台灯罩注塑模具设计与型腔仿真加工说明书

本科毕业设计(论文)题目：台灯罩注塑模具设计与型腔仿真加工2018年6月绪论1.1引言随着中国2025的不断推进，科技水平的不断提高，身边的很多物品都被塑料制品所取代，其中这些塑料产品越来越广泛的应用于人们的日常生活中；从出行工具来说：汽车前顶盖部件由原来的钢铁材料变成塑料件；从通讯工具说起：手机外壳从以往的铝塑材料转变为塑料纤维材料；从生活用品说起：吃饭所需的餐具也从原来的陶瓷转变为聚乙烯材料；在我们的身边到处都是这样的例子，这样的转变不仅仅是在成本上的降低，更是工业技术的发展，这些塑件都可以采用注塑模具快速生产，可见模具的发展对一个产业，甚至一个国家来说都起着举足轻重的地位。因为塑料产品的不断更新，使得对注塑模具的设计制造的要求也随之提高。在先前的注塑模具设计过程中，整个模具的设计过程都是依靠工人师傅的经验对其相关参数进行修改，这样设计方法不但会使设计周期加长而且生产成本也会增大。在这种情况下，将计算机的辅助技术与人工技术相结合为现代注塑模具的设计制造提供了更好的解决方法。随着型腔仿真加工的不断成熟，利用数控加工编程模拟现实中的加工工序，完成对产品的模拟加工，其数控加工的核心工作是生成刀具轨迹，将刀具轨迹离散化，经后置处理产生数控加工代码。数控加工技术在设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。1.2研究背景注塑模具是模具分类中的一种制品工具；注塑模具由多种零件与部件拼凑而成，不同种类的注塑模具由不同的零件与部件构成，同时注塑模具可以限定制品的结构特性和尺寸精度。注塑模具工具主要通过根据成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工[1]。在这种情况下，随着CAD/CAE/CAM一体化技术的不断发展，将数控加工技术应用于模具产业并为现代注塑模具的设计制造提供了新的解决方法。数控加工技术目前已经走向巅峰，已经完成了从手动编程到自动编程的跨越，其加工技术是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能体现智能化的环节之一，其核心是生成刀具轨迹，将轨迹离散化，通过自动生成系统产生相关代码经后置处理产生数控加工程序。据统计数据显示，近几年模具产业产值不断升高；数控加工不断与计算机辅助结合，不断提高其集成技术。毕业设计（论文）1.3国内外研究现状1.3.1国内发展现状我国在注塑模具技术研究上起步很早，可以追溯到半个多世纪之前，在近些年来模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高；完成了从小模具到大型模具的突破，小模具可以做到笔芯，大模具已能完成大屏幕彩电塑壳、全自动洗衣机外壳以及汽车保险杠和仪表盘等。在现代模具加工过程中通常运用的方式是电火花，电火花加工作用在仪器工具和产品中间通过持续的形成脉冲式的放电现象,在局部形成瞬间的极高温度将蚀除去，它的作用原理主要是形成电火花,形成局部高温发生电蚀反应进行对金属的切割,制造产品合适的大小与规模[2]。注塑模具作为注塑生产的载体，在近年也得以大程度的发展，不单从制造工艺、材料选择以及生产要求等方面有更高的要求，在整个使用过程的稳定性也具有更高的要求,高精密立体型结构模具需求增大，未来模具的发展将朝着精密、立体、高效、快速等方向发展。近些年来，国内的模具正在完成从自动化生产到人工智能化的转变，并不断完善整个模具加工的工序流程，降低生产周期，提高产品质量与模具寿命，并将3D打印技术与模型加工相集成，完成从简单到复杂，从单个零件到整个部件的交接，可见模具在国内的发展非常迅猛。 1.3.2国外发展现状国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率[3]。国外发达国家模具标准化程度达到70%～80%，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本。最大限度地提高模具制造业的应变能力满足用户需求。模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化。国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展[4]。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。1.4研究意义本次设计课题《台灯罩注塑模具设计与仿真加工》可以使我熟练掌握注塑模具结构机构的设计，对UGNX、CAD、仿真加工等软件的熟练掌握和应用。随着时代变迁，出现了更多的熔融材料和结构复杂的塑件，致使传统加工难度增加甚至不能加工，因此学会设计和应该计算机辅助工具设计模具并进行仿真，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，其本次毕业设计（论文）设计主要利用UGNX、Moldflow软件的进行模具注塑与仿真加工，这两个软件目前是制造业的首选，模具注塑与仿真加工肯定离不开UGNX、Moldflow软件。因此，学习和掌握注塑模具设计和仿真加工对我来说是非常有必要的，这不仅可以将大学所学应用到实际设计中，而且为以后的工作和学习打下了坚实的基础。1.5研究内容本课题的主要研究内容是：（1）选择并确定台灯罩结构形状；（2）零件图样的工艺性分析。主要包含：分型面设计，拔模斜度设计，镶块与抽芯结构设计，设计合适的型芯、型腔，选择合理的模架、注塑机等；（3）台灯罩注塑模具设计。运用CAE分析软件对台灯罩的最佳浇口位置进行分析,以此为据创建浇注系统方案，并结合塑料熔体在模具腔体内温度场、应力场、成型缺陷等分析结果，得出理想的浇注系统和冷却系统设计方案[5]。（4）注塑模具型腔数控加工编程与仿真。使用UGNX的CAM模块完成型腔的粗、精加工数控编程与后置处理。利用几何仿真软件完成切削轨迹的运动仿真与虚拟切削。2台灯罩结构创建2台灯罩结构创建2.1UG软件介绍UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。可以解决用户由设计到制造的整个仿真过程，对用户来说很方便、很实用，用户可以根据自己的设计要求进行设计和快速修改。三维建模能够很好的表达设计者的思维，三维实体能够清楚的展示出图样的结构形象。2.2台灯罩结构设计台灯作为生活中的必需品，不管在学习、工作、还是野外游玩中都起着决定性的作用，因此，台灯罩作为台灯组件的一部分也至关重要。如何让其外形美观，功能多样，适应场合多是重中之重。根据功能多样性、操作简单化、外观优美型等原则，选择了如图2.1的台灯结构：1.台灯灯管罩；2.台灯主管；3.检测装置；4.悬挂与吸附装置图；5.台灯伸缩架；6.台灯底座2.1台灯结构示意图毕业设计（论文）本次台灯罩注塑模具二维图如图2.2所示，三维图如图2.3所示图2.2台灯罩二维图图2.3台灯罩三维图3塑件工艺性分析3塑件工艺性分析对于塑料产品它的成型方式很多，在大多数情况下，塑料产品不需要车、铣、刨、磨等工序便可一次成型。但从原料到成品需要很多过程，如：材料选择、成型方法、成型工艺等，整个加工过程几乎不需要修补，生产效率高，因此，经考虑采用注塑成型。3.1塑件材料选择塑料因为其具有质量轻、轻度高、耐腐蚀、良好的可塑性、易于成型等特点，在很多领域获得了广泛应用[6]，不同材料的性能有其突出和不足之处，因此，对于一个好的物品来说就应该选择适合它自身的材料。经分析和对比材料的性能和特性得出表3.1：塑料性能特点成型特点模具设计注意事项使用主要用途ABS抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良无定性材料，流动性中等，吸湿性大，必须充分干燥制品厚度不易过薄，注意脱模斜度，考虑顶出要求和排气.40..100℃广泛应用于汽车、电子电气、办公和通讯设备PVC抗风压强度高、耐冲击、保温隔热性能佳、使用寿命长、防火性强、耐腐蚀、耐绝缘流动性差、易产生流痕缩孔、易于分解，透明性差，成型前要干燥为了提高流动性，防止发生气泡，塑料可预先干燥.模具浇注系统宜粗短，浇口截面宜大<200℃卡片、贴牌、铁丝、窗帘、仿皮革、行李箱PS可循环使用，不含有害物质、无异味无污染、绿色环保、流动性好、吸水率低易于成型加工的透明塑料、透光率高、着色力强、硬度高、但脆性大，易产生内应力开裂、耐热性较差加工前可不用干燥，注射压力可低些，因，其冷却速度比一般原料要快，开模时间可早一些<70℃产品包装、家庭用品、透明容器、绝缘薄膜表3.1材料的性能和成型特性通过以上对比，最终选择ABS作为其台灯罩的注塑材料毕业设计（论文）3.2成型方法选型将塑料转化成为塑料制品的工艺方法称为塑料的成型方法，塑料的成型方法很多，包括压缩成型、传递成型、挤出成型、吹塑成型、发泡成型、注塑成型等。注塑成型是使热塑性型料在加热料桶中均匀塑化，然后由柱塞挤到闭合模具的膜腔中成型的一种方法。注塑成型几乎适用于所有的材料，考虑到台灯罩的外形和材料性能，选择排气注塑成型。3.3成型工艺过程与相关参数3.3.1工艺过程完整的注射工艺过程包括：成型前的准备、注塑过程、制品的后处理。（1）成型前的准备：为了使注射成型顺利进行和保证制品质量，生产前需要进行原料预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作；（2）注射过程：加料→塑化→注射→冷却→脱模；（3）制品的后处理：清洗、调湿(使塑件颜色、性能及尺寸得以稳定)；3.3.2台灯罩拔模斜度验证由材料的选择可以知道台灯罩选用ABS材料，注塑件在冷却的过程之中会产生包紧力，因此需要对UG绘制的三维图形进行脱模斜度验证。利用UG对台灯罩进行拔模分析，如图3.2所示：图3.2拔模分析如图3.2的拔模分析结果可知，UG建模的三维图形可以进行正常的拔模。4台灯罩模具设计4台灯罩模具设计在UGNX的模具设计板块（MoldWizard）中，用户自身可以根据模型的尺寸和设计要求选择和更改模具中对应的部件，除此还可以在任何时候对其进行快速的修改和改正。UGNX模具设计模块主要解决设计模具向导的结构组成和模具设计流程；其包含产品初始化，选定模具CSYS坐标，产品可行性分析，设计和更改材料收缩率，添加工件模块，选定型腔布局和腔模，设计和绘制分型面，创建型芯、型腔，选择合适的模架，创建侧抽芯机构，利用Moldflow分析最佳浇口位置和冷却系统，添加一系列模具标准零件。分析在模具开模和合模过程中是否存在部件之间相互干涉，模具是否可以顺利脱模，对存在的问题进行修改和弥补[7]。设计流程：产品导入→设计工件→型腔布局（型芯、型腔）→模架选型→模版处理→标准件调入（浇注系统、冷却系统等）。4.1导入模型打开UG软件，出现如图4.1所示对话框，点击注塑模具向导，显示窗口会出现模具设计的相关命令；然后打开相关命令中的初始化项目窗口，出现如图4.2所示对话框，在电脑上找到并打开我们已经建立好的UG三维模型，UG系统将自动弹出初始化项目窗口；在对话窗口中选择台灯罩作为其选择体，在项目窗口中选择设计材料类型，根据前面的材料分析，我们可以选择ABS作为台灯罩的注塑材料，系统将自动产生收缩率的默认值，然后点击确定按钮，完成模型导入UGNX模块的过程。图4.1UG界面毕业设计（论文）图4.2模型导入与参数设计4.2定义模型相关参数4.2.1设定CSYSCSYC在模具设计过程中至关重要，它不仅决定着模具装配的参考坐标，而且还关系到模具结构设计中的基准问题，因此在设定CSYC时必须参考模具的开模方向和分型面的设计。进入到模具板块后，点击命令窗口中的“模具CSYS”，UG软件将自动弹出如图4.3所示的对话框，因为我们在开始建模的过程中，并非选择三维实体的中心作为绝对坐标，因此在选择模具CSYS时，应该根据后续开模方向和分型面的方向来选定CSYS。台灯罩实体中的CSYS与预想的开模方向和分型面都不是同一个基准坐标，因此为了后续模具装配和模具结构更加方便，我们在“更改产品位置”中选择“选定面的中心”，然后利用鼠标中间将ZC方向旋转至上方，如图4.4所示。图4.3CSYC对话框

图4.4定义后的CSYS4.2.2设定收缩率台灯罩作为一个塑件，在注塑过程中因其塑料的特性问题，在温度和压力的影响下塑件会产生变形和收缩。因此，在对台灯罩进行模具组建之前应该排除因材料收缩而导致的尺寸偏差问题，我们可以采用“注塑模具向导中”的“收缩率”来解决收缩问题。在“注塑模具向导”命令的对话框中点击“收缩率”，会出现如图4.5所示的对话框，台灯罩的材料选用ABS，所以我们将类型选择为“均匀”，“缩放点”利用设置的基础坐标，将“比例因子”设置为1.006，点击“确定”按钮完成收缩率的设定。利用“标尺”对缩放后的台灯罩进行测量，观察测量结果，验证收缩比例。图4.5收缩率的设定4.2.3创建工件为了给台灯罩设定型芯、型腔，我们应利用UG中“注塑模向导”的“工件”命令对台灯罩进行包装。其操作步骤为：在“注塑模向导”中找到“工件”命令，单击“工件”命令，UG系统将自动弹出如果4.6所示的对话框，在“类型”中选择“产品工件”；对于工件尺寸，我们可以更改工件尺寸，更改完成后单击“确定”按钮完成工件的创建，创建后的工件如图4.7所示。图4.6“工件”对话框图4.7台灯罩工件

4.3选择和设定模具相关组件4.3.1型腔布局在模具的设计过程中，型腔的布局决定着一次注塑能够形成几个部件，在布局型腔数目的时候可以根据部件的尺寸大小设计和布局型腔数目。根据台灯罩的尺寸和数量要求，模具型腔采用一模两腔就行设计。在“注塑模向导”中找到“型腔布局”命令，点击“型腔布局”命令，系统将自动弹出如图4.8所示的对话框，我们将建好的工件作为选择体，“布局类型”采用矩形，型腔数目设置为2，然后点击“开始布局”按钮；因为模具坐标要统一，因此我们在“编辑布局”中选择“自动对准中心”，UG模具系统会自动生成如图4.9所示的模具工件图样。点击“关闭”按钮，则UG系统将自动弹出型腔布局界面。这样就完成了模具一模两腔的型腔布局设计。图4.8型腔布局对话框图4.9一模两腔工件4.3.2模型修补台灯罩的结构主要是由曲面和孔构成，在台灯罩的侧面存在一个方孔，用于线路的填充，在其顶部有4个方块孔，解决台灯长时间工作的散热问题，那么这些孔在模具中是不能直接注塑的，因此在设计分型面和型芯、型腔之前我们就应该对其进行修补。因为台灯罩属于一个体的结构，我们可以利用“注塑模向导”中的“模具分型工具”中的“曲面补片”命令对其台灯罩的空孔及其侧孔进行修补。其不同的模型，具体不相同的修补过程，我们就台灯罩的模型修补进行说明，其具体步骤为：在工具栏中点击“模具分型工具”出现其子窗口，在其子窗口中点击“曲面修补”会出现如图4.10所示的对话框，在边缘修补对话框中环选择类型更改为“体”，台灯罩模型作为选择体；对话框将自动生成台灯罩中未缝补的环形面，然后单击“确定”完成模型修补。图4.10片体修补4.3.3分型面设计在创建型芯、型腔过程之前，必须进行分型面的设计，分型面的设计决定着台灯罩模型的成型方案，因此我们需要对台灯罩的结构进行区域分析，分析台灯罩的面体，划分型芯、型腔的片体区域，设计分型线，创建分型面。在选择分型面时，应遵循以下几点原则：（1）分型面应该为该台灯罩的最大投影面；（2）分型面应该方便台灯罩的脱模；（3）利于型芯、型腔的结构设计，易于注塑成型；（4）分型面应与侧抽芯机构不在同一平面，避免影响脱模；我们可以利用“模具分型工具”中的“区域分析”进行台灯罩的面体分析，在分析面体的基础上，可以利用“模具分型工具”中的“定义区域”创建区域和分型线，如图4.11所示；根据创建出来的分型线我们可以创建出合适该台灯罩的分型面，如图4.12所示：图4.11定义创建区域图4.12台灯罩结构分型面4.3.4创建型芯、型腔与侧抽芯机构分型面的设计有利于快速的创建出型芯、型腔；其台灯罩的型芯、型腔能够表达出台灯罩的结构样式，可见型芯、型腔在模具的设计中是至关重要的。我们可以利用“模具分型工具”中的“定义型芯、型腔”快速创建台灯罩模具中的型芯、型腔。由于台灯罩结构问题，我们需要设计侧抽芯机构，否则会影响模具的开模，根据台灯罩的结构图2.2可知，为了能够创建侧孔，我们需在模具中设计侧抽芯机构，其侧抽机构我们采用斜导柱抽芯机构，其结构图如图4.13所示；图4.13侧抽芯结构斜导柱：在开模时，斜导柱随着动模版一起动，为滑块提供动力，促使滑块运动，并抽出型芯结构；型芯滑块：带动型芯运动，使型芯运动，利于开模；滑块：对模具起一定的夹持和辅助作用；4.3.5模架选型模架通常情况下都是标准件，这样有利于缩短制造周期，降低生产成本，提高产业利率，因此我们可以根据模型的大小和机构选择标准模架。在当今模具产业中，模具种类繁多，如龙记（LKM）、富得吧（FUTABA）等。在UG软件中，安装MoldWizard，这样就可以直接在UG注塑模块中，直接调用相关企业的模架产品，并进行一系列的参数设定；在进行模架选择和加载时，有时候会出现提醒错误，那是因为我们选择的模架太小，不符合模具工件；有时候选择过大，也不利用产品成型，面对这样的问题，我们可以采取手动和自动两种更改方式对模架尺寸进行修改。经综合考虑，台灯罩注塑模架选用“富得吧（FUTABA）”系类中的“SC.2930”产品，采取两板式模架，其创建的模架图样如图4.14所示；在创建好模架后，单击“旋转模架”，UG将根据一模两腔将标准件进行旋转；我们应该保存所有文件，这样避免零件丢失；模架参数如图4.15所示；图4.14模架图4.15模架参数4.4注塑机的选型4.4.1注塑机选择原则对于已经建立好的模型，应该选择合适的注塑机对塑件进行注塑，这一步骤相当重要；注塑机的选择决定着产品的塑料是否能够充分的塑化熔融并填充于整个型芯、型腔而不产生其他影响，因此在选择注塑机时，我们应该对塑件进行一系列的计算与分析。注塑机的样式繁多，我们选择最常用的卧式注塑机对塑件模型就行注塑；但选择注塑机前我们应计算相关参数：（1）注射量：LJ>N·LS（4.1）（4.1）中：LJ表示注塑机的注塑量LS表示一个成型模件所需要的的塑料量N表示一个模具中的型腔数目（2）注射压力：PJ>N·PS（4.2）（4.2）中：PJ表示注塑机的注塑压力PS表示一个成型模件所需要的的注塑压力N表示一个模具中的型腔数目（3）锁模力:F>10·PC·A（4.3）（4.3）中：F表示注塑机的额定锁模力PC表示成型模件型腔所需要的的平均压力A表示分型面上的投影面积利用UG中的分析模块对台灯罩进行质量和投影面的计算，打开UG软件，点击“首选项”点击“建模”，系统自动弹出如图4.16的对话框，因为台灯罩选择的材料为ABS，所以将密度修改为1.005，将密度单位改为克/立方厘米，点击确定；点击“分析”中的测量体，便可知道台灯罩的体积、质量和面积数据；经分析台灯罩的体积为10620.43mm3，台灯罩的质量为0.0832kg，台灯罩的面积为11794.2mm2，分析图样如图4.17所示：图4.16密度与单位首选项对话框图4.17台灯罩的体积、质量和面积该模具采用一模两腔，因此塑件的总相关数据为：体积=2x10.61=21.24cm3质量=2x83.2=166.4g面积=2x117.9cm2=456cm2由UG分析可知台灯罩的投影面积为A=60cm2，根据参考文献知P型=30MPa，F=1.35·N·A·P型=486KN，因此，LJ>21.24F>486KN;4.4.2注塑机的选择根据所计算的LJ>21.24cm3F>486KN选择注塑机型号，需要进行最大注射量和锁模力的计算，由参考文献可知Lm>L/aFm>F（4.4）其中a取常值0.8Lm>L/a=26.55cm3Fm>F=486KN初步选择SYS.30注塑机表4.1SYS-30注塑机型号参数主要技术参数SYS.30最大注射容量/cm330g注射压力/MPa157锁模力/KN500最大注塑面积/cm2130喷嘴圆弧半径/mm184.4.3注塑机的参数校核（1）注射量校核：根据经验可知，注塑模具内部的容量应该为整个注塑机容量的4/5；即N·LS<0.8Lg（4.5）其中：LS表示一个成型模件所需要的的塑料量N表示一个模具中的型腔数目经验证：2x10.62cm3<0.8x30cm3满足注射了要求；（2）注射压力校核：根据经验可知，注塑模具内部的压力应该满足：PJ＞1.3Ps（4.6）其中：PJ表示注塑机的注塑压力PS表示一个成型模件所需要的的注塑压力经验证：157MPa＞1.3x117=152MPa满足注射压力要求；（3）锁模力校核：根据经验可知，注塑模具内部的压力应该满足：K·Fm（4.7）其中：F表示注塑机的额定锁模力Fm表示模件的最大锁模力K锁模力安全系数，通常取1.05..1.15经验证：500KN>486KN满足锁模力要求；通过计算校核，我们选择SYS-30型号的注塑机作为台灯罩注塑模具的注塑机。4.5利用Moldflow软件分析最佳浇口和冷却流道Moldflow分析软件是一款能够协助模具设计、产品工艺设计等工程人员快速利用计算机辅助分析出产品的最佳浇口、冷缺道分布等一系列仿真过程[8]；这个分析过程复杂，但却能够为设计人员提高可靠的分析数据，为设计人员在选择最佳位置提供了方便，缩短了工作周期、提高工作效率、提高产品质量、减少材料浪费率等。因此，Mlowflow软件在模具行业非常受欢迎。4.5.1台灯罩网格划分Moldflow分析软件利用将产品划分成有限个很小的单元进行分析的原理，从而将一个整体划分成很多单元，在Moldflow分析软件中，把这些有限的单元称为网格划分；网格划分对一个模型的分析至关重要，合理的网格划分能够简化大量的计算和分析[9]。Mlodflow软件网格划分分为：中面网格、表面网格和实体网格；针对台灯罩我们采用实体网格对其网格化。其具体步骤为：打开moldflow软件，创建新工程导入台灯罩模型，点击“确定”按钮，系统自动弹出“选择网络类型”窗口，选择“实体网格（FUSION）”并设计单位为“毫米”，如图4.18所示；图4.18网格化设定设置结束后点击“产生网格（Showimportlog）”按钮，Moldflow分析软件将自动按照设置的网格化参数对台灯罩进行网格划分，分析结束后，自动对分析结果进行统计，包含：实体个数、三角数、节点、连通区域、网格体积、网格面积、匹配百分比等数据；其中要观擦统计数据中的“匹配百分比”选项，通常“匹配百分比”应达到其比率的85%，如果匹配率过少，就应该对其模型进行重新网格划分，其划分过程和结果如图4.19所示；由于自动创建网格划分存在一些不可避免的错误，因此我们需要利用网络诊断功能对已经划分好的网格进行一系列的诊断和修复，包括：重叠单元、网格匹向、自由边、连通性、双层面等相关部位的修补。图4.19台灯罩网格划分结果4.5.2浇口位置分析与确定浇口的位置是决定台灯罩品质的关键要素之一。在工艺设置中选择材料类型，点击分析中的“设置分析序列”选项，并勾选浇口位置命令，设置完成点击“开始分析”按钮，程序自动运行，台灯罩的浇口位置分析结果如图4.20所示；可以通过窗口中的日志命令查看最佳位置坐标，并在模具中选择该点作为浇口位置；由于模具采用一模两腔，选择“建模”中的复制旋转创建一模两腔环境，在“型腔复制向导”中设置型腔数目为2，点击“完成”按钮，系统将自动生成一模两腔图样，如果跟模具中的型腔不一致，通过旋转调整型腔的分布，如图4.21所示；添加主流道与分流道，设置流道相关参数并对其进行网格划分，对其流道的连通性进行诊断，其余选项均采用系统默认值，其如图4.22所示：图4.20最佳浇口位置分析图4.21创建一模两腔图4.22创建浇注系统由于在注塑模具中要考虑到其余因素对台灯罩的影响，因此利用Moldflow软件对其浇注系统中的温度场、压力场、成型缺陷进行分析，其分析结果分别如图4.23、图4.24、图4.25所示：图4.23浇注温度图4.24压力分析图4.25流动性分析4.5.3冷却系统的分析与搭建产品进行注塑结束后，由于型腔内部为封闭体，热量散发较慢需要对模具添加冷却系统；如果让其塑件自热冷却会出现如下几个问题：（1）产品内部材料不均匀，导致产品失效；（2）生产周期延长，工作效率降低；（3）模具因长时间受高温，导致模腔变形；考虑到以上原因，在冷却系统中布置合理的冷却管道对产品质量相当重要。其在Moldflow环境中添加冷却方法如下：对分析好的流道系统进行填充，在图层管理栏中新建冷却系统，勾选“冷却系统”更改为激活状态；将网格化的型腔与流道添加到冷却系统窗口中，点击“生成流道”向导，选择最佳冷却点，点击“确定”系统将自动生成冷却流道，对其进行诊断修复，完成冷却系统的创建，其如图4.26所示：图4.26创建冷却系统在二维图中的冷却流道布局如图4.27所示：图4.27冷却流道布局4.6模具标准件与分解图（1）添加定位圈在完成了模具的大体设计之后，我们应该在此基础上添加其余模具所需要的标准件，如：浇注系统中的浇注部件、冷却系统中的冷却管道、顶出系统中的顶针、复位系统中的复位弹簧等[10]；在原有模具文件中找到台灯罩的“TOP”文件，打开建立好的模具，因已经对整个模具进行了坐标设置，因此可以直接在UG“注塑模向导”工具栏中找到“标准部件库”，添加加载定位圈，为浇口套提供确定的位置；在选定模具时，我选择了“FUTABA”的模架，为了使模具的配合更加合理，在定位圈对话框中选择“FUTABA”中的“LocatingRingInterchangeable”并对定位圈中的对应参数进行设置，其如图4.28所示：图4.28定位圈参数设定与选择（2）添加浇口套注塑机需要通过浇口套把熔融态的塑料传到台灯罩模具的型腔中，通常情况下，浇口套在整个模具的正中心位置，这样有利于充分的冲型；可以利用定位圈的位置添加浇口套，打开“注塑模向导”点击“标准部件库”，在对话框中选择“FUTABA”中的“SprueBushing”命令，并选定和设置浇口套的相关参数设置，点击“确定”完成浇口套的添加；由于注塑机的浇注半径可以更改，我们也可以对浇口套的尺寸进行修改；其选定浇口套参数如图4.29所示：图4.29浇口套的参数设定与选择（3）添加顶出顶针当整个模具注塑结束后，需要把模件从模具中取出来，由于模具刚工作结束其内部温度比较高，人无法实现采用手开模；为了提高工作效率、降低工作危险系数，采用自动开模，但有时候模件会因为材料粘在型芯或者型腔中而无所自动脱落，因此，我们设计顶出系统将模件顶出模具，顶出系统中采用顶杆作为其核心部件；在确定顶针位置时，我们需要遵循以下几点要求：（A）杆件数量方面考虑：选择并确定合适的顶杆数目；（B）产品质量方面考虑：a、防止因顶杆破坏模件本身而导致产品失效；b、分析并选定合适的杆件；（C）顶杆位置方面考虑：选择并分析合适的安放顶杆位置；根据以上几点要求，可以在UG软件中直接建立顶杆；点击“标准部件库”在“FUTABA”对话框中选择“EjectorPin”中的“EjectorPinStraight”；选择并设定顶杆的相关参数与尺寸大小；设置结束后点击“确定”；其顶杆对话框如图4.30所示：图4.30顶杆参数设置在完成顶杆标准件之后，要对其进行后处理，因其顶杆和模件之间存在曲面，所以应该对其接触处进行修补，其修补采用UG中的“顶杆后处理”命令，选中顶杆和模件的型芯、型腔，然后顶杆的后处理，结束顶杆的添加。其模具的总装分解图如图4.31所示：图4.31台灯罩模具组件分解5型腔仿真加工5型腔仿真加工5.1UG仿真加工模块介绍UG软件在模件的仿真加工上提供了强大的辅助系统，可以将需要仿真加工的模件在UG建模环境中打开，进入数控加工模块；利用这个数控模块可以给用户节约更多的经济成本，用户可以根据产品要求，将设计产品的三维几何模型与UG的数控加工仿真进行结合，参考数控加工过程中的环境，采用虚拟的参数设置对模件进行加工[11]，其虚拟环境包含：机床、工作台、夹具、安装与调换刀具、选毛胚料、工作台、设定主轴转速、设定刀具进给量、设定加工工序、创建刀具路径与产品后处理等产品的加工制造过程。这种模拟仿真加工与现实中的几乎完成一致，使得加工工作中的工人提供了更高的工作效率，降低了因加工失误而导致产品失效、或者工伤等情况发生的概率。5.2台灯罩型腔仿真加工在模具设计时，已经对整个模具进行了型芯与型腔的划分，因为台灯罩的型腔结构复杂，可以采用UG中的NC加工模块对台灯罩的型腔进行仿真加工；考虑到台灯罩的结构比较特殊，曲面较多，且存在多个方孔和圆角，因此制定了如下的加工工艺方案：（1）对整个毛胚材料运用“型腔铣”进行粗加工，得到台灯罩型腔的大体结构；（2）利用“曲面加工”方法对台灯罩型腔进行精加工；（3）采用“轨迹加工”加工方法对台灯罩的内部孔、倒角、拔模面进行精加工；5.2.1台灯罩型腔加工过程（1）确定型腔加工工件利用UG软件中的“加工”模块搭建数控加工模型，导入台灯罩型腔几何体并创建加工工件，设定毛胚尺寸85x30x130mm，设定工件顶部坐标为工件坐标系，其创建几何体如图6.1所示：毕业设计（论文）图5.1毛胚几何体（2）设定几何体参数导入台灯罩模型进入加工模块，在导航器中设定加工环境的安全高度，并在MillOrient窗口中设定参考几何体坐标，点击参考窗口中的“CSYC”选项，使得加工坐标系与毛胚材料的工作坐标系一致，设置完成点击“确定”按钮，在工序导航器中打开“Workpiece”点击“铣削几何体”选择指定部件与毛胚材料，也可以通过创建毛胚自动块来设定毛胚尺寸，如图6.2所示；右键工序导航器，打开“Mill.Rough”在“铣削方法”对话框中设定余量、公差参数，如图6.3所示；在工具栏中打开“创建刀具选项”，弹出“创建刀具对话框”选择刀具类型、设定刀具参数，其中对话框中的名称处为刀具的直接设置，如图6.4所示；图5.2铣削几何体对话框图5.3铣削方法对话框图5.4创建设置刀具类型（3）型腔粗加工在刀具栏中打开“创建工序”，将类型设定为“Millcontour”并选择“型腔铣”；位置中的选项采用默认值，如图6.5所示；在“型腔铣”中点击“指定区域”选择台灯罩的所有曲面作为铣削区域，如图6.6所示；在“刀轨设置”窗口中设定相关参数，其中将切削模式更改为“跟随周边”，其余选项中的步距、平面直径百分比等均采用系统默认参数，如图6.7所示；打开“型腔铣”的“切削参数”选项中，将“策略”中的切削顺序更改为“深度优先”，其余选项默认；在“型腔铣”中的“非切削参数”选项中，将“进刀类型”设定为“圆弧”，对话框如图6.8所示，其余参数默认；设定完成所有的参数点击“生成”按钮，加工模块会立即在当前窗口生成型腔铣粗加工刀轨如图6.9所示；完成后对生成的刀轨进行检验，并在“工序导航器”中点击“后处理”查看加工动态效果，在文件中查看NC程序，如图6.10所示，粗加工NC编程代码见附录1；图5.5创建工序图5.6刀轨设置图5.7切削参数图5.8非切削参数图5.9塑件刀具轨迹图5.10刀具轨迹（4）型腔精加工在刀具栏中打开“创建工序”，将对话框中的类型设定为“Millcontour”并选择“深度加工轮廓”；该对话框中的其余选项均采用系统默认值，如图6.11所示；在“深度加工轮廓”中的“指定区域”中选择台灯罩的外轮廓作为加工区域，在“深度加工轮廓”窗口中设定最小切削长度和每刀的切削深度等相关参数，其中将“深度加工轮廓”中的“切削层”更改为“最优化”，其余范围定义均采用系统默认参数，如图6.12所示；打开““深度加工轮廓””的“切削参数”选项中，将“策略”中的切削方向更改为“顺铣”，其余选项默认；在““深度加工轮廓””中的“非切削参数”选项中，将“进刀类型”设定为“螺旋”，，其余参数默认；单击“确定”完成“深度加工轮廓”的相关设定；对话框相关设置如图6.13所示：完成所有的参数点击“生成”按钮，加工模块会立即在当前窗口生成型腔铣精加工刀轨如图6.14所示；完成后对生成的刀轨进行检验，并在“工序导航器”中点击“后处理”查看加工动态效果，并可以通过记事本打开文件中的NC代码程序，精加工NC编程代码见附录2，如图6.15所示：图5.11创建工序图5.12切削层参数设置图5.13非切削移动进刀设定图5.14刀轨路径图5.15精加工效果5.2.2台灯罩加工工序参数设定与仿真加工表5.1台灯罩加工工序参数工序号刀具类型进给率mm/min主轴转速R/min进刀速度mm/min退刀速度mm/min主轴进给量mm加工余量mmAR2球形铣刀20045020030020.5BR2面铣刀1507002003000.50CR1球形铣刀1503001502000.30DR0.5面铣刀1006001002000.10在对台灯罩的型腔仿真进行相关设计后，按照其工序进行添加工程工序，然后利用仿真模块对台灯罩的型腔进行粗、精加工，其仿真加工如图5.16、如图5.17：图5.16型腔粗加工图5.16型腔精加工6总结总结通过这次的毕业设计，使我对机械设计制造及其自动化专业有了更深层次的了解，也使我的专业知识、专业技能、专业水平有了更大空间的提升，除此还锻炼了团队合作能力、逻辑思维能力、解决问题的能力；通过老师和同学的帮助，能够熟练掌握和应用UG、Moldflow等相关软件，这些对我未来的学习和工作都打下了坚实的基础。本次毕业设计在以台灯罩为主要目标的前提下对台灯罩做如下设计：（1）台灯罩结构进行设计；（2）塑件材料工艺性分析；（3）利用UG软件对其产品进行注塑设计；（4）利用Moldflow分析软件对模具相关参数进行分析；（5）利用UGNX中的加工模块对台灯罩的型腔进行仿真加工；本次毕业设计过程中存在的问题：在使用UG软件进行模具设计时，由于不能够熟练掌握分型面的选取原则和选取方案，多次在型腔与型芯设计方面出现差错，不过在老师和同学的帮助下，这些问题都得到了很多的处理，并顺利完成了从台灯罩到模具再到CAD的转化。参考文献参考文献[1]陈静媛.模具行业设计制造技术现状与趋势[J].机械设计与制造,2007.[2]田勇峰.模具设计与制造的现状及发展趋势[J].南方机械,2016,47(04):95-96.[3]何强.模具设计与制造的现状及发展趋势[J].内燃机与配件,2018(03):109-110.[4]崔玲.模具现状及发展方向分析[J].中国设备工程,2017(01):126-127.[5]李敬.浅析微型注塑技术及其加工工艺[J].中小企业管理与科2018(01):178-179.[6]袁根华.基于CAE灯罩注塑模具设计与注塑工艺[J].塑料科学,2013.6.[7]刘斌,谭景焕.现代模具设计技术的现状及发展趋势[J].塑料工业,2017,45(02):16-43.[8]蒙敏.模具设计过程中CAE软