第1章 模具設計實訓概述

1、第1章 模具設計實訓概述1.1 模具設計實訓的目的 模具設計實訓，傳統(tǒng)上稱為模具設計課程設計，是為模具設計與制造、材料成型與控制工程等專業(yè)學生在學完“塑料模具設計”、“沖模設計”、“計算機輔助模具設計”、“沖壓與塑壓成形設備”以及“模具制造工藝”等專業(yè)課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，其目的有如下幾點：1. 鞏固與擴充 “塑料模具設計”、 “冷沖模設計”、“計算機輔助模具設計”等專業(yè)課程的理論知識，通過實訓實踐來檢驗和鞏固所學的理論知識。2. 綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實踐知識進行模具設計的實際訓練，從而培養(yǎng)學生獨立進行模具設計的初步能力，掌握模具設計的方法和步驟，為后續(xù)畢

2、業(yè)設計和實際工作打下良好的基礎。3. 通過實訓，進一步訓練學生開發(fā)設計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉模具標準及其它有關的標準和規(guī)范等。4. 在模具實訓過程中，培養(yǎng)學生認真負責、踏實細致的工作作風，強化質量意識和時間觀念，初步養(yǎng)成良好的職業(yè)習慣。1.2 模具設計實訓的內容模具設計實訓的主要內容包括塑料模設計和沖模設計兩大模塊，兩種模具的實訓既可以分開單獨進行，也可以合并一起進行。實訓的任務一般以設計相對簡單、具有典型結構的中小型模具為主。1.2.1 塑料模設計實訓的內容與進度安排實訓期間，學生在塑料模方面應獨立完成的主要工作有：(1) 在規(guī)定的時間內，將指導老師給定塑件實物或

3、工程圖用工具軟件Pro/E（或UG）繪制成3D模型。(2) 認真分析塑件的結構和功能要求，正確設計其塑料模具并利用工具軟件Pro/E（或UG）將其建成3D模型。(3) 根據(jù)3D模型，繪制模具相關工程圖，包括模具總裝圖、各關鍵零件的零件圖。(4) 編寫出塑料模具的設計說明書。塑料模實訓的時間一般為2周共12天，進度安排如表1- 1所示。表1- 1 塑料模設計實訓進度安排序號內容時間1實訓動員，分組，選題（分配實訓任務）天2塑件的結構與成型工藝分析天3塑件3D模型創(chuàng)建1天4模具方案設計天4模具結構設計并創(chuàng)建模具3D模型4天5繪制模具的裝配圖和零件圖2天6編寫設計說明書2天7圖紙與說明書打印、裝訂天

4、8實訓成果驗收，答辯或總結1天合計約12天1.2.2 沖模設計實訓的內容與進度安排實訓期間，學生在沖模方面應獨立完成下列工作：(1) 分析指導老師下發(fā)的沖壓零件的工藝性，制定零件的加工工藝路線。(2) 完成相關工藝計算，具體包括：模具工作零件刃口尺寸計算、零件壓力中心計算、零件排樣圖計算、沖壓力計算等相關工藝計算。(3) 確定模具結構，繪制模具裝配草圖。草圖要求按照正式裝配圖1：1繪制，圖面上應繪有主、俯視圖，零件圖、排樣圖以及標題欄和明細表，在繪制工程中，完成模架、模柄、螺釘、銷釘?shù)葮藴始倪x用工作。(4) 繪制裝配圖的正式圖紙。(5) 繪制指導老師指定的模具零件的零件圖，零件圖上應標明所有

5、尺寸、公差以及技術條件。(6) 編寫處沖模設計說明書沖模實訓的時間一般也為2周共12天，進度安排如表1- 2所示表1- 2 沖模設計實訓進度安排序號內容時間1實訓動員，下發(fā)實訓課題。天2查閱相關資料，制定沖壓件的加工工藝路線1天3完成相關工藝計算2天4繪制模具的總裝草圖2天4繪制模具的正式裝配圖1天5繪制模具零件的零件圖2天6編寫設計說明書2天7圖紙與說明書打印、裝訂天8實訓成果驗收，答辯或總結1天合計約12天1.3 實訓的考核實訓考核，既重視結果，也強調過程，要求學生在實訓中做到以下幾點基本要求：（1） 分階段分別提交塑料件、沖壓件、整套模具的電子文檔。（2） 分別繪制塑料模、沖壓模的裝配圖

6、和每副模具58個重要零件的零件圖。（3） 分別編寫塑料模和沖模的設計說明書各1份，每份字數(shù)不得少于5000字；設計說明書按統(tǒng)一的格式排版、打印并裝訂成冊。成績的最終評定，以學生提交的電子文檔、工程圖紙、設計說明書等為根據(jù)，參考實訓過程中的表現(xiàn)，綜合進行評定。成績實行優(yōu)、良、中、及格、不及格等5級制度。各級評定的標準如下： 1、優(yōu)秀：無無故缺勤記錄，按時提交各項文件，模具結構無原則性錯誤，圖紙規(guī)范，設計說明條理清晰、各項公式和引用非常清楚，答辯問題無明顯錯誤。 2、良好：無無故缺勤記錄，按時提交各項文件，模具結構無重大原則性錯誤，圖紙規(guī)范，設計說明條理清晰，各項公式和引用比較清楚。 3、中等：無

7、無故缺勤記錄，基本上能按時提交各項文件，模具結構無重大原則性錯誤，圖紙比較規(guī)范，設計說明基本清晰。 4、及格：無故缺勤記錄少于3次，經(jīng)指導老師督促后，能提交各項文件，模具結構構原則性錯誤不多于10處，能繪制基本的裝配圖和零件圖，有一定的設計說明。 5、不及格：無故缺勤記錄多于3次，提交的各項文件不齊，模具結構構原則性錯誤多于10處，繪制的裝配圖和零件圖不規(guī)范，設計說明混亂，答辯問題大多回答不上。或有其他大重大的違規(guī)違紀問題。1.4 塑料模設計的步驟塑料產(chǎn)品的功能與結構千差萬別，復雜程度各不相同，不同的塑料模具，其設計過程會不盡相同。但初級設計人員往往按以下步驟開展工作。1. 接受設計任務書模具

8、的設計任務書是模具設計的依據(jù)，模具設計任務書通常是由塑件生產(chǎn)部門提出的，主要包括以下內容：1.經(jīng)過審簽的正規(guī)塑件圖紙，并注明所采用的塑料牌號、顏色和透明度等；2.塑件的說明書及技術要求；3.塑件的生產(chǎn)批量及所用注射機的型號和規(guī)格；如是配件或塑件的改進生產(chǎn)，還應附有塑件實物。2. 分析塑件及材料工藝性（1）分析塑件工藝性通過塑件圖或建立塑件三維實體模型，充分了解塑件的形狀、用途、使用要求、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、表面質量以及允許的變形范圍等內容，檢查塑件的成型工藝性，以確認塑件的各個細節(jié)是否符合注射成型的工藝性條件。（2）確定注射成型的工藝條件對塑件所用的材料進行成型工藝性的檢查，分析原材

9、料的流動性、收縮性等成型工藝性能，在此基礎上確定注射成型工藝參數(shù)。3. 初步確定注射機在設計前必須熟悉生產(chǎn)塑件可供選用的注射機的性能、規(guī)格及與模具設計有關的技術參數(shù)（如最大注射量、鎖模力、注射壓力、裝模高度、噴嘴尺寸、推出機構及尺寸和開模行程等等），并根據(jù)塑件及澆注系統(tǒng)凝料的總體積或重量，初步確定所需注射機的型號。4. 確定模具的方案注射模具的方案設計主要包括：型腔數(shù)的確定與布置，分型面的選擇，澆注系統(tǒng)的設計，冷卻系統(tǒng)的設計，成型零件的結構設計，側向抽芯機構的設計，推出機構的設計以及模架的選用等內容，一般可按如下步驟進行。（1）確定模腔的數(shù)目確定型腔數(shù)目的方法可根據(jù)注射機的鎖模力，最大注射量，

10、塑件的精度要求，經(jīng)濟性等，在設計時應根據(jù)實際情況決定采用那一種方法。（2）選擇分型面雖然塑件設計階段分型面已經(jīng)考慮或者選定，在模具結構設計方案設計階段仍應再次校核，從模具結構及成型工藝角度判斷分型面的選擇是否最為合理。（3）確定型腔的布置型腔的布置實質上是模具結構總體方案的規(guī)劃和確定，因為一旦型腔布置完畢，澆注系統(tǒng)的排列和類型便已確定。冷卻系統(tǒng)和推出機構在布置型腔時也必須給予充分的注意，若冷卻管道布置與推桿孔，螺栓發(fā)生沖突時，要在型腔布置時進行協(xié)調，當型腔、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及脫模機構的初步位置確定后，模板的外形尺寸基本上就確定了，從而可以選擇合適的標準模架。（4）確定澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)中的主

11、流道、分流道、澆口和冷料穴的設計詳見前面的有關章節(jié)。其中澆注系統(tǒng)的平衡、澆口位置及尺寸是澆注系統(tǒng)的設計重點。另外需要強調的是澆注系統(tǒng)往往決定了模具的類型，如采用側澆口，一般選用二板式注射模，如采用點澆口，則需選用三板式注射模，以便從不同分型面分別脫出澆注系統(tǒng)凝料和塑件。（5）確定脫模機構在確定脫模方式時，首先要確定塑件和澆注系統(tǒng)凝料的留模方向，即滯留在動、定模那一側，必要時要設計強迫滯留機構（如拉料桿，雙推出機構中的定模輔助推出機構等），然后再決定采用推桿結構還是推件板結構；同時還要注意考慮是否需要設計復位機構。（6）確定側抽芯方式對于塑件側壁上帶有與開模方向不同的內、外側孔或側凹槽時，為了成

12、型后不妨礙塑件從模具中取出，需要考慮設計側向抽芯機構；側向抽芯機構將使模板尺寸加大，因此，有側向分型與抽芯機構的注射模，在型腔布置時，要注意留出抽芯機構的位置。（7）確定冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的設計參照前面的有關章節(jié)的內容，當冷卻管道的布置與推出孔等發(fā)生干涉時，為了協(xié)調好二者關系，以防止冷卻管道漏水，通常冷卻系統(tǒng)的設計與推出機構的設計同時進行。（8）確定凹模和型心的結構與固定方式當采用鑲塊式組合凹?；蛐托窘Y構時，應合理的劃分鑲塊并同時考慮這些鑲塊的強度、可加工性及其安裝固定。（9）確定排氣方式由于在一般的注射模中，注射成型時的氣體可以通過模具結構（如分型面、推桿孔間隙等）自然排氣，因此不考慮排氣系統(tǒng)

13、的設計；但對于大型和高速成型的注射模，必須考慮排氣方式。5. 利用三維設計軟件，創(chuàng)建模具3D模型隨著CAD技術的普及，傳統(tǒng)的平面設計逐步被三維建模技術所取代。目前，在實際的設計工作中，幾乎全部采用三維設計軟件進行輔助設計，如Pro/Engineer、UGNX等。因此，模具的方案和機構確定后，就可利用諸如Pro/E、UGNX等進行型腔、型芯的創(chuàng)建（俗稱分模），再通過相關的外掛軟件包如EMX等，調用標準模架模型，再逐步創(chuàng)建出整副模具的三維模型。6. 相關參數(shù)與強度的校核（1）校核模具與注射機有關的參數(shù)因為每副模具只能安裝在與其相適應的注射機上使用，因此當模具總結構設計完成后，必須對初選的注射機有關

14、工藝參數(shù)進行校核，以保證模具在注射機上的正常使用。（2）校核模具有關零件的強度和剛度計算成型零件工作尺寸，并對主要受力的零部件進行強度及剛度的校核，一般而言，注射模的剛度問題比強度問題顯得更重要一些。7. 繪制模具工程圖（出圖）（1）繪制裝配圖通過三維模型可以快速創(chuàng)建出模具的裝配圖，裝配圖應盡量按國家制圖標準繪制，裝配圖中應清楚的表明各個零件的裝配關系，以指導裝配。當凹模與型心鑲塊很多時，為了便于測繪各個鑲塊零件，還有必要先繪制動模和定模部裝圖，在部裝圖的基礎上再繪制總裝圖。裝配圖上應包括必要的尺寸：如外形尺寸、定位尺寸、安裝尺寸、極限尺寸（如活動零件移動的起止點），并附有技術要求、使用說明和

15、零件明細表等。一般裝配圖上技術要求的內容如下對模具某些結構性能的要求，如對推出機構、抽芯機構的裝配要求；對模具裝配工藝的要求，如分型面的貼合間隙、模具上下面的平行度要求；模具的使用說明、拆裝方法等；防氧化處理，模具編號，刻字，油封及保管等要求；有關試模及檢查方面的要求；（2）繪制零件圖根據(jù)模具的具體結構，將需要加工的零件，如型腔、型芯、鑲塊、定模板、動模板等零件，逐一將其3D模型生成工程圖，出圖的一半順序為：先內后外，先復雜后簡單，先成型零件后結構零件。零件圖上應標出必要的尺寸、表面粗糙度、形位公差，并注明零件材料，熱處理要求和必要的技術條件等。 1.5 沖模設計的步驟沖壓件的生產(chǎn)過

16、程一般都是從原材料剪切下料開始，經(jīng)過各種沖壓工序和其他必要的輔助工序加工出圖紙要求的零件，對于某些組合沖壓或精度要求較高的沖壓件，還需要經(jīng)過切削、焊接或鉚接等工序，才能完成。沖模的設計就是根據(jù)已有的生產(chǎn)條件，綜合考慮各方面因素，合理安排零件的生產(chǎn)工序，優(yōu)化確定各工藝參數(shù)的大小和變化范圍，合理設計模具結構，正確選擇模具加工方法，選用沖壓設備等，使零件的整個生產(chǎn)達到優(yōu)質、高產(chǎn)、低耗和安全的目的。1、 分析沖壓零件的工藝性根據(jù)設計題目的要求，分析沖壓零件成形的結構工藝性，分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓工藝要求。如果發(fā)現(xiàn)沖壓零件工藝性差，則需要對沖壓零件產(chǎn)品提出修改意見

17、，但要經(jīng)產(chǎn)品設計者同意。2、 制定沖壓件工藝方案在分析了沖壓件工藝性之后，通常可以列出幾種不同的沖壓工藝方案，從產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率、設備占用情況、模具制造難易程度和模具壽命高低、工藝成本操作方便和安全程度等方面，進行綜合分析、比較，然后確定適合于具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟合理的工藝方案。3、 確定毛坯形狀、尺寸和下料方式在最經(jīng)濟的原振俠，確定毛坯的形狀、尺寸和下料方式，并確定材料的消耗量。4、 確定沖壓模具類型及結構方式根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓零件的形狀特點、精度要求、生成批量、模具制造條件等選定沖模（沖壓模具簡稱沖模，下同）類型及結構形式，繪制模具結構草圖。5、 進行必要的工藝計算(1) 計算毛

18、坯尺寸，以便在最經(jīng)濟的原則下合理使用材料。(2) 排樣設計與計算并畫排樣圖。(3) 計算沖壓力（包括沖裁力、彎曲力、拉伸力、推件力、壓邊力等），以便選擇壓力機。(4) 計算模具壓力中心，防止模具因偏愛負荷作用影響模具精度和壽命。(5) 確定凸、凹模的間隙，計算凸、凹模刃口尺寸和各工作部分尺寸。(6) 計算或估算模具各主要（凹模、凸模固定板、墊板、模架等）的外形尺寸，以及預料橡膠或彈簧的自由高度等。(7) 對于拉深模，需要 計算是否采用壓邊圈，計算拉深次數(shù)、半成品的尺寸和各中間工序模具的尺寸分配等。(8) 其他零件的計算。6、 選擇壓力機 壓力機的選擇是沖模設計的一項重要內容，設計沖模時，學生可

19、根據(jù)沖壓與塑壓成形設備所學的知識把所選用壓力機的類型、型號、規(guī)格確定下來。壓力機型號的確定主要取決于沖壓工藝的要求和沖模結構情況。選用曲柄壓力機時，必須滿足以下要求，(1) 壓力機的工公稱壓力必須大于沖壓計算的總壓力，即(2) 壓力機的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求，即 式中分別為壓力機的最大、最小裝模高度，mm；模具閉合高度，mm。當多副模具聯(lián)合安裝到一臺壓力機上時，多副模具應有同一個閉合高度。(3) 壓力機的滑塊行程必須滿足沖壓件的成形要求。對于拉深工藝，為了便于放料和取料，其行程必須大于拉深件高度的225倍。(4) 為了便于安裝模具，壓力機的工作臺面尺寸應大于模具尺寸，一般每邊大50

20、70mm。臺面上的孔應保證沖壓零件或廢料能漏下。7、 繪制模具總裝配圖和模具零件圖 根據(jù)上述分析、計算及方案確定后，繪制模具總裝配圖及零件圖。8、 編寫設計說明書 計算說明書頁約為1015頁。9、 設計總計及答辯 按照院系要求進行。1.6 設計說明書的編寫 1.6.1 設計說明書的內容與要求設計說明書是整個設計過程的整理和總結，也是圖紙設計的理論依據(jù)，同時還是審核設計能否滿足生產(chǎn)和使用要求的技術文件之一。因此，設計說明書應能反映所設計的模具是否可靠和經(jīng)濟合理。 設計說明書應在全部計算及全部圖紙完成之后整理編寫，以沖模為例，其主要主要內容有沖壓件的工藝性分析，毛坯的展開尺寸計算，排樣方式及經(jīng)濟性分析，工藝過程的確定，半成品過渡形狀的尺寸計算，工藝方案的技術和經(jīng)濟分析比較，模具結構形式的合理