基于逆向工程技术电风扇外壳的成型工艺及模具设计 - 图文

毕 业 设 计

题 目： 基于逆向工程技术的电风扇外壳

成型工艺及模具设计

学院： 机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级 学号 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2012年6月5号

诚 信 声 明

本人声明：

1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；

2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；

3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。

作者签名： 日期： 年 月 日

毕业设计（论文）任务书

题目： 基于逆向工程技术的电风扇外壳成型工艺及模具设计 姓名 吴红丹 学院 机械工程学院 专业 材料成型 班级 0804 学号200802050427 指导老师 孙孝文 李东锋 职称 讲师 教研室主任 一、基本任务及要求：

1.采用实物逆向技术，对LED台灯外壳进行三维扫描，生成外形曲面点云数据，重构外形曲面，生成三维实体模型，给出合适的技术要求。 2.查找与设计过程的相关的中、外文献资料，对国内外注塑件的成型工艺与方法进行分析、探讨，对课题所给制件进行成型方案设计并进行论证，写出文献综述及开题报告，要求格式规范、文字表达清楚。 3.对课题所给制件进行成形工艺性分析，并进行必要的工艺计算，确定最佳成形工艺方案。 4.根据所确定的成形方案，采用三维设计软件进行模具设计，并绘制模具总装配图、零部件图、要求用电脑绘出所有图纸，图纸规范、图面清晰。 5.对设计过程进行总结、对所设计的模具进行可行性分析并撰写设计说明书。 6.所有的文档资料格式符合要求，基本无错别字和语句不通的现象. 二、进度安排及完成时间：

1. 2月20日～3月9日， 查阅资料、撰写文献综述和开题报告； 2. 3月10日～3月20日，课题调研、资料收集、方案设计； 3. 3月21日～4月21日，确定最佳工艺方案，进行模具设计； 4. 4月22日～5月22日，撰写毕业设计说明书； 5. 5月23日～5月31日，将毕业设计资料送指导老师审阅、评阅老师评阅； 6. 6月01日～6月12日，毕业设计答辩和资料整理。

目 录

摘要 ................................................................................................................................ I abstract ....................................................................................................................... II 第1章 绪论 ................................................................................................................1 1.1 前言 .........................................................................................................................1 1.2 逆向工程简介 .........................................................................................................1 1.2.1 逆向工程的概念 ..................................................................................................1 1.2.2 逆向工程的应用及发展趋势 ..............................................................................2 1.2.3 逆向工程技术的一般步骤 ..................................................................................2 1.3 现代模具的发展状况 .............................................................................................3 1.4 注塑模具工艺与技术的发展 .................................................................................3 1.5 基于逆向工程技术的的注塑模具设计 .................................................................4 1.6 本课题的意义 .........................................................................................................5 第2章 电风扇外壳的实物逆向过程 ........................................................................6 2.1 实验设备介绍 .........................................................................................................6 2.1.1 实验设备简介 ......................................................................................................6 2.1.2设备软件界面介绍 ...............................................................................................6 2.2 实验准备 .................................................................................................................7 2.2.1 对电风扇外壳进行处理 ......................................................................................7 2.2.2 扫描预先操作 ......................................................................................................8 2.5扫描过程 ................................................................................................................10 第3章 点云数据的处理 ..........................................................................................13 3.1点云数据的处理 ....................................................................................................13 3.2 由片体转至实体三维模型 ...................................................................................15 第4章 电风扇外壳的模具设计 ..............................................................................16 4.1 塑件的成型工艺分析 ...........................................................................................16 4.1.1 原材料的分析 ....................................................................................................16

4.1.2 成型设备的选择与模塑工艺参数的确定 ........................................................16 4.2 模具设计 ...............................................................................................................17 4.2.1模具的结构和尺寸设计 .....................................................................................17 4.2.2 推出装置的设计 ................................................................................................17 4.2.3 流道系统的设计 ................................................................................................17 4.2.4 冷却系统的设计 ................................................................................................18 4.2.5注射机有关工艺参数的校核 .............................................................................18 4.3 运用UG MoldWizard 完成模具设计 .................................................................19 4.3.1分型过程 .............................................................................................................19 4.3.2运用UG MoldWizard 的模具设计 ....................................................................24 第5章 模具工作原理及试模 ................................................................................30 5.1 模具工作原理 .......................................................................................................30 5.2 模具安装与调试 ...................................................................................................32 结 束 语 ......................................................................................................................33 参 考 文 献 ................................................................................................................34 致 谢 ............................................................................................................................35 附 录 ............................................................................................................................36

基于逆向工程技术的电风扇外壳 成型工艺分析及模具设计

摘要：本文介绍了利用逆向工程技术设计注塑模具的方法。首先采用3DSS扫描仪快速精确测得电风扇外壳表面点云数据，然后用Geomagic对点云数据处理构建出电风扇外壳表面模型，用UG软件完成电风扇外壳零件的实体建模，再用UG MoldWizard完成模具设计，然后利用UG MoldWizard所形成的模具三维图转变成二维图，最后写出设计说明书。本课题是先进制造技术与模具设计的一次有机结合，突出逆向工程技术在模具设计中的应用。 关键词：逆向工程；注塑模；模具设计；UG

I

The molding process analysis and mold design based on Reverse Engineering of the electric fan 's shell

Abstract：This text mainly introduces injection mold design using Reverse Engineering Technology.Firstly ,using 3DSS Scanning quickly and accurately the shell of electric fan surface measured point cloud data.and then use the point cloud data constructing the shell of electric fan surface model in Geomagic software . and then complete the UG software the shell of electric fan modeling of parts in the UG software.In UG Mold Wizard parting, it can obtain the three dimensional graph of the whole injection mold, and then turn the three dimensional graph into two dimensional graph. Finally finishing a design specification about this design .this topic is an oganic combination of with mold design with Reverse Engineering Technology which highlights the application of Reverse Engineering Technology in mold design.

Key words：reverse engineering；injection mold；mold design；UG

II

第1章 绪论

1.1 前言

模具是工业生产中使用极为广泛的重要工艺装备,采用模具生产制品及零件，具有生产效率高，节约原材料，成本低廉，保证质量等一系列优点，是现代工业生产的重要手段与主要发展方向。而注塑成型技术作为塑料加工成型方法中最重要的方法之一，更是得到相当广泛的应用。

基于逆向工程的注塑模具设计是模具设计与先进制造技术的一次结合，是在传统的模具设计方法的一次进步与创新。逆向工程技术，作为一种新产品开发及吸收先进技术的重要手段，可以胜过仿制、传统设计、开发外来技术的要求。所以采用逆向工程对电风扇外壳进行成型工艺分析及注塑模具的设计，有利干快速消化、吸收原产品的优点，在原产品的基础上进行各种创新设计，设计出更适合市场的产品。

1.2 逆向工程简介

1.2.1 逆向工程的概念

所谓逆向工程技术是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的实物模型（或称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术通过软件构造曲面或实体使之成为所需的三维数据模型，以便进行二次设计或者是直接加工。

逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程，是利用对实物测量的数据构造事物的计算机模型，然后利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作，而后进行加工。逆向工程现已发展为CAD/CAM中一个相对独立的范畴。逆向工程技术是在机械制造领域仿制技术基础上发展来的。目前其应用领域已明显拓宽。就其应用目标而言，实物仿制着眼于制造出与原有实物相同的产品，而逆向工程着眼于对已有物体进行修改和再设计后制造新产品。由于应用目标的不同，从设计结果看，逆向工程技术是反求出实物的三维几何模型，以便于修改和创新，而仿制一般不需要建模过程，这是逆向工程与仿制的主要区别。并且，逆向工程技术涉及大量的数据测量工作，在三维实体重构

1

时需要特殊算法以生成三维模型。

1.2.2 逆向工程的应用及发展趋势

逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。逆向工程技术在模具行业中的应用从逆向工程的概念和技术可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具和家电等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业。由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具并反求出其数字化模型，在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。逆向工程技术在我国，特别是以生产各种汽车、玩具配套件的地区、企业有着十分广阔的应用前景。

现在，有关逆向工程技术的研究受到企业的关注，尤其随着计算机技术和测量技术的不断发展，利用CAD／CAM技术、先进的制造技术来实现快速、高效的设计和制造已成为研究的一个热点。随着我国经济的快速发展，我国也引进了很多国外的先进技术和设备，现在急需解决的问题是如何进一步研究、消化吸收技术，研究引进产品的关键技术。在吸收的基础上创新、改进、提高，开发出我们自己的先进产品，形成我们自己的技术。逆向工程技术的研究正是得于以经济快速发展的主要原因。

1.2.3 逆向工程技术的一般步骤

逆向工程技术的一般步骤可以分为以下几个部分：

（1）数据收集。数据采集也称零件的数字化，是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，即数据点云。通常采用三坐标测量机（CMM）或激光扫描等测量装置来获取零件原型表面点的三维坐标值。

（2）数据的预处理。由于测量设备的缺陷、测量方法和零件表面质量的影响，通过测量所获得的数据不可避免地引入了误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始点云数据应进行预处理。其主要的预处理工作包括：去除噪声点、数据插补、数据平滑、数据精简、数据分割、多视点云的对齐等。

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（3）模型重建。在逆向工程中，三维模型重建是利用产品表面的散乱点数据，通过插值或者拟合构建一个近似模型来逼近产品原型。一种曲面重建方法是先将数据点通过插值或逼近拟合成曲线，再利用造型工具将曲线构建成曲面；另外一种方法则是直接对测量数据点进行曲面片拟合，再经过对曲面片的过渡、拼接、裁剪等操作完成曲面模型的构建。

(4) 重建模型的检验与修正。在反求过程中，我们从产品的实物模型，重建得到了产品的三维模型，根据这个三维模型，一方面可以对原产品进行仿制或者重复制造，另一方面可以对原产品进行工程分析、优化结构，实现改进、创新设计。

1.3 现代模具的发展状况

模具是工业之母，模具工业是国民经济的重要根底工业之一。模具是工业消 中的根底工艺配备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的 重要范畴，其技术程度的上下已经成为权衡一个国度制造业程度的重要标志。这 些年来，中国模具发展展非常迅速，与现代先进的制造技术的结合也更加的密切。这也是未来发展的一大趋势。

模具技术随着电子、信息等高新技术的不时展开。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向展开，新一代模具软件以立体的、直观的觉得来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品构造的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形进程模仿（CAE）及信息的管理与共享。模具制造向精密、高效、复合和多功用方向展开，精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不时在加工效率、精度和复合加工上获得打破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于1μm的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一同的复合加工将失掉展开。

1.4 注塑模具工艺与技术的发展

注塑成型是热塑料塑料制品的一种主要的方法，除个别热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型。注塑成型模具占整个塑料模的90%左右。近年来，注塑成型已经成功地用来成型某些热固性塑料制品。注塑成型可成型各种形状的塑料制品，它的特点是成型周期短，能一次性成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的塑料制品，而且生产效率高，易于实现自动化生产，所以广泛

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用于塑料制品的生产中。但是，注塑成型的设备制造费用高，不适合单件及批量较小的塑料制品的生产。

现在，随着科技的日益发展，注塑模具也在日益得到改进和完善。先进制造技术对注塑模具制造产生了重大的影响，本课题所要讨论的基于逆向工程技术的的注塑模具成型工艺分析及模具设计就是先进制造技术与模具设计的一次有力结合。反过来，注塑成型新技术的产生与发展也对制造技术不断提出了新的要求。将信息技术与现代管理技术应用于制造全过程，未来注塑模制造将是以计算机辅助技术为主导技术，以信息流畅作为首要备件的有极强应变能力与竞争力的技术。

1.5 基于逆向工程技术的的注塑模具设计

在注塑模具的开发过程中，通常的流程是设计人员依据产品图纸绘制三维模型，并根据零件材料的性质、设备的要求进行工艺修改。经计算机软件处理后生成数控加工设备的NC文件。这种模式成为预定模式。在实际生产中，在只有实物样件，没有可参考图纸的情况下，由于注塑模具个面之间通常采用圆滑过渡，部分制品的外形是有多个复杂的不同空间曲率的曲面连接而成，用传统的方法很难测量，无法采用预定模式进行设计。如果没有CAD数字模型就无法使用CAD/CAM、多轴加工中心等新进的加工手段。所以设计人员需要通过一定的途径测量实物信息并转化为CAD数字模型。这就应用到了逆向工程。

在基于逆向工程的注塑模具设计中，对于一件塑料制品电风扇外壳，首先采用扫描测量参考模型后得到点云图。然后在逆向工程软件Imageware中建立电风扇外壳的基本面与过渡曲面。将得到的外部曲面导入UG中，按照制品结构的性质与功能，进行内部结构设计。在得到制件的3D模型后，即可开始设计每个零件的注塑模具。首先，应该确定模具的设计方案，也就是确定模具的基本形式，如采用一模几腔、浇口的基本形式、推出机构等。在设计过程中，应结合Moldflow分析，比较优劣。模具方案确定后，即可进行模具的详细设计在这个阶段，主要是在3D软件中，创建模具各个零件的模型。建立分型面，并用分型面分割工件，就可以得到型芯和型腔的模型，然后调入相应的标准件，最后进行模具的后处理，建立浇注系统和冷却系统。在设计过程中，应采用Moldflow软件优化浇注系统和冷却系统的具体参数，完成模具的设计。

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1.6 本课题的意义

本课题主要是在以存在的电风扇外壳产品的前提下，基于逆向工程技术对其进行成型工艺分析和注塑模具的设计。这次注塑模具设计不是通过常规的方法设计，而是基于先进的制造技术逆向工程，一个“从有到无”的过程，具有一定挑战性，同时也具有极大的实践意义。首先，通过整个设计过程使学生把整个大学所学的知识系统化，运用到实践中，做到真正的学以致用；其次，增强了学生的自主创新意识及自我解决问题的能力；再次，整个过程是学生对产品的设计流程有了大概的了解，能够为以后的工作打下基础；最后，毕业设计事关整个大学的总结，相信一次成功的设计，会使学生更好的看到自身的不足及知识体系中的漏洞，然后完善不足，填补漏洞，为即将步入的社会做好充实的准备。

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第2章 电风扇外壳的实物逆向过程

2.1 实验设备介绍

2.1.1 实验设备简介

电风扇外壳的逆行过程主要用到的实验设备是3DSS系列三维扫描仪。 3DSS的基本原理是：采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机

视觉技术的复合三维非接触式测量技术。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。

3DSS 系统包含扫描硬件和扫描软件。硬件包括电脑、摄像头、数字光栅发生器、三脚架；扫描软件的操作系统是win2000/XP.，软件对摄像头和光栅发生器进行实时采集和控制，对采集的图象进行软件处理，生成三维点云，并能进行三维显示，输出各种格式（asc, wrl,igs ,stl 等）的点云文件，可用Surfacer、Geomagic 等软件进行进一步处理。

扫描设备由扫描仪与计算机组成。而扫描仪的主要组成部分有光栅投影系统、2个摄像头及镜头`、三脚架机架、标定板及连接电缆。图2.1为扫描头的外观图。

图2.1 扫描头外观图

2.1.2设备软件界面介绍

如图2.2所示示扫描控制软件的主界面，客户区被固定分成四个区域，其中

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图2.2 扫描控制软件主界面

第一象限是扫描点云显示区；第二象限是参考点管理区；第三象限是左摄像头图象显示区；第四象限是右摄像头图象显示区。

2.2 实验准备

2.2.1 对电风扇外壳进行处理

本次实验主要是对电风扇外壳进行逆向操作，获取其点云数据，依此来获得 电风扇外壳的三维模型,即要对电风扇进行扫描。

由于物体的表面质量对扫描结果影响很大,如果扫描结果不理想时，可考虑对物体作表面处理。在物体表面喷一薄层白色显像剂，这种物质跟油漆不一样，很容易就可去掉，便于扫描完成后还物体以本来面目。

由于本次设计要扫描的是电风扇外壳，由于物件较大，所以要进行多次、多视角扫描才能获得整体外形的点云。这时就需要进行多视拼合运算，把不同视角下的测得得点云转换到同一个统一的坐标系下。参考点就是用来协助坐标转换的，它实际上是一些贴在物体表面的圆点。可以采用两种参考点，一种是白底黑点，另一种是黑底白点。为了可靠识别参考点，参考点需要一定的大小，但参考点贴在物体表面会对使表面的点云出现空洞，所以要尽量小。这次实验用的参考点是黑底白点，要特别注意的是贴参考点时一定要考虑到几点，第一，是能不能被识别，不要把参考点设置在一条直线上；第二，要保证整个扫描过程，参考点不掉下来，即要贴得稳当，如果掉下来造成无法拼接则得重新再开始扫描；第三，是预先计算一下大概要扫描多少个图幅才能完成扫描整个电风扇外壳的扫描过程，图幅与图幅之间保证要有至少有三个参考点的重叠，不然是无法拼接的。处理后如下图2.3、2.4所示：

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图2.3 处理后风扇外壳部分图1 图2.4 处理后风扇外壳部分图2

处理完后，就把电风扇外壳放到扫描台上，要注意摆放位置，一个区域开始 扫描。电风扇放在扫描台上如图2.5所示。

图2.5 处理后风扇外壳放扫描台上

2.2.2 扫描预先操作

首先，对扫描仪进行标定。

标定是借助于标定装置，利用软件算法计算出扫描头的所有内外部结构参数，才能正确计算扫描点的坐标。本算法采用平面模板5步法进行标定，所谓五

图2.6 标定面板

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步法就是依次采集5个不同方位的模板图象，进行标定。

标定前，必须确认摄像头的镜头已经调好并紧固。 (1） 通过菜单，标定 → 标准法 ，进入标定Wizard。 (2） 按下一幅，进入STEP1,如图2.7。

页面上左边的图象提示了标定板的摆放方法，如图2.7。图中a大致等于扫描距离，α、β为倾斜角度。两个摄像头的光轴所成的面称为中心面，CCD光学中心连线称为基线 。

a.STEP1(标准) b.STEP2(拉近或远离)

c.STEP3(上倾) d.STEP4(左倾)

e.STEP5(右倾)

图2.7 五步标定法各步标定板的摆放方位示意

(3）如果绝大部分的点都能匹配并显示出来，就按下一步按钮，进入第二步。 (4）依次进入第三步、第四步、第五步。标定板方位图如图2.8所示。

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(5）到第五步，成功进行模板匹配后，就可以按标定计算按钮。计算机自动优化计算，然后显示极差。级差越小表示标定结果越准确。级差小于2皆可以接受。

(6）接受标定结果：如果标定误差符合要求，则按此按钮，新的标定结果就会起作用了。

(7） 结束标定：完成按钮。

然后，对扫描的各项参数进行设置。

1.扫描参数设置功能从菜单，参数→扫描参数，进入对话框，如图2.8所示。 2.从参数设置→参考点参数，可进入参考点参数设置对话框，如图2.9。

图2.8 扫描参数设置对话框 图2.9 参考点参数设置对话框

2.5扫描过程

电风扇外壳是一个三维的曲面模型，其外形曲面结构复杂而且物件较大，采用单视扫描方法很显然无法得到零件完整的点云数据，采用多视扫描方法，扫描时利用扫描软件的自动拼接功能将相邻两个扫描视角的公共区域拼接起来。其扫描流程如下：

（1) 启动扫描软件，激活摄像功能 （2）建立一个新扫描项目 （4）设置扫描参数。

（5）打开投影灯，扫描头对准待扫描区域，观察左右视频区，调整三角架或物体，使扫描头基本垂直于物体表面，物体到扫描头的距离近似等于设定扫描距离。

（6）观察采集的图象亮度是否合适，不合适则调整相应得增益参数。 （7）扫描第一幅点云，按菜单项扫描，软件自动地先扫描参考点，再进行点云扫描。在右上角的点云显示窗口中观察可视区内的参考点和点云是否都被扫描

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出来，点云是否完好。注意，第一幅不要进行匹配。

（8）按图标把当前视加1（按可以把当前视编号减1）。注意不要连续按，中间不能有未经成功匹配的视。如果多按了,可按加以纠正。

（9）按菜单项扫描，进行参考点和点云扫描。扫描结束后，在点云显示窗口中，只显示当前视的结果，其余的点云和参考点暂时隐藏，这样便于观察扫描结果。扫描过程如图2.10、2.11、2.12、2.13、2.14、2.15所示。

图2.10 扫描图片1 2.11 扫描图片2

图2.12 扫描图片3 图2.13 扫描图片4

图2.14 扫描图片5 图2.15 扫描图片6

（10）按匹配按钮，进行匹配，如果匹配成功(即匹配点数大于等于3，匹配

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误差小于0.1mm)，按OK按钮。按OK按钮后，点云显示窗口中会显示出所有幅的点云来，可以从点云的相互位置关系进一步判断拼接是否正确。

（11）扫描下一个区域，直到所有区域扫描完毕。如图2.12为最后扫描完整图。

（12）输出点云。完成最后一个区域的扫描后进行拼接。 （13）扫描结束后关闭摄像功能，然后才能关闭扫描程序。

图2.12 扫描完整图片

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第3章 点云数据的处理

本章运用Geomagic软件处理由扫描所得的点云数据，转变成片体，并修补曲面与孔洞，做成完整的模型。再转变成CAD模型，最后导入UG软件进行模具设计。

3.1点云数据的处理

1.在Geomagic软件中导入扫描拼接后的文件。如3.1图所示：

图3.1 点云 图3.2 显示非连续点

2.点击菜单栏“选择非连接项” 命令，在对话框“大小”中输入5.0，

按确定按钮，所有与模型断开的点被选中且呈红色。如图3.2所示。

3.点击

按钮，把上述呈红色的点删除。

命令，在对话框“敏感性”中输入60，按

按钮，把呈红色的点

4.点击菜单栏“体外弧点”

按钮按确定，所有体外弧点被选中且呈红色。同样点击删除。

5.点击菜单栏“减少噪音”

命令，在对话框“优化”中选择“自由形

状”，在平滑级别设置在中间，然后按“应用”按钮，再按确定。如图3.3所示。

6.点击“统一采用” 按钮，再按确定。

7.点击“曲率采样” 用”按钮，再按确定。

8. 点击“封装”按钮，在“”中输入26.4，然后按“应用”按钮，再按确定。

9.封装完后进入多边形阶段。

10.在“多边形”菜单下选择“填充”，填充孔洞，填补边缘空缺，如图3.5、

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按钮，在“间距”中输入0.35mm，然后按“应用”

按钮，在“采样百分比”中输入26.4，然后按“应

3.6所示，填充完后按确定。填补完成后如图3.7所示。

11．在“多边形”菜单下选择“删除钉状物”，把平滑级别设置在高。 12.在“多边形”菜单下选择“简化”命令，在“减少百分比”输入30.0，点击确定。

图3.3 减少噪音 图3.4 封装

13. 在“多边形”菜单下选择“松弛”命令，把平滑级别设置最大值。 14.在“边界”菜单下选择“编辑”命令，选取整个边界，把控制点设置在20左右，完成模型的处理。

图3.5 填补孔洞及边缘空缺 图3.6 填补完全

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图3.7 填补完成后

3.2 由片体转至实体三维模型

运用Geomagic软件处理完成后，由于中间部分，结构比较规则，而且扫描完整比较困难，所以调入UG软件进行完善处理。而且，从Geomagic处理后仍然是片体，所以需要经过UG进行处理。对于风扇外壳的背面的部分，由于只是规则的孔结构，结构简单，而且完成正反两面的电风扇外壳的扫描时很难达到的，所以把电风扇背面的结构也放在UG中进行处理。在进行一系列的修补后，得到如图3.8、3.9所示三维图。

图3.8 电风扇外壳三维模型(正面) 图3.9电风扇外壳三维模型(背面)

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第4章 电风扇外壳的模具设计

4.1 塑件的成型工艺分析

4.1.1 原材料的分析

ABS+PC为热塑性塑料，化学稳定性比较好，机械强度较好，有一定的耐

磨性，但热塑性较差。ABS+PC吸水性较大，成型前原料药干燥；在升温时粘度增高，成型压力较大，塑件上的脱模斜度易扩大；易产生熔接痕，模具设计是应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常成型条件下，壁厚、熔接温度及收缩率影响极小，总的成型性能很好。

4.1.2 成型设备的选择与模塑工艺参数的确定

1．确定制品的成型方法、型腔数。

根据塑件所用的材料，成型该零件采用注射成型的方法来成型，根据塑件外形尺寸（330×350）的大小，取一模一件。 2.计算制品的体积与制品的正面投影面积

塑件体积：根据零件的三维模型，利用三维软件可以直接查询到 塑件的体积=356472.4

正面投影面积：A塑=453130mm2 3.预选注射机的型号

卧式注射机机身低，利于操作和维修；机身因重心较低，故较平稳；成型后的制件可利用其自重落下，容易实现自动操作。所以选用卧式注射成型机。根据每次的实际需要的塑料体积，初步选用SZ-800/3200型注射机，理论注射量为840cm。

4.拟定制品成型工艺参数

注射机类型：螺杆式

预热和干燥：温度（℃）80-85 时间（h）2-3

料筒温度（℃）：前段：180-200 中段：165-180 后段：150-170 喷嘴温度（℃）：170-180 模具温度（℃）：50-80 注射压力（MPa）：100-150

成型时间（s）：注射时间：20-90 高压时间：0-5冷却时间：20-120

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螺杆转速：50（r/min）

4.2 模具设计

4.2.1模具的结构和尺寸设计

由于零件尺寸较大，所以选择一模一腔的模具结构。型腔板取560×560×125的规格。大、小型芯、定模板采用预硬钢3Cr2Mo。其他零件的尺寸（mm）如下所示：

定模座板：560×630×50 型腔板：560×560×125 型芯固定板：560×560×63 垫块：560×125×100 推杆固定板：560×354×40 推板：560×354×25 动模座板：630×560×50

用φ40的导柱，φ120的定位圈。 模具合模高度：50+125+70+160+50=475mm

4.2.2 推出装置的设计

根据塑件壳体零件特点，采用推杆退出形式。这样推出平稳，有效的保证了塑件推出后的质量，模具结构也比较简单。对称设置26根φ10的推杆。

脱模力的计算：脱模行程大于等于76mm

脱模力F脱=[ρ×A×cosα（f－tanα）] ／﹙1＋fsinαcosα﹚ （4-1） =[10×4096×cos1（0.5－tan1）] ／﹙1＋0.5sin1cos1﹚ =2272.28KN

式中ρ=10MP A =453130 mm2

为了确保在复位时，顶出板先复位，所以选用了弹簧，实现预复位的过程。弹簧选择了内径为19.5mm，外径是38.5mm，长度为203mm。

4.2.3 流道系统的设计

流道系统主要包括定位圈、浇口道、拉料杆等。由于模具结构是一模一腔，而且根据我的塑件电风扇外壳的外形，确定为直浇口。又因为在电风扇外壳的中心有一个装配所需要的孔，为了避免在浇注的过程中发生堵塞的现象，我选择了

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一个中间一根φ7锥形的拉料杆，这样也更有利于塑件浇注，但是锥形的拉料杆主要是依靠塑料收缩的包紧力而将主流道凝料拉住，所以其可靠性不是很好。

在确定大型塑件的浇口位置时，还应考虑到塑料熔体所允许的最大流动距离比（简称流动比）。最大流动比，是指熔体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。当浇注系统和型腔的横截面尺寸不相等时，流动比的计算公式如（4-1）所示。其中K是流动比；Li是流动路径各段长度（mm）；ti是流动路径的型腔厚度（mm）；n是流动路径的总段数。

NK??i?1Liti （4-2）

在这里用的浇口是直接浇口，计算其流动比为

K?L1t1?L2?L3t2?1103?70?1902?167(mm) （4-3）

而ABS+PC在注射压力142.2Mpa的情况下的允许的流动比范围为120-180，所以符合要求。

4.2.4 冷却系统的设计

一般注射模具内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时温度在60℃以下，又由于ABC+PC属中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃和50-80℃，所以热塑性塑料注射成型后，必须要对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠的冷却定型并迅速脱模，提高塑件的质量和生产效率。该模具在定模上开两个直通水道，直径为5.5mm。

4.2.5注射机有关工艺参数的校核（SZ—800／3200）

结构类型：卧式注射剂 可行

注射机类型：螺杆式（螺杆直径：67mm） 能满足工作成型需要 可行 注射压力：142.3MPa﹥工件成型需要的60—100 Mpa 可行 注射量：理论注射量840﹥工件成型需要的356.47 可行

螺杆转速：10—125（r/min）在工件成型需要的30（r/min） 可行 合模力：3200KN ﹥工件成型需要的锁模力1834KN 拉杆内向距：600×600﹥模具外尺寸560×560

移模行程：550mm﹥工件成型需要的行程2.5×10＋﹙70—80）=105 mm

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最大模具厚度：600mm﹥模具合模高度474mm 最小模具高度：300mm﹤模具合模高度474mm 推出方式：推杆推出

模具定位孔直径：φ120mm 喷嘴球半径：20mm 喷嘴口直径：φ3mm 以上几项校核条件都符合要求，所以初选（SZ—60/450） 可行。

4.3 运用UG MoldWizard 完成模具设计

4.3.1分型过程

在UG分模软件中进行分模过程。步骤如以下所示：

1.打开电风扇外壳的三维模型，在开始菜单下选择“注塑模向导”操作。选

择“初始化项目”，选择材料为PC+ABS，如图4.1所示，

图4.1 初始化操作

图4.2初始化后零件模型

2.在注塑模向导菜单下选择模具CSYS,选择当前WPS，点击运用。坐标系即

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固定在了电风扇外壳分型面的中心，如图4.4所示。

图4.3 更改产品坐标系图 4.4 更改产品坐标系后

3.选择工件，点击编辑草图，把默认的边框删除，重画一个矩形，标边距为57mm，修改工件截面图，如图4.6所示；在工件选项卡上把开始改为150 ，结束改为125.

图4.5 工件选项卡

图4.6 工件截面图

4.打开注塑模工具选项卡，选择注塑模工具选择曲面补片。选择孔所在平

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图4.7 曲面补片 图 4.8 边缘补片

面，补后如图4.7所示。然后对于电风扇外壳中心的打孔，则先运用基本曲线命令，对孔边缘的线进行编辑，然后在注塑模工具栏选择边缘补片，选择孔四周的曲线，即完成。如图4.8所示。

5．划分型芯、型腔区域，对于系统默认的型芯、型腔区域一定要认真检查，对不对的地方进行修改。如图4.9所示，图中蓝色显示为型芯区域，黄色显示为型腔区域。

图4.9 创建分型区域

6. 创建分型线。选择分型，打开分型管理器，如图4.10所示。选择引导线操作，选择自动搜索分型线，如图4.11所示。在分型管理器中选择product body

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图4,10 创建分型线对话框 图4.11创建分型线

与patch surfaces 区选框，使它们在工作区显示，按编辑分型线按钮，编辑分型线。在编辑分型线话框中选择编辑过渡对象，选择角落的圆弧。然后再编辑引导线。再在分型管理器中选择创建分型面，弹出创建分型面对话框。然后依次创建分型面，完成如图4.12所示。

图4.12 创建分型面

7.打开插入组合体缝合对话框，进行缝合操作。选择其一个分型面中的为目标片体，选择另外的分型面为刀锯片体，单击确定。完成缝合。

8．单击分型按钮，打开分型管理器对话框，单击抽取区域与分型线按钮。打开定义区域对话框，如图4.13所示，选择cavity region，单击搜索区域按钮选择塑件上表面为种子面，返回型管理器对话框，完成型腔区域设计，如图4.14所示。同样，选择core region，搜索区域，选择产品其它内标面为种子面，

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确定后完成型芯区域设计如图4.15所示。

图4.13 定义区域对话框

图4.14 型腔区域设计 4.15 型芯区域设计

9.打开创建型芯和型腔按钮，打开定义型芯和型腔对话框，创建型腔与型芯， 型芯如图4.16所示，型腔如图4.17所示。

图4.16 型芯 图4.17型腔

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4.3.2运用UG MoldWizard 的模具设计

4.3.2.1模架的调入

在UG软件中调入模架，打开注塑模向导，单击注塑模向导工具栏中的模架命令，进入如图4.18的模架管理对话框。选择LKM公司的C类大水口型模架，选用5555型。然后根据前面已经设计好的模具结构尺寸修改尺寸如图4.18所示。调出模架如图4.19所示。

图4.18 模架尺寸的修改

图4.19 模架的调入

4.3.2.2 设置好动模板与定模板

分别对动模板与定模板进行修改，最终使之分别与型芯与型腔求和成为整

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体。动、定模板如图4.20、4.21所示。

图4.20定模板图 4.21动模板

4.3.2.3 加载顶出推杆并进行处理

在注塑模向导工具栏中选择标准件命令，弹出标准件对话框，在标准件下选择推杆，弹出对话框，对推杆的尺寸与型号进行设置，注意，开始在设置长度的时候要选大一点的，后面在进行处理，如图4.22，对推杆进行加载。由于推杆的长度不符合要求，所以要进行推杆后处理。点击推杆后处理命令，选择需要修剪的推杆，确定以分型面作为界面进行修剪，于是推杆的长度满足要求。加载完推杆后如图4.23所示。

图4.22推杆加载对话框

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图4.23推杆加载完成

4.3.2.4 加载楔紧块、弹簧

为了保证在合模过程当中的精度，保证动、定模板的连接，起到辅助的定位作用，加载楔紧块。楔紧块也是标准件，在注塑模向导工具栏中选择标准件命令，弹出标准件对话框，在标准件对话框下选择楔紧块，改其半径为32mm，其它尺寸为默认值，进行加载。加载后如图4.26所示。

图4.24 楔紧块的加载 图4.25 弹簧的加载

图4.26 楔紧块 图4.27 弹簧

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为了确保在复位时，顶出板先复位，所以加载弹簧，实现预复位的过程。弹簧是套在复位杆上的，所以尺寸的确定要参照复位杆的尺寸。在注塑模向导工具栏中选择标准件命令，弹出标准件对话框，在标准件对话框下选择弹簧，加载弹簧如图4.27所示。 4.3.2.4加载流道系统

首先加载的是定位圈，打开注塑模向导，在注塑模向导工具栏中选择标准件命令，弹出标准件对话框，在标准件对话框下选择定位圈，对定位圈的尺寸进行设置，如图4.28 所示。但是由于加载的与我们需要的有点差别，所以加载后要进行适当的修改，选择定位圈，改其为工作部件，然后把其上的两个销孔改成螺钉孔，所配套的销改成对应的螺钉，修改后如图4.29所示。

图4.28 调入定位圈对话框 图4.29 定位圈

然后加载浇口套，同样在注塑模向导工具栏中选择标准件命令，弹出标准件对话框，在标准件对话框下选择浇口套，如图4.30所示设置尺寸，加载后如图4.31所示。

由于在标准件里面没有我所需要的锥形的拉料杆，所以我自己创建了一个， 如图4.32所示，这个拉料杆是固定在动模板上的。然后再添加组件，根据约束装配加载进去。

图4.30 调入浇口套对话框

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图4.31 浇口套 图4.32圆锥形拉料杆拉料杆

4.3.2.5 加载冷却系统

在注塑模向导工具栏中选择冷却命令，先加载冷却水路，在冷却对话框

下选择冷却水路，如图4.33所示。加载完冷却水路后，还要对加载的水路水路进行一下完善。然后，加载水嘴，在冷却对话框下选择冷却水嘴，如图4.34所示，在两个冷却水管的两端分别加载水嘴。加载的冷却系统如图4.35所示。

图3.33 调入冷却水管 图3.34 调入水嘴

图4.35 冷却系统

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4.3.2.6 后序处理

后序处理主要是开腔的处理以及对各块板倒角的处理。开腔的处理主要包括定位圈、弹簧、推杆的开腔。直接使用腔体命令进行开腔。然后对板进行倒角的处理。模具完整三维图如图4.36所示。至此模具设计结束。

图4.36 模具三维模型

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第5章 模具工作原理及试模

5.1 模具工作原理

模具二维图如图5.1所示：

图5.1 模具二维图

本模具结构比较简单，只有一个分模面，即动模板与定模板之间。当凝料充满型腔，完成浇注后，进行开模使得动模板与定模板分开，锥形拉料杆靠凝料之间的包紧力与塑件的包紧力把凝料拉住，塑件保留在型芯上。如图5.2所示。随

图5.2 开模

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后，注射机上顶杆将推板推出，固定在推板上的推杆推出塑件，使得塑件与型芯分开，在此过程中，导柱导套很好的保持了其运动的灵活稳定性。由于塑件与主流道中的凝料是在一起的，所以会一起被推出，如图5.3所示。取出凝料，取出塑件。合模时，注射机上的顶杆退回，推板在四个复位杆及弹簧的作用下复位。合模前，定模板是在四根支承导杆上滑动。动模向定模板靠拢，接着逐步合上整个模具，如图5.4所示。

图5.3 取件

图5.4 合模

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5.2 模具安装与调试

虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。试模时，塑件上常可能出现各种弊病，为此必须进行原因分析、排除故障。造成次、废品的原因很多，有时是单一的，但经常是多方面综合的原因。需按成型条件、成型设备、模具结构及制造精度、塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中主要矛盾，然后再采取调节成型工艺参数、修整模具等方法加以解决。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。 模具安装和调试具体步骤如下：

(1) 清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。

(2)因模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳、灵活，无卡住现象，然后固定动模。

(3)调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。 (4)慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。

(5)模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距离预定温度20～30℃，即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，必须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位。

(6)开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。

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结 束 语

毕业设计是大学的最后的一个教学环节，不仅是对大学所学知识的总结概括，更是是对大学所学知识的综合运用。这个环节是让我们对四年内所学知识和技能的一次综合训练与检查，更是对我们学习能力、实际能力等的锻炼。我的毕业设计课题是基于逆向工程技术的电风扇外壳成型工艺及模具设计。

本课题主要研究基于逆向工程技术解决模具制造过程中的一些难题，逆向工程技术的显著特点是提供了一个一体化的解决方案：样品——数据——产品。利用这个全新的理念可以缩短产品的开发周期，降低设计成本，提高设计质量和设计水平，这是一个高效的三维制造路线。本文主要从以下问题进行研究：

1.对各种数据采集技术测量方式的技术原理及基本特点进行了研究。在此的基础上，对三维检测仪的检测路径、检测方式、处理方法进行了研究。

2.针对逆向工程的采集数据的处理过程的关键问题进行了论述。基于Geomagic软件对点云数据的处理，论述了数据处理富有特色的处理流程。

3．对常用的三维建模软件进行了对比，研究了UG的建模方法。 4．对整套注塑模具的设计流程进行了熟悉及进一步的学习。

5.对基于UG的注塑模具快速设计关键技术进行了研究，通过对产品零件的快速设计实验，验证了基于逆向工程技术在产品的注塑模具设计的快速性、准确性，这对产品模具开发设计及制造有着重要的实践和指导意义。

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参 考 文 献

[1] 何华妹等.UG NX 4 产品模具设计入门一点通[M].清华大学出版社.2009. [2] 田涛.陈扬.史廷春.逆向工程与新产品设计[J].河北理工工学学报.2006. [3] 谢龙汉等. UG NX 5模具设计快速入门[M].清华大学出版社.2007. [4] 尚广庆等. 基于逆向工程的注塑模具快速设计[J].机械设计与制造. 2011.10.

[5] 项建云等. 基于逆向工程的注塑模具制造与技术[J].模具设计.2008.5. [6] 付建军.模具制造工艺[M].机械工业出版社.2007.

[7] 祖文明.逆向工程技术的应用及国内外研究的现状及发展趋势[J].价值工程.2011.

[8] 王卫卫.材料成型设备[M]. 机械工业出版社.2011.

[9] 张瑞,李建华.逆向工程的关键技术及其最新发展[J].中国重型装备.2008. [10] 许志钦等.逆向工程技术三维激光扫描测量[D].天津:天津大学精密测量技术及仪器国家重点实验室.2001.5.

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致 谢

本次的毕业设计在经过两个月的努力后已经接近尾声了。因为之前只有关于模具的设计的很多理论的东西，设计经验十分匮乏，而且很多知识也还不够牢固，所以再设计的过程中会有许多考虑不周全甚至是出错的地方。如果没有老师的督促指导，以及同一组的同学们的帮助，这次的设计肯定不会如此顺利的完成。在这里，我要特别感谢我的指导老师李东锋老师，李东锋老师平时工作繁多，但是每次都不辞辛苦地抽出时间给我的开题报告报告、中期检查、设计过程、二维图等整个过程中都给予了我悉心的指导。在李老师的指导下，我学了很多知识，有些还是在书本中学不到的。

其次，我要感谢同学对我的帮助，特别是软件的使用，与他们的一次次交流是我不断获取了知识。

再次，我还要感谢我大学里的每位任课老师，是你们教予我知识。 我要感谢我的母校——湖南工程学院，是母校给我们提供了优良的学习环境及学习设备。

最后，我还要感谢我的父母，我能够专心学习、顺利完成学业，与我父母的培养、鼓励与支持是分不开的。

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附 录

A0: A1: 模具装配图 CLSMT-1 定模板 CLSMT-3 定模座板 CLSMT-4 A2:

A3: A4:

推板 动模座板 动模板

电风扇外壳零件图 垫块 推半固定板 型芯尺寸补充图 型腔尺寸补充图

浇口套 定位圈 拉料杆

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CLSMT-8 CLSMT-10 CLSMT-11 CLSMT-14 CLSMT-2 CLSMT-9 CLSMT-12 CLSMT-13

CLSMT-6 CLSMT-7 CLSMT-5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6for.html