第1章模具設計基礎75912

1、第1章 模具設計基礎 模具就是各種成型工藝的主要工藝裝備。模具在汽車、拖拉機、飛機、家用電器、工程機械、冶金、兵器、儀器儀表、輕日用五金等制造業(yè)中起著極為重要的作用。模具就是“高效益”，模具就是“現(xiàn)代化”。其深刻含義也正被人們所理解和掌握。1.1 概述 設計者在進行模具設計之前，需先了解一些模具的基礎知識。這些基礎知識包括模具計算機輔助設計、材料成型技術等。1.1.1 模具計算機輔助設計計算機的問世是技術進步所取得的最大成就之一。隨著計算機技術的不斷發(fā)展和應用領域的日益擴大，不斷涌現(xiàn)出了一些以計算機技術為基礎的新興學科。CAD（計算機輔助設計）自20世紀60年代以來一直在不斷的發(fā)展。由于計算機

2、硬件和軟件技術的迅速發(fā)展，CAD技術日趨完善，并已在電子、航空和機械制造等部門得到了廣泛的應用。1.CAD（計算機輔助設計）基本概念2.CAD在模具設計中的應用3.模具CAD的組成1.1.2 材料成型技術材料成型技術就是各種可成型工程材料的工藝及加工方法的一門制造基礎學科。材料成型的方法有很多種，它主要包括金屬液態(tài)成型、金屬塑性成型、連接成型、粉末冶金成型以及非金屬材料成型等。接下來將簡要介紹這幾種主要成型的方法。1.金屬液態(tài)成型2.金屬塑性成型3.連接成型4.粉末冶金成型5.非金屬材料成型1.2 模具的分類與結構 科學地對模具進行分類，對有計劃地發(fā)展模具工業(yè)，系統(tǒng)地研究和開發(fā)模具生產(chǎn)技術，研

3、究和制訂摸具技術標準。實硯專業(yè)比生產(chǎn)，都具有重要的技術經(jīng)濟意義，對研究和制訂模具技術標準體系，具有更重要的階值。1.2.1 模具的分類 模具按成型材料種類的不同可分為金屬成型模具（常見的有沖壓模、擠壓模、壓鑄模等）、塑料成型模具、陶瓷模具、玻璃成型模具等。 模具按成型工藝的不同可分為金屬液態(tài)成型模具、金屬塑性成型模具、連接成型模具、粉末冶金成型模具以及非金屬成型模具。1.2.2 模具的結構成型模具中最為常見的有金屬成型模具類的沖壓模、擠壓模、壓鑄模等，非金屬成型模具中的塑料注塑模、壓塑模、傳遞模等。1.3 模具設計的一般流程模具設計的一般流程如下：（1）制品圖和實樣的分析與消化（制品的幾何形狀

4、、尺寸、公差及設計標準等）；（2）型腔數(shù)量的確定及型腔的排列；（3）模具鋼材的選用；（4）分型面的確定；（5）側向分型與抽芯機構的確定；（6）模架的確定與標準件的選用；（7）澆注系統(tǒng)的設計；（8）排氣系統(tǒng)的設計；（9）冷卻系統(tǒng)的設計；（10）頂出系統(tǒng)的設計；（11）導向裝置的設計；（12）模具主要零件圖的繪制；（13）設計圖紙的校對；（14）設計圖紙的會簽。1.4 模具設計注意事項 一副模具的成功與否，關鍵在于模具設計標準的應用和模具設計細節(jié)的處理是否正確。因此，接下來對模具設計中所應用的一些標準和細節(jié)處理作一些必要的講解。1.4.1 分型面注意事項 分型面設計時所需要注意的是做鎖模需有R角間

5、隙以及分型面中若有斜面與平面相接時要做R圓角處理。 1.R角間隙 2.R角過度1.4.2 符合工藝要求的細節(jié)設計在設計模具的細節(jié)部位時還應符合工藝要求，如排氣槽的設計、開模槽的設計、模板間的間隙、倒角處理及滑塊與斜導柱的抽芯距等。1.4.3 滑塊的主要結構 滑塊機構是用于產(chǎn)品側向脫模的裝置，它主要有斜導柱滑塊和拖拉式滑塊兩種結構類型。這兩種滑塊結構的設計應注意的細節(jié)如下所示。 1.斜導柱滑塊 2.拖拉式滑塊1.4.4 斜頂?shù)脑O計標準 斜頂?shù)脑O計標準有兩種，一種是斜頂頭做成鑲塊形式，且斜頂?shù)撞孔龀蒚形槽。如圖1-21所示。1.4.5 推件板與推塊的設計 推件板與推塊同為模具頂出系統(tǒng)的、重要的頂出

6、部件類型。為了保證制品能順利推出且不能造成制品缺陷，因此，在設計時需要注意一些細節(jié)問題。 1.推件板設計的注意事項 2.推塊設計的注意事項1.4.6 做鑲塊爆炸圖 當模具鑲塊較多且外形相似時，需做出“鑲塊爆炸圖”，以避免配模時出現(xiàn)混淆。如圖1-25所示。1.5 模具設計中UG的應用 隨著計算機輔助設計技術在機械行業(yè)中的日益廣泛應用，塑料模具的設計方法也從傳統(tǒng)的手工繪圖發(fā)展到利用通用的三維參數(shù)CAD軟件進行產(chǎn)品造型與模具設計。以UG軟件為代表的CAD系統(tǒng)在模具設計中占據(jù)著重要的位置。 接下來以某手機外殼的注塑模具為例，來簡要介紹UG注塑模具設計的一般設計方法。1.5.1 建立制品的三維模型如今在

7、模具設計的流程中，起初客戶通常提供的是制品的三維模型，但有時僅提供了二維圖，這就要求根據(jù)二維圖來建立三維模型，并根據(jù)注塑工藝和模具設計的有關原則進行適當?shù)漠a(chǎn)品修改，使之適合于注塑成型。而且不同的CAD系統(tǒng)之間也很容易地進行文件轉換，因此將客戶提供的制品三維模型導入到UG系統(tǒng)中，進行適當修改后形成將要設計模具的制品模型，如圖1-26所示。1.5.2 定義模具坐標系UG是采用工作坐標系統(tǒng)WCS（Work Coordinate System）。為了后續(xù)模具結構設計的方便，通常將坐標原點定義在模架動、定模板接觸面的中心，坐標主平面（XY平面）定義在分型面上，Z的正方向指向定模側，即模具開模方向。模具開

8、模方向如圖1-27所示。1.5.3 制品收縮率從模具中取出的成型制品，其溫度高于常溫，需經(jīng)過數(shù)小時甚至幾十小時才能冷卻至常溫，制品的尺寸會隨著冷卻而收縮，因此模具尺寸都需要加上收縮率的尺寸，才能使成型制品達到所要求的尺寸，收縮率的大小會因材料的性質或者填充料等的配合而改變。制品的放大可通過“縮放體”命令來實現(xiàn)。如圖1-28所示，其中“類型”為設定制品放大比例的方式，“要縮放的體”則指定制品，“縮放點”則是需要為設定比例而選取一個參考點，“比例因子”中規(guī)定制品放大的比例系數(shù)，本例采用統(tǒng)一的收縮率1.006。1.5.4 定義成型工件成型工件（Work Piece）就是模具中的成型部分，是一個包括型

9、芯和型腔的材料塊。在這里成型工件并不需要很精確的定義，只是為了下一步分型的方便。精確的工件結構與尺寸可在模架與典型結構設計完成后再設計。具體操作是首先定義一個長方體實體，然后通過平移等變換操作將制品模型定位在工件實體中的適當位置，本例定義好的成型工件如圖1-29所示。1.5.5 成型零件的設計過程模具成型零部件是注塑模具設計中最關鍵、最復雜的一步。在定義好成型鑲件的基礎上，首先通過布爾運算挖出鑲件內(nèi)的型腔（用成型鑲件減去制品模型）。為使成型后的制品能從模具空腔中取出，模具必須要分模，模具分成動模側和定模側兩部分，此分界面稱為分模面。在通用的CAD系統(tǒng)中，由于沒有分模面定義的輔助工具，因此必須利

10、用系統(tǒng)的曲面造型功能根據(jù)制品的特點自行構造分模所需的復雜曲面，經(jīng)過造型創(chuàng)建的分模曲面如圖1-30所示。1.5.6 型腔布局型腔布局就是確定模具中型腔的數(shù)目及排列情況。通過UG中的“變換”對話框（圖1-32所示）里的“繞點旋轉”、“用直線做鏡像”、“圓形陣列”、“繞直線旋轉”、“用平面做鏡像”等功能對成型鑲件進行操作就可以實現(xiàn)型腔的布局，本例為一模兩腔布局形式，布置完成的結果如圖1-33所示：1.5.7 模架設計通過查閱手冊可以選擇合理的模架類型和參數(shù)系列，根據(jù)所選的系列數(shù)據(jù)為模架中的所有零件組件一一造型（包括定模板、動模板、動模墊板、動模座板、頂出板、頂出固定板、導柱及導套等）。在所有的零件模

11、型均建立好以后，需要進行裝配設計。裝配設計利用CAD系統(tǒng)的配合、對齊、角度、插入等命令來實現(xiàn)。如果裝配較復雜，可以先進行部分零件的裝配，完成后再進行部件間的裝配，這樣就可以減少裝配的難度。顯而易見，上述操作過程非常煩瑣，設計效率十分低下，因此，現(xiàn)在很多企業(yè)都在CAD系統(tǒng)上開發(fā)適用于自己公司的標準模架庫，可以直接調(diào)用。本例是從UG系統(tǒng)Mold Wizard模架庫中調(diào)用的標準模架，如圖1-34所示。1.5.8 典型零件與結構設計在注塑模中，典型零件與結構設計包括定位圈、主流道襯套、澆口、頂桿、斜抽芯機構和冷卻水道等。與模架中各零件的設計類似，首先要通過查閱手冊選擇合理的零件類型和參數(shù)系列，然后根據(jù)所選的系列數(shù)據(jù)為零件造型，造型好的零件通過裝配設計來與模架配合，修剪長度，創(chuàng)建裝配所需要的孔等。通過上述步驟，最終形成的模具裝配體如圖1-35所示。1.6 習題1. 填空題（1）是以人和計算機相結合、各盡所長的新型設計方法。（2）注射成型一般用于 塑料的成型，壓縮模塑主要用于 塑料的成型。（3）模具CAD系統(tǒng)由3大部分構成：、和。（4）材料成型的方法有很多種，它主要包括、以及等。（5）金屬塑性成形在工業(yè)生產(chǎn)中稱為。分為：、等。（6）“焊接”通常是指。是