本科毕业生毕业设计开题报告

1、XXXXXXX大学本科毕业设计开题报告题 目基于UG的鼠标电池盖模具设计与制造 院、 系 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 教务处制表 2016年 月 日一、选题依据本课题为指导老师自拟课题，在现代塑料制品的生产中，高效的设备，先进的模具及合理的加工工艺是必不可少的三项重要因素，尤其是模具对实现塑料加工工艺要求、塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。鼠标电池盖作为电脑外设配件，是日常生活中使用率很高的工业产品，通过对鼠标电池盖的模具设计和制造可了解、掌握注塑模的整个设计流程和制造过程，以生活中的常见物品为设计原型，也可以更好地深理论联系实践，加深理论知识应用到实际生产中的重要性。本课题的目

2、的是掌握注塑模的基本设计流程和生产工艺，体现计算机技术在模具设计中的作用（UG软件在模具设计和制造中的应用），加深对CAD/CAE/CAM技术在现代模具产业中的作用。模具为“工业之母”，是制造业的基础，无论是发达国家还是发展中国家都十分重视模具产业的发展，而我国作为发展中国家，为了打破发达国家的技术垄断，更要着力于发展模具产业。而随着塑料种类的增多和性能的不断发展，其独特的性能越来越受到人们的青睐，无论是家电业还是汽车制造业等许多制造类行业，塑料的应用比例越来越大，而塑料成型方法离不开注塑模具，所以重视注塑模的发展无论是理论还是实际都有着十分重要的意义。合理利用UG等数字软件可有效的提高模具的

3、设计水平，缩短设计和生产周期并且大大的提高模具质量。我国正处于发展工业化、市场化、信息化、国际化的关键时期，模具制造业的大力发展无疑会为这些注入无限的动力。二、文献综述模具行业作为制造业中的基础性行业，在国内外都经历了漫长的发展过程，时至今日，模具行业所涉及到的最重要的三个方面不外乎材料、设计方法以及制造工艺，这里将分别介绍模具工业在这三个方面的国内外的发展现状和发展前景以及现在我们应该研究的重点。2.1 模具钢材的主要种类模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种。模具钢对模具的质量和使用寿命有着极大的影响。模具钢基本上可分为：冷轧模具钢、热轧模具钢和塑料模具钢三大类, 按其所制造模

4、具的种类和工作条件的不同，模具钢基本上都要具备应高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。此次课程设计是注塑模具设计，所以重点介绍塑料模具钢中的注塑模具所需钢材的种类和性能要求。塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢，基于本次的电池盖模具设计，其

5、属于热塑性塑料模具，注射成型模具，所以选用热作模具钢，而具体的钢号或名称则还要根据国内外的不同，综合成本、加工性能作进一步的分析和选择。美国按模具工作的条件将模具钢分为四大类，分别为：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、塑胶模具钢等四大类1。其中，冷作模具钢又分出12小类，热作模具钢9小类，塑料模具钢2小类，塑胶模具钢5小类。每个小类的选材又主要取决于三个因素： 尺寸大小和形状的复杂性、被加工的材料、 耐久性要求或设计寿命。并且美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P表示为主，共分为五类。分别为：渗碳型塑料模具钢、调质型塑料模具钢、中碳合金工具钢、不锈钢和时效钢。对于塑料模模架和技术

6、性能要求不高的型腔一般用中碳钢来制作，如S50C、S55C（相当于我国的优质碳素结构钢50、550，在正火状态下使用，硬度为180-220HB2。我国还研制了一些含硫易于切削的预硬性塑料模具钢,如8CrNnMoVS和S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNMnMoVSCa.3下图1模具中的模仁部分即为专用模具钢加工而成。图2-1 一种热作模具钢1模具生产厂需要多种规格的模具钢，而且要经过各种热处理等后期加工以供使用，日本大同特殊钢公司可以提供6个通用模具钢号2500多种规格的精加工模块3，一些工业发达国家冶金企业供应经机加工的合金模具钢制品已达50%60%，我国在这方面近年已有进步，但有较大差距4

7、，所以我国要努力发展模具钢的生产制造能力。2.2 模具的数字化设计模具设计作为一门传统行业，我国传统的的模具设计大多以而为工程图为基础：产品的工艺分析和工序设计又设计师的实践经验为基础；模具的主要零部件以二维工程图为基础。这种现状无疑将直接影响模具的质量、生产周期和成本。现在大部分的企业已实现模具产品的设计数字化、生产数字化、制造装备数字化以及管理数字化。CAD（计算机辅助设计）自20世纪60年代以来一直在不断发展，由于计算机硬件和软件技术的迅速发展，CAD技术日趋完善，并在电子、航空和机械制造等领域得到了广泛的应用5。如今传统的注塑模具生产方式已经不能满足现代模具的生产要求，因此基于CAD/

8、CAE/CAM软件的模具优化设计研究得到越来越广泛的关注，基于CAD/CAE/CAM软件的注塑模具设计制造的一般流程如下图所示6图2-1 数字化注塑模具流程图2 UG（Unigraphics）是Siemens PLM Software的一款集CAD/CAE/CAM于一体的三维数字化软件，广泛的应用于汽车、船舶制造、航空航天及电子的工业领域，是世界上最先进的计算机辅助设计、制造和工程软件之一7.8。早在20世纪50年代，一些发达国家就在模具的数字化设计和加工方面进行研究，到了60年代在注塑熔体流体理论的研究也被提上了日程，而到了今天，无论是模具的设计、制造还是前期的可行性分析及模流分析，都有完善

9、可靠地专业软件进行仿真和验证。作为业内大量使用的UG软件，可极大地提高模具的设计、仿真和加工效率。现在使用UG作为模具设计的辅助软件，其大体流程为：基于MPA（Moldflow Part Adviser）的产品分析注塑模工具手动或自动分模添加标准模架和标准件模具系统与机构设计（包括浇注系统、顶出机构、侧向分型和抽芯机构、冷却系统、浇口和流道设计等）导出二维工程图。其中的MoldWizand(注塑模工具)模块为注塑模具的设计特别是模具的分型提供了极大的便利，使用注塑模工具进行模具设计优点显著：1) MoldWizard模块集成了模具设计中的一些自动检测工具,当我们的设计与实际条件不符时，它可以自

10、动检测并报错，及时的反馈给用户。2) MoldWizard模块带有一套完整的模架标准件库,里面具有多个知名模具生产厂家的标准部件,用户只需要设置相应的参数就可得到所需部件并自动装配到合适的位置,省去了零件的绘制和装配等操作。同时还提供了许多自定义组件，如抽芯机构、镶件、滑块以及电极等,而且和其他设计组件保持了良好的相关性。3) MoldWizard基于主模型结构进行设计,在模具设计中，塑料产品参数的修会及时反馈,所有相关的模具部件会得到及时的更新9。图3即为UG中专为注塑模具设计开发的注塑模向导模块，它为注塑模设计提供了极为便利的工具。图2-2 ug注塑模向导工具条2.3 先进模具制造技术一套

11、质量上乘的模具除了优良的材料和合理的设计外还需要高端先进的制造技术来实现，而我国的模具制造水平与国外有关企业相比还处于下风，其中主要表现在模具精度、型腔的表面粗糙度以及模具的寿命和复杂程度上。国外发达国家的模具标准件的使用率达到了70%以上，而国内的模具标准件使用率只有45%左右。10采用模具标准件进行模具生产，可以有效的提高模具质量，降低模具生产成本并缩短成产周期，据有关资料表明：模具标准件可以使模具加工工时缩短25%45%，生产周期左端30%40%11直接成型和堆积涂层是两种常用的模具制造方法，以去除材料为主，以电加工为主的特种加工和使用较多的机械切削加工。传统的模具机械加工，大多数采用普

12、通切削速度的仿型铣、数控铣和电火花加工进行粗加工或半精加工，然后通过曲线磨削或人工打磨完成精加工。随着科技的发展，许多渐进制造技术被应用到了模具的制造中，如快速原型制造技术（RP）、虚拟制造技术（VMT）、逆向工程技术（RE）等。不同的模具采用不同的加工方法，同种类型的模具也可以采用多中国不同的方法来制造，未来模具的发展方向是高精度、高质量、低价位和短的制造周期，所以模具加工技术也面临着新的发展方向。UG中也提供了国际上应用广泛的几个模架厂生产的标准模架，我们可以根据不同的要求添加不同的模架，下图是模架的结构简图和UG中模架库中的一种标准模架三维图。图3-1 标准模架图快速成型技术是未来模具制

13、造中不可忽略的一项先进技术，快速成型与制造是融激光、材料、控制技术等为一体的分层层积技术，随之而来的快速制模特别是金属模具的快速制造是新产品高效率、低成本、优质批量生产抢占市场的必经途径，等到全球制造业的重视12。 高度加工技术是模具加工中的一个重要发展方向，因其具有切削力小、发热低、加工平稳、效率高及质量好等普通机加工不可比拟的优点，是高精度型腔模具的重要加工方法。国外先进的高速加工机床主轴转速最高可达100000r/min,进给速度达3040m/min,换刀速度最少降至1s。除此之外，超大超精细加工的应用、先进表面处理技术的应用也是模具制造技术的重要发展方向。除了上述几点模具的模块化设计与

14、制造也是模具发展的一个重要方向，有关研究表明：采用模块化的设计方法来制造注射模具开发，时间缩短了36%，与传统的方法比较降低了23%的成本。同时，模块化的信息有助于设计师设计各种产品。此外，该功能代码有助于有效地管理和维护产品及模具。13参考文献1 吕广庶，张明远.工程材料及成型技术基础M.北京：高等教育出版社,2012，8:134-1352崔 崑.国内外模具钢发展概况J. 金属热处理, 2007.32（1）：2-113李正邦.发展我国高速钢的战略分析J.特殊钢,2006.27（1）：1-64秦 珂.我国模具行业基本状况及模具人才有关情况J.中国模具信息,2006（3）：2-55黄 成，胡兴波

15、.UG NX7.5模具设计基础与典型范例M.北京：电子工业出版社，2011:18-196王胜凯.基于UG的注射模具的优化设计研究D.华北电力大学,2013:1-27 D.T.Pham, R.S.Gault. Aeomparison of Rapid Prototyping Technologies J.International Journal of machinery Tools & Manufacture, 1998, (38)8.王国业，胡仁喜，刘昌丽. UG NX 7.0中文版从入门到精通M. 北京：机械工业出版社，2010,8：78-799王迎春.UG软件在注塑模具设计中的应用研究J

16、.信息技术，2010:102-10410杨永平.模具技术.北京：化学工业出版社，2011，6:125-12711宋满仓. 注塑模具设计与制造标准化体系的研究D.大连理工大学博士学位论文12张海鸥.快速模具制造技术的现状及其发展趋势J.模具技术，2000（6）：84-8913Ming-Shyan HuangMing-Kai Hsu.Modular design applied to beverage-container injection molds.Int J Adv Manuf Technol.2011(53):1-10三、研究内容模具行业是已经发展了很多年的基础产业，无论在现在还是未来都发

17、挥着重要的作用，本次毕业设计就是要基于UG软件来进行鼠标电池盖的模具设计，也就是一种电子产品配件的模具设计，我们要分析吸收以前的模具设计和制造方法，结合现在的三维数字化设计，从产品的造型、材料的选择、可行性分析、整套模具的设计、工程图的绘制以及最后的加工方法等多个方面进行研究并拿出完整的设计作品。其主要的研究内容是UG软件在模具设计中的应用，真正的做到数字化模具设计，充分体现出数字化设计方法在模具设计中的优势，提高设计质量并缩短设计周期，将传统模具设计中的各个环节比如模具的分型、模架的选择和浇口流道等模具结构的设计通过计算机完成，并通过模拟装配拿出最优设计成果。下图为用ug设计的原始模型的三维

18、模型，我们可以根据需要进行不断地修改直到达到最终的设计要求。图3-1 鼠标电池盖三维模型要解决的关键技术问题即对模具结构的掌握，模具设计的基本流程以及UG软件的应用，要充分了解注塑模具的工作原理、工作方式和基本结构，按照模具设计的一般流程，通过UG来进行数字化设计，做到传统设计与数字化设计的结合。学习模具标准件的分类及选用原则，以便于模具的修配，提高工作效率和降低成本，学习模具制造过程中用到的先进加工方法，如电火花、数控加工中心等加工方法的合理选用。其中分型面的设计和抽芯机构的设计是整个模具设计方案中的重点所在。3.1 分型面 分型面的设计是整个模具设计的第一步，在模具上用于取出制品与浇注系统

19、凝料的、分离型腔与型芯的接触表面称之为分型面，它会影响塑件的质量、外观以及脱模难易等方面，在设计过程中要认真分析模型结构，结合实例和理论分析加上老师指导完成模具分型。下图是两种产品的分型面实例图3-2 两种模具分型面3.2 抽芯机构 当注射成型侧壁有孔、凹穴、凸台等塑料制品时，对于模具成型处的零件一般要制造成可侧向移动的零件，以便在脱模前抽出侧向的成型零件，否则无法脱模。而带动侧向成型件做侧向位移的整个机构统称为抽芯机构。而当零件有内凸时也就是我们常见的倒扣，则通常采用斜顶的方式，下图为一种侧向抽芯机构和斜顶的三维图图3-3 抽芯和斜顶机构本次毕业设计拟采取的研究方法为调查法、文献研究法和总结法等多种研究方法相结合，在调查相关注塑模具的基础上，搜索收集相关的文献或书籍，在指导老师的指导下学习并掌握注塑模具设计和制造的相关知识最后总结调查和学习的成果最终运用到鼠标电池盖的模具设计上来。依次进行模具设计和制造相关书籍、文献或是电子资料的查阅和总结，按时与指导老师进行交流和请教，完成相关的三维模型的数字化绘制，然后针对模型进行模具的数字化分型、添加模架、顶出机构、流道冷却