第1章 模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)概述

1、第1章 模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)概述1.1 模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)的目的 模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)，傳統(tǒng)上稱為模具設(shè)計課程設(shè)計，是為模具設(shè)計與制造、材料成型與控制工程等專業(yè)學(xué)生在學(xué)完“塑料模具設(shè)計”、“沖模設(shè)計”、“計算機(jī)輔助模具設(shè)計”、“沖壓與塑壓成形設(shè)備”以及“模具制造工藝”等專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的有如下幾點(diǎn)：1. 鞏固與擴(kuò)充 “塑料模具設(shè)計”、 “冷沖模設(shè)計”、“計算機(jī)輔助模具設(shè)計”等專業(yè)課程的理論知識，通過實(shí)訓(xùn)實(shí)踐來檢驗(yàn)和鞏固所學(xué)的理論知識。2. 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)踐知識進(jìn)行模具設(shè)計的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行模具設(shè)計的初步能力，掌握模具設(shè)計的方法和步驟，為后續(xù)畢

2、業(yè)設(shè)計和實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)。3. 通過實(shí)訓(xùn)，進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生開發(fā)設(shè)計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉模具標(biāo)準(zhǔn)及其它有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。4. 在模具實(shí)訓(xùn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏實(shí)細(xì)致的工作作風(fēng)，強(qiáng)化質(zhì)量意識和時間觀念，初步養(yǎng)成良好的職業(yè)習(xí)慣。1.2 模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容模具設(shè)計實(shí)訓(xùn)的主要內(nèi)容包括塑料模設(shè)計和沖模設(shè)計兩大模塊，兩種模具的實(shí)訓(xùn)既可以分開單獨(dú)進(jìn)行，也可以合并一起進(jìn)行。實(shí)訓(xùn)的任務(wù)一般以設(shè)計相對簡單、具有典型結(jié)構(gòu)的中小型模具為主。1.2.1 塑料模設(shè)計實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容與進(jìn)度安排實(shí)訓(xùn)期間，學(xué)生在塑料模方面應(yīng)獨(dú)立完成的主要工作有：(1) 在規(guī)定的時間內(nèi)，將指導(dǎo)老師給定塑件實(shí)物或

3、工程圖用工具軟件Pro/E（或UG）繪制成3D模型。(2) 認(rèn)真分析塑件的結(jié)構(gòu)和功能要求，正確設(shè)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(guān)工程圖，包括模具總裝圖、各關(guān)鍵零件的零件圖。(4) 編寫出塑料模具的設(shè)計說明書。塑料模實(shí)訓(xùn)的時間一般為2周共12天，進(jìn)度安排如表1- 1所示。表1- 1 塑料模設(shè)計實(shí)訓(xùn)進(jìn)度安排序號內(nèi)容時間1實(shí)訓(xùn)動員，分組，選題（分配實(shí)訓(xùn)任務(wù)）天2塑件的結(jié)構(gòu)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(shè)計天4模具結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計說明書2天7圖紙與說明書打印、裝訂天

4、8實(shí)訓(xùn)成果驗(yàn)收，答辯或總結(jié)1天合計約12天1.2.2 沖模設(shè)計實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容與進(jìn)度安排實(shí)訓(xùn)期間，學(xué)生在沖模方面應(yīng)獨(dú)立完成下列工作：(1) 分析指導(dǎo)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(guān)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(guān)工藝計算。(3) 確定模具結(jié)構(gòu)，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(yīng)繪有主、俯視圖，零件圖、排樣圖以及標(biāo)題欄和明細(xì)表，在繪制工程中，完成模架、模柄、螺釘、銷釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件的選用工作。(4) 繪制裝配圖的正式圖紙。(5) 繪制指導(dǎo)老師指定的模具零件的零件圖，零件圖上應(yīng)標(biāo)明所有

5、尺寸、公差以及技術(shù)條件。(6) 編寫處沖模設(shè)計說明書沖模實(shí)訓(xùn)的時間一般也為2周共12天，進(jìn)度安排如表1- 2所示表1- 2 沖模設(shè)計實(shí)訓(xùn)進(jìn)度安排序號內(nèi)容時間1實(shí)訓(xùn)動員，下發(fā)實(shí)訓(xùn)課題。天2查閱相關(guān)資料，制定沖壓件的加工工藝路線1天3完成相關(guān)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(shè)計說明書2天7圖紙與說明書打印、裝訂天8實(shí)訓(xùn)成果驗(yàn)收，答辯或總結(jié)1天合計約12天1.3 實(shí)訓(xùn)的考核實(shí)訓(xùn)考核，既重視結(jié)果，也強(qiáng)調(diào)過程，要求學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中做到以下幾點(diǎn)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(shè)計說明書各1份，每份字?jǐn)?shù)不得少于5000字；設(shè)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(xué)生提交的電子文檔、工程圖紙、設(shè)計說明書等為根據(jù)，參考實(shí)訓(xùn)過程中的表現(xiàn)，綜合進(jìn)行評定。成績實(shí)行優(yōu)、良、中、及格、不及格等5級制度。各級評定的標(biāo)準(zhǔn)如下： 1、優(yōu)秀：無無故缺勤記錄，按時提交各項(xiàng)文件，模具結(jié)構(gòu)無原則性錯誤，圖紙規(guī)范，設(shè)計說明條理清晰、各項(xiàng)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(xiàng)文件，模具結(jié)構(gòu)無重大原則性錯誤，圖紙規(guī)范，設(shè)計說明條理清晰，各項(xiàng)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(xiàng)文件，模具結(jié)構(gòu)無重大原則性錯誤，圖紙比較規(guī)范，設(shè)計說明基本清晰。 4、及格：無故缺勤記錄少于3次，經(jīng)指導(dǎo)老師督促后，能提交各項(xiàng)文件，模具結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計說明。 5、不及格：無故缺勤記錄多于3次，提交的各項(xiàng)文件不齊，模具結(jié)構(gòu)構(gòu)原則性錯誤多于10處，繪制的裝配圖和零件圖不規(guī)范，設(shè)計說明混亂，答辯問題大多回答不上?；蛴衅渌笾卮蟮倪`規(guī)違紀(jì)問題。1.4 塑料模設(shè)計的步驟塑料產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)千差萬別，復(fù)雜程度各不相同，不同的塑料模具，其設(shè)計過程會不盡相同。但初級設(shè)計人員往往按以下步驟開展工作。1. 接受設(shè)計任務(wù)書模具

8、的設(shè)計任務(wù)書是模具設(shè)計的依據(jù)，模具設(shè)計任務(wù)書通常是由塑件生產(chǎn)部門提出的，主要包括以下內(nèi)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(shù)要求；3.塑件的生產(chǎn)批量及所用注射機(jī)的型號和規(guī)格；如是配件或塑件的改進(jìn)生產(chǎn)，還應(yīng)附有塑件實(shí)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(shí)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(zhì)量以及允許的變形范圍等內(nèi)容，檢查塑件的成型工藝性，以確認(rèn)塑件的各個細(xì)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(jìn)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(chǔ)上確定注射成型工藝參數(shù)。3. 初步確定注射機(jī)在設(shè)計前必須熟悉生產(chǎn)塑件可供選用的注射機(jī)的性能、規(guī)格及與模具設(shè)計有關(guān)的技術(shù)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(jī)構(gòu)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(jī)的型號。4. 確定模具的方案注射模具的方案設(shè)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(shè)計，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計，推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計以及模架的選用等內(nèi)容，一般可按如下步驟進(jìn)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(jī)的鎖模力，最大注射量，

10、塑件的精度要求，經(jīng)濟(jì)性等，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定采用那一種方法。（2）選擇分型面雖然塑件設(shè)計階段分型面已經(jīng)考慮或者選定，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案設(shè)計階段仍應(yīng)再次校核，從模具結(jié)構(gòu)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(shí)質(zhì)上是模具結(jié)構(gòu)總體方案的規(guī)劃和確定，因?yàn)橐坏┬颓徊贾猛戤?，澆注系統(tǒng)的排列和類型便已確定。冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)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(jìn)行協(xié)調(diào)，當(dāng)型腔、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及脫模機(jī)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計詳見前面的有關(guān)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(shè)計重點(diǎn)。另外需要強(qiáng)調(diào)的是澆注系統(tǒng)往往決定了模具的類型，如采用側(cè)澆口，一般選用二板式注射模，如采用點(diǎn)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(jī)構(gòu)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(cè)，必要時要設(shè)計強(qiáng)迫滯留機(jī)構(gòu)（如拉料桿，雙推出機(jī)構(gòu)中的定模輔助推出機(jī)構(gòu)等），然后再決定采用推桿結(jié)構(gòu)還是推件板結(jié)構(gòu)；同時還要注意考慮是否需要設(shè)計復(fù)位機(jī)構(gòu)。（6）確定側(cè)抽芯方式對于塑件側(cè)壁上帶有與開模方向不同的內(nèi)、外側(cè)孔或側(cè)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(shè)計側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)；側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)將使模板尺寸加大，因此，有側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的注射模，在型腔布置時，要注意留出抽芯機(jī)構(gòu)的位置。（7）確定冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計參照前面的有關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，當(dāng)冷卻管道的布置與推出孔等發(fā)生干涉時，為了協(xié)調(diào)好二者關(guān)系，以防止冷卻管道漏水，通常冷卻系統(tǒng)的設(shè)計與推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計同時進(jìn)行。（8）確定凹模和型心的結(jié)構(gòu)與固定方式當(dāng)采用鑲塊式組合凹?；蛐托窘Y(jié)構(gòu)時，應(yīng)合理的劃分鑲塊并同時考慮這些鑲塊的強(qiáng)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(jié)構(gòu)（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(shè)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(shè)計軟件，創(chuàng)建模具3D模型隨著CAD技術(shù)的普及，傳統(tǒng)的平面設(shè)計逐步被三維建模技術(shù)所取代。目前，在實(shí)際的設(shè)計工作中，幾乎全部采用三維設(shè)計軟件進(jìn)行輔助設(shè)計，如Pro/Engineer、UGNX等。因此，模具的方案和機(jī)構(gòu)確定后，就可利用諸如Pro/E、UGNX等進(jìn)行型腔、型芯的創(chuàng)建（俗稱分模），再通過相關(guān)的外掛軟件包如EMX等，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模架模型，再逐步創(chuàng)建出整副模具的三維模型。6. 相關(guān)參數(shù)與強(qiáng)度的校核（1）校核模具與注射機(jī)有關(guān)的參數(shù)因?yàn)槊扛蹦＞咧荒馨惭b在與其相適應(yīng)的注射機(jī)上使用，因此當(dāng)模具總結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，必須對初選的注射機(jī)有關(guān)

14、工藝參數(shù)進(jìn)行校核，以保證模具在注射機(jī)上的正常使用。（2）校核模具有關(guān)零件的強(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)度及剛度的校核，一般而言，注射模的剛度問題比強(qiáng)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(yīng)盡量按國家制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制，裝配圖中應(yīng)清楚的表明各個零件的裝配關(guān)系，以指導(dǎo)裝配。當(dāng)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(chǔ)上再繪制總裝圖。裝配圖上應(yīng)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(diǎn)），并附有技術(shù)要求、使用說明和

15、零件明細(xì)表等。一般裝配圖上技術(shù)要求的內(nèi)容如下對模具某些結(jié)構(gòu)性能的要求，如對推出機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)，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?yàn)椋合葍?nèi)后外，先復(fù)雜后簡單，先成型零件后結(jié)構(gòu)零件。零件圖上應(yīng)標(biāo)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(shù)條件等。 1.5 沖模設(shè)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(shè)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(shè)計模具結(jié)構(gòu)，正確選擇模具加工方法，選用沖壓設(shè)備等，使零件的整個生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、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(shè)計題目的要求，分析沖壓零件成形的結(jié)構(gòu)工藝性，分析沖壓件的形狀特點(diǎn)、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(shè)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?？梢粤谐鰩追N不同的沖壓工藝方案，從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)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(jìn)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(jì)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(jì)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(jié)構(gòu)方式根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓零件的形狀特點(diǎn)、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(jié)構(gòu)形式，繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。5、 進(jìn)行必要的工藝計算(1) 計算毛

18、坯尺寸，以便在最經(jīng)濟(jì)的原則下合理使用材料。(2) 排樣設(shè)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(jī)。(4) 計算模具壓力中心，防止模具因偏愛負(fù)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(yù)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(jī) 壓力機(jī)的選擇是沖模設(shè)計的一項(xiàng)重要內(nèi)容，設(shè)計沖模時，學(xué)生可

19、根據(jù)沖壓與塑壓成形設(shè)備所學(xué)的知識把所選用壓力機(jī)的類型、型號、規(guī)格確定下來。壓力機(jī)型號的確定主要取決于沖壓工藝的要求和沖模結(jié)構(gòu)情況。選用曲柄壓力機(jī)時，必須滿足以下要求，(1) 壓力機(jī)的工公稱壓力必須大于沖壓計算的總壓力，即(2) 壓力機(jī)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(jī)的最大、最小裝模高度，mm；模具閉合高度，mm。當(dāng)多副模具聯(lián)合安裝到一臺壓力機(jī)上時，多副模具應(yīng)有同一個閉合高度。(3) 壓力機(jī)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(jī)的工作臺面尺寸應(yīng)大于模具尺寸，一般每邊大50

20、70mm。臺面上的孔應(yīng)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(shè)計說明書 計算說明書頁約為1015頁。9、 設(shè)計總計及答辯 按照院系要求進(jìn)行。1.6 設(shè)計說明書的編寫 1.6.1 設(shè)計說明書的內(nèi)容與要求設(shè)計說明書是整個設(shè)計過程的整理和總結(jié)，也是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，同時還是審核設(shè)計能否滿足生產(chǎn)和使用要求的技術(shù)文件之一。因此，設(shè)計說明書應(yīng)能反映所設(shè)計的模具是否可靠和經(jīng)濟(jì)合理。 設(shè)計說明書應(yīng)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(nèi)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(jì)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(shù)和經(jīng)濟(jì)分析比較，模具結(jié)構(gòu)形式的合理