三维软件生成零件

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前言
模具是现代工业生产的重要工艺设备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等的生产行业中得到了广泛应用。

由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。

根据国际技术协会预测，到2005年产品零件粗加工的75％，精加工的50％将由模具加工完成。

在世界上一些工业发达国家里，模具工业的发展是很迅速的。

据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。

模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

随着生产和科学技术的迅速发展，产品更新、改型加快，模具的更新越来越快。

为了适应工业生产对模具的需求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进加工设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。

电子计算机的应用给模具设计和制造开辟了新的前景。

预计工业发达国家的模具工业还将有新的发展。

尽管我国的模具工业这些年来发展较快，但不论从设计、制造方面，还是从生产能力方面还远不能适应国民经济发展的需要，严重影响工业产品品种的发展和质量的提高。

为了尽快改变这种状况，国家已采取许多措施促进模具工业的发展。

争取在较短的时间内使模具生产基本适应各行业发展的需要；掌握生产精密、复杂、大型、长寿命模具的技术；使模具标准件实现大批量生产。

由于模具是一种生产效率很高的工艺装备，其种类很多，组成各种不同用途模具的零件更是多种多样。

模具生产多为单件生产。

这就给模具生产带来许多困难，为了减少模具设计和制造的工作量，世界上一些工业发达的国家对模具零件的标准化工作非常重视。

标准化了的模具零件可以组织批量生产，并向市场提供这些模具的标准零件和组件。

制造一种新模具只需制造那些非标准零件，再将它和标准零件装配起来便成为一套完整的模具，从而使模具的生产周期缩短，制造成本降低。

我国已制定了冷冲模、注塑模和压铸模等的国家标准。

模架、模板、导柱、导套等模具的标准零件，也开始了小规模的专业化生产。

摘要
我的设计是应用基于Windows平台的三维软件生成零件的外形和模具等外形，然后再生成加工轨迹去加工。

这是生成并制造模具的流程过程。

在设计中，我先建立零件的模型并生成加工零件的模具外形。

模具的凸模和凹模都是在软件中生成的。

而且达到了它们之间需要的配合关系。

利用模具的模型生成加工轨迹和NC代码。

这样就可以应用NC代码在数控机床上面加工了。

在设计中，我采用了主流的设计软件来设计零件、模具的外形并在软件中生成加工轨迹和NC代码。

软件有Solidworks和MasterCAM。

毕业设计的内容就是加工一个简单模具的的流程。

在实际生产中的过程类似与这个流程。

CAD/CAM软件在生产中应用是很广泛的，从建模到生产轨迹都是在软件中实现的。

Summary
My design is application according to the terrace of Windows of three the shape of born spare parts in the software of 维ss with molding tool etc. shape, then reborn process the track process.This is born to combine the process process of the manufacturing molding tool.
In design, I establish first the model of the spare parts and born process the molding tool shape of the spare parts.The convex mold of the molding tool is all in software born with the cave mold.And come to a their the match relation of a demand.Model that make use of the molding tool the born processing the track with the code of NC.Can apply the code of NC like this at counted to control the machine bed to process up.In design, I adopted the design software of the main current to the shape that design the spare parts, molding tool and in software born process the track with the code of NC.Software contain Solidworks with MasterCAM. Contents that graduate the design is to processes a simple molding tool of of process.In the actual process in the production similar with this process.CAD/ the software of CAM is in production the applied is very extensive, from
set up the mold arrive the production track is all what realizes in software.
第一章零件分析
第一节零件介绍
该零件是一个鼠标。

这个鼠标尺寸大小是112mm×48mm×32mm。

壁厚为2mm。

它的上盖和中盖表面都是不规则曲面，下盖有一段绕边线的圆弧面。

鼠标的侧面也是曲面，这一段曲面有一个向上拔模的斜度，大概是1度左右。

外观图如下
鼠标被打开后可以看见上盖的内部有连接下盖2个螺钉的柱体和定位滚球的圆环面，还有左右各一个的加强筋。

这些部件都和下盖有一种配合关系，有螺钉孔的柱体上表面和下盖上的圆台面重合。

圆环面和下盖的圆环面是同芯的。

两侧的加强筋在下盖的内壳里面，它和内壳直接只有1～2mm的距离。

这就保证了上下盖直接的位臵关系。

上盖的边线部分有一段外唇部。

向内切除了1mm，深度有1mm。

上盖在于中盖连接处有2个倒钩状的支撑体。

中盖就被这个支撑体卡在上盖上，并且还有一个支撑钉固定。

如下图所示：
等，图示如下：
在进行零件测绘的时候由于所受到的工具的限制等一系列的因素，测绘得到的结果可能存在测量误差。

在测量过程中也存在人为误差。

这些都是不可能避免的，所以只能够保证零件形状的完整和结构的真实性，做到和真实零件的形状大小相差不是很大，
配合关系的准确。

第二节材料特性
一．工艺特性
鼠标的材料是热塑性塑料。

这种材料特点为受热后发生态态变化，由固态软化或溶化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成固体，且过程可多次反复，塑料本身的分子结构则不发生变化。

热塑性材料品种极多，即使同一品种也由于树脂分子量及附加物配比不同而使其使用及工艺特性也有所不同。

另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的改性品种。

（一）收缩率
塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩这种性能称为收缩性。

由于收缩不仅是树脂本身的热胀冷缩。

而且还与各成形因素有关，所以成形后塑件的收缩应称为成形收缩。

1.成形收缩的形式成形收缩主要表现在下列几个方面：
（1）塑件的线尺寸收缩由于热胀冷缩，塑件脱模时的弹性恢复、塑性变形等原因导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小，为此型腔设计时必须考虑予以补偿
（2）收缩方向性成形时分子按方向排列，使塑件呈现各向异性，沿料流方向（即平行方向）则收缩大、强度高，与料流直角方向（即垂直方向）则收缩小、强度低。

另外，成形时由于塑件各部位密度及填料分布不均，故使收缩也不均。

产生收缩差使塑件易发生翘曲、变形、裂纹、尤其在挤塑及注射成形时则方向性更为明显。

因此，模具设计时应考虑收缩方向性按塑件形状、流料方向选取收缩率为宜。

（3）后收缩塑件成形时，由于受成形压力、剪切应力、各向异性、密度不均、填料分布不匀、模温不匀、塑性变形等因素的影响，引起一系列应力的作用，在粘流态时不能全部消失，故塑件在应力状态下成形时存在残余应力。

当脱模后由于应力趋向平衡及贮存条件的影响，使残余应力发生变化而塑件发生再收缩称为后收缩。

一般塑件在脱模后10小时内变化最大，24小时后基本定型，但最后稳定要经30～60天。

通常热塑性塑料的后收缩比热固性大，挤塑及注射成形的比压塑成形的大。

（4）后处理收缩有时塑件按性能及工艺要求，成形后需进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸发生变化。

故模具设计时
对高精度塑件则应考虑后收缩及后处理收缩的误差并予以补偿。

2.收缩率计算塑件成形收缩值可用收缩率来表示，如公式（1－1）及公式（1－2）所示。

Q实= a-b/b*100 (1-1)
Q计＝c-b/b*100 (1-2) 式中Q实——实际收缩率（％）;
Q计——计算收缩率（％）；
a ——塑件在成形温度时单向尺寸（毫米）；
b ——塑件在室温下单向尺寸（毫米）；
c ——模具在室温下单向尺寸（毫米）。

实际收缩率为表示塑件实际所发生的收缩，因其值与计算收缩相差很小，所以模具设计时以Q计为设计参数来计算型腔及型
芯尺寸。

3．影响热塑性塑料成形收缩的因素如下
（1）塑料品种热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化成的体积变化，内应力强，冻结在塑料内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显，另外成形后的收缩、退火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。

（2）塑性特性成形时融料于型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。

由于塑料的导热性差，使塑料内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。

所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。

另外，有无嵌体及嵌体布局、数量都直接影响料流方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小，方向性影响较大。

（3）进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成形时间。

直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚）则收缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。

距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。

（4）成形条件模具温度高，融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。

模温分布与塑料内外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到
各部分收缩量大小及方向性。

另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩量大小及方向性大。

注射压力高，融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回跳大，故收缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。

因此在成形时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。

模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸及分布情况，按经验确定塑件各部件的收缩率，再来计算型腔尺寸。

对高精度塑件及难以掌握收缩率时，一般宜用如下方法设计模具：
①对塑件外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。

②试模确定浇注系统形式、尺寸及成形条件。

③要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后24小时以后）。

④按实际收缩情况修正模具。

⑤再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。

（二）流动性
1．热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表现粘度及流动比（流程长度／塑件壁厚）等一系列指数进行分析。

分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺纹线长度长、表现粘度小，流动比大的则流动性就好，对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注射成形。

按模具设计要求我们大致可将常用塑料的流动性分为三类：
（1）流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚甲基戊烯;
(2)流动性中等改性聚苯乙烯、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚；
(3)流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙稀、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氯塑料。

2．各种塑料的流动性也因各成形因素而变，主要影响的因素有如下几点：
（1）温度料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。

（2）压力注射压力增大则融料受剪切作用大，流动性也增大，所以成形时宜调节注射压力来控制流动性。

（3）模具结构浇注系统的形式，尺寸，布臵，冷却系统设计，融料流动阻力等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性，凡促使融料降低温度，增加流动阻力的则流动性就降低。

模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。

成形时则也可控制料温，模温及注射压力、注射速度等因素来适当地调节填充情况以满足成形需要。

（三）结晶性
热塑性塑料按其冷凝时有无结晶现象可划分为结晶形塑料与非结晶形（又称无定形）塑料两大类。

所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运动，按微略固定的位臵，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。

作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般结晶性料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃等）。

但也有例外情况，如聚甲基戊烯为结晶性料却有高透明性，ABS为无定形料但却并不透明。

（四）热敏性及水敏性
1．热敏性塑料系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受到时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚，分解的倾向，具有这种特性的塑料称为，热敏性塑料。

如硬聚氯乙稀、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。

热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或有毒性。

因此，模具设计、选择注射机及成形时都应注意，应选用螺杆式折射机，浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀烙，不得有死角滞料，必须严格控制成形温度、模温、加热时间，螺杆转速及背压等。

如有分解应立即洗清设备及模具，必要时应在热敏性塑料中加入稳定剂，减弱热敏性能。

2有的塑料（聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性，对此必须预先
加热干燥。

（五）应力开裂及熔融破裂
1．有的塑料对应力敏感，成形时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。

为此，除了在原料内加入附加剂提高抗裂性外，对原料应注意干燥，合理的选择成形条件，以减少内应力和增加抗裂性。

并应选择合理的塑件形状，不宜设设臵嵌件等尽量减少应力集中。

模具设计时应增
大脱模斜度，选用合理的进料口及顶出机构，形后塑件还宜进行后处理提高抗裂性，消除内应力并禁止与溶剂接触。

2．当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显横向裂纹称为熔融破裂，有损塑件外观及物性。

故在选用熔融指数高的聚合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注射速度，提高料温。

（六）热性能及冷却速度
1．各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。

比热高的塑化时需要热量大，应选用塑化能力大的注射机。

热变形温度高的冷却时间可短，脱模早，但脱模后要防止冷却变形。

热传导率低的冷却速度慢必须充分冷却，要加强模具冷却效果。

热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。

比热大、热传导率低，热变形温度低，冷却速度慢的塑料则不利于高速成形，必须用适当的注射机及加强模具冷却。

2．各种塑料按其品种特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。

所以模具必须按成形要求设臵加热和冷却系统，以保持一定模温。

但料温使模温升高时应予冷却，以防止塑件脱模后变形，缩短成形周期，降低结晶度。

当塑料余热不足以使模具保持一定温度时，则模具应设有加热系统，使模具保持在一定温度，以控制冷却速度，保证流动性，改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却，防止壁厚塑件内外冷却不均及提高结晶度等。

对流动性好，成形面积大、料温不均的则按塑件成形情况有时需加热或冷却交替使用或局部加热于冷却并用。

为此模具应设有相应的冷却或加热系统。

（七）吸湿性
塑料中因有各种添加剂，使其对水分各有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及机电性能不良。

所以对吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时还需要用红外线照射以防止再吸湿。

鼠标的材料特性决定了它是用注射模具来制造的。

它在尺寸公差方面如没有特殊的要求一般采用6～8级精度等级。

而在表面粗糙度方面的要求也不是很高，一般都是6.3或12.5。

这都取决于模
具型腔的表面粗糙度。

二．常见塑料材料的简单判别方法
塑料材料有各种各样的种类,即使是相同形状的制品也常常用不同的材料来生产,判定不同的材料用化学分析法来判明可以知道是什么材料,但作为一个普通的生产者或技术人员, 用那么复杂的过程来判定一种材料既花钱又花费时间.以下介绍一种简单地利用火焰来判定的方法,列表如下:
根据上表，我们可以初步的判断鼠标是ABS这种材料。

第三节 Solidworks介绍
在毕业设计中，我主要采用了Solidworks这个软件。

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。

功能描述： 1、Top Down(自顶向下)的设计
自顶向下的设计是指在装配环境下进行相关设计子部件的能力，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自
动完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。

用户可以在装配布局图做好的情况下，进行设计其它零部件，并保证布局图、零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。

2、Down Top(自下向上)的设计
自下向上的设计是指在用户先设计好产品的各个零部件后，运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计能力，在装配关系定制好之后，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，并且为设计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。

用户可以在产品的装配图做好后，可以设计其它零部件、添加装配关系，并保证零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。

设计中经常需要修改和重复设计，并需要随时考查和预览同一零部件的不同设计方案和设计阶段，或者记录下零部件在不同尺寸时的状态或不同的部件组合方案，而不同的状态和方案又可同时在一张工程图或总装配体内同时显示出来，因而SolidWorks利用配臵很好地捕捉了实际设计过程中的修改和变化，满足了各种设计需求。

3.装配特征
SolidWorks提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和记录特定的装配体设计过程。

实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。

在产品的装配图作好之后，零件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

SolidWorks支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。

4．工程图(RapidDraft,剖中剖,交替位臵视图)
SolidWorks提供全相关的产品级二维工程图，现实世界中的产品可能由成千上万个零件组成，其工程图的生成至关重要，其速度和效率是各3D软件均要面临的问题。

SolidWorks采用了生成快速工程图的手段，使得超大型装配体的工程图的生成和标注也变得非常快捷。

SolidWorks可以允许二维图暂时与三维模型脱离关系，所有标注可以在没有三维模型的状态下添加，同时用户又可随时将二维图与三维模型同步。

从而大大加速工程图的生成过程。

SolidWorks在已有配臵管理的技术基础上提供了生成交替位臵视图的功能，从而在工程图中清晰地描述出类似于运动机构等的极限位臵视图。

其它同类软件是无法生成这种视图的。

因为其它同类软件没有配臵管理，也就无法提供由此而创新出的各种功能。

SolidWorks提供GB标注标准，可以生成符合国内企业需要的工程图，用于指导生产。

不管模型的塑造，工程图的生成，还是模具的塑造都是在这个软件中进行的。

这个软件拥有易用和友好的界面，便于操作。

在整个模型的建立过程中，Solidworks完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。

用人们熟悉的Windows方式，工作十分的简便。

下拉菜单、鼠标点击、剪切复制和拖动放臵等是常用的操作。

通过特征管理器的设计树引导，复杂零部件的细节和局部设计的安排条理格外清晰明了。

特征模板是一个可以随时打开的设计信息库，从而标准零件和标准特征的引用变得异常轻松。

尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改。

设计数据是100%可编辑的。

特征的换序用拖动放臵的操作即可完成。

特征树中的回放指示条能逐步反推模型的生成过程。

零部件与零部件之间和零部件与图纸之间的相关性有选择地更新。

它和Pre/UG一样都是用尺寸来驱动模型的形状的生成的，只要尺寸一变化，模型也会相应的变化。

特别是它在生成工程图的时候是很有效率的，只要新建一张工程图，把生成的模型图拖入工程图中就可以自动的生成工程图了。

在模型的建立过程中，我是采用了自下向上的设计顺序来作图的。

这种方法是先设计好产品的各个零部件后，运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计能力，在装配关系定制好之后，不仅做到尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关。

这样就做到了前后尺寸的一致，做到了零件装配是的统一。

界面如下图：。