第1章 模具设计基础
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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。
•
1.5.8 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。
1.4.6 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。
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。
• • • • •
1.2 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。
1.5.1 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。
•
1.5.5 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。
1.5.2 定义模具坐标系
• UG是采用工作坐标系统WCS（Work Coordinate System）。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
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
•
• • •
1.1.2 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
•
1.5.4 定义成型工件
• 成型工件（Work Piece）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。
1.6 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
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Mold Wizard模架库中调用的标准模架，如图1-34所示。
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wk.baidu.com• 2.拖拉式滑块
•
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：
1.1.1 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
1.2.2 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
•
1.5.8 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。
1.4.6 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。
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。
• • • • •
1.2 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。
1.5.1 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。
•
1.5.5 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。
1.5.2 定义模具坐标系
• UG是采用工作坐标系统WCS（Work Coordinate System）。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
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
•
• • •
1.1.2 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
•
1.5.4 定义成型工件
• 成型工件（Work Piece）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。
1.6 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
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Mold Wizard模架库中调用的标准模架，如图1-34所示。
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wk.baidu.com• 2.拖拉式滑块
•
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：
1.1.1 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
1.2.2 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