手轮注塑模具设计本科毕设论文.doc

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常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系别：机电工程系专业：模具设计与制造班号：模具124学生姓名：鲍叶青学生学号：1204103411设计（论文）题目：手轮注塑模具设计指导教师：李洪达设计地点：常州信息职业技术学院起迄日期：2014.6.1—2014.11.10 毕业设计（论文）任务书专业模具设计与制造班级模具124姓名鲍叶青一、课题名称：手轮注塑模具设计二、主要技术指标：1．塑料成型工艺要包含塑料的成型时间、压力、温度等成型信息。2．Moldflow分析的要包含冷却+流动+翘曲综合计算结果。3．模架优先采用LKM或DME标准模架。4．模具分模采用moldwizard标准插件。5．图纸标准样式符合国家制图标准GB/T14689-2008。三、工作内容和要求：1．认真学习主要技术指标内容，查阅相关文献资料，制定工作计划，并撰写开题报告。2．查阅资料分析塑料的成型特性，利用相关软件进行模流分析，确定塑件的成型工艺。3．模具主要零件结构设计及相关零件尺寸计算，有成型方案的对比论证，选择标准模架。4．运用相关软件根据国家标准绘制出装配图和零件图，初步完成毕业设计任务。5．按照工作计划，定期进行检查，不断完善设计方案。6．完善全部设计内容，论文字数在0.8万以上，完成毕业论文答辩环节。四、主要参考文献：1、齐卫东.塑料模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2008.122、刘彦国.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：人民教育出版社，2009.43、何华妹.UGNX4注塑模具设计实例精解[M].北京：清华大学出版社，2006.10学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日39 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目:手轮注塑模具设计一、选题的背景和意义：选题背景：手轮全称手动脉冲发生器，又称光电编码器。主要用于数控机床：立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心等数控设备。随着模具行业的发展，各式各样的机床层出不绝，手轮作为机床的核心控制开关更加需要具备移动方便，抗干扰，带载能力强，绝缘强度高，防油污密封设计，人性设计，便于操作。手轮已成为模具注重的问题。通过本次毕业设计实践采用CAD/CAM(PowerMill、CAD、UG、)技术可以使设计者从繁沉计算和绘图工件中得到解脱。采用人机结合，各尽所长，充分发挥其人的创造思维能力，控制设计过程，使模具设计趋于合理化。充分利用计算机，两者结合，发挥各自的优势，有利于获得最优的设计成果，缩短开发周期，作为模具设计与制造专业的我们，应该本着大胆创新勇于实践，本课题毕业设计是具有研究性质的研究分析、是很典型的模具设计。可以培养自己的开发和设计能力，提高综合运用所学知识和技能去分析、解决问题的能力。选题意义：通过三年专业的系统学习,我们基本掌握了有关的理论知识,选择注塑模作为课题可以让我综合运用以前所学知识,使书本知识转化为实际运用,更有利于对注塑模的掌握和实际运用.将课堂知识运用与生产实践。手轮注射模设计是融合多种知识的综合实践活动，在完成该课题的过程中能进一步熟悉绘图软件以及塑料模的造型与装配，对于将来上岗实习有很大的帮助。二、课题研究的主要内容：1、运用UG软件进行外观造型，CAD软件进行二维造型2、塑件的工艺性分析3、模具结构、尺寸的设计计算4、模具的基本结构与模架选择5、模具主要零件图及加工工艺规程三、主要研究（设计）方法论述：1.进行市场调查，了解目前产品的情况2.查找相关资料掌握设计要点3.设计计算，确定零件尺寸,绘制装配图和零件图4.综合整理，在指导老师的指导下修改完善,完成毕业设计39 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工作内容9.25～10.10市场调研、收集资料、选择设计课题10.11～10.14对产品造型及进行塑件的工艺性分析，初步设计模具10.15～10.16确定模具的基本结构及选择模架10.17～10.18计算成型零件工件尺寸，完成零件图、总装配图10.19～10.21撰写并完成设计报告初稿10.22～10.25初稿审阅、修改10.26～10.30整理、完成图样10.31～11.3准备论文答辩11.4～11.8定稿、打印五、指导教师意见：指导教师签名：年月日六、系部意见：系主任签名：年月日39 手轮注塑模具设计目录第1章引言2第2章塑件工艺性分析22.1塑件的原材料分析22.2塑件的结构工艺性分析2第3章注塑机的初步选择43.1计算塑件的体积和质量43.2初选注射机的型号43.3初选注射成型工艺参数43.4确定模具型腔数量5第4章基于Moldflow的塑件成型方案分析54.1塑件初始成型方案分析54.2塑件优化成型方案分析124.3结论15第5章基于UG的模具结构设计155.1分型面的选择155.2型腔的布局165.3确定模具总体结构类型175.4成型零件的设计175.5浇注系统的设计195.6排气系统的设计195.7冷却系统的设计205.8顶出机构的设计205.9模架的选择21第6章注塑机的校核226.1最大注射量226.2注射压力226.3锁模力226.4安装部分尺寸226.5开模行程236.6推出机构23第7章模具装配图和零件图237.1装配图237.2零件图23第8章基于Powermill的模具成型零件仿真加工238.1型芯的加工工艺及防真加工238.2型腔的加工工艺及防真加工27第9章结论31参考文献32答谢辞3239 手轮注塑模具设计摘要:本次设计的制品为PC+ABS手轮注塑模具设计，利用UG来完成制品模三维模型，利用CAD来完成其装配图和零件图。利用Moldflow对注塑过程进行模拟，对设计带来很大方便。最后用Powermill对模具型芯、型腔进行加工编程,模具采用FUTUBA_SB两板模结构、循环式冷却水道、能够更好的脱模。本文从型腔数量和布局的确定、注射机选择、流道的设计、模板及其标准件的选用、冷却系统、成型部件的设计等给出了详细的设计过程。关键词：手轮；斜顶；两板模；加工编程39 TheDesignofHandwheelUnderInjectionMoldDesignAbstract:thedesignofproductsforPC+ABSHandwheelunderinjectionmolddesign,usingUGtocompleteproductsmould3dmodel,usingCADtocompleteitsassemblydrawinganddrawing.UseofplasticMoldflowtosimulatetheprocessofdesigntobringgreatconvenience.FinallyPowermillwithmouldcores,cavitytocarryonprocessingprogramming.ThemouldadoptstheFUTUBA_SCtwoboardmodestructure,circulationcoolingwaterchannel,givemoreinclinedtopcanbetterofpatterns.Thispaper,fromthecavitynumberandlayoutofthedetermination,injectionmachineselection,flowdesign,templateandtheselectionofstandard,coolingsystem,moldingpartsdesigngivesthedetailsofthedesignprocess.Keywords:Handwheelnextcover;Inclinedtop;Twoboardmode;Processingprogramming.39 第1章引言我们大学在校两年多时间里毕业设计是学习成果的一次全面展示。是我们走向社会前的一次综合型设计。手轮全称手动脉冲发生器，又称光电编码器。主要用于数控机床：立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心等数控设备。随着模具行业的发展，各式各样的机床层出不绝，手轮作为机床的核心控制开关更加需要具备移动方便，抗干扰，带载能力强，绝缘强度高，防油污密封设计，人性设计，便于操作。手轮已成为模具注重的问题。因此我以手轮注塑模具设计作为我的设计主题。在此次设计中，主要用到所学的注塑模设计、注塑机的选择及相关参数校核、模具结构设计、注塑模具的相关计算、三维软件的使用、模拟加工编程等等。模具结构设计中既有重点又有难点，主要包括分型面的选择，浇口形式的确定以及其位置，难点在于该塑件体积比较大，故摆放推出机构时要多次考虑让位。通过本次毕业设计，是我更加了解模具设计的含义，以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际中遇到的问题，这为我以后从事模具职业打下良好的基础。本次设计过程中我学到许多以前并不了解的知识，对使用的软件有了更进一步的了解，相对以前能更加熟练操作软件，理解软件命令。39 第2章塑件工艺性分析2.1塑件的原材料分析PC和ABS的合成材料，取前面两者之特点，具有良好的成型性能，流动性好，温较强。有一定硬度和尺寸稳定性。具有较好的加工性和染色性能。PC+ABS材料主要用于手轮和一般外观、对环境无特殊要求的手轮。近年来，无论在模具设计、注塑技术方面都有很大的突破，用PC+ABS材料做手轮的比例在不断上升。初步估计目前手轮采用PC材料的比例已经超过50%。塑料按用途可分为普通级、耐温级、阻燃级、耐冲级、电镀级等。经过上述分析与比较以及实际情况考虑，最后决定采用PC+ABS材料。2.2塑件的结构工艺性分析2.2.1零件图零件图相见图1-1所示。2.2.2塑件分析（1)尺寸精度：按标准GB/T14486-1993中为MT3级精度，属于一般精度。在模具设计和制造过程中要保证此尺寸精度要求。其尺寸未注公差，按MT3级精度,一般精度等级要求（2)表面质量：塑件表面不得有气孔、熔接痕、飞边等缺陷，表面粗糙度除外侧取Ra0.8，其余可取Ra1.6。（3)结构工艺性；此塑件为大体积类零件，侧壁厚为1.0mm，总体尺寸要求100x58（mm），无拔模角无需拔模处理，可以顺利脱模。塑件底部边缘为环形R100mm，可以提高模具强度、改善熔体的流动情况和便于脱模，这样可以提高塑件的基面效果。零件外侧结构简单，仅外表面粗糙度要求较高以及腔体一处，此处建议在型腔处加工一镶块即可。39 图2-1l零件图（1）手轮如图1-1所示，制品的几何形状：本次设计的制品为100×100×58的大体积塑件。（2）制品的尺寸精度和表面粗糙度：塑料的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动和模具制造误差。本次塑料制品的尺寸按4级精度取值。塑件的表面粗糙度主要取决于模具粗糙度，一般情况下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高1～2级。（3）制品的脱模斜度：脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定，以塑件内孔型芯小端为准，尺寸符合图纸要求，塑件外形，以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度由缩小方向取得。分析本塑件，可顺利脱模，所以不用脱模斜度。（4）根据产品的形状和结构特点，本次设计中，浇口采用直接浇口浇注系统。39 第3章注塑机的初步选择3.1计算塑件的体积和质量通过对塑件的三维造型及收缩率的影响,得:Vs≈57.58cm3ABS的密度为1.02-1.05g/cm3单件塑件的重量约为59.6g.粗算浇注系统的重量约为5g.根据型腔的数量和浇注系统的重量,得:M=1×59.6+5=59.6g注射压力：ABS塑料成型时的注射压力P=90~120MPa.3.2初选注射机的型号再根据板宽和孔距确定注射机的型号为XS-ZY-125.注射机XS-ZY-125有关技术参数如下：额定注射量125cm3注射压力119MPa注射行程115mm锁模力900kN最大成型面积320cm模板最大行程300mm模具最大厚度模具最小厚度200mm喷嘴圆弧半径450mm嘴孔直径4mm动定模固定板尺寸428×450mm拉杆空间260×260mm3.3初选注射成型工艺参数查表，ABS的注射成形工艺参数如下：（1）温度（℃）喷嘴温度180～190料筒温度前段200～210，中段210～230，后段180～200模具温度50～70（2）压力（MPa）39 注射压力70～90保压压力50～70（3）时间（S）注射时间3～5保压时间15～30冷却时间15～30成形周期40～703.4确定模具型腔数量塑件的生产批量为10万件，属于大批量生产，且塑件精度要求不是很高，旦考虑产品结构较大，因此，应采用一模一腔，为使模具尺寸紧凑，提高生产效率，降低塑件的生产成本，本模具采用一模一腔。39 第4章基于Moldflow的塑件成型方案分析4.1塑件初始成型方案分析（1）网格划分：先采用默认全局网格边长，网格统计信息显示如图4-1所示。要求纵横比小于20，模型匹配率大于85%，因此，调整网格边长及对模型的纵横比进行调整。最后的理想网格如图4-2所示：图4-1网格调整前图4-2网格调整后（2）浇注系统：根据实际情况的需要采用了浇注系统的流动分析，建立浇注系统如图4-3所示，具体的尺寸是：主流道为锥形，上端口为4mm，锥角为3。 ，截面为圆形，长度为75mm；直接浇口，入口直径为6mm。，39 图4-3最佳浇口位置3）填充时间：手轮外壳在11.6s内完成溶体的冲充填。从充填时间的结果上看，手轮外壳在充填时间上相差0.1s,应适当调整浇口位置，使得溶料到达左右两端的时间相等。如图4-4所示：39 图4-4充填时间（4）溶接痕、气穴：由图4-5可以看出，手轮上方的熔接痕很多，熔接痕主要出现在了产品的表面部位，这极大的影响了产品的外观质量与要求，因为熔接痕容易使产品的强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生的熔接痕会造成产品在结构上的缺陷。气穴的产生直接破坏了产品的外观质量，因此，尽量避免。如图4-6显示了手轮的气穴位置。39 图4-5溶接痕图4-6气穴位置（5）速度/压力切换时的压力：从结果图上的标志处可以看到，此处的压力为0MPa,表明溶料未流到，如图4-7，故需要更改注塑工艺参数或重建浇注系统，来修补缺陷。图4-7压力/速度转换时的压力（6）翘曲分析结果：①39 如图4-8所示，可以清晰的看到模型在X、Y、Z三个方向上的翘曲变形和总体翘曲变形结果。图4-8翘曲分析结果②如图4-9示，冷却导致的翘曲量为0.065mm,说明冷却对翘曲量的产生影响非常小。39 图4-9冷却导致的翘曲量③如图4-10所示，由收缩导致的翘曲变形。收缩总体变形量为0.5793mm，与总体翘曲值接近。因此，说明翘曲导致的主要原因为产品的体积收缩。39 图4-10收缩导致的翘曲量4.2塑件优化成型方案分析在初始方案分析中看出主要的问题是气穴、欠注、熔接痕和收缩变形量太大而达不到要求，因此在优化方案中主要去改善解决这两个主要问题。本优化方案通过修改工艺参数和冷却系统来改善，改善后的冷却系统如图4-11所示，其中，主流道为锥形，直接浇口。39 图4-12改善后的冷却系统1）速度/压力切换时的压力：分析结果：如图4-13所示，已经充满，初始方案中的欠注问题已经得到改善。39 图4-13速度/压力切换时的压力（2）熔接痕和气穴：如图4-14所示，优化后产品表面部位的熔接痕明显减少，改善了初始方案中填充不满的缺陷。如图4-15所示，优化后产品表面气穴减少，现有气穴在产品边缘处，对产品外观影响不大。39 图4-14改善后的熔接痕图4-15改善后的气穴4.3结论通过以上实例的分析，我们可以看出，优化后的设计方案比初始的方案在填充时间，气穴，熔接痕等方面都有很大的改进。通过对浇注系统的设计，可以使浇注达到很好的平衡，使得熔体基本上可以一致充满型腔，克服了熔接痕所引起的产品质量缺陷，从而提高了效率，保证了产品的质量。由以上实例的分析说明该优化方案可行。39 第5章基于UG的模具结构设计5.1分型面的选择由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面在塑件外形最大轮廓处。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面易于加工的分型面。采用如图5-1所示的分型面：图5-1分型面位置5.2型腔的布局根据设计要求，该模具采用一模一腔。多型腔模具排列形式设计的要点：（1）尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定；（2）行腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象；（3）尽量使型腔排列得紧凑，以便减少模具的外形尺寸。排列形式如图:39 图5-2型腔布局5.3确定模具总体结构类型由于塑件结构比较简单，且表面没有特殊要求，考虑到模具结构简单，优先采用两板模结构，即总体结构类型为单分型面注射模。5.4成型零件的设计型腔和型芯的结构有两种基本形式，即整体式与组合式。考虑到塑件大批量生产，则应选用优质模具钢，为节省贵重钢材，型腔和型芯都宜于采用组合式结构，此外，组合式结构还可减少热处理变形、利于排气、便于模具的维修。型芯结构简单，选择通孔台肩式。其结构形式如图5-3所示：39 图5-3型腔尺寸较小、结构简单，适于采用整体嵌入式，为使模具结构紧凑，选择盲孔式，其结构形式如图5-4所示：39 图5-4型腔结构形式5.5浇注系统的设计型腔布局为一模两件，测浇口浇注系统。浇注系统组成为主流道、浇口。如图4-5所示：图5-5浇注系统（1）主流道：锥形，锥角a=3°，表面粗糙度Ra0.63um。主流道进口端直径3.5mm，长度L由装配决定，如图4.5所示：5.6排气系统的设计由于此模具属于中小型模具，且模具结构较为简单，可利用模具分型面和模具零件间的配合间隙自然地排气，间隙通常为0.02～0.03mm，不必设排气槽。39 5.7冷却系统的设计注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定形、生产效率以及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响，因此应设置冷却系统。由于此塑件为小型（11g）、薄壁（1.5mm）塑件，且成形工艺对模温要求不高，也可以采用自然冷却。此模具设计中采用人工冷却，冷却系统设计如图5-6所示。图5-6冷却系统5.8顶出机构的设计本次设计由于手机壳内部有斜顶机构，因此顶出机构采用推杆作为顶出机构，39 其优点是作用面积小，脱模力较均匀，运动平稳，塑件上稍有痕迹在内侧，不影响外观及使用。效果图如下图5-7顶出机构5.9模架的选择此设计中采用龙记(LKM)标准模架。模架标记：BI-3335-A60-B90-C90LKM，如图5-8所示39 图5-8模架39 第6章注塑机的校核6.1最大注射量已知Vs＋Vj=11+8=16.28cm3，Vmax=125cm3，K取0.8则Vs＋Vj＜KVmax，适合。6.2注射压力已知P1=70～90MPa，P2=119MPa则P1＜P2，适合。6.3锁模力已知型腔内熔体的平均压力P1=40MPa，每一个制件在分型面上的投影A=52×121=6292mm2P×A=40×6292=251680N=251.68KNF锁=900kN，则P×P