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說明書 第 35 頁 共 33 頁
目 錄
1 緒論 1
1.1 模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀 1
1.2 模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢 1
1.3 模具的發(fā)展趨勢 2
1.4 模具的設(shè)計(jì)步驟 2
1.5 本課題研究的主要內(nèi)容 3
2 儲物桶踏板零件模具設(shè)計(jì)方案 4
3 踏板的開模設(shè)計(jì) 6
3.1 型腔數(shù)量的確定及型腔排列 6
3.2 調(diào)入模具參考模型并設(shè)置收縮率 6
3.3 設(shè)計(jì)分型面 7
4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
4.1 澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原則 11
4.2 主流道設(shè)計(jì) 11
4.3 分流道設(shè)計(jì) 12
4.4 澆口設(shè)計(jì) 13
4.5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
4.7 模具頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16
4.8 模架結(jié)構(gòu)的型號與規(guī)格 18
5 踏板模具M(jìn)asterCAM數(shù)控加工 19
5.1 踏板凸模的MasterCAM數(shù)控加工 19
5.2 踏板凹模的MasterCAM數(shù)控加工 25
5.3 程序后處理 29
5.4 利用AutoCAD完成工程圖繪制 30
結(jié)束語 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
1 緒論
1.1 模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
隨著社會的進(jìn)步以及各行各業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)必須與其相適應(yīng)。就整個(gè)模具制造技術(shù)來說，過去傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和加工技術(shù)正在向數(shù)字化和信息化時(shí)代邁進(jìn)，模具企業(yè)正在用高新技術(shù)對傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)進(jìn)行改造。我國模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下，我國模具產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值逐年遞增，年增長率均超過12%；與此同時(shí)，我國模具產(chǎn)品進(jìn)口金額增幅呈逐年下降的趨勢，出口的比例每年加大（尤其是2002年以來），進(jìn)出口比例正漸漸趨于合理。
總而言之，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平近年來取得了長足的進(jìn)步。大型、精密、復(fù)雜、高效和長壽命模具上了一個(gè)新臺階。許多國家將制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移,模具工業(yè)正面臨空前的發(fā)展機(jī)遇。
1.2 模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢
傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)大多數(shù)采用手工設(shè)計(jì)的方法，工作較繁瑣，模具的設(shè)計(jì)工作量大、周期長、任務(wù)急。引入模具CAD/CAM技術(shù)后，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)工作可以通過計(jì)算機(jī)來完成，不僅提高了設(shè)計(jì)效率，而且設(shè)計(jì)質(zhì)量也加強(qiáng)了，更方便的是它能自動繪制模具裝配圖和零件圖。就目前的現(xiàn)狀來，CAD/CAE/CAM技術(shù)已普遍應(yīng)用，但普及面還不夠廣，應(yīng)用水平還有待加強(qiáng)。
由于對模具要求的程度越來越高，傳統(tǒng)的制模方法已經(jīng)不能滿足需要，這就促使了CAD/CAM技術(shù)在模具業(yè)中的應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)50年代就開始模具CAD/CAM的研究。到20世紀(jì)80年代，模具CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冷沖模具、鍛造模具、注射模具、壓鑄模具的設(shè)計(jì)與制造。
模具CAD/CAE/CAM正向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、并行化發(fā)展。而集成化即是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個(gè)最為顯著的趨勢，它是指把CAD、CAE、CAM、CAPP以至PPC（生產(chǎn)計(jì)劃與控制）等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)
調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行[1]。
1.3 模具的發(fā)展趨勢
（1） 模具產(chǎn)品將向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方向發(fā)展；模具生產(chǎn)將朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動化方向發(fā)展；模具企業(yè)將向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展[2]。
（2） 模具CAD／CAE／CAM／PDM正向著集成化、三維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化的方向發(fā)展[3]。
（3） 模具的質(zhì)量、價(jià)格、周期、服務(wù)四要素中，已有越來越多的用戶將周期放在首位，盡量要求快速交貨，因此模具生產(chǎn)周期將繼續(xù)不斷縮短。
（4） 大力提高開發(fā)創(chuàng)新能力，不斷將開發(fā)工作往前推，直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去，做到變被動為主動。
（5） 隨著模具企業(yè)設(shè)計(jì)和加工水平的提高，過去以鉗工為核心，大量依靠技藝的現(xiàn)象已有了很大變化。模具正從長期以來主要依靠技藝而變?yōu)榻窈笾饕揽考夹g(shù)[4]。這不但是一種生產(chǎn)手段的改變，也是一種生產(chǎn)方式的改變，更是一種觀念的改變。這一趨向使得模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產(chǎn)周期越來越短，最終促使整個(gè)模具工業(yè)水平不斷提高。
（6） 高速加工、精益生產(chǎn)、復(fù)合加工、敏捷制造及新材料、新工藝、新技術(shù)將不斷得到發(fā)展。
1.4 模具的設(shè)計(jì)步驟
注射模具的設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)上一般按如下步驟進(jìn)行：
（1） 確定型腔的數(shù)目。確定方法有多種，如鎖模力、根據(jù)最大注射量、根據(jù)制品精度要求、根據(jù)經(jīng)濟(jì)性等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用哪一種方法。
（2） 選定分型面。雖然在制品設(shè)計(jì)階段分型面已經(jīng)考慮或者選定，在模具設(shè)計(jì)階段仍應(yīng)再次校核。從模具結(jié)構(gòu)及成形工藝的角度判斷分型面的選擇是否合理。
（3） 型腔的配置。這是模具結(jié)構(gòu)總體方案的規(guī)劃和確定。因?yàn)橐坏┬颓徊贾猛戤叄瑵沧⑾到y(tǒng)的走向和類型便已確定。冷卻系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)在配置時(shí)也必須給予充分的注意。要避免各種系統(tǒng)的干涉。布置結(jié)束后，模板的外形尺寸基本上就可以確定下來。在此基礎(chǔ)上可以選定合適的模架。
（4） 確定澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性對制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著決定性的影響。
（5） 確定脫模方式。在確定脫模方式時(shí)首先要確定制品和流道凝料滯留哪一側(cè)，必要時(shí)要設(shè)計(jì)強(qiáng)迫制品滯留的結(jié)構(gòu)（如拉料桿），然后再決定是采用的是推桿結(jié)構(gòu)還是推件板結(jié)構(gòu)。
（6） 冷卻系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。冷卻系統(tǒng)與脫模機(jī)構(gòu)的同步設(shè)計(jì)有助于兩者的很好協(xié)調(diào)。
（7） 確定凹模和型芯的結(jié)構(gòu)和固定方式。當(dāng)采用鑲塊式凹?；蛐托緯r(shí)，應(yīng)合理地劃分鑲塊并同時(shí)考慮到這些鑲塊及鑲塊固定板的強(qiáng)度、剛度、可加工性、緊固性及可更換性。
（8） 確定排氣方式。由于在一般的注射模中注射成形的氣體可以通過分型面和推件桿處的空隙排出，因此，注射模具的排氣問題往往被忽略。
（9） 用Pro/E軟件繪制模具的三維裝配圖，模具三維裝配圖上的各標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)盡量按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪制。
（10） 用Pro/E軟件將三維模具裝配圖及三維模具零件圖轉(zhuǎn)換為二維工程圖。二維裝配工程圖中要清楚的表明各零件的裝配關(guān)系，以便于工人裝配。裝配圖上應(yīng)盡量包括主要尺寸，并填寫名細(xì)表和標(biāo)題欄，還應(yīng)有技術(shù)要求。
1.5 本課題研究的主要內(nèi)容
1 本課題主要研究的是儲物桶零件（踏板）的模具設(shè)計(jì)，通過實(shí)習(xí)觀察以及查閱相關(guān)資料后，對模具有了一定的了解，因此要完成此次設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)問題：
（1） 確定儲物桶踏板零件的塑料模具設(shè)計(jì)方案；
（2） Pro/E模具開模設(shè)計(jì)；
（3） 三維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
（4） 凹、凸模的MasterCAM自動編程加工。
2 擬采用的研究手段
（1） 熟練運(yùn)用Pro/E軟件進(jìn)行踏板的三維造型；
（2） 熟練運(yùn)用Pro/E軟件進(jìn)行模具的開模設(shè)計(jì)；
（3） 熟練運(yùn)用塑料模的相關(guān)知識，進(jìn)行模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
（4） 熟練運(yùn)用MasterCAM軟件進(jìn)行凹凸模零件的自動編程，并實(shí)現(xiàn)仿真模擬加工。
2 儲物桶踏板零件模具設(shè)計(jì)方案
本課題是對儲物桶的踏板零件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，為了便于進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和方便后續(xù)的凹凸模數(shù)控編程自動加工，我們首先運(yùn)用Pro/ENGINEER對儲物桶進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)。
如圖2.1.1是儲物桶的三維造型，它由桶蓋、桶身、踏板和拉桿組成，本課題是對其中的踏板零件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，踏板的結(jié)構(gòu)形狀如圖2.1.2。
圖2.1.1 儲物桶三維造型
圖2.1.2 踏板零件三維造型
分析儲物桶踏板零件結(jié)構(gòu)，確定該零件的三維造型分以下幾個(gè)步驟來完成，如圖2.1.3所示。其二維圖如圖2.1.4所示。
創(chuàng)建兩側(cè)銷
拉伸弧型筋
圖2.1.3 踏板零件創(chuàng)建步驟
圖2.1.4 踏板零件圖
該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，內(nèi)部不得有導(dǎo)電雜質(zhì)外，沒有特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。注射時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證[5]。
考慮到踏板零件上有兩個(gè)小的圓柱，為了分模方便，我們擬定以踏板零件小圓柱的上下對稱面處進(jìn)行分型，小凸耳的小圓孔由于裝配中位置尺寸要求不高，所以，為了方便模具的設(shè)計(jì)制造，小圓孔可在踏板注塑之后，鉆孔而成。
3 踏板的開模設(shè)計(jì)
3.1 型腔數(shù)量的確定及型腔排列
模具型腔數(shù)量的確定主要是根據(jù)產(chǎn)品的投影面積、幾何形狀（側(cè)抽芯的有無）、產(chǎn)品的精度、批量以及經(jīng)濟(jì)效益來確定。
型腔數(shù)量的確定主要依據(jù)以下幾方面的因素：
（1）產(chǎn)品重量與注射機(jī)的注射量；
（2）產(chǎn)品的投影面積與注射機(jī)的鎖模力；
（3）模具外形尺寸與注射機(jī)安裝模具的有效面積；
（4）產(chǎn)品的精度；
（5）產(chǎn)品的顏色；
（6）產(chǎn)品的生產(chǎn)批量；
（7）產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。
型腔數(shù)量確定之后，便進(jìn)行型腔的排列，即型腔位置的布置。型腔的排列涉及模具尺寸、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯（滑塊）機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、鑲件及型芯的設(shè)計(jì)以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[6]。以上這些問題又與分型面及澆口位置的選擇有關(guān)。因此綜合上述所考慮的因素，本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，由于生產(chǎn)批量相當(dāng)少，每臺線切割機(jī)床上僅安裝四只，因此將采用一模一腔布置，以便達(dá)到比較完美的設(shè)計(jì)。
3.2 調(diào)入模具參考模型并設(shè)置收縮率
在 pro/e中新建制造的模具型腔，裝載所創(chuàng)建的踏板零件。約束FRONT面和MAIN_PARTING_PLN配匹、約束RIGHT面與MOLD_RIGHT對齊、約束TOP面和MOLD_FRONT對齊，實(shí)現(xiàn)踏板零件的裝配約束，如圖3.2.1所示。在菜單管理器中設(shè)置收縮率為0.005。
圖3.2.1 調(diào)入?yún)⒖寄Ｐ?
3.3 設(shè)計(jì)分型面
3.3.1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面[7]。
3.3.2 分型面選擇的基本原則
（1） 保證塑料制品能夠脫模。
（2） 使分型面容易加工。
（3） 盡量避免側(cè)向抽芯。
（4） 使側(cè)向抽芯盡量短。
（5） 有利于排氣。
（6） 有利于保證塑件的外觀質(zhì)量。
（7） 盡可能使塑件留在動模一側(cè)。
（8） 盡可能滿足塑件的使用要求。
（9） 盡量減少塑件在合模方向的投影面積。
（10） 長型芯應(yīng)置于開模方向。
3.3.3 踏板分型面創(chuàng)建過程
（1） 設(shè)計(jì)毛坯工件
通過右側(cè)的工具按鈕設(shè)置毛坯尺寸，如圖3.3.1所示。工件如圖3.3.2所示。
圖3.3.1
圖3.3.2
（2） 設(shè)計(jì)分型面
在設(shè)計(jì)分型面前，先將毛坯工件臨時(shí)隱藏起來，便于后面復(fù)制參考模型的曲面。點(diǎn)擊操作接口右側(cè)的工具按鈕，進(jìn)入分型面創(chuàng)建界面。
圖3.3.3 復(fù)制的外表面
取消遮蔽，進(jìn)行分型面的創(chuàng)建。
圖3.3.4
為了確保踏板的銷的成型，這個(gè)地方的草繪線不是通過下底面的一條水平線，而是在中間部分向上偏距一段距離，偏距線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)銷的中心，偏距線的長度設(shè)為25mm。
按下Ctrl鍵，同時(shí)選中上面創(chuàng)建的復(fù)制面與拉伸面，選擇“編輯”→“合并”， 選擇正確的合并方向,進(jìn)行合并，隱藏毛坯得到分型面，如下圖3.3.5。
圖3.3.5a 曲面合并
圖3.3.5b 分型面
（3） 分割體積塊
取消隱藏，利用分割體積塊按鈕完成上下體積塊的創(chuàng)建。
（4） 抽取模具組件
選擇菜單管理器中的“模具組件”→“抽取”, 完成模具組件的抽取。
（5） 鑄模
在菜單管理器中選擇鑄模創(chuàng)建。
（6） 開模
在開模前先將參考模型、毛坯工件和分型面隱藏起來；
選擇菜單管理器中的“模具進(jìn)料孔”→“定義間距”→“定義移動”，上模上移100mm，下模下移100mm，結(jié)果如圖3.3.6所示。
圖3.3.6 踏板模具
4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 澆注系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原則
注射模具的澆注系統(tǒng)通常由主流道，分流道，澆口，冷料穴和排氣槽或溢流槽等部分組成，在注射模具設(shè)計(jì)中對澆注系統(tǒng)進(jìn)行合理布局和形式的選擇是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)注射模的澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意以下幾項(xiàng)原則。
（1） 根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置[8]。
（2） 根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)布局。
（3） 應(yīng)根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長度，并使其圓滑過渡以利于物流的流動。
（4） 應(yīng)盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。
（5） 排氣良好。
4.2 主流道設(shè)計(jì)
主流道是指熔融的塑料由注射機(jī)噴嘴最先經(jīng)過的部位，它將塑料熔體從噴嘴引入到模具[9]。
（1）主流道尺寸設(shè)計(jì)
主流道是一端和注射機(jī)噴嘴接觸，一端又與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸根據(jù)澆口的大小確定。
（2）主流道襯套的形式
注射機(jī)噴嘴和流道小端入口處經(jīng)常接觸、碰撞，屬于易磨損件，所以它對材料要求高，因此模具主流道部分通常設(shè)計(jì)成可更換拆卸的主流道襯套形式，俗稱澆口套，這樣就可以更有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)的進(jìn)行加工和熱處理了。由于澆口套均是標(biāo)準(zhǔn)件，所以具有良好的互換性。澆口套的規(guī)格有Φ12，Φ16，Φ20等幾種。我所選的注射機(jī)的噴嘴半徑為12mm，現(xiàn)選用直徑為16mm的澆口套。如圖4.1。
圖4.1a 澆口套二維圖
圖4.1b 澆口套零件圖
（3）主流襯套的固定
由于主流道與熔融注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸、碰撞，一般澆口不直接開設(shè)在定模上，為了制造方便，而是都制成可拆卸的澆口套，并且用螺釘固定在定模板上。
4.3 分流道設(shè)計(jì)
分流道是主流道與型腔澆口的一段流道，用于一模多腔和一腔多澆口時(shí)，將從主流道的熔體分配至各型腔或同一型腔的各處，起著對熔體的分流轉(zhuǎn)向作用。本設(shè)計(jì)為單腔模具采用的是單澆口，所以沒有分流道。
4.4 澆口設(shè)計(jì)
澆口是連接流道與型腔之間的一段細(xì)短通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，起著控制調(diào)節(jié)料流速度、補(bǔ)料時(shí)間及防止倒流等作用。澆口的形狀、尺寸和進(jìn)料位置等對塑件成型質(zhì)量影響很大。
（1） 澆口的作用
熔體充模后，首先在澆口處凝固，當(dāng)注射機(jī)螺桿抽回時(shí)可防止熔體向流道回流。
熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時(shí)回產(chǎn)生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模[10]。
澆口的基本類型很多，例如有：直接澆口、盤形澆口、分流式澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、點(diǎn)澆口、側(cè)澆口（矩形側(cè)澆口、扇形澆口、平縫式澆口）、環(huán)形澆口、潛伏式澆口、多級澆口。
（2） 澆口的設(shè)計(jì)遵循以下原則
（a） 澆口尺寸和位置的選擇應(yīng)絕對避免熔體破裂而產(chǎn)生噴射和蠕動；
（b） 澆口位置的選擇和尺寸形狀的設(shè)計(jì)要利于熔體的流動、型腔的排氣和補(bǔ)料等等；
（c） 最佳澆口位置應(yīng)使熔體的流程最短，熔體料流變向最少，并且要防止型芯的變形；
（d） 澆口位置應(yīng)考慮定位作用對塑件性能的影響；
（e） 澆口位置及數(shù)量的選定要有利于減少熔接痕和增加熔接強(qiáng)度；
（f） 澆口的位置應(yīng)盡量設(shè)在不影響塑件外觀質(zhì)量的的位置。
（3） 點(diǎn)澆口概述及優(yōu)點(diǎn)
點(diǎn)澆口是截面形狀小如針點(diǎn)的澆口，點(diǎn)澆口由于截面尺寸小具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)：
（a） 由于澆口的截面積尺寸比較小，一般地d=0.5mm～1.8mm，當(dāng)熔料通過時(shí)，有很高的剪切速率和摩擦，產(chǎn)生熱量，提高熔料的溫度和降低熔料黏度，有利于熔料的流動，從而能獲得外形清晰、表面光澤的塑料制品；
（b） 塑料制品的澆口在開模的同時(shí)即被拉斷，澆口痕跡呈不明顯的圓點(diǎn)狀，所以點(diǎn)澆口可在塑件的表面及任何位置，并不影響制品的外觀；
（c） 點(diǎn)澆口一般開在塑件頂部，因其注射流程很短，拐角小，排氣條件又好，因此很容易成型；
（d） 適用于外觀要求較高的殼零件或盒類塑件的單腔模、多腔模等各種模具，使用比較廣泛。
（4） 采用點(diǎn)澆口時(shí)應(yīng)注意的問題
（a） 由于點(diǎn)澆口的直徑較小，所以熔料流過點(diǎn)澆口的速度必然增大，從而在澆口附近會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，容易引起翹曲、變形等缺陷，并形成局部脆弱點(diǎn)，影響塑件質(zhì)量[11]；
（b） 為了清除澆注凝料，必須另設(shè)一模板，采用比較復(fù)雜的三板式模具結(jié)構(gòu)，增加了制模成本；
（c） 不宜成型平薄塑件或不允許有變形的塑件；
（d） 由于澆口附近熔料流速很高，造成分子告訴定向，增加局部應(yīng)力，在壁薄的塑件容易發(fā)生開裂現(xiàn)象。
由于踏板零件安裝在儲物桶下側(cè)部位，其外觀要求不是太高，因此本次模具的設(shè)計(jì)采用直接澆口，直接澆口能夠讓熔體直接經(jīng)澆口進(jìn)入型腔，因此壓力損失較小，充型較容易，還能適應(yīng)各種塑料。
4.5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.5.1 排氣系統(tǒng)概述
排氣系統(tǒng)的作用是在注射過程中，將型腔中的氣體有序而順利地排出，以免塑件產(chǎn)生氣泡、疏松等缺陷。注射過程中需排出的氣體有以下幾種：
（1） 澆注系統(tǒng)和型腔中原有的自然空氣；
（2） 塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸氣；
（3） 塑料熔體在受熱或凝固時(shí)分解產(chǎn)生的分子揮發(fā)氣體；
（4） 塑料熔體中某些添加劑的揮發(fā)或因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。
4.5.2 排氣系統(tǒng)的排氣形式
排氣系統(tǒng)對確保制品成型質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，其排氣方式有以下幾種：
（1） 利用排氣槽。排氣槽一般設(shè)計(jì)在型腔最后被充滿的部位。排氣槽的深度因塑料不同而異，基本上是以塑料不產(chǎn)生飛邊時(shí)所允許的最大間隙來確定[12]；
（2） 利用型芯、鑲件、頂針等的配合間隙或?qū)Ｓ门艢馊艢猓?
（3） 有時(shí)為了防止制品在頂出時(shí)造成真空變形，必須設(shè)計(jì)進(jìn)氣銷；
（4） 有時(shí)為了制品與模具的真空吸附，而設(shè)計(jì)仿真空元件。
本設(shè)計(jì)將采用第（2）種形式，利用型芯、頂針等的配合間隙來進(jìn)行排氣。
4.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.6.1 冷卻系統(tǒng)概述
注塑成型時(shí)，模具溫度直接影響塑膠的填充和塑膠制品的質(zhì)量，也影響到注塑周期。因此在使用模具時(shí)必須對模具進(jìn)行有效地冷卻，是模溫保持在一定的范圍內(nèi)。模具的有效冷卻就是將熔融狀態(tài)的熔料傳導(dǎo)給模具的熱量，盡可能迅速全部地傳遞出去。
4.6.2 冷卻系統(tǒng)的類型
冷卻模具通常以水、油或壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)。由于水的熱容量大、傳熱系數(shù)大、成本低、使用方便、冷卻效果好等特點(diǎn)，冷卻介質(zhì)普遍采用水作冷卻介質(zhì)。本次模具設(shè)計(jì)就是采用水作為冷卻介質(zhì)。
4.6.3 冷卻水道的結(jié)構(gòu)形式
冷卻水道的結(jié)構(gòu)形式大體可以分為以下幾類：（a）溝道式結(jié)構(gòu) 它是直接在模具或模板上鉆孔或銑槽，通入冷卻介質(zhì)。特點(diǎn)是冷卻介質(zhì)接觸模體，直接傳導(dǎo)熱量，結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果較好；（b）管道式結(jié)構(gòu) 在模具上鉆孔或銑槽，在孔內(nèi)嵌入導(dǎo)熱性較好的銅管，用歐冠低熔點(diǎn)合金固定銅管的冷卻方式。它多用于所要求的冷卻回路較難加工時(shí)。但是由于與成型零件的接觸面積很小，其傳導(dǎo)效果不好，在通常情況下，很少采用；（c）導(dǎo)熱桿式結(jié)構(gòu) 在型芯內(nèi)插入導(dǎo)熱效率較高的鈹銅合金，在其端部進(jìn)行冷卻。一般適用于細(xì)長成型芯的冷卻。
本設(shè)計(jì)采用溝道式結(jié)構(gòu)冷卻回路系統(tǒng)，直接在模具或模板上鉆孔或銑槽。冷卻道如下圖4.2。
圖4.2 冷卻道
4.7 模具頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.7.1 注射模具的頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：按驅(qū)動方式分類可分為：手動頂出、機(jī)動頂出、氣動頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
（1） 開模時(shí)應(yīng)使塑件留在動模一側(cè)
注射設(shè)備的頂出裝置都設(shè)計(jì)在動模一側(cè)，因此，在一般情況下開模時(shí)，盡量設(shè)計(jì)使塑件留在動模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時(shí)就應(yīng)充分考慮[13]。
（2） 保證塑件外觀完美無損
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀，這是在選擇頂出形式和頂出位置時(shí)必須要考慮到的問題。一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
（3） 避免頂出損傷
頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷。
（4） 頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)平衡順暢，靈活可靠
頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
4.7.2 推板頂出機(jī)構(gòu)
頂出機(jī)構(gòu)的分類：按驅(qū)動方式分類可分為：手動頂出、機(jī)動頂出、氣動頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。
本設(shè)計(jì)采用推板頂出機(jī)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)形式是在型芯的根部安裝一塊與型芯根部形狀相同的，但與之滑動配合的頂板，頂板沿型芯周邊平行移動，將塑件平行頂出。
頂桿如圖4.3所示。
圖4.3
推件板頂出的特點(diǎn)是：頂出位置均在脫模力較大的塑件邊緣區(qū)，其頂出面積大，有效的頂出力大。運(yùn)動平穩(wěn)，頂出力均勻，塑件不易變形。無需設(shè)頂出機(jī)構(gòu)的復(fù)位裝置，合模時(shí)，推件板靠合模力的作用，帶動頂出機(jī)構(gòu)同時(shí)復(fù)位[14]。
在該模具設(shè)計(jì)中考慮到可頂出面較大，則需要頂出力較大，若采用推件板頂出，對于本結(jié)構(gòu)而言，由于工件的底部凹進(jìn)去了，這樣的話，則需要對推板進(jìn)行大面積的精加工，加工時(shí)間增加的同時(shí)，還加大了制造成本，因此，本設(shè)計(jì)采用了多推桿裝置。如圖4.4所示。
圖4.4 頂出機(jī)構(gòu)
4.8 模架結(jié)構(gòu)的型號與規(guī)格
根據(jù)前面型腔的布局，再根據(jù)成型零件尺寸設(shè)計(jì)了模架。
(1) 定模座板（420mm×300mm，厚為25mm）
定模座板是模具與注射機(jī)連接固定的板，材料為Q235A。
通過6個(gè)M12的內(nèi)六角圓柱螺釘定模板連接。
(2) 定模板（420mm×250mm，厚70mm）
用于固定型芯。固定板應(yīng)有一定的厚度，并有足夠強(qiáng)度，一般用45號鋼，調(diào)質(zhì)到230HB～270HB。
(3) 動模座板（420mm×300mm，厚為25mm）
材料為Q235A，其上的注射機(jī)頂孔為直徑100mm。
(4) 動模板（420mm×250mm，厚50mm）
材料為45。
(5) 頂桿（長110mm，5mm）
材料為GCr15。
(6) 頂桿固定板（420mm×150mm，厚度15mm）
材料為45，用M8的內(nèi)六角圓柱螺釘與頂桿固定。
(7) 導(dǎo)柱（長88mm，20mm）
材料為20。
(8) 導(dǎo)套（長69mm，大徑26mm，小徑20mm）
材料為20。與導(dǎo)柱間的配合H7/f6。
(9) 復(fù)位桿（長110mm，20mm）
材料為20。
5 踏板模具M(jìn)asterCAM數(shù)控加工[15]
5.1 踏板凸模的MasterCAM數(shù)控加工
5.1.1 數(shù)控加工分析
零件加工刀路按如下幾個(gè)步驟來完成，如圖5.1所示：
圖5.1 加工步驟
5.1.2 具體創(chuàng)建過程
（1） 踏板凸模CAD模型的導(dǎo)入及定向
從Pro/E中導(dǎo)出踏板凸模文件tiaban_xia.prt到MasterCAM中并進(jìn)行合理的定向，結(jié)果如下圖5.1.1所示。
圖5.1.1 導(dǎo)入并定向后的凸模
（2） 選擇機(jī)床類型
在菜單欄點(diǎn)選“機(jī)床類型”，從下拉菜單中選擇“銑削”→“默認(rèn)”。
（3） 工件的設(shè)置
單擊刀路管理器中的“屬性”標(biāo)題，展開子項(xiàng)，雙擊“材料設(shè)置”標(biāo)題，彈出機(jī)床組 參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)卡，單擊選項(xiàng)卡中的“邊界盒”按鈕，完成毛坯工件的設(shè)置。
（4） φ10R2圓鼻刀用曲面粗加工挖槽刀路開粗
在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“曲面粗加工”→“曲面粗加工挖槽”框選所有的曲面后，彈出串連曲線選擇框，框中各按鈕的功能如圖5.1.2所示。選擇圖5.1.3所示的最外的矩形曲線作為切削范圍；
圖5.1.2 串連曲線選擇按鈕功能
圖5.1.3 粗加工挖槽刀路切削邊界
從刀具庫中選擇直徑10刀角半徑1的圓鼻刀，設(shè)置進(jìn)給率：800；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：1000。單擊對話框中的“曲面加工參數(shù)”選項(xiàng)卡，設(shè)定加工預(yù)留量為0.3；
設(shè)定Z軸最大進(jìn)給量為0.3；設(shè)定粗切方式為雙向切削，生成下圖5.1.4所示刀路：
圖5.1.4 粗加工挖槽刀路
（5） φ6R1圓鼻刀用精加工平行銑刀路半精加工凸模
將開粗時(shí)的刀具路徑隱藏起來，在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“曲面精加工”→“精加工平行銑削”，框選所有的曲面，選擇與上一刀路相同的切削范圍；
在彈出的“精加工平行銑削”對話中，設(shè)置進(jìn)給率：800；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：1500；設(shè)定半精加工余量0.1，點(diǎn)選按鈕，系統(tǒng)生成下圖5.1.5所示的刀路：
圖5.1.5 半精加工刀路
（6） φ6R1圓鼻刀用精加工平行銑刀路精加工型芯頂面
單擊切換刀具路徑顯示按鈕，將上一刀具路徑隱藏起來；
在刀具路徑列表中，選擇上一精加工平行銑刀路復(fù)制；
展開復(fù)制刀路；
刀路展開 串連管理器
選擇下圖5.1.6所示的切削邊界，系統(tǒng)生成圖5.1.7刀路；
圖5.1.6 重選切削邊界 圖5.1.7 修改后的刀路
（7） φ4平底刀用挖槽刀路精加工分型面1
在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“挖槽”，產(chǎn)生挖槽刀路；
在彈出的對話框的“切削范圍邊界”欄中選取如圖5.1.8所示的圖素；
在系統(tǒng)彈出的挖槽刀路對話框中設(shè)置進(jìn)給率：1200；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：2000。設(shè)置挖槽加工形式為“平面加工”；選擇粗切方式為“平行環(huán)切清角”，系統(tǒng)產(chǎn)生如圖5.1.9所示的平面挖槽刀路。
圖5.1.8 挖槽串連曲線1 圖5.1.9 平面挖槽刀路
（8） 平底刀用挖槽刀路精加工分型面2
復(fù)制第4步生成的挖槽刀路；
修改挖槽串連曲線如圖5.1.10所示。生成如圖5.1.11所示的刀路。
圖5.1.10 挖槽串連曲線2 圖5.1.11 挖槽刀路2
（9） φ4平底刀用面銑刀路精加工凸臺1
隱藏剛生成的刀路顯示，在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“面銑”，產(chǎn)生面銑刀路；
在系統(tǒng)彈出的選擇串連曲線對話框，選擇圖5.1.12所示的圖素，單擊確定按鈕。刀具規(guī)格及切削參數(shù)設(shè)置同上。單擊“平面加工參數(shù)”選項(xiàng)卡，設(shè)置參考高度為絕對坐標(biāo)50，進(jìn)給下刀位置為增量坐標(biāo)10，深度為絕對坐標(biāo)4；進(jìn)退刀引線長度為50%，切削方向超出50%，截?cái)喾较虻某隽繛?%。系統(tǒng)產(chǎn)生如圖5.1.13所示的面銑刀路。
圖5.1.12 面銑刀路串連曲線1 圖5.1.13 面銑刀路
(10) φ4平底刀用挖槽刀路精加工凸臺2
復(fù)制第6步生成的面銑刀路；
修改串連曲線如圖5.1.14所示，單擊確定按鈕。生成如圖5.1.15所示的面銑刀路。
圖5.1.14 面銑刀路串連曲線2 圖5.1.15 面銑刀路
（11） φ2平底刀用外形銑刀路精加工凸臺輪廓
設(shè)置進(jìn)給率：1200；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：2000；加工深度設(shè)為絕對高度0；加工預(yù)留量為0；系統(tǒng)產(chǎn)生下圖5.1.16所示的外形銑刀路。
外形銑刀路串連曲線 外形銑刀路
圖5.1.16
5.2 踏板凹模的MasterCAM數(shù)控加工
5.2.1 數(shù)控加工分析
如圖5.2所示。
圖5.2 加工步驟
5.2.2 具體創(chuàng)建過程
（1） 踏板凹模CAD模型的導(dǎo)入及定向
從Pro/E中導(dǎo)出踏板凹模文件tiaban_shang.prt到MasterCAM中并進(jìn)行合理的定向，結(jié)果如圖5.2.1所示。
圖5.2.1
（2） 選擇機(jī)床類型
在菜單欄點(diǎn)選“機(jī)床類型”，從下拉菜單中選擇“銑削/默認(rèn)”。
（3） 工件的設(shè)置
單擊刀路管理器中的“屬性”標(biāo)題，展開子項(xiàng)，雙擊“材料設(shè)置”標(biāo)題，彈出機(jī)床組參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)卡，單擊選項(xiàng)卡中的“邊界盒”按鈕，完成毛坯工件的設(shè)置。
（4） φ10R2圓鼻刀用曲面粗加工挖槽刀路開粗
在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“曲面粗加工”→“曲面粗加工挖槽”，框選所有的曲面。如圖5.2.2所示。
圖5.2.2 粗加工挖槽刀路切削邊界
在彈出的“曲面粗加工挖槽”對話中，選擇φ106R2的圓鼻刀，設(shè)置進(jìn)給率：800；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：1000；
設(shè)定參考高度為絕對高度30，進(jìn)給下刀位置為絕對高度10，加工預(yù)留量為0.3；
設(shè)定Z軸最大進(jìn)行給量為0.3；設(shè)定粗切方式為依外形環(huán)切，單擊確定按鈕，生成圖5.2.3刀路。
圖5.2.3 粗加工挖槽刀路
（5） φ8平底刀用挖槽刀路加工臺階面
隱藏剛生成的刀路顯示，在菜單欄點(diǎn)選“刀具路徑”→“挖槽”，產(chǎn)生挖槽刀路；
在系統(tǒng)彈出的挖槽刀路對話框中。設(shè)置進(jìn)給率：800；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：1200；
設(shè)置挖槽加工形式為“標(biāo)準(zhǔn)挖槽”；
加工深度為絕對高度-4，加工余量為0；選擇粗切方式為“雙向”，切削角度為90。
如圖5.2.4。
挖槽刀路串連曲線 平面挖槽刀路
圖5.2.4
（6） φ3R0.2圓鼻刀用曲面粗加工挖槽刀路局部開粗1
切削邊界圖 局部開粗刀路1
圖5.2.5
在彈出的“曲面粗加工挖槽”對話中，選擇φ3R0.2的圓鼻刀，設(shè)置進(jìn)給率：800；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：1200；
設(shè)定參考高度為絕對高度30，進(jìn)給下刀位置為絕對高度10，加工預(yù)留量為0.3；設(shè)定Z軸最大進(jìn)行給量為0.3；
設(shè)定粗切方式為等距環(huán)切，單擊確定按鈕，生成圖5.2.5示刀路。
（7） φ3R0.2圓鼻刀用曲面粗加工挖槽刀路局部開粗2
復(fù)制上一步刀路，更改切削范圍，生成圖示的零件另一側(cè)的局部粗加工挖槽刀路。
如圖5.2.6。
圖5.2.6局部開粗刀路2
（8） φ3R0.2圓鼻刀用曲面精加工平行銑刀路1精加工型腔
設(shè)置進(jìn)給率：1000；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：2000；
設(shè)定參考高度為絕對高度20，進(jìn)給下刀位置為絕對高度10，加工預(yù)留量為0；設(shè)定最大切削間距為0.1，加工角度為45°，生成圖5.2.7所示刀路。
圖5.2.7 曲面精加工平行銑刀路1
（9） φ3R0.2圓鼻刀用曲面精加工平行銑刀路2精加工型腔
復(fù)制上一步刀路，修改加工角度為135°, 生成下圖5.2.8所示刀路。
圖5.2.8 曲面精加工平行銑刀路2
（10) φ2球刀用曲面精加工平行銑刀路局部精加工1
設(shè)置進(jìn)給率：1000；下刀速率：300；提刀速率：500；主軸轉(zhuǎn)速：2500；
設(shè)定參考高度為絕對高度20，進(jìn)給下刀位置為絕對高度10，加工預(yù)留量為0；設(shè)定最大切削間距為0.1，加工角度為90°，生成圖5.2.9所示刀路。
圖5.2.9 局部精加工刀路1 圖5.2.10 局部精加工刀路2
（11) φ2球刀用曲面精加工平行銑刀路局部精加工2
重復(fù)上一步刀路，修改切削邊界，生成圖5.2.10所示的另一側(cè)局部精加工刀路2；
至此，該凹模的數(shù)控銑加工完成，加工效果如圖5.2.11所示。
圖5.2.11 加工效果圖
5.3 程序后處理
利用MasterCAM編制完加工步驟后還必須對加工程序進(jìn)行程序后處理，以適應(yīng)不同數(shù)控操作系統(tǒng)或機(jī)床類型的加工要求,如圖5.3。
圖5.3
5.4 利用AutoCAD完成工程圖繪制
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件的加工都是要有工程圖紙的。PRO/E可以繪制二維工程圖紙的，還可以標(biāo)注尺寸，并在工程圖中增加注釋、用層來管理不同類型的內(nèi)容、支持多文檔等[16]。不過它繪制工程圖的時(shí)候，特別是標(biāo)注尺寸等技術(shù)文字的便捷性時(shí)還真不如CAD，而且用CAD軟件繪制的工程圖的通用性也是其他軟件無法比擬的。因此，模具設(shè)計(jì)過程中還需利用CAD進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其零件工程圖的繪制。根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，在標(biāo)準(zhǔn)模板視圖基礎(chǔ)上補(bǔ)畫各零件結(jié)構(gòu)視圖，并繪制標(biāo)準(zhǔn)零件圖框，完成零件圖。
繪制踏板模具裝配圖以及標(biāo)準(zhǔn)圖框，把技術(shù)要求、模具視圖等加入標(biāo)準(zhǔn)圖框里，然后再繪制標(biāo)題欄，這就是模具裝配圖。
具體的模具制造工藝是根據(jù)不同工件相對應(yīng)的機(jī)加工或者電加工工序制訂并完成得，所有踏板的二維圖和踏板模具的裝配圖都完成以后，模具就有了可靠的生產(chǎn)加工、安裝、調(diào)試以及修配，這樣，全套踏板模具的設(shè)計(jì)就完成了。
結(jié)束語
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的一次總測驗(yàn)，是一個(gè)很好的鍛煉過程，也是對自己四年來所學(xué)知識及運(yùn)用知識能力的檢驗(yàn)。在此期間，針對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了大量的工作，順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。
通過此畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，讓我初步樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，更好的掌握了通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法和設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，鍛煉了運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)資料的能力。有一點(diǎn)重要感悟是，模具質(zhì)量的好壞除加工因素外，最重要的是合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是對有倒鉤、側(cè)凹或側(cè)面凸臺的產(chǎn)品的模具抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)也暴露出不少的缺點(diǎn)和問題：對于所學(xué)知識還沒有做到仔細(xì)、認(rèn)真消化，許多方面還是只有一個(gè)大概的認(rèn)識，沒有深入探討，對實(shí)際事物沒有深刻的了解，沒有做到理論聯(lián)系實(shí)際，沒有達(dá)到對所學(xué)的知識熟練運(yùn)用的水平。
總而言之，本次設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我對各項(xiàng)知識的綜合運(yùn)用能力，也讓我明白學(xué)好專業(yè)知識是未來在社會立足的根本。
致 謝
本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師xxxx教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在她的細(xì)心幫助下，我很少出錯(cuò)誤，少走了不少彎路。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，張老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。她視野廣闊，為我營造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍，使我樹立了明確的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式。值此xx設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向敬愛的xx老師表示衷心的感謝！
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