模具CADCAM课程设计说明书.docx
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模具CADCAM课程设计说明书
景德镇陶瓷学院
《模具CAD/CAM》课程设计
目录
1课程设计目的及设计任务………………………………………3
2原始数据及资料………………………………………………4
3完成零件造型………………………………………………8
4设计计算………………………………………………10
5设计步骤…………………………………………………16
6设计小结……………………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………………………22
1课程设计目的及设计任务
随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）在模具生产中已经得到了普遍的应用，给模具生产带来了深刻的变革。
如今，模具CAD/CAM已与现代模具生产紧密相联，可以说，没有模具CAD/CAM的应用和研究就没有现代模具生产。
在材料成型及控制工程专业中，开设了《模具CAD/CAM》课程。
《模具CAD/CAM》这门课是实践性很强的课程，我们学生只有通过认识和具体操作、使用模具相关的CAD/CAM软件，才能加深理解所学的知识，并达到真正掌握的目的。
为了配合《模具CAD/CAM》的教学，巩固模具CAD/CAM的知识，老师们安排了模具CAD/CAM课程设计，编写课程设计指导书，达到掌握模具CAD/CAM相应知识的目的。
1．1课程设计目的
本课程设计是完成了模具CAD/CAM课程之后，进行的下一个实践性教学环节，它一方面要求学生能根据零件图，来进行模具的计算、设计等，完成模具成形部分的设计，从而熟悉和掌握一般模具设计的基本方法和步骤，另一方面，通过具体的软件（Pro/ENGINEER）或UGNX，来熟悉和掌握计算机辅助设计的基本方法和设计步骤，为今后的毕业设计、今后从事模具CAD/CAM工作进行一次综合训练。
1．2课程设计任务
根据指导书提供的零件图及相关参数，用Pro/ENGINEER野火版或UGNX中文版来进行其注塑模具成形部分的设计（型腔、型芯等）。
浇注系统的类型及浇口位置的选择等都需要我们来设计。
通过课程设计实践，训练并提高学生在理论计算、结构设计、查阅设计资料和应用计算机辅助设计软件以及编写技术文件等方面的能力。
2原始数据及资料
原始资料CAD三视图
原始资料尺寸图
2．1塑件的工艺性分析
PP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0℃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（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是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150℃。
由于结晶度较高，这种材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。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
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。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收缩率相当高，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。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
2．2塑件的成型性能
（1）、塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
（a）取决于用户的使用要求。
（b）受制于塑件的流动性。
（c）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
塑件尺寸公差标准
（a）影响塑件尺寸精度的因素主要有：
塑料材料的收缩率及其波动。
（b）塑件结构的复杂程度。
（c）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
（d）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
（e）成型设备的控制精度等。
其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。
未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。
（2）、塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。
（3）、塑件结构分析
该塑件结构比较简单，利于模塑成型。
2．3塑件制品的工艺性
（1）注塑制品
PP树脂用在注塑制品中的比例可占一半左右，其中日用品以普通PP为原料，汽车配件以增强或增韧PP为原料，而其它用途则以高冲击强度和低脆化温度的共聚聚丙烯PPC原料为主。
汽车：
PP越来越成为汽车配件的主导材料，成为第一大汽车用塑料品种。
增韧PP用于保险杠和轮壳罩等，增强PP则用于仪表盘、方向盘、手柄、容器、蓄电池壳等。
日用品：
普通PP常用于注塑衣架、椅子、凳子、桶、盆、玩具、文具、办公用品、家具、铰链、周转箱等。
电器：
改性PP用于洗衣机桶、电视机外壳、电风扇叶、电冰箱内衬、小家电外壳等。
（2）薄膜制品
PP薄膜占PP用量的10%左右，其特点为透明性和表面光泽接近玻璃纸，但柔软性不好，手揉有强声；强度高，可用于重包装材料；透氧率仅为HDPE薄膜的30%，适用于塑料制品有限公司防潮包装材料，比如高级衣物、药品、香烟等的包装。
PP薄膜的耐热性能好，可进行煮沸消毒，用于冷冻和保鲜食品的包装。
PP薄膜的电绝缘性能好，经过热定型处理的定向薄膜可用于电容器、电机、变压器的绝缘材料，比PET薄膜还要好。
PP双向拉伸薄膜（BOPP）的强度、透明性、光泽度等都很好，可用于打字机带、粘胶带基膜、香烟包装膜等。
（3）纤维制品
PP纤维制品主要包括单丝、扁丝、纤维三类。
PP单丝的密度小、韧性好、耐磨性好，适用于生产绳索、渔网等。
PP扁丝拉伸强度高，适用于生产编织袋，用来替代传统的麻袋。
PP编织袋具有高强度，常用于化肥、水泥、粮食、食糖、矿物粉、化工原料的包装。
PP扁丝还可以生产编织布，用于帐篷、防雨布、彩条布等。
PP纤维则广泛用于地毯、毛毯、衣料、蚊帐、人造草坪、人造毛、尿布、滤布、无纺布和窗帘等。
（4）挤出制品
管材管件：
主要以PPC为原料，用于上水、排水、供暖、化工腐蚀性介质等；管材与管件间可用热熔法连接。
片材：
常以PP/PE共混物为原料，主要用于文具和吸塑制品，比如文件夹、名牌夹、影集、一次性水杯等。
另外，PP还可以用来挤出棒材、板材等制品。
（5）中空制品
PP中空制品的透明性和力学性能好，单层瓶主要用于洗涤剂、化妆品和药品的包装，与阻隔材料复合的复合瓶可用于食品、液体燃料、化学试剂的包装。
3完成零件的造型
根据零件的cad图形，用UG绘制出实体图：
启动UG，选择【标准】工具栏上的【开始】|【新建】|【建模】命令，在【名称】文本框中输入新建文件名称，在【路径】文本框中选择保存路径，单击确定按钮进入到建模工作区。
应用如下操作：
完成如下实体图：
Ug零件实体造型
实体造型的尺寸要求要严格按照CAD图纸的图形尺寸来限定。
要明确实体的外形构造对各个面的尺寸以及之间的相对关系（尺寸关系）要了如指掌以便后面对分型面的选择。
4设计计算
4.1分型面的设计
分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。
分型面的设计原则为：
（1）便于塑件脱模；
a在开模时尽量使塑件留在动模内b应有利于侧面分型和抽芯
c应合理安排塑件在型腔中的方位
（2）考虑和保证塑件的外观不遭损坏；
（3）尽力保证塑件尺寸的精度要求；
（4）有利于排气；
（5）尽量使模具加工方便；
（6）有利于嵌件的安装；
（7）有利于预防飞边和溢料的的产生；
（8）有利于模具结构的简化。
4.2型腔数目的确定
对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。
单型腔模具的优点是：
塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
缺点是：
塑件成型的生产率低、成本高。
单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是：
塑件成型的生产率高，成本低。
缺点是：
塑件精度低；工艺参数难以控制。
模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。
多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。
根据塑件的精度：
根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%。
确定型腔数目的方法：
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即
n
式中F——注射机额定锁模力（N）
P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）
A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）
大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模四腔。
型腔的布局
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：
4.3收缩率
前人已经为我们总结了常用的塑料常用收缩率，对于生产性的塑件，实际已经证明，这些数据已经能够应付实际的生产要求了。
即使对于精密塑件也给予了其它方面的补偿。
故而，对于实际的生产只要按照经验数据就可以满足生产要求了，表4-3表示了常用塑料的收缩率。
表4-3常用塑料的收缩率
塑料名称
聚乙烯
聚丙烯
聚氯乙烯
聚苯乙烯
聚碳酸脂
尼龙
ABS
聚甲醛
缩写
PE
PP
PVC
PS
PS
N6
ABS
POM
计算收缩率
1.5-3.6
1.0-2.5
0.6-1.5
0.6-0.8
0.5-0.8
0.8-2.5
0.3-0.8
1.2-3.0
4.4浇注系统设计
流道设计包括主流道、浇口的设计。
4.4.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。
由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。
在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。
为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有2°～4°的锥角，内壁有Ra0.8
以下的表面粗糙度，抛光时应沿轴向进行。
若沿圆周进行抛光，产生侧向凹凸面，使主流道凝料难以拔出。
同时浇口套与注塑机喷嘴接触平凡，为防止撞伤，应采取淬火处理使其具有较高的硬度（48HRC～52HRC）。
在直角式注塑机上使用的模具中，因主流道开设在分型面上，故不需要沿轴线方向拔出主流道内的凝料，主流道可以设计成等粗的圆柱形。
主流道的基本尺寸通常取决于两个双方面：
第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小。
其表如表4-1所示表示的是制品质量和壁厚的关系：
表4-1参考表
制品质量/g
D1/mm
R/mm
0～20
3
0.5
20～40
4
1
40～150
5
1
150～300
6
2
300～500
8
2
500～1500
10
2
第二个方面，注塑机喷嘴的几何参数与主浇道尺寸的关系如图4-2所示：
热塑性塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：
主流道始端值
球面凹坑半径
mm，半锥角a为
，尽可能缩短长度L（小于60mm为佳）。
图4-2浇口套与注塑机喷嘴关系
本套模具主流道设计要点是：
1.为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角
=3°，内壁粗糙度为Ra=0.63
，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。
2.主流道大端处是根据注塑机的喷嘴头来设计的，呈圆角，其半径R=21mm，以减小料流在转向时过渡的阻力。
3.为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注塑机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R=X+（2~5）mm，X=18mm，取R=21mm。
其主浇道小端直径d1=d2+（0.5~1）mm,取d1=4mm。
4.流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。
本套产品浇口套如图4-3：
图4-3浇口套示意图
4.4.2浇口的设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。
浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。
浇口的作用主要有以下几点：
1.熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注塑机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。
2.熔体在流经狭窄的浇口时产生的摩擦热，使熔体升温，有助于充模。
3.易于切除浇口尾料，二次加工方便。
4.对于多型腔模具，用以平衡进料；对于多浇口单型腔模具，用于控制熔接痕的位置。
浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03%～0.09%。
浇口截面积通常有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：
直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点：
1.浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。
2.浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。
3.浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。
4.浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。
当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。
5.浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。
6.浇口应设置在不影响制品外观的部位。
7.不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强度较差。
由于设计零件是表面要求较高的塑件，又加上模腔为4所以选择浇口形式为
点浇口。
5设计步骤
1、启动UG在目标文件夹下打开零件图，进入到工作区域。
2、创建一个基准平面作为零件图的分型面：
3、在基准平面上绘制上下模仁边界曲线，约束尺寸为距离实体边界15mm：
4、拉伸模仁边界曲线，绘制模仁：
5、设计收缩率为：
均匀：
1.005
6、拆分模仁，将模仁分为上下两部分（上模仁、下模仁）：
单击拆分体
按钮进行拆分：
7、对零件与上模仁进行求差操作，再根据零件的外形构造对为表达出的部分进
行分割求和操作达到目标：
7、通过上述操作得到创建的型腔：
8、通过上述操作得到创建的型芯：
9、得到模具图：
10、保存设计文件，完成模具设计操作。
6设计小结
经过一个礼拜的辛苦与汗水,我的课程设计终于圆满结束,在这一个礼拜里,我几乎每时每刻都在想着设计的事情,查找关于模具的有一些书籍与资料，在做完这份设计时，也算是对模具CAD/CAM课程学习的考察。
在做这个课题的时候，让我学到了UG，AUTOCAD,MicrosoftWord,等等一些应用软件和程序，PP是一种热塑性塑料，有很好的耐热性，还有它的无毒，无味。
这次课程设计让我学会了自己一人去独自查资料，看书籍，计算的能力，也锻炼我的设计方面的思考能力，以及对我的专业知识的一种考验，对于这次的设计，我很感谢！
在做课程设计的过程中，经常会遇到问题，有些问题自己解决不了，很是苦恼，就向同学和老师请教，他们总会很耐心的给以帮助。
老师在检查时，总是耐心地指出其中明显的不足，使我明白怎样去改正。
真的很感谢老师耐心的指导和同学热心的帮助。
感谢老师，每一次课他们都很认真地对待。
不管我将来是否从事本专业的工作，通过一系列的课程学习使我对模具设计有了理解，并且自己也能动手操作，进行模具设计。
我从中得到了很多也了解了很多。
众所周知技术是枯燥的，学习的过程是暗无天日的，所以我们学习的人必须要静下心来一步一个脚印，用心去学。
不能急于求成，否则那只能是缘木求鱼，成果可想而知。
参考文献
[1]田文彤.模具CAD/CAM.化学工业出版社.2010年10月
[2]李志国.UGNX6.0中文版基础教程.清华大学出版社.2009年5月
[3]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.机械工业出版社，2007年8月.
[4]展迪优..UGNX6.0模具设计教程.机械工业出版社.
[5]曹丽平、赵祝和.塑料模具设计步骤与实例精解.北京：
机械工业出版社，2010年.
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