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畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
鬧鐘后蓋注塑模的CAD/CAM
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：
設計原始資料：鬧鐘后蓋外形一個，FANUC-6M系統(tǒng)說明書；
設計技術要求：
1.設計并繪制注塑模裝配圖及型腔、型芯零件圖,符合塑件生產要求;
2.要求英文資料翻譯忠實原文；
3.利用三維CAD/CAM軟件對模具型面進行CAD造型及生成數控加工程序；
4.能夠進行刀具軌跡仿真模擬加工；
5.要求圖紙設計規(guī)范，符合制圖標準；
6.要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設計計算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內容及完成時間：
1.查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報告 3.1-3.10 2周
2.設計并繪制鬧鐘后蓋外形塑件圖 3.11-3.17 1周
3.設計并繪制模具型腔、型芯零件圖 3.18-4.18 4周
4.設計并繪制鬧鐘后蓋注塑模裝配圖 4.19-5.10 3周
5.熟練掌握三維CAD/CAM軟件的應用并進行曲面造型設計 5.11- 5.30 3周
6.利用三維CAD/CAM軟件生成模具型面數控加工程序 5.31-6.6 1周
7.編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 6.7－6.25 3周
8.畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 6.26－7.2 1周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1]嚴烈主編. Mastercam 8模具設計超級寶典. 北京:冶金工業(yè)出版社，2000.
[2]王衛(wèi)兵主編. Mastercam數控加工實例教程. 北京:清華大學出版社，2006.
[3]彭建聲主編. 模具技術問答. 北京:機械工業(yè)出版社，2003.
[4]伊啟中主編. 模具CAD/CAM . 北京:機械工業(yè)出版社，2001.
[5] John Lygers.Claire Tomlin.Shankarsastry Cemtrollers for reachability 7
specifications for bybidstystems.Automatic(1999)349-3
[6] Bress,?Thomas?J.;Dowling,?David?R. .Visualization?of?injection?molding.
Journal?of?Reinforced?Plastics?and?Composites?v?17?n?15?1998.?p?1374-1381
航空工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 班
學生（簽名）：
日期：自 年 3 月 1 日至 年 7 月 2日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
機械制造工程 系（室） 主任（簽名）：
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
學士學位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期：
學位論文版權使用授權書
本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
作者簽名： 日期：
導師簽名： 日期：
一、選題的依據及意義：
塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大意義
注塑模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用注塑模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。
本課題將以塑料產品中最簡單，日常生活中經常用到的塑料鬧鐘后蓋作為例子，從理論上了解注塑模的設計過程，并結合Mastercam軟件對模具型面進行模擬加工并生成數控加工程序，以便更好的掌握模具設計，加工的方法，為以后的工作奠定更好的基礎。
作為一名在校大學生，我能有這一機會接觸如何設計和制造模具，理應珍惜，并為此達到以下要求：
1） 能較好的培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練自己綜合運用機械和其他先修課程的基礎理論，并結合生產實際進行分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、深化和擴展自己有關機械設計方面的知識。
2）通過對模具設計過程的理解，樹立正確的設計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學的工程設計的能力。
3）在畢業(yè)設計的實踐中對自己進行設計基本技能的訓練，培養(yǎng)自己查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊及相關技術資料的能力以及計算、繪圖、數據處理、計算機輔助設計等方面的能力。
4）培養(yǎng)自己對一門模具設軟件的自學能力，并熟練掌握它。
二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：
一、各種模具的分類和占有量
模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。
（1）沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具總數的50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃瑳_孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。
（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。
模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。
二、我國模具技術的現狀及發(fā)展趨勢
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。
（4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。
三、國外注塑模的發(fā)展歷程
葡萄牙模具工業(yè)發(fā)展歷史1943年，位于葡馬立尼亞.格蘭特市（Marinha Grande）一家小型玻璃模具廠股東阿尼巴爾（AníbalH.Abrantes）萌發(fā)了生產注塑模具的構想。由于未能獲得其他股東的支持，阿尼巴爾不得不出售自己擁有的公司股份以籌集資金，并開始專注于注塑模具的研發(fā)和制造。2年后，他成功地制造了第一只注塑模具。此后，在馬立尼亞.格蘭特市和奧利維拉.德.阿澤麥伊斯市(oliveiradeAzeméis)（葡萄牙另一傳統(tǒng)玻璃工業(yè)區(qū)）逐步出現其它注塑模具企業(yè)。隨著國外先進技術的引進，葡模具工藝水平不斷提高，并于1955年首次實現模具出口，產品銷往英國。至1980年，葡模具產品已遠銷50多個國家，當時僅馬立尼亞.格蘭特市市就有54家模具企業(yè)，從業(yè)人數達2000人。（二）、葡萄牙模具企業(yè)發(fā)展現狀目前葡模具業(yè)共有企業(yè)300家，以中小企業(yè)為主，大部分集中在馬立尼亞.格蘭特和奧利維拉.德.阿澤麥伊斯兩市，總從業(yè)人口7500人。其中馬立尼亞.格蘭特市有模具企業(yè)190家（占全國模具企業(yè)的63%），從業(yè)人員5000人，奧利維拉.德.阿澤麥伊斯市有模具企業(yè)86家（占全國模具企業(yè)的29%），從業(yè)人數1600人。經過半個多世紀的發(fā)展，葡萄牙模具企業(yè)總結和積累了大量技術經驗。葡模具界普遍認為，模具工業(yè)整體水平的提高主要依賴于技術發(fā)展、合理生產和質量控制計劃、不斷更新設備和加強專業(yè)技術投資等因素。目前，葡模具企業(yè)本著工藝競爭和整體質量至上的經營理念，率先大量使用高精度數控設備，并在模具設計過程中普遍使用CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。葡模具企業(yè)利潤直接再投資平均比例高達18%，在包括美國、英國、韓國、日本和法國在內的國際模具工業(yè)及專用工具協(xié)會（ISTMA）成員國中居于首位。憑借先進的信息技術支持，葡模具界內部已實現了模具項目設計及生產數據快速交換，并進一步加強了客戶同生產企業(yè)間的交流與溝通。隨著技術的發(fā)展與日臻完善，葡模具企業(yè)專業(yè)化程度不斷提高，不少企業(yè)已逐步向模胚、拋光、大型模具或高精度模具等特定專業(yè)領域發(fā)展。
三、研究內容及實驗方案：
本課題主要是塑料成型的工藝設計及制造，也就是注塑模的工藝設計方案分析及確定工藝計算，模具結構設計計算等內容。主要是為了提高生產效率，因此在設計時要力求結構簡單，但是一定要保證其精度要求。
先對塑件進行結構分析，確定型腔的布局，從各方面考慮其結構布局。
1. 分析鬧鐘后蓋塑件以及塑件成型工藝和過程。
2. 設計鬧鐘后蓋塑件圖，利用注塑成型原理對鬧鐘后蓋塑件進行成型分析，并設計和繪制注塑模模具裝配圖及型腔、型芯等部分零件圖。
3. 利用Mastercam軟件對模具型腔、型芯進行三維曲面造型與數控仿真加工，同時生成數控加工程序。
4. 設計過程可利用計算機模擬加工檢驗。
四、目標、主要特色及工作進度
1．目標
設計并繪制注塑模裝配圖及模腔、模芯零件圖并用Mastercam軟件對模具進行CAD造型及生成數控加工程序,系統(tǒng)的把大學里的專業(yè)知識復習應用到實際設計和生產中去，提高自己的動手能力和創(chuàng)新能力，掌握造型軟件，鍛煉自己的自主能力和查閱資料的能力,以此提高自己的綜合素質來適應社會發(fā)展的需求。
2．主要特色
⑴模具通用簡單、制造成本較低。
⑵注射成型工藝可由機床按照一定程序完成，便于實現自動化,
生產效率高，適于大批大量生產。
⑶注射一般可一次成形，減少了制品再加工程序。
⑷注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射，節(jié)約材料。
⑸操作易于掌握，不需要等級較高的技術操作。
3．工作進度
[1] 查閱資料，英文資料翻譯（6000字符），撰寫開題報告
（2周）2月26日～3月6日 [2] 設計并繪制塑料鬧鐘后蓋塑件圖 （1周）3月7日～3月14日
[3] 設計并繪制模具型腔、型芯零件圖 （4周）3月14日～4月10日
[4] 設計并繪制塑料鬧鐘后蓋注塑模裝配圖 （2周）4月11日～4月24日
[5] 熟練掌握三維軟件的應用并進行曲面造型設計 （3周）4月25日～5月15日
[6] 利用Mastercam軟件生成模具型面數控加工程序 （1.5周）5月16日～5月26日
[7] 編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 （1.5周）5月27日～6月7日
[8] 畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 （2周）6月8日～ 6月19日
五、參考文獻
[1]. Knights,?Mikell.Injection?molding. Plastics?Technology?v?50?n?9?September?2004.?p?58-66
[2]. Hallum,?Diane?L. Fundamentals?of?injection?molding Manufacturing?Engineering?v?118?n?6?Jun?1997.?p?68,?70-72
[3]. 何啟中. 模具CAD/CAM .北京：機械工業(yè)出版社，2001.8
[4]. 黎漢明. 數控編程—Mastercam8.0實用教程.北京：人民郵電出版社，2000
[5]. 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設計.北京：機械工業(yè)出版社，2000.2
[6]. 嚴烈主編. Mastercam 8模具設計制造.北京: 冶金工業(yè)出版社，2004
[7]. 陳劍鶴. 模具設計基礎.北京：機械工業(yè)出版社，2003.2
[8]. 胡如夫. MastercamV9.0中文版教程.北京：人民郵電出版社，2004.8
[9]. 嚴烈主編. Mastercam 8模具設計超級寶典.北京: 冶金工業(yè)出版社，2000
[10]. 嚴烈. Mastercam 9應用基礎教程.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.9
[11]. 陳志剛. 塑料模具設計.北京：機械工業(yè)出版社，2002.1
[12]. 楊占堯. 塑料注塑模結構與設計.北京：清華大學出版社，2004.9
[13]. 孫江宏. Mastercam CAD/CAM實用教程.北京：科學出版社，2002.3
[14]. 彭建聲. 模具技術問答. 機械工業(yè)出版社，2003
[15]. 伊啟中. 模具CAD/CAM. 機械工業(yè)出版社，2001
鬧 鐘 后 蓋 注 塑 模 的 CAD/CAM
摘要：復合材料廣泛應用的今天，合成塑料仍是基礎的工業(yè)原材料。注射、擠出、壓制，壓鑄和氣壓成型仍是塑料制品的主要成形方式。隨著現代工業(yè)藝術水平的提高塑料制品的結構越來越復雜，這使得注塑成型技術得到了更加廣泛的應用。顯然模具的設計也隨之提到了重要的地位。隨著現代設計中的CAD/CAM技術的普及這使得計算機仿真模擬設計在注塑模具的設計研發(fā)中起到了愈來愈關鍵的作用。
注射模具的基本組成是：定模機構，動模機構，澆注系統(tǒng)，導向裝置，頂出機構，芯機構，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。
本文采用CAD/CAM技術利用Unigraphics軟件實現注塑模具CAD／CAM的方法和途徑并以鬧鐘后蓋的設計為例，分析了鬧鐘后蓋零件的結構及工藝性，確定該塑件的注塑成型方案并進行了注射模設計方面的相關計算并通過計算機的仿真模擬實現塑件復雜結構體和注塑模具相關機構初步的設計。利用autocad對注塑模具的零部件進行的相關尺寸和表面精度的深入設計。最后利用mastercam將二者的設計轉換成可實現的數控加工程序進行仿真模擬成型加工。
關鍵詞：注塑成型 CAD／CAM UG
指導老師簽名：
CAD/CAM about the back of the alarm injection mold
Abstract：The plasticsToday widely used composite materials, synthetic plastic is still the basis of industrial raw materials. Injection, extrusion, die casting and pressure molding of plastic products is still the main way of forming. With the art of raising the level of modern industrial structure more complex plastic products, which makes injection molding technology has been more widely used. Obviously mold design also will mention the important role. With modern design in the CAD / CAM technology, which makes computer simulation of universal design in injection mold design and development played a more crucial role.
The basic composition of injection molds: the fixed mold body, the dynamic model agencies, casting systems, guiding device, top the body, core body cooling and heating equipment, exhaust system.
In this paper, CAD / CAM technology uses Unigraphics software injection mold CAD / CAM methods and means and to clock back cover design, for example, analysis of the alarm clock back cover parts of the structure and process, determine the injection molded plastic parts program and were related to injection mold design, calculation and computer simulation to achieve through the plastic injection mold complex structure and the preliminary design of relevant institutions.Using autocad on the injection mold parts for the relevant size and surface accuracy of the detail design. Finally, mastercam designed to convert between the two enables the simulation of NC machining process simulation of forming process．
Keywords：Injection Mold CAD/CAM UG
Signature of advisor:
目 錄
1 引言 (1)
1.1 課題的理論依據和現實意義 (1)
1.2 注塑模的設計特點和設計過程簡介 (1)
1.2.1基本要求和注意事項 (2)
1.2.2注塑模設計程序 (2)
1.2.2.1接受任務書 (3)
1.2.2.2調研、消化原始材料 (3)
1.2.2.3選擇成型設備 (3)
1.2.2.4擬定模具結構方案 (3)
1.2.2.5方案的討論和論證 (4)
1.2.2.6繪制模具裝配圖 (4)
1.2.2.7繪制零件圖 (5)
1.2.2.8編寫設計說明書 (6)
1.4 注塑模具CAD技術發(fā)展過程 (7)
1.5 注塑模具CAD技術的應用 (8)
1.6 國內外注塑模具CAD技術研究現狀 (10)
2 塑件注塑成型的工藝分析 (12)
2.1 塑件成型工藝分析 (12)
2.2 鬧鐘后蓋原料（ABS）的成型特性與工藝參數 (13)
3 注射機型號的確定 (14)
3.1選擇注射機型號 (14)
3.2 模架的選定 (14)
3.3 最大注射壓力的校核 (16)
4. 塑件工作尺寸的計算 (18)
4.1 型腔的徑向尺寸計算 (18)
4.2 型芯尺寸的計算 (20)
4.3 模具型腔壁厚的計算 (22)
5 澆注系統(tǒng)的設計 (23)
5.1 主流道設計 (23)
5.2 冷料井設計 (24)
5.3 分流道設計 (24)
5.4 澆口選擇 (25)
6 分型面的選擇與排氣系統(tǒng)的設計 (27)
6.1 分型面的選擇 (27)
6.2 排氣糟的設計 (28)
7 合模導向機構的設計 (28)
8 脫模機構的設計 (29)
9 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 (30)
9.1 模具冷卻系統(tǒng)的設計 (31)
9.2 模具加熱系統(tǒng)的設計 (31)
10 模具的裝配 (31)
10.1 模具的裝配順序 (32)
10.2 開模過程分析 (33)
11 三維造型及數控仿真加工 (33)
11.1 UG軟件在模具制造中的應用特點 (33)
11.2 零件造型簡介 (34)
11.3 確定型腔布置及型芯和型腔的建立 (38)
11.4 分型面的選擇 (38)
12 型芯的數控仿真加工 (43)
12.1 零件的分析 (43)
12.2 零件鋼材的選用 (44)
12.3 加工方案 (44)
12.4 加工型芯的具體操作 (48)
12.4.1 粗加工CAV_ROU1 (48)
12.4.2 半精CAV_0.1 (51)
12.4.3 FIXED_FIN1 (53)
12.4.4 平面精加工PM_FINISH (56)
12.4.5 鉆孔加工 (58)
13 型腔的數控仿真加工 (60)
13.1 加工方案 (60)
13.2 加工型腔的具體操作 (63)
13.2.1 粗加工CAV_ROU1 (63)
13.2.2 鉆孔加工 (65)
13.2.3 平面精加工PM_FINISH (66)
13.2.4 FIXED_FIN1 (68)
13.2.5 清根加工FLOW (70)
結 論 (72)
參考文獻 (73)
致 謝 (74)
75
1引言
1.1課題的理論依據和現實意義
合成材料是當今時代的主題，尤其是合成塑料，塑料是具有很多優(yōu)良的性能的材料與此同時也有別于其他材料的特點，近些年來它在航空、航天等特殊領域得到了廣泛的采用。作為塑料制造裝備業(yè)的基礎產業(yè)——塑料模具的設計與制造業(yè)也得到空前的發(fā)展機遇，尤其是塑料成型加工中的重要單元——塑料注射模具，由于它易成型形狀復雜的制品并且有較高的成型效率，又可實現生產的高度自動化，從而得到飛速迅猛的發(fā)展，在我國隨著現代工業(yè)化水平的提高塑料成型也隨著時代的不同特色越來越鮮明，精密程度和復雜程度也越來越高，技術水平較以往有了顯著的飛躍，先進的設計理念不斷的推出，新的設計結構層出不窮，逐步縮小和發(fā)達國家之間的距離。
隨著科學技術的飛速發(fā)展，各種產品的更新?lián)Q代速度也隨之提高，而產品的更新是以新穎的造型設計和愈加精密的模具設計、制造為基礎的。模具的設計是模具更新的基礎，模具設計工作與產品的更新信息相關。傳統(tǒng)的手工設計模式已經不能很好地適應時代的需要，計算機輔助設計與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標。UGS公司研制針對塑料注塑模設計的Mold?Wizard軟件模塊而在眾多輔助設計制造軟件中，Unigraphics 軟件是當今世界較先進、面向制造業(yè)的綜合軟件。
該軟件的功能覆蓋了整個產品的開發(fā)過程，即覆蓋了從概念設計、功能工程、工程分析、加工制造到產品發(fā)布的全過程，在模具、航空、汽車、機械、電器電子等各工業(yè)領域的應用非常廣泛。UG軟件在產品造型、注塑模設計和沖壓級進模設計中的應用，將體現該軟件在產品造型和模具設計中的強大功能，展現它的靈活性和工程設計嚴謹性的特點和優(yōu)點。
1.2注塑模的設計特點和設計過程簡介
熱塑性塑料注射模的特點是由塑料原材料的特性所決定的，最主要的有兩點：一是注射時塑料熔體的充模流動特性，二是模腔內塑料冷卻固化時的收縮行為，這兩點決定了注塑模的特殊性和設計難度。由于塑料熔體屬于粘彈體，熔體流動過程粘度隨剪切應力、剪切速率而變化，流動過程中大分子沿流動方向產生定向；模腔充滿后熔體被部分壓縮；冷卻固化過程中塑料的收縮非常復雜，模腔內各部位、各方向塑料收縮率不同，不同種類、牌號的塑料收縮率有很大差異，同一牌號的樹脂或塑料在加工時配方不同其充模流動特性及收縮率也不同?；谏鲜鎏攸c，設計注塑模時首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使設計的模具合理適用，并可在設計中有效利用塑料特性，如點澆口模具用于塑料絞鏈制品。
1.2.1 基本要求與注意事項
合理地選擇模具結構：根據塑件的圖紙及技術要求，研究和選擇適當的成型方法與設備，結合工廠的機械加工能力，提出模具結構方案，充分征求有關方面的意見，進行分析討論，以使設計出的模具結構合理，質量可靠，操作方便。必要時可根據模具設計和加工的需要，提出修改塑件圖紙的要求，但需征得用戶同意后方可實施。正確地確定模具成型零件的尺寸：成型零件是確定制件形狀、尺寸和表面質量的直接因素，關系甚大，需特別注意。計算成型零件尺寸時，一般可采用平均收縮率法。對精度較高并需控制修模余量，可按公差帶法計算，對于大型精密制件，最好能用類比法，實測塑件幾何形狀在不同方向上的收縮率進行計算。
設計的模具應當制造方便：設計模具時，盡量做到使設計的模具制造容易，造價便宜。特別那些比較復雜的成型零件，必須考慮是采用一般的機械加工方法加工還是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎樣進行組裝，類似問題在設計模具時均應考慮和解決，同時還應考慮到試模以后的修模，要留有足夠的修模余量。
充分考慮塑件設計特色，盡量減少后加工，盡量用模具成型出符合塑件設計特點的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，減少澆口、溢邊的尺寸，避免不必要的后加工。但應將模具設計與制造的可行性與經濟性綜合考慮，防止片面性。
設計的模具應當效率高、安全可靠：這一要求涉及到模具設計的許多方面，如澆注系統(tǒng)需充模和閉?？?，模具零件應是耐磨耐用類零件，應對其材料溫調系統(tǒng)效果好，脫模機構靈活可靠，自動化程度高等。
模具零件的耐用度影響整個模具的使用壽命，為此還應考慮如何但需注意零件壽命與模具相適應。
模具結構要適應塑料的成型特性：在設計模具時并盡量滿足要求，同樣是獲得優(yōu)質制件的重要措施。
1.2.2 注塑模設計程序[2]
注塑模具是一個專業(yè)性很強的學科，對理論和實踐要求都很強，其設計過程一般可分為一下步驟。
1.2.2.1 接受任務書
“模具設計任務書”通常由模具設計人員以“模具設計任務書”為依據進行模具設計。包括：
① 、經過審簽的正規(guī)塑料制件圖紙，并注明所用塑料的牌號與要求（如色澤、透明度等）
② 、塑料制件的說明書或技術要求；
③、 成型方法；
④、 生產數量；
⑤ 、塑料制件樣品；
1.2.2.2 調研、消化原始資料
收集整理有關制件設計、成型工藝、成型設備、機械加工、特種工藝等有關資料，以備設計模具時使用。
1.2.2.3 選擇成型設備
模具與設備必須配套使用。因為多數情況下都是根據成型設備的種類來進行模具設為此，在設汁模具之前，首先要選擇好成型設備，這就需要了解各種成型設備的規(guī)格、性能與特點。
以注塑機來說，如注射容量、鎖模壓力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出方式與即離、噴嘴直徑與噴嘴球面半徑、定位孔尺寸、模具最大與最小厚度、模板行程竿，都將影響到模具的結構尺寸與成型能力。同時還應初估模具外形尺寸，判斷模具能否在所選的注射機上安裝與使用。
1.2.2.4 擬定模具結構方案
理想的模具結構應能充分發(fā)揮成型設備的能力（如合理的型腔數目和自動化水平等），在絕對可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝技術要求（如塑件的幾何形狀、尺寸精度、表面光潔度等）和生產經濟要求（成本低、效率高、使用壽命長、節(jié)省勞動力等），由于影響因素很多，可先從以下幾方面做起：
( l ）塑件成型 按塑件形狀結構合理確定其成型位置，因成型位置在很大程度上影響模具結構的復雜性；
( 2 ）型腔布置 根據塑件的形狀大小、結構特點、尺寸精度、批量大小以及模具制造的難易、成本高低等確定型腔的數量與排列方式；
( 3 ）選擇分型面 分型面的位置要有利于模具加工、排氣、脫氣、脫模、塑件的表面質量及工藝操作等；
( 4 ）確定澆注系統(tǒng) 包括主流道、分流道、冷料穴（冷料井），澆口的形狀、大小和位置，排氣方法、排氣槽的位置與尺寸大小等；
( 5 ）選擇脫模方式 考慮開模、分型的方法與順序，拉料桿、推桿、推管、推板等脫模零件的組合方式，合模導向與復位機構的設置以及側向分型氣抽芯機構的選擇與設計；
( 6 ）模溫調節(jié) 模溫的測量方法，冷卻水孔道的形狀、尺寸與位置，特別是與模腔壁間的距離及位置關系；
( 7 ）確定主要零件的結構與尺寸 考慮成型與安裝的需要及制造與裝配的可能，根據所選材料，通過理論計算或經驗數據，確定型腔、型芯、導柱、導套、推桿、滑塊等主要零件的結構與尺寸以及安裝、固定、定位、導向等方法；（支承與聯(lián)接如何將模具的各個組成部分通過支承塊、模板、銷釘、螺釘等支承與連接零件，按照使用與設計要求組合成一體，獲得模具的總體結構。
結構方案的擬定，是設計工作的基本環(huán)節(jié)。它既是設計者的構思過程，也是設計對象的胚胎，設計者應將其結果用簡圖和文字加以描繪與記錄，作為方案設計的依據。
1.2.2.5 方案的討論與論證
擬定初步方案時，應廣開思路，隨后廣泛征求意見，進行分析論證與權衡，選出最合埋的方案。
1.2.2.6 繪制模具裝配圖
裝配圖盡量采用1: 1 的比例畫出，但允許放大或縮小。要做到視圖選擇合理，先從模腔開始，由里向外，一般采用3-4個視圖。主要內容有：
① 型腔與型芯的結構；
② 澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的結構形式；
③ 分型面及分型脫模機構；
④ 合模導向與復位機構；
⑤ 冷卻或加熱系統(tǒng)的結構形式與部位；
⑥ 安裝、支承、連接、定位等零件的結構、數量及安裝位置；
⑦ 確定裝配圖的圖紙幅面、繪圖比例、視圖數量布置及方式。
繪制模具裝配圖時應注意做到以下幾點：
① 認真、細致、干凈、整潔地將修改已就的結構草圖，
② 將原草圖中不細不全的部分在正式圖上補細補全；
③ 標注技術要求和使用說明，包括某些系統(tǒng)的性能要求按標準畫在正式圖紙上（如頂出機構、側抽芯機構等），裝配工藝要求確定的尺寸要求等）,（如裝配后分型面的貼合間隙的大小、上下面的平行度、需由裝配使用與裝拆注意事項以及檢驗、試模、維修等）。
④ 全面檢查，糾正設計或繪圖過程中可能出現的差錯與遺漏。
1.2.2.7 繪制零件圖
繪制零件圖時應注意做到以下幾點：
① 凡需自制的零件都應畫出單獨的零件圖
② 圖形盡可能按1 正確，布置得當；
③ 統(tǒng)一考慮尺寸形位公差、表面粗糙度的標準方法與位置，避免擁擠與十可將用得最多的一種粗糙度以“其余”’的形式標于圖紙右上角；
④ 零件圖的編號應與裝配圖中的序號一致；
⑤ 標注技木要求，填寫標題欄；
1.2.2.8 編寫設計說明書
編寫設計說明書有以下內容：
① 目錄；
② 設計題目或設計任務書；
③ 塑件分析（含塑件圖）；
④ 塑料材料的成型特性與工藝參數；
⑤ 設備的選擇：設備的型號、主要參數及有關參數的校核；
⑥ 澆注系統(tǒng)的設計：塑件成型位置，分型面的選擇，主流道、分流道、澆口、排氣槽的形式、部位與尺寸以及流長比的校核等；
⑦ 成型零部件的設計與計算：型腔、型芯的結構設計、尺寸計算、強度校核等；
⑧ 脫模機構的設計：脫模力的計算，拉料機構、頂出機構、復位機構等的結構形、安裝定位、尺寸配合以及某些構件所需的強度、剛度或穩(wěn)定性校核；
⑨ 側抽芯機構的設計：抽拔距與抽拔力的計算，抽芯機構的形式、結構、尺寸以及必要的驗算；
⑩ 脫螺紋機構的設計：脫模方式的選擇，止轉方法、驅動裝置、傳動系統(tǒng)、補償機構等的設計與計算；
設計小結：體會、建議等；
參考資料：資料編號、名稱、作者、出版年月。
在編寫過程中要注意：文字簡明通順，繕寫整齊清晰，計算正確完整，并要畫出與設計計算有關的結構簡圖。計算部分只要求列出公式、代人數據，求出結果即可，運算過程可以省略。寫好后校對，最后裝訂成冊。
1.3注塑模具CAD設計的發(fā)展背景
傳統(tǒng)的注塑模具設計依靠設計人員的經驗進行，模具設計加工以后往往需要經過反復的調試和修改才能正式投入生產，發(fā)現問題后，不僅要重新調整工藝參數，甚至要修改塑料制品和模具的設計。這種設計方式制約了新產品的開發(fā)，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對塑料制品質量要求越來越高，且產品更新快，價格越來越低，市場競爭激烈，在這種情況下，對模具的要求是交貨期短、質量好、價格低。顯然，傳統(tǒng)的人工設計、手工設計生產方式己不能適應現代化工業(yè)發(fā)展的要求，為了在市場經濟的殘酷競爭中取勝，跟上產品更新的速度，模具制造業(yè)必須采用新技術、新工藝來解決傳統(tǒng)技術中存在的問題。
常用塑料如PC, PE, PS, ABS等在20世紀40年代問世以來，雖然注射模的歷史不過幾十年的時間，但發(fā)展速度卻異常迅速。如1985年美國塑料消耗量以體積計算己經超過鋼、銅、鋁的總和，美國和日本的塑料模具專業(yè)廠均己超過一萬家。塑料工業(yè)對模具的迫切需求促使注射模CAD技術迅速發(fā)展，而近幾十年塑料流變學、幾何造型技術、NC加工以及計算機技術的突飛猛進又為注射模CAD系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了條件。
始于20世紀60年代，英國、美國、加拿大等國的學者如J.R.Pearson(英國)、J.F.Stevenson(美國)、M.R.Kamal(加拿大)、K.K.Wang(美國)等開展了一系列有關塑料熔體在模具型腔內流動與冷卻的基礎研究。在合理的簡化基礎上，20世紀60年代完成了一維流動與冷卻分析程序，20世紀70年代完成了二維分析程序，20世紀80年代開展三維流動與冷卻分析并把研究擴展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預測等領域。進入20世紀90年代后開展了流動、保壓、冷卻、應力分析的注塑工藝全過程的集成化研究。這些卓有成效的研究成果為開發(fā)適用型的注射模分析軟件奠定了基礎。
在幾何造型方面，基于線框模型的CAD系統(tǒng)率先由飛機和汽車制造公司開發(fā)并使用。例如美國Lockheed飛機公司于1965年研制的CADAM系統(tǒng)、美國McDonnell Douglas飛機公司于1966年研制的CADD系統(tǒng)、美國General Motor汽車公司的AD2000系統(tǒng)等。進入20世紀70年代，曲面造型技術發(fā)展很快，Coons曲面、Bezier曲面和B樣條曲面相繼問世，出現了一批以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)。如英國的DUCT系統(tǒng)，美國的CAMAX系統(tǒng)等。曲面造型系統(tǒng)比較適用于具有復雜型腔表面的注射模。20世紀80年代實體造型技術發(fā)展迅速，如美國斯坦福大學的Geomod系統(tǒng)、羅徹斯特大學的PADL系統(tǒng)、日本北海道大學的TIPS系統(tǒng)、英國劍橋大學的BULID系統(tǒng)等，它們?yōu)閷嶓w造型軟件的開發(fā)做了奠基性工作。
正是由于近20年來上述領域的卓有成效的工作，注塑模CAD技術才會得到日新月異的進步。
1.4注塑模具CAD設計的發(fā)展過程
注射模設計CAD技術的發(fā)展主要經歷了三個階段。
(1)人工設計階段
這一階段一直持續(xù)到CAD技術的發(fā)展初期，當時的注射模設計純粹依靠設計人員的經驗、技巧和現有的設計資料，從塑件的工藝計算到注射模的設計制圖，全靠手工操作完成，設計效率較為低下。同時，由于設計過程純粹依賴于設計人員的經驗和技巧，缺乏系統(tǒng)的理論指導，所以模具和塑件的質量難以保障。
(2)通用CAD系統(tǒng)設計階段
20世紀70年代，以手工為主的注射模設計己跟不上塑料工業(yè)高速發(fā)展的形勢，于是人們開始嘗試使用當時比較成熟的通用CAD系統(tǒng)進行注射模設計。這個時期的主要特征是三維幾何造型技術的應用。在幾何造型方面分別采用了三維線框模型、曲面模型和實體模型技術。這些技術的應用，實現了設計計算和圖樣繪制的自動化，縮短了設計時間。但是，這只是將設計人員從手工繪圖中解放了出來，起到的只是輔助繪圖的功能，沒有完全體現其輔助設計功能。
到了20世紀80年代，隨著UG- 11, Pro/E等優(yōu)秀通用集成軟件系統(tǒng)的問世，注射模CAD技術也蓬勃發(fā)展起來。這個時期CAD系統(tǒng)的主要特征就是參數化設計方法的應用。參數化設計以一種全新的思維方式來進行產品的創(chuàng)建和修改。它用約束來表達產品幾何模型，定義一組參數來控制設計結果，從而能夠通過調整參數來修改設計模型。這樣，設計人員在設計時，無需再為保持約束條件而操心，可以真正按照自己的意愿動態(tài)地、創(chuàng)造性地進行新產品設計。
參數化設計方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲了設計的整個過程，設計人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設計出一組形狀相似而不是單一的產品模型。參數化設計是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內容，新的設計系統(tǒng)都增加了參數化設計功能。參數化設計技術以其強有力的草圖設計、尺寸驅動修改圖形的功能，成為初始設計、產品建模及修改、系列化設計、多種方案比較和動態(tài)設計的有效手段。參數化設計技術的應用，很大程度上提高了注射模設計質量和效率，提高了注射模設計的水平。但是參數化設計只適用于單一的零件設計，當進行部件或復雜結構設計時，修改參數就很容易引起結構干涉。
在通用的CAD軟件上加載了各種標準零件庫，如螺栓、螺母等，對提高設計效率也起到了重要的作用。
(3)專用注射模CAD系統(tǒng)注射模設計階段
采用通用CAD系統(tǒng)進行注射模設計，雖然在很大程度上提高了模具設計的質量和效率。但是，一方面由于通用CAD系統(tǒng)在一定意義上說還只是一種幾何建模工具，注塑模設計效率的提高僅在于三維效果的增強、繪圖及建檔速度的加快等實現手段上，注塑模設計經驗的加入還主要依賴于人工干預，每一次設計的設計過程與手工實現基本一樣，設計效率沒有從根本上得到提高。另一方面，作為通用的CAD系統(tǒng)，在開發(fā)之初都是作為通用機械設計工具來構思的，因此在使用這些通用CAD軟件設計注射模時，仍會感到效率低下、操作煩瑣、功能短缺。為此，近年來發(fā)展的趨勢是開發(fā)自動化和智能化程度較高的注射模CAD技術。
1.5注塑模具設計中CAD的應用
以計算機為專用注塑模設計分析軟件為主具設計模具。軟件可直接調用數據庫中模架型式尺寸、金屬材料數據、塑料材料及加工參數，通過幾何造型及圖形變換可得到模板及模腔與型芯形狀尺寸，迅速完成注塑模設計。利用軟件分析功能對設計的模具進行充模、保壓、冷卻分析模擬，脫模后塑件內溫度分布、應力分布、收縮、翹曲變形預測及充模時缺陷預測，依據分析模擬結果對設計的模具進行修改并反復模擬，待模具確定后，由繪圖機輸出模具裝配圖及零件圖，由打印機輸出設計參數及模擬結果。一般零件可直接交加工，型芯、型腔可由計算機NC 模式傳給數控機床加工。模具CAD 技術是模具傳統(tǒng)設計方式的革命，大大提高了設計效率，尤其是系列化或類似塑件注塑模的設計效率提高更為顯著。由于目前有關軟件技術水平的局限及人們對塑料有關加工性能的認識尚未完全明了過程中仍需人工輸人大量參數，并由設計者判斷結果的正確性與可靠性程度，取決于設計者對塑料原材料及其加工特性的認識水平與實踐經驗。
1.6國內外注塑模具CAD技術研究現狀
近幾年來國外先進工業(yè)國家對模具CAD技術的開發(fā)非常重視，在CAD開發(fā)上投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造成為適合模具行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)，并將其應用于模具的設計與制造中。目前國際上流行的模具CAD軟件如下:
Unigraphics NX是美國EDS公司開發(fā)的面向制造業(yè)的CAD系統(tǒng)。UG NX有強大的建模工具和分析模塊，被廣泛地應用于航空、航天、汽車、機械、模具、工業(yè)設計等行業(yè)。UG/Mold Wizard是UG系列軟件中一個獨立的應用模塊，也是應用于注塑模具設計的專業(yè)應用模塊。它應用知識嵌入的基本理念，按照注塑模具設計過程的一般順序來模擬模具設計的整個過程，在此過程中，它只需根據一個產品的三維實體造型建立一套與產品浩型參數想過的三維實體模具。它不但能自動設計一般的模具，還能結合應用UG軟件的其它應用模塊來拓展其功能，設計出復雜程度較高的模具[3]。此外，UG還提供了UG/Die Engineering Wizard(沖壓模工程向導)、UG/Progressive Die Wizard(多工位級進模向導)等專用模具CAD工具。
Pro/Engineer系統(tǒng)是美國PTC (Parametric Technology Corporation)公司推出的三維CAD軟件，為滿足模具行業(yè)需求，Pro/E提供了一系列模具設計模塊:Pro/Casting(鍛造模具設計)、Pro/Mold Design(注塑模、壓鑄模、鍛模設計)，Pro/Dieface(沖壓模設計)、EMXA模架專家?guī)?Expert Mold Base Extension)，Mold Filling Simulation Option (注塑模具流動分析功能包)等。Pro/Mold Design模塊用于設計模具部件和模板組裝，能自動生成模具型腔幾何體，并可通過修改造型幾何體的方法補償產品的收縮。為滿足模具設計與制造解決方案，Pro/E提供了模架專家?guī)霦MXA，該模塊能將使用者對模具設計的專業(yè)知識和整個設計流程整合在一起，將模芯拆模及模座設計兩大部分完整的結合在一起，使設計者可以通過簡單的操作界面完成模架的相關設定[4]0
CATIA是法國達索飛機公司(Dassault System)在其開發(fā)的系統(tǒng)設計應用軟件的基礎上，與美國IBM公司合作研究發(fā)展，共同支持和銷售的CAD/CAE/CAM一體化軟件。
新的V5版本界面更加友好，功能也日趨完善，開創(chuàng)了CAD軟件的一種全新風格。CATIA也提供了模具輔助設計模塊(Mold and Die Machining Assistant):MTl(模具設計產品)，它支持包括凸凹模固定板定義、組件實例化、注射和冷卻特征定義等模具設計的所有工作。用戶界面以標準目錄庫訪問功能為基礎，通過對組件及其關聯(lián)孔的混合實例化，支持模具零件和裝配的自動配置。這些預定義的組件可以使用諸如DME, DME-AMERICA, EOC, FUTABA等系列標注模架庫，以快速、經濟地創(chuàng)建模具。Solid Works軟件是美國Solid Works公司在總結和繼承大型機械CAD軟件的基礎上，在Windows環(huán)境下實現的第一個機械CAD軟件，是面向產品級的機械設計工具。
Solid Works Mold base模塊是Solid Works是提供標注模架庫，它是該軟件最新模具，提供了標準模具目錄并完全與Solid Works其它工具集成。除了完整的裝配以外，Mold base還提供大量的組件，例如:削釘、頂桿、AB板、螺栓、定位環(huán)、軸襯等。
我國塑料模具工業(yè)從起步到現在，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產大型模具、多型腔小模數齒輪模具，還能生產厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等。注塑模型制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，淬火鋼模達50～1000萬次。
成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得進展。氣體輔助注射成型技術的使用趨成熟。
在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平得到提高，引進了大量的CAD/CAM系統(tǒng)，如UG NX、Pro/E和CATIA V5等軟件。但與發(fā)達國家相比，中國模具工業(yè)存在較大差距，特別在大型、精密、復雜、長壽命模具技術上。
國內模具行業(yè)一般分為10大類、46小類。按模具總量排名，中國緊隨日本、美國其后，位居世界第三。
1.7注塑模具加工成型中CAM現狀
在模具制造業(yè)中數控加工是生產過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，尤其在模具生產幾何外形復雜、精度要求較高的產品。在客戶委托加工的產品中，這些產品的幾何形狀復雜，若分別利用單一性加工機械，己遠遠達不到產品的精度要求及正確幾何尺寸。隨著計算機的普及，自動化己經逐漸成為各個行業(yè)的發(fā)展方向，對模具制造行業(yè)來說，要求會越來越高。
目前比較成熟的CAM系統(tǒng)主要以兩種形式實現CAD/CAM系統(tǒng)集成:一體化的CAD/CAM系統(tǒng)(如:UGII, Euclid. Pro/ENGINEER等)和相對獨立的CAM系統(tǒng)(如:Mastercam } Surfcam等)。前者以內部統(tǒng)一的數據格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產品幾何模型，而后者主要通過中性文件從其他CAD系統(tǒng)獲取產品幾何模型。然而，無論是哪種形式的CAM系統(tǒng)，都由五個模塊組成，即交互工藝參數輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。
CAM系統(tǒng)以直接或間接(通過中性文件)的方式從CAD系統(tǒng)獲取產品的幾何數據模型。CAM系統(tǒng)以三維幾何模型中的點、線、面或實體為驅動對象，生成加工刀具軌跡，并以刀具定位文件的形式經后置處理，以NC代碼的形式提供給CNC機床。
UG作為參數化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實現了產品零件從概念設計到制造全過程的一體化，提供了以參數化特征實體造型為基礎、部件間的關聯(lián)設計、共享數據庫和專家系統(tǒng)知識等技術;是集產品設計、分析和制造一體化的CAD/CAM軟件平臺，它使產品在CAD/CAM各單元系統(tǒng)之間實現了數據的自動傳遞與無縫轉換和集成，在CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數據庫基礎上同步更新。同時它保證產品、模具設計、產品及模具的數控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數據自動更新，避免了重復產品設計建模和NC數控編程的工作，實現了CAD/CAM/CAE數據的全相關性設計。本文就是用UG軟件在計算機上完成手機上蓋模具設計和凸模的模擬加工，而后生成相應數控機床系統(tǒng)NC加工程序代碼，為最后的數控加工提供一切可靠的準備。
2 塑件注塑成型的工藝分析
2.1成型塑件的工藝分析
如圖2.1所示：
圖2.1 鬧鐘后蓋
該塑件外形類似殼類零件，要求外表美觀無斑點無熔接痕，表面粗糙度可?。襛1.6,而塑件的內部沒有較高的精度要求．所以型腔的設計與制造需要有精密的定位措施和良好的加工工藝，以保證其達到精度要求．
2.2 鬧鐘后蓋（ABS）的成型特性與工藝參數
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）可認為是改性聚苯乙烯。
性能：綜合性能較好、沖擊韌、力學強度高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性、電性能良好：易于成型和機械加工，與有機玻璃的熔接性良好，可作雙色成型塑件，且表面可鍍絡等裝飾性顏色。
用途：適于制作一般機械零件、各類殼體、汽車配件、日用品、管材及文具等。
2.2.1 ABS塑料主要的性能指標：
密度 (Kg.dm-3) 1.02～1.16
收縮率 % 0.4～0.7
熔 點 ℃ 130～160
熱變形溫度 ℃ 65～98
彎曲強度 Mpa 80
拉伸強度 MPa 50
拉伸彈性模量 GPa 1.8×103
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強度 Mpa 18~39
缺口沖擊強度 kJ/㎡ 11~20
硬 度 HR R62~86
體積電阻系數 Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-1 15
介電常數 60Hz3.7
2.2.2 脫模斜度
塑件的壁厚一般在1~6mm范圍內。最常用的數值為2~3mm
塑件材料
最小壁厚
小型塑件推薦厚度
中性塑件推薦厚度
大型塑件推薦厚度
改性聚苯乙烯
0.75
1.25
1.6
3.2~5.4
該塑件的壁厚定為2 mm
脫模斜度的大小主要取決于塑件的收縮率,塑件的形狀、壁厚及塑件的部位等因素。查表可知PA的脫模斜度：型芯為35′～1o，型腔為40′～1o2′。
脫模斜度的選擇原則:
① 當塑件有特殊要求或精度要求較高時，應選取小的脫模斜度。
② 高度不大的塑件也可以不要脫模斜度。
③ 收縮率大的塑件應取大的脫模斜度。
④ 塑件形狀復雜、不易脫模的，應取大的脫模斜度。
⑤ 塑件上的凸起或加強筋單邊應有4°～5°的斜度。
⑥ 側壁帶皮革花紋的應有4°～6°。
而該塑件不高且外壁精度要求相當高，所以脫模斜度應選小斜度。ABS的流動性很好，又加了10%石墨有利于脫模，所以綜上，塑件外壁不設脫模斜度，這樣有利于尺寸精度的保證。而內表面取小的斜度25′。
2.2.3 塑件的體積和質量
該產品材料為ABS，查書本得知其密度為1.02-1.10g/cm3，計算其平均密度為1.06 g/cm3，收縮率為0.2-0.7，平均收縮率為0.55﹪。
使用UG軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形澆道凝料和塑件的體積。
因此估算塑件體積：V塑≈14.485cm3
塑件質量: m塑＝ρV塑＝1.06×14.485≈15.354g
3 注射機型號的確定
注射機型號的初步確定，主要是根據塑件的體積、質量以及數量來確定的，據以上可知，塑件的體積在上面已計算過。
采用一模一腔，按預選型腔數來選擇注射機。
模具所需塑料熔體注射量：m＝nm塑+m2或
V＝nV塑+V2
n—初步選定的型腔數
m/V—一副模具所需塑料的質量或體積
m2/ V2—澆注系統(tǒng)的質量或體積
首先m2/ V2是未知數，據經驗可知，流動性好的塑料澆注系統(tǒng)凝料的質量或體積為塑件的15%～20%，而流動性不好的塑料則是塑件的20%～100%。ABS為流動性好的塑料，我們設計時一般按塑件的0.6倍計算，所以m＝1.6nm塑或V＝1.6nV塑
由此可知，模具注射一次的注射熔料為
V＝1.6nV塑＝1.6×14.485＝23.176cm3
m＝1.6nm塑＝1.6×15.354＝24.5664 g
3.1選擇注射機型號
注射機的最大注射量G≥（G≥）（m/V為一次注射所需的熔體質量或體積）
α為注射系數，無定型塑料為0.85，結晶型塑料為0.75。
ABS為結晶型塑料，取0.75。
所以注射機最大注射量G≥==30.91cm3≈30.91㎝3
根據塑料制品的體積或質量，查書可選定注塑機型號為SZ-40/25.
注塑機的參數如下：
注塑機最大注塑量：40cm3
注塑壓力：200/Mpa
注塑速率：50(g/s)
塑化能力：20(Kg/h)
鎖模力：2500KN
注塑機拉行間距：250×250mm
頂出行程：55mm
最小模厚：130mm
最大模厚：220mm
模板行程：230mm
注塑機定位孔直徑：55 mm
噴嘴球半徑：SR10
3.2 模架的選定
根據塑件選定模架為：S2030—B—I—35—35—70。見圖3.2：
圖3.2 塑件的模架
3.3 最大注射壓力的校核
鬧鐘后蓋的原料為ABS，所需注射為60-100MPa，而所選注射機壓力為200 MPa，所以注射壓力符合要求。
3.3.1最大注塑量的校核
注塑機的最大注塑量應大于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好是注塑機的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機最大注塑量應滿足：
0.8 V機 ≥ V塑＋V澆
式中 V機 ————注塑機的最大注塑量，40cm3
V塑————塑件的體積，該產品V塑＝18cm3
V澆————澆注系統(tǒng)體積，該產品V澆＝2cm3
故 V機≥（18+4）cm3
3.3.2鎖模力校核
F鎖﹥pA
式中 p————熔融型料在型腔內的壓力，該產品
A————塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經計算A=4641 mm3
F鎖————注塑機的額定鎖模力。
故 F鎖＞pA=200Mpa×4641 mm3
選定的注塑機的壓力為2500KN，滿足要求。
3.3.3 模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核
A 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適
模具長×模具寬<拉桿面積
B模具閉合高度校核
Hmin————注塑機允許最小模厚=130mm
Hmax————注塑機允許最大模厚=220mm
H——————模具閉合高度=180mm
故滿足Hmax＞H＞Hmin。
3.3.4開模行程校核
注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機），故注塑機的開模行程應滿足下式：
S機————注塑機最大開模行程，230mm;
H1———頂出距離，16mm；
H2————包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度，52mm;
S機－(H模－Hmin)＞H1＋H2＋(5～10)
因為本模具的澆注系統(tǒng)和塑件的特殊關系，澆注系統(tǒng)和塑件的高度就已經包括了頂出距離。
故：
230－(180－130)＞62＋(5～10)
滿足條件
4.塑件工作尺寸的計算
所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。由于鬧鐘后蓋須與前蓋配合，所以只有鬧鐘后蓋的邊緣的榫才起著配合決定性的作用，還有鬧鐘后蓋與電池蓋的配合，故需要計算相對于榫和鉸鏈的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸則直接按產品尺寸確定。因 ABS的成型收縮率為0.4～0.7%,所以平均收縮率取S=0.5%
4.1型腔的徑向尺寸計算（此題公差為自己標注）
現設制品的名義尺寸LS是最大尺寸，其公差按規(guī)定為負值“-Δ”； 凹模的名義尺寸LM是最小尺寸，其公差按規(guī)定為正值“+δZ”現由公式可得：
式中 ——型腔的最小基本尺寸；
——塑件的最大基本尺寸；
S——塑料的平均收縮率，
——塑件的公差；
——模具制造公差，本設計按IT6級公差選取
表4-1 標準公差數值（GB/T 1800.3-1993）
基本尺寸
≤3
>3-6
>6-10
>10-18
>18-30
>30-50
>50-80
>80-120
IT9
25
30
36
43
52
62
74
87
表4-2 塑料制件尺寸公差(SJ1372)
公稱尺寸
約3
3-6
6-10
10-14
14-18
18-24
24-30
30-40
40-50
50-65
65-80
80-100
公差數值（5）
0.16
0.18
0.20
0.22
0.26
0.28
0.32
0.36
0.40
0.46
0.52
0.60
（一）、計算 Ls=81mm .
=
=mm
注：未注公差尺寸，建議采用本標準8級精度《塑料注塑模具設計技巧與實例》32頁。80～100 5級精度的塑料制件尺寸公差0.6 本材料為ABS 低精度為5級。按IT9級公差選取
(2) 、 Ls=5.5mm .經計算得：
LM =
= 5.3925
(三)、 Ls=10mm . 經計算得：
LM =
=9.9
(4) 、 Ls=7mm . 經計算得：
LM=
=6.9
(5) 、 Ls=2mm . 經計算得：
LM=
=1.89
(6) 、 Ls=3mm . 經計算得：
LM=
=2.895
(7) 、 Ls=4mm . 經計算得：
LM=
=3.885
(8) 、 Ls=6mm . 經計算得：
LM=
=5.895
(9) 、 Ls=8mm . 經計算得：
LM =
= 7.89
(10) 、 Ls=16mm . 經計算得：
LM=;
=15.885
(11) 、 Ls=12mm . 經計算得：
LM=
=12.0435
4.2型芯尺寸的計算
4.2.1 型芯徑向尺寸的計算
式中d——型芯的最大基本尺寸；
——塑件的最小基本尺寸；
其余的符號與型腔公式相同
帶入數據的
（一）、 Ls=81mm經計算得：
LM =
=81.855mm
（二）、 Ls=1mm經計算得：
LM=
=1.125
（3） 、 Ls=5.5mm經計算得：
LM=
=5.663
（4） 、 Ls=1.8mm經計算得：
LM=
=1.929
(五)、 Ls=10mm 經計算得：
LM=
=10.2
(六)、 Ls=7mm 經計算得：
LM=
=7.185
(七)、 Ls=2mm . 經計算得：
LM=
=2.13
(八)、 Ls=3mm . 經計算得：
LM=
=3.135
(九)、 Ls=4mm . 經計算得：
LM=
=4.155
(十)、 Ls=6mm . 經計算得：
LM=
=6.18
(十一)、 Ls=8mm . 經計算得：
LM=
=8.19
(十二)、 Ls=16mm . 經計算得：
LM=
=16.275
(十三)、 Ls=12mm . 經計算得：
LM=;
=12.225
4.2.2 型芯高度尺寸的計算
按IT9精度制造
Hs=15mm 經計算得：
HM==
4.3 模具型腔壁厚的計算
如果是利用計算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產中的精確性，我們可以根據書中的經驗值來取的。成型零件材料選擇。
為實現高性能的目的；選用模具材料應具有高耐磨性，高耐蝕睡，良好的穩(wěn)定性和良好的導熱性。必須具有一定的強度，表面需要耐磨，淬火變型要小，但不需要耐腐蝕性，因為ABS沒有腐蝕性?？梢圆捎肅r12，經過調質，淬火加低溫回火，正火。HRC≥55。
5 澆注系統(tǒng)的設計
普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。在設計澆注系統(tǒng)之前必須確定塑件成型位置，可以才用一模兩腔，澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要的環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時必須按如下原則：
（1） 型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料
現象。
（2） 型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。
（3） 系統(tǒng)流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大， 太
大則塑料耗費大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓
力損失盡可能小。
（4） 對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及
角落，及分流道盡可能平衡布置。
（5） 滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。
（6） 澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形澆
口的殘痕不應影響塑件的外觀。
5.1主流道設計
主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動減斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設計成錐形，錐度為3，內表面的粗糙度為Ra0.8微米,孔徑為0.5毫米。
主流道的設計要點如下：
（1） 為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設計成圓錐形，因ABS的流動性為中性，故其錐度取3度，過大會造成流速減慢，易成渦流，內壁粗糙度為R0.8um。
（2） 主流道大端呈圓角，其半徑取r=1～3mm,以減少流速轉向過渡的阻力，r=1.5mm.
（3） 在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應盡量短，否則會使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形。
（4） 為使熔融塑料完全進入主流道而不溢出，應使主流道與注射機的噴嘴緊密對接，主流道對接處設計成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～4mm。在此模具中取r2=11～12mm。
（5） 由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質鋼材單獨加工和熱處理，其大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度H=5～10mm。同時因該鬧鐘后蓋采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。
5.2冷料井設計
冷料井位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長度約為主流道大端直徑?；诒敬卧O計的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料井，這類冷料井的底部由一個拉料桿構成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機構運動。利用球頭形的拉料桿配合冷料井。
5.3 分流道設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
5.3.1 分流道設計要點
（1）.在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉折處應以圓弧過度。
（2）.分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。對于此模來說在分流道上不須開設冷料井。
（3）.分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）.分流道與澆口連接處應加工成斜面，并用圓弧過度。
5.3.2 分流道的長度
分流道的長度取決于模具