1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 手电钻左壳体注塑模具设计及数控仿真加工 所在学院 专业班级 械设计制造及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本次设计的课题是手电钻左壳体的注塑模具设计。手电钻属于日常生活用品，所以材料是当前应用较为广泛的热塑性塑料聚丙烯 。在设计中使用一模一腔的形式，可进行批量生产。 设计过程包括设计准备、塑件设计、模具设计、零件图的绘制和毕业设计论文的完成等五个环节。其中，塑件设计和模具设计是重要环节。 在整个模具设计过程中，涉及到了塑件的结构设计、注塑机的选择及注塑机的一些重要工艺参数的校核，并详细叙述了模具设计中的分型面设
2、计、浇注系统设计、顶出机构设计、冷却系统设计等。 在模具设计过程中主要运用了 Pro/ENGINEER 5.0 及其 EMX6.0 模块来完成整个设计工作，此外还利用了 AutoCAD2004 软件进行装配图及零件图的绘制。 同 时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、期刊等，结合教材上的知识对注塑模具有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。 关键词： 手电钻左壳体 ，注塑模具， Pro/ENGINEER 5.0 II Left hand drill shell mold design and NC machining simulation Abstr
3、act This design issue is the left hand drill shell mold design. The hand dril belongs to the daily life thing. Therefore, uses the material is current applies more widespread thermoplastic pp. In the design uses one-mold and one-cavity form in this case. Can be mass-produced. Design process includin
4、g design preparation, plastic part design, mold design, parts drawing and the completion of graduation thesis the five links. Among them, the plastic part design and mold design is an important part. In the mold design process, involving the structural design of plastic parts, the choice of injectio
5、n molding machine and injection molding machine check some important process parameters, and mold design described in detail in the sub-surface design, Gating system design, ejector mechanism design, cooling system design. Mainly in the mold design process using the Pro / ENGINEER 5.0 and EMX6.0 mod
6、ule to complete the design work. In addition, use of AutoCAD2004 Software Assembly drawing and parts Drawings. At the same time, in the design process, through access to vast amounts of data, manuals, periodicals, etc. , with materials on the knowledge of the injection mold of the structure system w
7、ith the understanding, broaden the horizons and enrich the knowledge, complete independence for the future die design has accumulated some experience. Keywords:Hand drill , Shell mold design, Pro/ENGINEER 5.0 III 目录 摘 要 . Abstract . 1 绪论 .1 1.1课题的来源与意义 .1 1.2国内外研究现状 .2 1.2.1注塑模具的历史 .2 1.2.2 注塑模具转变依靠
8、现代技术 .2 1.2.3 模具 CAD/CAM 系统专用化程度不断提高 .3 1.2.4塑性成型过程计算机模拟技术进步显著 .3 1.2.5当前发展情况及存在的问题 .3 1.3 塑料的组成、分类与特点 .4 1.3.1 塑料的组成 .4 1.3.2 塑料的分类 .4 1.3.3 塑料的特点 .4 1.4 塑料模具的种类 .4 1.5 塑料的成型方法 .4 1.6 注射成型工艺 .4 1.6.1 注射成型工艺原理 .4 1.6.2 注射成型工艺过程 .5 1.6.3 注射成型工艺参数 .5 1.7 Pro/ENGINEER 概述 .5 1.8 本次注塑模具设计的主要工作内容 .6 2 塑料注
9、射模具的设计和结构组 成 .7 2.1 塑料注射模具的设计步骤 .7 2.2 塑料注射模具的结构组成 .8 2.2.1 单分型面注射模的组成 .8 2.2.2 单分型面注射模的工作过程 .8 3 手电钻左外壳塑料件 .9 3.1 塑料件的结构和特点 .9 3.1.1 产品形状和参数 .10 3.1.2 模具结构和参数 .10 3.2 塑料件的材料 .10 3.2.1 聚丙烯（ PP）的性能和用途 .10 IV 3.3 手 电钻左外壳塑料件的参数 .12 3.3.1 塑件的质量和体积 .12 3.3.2 塑件的投影面积 .13 4 塑料注射机选用 .13 4.1 注射机的类型和组成结构 .13
10、4.2 注射机的选用原则 .13 4.3 注射机的选用 .14 4.4 注射机的参数校核 .14 5 塑料注射模具设计 .16 5.1 分型面的选择 .16 5.1.1 分型面原则与选择 .16 5.1.2 手电钻左外壳注塑模具在 Pro/ENGINEER 中的设计步骤 .16 5.2 定模仁和动模仁的设计 .22 5.2.1 动模仁的设计 .22 5.2.2 定模仁的设计 .22 5.3 浇注系统 .23 5.3.1 浇注系统的作用 .23 5.3.2 浇注系统的组成 .23 5.3.3 浇注系统的设计原则 .23 5.3.4 浇注系统设计 .24 5.4 推出机构 .28 5.4.1 推出
11、机构的作用与分类 .28 5.4.2 手电钻左外壳推出机构的组成 .28 5.4.3 手电钻左外壳推出机构的设计 .28 5.5 导向机构 .29 5.5.1.导向装置的组成和作用 .29 5.5.2 导向机构的设计 .29 5.6 冷却和排气系统设计 .29 5.6.1 冷却系统设计 .29 5.6.2 排气系统设计 .30 5.7 机架的选用 .31 5.7.1 选择标准模架型号 .31 5.7.2 确定模架的厚度 .31 5.8 模具的开模仿真 .31 6 数控仿真加 .33 V 6.1 Cimatron 软件概述 .33 6.2 Cimatron 仿真加工 .33 6.2.1 Cima
12、tron NC.33 6.2.2 割草机后堵盖注塑模具在 Cimatron 中的仿真加工过程 .33 6 总结 .38 参 考 文 献 .39 致 谢 .40 附录 .41 手电钻左壳体注塑模具设计及数控仿真加工 1 1 绪论 1.1 课题的来源与意义 随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长 的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备 模具的要求越来越苛刻 1。一方面企业为追求规模效益，
13、使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机技术、软件技术、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断 增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著 2。 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快，有些已达到或接近国际水平，尤其是 改革开放政策的不断深入，“三资”企业蓬勃发展，对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了非常大的作用。近年来塑料成型模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、精密、长寿命模具在模具总产量中所占比例
14、越来越大 3。 随着塑料应用领域日益扩大，在建筑、机械、汽车、仪器、家用电器上采用了许多大型注塑模具，如汽车壳体、保险杠、洗衣机桶、大周转箱等，这就相应地需要大型模具特别 是大型注塑模具。 塑料模具制造中最困难的部分莫过于型腔，特别是异形复杂型腔的切削加工，若按传统方式进行机械加工，十分费时费工，且难以保证质量。为缩短制模周期，提高模具精度，减少钳工等手工操作工作量，采用了各种坐标机床、仿形机体、光控机床和数控机床等。特别是近年来发展起来的计算机辅助制造 (CAM)使模具制造技术取得了突破性进展，它采用计算机程序，控制数字机床的刀具和工件运动轨迹和加工程序，来完成模具型腔的加工过程。采用注射模
15、 CAM后，模具的质量大大提高，而且成本降低 10一 30，加工周期缩短 20一 50 8。 数控技术起源于航空工业的需要， 20世纪 40年代后期，美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想， 1952年美国麻省理工学院研制出三坐标的数控铣床。 50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机的零件。 60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门，但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床，其中以切削手电钻左壳体注塑模具设计及数控仿真加工 2 机床为主。数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴
16、、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面 等。数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主，连续轨迹控制又称轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。以后又大力发展点位控制数控机床。点位控制是指刀具从某一点向另一点移动，只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何 4。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 注塑模具的历史 模具工业发展于 1943 年，葡萄牙马立尼亚。格兰特市（ Marinha Grande）一家小型玻璃模具厂股东阿尼巴尔（ AnbalH.Abrantes）萌发了生产注塑模具的构想。由于未能获得其他股东的支持，阿尼巴尔不得不出售自己拥有的 公司股份以筹集资金，并开始
17、专注于注塑模具的研发和制造。 2 年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，在马立尼亚。格兰特市和奥利维拉。德。阿泽麦伊斯市 (oliveiradeAzemis)（葡萄牙另一传统玻璃工业区）逐步出现其它注塑模具企业 2。 我国模具工业发展起步于 20 世纪 50 年代，起步较晚。 80 年代之后，注塑模具才真正的快速发展起来。 1.2.2 注塑模具转变依靠现代技术 随着模具企业设计和加工水平的提高， 注塑 模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术 3。这不仅是生产手段的转变，也是生产 方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越
18、短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。 在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了 CAE、 CAT、 PDM、 CAPP、 KBE、KBS、 RE、 CIMS、 ERP 等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识 4。 1.2.3 模具 CAD/CAM 系统专用化程度不断提高 随 着模具工业的飞速发展以及 CAD/CAM 技术的重要性被模具界所认可，针对各类模具的模具专用系统更加宜人化、集成化和智能化 5。例如手电钻左壳体注塑模具设计及数控仿真加
19、工 3 Cimatron 公司，其集成的 CAD/CAM 产品（ 5.1 版本）包括的软件功能十分齐全，能为模具行业的整个工作流程提供一个完整、全面的解决方案，该产品能在统一的系统环境下，使用统一的数据库，完成产品设计、生成实体模型、自动生成凸凹模、进行模具的结构设计并方便地对模具的工作部位进行数控加工6。又如英国的 Power SHAPE 软件中的 PS-Moldmaker 模块，可自动地产生 模具分模面、进行模具结构的设计，其加工信息被自动封装，可直接输出到 Power Mill 模块进行高速数控加工。法国 Missler software 公司在其三维实体造型系统中加入了用于注塑模和级进
20、模设计制造的软件 Top Mold 和 Top Progress。能方便地用于注塑模和冷冲级进模的三维设计和制造 7。 1.2.4 塑性成型过程计算机模拟技术进步显著 塑性成型过程计算机模拟技术内容十分广泛，主要涉及到塑料注射成型过程仿真和金属体积成型、板料成型过程仿真 8。塑料注射成型过程仿真属于机械、力学、材料和计 算机交叉的新兴学科，软件开发难度较大，虽然世界各国研究的单位很多，但最终能形成有影响的商品化系统为数不多，例如 Mold flow 公司的产品、我国台湾科盛科技股份公司的产品 Mddex 3D 和华中科技大学的产品 HSCAE 3D ，他们共同的特点是从中面流（二维）发展到双面
21、流（二维半）再发展到实体流（三维），由过去仅能分析薄壁件扩大到能分析壁厚不均匀的注塑件，由单纯的数值计算发展到数值计算与人工智能相结合的优化工具。 1.2.5 当前发展情况及存在的问题 由于我国模具行业起步比较晚，与国外相比，有一定的差距 ，主要表现在： 模具设计人员缺乏我国模具人才一直缺乏。模具人才的培养需要较大规模的硬件设备和高水平的师资力量。模具设备动辄上百万，投入大，回收慢，而且师资缺乏。更重要的是，学模具设计需要的时间很长，一般要 2 到 3 年的实践才可以成为一名合格的模具技术人员，而且模具制造环境脏且累，很少有年轻人选择学这个行当。今年模具设计人才由为紧缺，很多企业的人事经理对模
22、具设计人才和数控加工人才表现出极大的热情。他们表示，懂绘图软件，会看图纸，会使用 AUTOCAD 和 PRO/E 等绘制模具图纸和加工图纸，有一定经验的模具设计人才和 懂加工工艺，会使用 MAST-ERCAM 和 UG 编写套路，有一定经验的数控加工人才，是目前社会较缺乏，企业最急需的人才 10。目前模具设计及数控编程的毕业生在数控和其他方面很难满足社会的需要。但由于模具设计和数控加工培训设备投入资金大，要求教师实践经验丰富，因此专业培训机构很少。如今在广东，仅有为数不多的几家培训中心开设了模具设计和数控加工的课程，但是在专业内容的设置上还存在很大的缺陷。 手电钻左壳体注塑模具设计及数控仿真加
23、工 4 1.3 塑料的组成、分类与特点 1.3.1 塑料的组成 塑料是一种以合成树脂为主要成分，加入一定量的添加剂制成的高分子有机 化合物。在一定的温度、压力和时间条件下，塑料可以通过模具成型出具有一定形状和尺寸的制件，并且当外力解除后，在常温下仍能使形状保持不变。成型所用的模具称为塑料模，它是型腔模的一种。 1.3.2 塑料的分类 按照塑料合成树脂的分子结构和受热特性分类，可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。这种分类方法反应了高聚物的结构特点、物理特性、化学性能和成型特性。 按照塑料的性能和用途分，可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 1.3.3 塑料的特点 质量轻；比强度和比刚度高；化学稳
24、定性好；电绝缘性能好；耐磨和减磨性能好；消声 和吸震性能好。 1.4 塑料模具的种类 塑料模具的种类很多，比较常见的有注射模、压缩模、压注模和挤出模 3。 1.5 塑料的成型方法 成型是塑料制品生产过程中最重要的工序，塑料的种类很多，其成型方法也很多，主要有注射成型、挤出成型、压缩成型、压注成型、气动成型和泡沫成型等，其中前四种方法最为常用。热塑性塑料多采用注射和挤出方法成型。热固性塑料多采用压缩和压注成型，同时其注射成型工艺也有较大的发展。 1.6 注射成型工艺 注射成型又称注射模具，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法。除个别热塑性塑料外，几乎所有 的热塑性塑料都可用此方法成型。近年来，注射成型已成功地用来成型某些热固性塑料制件。 注射成型可成型各种形状的塑料制件，它的特点是成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的塑料制件，且生产效率高，易于实现自动化生产，所以广泛用于塑料制件的生产中，但注射成型的设备及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料制件生产。 1.6.1 注射成型工艺原理 注射成型的原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料筒
