1、河南机电高等专科学校毕业设计说明书1连接座三维造型及注塑模设计绪论模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。1. 模具行业发展现状及发展趋势1.1 国内模具发展现状及发展趋势随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。近年来，随着我国产品制造业蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展时期。据中国模具工业协会统计，1995 年我国模具工业总产值约为 145 亿，而 2003 年已达 450 亿左右，年均增长
2、 14%。另据统计，我国（不含台湾、香港、澳门地区）现有模具生产厂点已超过 20000 家，从业人员有 60 万人，模具年产值在一亿以上的企业已达十多家。可以预见，我国经济的高速发展将对模具提出更为大量、迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。同时要求模具设计、制造和生产周期要达到全新的水平。我国模具制造业面临着发展的机遇，但同时也面临着更大的挑战。虽然我国模具行业发展迅速，但还远远不能适应国民经济发展的需要。我国模具行业尚存在很大的不足，主要表现在以下几个方面:第一、体制不全，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企
3、改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。第二、开发能力较差，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达国家大多是 1520 万美元，有的高达 2530 万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。第三、工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别
4、是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四、专业化、标准化、商品化的程度低、协作差。由于长期以来受“大而全” “小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45%河南机电高等专科学校毕业设计说明书2左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆
5、盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。第五、模具材料及模具相关技术落后。模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速
6、经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。1.2 国外模具的现状和发展趋势在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随
7、着科学技术的发展，国外一些掌握和运用高新技术的人才。如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高。故人均产值也较高。我国模具标准件使用覆盖率只有 45%，而国外先进国家模具标准件使用覆盖率却已达 70%以上。综观模具行业发展现状，国外模具发展趋势主要表现在以下几个方面：理论研究的加强和模具的标准化；模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模技术；模具材料及表面处理技术发展迅速；模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。2. UG 及其在模具设计工程中的应用2.1 UG
8、软件及其功能特点2.1.1 UG 起源及发展Unigraphics（简称 UG）是世界著名的通用机械 CAD/CAM/CAE 一体化软件。它起源于美国麦道(MD)公司，1991 年 11 月并入美国通用汽车公司 EDS 分部。河南机电高等专科学校毕业设计说明书3如今 EDS 是全世界最大的信息技术(IT)服务公司，UG 由其独立子公司UnigraphicsSolutions 开发。UG 是一个集 CAD、CAE 和 CAM 于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。该软件可在 HP、Sun 、SGI 等工作站上运行，自称安装总数近 3 万台。U
9、G采用基于特征的实体造型，具有尺寸驱动编辑功能和统一的数据库，实现了CAD、CAE、CAM 之间无数据交换的自由切换，它具有很强的数控加工能力，可以进行 2 轴2.5 轴、3 轴5 轴联动的复杂曲面加工和镗铣。UG 还提供了二次开发工具 GRIP、UFUNG、ITK，允许用户扩展 UG 的功能。UG 自 90 年初进入中国市场，至今已装机 2000 台套左右。Unigraphics NX 是一种交互式的计算机辅助设计（CAD） ，计算机辅助分析（CAE）和计算机辅助制造（CAM）系统，它是 Unigraphics 系列软件的最新版本。Unigraphics NX 的出现，为 Unigraphi
10、cs 系列软件的推广开拓出更广阔的前景。目前，集世界一流的产品设计，工程分析及生产制造系统与一体的 Unigaphics 软件已广泛地应用于航天航空汽车机械及模具等各个领域。2.1.2 UG 功能特点在以往的产品设计中，我们主要采用了 AutoCAD 软件。由于其功能有限，三维建模有很大的局限性，产品的最终效果无法很好的体现，用户常常无法看到准确的三维造型，只有等样品开发出来以后再进行产品确认。如用户对外观式样不太满意，就需要反复修改模具，甚至有时需要废掉原有的模具，重新开模，再次进行样品生产确认。这样既耽误了产品开发周期，又增加了开发成本。而 UG软件的实体模型功能能够在设计阶段给用户提供产
11、品的实体模型用于确认，缩短了产品的确认周期，而且具有复合式建模工具，允许在需要的时候增加、删除、抑制、恢复、改变产品参数，使修改更加具有灵活性，因此，在产品及模具设计开发中起了很大的作用，使用非方便。UG 软件的线框造型模块提供了绘制基本图素点、直线、圆弧、曲线的操作指令和线的倒角、剪切、编辑、分割等功能，实体造型模块提供了各种基本几何元素块体、圆柱体、锥体和环体的操作和拉伸实体、旋转实体、缝合、钻孔、挖槽、凸台、抽壳、倒圆角、倒斜角、锥台以及布尔运算的实体相加、实体相减、实体相交等操作，曲面造型模块可以完成各种规则曲面、二次曲面及不规则曲面的生成，在曲面的具体实现上有直纹面、扫描曲面、边界曲
12、线控制、网格曲线控制、矩形点组控制、曲线拉伸、过渡曲面、延伸曲面、偏置曲面、曲面倒圆、曲面桥接等各种方法。这些命令在造型过程中使用方便，特别是在曲面造型及设计中起到了重要作用。总之，UG 是先进的 CAD/CAE/CAM 集成技术应用的大型软件，其功能强大操作灵活，在机械工程领域的应用越发广泛，尤其在模具设计制造方面，更是设计人员的得力助手，有效地提高了工作效率，减轻了劳动强度。在众多三维 CAD软件中，UG 以其强大的功能长期占据着业界的主导地位。2.2 UG 在注塑模具设计中的应用2.2.1 UG3.0/Mold Wizard 模块河南机电高等专科学校毕业设计说明书4UG3.0/Mold
13、Wizard 是针对注塑模具设计的一个过程应用，型腔和模架库的设计统一到整个连接过程中。UG3.0/Mold Wizard 为设计模具的型腔型心滑块提升装置和嵌件提升高级建模工具，最终目的是快速方便地建立与产品参数相关的三维实体模具，并将之用于加工。UG3.0/Mold Wizard 用全参数的方法自动处理在模具设计中耗时且难做的部分，并且产品参数的改变将会反馈回模具设计，UG3.0/Mold Wizard 会自动更新所有相关的模具部件。UG3.0/Mold Wizard 的模架库及其标准件库包含有参数化的模架装配结构和模具标准件，可用参数控制所选用的标准件在模具中的位置，UG3.0/Mold
14、 Wizard与如 UG3.0/Wave 和 Unigraphics 主模型的强大技术组合在一起设计模具。UG3.0/Mold Wizard 具备以下优点：过程自动化；易于使用；完全相关性。2.2.2 UG 三维技术在模具设计及改进中的应用 UG 是个基于特征化的，全参数化的辅助设计软件，采用 UG 软件技术，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。UG 不仅在机械设计制造中有重要应用，除此以外，它有许多特点非常适用于模具的设计及改造。 比如直接建模能够在已有特征上快速建模，有利于模具的结构改动，参数化设计能快速改动设计尺寸，可
15、避免繁琐的尺寸计算；几何关系联接能快速建立装配零件间的对应关系，使一些零件随关键零件的改动而改动，实现“牵一发，而动全身”的效果。精确的干涉检查，尺寸测量能让设计人员第一时间知道零件间的装配关系，了解设计的效果，避免实际装配中的干涉。UG 强大功能在模具快速改造中有着重要应用。3. 关于连接座注塑模具设计通过分析可知，该连接座产品结构简单，用于该产品生产的注塑模具结构亦不复杂。本设计中，遵循模具设计的一般步骤，利用 UG3.0 进行三维造型和注塑模具设计，重点体现了 UG3.0 中 Mold Wizard 模块在注塑模具设计中的应用。该连接座注塑模具设计的思路为：搜集整理有关资料，通过二维图对
16、零件进行结构和工艺分析，利用 UG NX3.0 对连接座零件进行三维造型，并导出二维图；分析塑件结构及工艺特点，大致确定模具设计方案，然后利用 UG NX3.0 的 Mold Wizard 模块进行注塑模具的设计；最后，对模具结构进行虚拟装配，并导出二维工程图。4. 本课题的意义、目的及应达到的要求本设计主要意义是在我们学习完模具设计与制造的所有专业课之后，总结以前我们所学的知识，使之成为一个系统的理论体系，以便于我们在以后的工作中河南机电高等专科学校毕业设计说明书5使用。同时也让我们对模具的设计与制造有了初步的了解，掌握了查阅资料和使用工具书以及手册的能力。本设计的目的是在我们毕业前夕，将通
17、过毕业实习和毕业设计的实践环节，对模具设计与制造知识进行全面的总结和应用，提高综合能力以及扩大模具领域的新知识。具体的要求是：1 系统总结，巩固三年来所学的基础课和专业课知识。2 运用所学的知识解决模具技术领域内的实际工程问题，以此进行综合知识的训练。3 通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。4 提高和运用与工程技术有关的人文科学，价值工程和技术经济的综合知识。河南机电高等专科学校毕业设计说明书6第 1 章 零件结构及工艺分析零件原始资料为：产品零件图如下图所示：河南机电高等专科学校毕业设计说明书7设计要求：1 材料：ABS；2 生产批量：
18、中等批量；3 未注公差取 MT5 级精度。此零件既有通孔又含侧孔，但这一类侧孔可直接在开模方向上成型，不需要侧抽芯，所以此套模具结构比较简单，成型零件的设计主要考虑型心的嵌入式处理，也不太复杂。根据零件的结构特点，拟定如下工艺方案进行比较分析。1.1 分型面的选择分析零件结构可知，分型面应设在零件最大截面处，塑料包紧大型心并留在动模一侧。1.2 型腔布局方案一：塑件中等尺寸，批量不大，采用一模一件可以降低模具成本。方案二：一模两件对称布置，生产效率较高，但模具尺寸偏大，制造成本较一模一件高。河南机电高等专科学校毕业设计说明书8方案三：一模四件对称布置，生产效率较高，但模具尺寸更大，制造成本较高
19、。通过以上三种方案的分析比较，根据经济合理的原则，选择方案一最合适。1.3 浇注系统设计方案一：采用侧浇口，从分型面进料，主流道过长，造成塑料的浪费，同时主流道偏离模具中心，造成压力中心偏移。方案二：采用轮辐式浇口，从塑件上端孔进料，加工简单，浇口容易去除，不影响塑件外观，模具结构简单。通过对以上两种设计方案的分析比较，采用第二种方案较好。1.4 推出机构设计关于该模具的推出机构设计有两种方案可供选择。方案一：推管推杆联合推出。推出平稳，但机构复杂，制造与装配成本上升。方案二：推件板推出。此零件相对深度大，塑件包紧型芯的力很大，为了平稳顶出，在分型面处用推件板推出，这样塑件不容易发生顶出变形。
20、通过以上分析比较，方案二较好，故选之。第 2 章 产品造型设计河南机电高等专科学校毕业设计说明书9此类零件虽然既含有通孔又含有侧孔，但零件整体结构并不复杂，根据任务书中所给零件二维图及相关尺寸要求，在保证满足使用要求的前提下，根据便于模具设计及生产制造的原则，产品造型过程如下：1、在 Windows 环境下，依次选择单击【开始】【程序】【NX3.0】【NX3.0】命令，进入 UG NX3.0 的操作界面。2、单击【新建】按钮，弹出【新部件文件】对话框，然后输入新文件名lianjiezuo，单位选择 【毫米】 ，单击【OK】按钮。3、在【应用程序】工具条中单击【建模】按钮，进入建模环境界面。4、
21、在【成型特征】工具条中单击【草图】按钮，进入二维草图绘制模块。5、在悬浮的工具条中选择 XC-ZC 面，单击【确定】按钮，进行二维草图绘图。6、绘出如下图所示的二维轮廓。7、完成二维轮廓绘制后，单击【完成草图】按钮，返回实体编辑状态。8、移动光标选择上步所绘制的轮廓呈高亮显示，然后在【成型特征】工具条中单击【回转体】按钮，通过旋转特征构建成实体，完成旋转特征后构建的实体如下图所示：河南机电高等专科学校毕业设计说明书109、在【成型特征】工具条中单击【草图】按钮，进入二维草图绘制模块。10、在悬浮的工具条中选择 XC-YC 面，单击【确定】按钮，三维绘图区转为二维绘图状态，绘制草图轮廓。11、完成轮廓绘制后，单击【完成草图】按钮，返回实体编辑状态。12、移动光标选择上步绘制的轮廓呈高亮显示，然后在【成型特征】工具条中单击【拉深】按钮，在对话框中输入距离 3，选择布尔运算并集，点击确定完成操作过程。
