2011-全国模具设计技能大赛试题解答资料

2011年“华宝杯”全国职业院校模具技能大赛赛题解答宁波职业技术学院王正才一、比赛要求每个参赛队由3名选手组成。参赛队根据给定竞赛任务，按照塑料制件要求，在统一的模具CAD/CAE/CAM软件平台上完成整套注塑模具设计、分析及利用数控铣床加工出型芯及型腔等主要模具零件。竞赛时间为连续6小时，包括注塑模具设计、主要零件加工、工艺文件编制及其他辅助时间。比赛总成绩满分100分，模具设计部分占40%，注塑模具CAE分析占15%，零件加工部分占35%，文明生产部分占10%。二、赛题要求赛题一：塑料制件的数字化模型（一）产品制件技术要求概要•材料：ABS；•材料收缩率：0.5%；•技术要求：表面光洁无毛刺、无缩痕,浇口不允许设在产品外表面；•原始数据：参阅制件二维工程图及三维数据格模型。（二）模具结构设计要求•模腔数：一模2腔，左右平衡布置；•成型零件收缩率：0.5%；•模具能够实现制件全自动脱模方式要求；•优先选用标准模架及相关标准件；•以保证质量和制件生产效率为前提条件，兼顾模具的制造工艺性及制造成本，充分考虑模具的使用寿命；•保证模具使用时的操作安全，确保模具修理、维护方便；•以附件一“热塑性塑料注塑机的规格型号及主要技术参数（一览表）”为选择注射机的依据。模具应与注塑机相匹配，保证安装方便、安全可靠。（三）主要零件加工要求•加工用毛坯材料、尺寸及规格：见附件二“竞赛项目备料明细表”；•以模具主要型腔和型芯零件作为竞赛加工任务，“形状”、“精度”等按参赛队竞赛过程中设计的三维数模及二维工程图；•加工工艺设计：以提供的材料作为第一道工序，设计完整的工艺流程，并填写数控铣削工艺卡。赛位上配备的设备和工具不足以完成最后一道工序加工的，应编写后续加工工艺流程。（四）模具CAE分析要求1、根据提供的原始文件进行CAE分析，分析用数据采用参赛选手的模具设计；2、分析结果并保存，根据分析结果优化模具设计，产生分析报告。三、人员分工A同学：模具设计，完成3D和2D图。B同学：模流分析，完成模流报告、模具设计说明书。C同学：编程加工，完成型芯、型腔的编程和工艺卡制订，以及加工。第一部分模具设计•塑件的总体尺寸141.5X77.5X24.9mm一、模具方案的确定1.塑件工艺性分析：塑件工艺性分析除了要分析塑件成型性能和塑件的尺寸、精度、表面质量外，重点还要分析塑件的脱模斜度和塑件壁厚情况。用UG软件的“部件验证”命令对盖子进行拔模角验证2.修改收缩比•每当接到零件需要模具设计，必须要考虑零件材料的收缩率，并利用‘变换’里的“比例尺”，将零件按照一定得收缩比放大，在注射模具向导工具条中单击【变换】按钮，系统弹出“变换”对话框，选中缩放对象，单击【确定】按钮，出现“点”对话框，再单击“刻度尺”设置物体的中心为缩放中心，单击【确定】按钮，设置刻度尺将缩放比例设置为“1.005”，单击【确定】按钮。完成塑件收缩率的设置。3.零件排位•合理的排位，决定了这副模具需要材料的多少，题目要求一模出二件，通过分析考虑，塑件的排布图如下：•二块型腔型芯料45钢130*180*40（mm）和130*180*50（mm）4.进胶位置的选择•进胶位置设置的合理与否，直接决定了注塑压力，在小于模具锁模力的前提下，是否能打满整个零件，合理的进胶位置，能节省注塑与保压时间，大大提高零件的生产效率。下图是通过模流分析，直观的体现出产品合理的进胶位置，对零件注塑过程中的影响。B同学：两种浇口方案的比较侧浇口潜伏式2.分模•1）创建分型面：一般选在模具的最大轮廓线上，以防止出现倒钩现象。二、模具三维设计过程2）零件补面：为了能容易的将上下模仁分开，必须在零件空洞处，用片体封起来。3）抽取产品分型面：利用“注塑模具分析”自动将零件的型芯、型腔面用不同的颜色区别开来。4）拆分上下模仁：创建毛坯，再利用上几步完成的分型面片体，拆分上下模仁。C同学：型腔加工编程开始（一）工件分析：选择菜单命令【分析】/【测量】，得到待加工区的集合特征信息，零件顶平面和底面的最大距离为24，外形尺寸为180*130*40，如图所示。选择菜单命令【分析】/【曲率分析】，选择全部曲面，可以获得型腔的最小曲率为R0.2.创建型芯、型腔的镶件与壁卡1）镶件：将模仁上妨碍加工或者容易磨损的部位，单独抽取出来加工，能缩短模具的制造周期与提高模具的寿命。2）壁卡：在模仁的四个角上放置壁卡，能提高在合模过程中的精度，从而延长模具的寿命与提高塑件的精度。3.创建冷却水路•在模仁上打冷却水路，能缩短零件的冷却时间，提高注塑机成型产品的速度，大大提高经济效益。通过模流分析，如何对塑件、流道等起到良好的冷却作用。B同学：水路方案对比方案一方案二4.流道•流道直径的大小取决于零件尺寸的大小，并且能将多个零件同时打满，可以通过CAE验证。•流道的绘制要求：1）形状一般利用管道绘制，这样能最大的减小，材料与流道之间的摩擦力。2）主流道到浇口的距离要一样，对称。5.顶出机构•在模具上，顶出机构是必不可少的，它能将零件，从型芯上顶出来。•顶出机构的绘制要求是顶出距离：1）推板+推杆固定板+型芯高度+15=顶出距离。2）要考虑塑件各个部位的受力平衡。6.绘制标准件1）定位圈2）浇口套3)精定位4)螺钉：5)导柱、导套6)复位杆7.模架2D示意图8.模具总装3D图1.模具总装2D图三、模具工程图制作2.模具型腔零件图3.模具型芯零件图第二部分CAE模流分析目的：•预先为模具设计提供参考；•对设计的模具进行验证。一、塑件网格划分•自动划分网格•细化划分网格二、流道设计•将UG里的流道中心线导入CAE.三、水路设计•将UG里的水路中心线导入CAE.四、分析•在“数据管理器”中的“分析方案”目录下，双击“开始分析”,进入分析窗口,弹出启动分析对话框,如图所示。选择详细分析、保压分析及冷却分析,单击启动,开始分析。五、优化结果•通过2个以上的方案对比，最终选择结果如下：第三部分加工编程一、比赛提供的加工条件:二、编程加工中需要考虑的问题1.合理正确的操作机床是确保零件加工质量及防止事故发生的保障2.正确的对刀影响着工件的加工质量与精度3.刀具号和刀具库号要一致4.刀具号与刀具补偿号要便于设定、核对5.编程的先后顺序要条理清晰6.刀具的合理选择与刀具伸出刀柄的长度合理7.刀具与零件干涉的检查8.编程时轮廓的选择合理，正确9.加工参数的设定一定要合理10.下刀点与夹具是否干涉11.编程时零件的保护面要做好12.仿真模拟检查三、型腔的编程加工过程•生成刀具路径的一般过程为：选择加工方法—选择雕刻刀具—设置雕刻参数—分析并修改路径。刀具路径参数设置是其中的最关键部分，参数设置是否合理将直接影响最终加工的效果和效率。（一）加工工艺分析•加工模型1、材料与设备•加工材料：45#钢（45#钢的特性：中碳钢，硬度为25HRC，属于较易切削的材料；型腔尺寸：130*180*40（mm）（单位：mm）•使用设备：JDHMS（使用2.2KWφ120电机，转速范围为6000~20000），JDHMS刚性好，静刚性数值为78400N/CM，是JDPMS的4倍，适合大切削量加工。2、局部处理（1）零件底部有直角，小R角，刀具无法直接加工到位，所以要取电极加工。（2）Ⅰ形槽口采用线切割加工。3、工艺难点分析•①开粗量较大，为保证模具顺利加工，一定要合理给出开粗加工的工艺参数，开粗加工参数主要受刀具和机床自身特性的限制。•②为保证精加工的精度，使精加工刀具受力均匀，一般在粗加工与精加工之间加入几道半精加工工序且一般采用曲面残料补加工工艺。•③平坦面与陡峭面相结合，为保证精加工有较高的效率，可以将它们分别对待，采用不同的精加工方法。•④难点基本是由于刀具磨损引起，在解决此类模具加工中要多从提高刀具使用寿命的角度考虑。避免由于路径引起的刀具过载，使用正确的加工参数，保证刀具在合理的加工状态下进行加工，从而保持刀具有较低的磨损率，降低断刀的概率，提高加工效率。4、粗加工（1）粗加工分析：开粗量较大，可以使用较大的刀具进行浅吃深大进给加工（吃刀深度为刀具直径的2~3%，侧向进给为刀具直径的75~80%，结合机床刚性）（2）参数设定简析：①用型腔模具边界：对于本例的凹模，我们进行毛坯粗加工时选择所有曲面而不选择曲线，当无边界时，使用型腔模具边界的选项就可以只生成型腔外部的刀具路径，而不走多余的路径；②折线连刀：这是环切走刀的特有选项，选择此项功能后，在进刀处采用折线进刀，避免了直接进刀造成双边切而引起的断刀；③环切顺铣：各种技术资料以及实际加工表明，环切顺铣是非常好的一种加工方式，加工过程中，机床震动小，噪音低，刀具寿命延长5、半精加工•半精加工分析：使用浅吃深策略粗加工后，不需要再进行曲面残料补加工，但要进行曲面半精加工，以保证残料均匀、余量一致，方法是采用精加工路径，加工余量一般要控制在0.1mm以内（给精加工留一定加工余量），路径间距为精加工路径间距的3~5倍。6、精加工（1）精加工分析：精加工要求保证最后的曲面效果，曲面质量是由选用的刀具和路径间距等因素决定的，我们一般选用球头刀，并且平行截线的走刀方向要定在曲面曲率变化最大的方向上，路径间距根据表面粗糙度要求一般为0.05~0.1。根据曲面特点，陡峭面适合用等高外形精加工，平坦面适合用平行截线精加工，而且往往是两者配合使用。（2）参数设定简析：①陡斜面：该选项是用于过滤待加工的平坦曲面或陡峭曲面，通过设定与水平面的夹角来过滤，由于在本例的路径生成过程中，我们使用了曲面边界线来限定曲面雕刻范围，已经人为地区分了陡峭面和平坦面，所以选择所有面即可；②路径观察、节点删除：对于生成的平行截线精加工路径，要进行仔细观察，在三个角部有翘起的路径，这些翘起的路径虽然没有产生过切但破坏了我们上道工序加工的直侧面，所以要通过节点删除的方法，将这些路径删除。同样，经过刀具路径分析，最后确认路径是正确的（二）编程操作步骤（型腔）（1）将零件加载到加工环境下，完成定位。（2）定义刀具。如图（3）创建刀路（4）粗加工•创建加工程序，【主选择】为【体积铣】，【子选择】为【环切-3D】如图：1)零件定义2)选择刀具为3)【机床参数】设置4)【刀路轨迹】参数设置6)【边界设置】和【精度和曲面偏移】参数设置7)单击保存并计算，完成的刀路轨迹（5）半精加工•创建加工程序，【主选择】为【曲面铣】，【子选择】为【层切】1)零件定义2)选择刀具为3)【机床参数】设置4)【刀路轨迹】刀路轨迹5)【进刀和退刀点】参数设置6)【边界设置】和【精度和曲面偏移】参数设置7)单击保存并计算，完成的刀路轨迹（6）精加工•创建加工程序，【主选择】为【曲面铣】，【子选择】为【层切】•将半精工的刀路再复制一遍，修改几个参数。1）选择刀具为D6R32）将层切铣削打开3）将加工余量改为0.4）单击保存并计算，完成的刀路轨迹（7）防真效验加工程序1）单击高级仿真按钮，选取整个刀路2）单击确定。仿真结果（三）加工工艺卡四、型芯的编程加工过程•略加工工艺卡：★检验•修改图纸尺寸，使图纸尺寸符合实物。最后：比赛提交的资料•E:\2011MJ\比赛结束保存全部比赛结果文件•E:\2011MJ\3D\比赛结束保存模具三维设计（PRO/E或UG三维缺省设置数据格式）；•E:\2011MJ\2D\比赛结束保存模具二维装配工程图设计（含明细表）和型腔和型芯二维工程图•E:\2011MJ\WORD\比赛结束保存模具设计说明书•E:\2011MJ\CAM\比赛结束保存加工设置（CAM）文件、相应的G代码及零件加工数控铣削工艺卡（OFFICEWORD文档）•E:\20011MJ\CAE\比赛结束保存CAE分析结果文件、分析报告文件•加工工件谢谢大家