手轮注塑模具设计毕业设计.docx

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手轮注塑模具设计毕业设计

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，2008.12

2、刘彦国.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：

人民教育出版社，2009.4

3、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

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

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

手轮注塑模具设计

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。

颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。

关键词：

手轮；斜顶；两板模；加工编程

TheDesignofHandwheelUnderInjectionMoldDesign濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。

Abstract:

thedesignofproductsforPC+ABSHandwheelunderinjectionmolddesign,usingUGtocompleteproductsmould3dmodel,usingCADtocompleteitsassemblydrawinganddrawing.UseofplasticMoldflowtosimulatetheprocessofdesigntobringgreatconvenience.FinallyPowermillwithmouldcores,cavitytocarryonprocessingprogramming.ThemouldadoptstheFUTUBA_SCtwoboardmodestructure,circulationcoolingwaterchannel,givemoreinclinedtopcanbetterofpatterns.Thispaper,fromthecavitynumberandlayoutofthedetermination,injectionmachineselection,flowdesign,templateandtheselectionofstandard,coolingsystem,moldingpartsdesigngivesthedetailsofthedesignprocess.銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。

Keywords:

Handwheelnextcover;Inclinedtop;Twoboardmode;Processingprogramming.挤貼綬电麥结鈺贖哓类。

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。

赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

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。

塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

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。

裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

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,一般精度等级要求仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。

（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。

绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。

（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。

骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。

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。

瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。

（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。

鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。

（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。

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≈57.58cm3

ABS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

260×260mm

3.3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）

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40～70

3.4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。

栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。

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：

辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。

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。

，峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

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：

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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。

则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。

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。

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。

胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。

图4-7压力/速度转换时的压力

（6）翘曲分析结果：

①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。

鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。

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。

稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。

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。

陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。

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。

沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。

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。

钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

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。

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。

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。

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

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。

謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

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:

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。

呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。

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。

莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。

型芯结构简单，选择通孔台肩式。

其结构形式如图5-3所示：

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：

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：

麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。

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。

納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。

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。

風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。

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，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。

效果图如下灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。

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

图5-8模架

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=6292mm2

P×A=40×6292=251680N=251.68KN

F锁=900kN，则P×P

6.4安装部分尺寸

喷嘴圆弧半径12＜浇口套圆弧半径14

喷嘴孔直径4＜主流道小端直径6.5

定位孔直径100＝定位圈外径100

拉杆空间350×380＞模具外形325×350

最小模厚200＜模具厚度325＜最大模厚450

6.5开模行程

开模行程=70＋55＋20＝145mm

最大开模行程300mm

则开模行程＜最大开模行程，适合。

6.6推出机构

直接顶出，孔径φ25mm，孔距164mm。

第7章模具装配图和零件图

绘制成型零件和需要加工的结构零件的零件图，符合机械制图国家标准。

7.1装配图

（见附图1）

7.2零件图

（见附图2～13）

第8章基于Powermill的模具成型零件仿真加工

8.1型芯的加工工艺及防真加工

（1）粗加工：

粗加工的目的的是尽快清除零件上的多余材料，采用偏置区域清除（模型加工），刀具为D8R2的刀尖圆角端铣刀，下切步距为0.35mm,行距为8mm，余量0.5mm，其仿真加工如图8-1所示：

铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。

图8-1粗加工

（2）半精加工：

三维偏置精加工：

对平坦区域进行精加工，刀具采用直径为1mm的球头刀，行距0.2mm,仿真加工如图8-2所示：

攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。

图8-2

最佳等高精加工：

对模型的陡峭区域做精加工，刀具为D8R1的刀尖圆角端铣刀，仿真加工如图8-3所示：

图8-3最佳等高精加工

（3）精加工：

偏置平坦面精加工：

对模型如图所示的平坦区域进行精加工，刀具为D8R1的刀尖圆角端铣刀，行距为0.5mm，如图8-4所示：

趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。

图8-4偏置平坦面精加工

（4）程序：

由PowerMmill自动产生的型芯的加工程序，部分加工程序如下：

刀具:

刀尖圆角端铣刀

直径:

10.000

刀尖圆角半径:

5.000

安全:

刀具切削移动:

安全无过切

刀具切入切出:

安全无过切

刀具连接:

安全无过切

夹持切削移动:

安全无碰撞

夹持切入切出:

安全无碰撞

夹持连接:

安全无碰撞

刀具路径:

偏置区域清除

行距:

8.000

公差:

0.100

余量:

0.600

刀具路径状态:

长度:

66583.095

时间:

1/13/44

提刀:

100

G0X95.Y95.Z12.012M8

X62.806Y102.096

Z7.012

G1Z5.F500.

X63.295Y102.38Z4.97

X65.087Y104.241Z4.835

X66.245Y106.342Z4.709

X66.808Y108.434Z4.596

8.2型腔的加工工艺及防真加工

（1）粗加工：

粗加工的目的的是尽快清除零件上的多余材料，采用偏置区域清除（模型加工），刀具为D20R5的刀尖圆角端铣刀，下切步距为0.35mm,行距为8mm，余量0.6mm，其仿真加工如图8-5所示：

夹覡闾辁駁档驀迁锬減。

图8-5粗加工

（2）二次开粗：

二次开粗是对零件上的多余材料做进一步的清除，采用偏置区域清除（模型加工）