第1章模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)75912

1、第1章 模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 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(jī)、飛機(jī)、家用電器、工程機(jī)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(shè)計(jì)者在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)之前，需先了解一些模具的基礎(chǔ)知識(shí)。這些基礎(chǔ)知識(shí)包括模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料成型技術(shù)等。1.1.1 模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的問(wèn)世是技術(shù)進(jìn)步所取得的最大成就之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，不斷涌現(xiàn)出了一些以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新興學(xué)科。CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直在不斷的發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)

2、硬件和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD技術(shù)日趨完善，并已在電子、航空和機(jī)械制造等部門得到了廣泛的應(yīng)用。1.CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）基本概念2.CAD在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.模具CAD的組成1.1.2 材料成型技術(shù)材料成型技術(shù)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(chǔ)學(xué)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(lái)將簡(jiǎn)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(jié)構(gòu) 科學(xué)地對(duì)模具進(jìn)行分類，對(duì)有計(jì)劃地發(fā)展模具工業(yè)，系統(tǒng)地研究和開(kāi)發(fā)模具生產(chǎn)技術(shù)，研

3、究和制訂摸具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)硯專業(yè)比生產(chǎn)，都具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)研究和制訂模具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)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(jié)構(gòu)成型模具中最為常見(jiàn)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(shè)計(jì)的一般流程模具設(shè)計(jì)的一般流程如下：（1）制品圖和實(shí)樣的分析與消化（制品的幾何形狀

4、、尺寸、公差及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的確定；（6）模架的確定與標(biāo)準(zhǔn)件的選用；（7）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（8）排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（9）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（10）頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（11）導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)；（12）模具主要零件圖的繪制；（13）設(shè)計(jì)圖紙的校對(duì)；（14）設(shè)計(jì)圖紙的會(huì)簽。1.4 模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 一副模具的成功與否，關(guān)鍵在于模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和模具設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的處理是否正確。因此，接下來(lái)對(duì)模具設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的一些標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)節(jié)處理作一些必要的講解。1.4.1 分型面注意事項(xiàng) 分型面設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)要做R圓角處理。 1.R角間隙 2.R角過(guò)度1.4.2 符合工藝要求的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)模具的細(xì)節(jié)部位時(shí)還應(yīng)符合工藝要求，如排氣槽的設(shè)計(jì)、開(kāi)模槽的設(shè)計(jì)、模板間的間隙、倒角處理及滑塊與斜導(dǎo)柱的抽芯距等。1.4.3 滑塊的主要結(jié)構(gòu) 滑塊機(jī)構(gòu)是用于產(chǎn)品側(cè)向脫模的裝置，它主要有斜導(dǎo)柱滑塊和拖拉式滑塊兩種結(jié)構(gòu)類型。這兩種滑塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的細(xì)節(jié)如下所示。 1.斜導(dǎo)柱滑塊 2.拖拉式滑塊1.4.4 斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)時(shí)需要注意一些細(xì)節(jié)問(wèn)題。 1.推件板設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 2.推塊設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)1.4.6 做鑲塊爆炸圖 當(dāng)模具鑲塊較多且外形相似時(shí)，需做出“鑲塊爆炸圖”，以避免配模時(shí)出現(xiàn)混淆。如圖1-25所示。1.5 模具設(shè)計(jì)中UG的應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的日益廣泛應(yīng)用，塑料模具的設(shè)計(jì)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(jìn)行產(chǎn)品造型與模具設(shè)計(jì)。以UG軟件為代表的CAD系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的位置。 接下來(lái)以某手機(jī)外殼的注塑模具為例，來(lái)簡(jiǎn)要介紹UG注塑模具設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)方法。1.5.1 建立制品的三維模型如今在

7、模具設(shè)計(jì)的流程中，起初客戶通常提供的是制品的三維模型，但有時(shí)僅提供了二維圖，這就要求根據(jù)二維圖來(lái)建立三維模型，并根據(jù)注塑工藝和模具設(shè)計(jì)的有關(guān)原則進(jìn)行適當(dāng)?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(jìn)行文件轉(zhuǎn)換，因此將客戶提供的制品三維模型導(dǎo)入到UG系統(tǒng)中，進(jìn)行適當(dāng)修改后形成將要設(shè)計(jì)模具的制品模型，如圖1-26所示。1.5.2 定義模具坐標(biāo)系UG是采用工作坐標(biāo)系統(tǒng)WCS（Work Coordinate System）。為了后續(xù)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方便，通常將坐標(biāo)原點(diǎn)定義在模架動(dòng)、定模板接觸面的中心，坐標(biāo)主平面（XY平面）定義在分型面上，Z的正方向指向定模側(cè)，即模具開(kāi)模方向。模具開(kāi)

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(guò)數(shù)小時(shí)甚至幾十小時(shí)才能冷卻至常溫，制品的尺寸會(huì)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(dá)到所要求的尺寸，收縮率的大小會(huì)因材料的性質(zhì)或者填充料等的配合而改變。制品的放大可通過(guò)“縮放體”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1-28所示，其中“類型”為設(shè)定制品放大比例的方式，“要縮放的體”則指定制品，“縮放點(diǎn)”則是需要為設(shè)定比例而選取一個(gè)參考點(diǎn)，“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(gè)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(jié)構(gòu)與尺寸可在模架與典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后再設(shè)計(jì)。具體操作是首先定義一個(gè)長(zhǎng)方體實(shí)體，然后通過(guò)平移等變換操作將制品模型定位在工件實(shí)體中的適當(dāng)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(shè)計(jì)過(guò)程模具成型零部件是注塑模具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一步。在定義好成型鑲件的基礎(chǔ)上，首先通過(guò)布爾運(yùn)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(dòng)模側(cè)和定模側(cè)兩部分，此分界面稱為分模面。在通用的CAD系統(tǒng)中，由于沒(méi)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(diǎn)自行構(gòu)造分模所需的復(fù)雜曲面，經(jīng)過(guò)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(guò)UG中的“變換”對(duì)話框（圖1-32所示）里的“繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)”、“用直線做鏡像”、“圓形陣列”、“繞直線旋轉(zhuǎn)”、“用平面做鏡像”等功能對(duì)成型鑲件進(jìn)行操作就可以實(shí)現(xiàn)型腔的布局，本例為一模兩腔布局形式，布置完成的結(jié)果如圖1-33所示：1.5.7 模架設(shè)計(jì)通過(guò)查閱手冊(cè)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(dòng)模板、動(dòng)模墊板、動(dòng)模座板、頂出板、頂出固定板、導(dǎo)柱及導(dǎo)套等）。在所有的零件模

11、型均建立好以后，需要進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。裝配設(shè)計(jì)利用CAD系統(tǒng)的配合、對(duì)齊、角度、插入等命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果裝配較復(fù)雜，可以先進(jìn)行部分零件的裝配，完成后再進(jìn)行部件間的裝配，這樣就可以減少裝配的難度。顯而易見(jiàn)，上述操作過(guò)程非常煩瑣，設(shè)計(jì)效率十分低下，因此，現(xiàn)在很多企業(yè)都在CAD系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)適用于自己公司的標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)，可以直接調(diào)用。本例是從UG系統(tǒng)Mold Wizard模架庫(kù)中調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)模架，如圖1-34所示。1.5.8 典型零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在注塑模中，典型零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定位圈、主流道襯套、澆口、頂桿、斜抽芯機(jī)構(gòu)和冷卻水道等。與模架中各零件的設(shè)計(jì)類似，首先要通過(guò)查閱手冊(cè)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(guò)裝配設(shè)計(jì)來(lái)與模架配合，修剪長(zhǎng)度，創(chuàng)建裝配所需要的孔等。通過(guò)上述步驟，最終形成的模具裝配體如圖1-35所示。1.6 習(xí)題1. 填空題（1）是以人和計(jì)算機(jī)相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)的新型設(shè)計(jì)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(gòu)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