电动剃须刀前盖模具研究设计及其型腔仿真加工.doc

电动剃须刀前盖模具设计及其型腔仿真加工
目录
1 前言1
2总体方案论证3
3模具总体设计4
3.1 注塑件分析4
3.2 模具设计计算6
3.3 浇注系统设计8
3.4模架的设计10
3.5导向与定位系统11
3.6顶出系统设计11
3.7冷却系统设计13
4 型腔加工仿真16
4.1加工零件工艺审查16
4.2 毛坯的选择16
4.3 基准选择16
4.4 Master CAM 9.0仿真加工16
5.结论19
参考文献20
致谢21
附录22

1 前言
模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
a注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。
b加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。
c推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。
d重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
本课题是对电动剃须刀前盖制品进行测绘、模具设计、模具型腔仿真加工及数控编程。课题来源于生产实践。基于生产实践之上的对电动剃须刀制品的模具设计以及仿真加工。在设计过程中要解决该制品测绘、模具设计、在模具设计时对分型面的选择、浇口形式与位置的确定、型腔位置的安排、定模冷却水道的设置、工艺分析及数控编程及加工仿真等问题。该制品的几何尺寸进行测量后要进行合理的后处理。本模具设计采用侧浇口，并要避开制品点画线所示的高光量区域。为使流道平衡,应使各型腔距主流道距离均等。由于所成型的制品形状简单且几何尺寸较小,因此可采用冷却水道围绕型腔的冷却方式。模具方案设计完成后对型腔进行仿真加工及数控编程。据此方案可以达到设计的预期效果。并且大大提高了注塑模的质量和效率。

2总体方案论证
本课题的设计目的是对电动剃须刀上盖的三维造型及优化、塑料注射模具设计、模具型加工仿真及数控编程。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。测绘好后使用Pro/E进行三维造型。主要采用拉伸、除料等步骤造型。在三维造型之后可以通过Pro/E的“塑料顾问”进行模流分析，而后使用Pro/E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初步确定采用一模两腔。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％。接着进行模具设计。
先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等,浇注方式初步确定为侧浇口。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。
接着是模架的选择。注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者适用于模板尺寸为B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计初步决定采用龙记标准模架。
然后是导向和定位机构。注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。
接着是顶出系统的设计。注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。所以初步决定本设计使用简单的推杆脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。
最后是冷却系统。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模具总体设计
3.1 注塑件分析
3.1.1材料选择
通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,所以决定该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。
ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm³。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量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。
3.1.2结构设计
过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据。
由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度,决定脱模斜度取1°。
3.1.3塑件的尺寸精度及表面质量
尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件整体结构较简单。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5级
3.1.4塑件的测绘
塑件为电动剃须刀上盖，使用游标卡尺对塑件进行测绘。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93.5×45×8 mm.
3.1.5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/e3.0软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。
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 注塑机的选择
A.由公称注射量选定注射机
由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取）:
总体积V=6.375cm3;
总质量M=6.69g;
流道凝料V’=0.5V (流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；
实际注射量为:V=6.375*1.5=9.5625cm3;
实际注射质量为M=1.5M=6.69×1.5=10.035g；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 则由
0.8V≧ V（3—1）
得到V＝9.56/0.8＝11.95 cm
B.由锁模力选定注射机
FF=A·P （3—2）
式中： F注射机的锁模力（N）；
A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；
P型腔压力，取P=30MP ；
结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表3-1所示，查国产注射机主要技术参数表取XS—ZY—125,主要技术参数如下表:
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
3.2.2 型腔的确定
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：
a.塑件的尺寸精度；
b.模具制造成本；
c.注塑成型的生产效益；
d.模具制造难度。
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%
（3-3）
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=6.375cm3； 塑件质量=6.375X1.1=7 g ；
浇注系统体积=15.79 cm3 ；
=15.79×1.1≈17.89 g ；
经计算：N≤2
经计算型腔数确定为一模两腔。
3.3 浇注系统设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。
3.3.1定位圈尺寸校核
注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。
3.3.2浇口确定
ABS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。
3.3.3主流道
主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，
主要参数： 锥角=3°,
内表面粗糙度Ra=0.63,
小端直径D=d+(0.5~1)mm；半径R=R+(1~2)mm ,
材料T8A。
由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。