洗衣机机盖注射模加工工艺设计及CAM模拟(二)

我们模具工业发展到今天，经历了一个艰辛的历程，直到 1976 年仍处于落后状态。
自 1977 年以来，我国开始对模具工业高度重视，将模具列为“六五”和“七五”规划重
点科研攻关项目，通过一系列措施，使得模具工业有了很大发展，并在某些技术方面有所
突破。1980 年伤害已能制造一模 400 个型腔的大型热固性塑料封装模。随后，家用电器中
大型复杂的塑料成型模具也陆续试制成功。同时还制造出了 10 多个工位的精密级进模，
以及精度和难度都较高的塑料成型模具，并通过消化引进技术，研制微米级精度的多工位
级进模和多型腔塑料成型模。此外，模具的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）
技术也开始了研究，并取得了初步成果。在这个时期，模具工业才真正得到了较大发展。
最近几年，不断引进先进制造技术和先进设备，在零件测绘方面，采用三坐标测量仪和激
光扫描仪等先进测量设备和测量技术，测绘零件不仅准确、迅速，而且可将所测数据和图
形直接输入计算机，建立各种文件，显示零件的三维模型和二维图形。在设计方面，由于
CAD 的普遍应用，许多企业和工厂已经甩掉了图板，PRO/E、UG、CIMATRON、MOSTERCAM 等
三维造型软件的大力推广，不仅可为 CNC 编程和 CAD/CAE/CAM 集成提供保证，还可以在设
计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。在加工方面，数控机床的广泛使用
不仅保证了模具零件的加工精度和质量，而且以高切削速度、高进给速度和高加工质量为
主要特征的加工技术，比传统的切削加工效率提高几倍甚至十几倍。一些上规模、上水平
的模具厂不断涌现，使我国的模具工业又有了长足的发展。
据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括 10 个方面：
1) 模具日趋大型化。
2) 模具的精度将越来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现已达到 2-3 微
米，1 微米精度的模具也将上市。
3) 多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担
负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。
4) 热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。
5) 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模
具也将随之发展。 
6) 标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制
造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。 
7) 快速经济模具的前景十分广阔。 
8) 随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模
的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 
9) 以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械
零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 
10) 模具技术含量将不断提高。

1.2  塑料模具CAD/CAM的意义
塑料零部件模具的总体要求和关键零件的尺寸和形位要求都是很高的，尤其是多工序
复合模，在这方面的要求更高，又因为塑料零部件模具多属单件生产，热处理工序多，要
求高。大多采用手工进行模具零件的制造工艺设计，这必然造成工作量大、效率低,无法
利用 CAD 数据，不能与设计、加工部门共享信息等问题。解决这些问题不是靠增加劳动时
间所能解决的，必须靠提高模具设计技术、缩短设计时间及加工机械的电子化、数字化来
实现。为此，在塑料模具工业中采用计算机辅助设计 CAD 和计算机辅助制造 CAM 使塑料模
具的设计与制造则可解决这些问题,并优化工艺设计,提高工艺设计质量,促进工艺设计标
准化,为建立计算机集成制造系统打下基础提高到一个新水平。模具 CAD/CAM 已是当今世
界模具制造业最为先进的生产模式，也为工厂实现由产品设计、生产到管理的一体化，无
图纸化奠定了基础。
CAD/CAM 提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体,赋予“设计”完
整的概念，符合现代设计技术的发展趋势。 它提供的 CAD 软件造型技术能方便快捷地实

现产品设计，在设计过程中,可以直接修改模型，缩短了产品开发的周期，而且能直接为
后期的模具设计提供准确的三维数据。强大的 CAD/CAM 集成功能使模具设计技术人员的设
计更加快捷、方便，大大缩短了模具设计周期，提高了模具设计的准确性，降低了模具设
计成本，同时也为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强
有力的工具。
CAD /CAM 技术的日臻完善和在模具制造上的应用，使其在现代塑料模具的制造中发挥
越来越重要的作用，CAD /CAM 技术已成为现代塑料模具的制造的必然趋势。模具制造技术
必然要向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。

1.3  课题的突出和研究内容

1.3.1  课题的提出

本次对象是一个洗衣机机盖模具的 CAM 模拟，洗衣机机盖如图 1.1 所示，其
外形尺寸为：440×350×53，材料为 PP（聚丙烯），聚丙烯是一种密度低（0.9g/cm3），无
色，无味，无毒的线型烯类聚合物。其弹性、屈服强度、硬度及抗拉、抗压强度等都高于
聚乙烯，其中拉伸强度甚至高于聚苯乙烯和 ABS。聚丙烯吸水率<0.02%，几乎不吸水，因
此可以做洗衣机的许多零部件的材料。外形轮廓为曲面，件壁厚均匀，对其应采用普通注
塑的方法来获得成型零件。

图 1.1  洗衣机机盖的三维示意图

本次为图 1.2 所示的注射模具完成其加工工艺设计及成型零部件（图 1.3 所
示）的 CAM 模拟。

图 1.2  洗衣机机盖注射模三维模型

图 1.3  注射模具的型芯与型腔

由于设计模具时须考虑制件的收缩率,故模具设计时所用的制件尺寸均为预放了收缩
率,以正确地进行模具的设计和制造，图 1.3 中成型零部件的尺寸均为制件实际尺寸×(1+
收缩率)，本制件收缩率为 0.5%。此洗衣机机盖塑件的表面面积较大，塑件厚度较小，所
以在设计模具时要在型芯和型腔上设有冷却孔，使其零件收缩一致。在加工时，由于模具
的型芯和型腔成型表面的复杂性决定其加工要多次采用粗精加工；模具的型腔和表面有比
较小的倒角，所以精加工时需要清角。

1.3.2  研究内容

本课题主要的主要研究内容：洗衣机机盖注塑模具零件的加工工艺和应用 UG 软件对
需用数控加工的零件进行 CAM 数控加工模拟。进而在上述产生的数据和车间工艺文档的帮
助下优化模具设计和制造。
加工工艺设计的主要内容包括确定加工方法，确定零件的定位和装夹方案，安排加工
工序，以及安排热处理、检验及其辅助工序等。
数控编程加工的主要内容包括零件加工方法的选择，加工区域的规划，加工工艺路线
规划，刀具的选择，切削参数的确定，数控编程方法的选择等，通过设置加工参数来模拟
数控机床加工，最后获得数控加工的后处理文件和车间工艺文档。
由于本课题涉及到塑料模具的设计、数控加工工艺设计以及 CAM 模拟，因此需要的综
合知识很多，从理论到实际生产过程都牵涉到了。通过这些培养自己发现问题、分析问题
和解决问题的能力和创新能力与实践能力的训练。

1.3.3  研究技术路线

本次主要使用 UG 软件对洗衣机机盖注射模的型腔和型芯进行 CAM 模拟，UG
CAM 加工的基本流程如图 1.4：

创建部件模型

制订加工工艺规程

UG数控加工编程

加工仿真及后置处理

图 1.4  研究技术路线

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