模具CADCAE综合设计说明书

模具CAD/CAE综合设计

课程名称：模具CAD/CAM综合设计

学院：机械工程学院专业：材料成型及控制工程姓名：学号：

年级：任课教师：

2011年12月

设计目的

综合设计是在学完全部基础课、专业基础课和专业课并进行生产实习之后的最后一个教学环节。通过综合设计应达到如下目的：

1、运用本专业所学课程的理论和生产实践知识，应用CAD/CAE系统与方法进行模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。

2、掌握模具设计基本技能如结构设计及计算、查阅设计资料和手册，熟悉模具标准及其它有关的标准和规范并在模具设计中加以贯彻。

3、巩固与扩充各门专业课所学内容，掌握模具CAD/CAE设计方法和步骤

一、塑件分析与CAD建模

1.分析塑件设计要求：

塑件的材料为ABS，ABS塑料具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，具有“硬、韧、刚”的综合力学性能，是一种加工性能优良的热塑性塑料采用该种塑料能满足一般塑料制品的使用性能，因此可以用ABS塑料来成型制造该塑件。

塑件采用的材料为ABS，采用一般精度等级为4级，尺寸的公差根据该精度等级查表获得。由于在该精度等级下基本尺寸大于250mm的尺寸公差取一位小数，基本尺寸小于250mm的尺寸公差取两位小数，而经测量后塑件的尺寸为四位小数，因此在建模时要对塑件的尺寸进行调整折合再建模。否则将无法满足注塑成型的精度要求。

一般塑件所要求的表面粗糙度不是很高，且一般模具的成型表面的表面粗糙度要比塑件的表面粗糙度值低一级。因此模具注塑成型应该能够满足塑件的表面质量要求的。

塑件上有三个通孔，并没有复杂的侧凹或者侧凸，这种结构完全可以用注塑成型来成形，而且没有侧抽芯机构，由此看出模具的结构也不是很复杂，只能算是一般的模具结构且没有侧抽芯机构，因此由模具结构来考虑的话此塑件采用注塑成型是可行的。另外塑件的要求不是很高，模具材料采用一般的模具钢即可，因此模具的材料是可以满足该塑件的注塑成型要求的。

2、塑件CAD建模与工程制图

1）、打开UG NX软件，利用UG NX环境下的测量工具测量出塑件各段圆弧的半径、圆孔的半径、塑件厚度以及相关角度，根据测量所得的数据，进行三维建模，画出基本的曲线后进过快速修剪而获得草图如下所示

草图建完后的第一次拉伸

第二次拉伸

将上两次拉伸得到的三维模型进行求和

第三次拉伸

将模型进行求差

完成建模，三维图如图所示

二、塑件注塑成形CAE分析与模拟

应用专业模流分析系统Moldflow进行零件成形过程模拟分析，通过模型的有限元网格划分、材料特性设置、工艺参数设置等前处理，经过分析后可依据结果提出主要质量缺陷预测，包括翘曲、收缩、气穴、熔接痕等，并以此提出工艺与模具结构设计方案。

1．有限元网格划分，依据分析准确度与计算机计算能力确定网格数量（网格数量6000以上）

（1）导入模型：新建一个名为liu的工程，然后选择文件/输入选择.igs格式的文件part1.igs，然后点击打开。

（2）划分网格：选择划分网格按钮，在工具栏上，设计全局网格边长为4 mm(使得网格数超过6000)，然后点击立即划分网格。

2.网格缺陷诊断，修复相关大纵横比，自由边、重叠单元等，直至满足分析需求（以能够顺利分析，不提示分析错误为准）；

（1）网格统计：选择网格统计，从统计结果看到无自由边、交叉边、重叠单元等，但最大纵横比为6.105，大于6，需要修改最大纵横比。

（2）修改纵横比：

1）自动修复。选择菜单栏的网格/网格修复向导命令进行自动修复。

2)手动修复。选择纵横比诊断按钮，点击显示，根据诊断出来的结果采用合并节点修改纵横比比较大的三角形单元，直到纵横比小于6为止。最后用网格统计查看修改结果如下图所示。

最小纵横比5.93，小于6，匹配率达到了82.7%，无自由边、交叉边、重叠单元等缺陷，基本符合模型分析的要求。

3.成形工艺参数设置，根据专业知识进行初步设置；

（1）分析最佳浇口位置：选择分析顺序为最佳浇口位置，分析结果如下图所示：

最佳浇口位置是保证塑件有非常好的内部质量和表面质量的一个重要方面，选择好最佳浇口位置，可以有效的减少熔接痕，有效的增加塑件的均匀程度，使得塑件质量整体水平提高。模拟分析出塑件最佳浇口的位置在塑件的侧面，对于成型时的浇口位置合理，可以实现，同时利于分型面得设计，根据分析结果在变蓝位置都可宜采用。因此，将浇口初步定在塑件的侧面，这样可以满足浇口的合理布置，同时所在位置，不会影响塑件的使用，表面质量也不会影响很大。（2）选择材料为：Lanxess公司的ABS材料，型号Lustran ABS 1146。

4.浇注系统建模

经过模拟分析，采用一模两件比一模一件的经济效益更好，并且可以使模具的受压平衡，一模两件时可采用侧浇口，侧浇口较小对塑件的表面影响不是很大。横流道采用梯形的梯形的比圆形更好加工，从经济方面考虑也是有利的。并检查连通性

设计冷却管道，修改工艺参数，进行模拟分析。经过模拟对塑件的缺陷进行分析。

从充填时间图可看出塑件没有欠住。

下图是所有因素影响下塑件的变形图，变形如此之大是因为塑件的最大厚度达到了38mm，是属于厚度很厚的了，导致冷却比较困难且很不均匀，致使冷却时塑件不同的收缩产生的变形很大，从而影响到整个塑件的总变形量。

下图是塑件的熔接痕图，熔接痕主要是出现在两股塑料熔体的交汇处，从图看出此塑件

的熔接痕不是很多也不是很大，要想得到更少的熔接痕可以从注塑速度、注塑压力、流量、

模具温度、熔料温度等做调整，但是对于一般的塑件要求的是可以满足要求的，所以此塑件

的这样的熔接痕是可以的

下图是塑件的缩痕指数图，最大缩痕指数为4.590，体积收缩比较大，缩痕较为明显。导致缩痕如此明显主要是因为塑件比较厚冷却后的体积收缩很大，还有另一种可能是注射压力比较小。而此塑件主要还是因为塑件的厚度太厚导致的，生产中可以通过改变塑件的结果来改善塑件缩痕的缺陷。

下图为塑件的气孔图，由图可以看出在塑件的表面边沿会出现一些气孔，这样会影响到塑件的质量和使用寿命。可以通过改善模具的排气系统来改善排气的质量，从而减少气孔的产生。

经过以上分析结果的缺陷可知，对于此塑件注塑成型的缺陷还是比较多的，而且缺陷也是比较严重的，都有可能会影响到塑件的正常使用。此塑件的最大厚度达到38mm，这样厚的塑件不仅冷却很困难，而且会产生很大的收缩变形和收缩痕影响塑件的质量。从实际生产来说，此塑件结构是可以做一些调整的，将壁厚减小，可在强度要求较高的地方设置加强筋，这样既可以使塑件的冷却更为方便，冷却时间短了还可提高生产效率，还可以改善由于塑件收缩产生的变形和收缩痕。熔接痕和气孔，可以考虑改善注塑成型的工艺和模具排气系统的结构来进行改善。总的来说，此塑件的主要问题还是因为塑件的厚度过大，从而产生许多较

严重的缺陷，因此主要考虑通过改善塑件的结构来进行改善。

三、模具结构CAD设计

在MoldWizard环境下进行模具结构设计（注意：浇注系统、冷却系统的设计与模流分析的要一致），主要包括模具坐标系确定、多模腔设计、收缩率设置、模仁设计、型腔排布、补面与损面修补、分型设置、模架库应用、标准件库、顶杆设计、滑块设计、镶件设计、浇口与流道设计、冷却系统设计等内容。

1、模具坐标系确定：根据模流分析的工艺及塑件的结构，模具的分型面应该设在塑件的最大平面上，这样塑件的表面没有分型留下的痕迹，而且在创建分型面时也相对简单。Z方向为顶出方向，X—Y平面为分型面。

2、工件毛坯设置及分型：定义工件和型腔布局，此塑件采用一模两腔。接着进

行分模设计，完成创建分型线、曲面补片、创建分型面、MPV初始化、定义区域和生成型腔型芯。

把未定义的7个面分别定义为型腔区域，3个定义成型芯区域。

完成定以后生成型腔和型芯

3、模架库的选用：采用默认的4545型模架，但AP板的厚度改为76mm和BP板的厚度改为56mm。

4、标准件选用：添加浇口套是采用默认的数值，而HEAD-HEIGHT改为36，CA TALOG-LENGTH改为71再进行添加。

添加定位环改变的数值如下图，其他默认

接下来设计顶杆，采用光标位置输入坐标值来确定。完成顶杆的添加后进行顶杆后处理，采用默认值。

5、浇注系统设计：确定浇口的点时，通过点功能修改坐标值来确定（X=56.3192，Y=0，Z=0）,另外一腔就自动创建。点创建完后就可以进行浇口创建了，选用的浇口类型为矩形，数值如下图所示

创建完浇口后就进行横流道的创建，采用的是横截面为梯形，这样加工会更为方便一些，合模对齐性也较高，而且梯形横流道也是经常用到的。

6、冷却系统设计：根据模流分析时的所建冷却水道的形式来进行冷却水道的设计，

步骤根据书本说举例子即可完成，因此在此也不多给出所设计时的步骤了。设计完冷却水道

及其标准件后就可以完成整个模具的设计了。

完成了整副模具图，如下图所示

心得体会

由于时间仓促和本身学习知识欠缺，在实际设计中，遇到了很多不懂得问题，好在经过和同学的讨论，并在自己的努力之下，最终将设计基本完成。我进一步了解UG和MF的基本功能，对模具的设计以及塑件分析使我更加熟悉和了解模具设计的整个过程。边学边用，更好地了解到自己的不足，加以弥补，巩固所学知识。这次课程设计是大学最后一次课程设计，为我们的最后的毕业设计做好了铺垫，这次我的收获很大，还在实际中得到锻炼。

总之，知识必须通过应用才能实现其价值！很多东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，只有到真正会用的时候才是真的学会了。虽然这个设计还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，将会使我终身受益。