现代计算机辅助设计制造技术，运用了 NX8.5 等国
2、内外著名软件进行辅助设计。既保证了产品的质量，又缩短了产品更新的周期。同时可快捷的将三维图转化为二维工程图，直接指导生产。 关键词： 注射模；灭火器盖； CAD/CAM/CAPP 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 II Based on CAD/CAM/CAPP of fire extinguisher cover injection mold design and manufacturing process Abstract:This article in detail elaborates the fire extinguisher the shell of the injection
3、mould design process and manufacturing process. Design of the individual system of the injection mould, such as pouring system, guiding and positioning, side parting and core-pulling mechanism, and the plastic material performance is analyzed. According to the requirements of the plastic products, a
4、s well as structural requirements, the mould with one module and one cavity. Using UG software design of molding parts and non-standard parts, namely the mould parting, generation, components, assembly, test mode, open mould design. In addition, also including CAD/CAM/CAPP part of the mold cavity, a
5、nd use the advanced software to its processing part generate NC files directly. This article emphasizes the use of modern computer aided design and manufacturing technology, using the famous at home and abroad such as NX8.5 aided design software. Guarantee the quality of the products and shorten the
6、 cycle of product updates. At the same time, can quickly convert three-dimensional figure into two-dimensional engineering graphics, direct production directly. Key words:Injection mould, Fire extinguisher cover, CAD/CAM/CAPP 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 III 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 模具行业发展的现状 . 1 1.2 设计任务 . 2 第 2 章
7、 塑件的工艺分析 . 3 2.1 塑料材料分析 . 3 2.1.1 塑料材料的基本特性 . 3 2.1.2 塑件材料主要用途 . 3 2.1.3 成型工艺性分析 . 4 2.2 塑件的结构 . 4 2.2.1 灭火器盖塑件 . 4 2.2.2 结构特点分析 . 6 2.2.3 塑件尺寸精度及表面质量分析 . 6 第 3 章 塑件成型工艺与设备 . 7 3.1 注塑成型工艺因素 . 7 3.1.1 温度因素 . 7 3.1.2 压力因素 . 7 3.1.3 时间因素 . 8 3.2 注射机型号的确定 . 9 3.2.1 由公称注射量选择注射机 . 9 3.2.2 由锁模力选择注射机 . 9 第
8、4 章 注射模具设计 . 12 4.1 分型 面的设计 . 12 4.2 模架的选用 . 13 4.2.1 模具的基本类型 . 13 4.2.2 装配草图及模架的选择 . 13 4.3 模具主要参数 . 14 4.3.1 型腔数量 . 14 4.3.2 最大注射量 . 14 4.3.3 锁模力 . 14 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 IV 4.3.4 注射压力 . 15 4.3.5 安装尺寸 . 15 4.4 浇注系统的设计 . 16 4.4.1 浇注系统组成 . 16 4.4.2 影响浇注系统的因素 . 16 4.4.3 主流道的设计 . 17 4.4.4 分流道的设计 . 18 4.
9、4.5 浇口的设计 . 19 4.4.6 冷料穴的设计 . 19 4.5 注射模塑件成型零部件的设计 . 20 4.5.1 凹模设计 . 20 4.5.2 凸模设计 . 22 4.6 脱模机构的设计 . 23 4.6.1 脱模机构的选用原则 . 23 4.6.2 脱模机构类型的选择 . 23 4.7 注射模温度调节系统设计 . 23 4.8 冷却系统设计 . 23 4.9 侧向抽芯机构设计 . 24 4.9.1 抽芯力 计算 . 25 4.9.2 滑块机构设计 . 26 4.9.3 滑块定位装置设计 . 26 4.9.4 楔紧块设计 . 26 4.9.5 斜导柱抽芯机构的结构设计 . 26 4
10、.10 模具总装图 . 26 4.11 模具的装配过程 . 27 第 5 章 型芯制造工艺 . 29 5.1 型芯的作用 . 29 5.2 型芯工艺分析 . 29 5.3 确定毛坯制造形式 . 29 5.3.1 选择毛坯的原则 . 29 5.3.2 毛坯的热处理 . 30 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 V 5.4 基准面的选择 . 30 5.5 加工工艺规程 . 30 5.6 切削用量的选择 . 31 5.6.1 切削深度 t. 31 5.6.2 切削宽度 L . 31 5.6.3 切削线速度 Vc . 32 5.6.4 主轴转速 n. 32 5.6.5 进给速度 Vf . 32 5.7
11、 型 芯加工工工序卡 . 33 第 6 章 加工工艺仿真 . 35 6.1 凸模三维零件建模 . 35 6.2 加工界面 . 35 6.2.1 创建程序 . 35 6.2.2 创建刀具 . 36 6.2.3 刀具轨迹图 . 36 6.3 视频的录制 . 37 6.4 后处 理 . 38 总结 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 模具行业发展的现状 模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制
12、造业水平高低的重要标志。目前，塑料模具在整个模具行业中约占 30%左右。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多样性要求塑件设计的多品种、简单化，市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量，创新 、精密、简单、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。 当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000
13、 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台；到2010 年 ， 在建材行业 ， 塑料门窗的普及率为 30，塑料管的普及率将达到 50。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠 江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在 10 年内发展成为世界模具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业发展也非常快。相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一 。 中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长
14、的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片辉煌。 虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较 大的差距。例如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工设备还很少，一些大型、精密、简单、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。许多先进的技术如 CAD/CAE/CAM 技术的普及率还不高，我国塑料模具行业与其发展西南科技大学城市学院本科生毕业论文 2 需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在国外发达国家模具标准化程度为 7
15、0 80，而我国只有 30左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期 25 40，并可减少由于使用者自制模具件而 造成的工时浪费。现在应用模具 CAD CAM 技术设计模具已较为普遍，随着通用机械CAD/CAM 技术的发展，塑料注射模 CAD/CAM 已经不断的深化。从上世纪 60年代基于线框模型的 CAD 系统开始 ， 到 70 年代以曲面造型为核心的 CAD/CAM系统， 80 年代实体造型技术的成功应用， 90 年代基于特徵的参数化实体 /曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的 C
16、AD/CAE/CAM 系统。而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这样就 大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展 CAD CAM 技术、提高模具的精密度有重要意义。因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。 1.2 设计任务 通过对模具专业的学习，对整个模具设计流程有了初步了解，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知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特
17、 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。 因此在本次毕业设计中，我们最终需要完成的成果如下： 毕业设计论文一份； 模具非标件的三维数字化模型； 模具非标件的二维零件图； 模具装配图； 模具非标零件的工艺规程和工序卡片； 模具非标零件的数控加工代码； 模具非标零件的数控加工仿真文件与视频。 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 3 第 2 章 塑件的工艺分析 2.1 塑料材料分析 2.1.1 塑料材料的基本特性 常用的注塑塑料有 PP（聚丙烯）、 PE（ 聚乙烯 ） 、 ABS（丙烯、丁二烯、苯乙烯单体共聚而成）等， 本次材料选
18、用 PP， PP 塑料是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶的线性聚合物，具有优良的综合性能，未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。 PP 材料化学和物理特性是一种半结晶性材料。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度高于 0C 以上时非常脆，因此许多商业的 PP材料是加入 1 4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的 PP 材料有较低的热扭曲温度（ 100C）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的 抗冲击强度。 PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。 PP 的维卡软化温度为 150C。由于结晶度较高，这种材
19、料的表面刚度和抗划痕特性很好。 PP 不存在环境应力开裂问题。 PP 的流动率 MFR 范围在 1 40。低 MFR 的PP 材料抗冲击特性较好但延展强度较低。 由于结晶， PP 的收缩率较高，一般为 1.8 2.5%。并且收缩率的方向均匀性比 PE-HD 等材料要好得多。加入 30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到 0.7%。均聚物型和共聚物型的 PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化 碳）溶剂等没有抵抗力。 采用 PP 在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大； PP 易吸水，成型加工前应进行干燥处理； PP 易
20、产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。在要求塑件精度高时，模具温度可以控制在 50 60C，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 60 80C。 PP 材料具有超强的易加工性。 2.1.2 塑件材料主要用途 塑料材料在机械工业上用来制造塑料盖壳、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰 箱衬里等。还可用来制造水表壳，纺织器材，电西南科技大学城市学院本科生毕业论文 4 器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表
21、面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。 2.1.3 成型工艺性分析 由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。只有塑件高度不大、没 有特殊狭窄细小部位时，才可以不设计斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率、塑件的几何形状等因素有关。塑件外表面的脱模斜度为：40 120，塑件内表面的脱模斜度： 1 2。 考虑到本塑件的结构以及模具的侧抽芯结构，可以使开模后塑件留在动模侧，所以在考虑脱模斜度时，动
22、、定模的型芯脱模斜度单边 0. 5。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。流道和浇口 ： 对于冷流道，典型的流道直径范围是 4 7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流 道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是 1 1.5mm，但也可以使用小到 0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。 2.2 塑件的结构 2.2.1 灭火器盖塑件 设计任务要求用模具制作的产品塑件为灭火器盖塑件，本塑件材料采用 PP（聚丙烯），为大批量生产，其二维图及三维图，如图 2-1 和图 2-2 所示： 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 5 图 2-1 灭火器盖塑件二维图 图 2-2 灭火器盖塑件三维图
