摘要：本课题设计是对玩具汽车的模具设计和成型零件的加工仿真。设计过程中采用Pro/E Wildfire 2.0进行三维造型、分型面设计和模流分析，使用EMX 4.1模块进行模具整体设计，使用Master cam 9.0进行模具型腔仿真加工。
本模具依据厂方给定的注塑机型号和经济性确定型腔为一模四腔；考虑模具中的成型位置及精度等诸多种因素的影响，选取分型面在塑件的底面；为使塑件能够快速均匀冷却，冷却流道布置为环绕式；为使镶块结构不发生泄漏，使用负压冷却水系统；采用平衡式分流道、侧浇口，使型腔同时得到均匀的充填和成型；顶出机构是制品的脱模装置，依据塑件结构采用12根顶杆；由于塑件是薄壁结构可能出现注塑不完整，通过模流分析验证注塑流体可以充满型腔，符合设计要求。根据设计参数，使用EMX对模具整体设计。分析型腔的加工工艺，在Master cam 9.0中完成刀具路径设定，确定数控加工代码，通过仿真加工确定是否满足加工要求。
通过使用模具设计应用软件，使模具设计效率大大提高，完全符合设计要求。
本课题的设计目的是对玩具汽车上壳的三维造型及优化、塑料注射模具设计、模具型加工仿真及数控编程。其中：a. 制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向小于0.10； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于实物表面；d. 制品生产批量：5万；e. 制品其他要求：符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先对塑件进行测绘，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入EMX4.1进行整个模架的设计，最后进行仿真加工及数控编程。
首先是对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后使用Pro/E Wildfire2.0进行三维造型。主要采用拉伸、除料、抽壳等步骤造型。在三维造型之后可以通过Pro/E Wildfire2.0下的“塑料顾问”进行模流分析，通过计算可以验证塑料胶体能不能完全填充满型腔。而后使用Pro/E Wildfire2.0下的EMX4.1模块进行整个模架设计。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模四腔。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80％。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，本模具设计取6mm。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。在整个模架设计中所有的模架零部件都在EMX中根据自己计算的数据进行选取，所有零部件的三维造型都会在设计完成够自动生成，对以后的二维工程图的绘制提供依据。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Master CAM 9.0 中进行刀具路径设定完成仿真加工，而后输出数控程序。
3具体设计说明
3.1塑件三维造型
3.1.1塑件的测绘
塑件为玩具汽车上盖，使用游标卡尺对塑件进行测绘。我们最终设计制造的是这个玩具的模具，而我们所取的塑件是模具生产出来的大量塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，对一些结构进行优化，然后绘出零件的测绘草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。
量具：游标卡尺（0～300、0.02） 垂直卡尺等。
测绘时应该注意做到以下几点：
a. 测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；
b. 采用多次测量求平均值；
c. 正确地读取数据。
该塑件外形尺寸约为102.88×31.46×33.55 mm，制品投影面积约为13885.12mm2,体积约为 9.383 cm3。
3.1.2塑件三维造型
塑件测绘草图出来以后，应该根据塑件的测绘图，对塑件的进行三维造型。三维造型可以选用Pro/e Wildfire2.0软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。首先打开三维软件Pro/e Wildfire2.0，进入零件设计界面，然后在竖直面内画玩具汽车的中间截面的断面图，点击命令，向两边进行放样拉伸，接着在绘制好的曲面上进行除料继续使用命令，选择其中的去除材料命令，由于塑件玩具汽车的上盖的外壳所以还要进行薄壁处理。由于该塑件大都是曲面都是圆滑过渡所以在三维造型中要使用倒圆角命令。
三维造型如图3-1所示：
图3-1 塑件三维造型
3.2模具设计计算
3.2.1塑件材料性能分析
塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，脱模斜度取1°，ABS收缩率（0.3～0.8）%，取0.5% 。
成型性能：
a. 无定形料，流动性中等，比聚苯乙烯、AB差，但比聚碳酸脂，聚氯乙烯，溢边值为0.04mm左右
b. 吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件必须经长时间的预热干燥
c. 成型时宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≧250℃）。对精度较高的塑件，模温宜娶50～60℃；对光泽、耐热塑件，模温宜取60～80℃。注射压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180～230℃，注射压力为（1000～1400）×105Pa。
用螺杆式注塑机成型时，料温为160～220℃，注射压力为（700～1000）×105Pa。
塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。由于该塑件是作为普通的儿童玩具，要求其外表面光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形的美观。因此取一般精度等级为6级。
3.2.2型腔数的确定
型腔的数量是由厂方给定的注塑机型号XS—ZY—125来确定的 ，并且从塑件的尺寸精度考虑，由于该制品精度等级6所以型腔数控制在四腔之内，并且零件是汽车玩具上壳，体积小，大批量生产，从注塑经济效益出发来确定。
热塑性塑料注射机型号：XS—ZY—125
具体参数如下表：
表3-1 注塑机参数
型号 XS—ZY—125
螺杆（柱塞）直径／mm 42
注射容量/ cm3 125
注射压力/( 105Pa) 120
锁模力/(kN) 900
最大注射面积/ cm2 320
模具厚度 最大/mm 300
最小/mm 200
模板行程/mm 300
喷嘴 孔直径/mm 4
球半径/mm 12
定位孔直径/mm 100
注射时间s 1.6
动，定模固定板尺寸mm 428×458
以机床的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%
（3-1）
式中 N—型腔数；
S—注射机的注射量，g；
—浇注系统的质量，g；
—塑件质量，g；
塑件体积=9.383 cm3 ； 塑件质量=9.383×1.1≈10.3 g ；
浇注系统体积=15.79 cm3 ；
=15.79×1.1≈17.89 g ；
经计算：N≤4
因此型腔数确定为一模四腔。
额定锁模力：
选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%～70%；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达60～80MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为25～50MPa。
锁模力和成型面积的关系由下式确定：
（3-2）
式中 ：—锁模力，kN；
—型腔压力，一般取40～50 MPa ；
A —浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；
计算：×A/1000=50×13885.12÷1000=694.256 KN
=900KN
所以：≧×A/1000 公式成立
3.2.3 型腔壁厚计算
型腔和底是一体的，其壁厚h可按下式计算：
（3-3）
式中 t—侧壁厚度，mm ；
p—型腔压力，一般取50MPa ；
l—侧壁边长，l=102.88mm ；
E—弹性模量，钢取2.058,MPa
—允许变形量，cm (取0.05)；
h—承受塑料压力部分侧壁高度，h=25.44mm；
H—侧壁全高，H=33.55mm.
计算得：t≥23.44mm
3.3 浇注系统设计
3.3.1 浇口位置选择
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：
a. 尽量缩短流动距离；
b. 浇口应开设在塑件壁厚最大处；
c. 必须尽量减少熔接痕；
d. 应有利于型腔中气体排出；
e. 考虑分子定向影响；
f. 避免产生喷射和蠕动；
g. 浇口处避免弯曲和受冲击载荷；
h. 注意对外观质量的影响。
根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，确定每个型腔使用一个进浇点，浇口点在塑件分型面上，对塑件外观影响很小，人工切除浇注系统残料。
3.3.2 浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。
3.3.3 浇注系统设计计算
浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：
a. 塑料成形特性 设计浇注系统应适应所用塑料的成形特性的要求，以保证塑件质量。
b. 塑件大小及形状 根据塑件大小，形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成形。还应注意防止流料直接冲击塑件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及应充分估计可能产生的质量弊端和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。
c. 型腔数 设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统
目 录
1前言…1
2 总体方案论证…3
3具体设计说明…4
3.1塑件三维造型…4
3.1.1塑件测绘4
3.1.2塑件造型4
3.2模具设计计算…5
3.2.1塑件材料性能分析5
3.2.2型腔数的确定5
3.2.3型腔壁厚计算6
3.3浇注系统设计…7
3.3.1浇口位置选择7
3.3.2 浇注系统平衡7
3.3.3浇注系统设计计算7
3.4分型面设计9
3.5冷却系统设计…11
3.5.1设计计算11
3.5.2冷却流道结构设计12
3.6顶出系统设计…13
3.7模架设计…15
3.8模流分析…16
3.9型腔加工仿真…22
3.9.1加工零件工艺审查22
3.9.2 毛坯的选择22
3.9.3 基准选择…22
3.9.4 Master CAM 9.0仿真加工22
4结论24
参考文献…25
致谢…26
附录…27
模流分析
模具三维设计-
仿真加工
摘要-.doc
玩具汽车上盖模具设计及型腔加工仿真设...
设计说明书目录.doc
制品测绘图-邹宁一 2006.dwg
A4止位环-邹宁一 2006.dwg
A4支架-邹宁一 2006.dwg
A4推杆2-邹宁一 2006.dwg
A4推杆1-邹宁一 2006.dwg
A4浇口衬套-邹宁一 2006.dwg
A4复位杆-邹宁一 2006.dwg
A4动模固定板-邹宁一 2006.dwg
A4定位环-邹宁一 2006.dwg
A4导柱-邹宁一 2006.dwg
A4导套-邹宁一 2006.dwg
A4弹簧-邹宁一 2006.dwg
A3型芯-邹宁一 2006.dwg
A3型腔-邹宁一 2006.dwg
A3推板-邹宁一 2006.dwg
A3定模固定板-邹宁一 2006.dwg
A3定模板-邹宁一 2006.dwg
A2推杆固定板-邹宁一 2006.dwg
A2动模垫板-邹宁一 2006.dwg
A2动模板-邹宁一 2006.dwg
A0装配图-邹宁一 2006.dwg
