第1章 模具设计基础

第1章模具设计基础•模具就是各种成型工艺的主要工艺装备。模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、冶金、兵器、仪器仪表、轻日用五金等制造业中起着极为重要的作用。模具就是“高效益”，模具就是“现代化”。其深刻含义也正被人们所理解和掌握。1.1概述•设计者在进行模具设计之前，需先了解一些模具的基础知识。这些基础知识包括模具计算机辅助设计、材料成型技术等。1.1.1模具计算机辅助设计•计算机的问世是技术进步所取得的最大成就之一。随着计算机技术的不断发展和应用领域的日益扩大，不断涌现出了一些以计算机技术为基础的新兴学科。•CAD（计算机辅助设计）自20世纪60年代以来一直在不断的发展。由于计算机硬件和软件技术的迅速发展，CAD技术日趋完善，并已在电子、航空和机械制造等部门得到了广泛的应用。•1.CAD（计算机辅助设计）基本概念•2.CAD在模具设计中的应用•3.模具CAD的组成1.1.2材料成型技术•材料成型技术就是各种可成型工程材料的工艺及加工方法的一门制造基础学科。材料成型的方法有很多种，它主要包括金属液态成型、金属塑性成型、连接成型、粉末冶金成型以及非金属材料成型等。接下来将简要介绍这几种主要成型的方法。•1.金属液态成型•2.金属塑性成型•3.连接成型•4.粉末冶金成型•5.非金属材料成型1.2模具的分类与结构•科学地对模具进行分类，对有计划地发展模具工业，系统地研究和开发模具生产技术，研究和制订摸具技术标准。实砚专业比生产，都具有重要的技术经济意义，对研究和制订模具技术标准体系，具有更重要的阶值。1.2.1模具的分类•模具按成型材料种类的不同可分为金属成型模具（常见的有冲压模、挤压模、压铸模等）、塑料成型模具、陶瓷模具、玻璃成型模具等。•模具按成型工艺的不同可分为金属液态成型模具、金属塑性成型模具、连接成型模具、粉末冶金成型模具以及非金属成型模具。1.2.2模具的结构•成型模具中最为常见的有金属成型模具类的冲压模、挤压模、压铸模等，非金属成型模具中的塑料注塑模、压塑模、传递模等。1.3模具设计的一般流程•模具设计的一般流程如下：•（1）制品图和实样的分析与消化（制品的几何形状、尺寸、公差及设计标准等）；•（2）型腔数量的确定及型腔的排列；•（3）模具钢材的选用；•（4）分型面的确定；•（5）侧向分型与抽芯机构的确定；•（6）模架的确定与标准件的选用；•（7）浇注系统的设计；•（8）排气系统的设计；•（9）冷却系统的设计；•（10）顶出系统的设计；•（11）导向装置的设计；•（12）模具主要零件图的绘制；•（13）设计图纸的校对；•（14）设计图纸的会签。1.4模具设计注意事项•一副模具的成功与否，关键在于模具设计标准的应用和模具设计细节的处理是否正确。因此，接下来对模具设计中所应用的一些标准和细节处理作一些必要的讲解。1.4.1分型面注意事项•分型面设计时所需要注意的是做锁模需有R角间隙以及分型面中若有斜面与平面相接时要做R圆角处理。•1.R角间隙•2.R角过度1.4.2符合工艺要求的细节设计•在设计模具的细节部位时还应符合工艺要求，如排气槽的设计、开模槽的设计、模板间的间隙、倒角处理及滑块与斜导柱的抽芯距等。1.4.3滑块的主要结构•滑块机构是用于产品侧向脱模的装置，它主要有斜导柱滑块和拖拉式滑块两种结构类型。这两种滑块结构的设计应注意的细节如下所示。•1.斜导柱滑块•2.拖拉式滑块1.4.4斜顶的设计标准•斜顶的设计标准有两种，一种是斜顶头做成镶块形式，且斜顶底部做成T形槽。如图1-21所示。1.4.5推件板与推块的设计•推件板与推块同为模具顶出系统的、重要的顶出部件类型。为了保证制品能顺利推出且不能造成制品缺陷，因此，在设计时需要注意一些细节问题。•1.推件板设计的注意事项•2.推块设计的注意事项1.4.6做镶块爆炸图•当模具镶块较多且外形相似时，需做出“镶块爆炸图”，以避免配模时出现混淆。如图1-25所示。1.5模具设计中UG的应用•随着计算机辅助设计技术在机械行业中的日益广泛应用，塑料模具的设计方法也从传统的手工绘图发展到利用通用的三维参数CAD软件进行产品造型与模具设计。以UG软件为代表的CAD系统在模具设计中占据着重要的位置。•接下来以某手机外壳的注塑模具为例，来简要介绍UG注塑模具设计的一般设计方法。1.5.1建立制品的三维模型•如今在模具设计的流程中，起初客户通常提供的是制品的三维模型，但有时仅提供了二维图，这就要求根据二维图来建立三维模型，并根据注塑工艺和模具设计的有关原则进行适当的产品修改，使之适合于注塑成型。而且不同的CAD系统之间也很容易地进行文件转换，因此将客户提供的制品三维模型导入到UG系统中，进行适当修改后形成将要设计模具的制品模型，如图1-26所示。1.5.2定义模具坐标系•UG是采用工作坐标系统WCS（WorkCoordinateSystem）。为了后续模具结构设计的方便，通常将坐标原点定义在模架动、定模板接触面的中心，坐标主平面（XY平面）定义在分型面上，Z的正方向指向定模侧，即模具开模方向。模具开模方向如图1-27所示。1.5.3制品收缩率•从模具中取出的成型制品，其温度高于常温，需经过数小时甚至几十小时才能冷却至常温，制品的尺寸会随着冷却而收缩，因此模具尺寸都需要加上收缩率的尺寸，才能使成型制品达到所要求的尺寸，收缩率的大小会因材料的性质或者填充料等的配合而改变。制品的放大可通过“缩放体”命令来实现。•如图1-28所示，其中“类型”为设定制品放大比例的方式，“要缩放的体”则指定制品，“缩放点”则是需要为设定比例而选取一个参考点，“比例因子”中规定制品放大的比例系数，本例采用统一的收缩率1.006。1.5.4定义成型工件•成型工件（WorkPiece）就是模具中的成型部分，是一个包括型芯和型腔的材料块。在这里成型工件并不需要很精确的定义，只是为了下一步分型的方便。•精确的工件结构与尺寸可在模架与典型结构设计完成后再设计。具体操作是首先定义一个长方体实体，然后通过平移等变换操作将制品模型定位在工件实体中的适当位置，本例定义好的成型工件如图1-29所示。1.5.5成型零件的设计过程•模具成型零部件是注塑模具设计中最关键、最复杂的一步。在定义好成型镶件的基础上，首先通过布尔运算挖出镶件内的型腔（用成型镶件减去制品模型）。为使成型后的制品能从模具空腔中取出，模具必须要分模，模具分成动模侧和定模侧两部分，此分界面称为分模面。•在通用的CAD系统中，由于没有分模面定义的辅助工具，因此必须利用系统的曲面造型功能根据制品的特点自行构造分模所需的复杂曲面，经过造型创建的分模曲面如图1-30所示。1.5.6型腔布局•型腔布局就是确定模具中型腔的数目及排列情况。通过UG中的“变换”对话框（图1-32所示）里的“绕点旋转”、“用直线做镜像”、“圆形阵列”、“绕直线旋转”、“用平面做镜像”等功能对成型镶件进行操作就可以实现型腔的布局，本例为一模两腔布局形式，布置完成的结果如图1-33所示：1.5.7模架设计•通过查阅手册可以选择合理的模架类型和参数系列，根据所选的系列数据为模架中的所有零件组件一一造型（包括定模板、动模板、动模垫板、动模座板、顶出板、顶出固定板、导柱及导套等）。在所有的零件模型均建立好以后，需要进行装配设计。装配设计利用CAD系统的配合、对齐、角度、插入等命令来实现。如果装配较复杂，可以先进行部分零件的装配，完成后再进行部件间的装配，这样就可以减少装配的难度。•显而易见，上述操作过程非常烦琐，设计效率十分低下，因此，现在很多企业都在CAD系统上开发适用于自己公司的标准模架库，可以直接调用。本例是从UG系统MoldWizard模架库中调用的标准模架，如图1-34所示。1.5.8典型零件与结构设计•在注塑模中，典型零件与结构设计包括定位圈、主流道衬套、浇口、顶杆、斜抽芯机构和冷却水道等。•与模架中各零件的设计类似，首先要通过查阅手册选择合理的零件类型和参数系列，然后根据所选的系列数据为零件造型，造型好的零件通过装配设计来与模架配合，修剪长度，创建装配所需要的孔等。通过上述步骤，最终形成的模具装配体如图1-35所示。1.6习题•1.填空题•（1）是以人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。•（2）注射成型一般用于塑料的成型，压缩模塑主要用于塑料的成型。•（3）模具CAD系统由3大部分构成：、和。•（4）材料成型的方法有很多种，它主要包括、、、以及等。•（5）金属塑性成形在工业生产中称为。分为：、、、、等。•（6）“焊接”通常是指。是通过或，或两者同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。•（7）模具按成型材料种类的不同可分为、、、、等。•（8）冲压模按工艺性质可分为、、、和。•（9）压塑模又称为。压缩成型模具具有悠久的历史，主要用于成型。•（10）传递成型也称为，是用于加工的又一重要方法，用于传递成型的模具，简称，俗称。•2.名词解释•（1）CAD•（2）计算机网络•（3）材料成型技术•（4）模具