1、第1章 模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要內(nèi)容 為何學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì) 材料成型技術(shù)與設(shè)備 模具的種類與結(jié)構(gòu) 模具設(shè)計(jì)與制造的一般流程 模具設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 模具CAD輔助設(shè)計(jì)塑料成型模具的種類較多，主要有塑料注射成型模具、塑料壓縮成型模具、熱固性塑料傳遞成型模具、擠塑成型模具、塑料吹塑成型模具及熱成型模具等。作為全書的產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，1.7節(jié)將對(duì)模具設(shè)計(jì)做出詮釋，并對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案和實(shí)施路線做出概要介紹。該項(xiàng)目產(chǎn)品為相機(jī)外殼。1.1 為何學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)是一門涵蓋領(lǐng)域廣、專業(yè)知識(shí)強(qiáng)的學(xué)問，隨著技術(shù)的發(fā)展，任何想學(xué)好這門學(xué)問的人，都要腳踏實(shí)地的從基礎(chǔ)做起。對(duì)于模具初學(xué)者而言，本章就是

2、進(jìn)入模具設(shè)計(jì)的門檻。任何一門學(xué)問或者技術(shù)，都有讓人們?nèi)W(xué)習(xí)的理由，作者結(jié)合多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)模具設(shè)計(jì)總結(jié)了以下幾點(diǎn)。職業(yè)壽命長(zhǎng)：模具設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)技能，發(fā)展不像電子專業(yè)那樣快，因而其專業(yè)人員的職業(yè)壽命長(zhǎng)，不易受到年輕人的挑戰(zhàn)。模具設(shè)計(jì)是一種理論成熟與經(jīng)驗(yàn)累積的總成，工作時(shí)間越長(zhǎng)，越能站到高處。專業(yè)人才缺失：因?yàn)槿鄙龠@樣的專業(yè)人才，使得新手獲得了機(jī)遇。新手一般要經(jīng)過不斷的磨煉，雖然薪酬不高，但只要堅(jiān)持不懈，就能達(dá)到一定水平。不錯(cuò)的薪酬待遇：在模具行業(yè)，經(jīng)驗(yàn)豐富者往往是高薪酬的。即使是一般的技術(shù)人員，待遇也是不錯(cuò)的，這使得越來越多的人希望從事這項(xiàng)技術(shù)。具有良好的發(fā)展前景：在日常生活中，與

3、模具相關(guān)的生活用品占到了90%以上，因此模具行業(yè)是一個(gè)極具發(fā)展前景的行業(yè)。模具設(shè)計(jì)是集學(xué)習(xí)和創(chuàng)新于一體的工作，模具技術(shù)發(fā)展了，社會(huì)也就更進(jìn)步了。1.2 材料成型技術(shù)與裝備材料成型技術(shù)是各種可成型工程材料的工藝及加工方法。材料成型的方法有很多，主要包括金屬液態(tài)成型、金屬塑性成型、連接成型、粉末冶金成型及非金屬材料成型等。1.2.1 金屬液態(tài)成型金屬液態(tài)成型（鑄造）指將液態(tài)金屬在重力或外力作用下填充到型腔中，待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。金屬液態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)如下：適應(yīng)性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制）；適合形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)架、閥體、泵體和缸體等；成本較低（鑄

4、件與最終零件的形狀相似、尺寸相近）。金屬液態(tài)成型的缺點(diǎn)是：組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等產(chǎn)生，從而導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能降低，特別是沖擊性能降低。傳統(tǒng)的金屬砂型鑄造工藝流程如圖1-1所示。圖1-1 砂型鑄造工藝流程圖圖1-2所示為金屬連接盤零件的一般鑄造過程。圖1-2 金屬連接盤零件的一般鑄造過程1.2.2 金屬塑性成型金屬塑性成型指在外力作用下，金屬材料通過塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的零件或毛坯的加工方法。1金屬塑性成型的特點(diǎn)金屬塑性成型的特點(diǎn)如下：改善金屬組織并提高其力學(xué)性能；材料的利用率高；較高的生產(chǎn)率；毛坯或零件的精度較高。2材料鋼和非鐵金屬可以在冷態(tài)或

5、熱態(tài)下進(jìn)行壓力加工。3用途用來承受沖擊或交變應(yīng)力的重要零件（如機(jī)床主軸、齒輪、曲軸和連桿等），應(yīng)采用鍛件毛坯加工。壓力加工在機(jī)械制造、軍工、航空、輕工、家用電器等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。例如，飛機(jī)上的塑性成型零件的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占85%；汽車、拖拉機(jī)上的鍛件質(zhì)量分?jǐn)?shù)占60%80%。4金屬塑性成型的缺點(diǎn)不能加工脆性材料（如鑄鐵）、形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜）或體積特別大的零件或毛坯。金屬塑性成型在工業(yè)生產(chǎn)中稱為壓力加工。其成型方法包括自由鍛、模鍛、板料沖壓、擠壓、軋制和拉拔，如圖1-3所示。圖1-3 常用的壓力加工方法1.2.3 連接成型常見的連接成型工藝包括焊接、膠接和機(jī)械連接等。1焊接焊接通常

6、指金屬的焊接，是通過加熱或加壓（或兩者同時(shí)使用），使兩個(gè)分離物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的成型方法。焊接技術(shù)在機(jī)器制造、造船工業(yè)、建筑工程、電力設(shè)備生產(chǎn)、航空及航天工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。焊接生產(chǎn)的特點(diǎn)如下：節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕；以小拼大、化大為小，適合制造重型、復(fù)雜的機(jī)器零部件，能簡(jiǎn)化鑄造、鍛造及切削加工工藝，獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果；焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和密封性；能夠制造雙金屬結(jié)構(gòu)，使材料的性能得到充分利用。焊接生產(chǎn)的不足：焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸，給維修帶來不便；焊接結(jié)構(gòu)中會(huì)存在焊接應(yīng)力和變形；焊接接頭的組織性能往往不均勻，會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷等。手工電弧焊的焊接示意圖如圖1-4所示。2膠

7、接膠接技術(shù)使用膠粘劑來連接各種材料。與其他連接方法相比，膠接不受材料類型的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)各種材料之間的連接（例如各種金屬、非金屬，或金屬與非金屬之間的連接），而且具有工藝簡(jiǎn)單、應(yīng)力分布均勻、密封性好、防腐節(jié)能、應(yīng)力和變形小等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代化生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。膠接的主要缺點(diǎn)是固化時(shí)間長(zhǎng)、膠粘劑易老化、耐熱性差等。圖1-5所示為常見的金屬膠接形式。圖1-4 手工電焊焊接示意圖圖1-5 常見的金屬膠接形式3機(jī)械連接機(jī)械連接包括螺栓連接、鍵連接和鉚釘連接等，其中，鉚釘連接為不可拆連接，其余均為可拆連接。機(jī)械連接的主要特點(diǎn)是所采用的連接件一般為標(biāo)準(zhǔn)件，具有良好的互換性，且選用方便、工作可靠、易于

8、檢修，其不足之處是增加了機(jī)械加工工序、結(jié)構(gòu)重量大、密封性差、影響外觀，且成本較高。1.2.4 粉末冶金成型粉末冶金成型指采用成型和燒結(jié)等工序，將金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物制成金屬制品的工藝技術(shù)。由于粉末冶金的生產(chǎn)工藝與陶瓷的生產(chǎn)工藝形式類似，因此該工藝方法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金工藝的基本工序如下：（1）原料粉末的制取和準(zhǔn)備。粉末可以是純金屬或其合金、非金屬、金屬與非金屬的化合物，以及其他各種化合物等；（2）將金屬粉末及各種添加劑均勻混合后制成所需形狀的坯塊；（3）將坯塊用物料主要組元熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)，使制品具有最終的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。粉末冶金的工藝過程如圖1-6所示。圖

9、1-6 粉末冶金的工藝過程粉末冶金成型方法與液態(tài)成型方法相比，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：可避免或者減少偏析、機(jī)加工量大等缺點(diǎn)。用粉末冶金法生產(chǎn)零件制品，金屬的總損耗只有1%5%；材料的某些獨(dú)特性能或者顯微組織只能用粉末冶金方法來實(shí)現(xiàn)。例如，多孔材料、氧化物彌散強(qiáng)化合金、硬質(zhì)合金等。另外，該種方法有可能用來制取高純度的材料，且不會(huì)給材料帶來污染；一些活性金屬、高熔點(diǎn)金屬制品用其他工藝成型是十分困難的。這些材料在普通工藝過程中，隨著溫度的升高，材料的顯微組織及結(jié)構(gòu)會(huì)受到明顯損害，而使用粉末冶金工藝卻可以避免。1.2.5 非金屬材料成型非金屬成型指對(duì)金屬以外的材料進(jìn)行成型。其成型材料主要包括塑料、橡膠、陶瓷

10、和復(fù)合材料等。非金屬材料成型的特點(diǎn)是：可以是流態(tài)成型，也可以是固態(tài)成型，可以制成形狀復(fù)雜的零件。1塑料成型塑料除了用注塑、擠塑、壓塑、吹塑方法成型外，還可以用澆注和粘接等方法成型。1）注塑成型注塑成型也稱注塑，是熱塑性塑料成型的重要方法。它將粒狀或粉狀塑料加入注射機(jī)的料筒中，經(jīng)加熱溶化呈流動(dòng)狀態(tài)，然后在注射機(jī)的柱塞或螺桿的快速而連續(xù)的壓力下，從料筒前端的噴嘴中以很高的速度注入到閉合的模具中，并充滿模腔，隨后經(jīng)冷卻或加熱（熱固性塑料）固化，開模得到制品。圖1-7所示為螺桿式注塑機(jī)的成型原理。2）擠塑成型擠塑成型也稱擠出成型，是使加熱或未經(jīng)加熱的塑料，在擠出機(jī)的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過一定形狀的

11、口模而連續(xù)成型，所得到的制品為具有恒定端面形狀的連續(xù)型材，如管材、板材、薄膜和中空制品等。擠出成型設(shè)備主要是擠出機(jī)和擠出模具，圖1-8所示為單螺桿擠出機(jī)成型的原理示意圖。圖1-7 螺桿式注塑機(jī)的成型原理圖1-8 單螺桿式擠出機(jī)的擠出成型原理3）壓縮成型壓縮成型是將粉狀、粒狀或纖維狀的塑料放入到加熱的模具型腔中，然后合模加壓使其成型固化，最后脫模成制品的成型方法。圖1-9所示為塑料模壓成型工藝示意圖。圖1-9 塑料成型工藝示意圖4）吹塑成型吹塑指用壓縮空氣使進(jìn)入型腔的塑料型胚膨脹形成中空制品的方法。具體來說，是通過將擠出或注射的管胚或型胚趁處于半熔融的類橡膠狀態(tài)時(shí)，置于各種形狀的模具中，并及時(shí)在

12、管胚或型胚中通入壓縮空氣將其吹脹，使其緊貼于型腔壁上成型，經(jīng)冷卻脫模后，即可得到中空制品。吹塑成型的工藝過程如圖1-10所示。首先，注射機(jī)將熔融塑料注入注射模內(nèi)，形成管坯，管坯成型在周壁帶有微孔的空心型芯上，如圖a所示；接著趁熱移至吹塑模內(nèi)，如圖b所示；然后在芯棒的管道內(nèi)通入壓縮空氣，使型坯吹脹并貼于模具的型腔壁上，如圖c所示；最后經(jīng)保壓、冷卻定型放出壓縮空氣，且開模取出塑件，如圖d所示。圖1-10 吹塑成型工藝過程1-注射機(jī)噴嘴；2-注射型胚；3-空心型芯；4-加熱器；5-吹塑模；6-制件2橡膠成型橡膠成型指將混煉膠制成所需形狀、尺寸和性能的過程，是橡膠半成品的成型過程。常用的橡膠成型方法有

13、壓延成型、注射成型和模壓成型等。3陶瓷成型陶瓷可以用注漿的方法成型，也可用注射、壓注等方法成型。圖1-11所示為陶瓷注漿成型的過程。圖1-11 陶瓷注漿成型的過程4快速成型快速成型技術(shù)（Rapid Prototyping，RP）是一種20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的原型制造技術(shù)。RP集機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑圃炝慵?，從而?duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)估、修改及功能試驗(yàn)，進(jìn)而大大縮短產(chǎn)品的研制周期和減少新產(chǎn)品開發(fā)的投資風(fēng)險(xiǎn)。由于其具有敏捷性、適合于任何形狀、普適性、高度集成化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電

14、子、通信和航空航天等領(lǐng)域。目前，快速成型的工藝方法有十余種，如光固化法、疊層法、激光選區(qū)燒結(jié)法、熔融沉積法、掩膜固化法、三維印刷法和噴粒法等。其中，光固化法是最早商品化、技術(shù)最成熟、市場(chǎng)占有率最高的RP技術(shù)。圖1-12所示為樹脂的光固化成型過程。首先，在計(jì)算機(jī)上用CAD系統(tǒng)構(gòu)成產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，或者用三維掃描機(jī)對(duì)已有實(shí)體進(jìn)行掃描，并通過反求技術(shù)得到三維模型。然后對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓數(shù)據(jù)。接著計(jì)算機(jī)依據(jù)這些數(shù)據(jù)，控制紫外激光束在液態(tài)光敏樹脂表面的掃描，光敏樹脂中的光引發(fā)劑在紫外光的輻射下，裂解成活性自由基，引發(fā)預(yù)聚體和活性單體發(fā)生聚合，使掃描區(qū)域被固化，產(chǎn)生一薄固化層。然后

15、將已固化層下沉一定高度，讓其表面再鋪上一層液態(tài)樹脂，新固化的這一層粘接在前一層上。再用第二層的數(shù)據(jù)控制激光束掃描，這樣一層一層地固化，逐步順序疊加，直到完成整個(gè)塑件成型為止。圖1-12 光固化成型過程1.3 模具的種類與結(jié)構(gòu)按照成型材料的不同，模具可分為不同的種類，包括塑料成型模具、金屬成型模具、陶瓷成型模具和玻璃成型模具等。其中，塑料成型模具占有很大的比重，并且塑料成型模具也是本書研究的重點(diǎn)方向。1.3.1 塑料成型模具塑料成型模具的種類較多，主要有塑料注射成型模具、塑料壓縮成型模具、熱固性塑料傳遞成型模具、擠塑成型模具、塑料吹塑成型模具及熱成型模具等。1注塑模具注塑模具的分類方法較多，按塑

16、料件所用的材料不同可分為熱塑性注塑模具和熱固性注塑模具；按塑料注射機(jī)的類型不同可分為臥式、立式和直角式注塑模具；按其在塑料注射機(jī)上的安裝方式不同可分為移動(dòng)式注塑模具和固定式注塑模具；按模具的型腔數(shù)量不同可分為單型腔注塑模具和多型腔注塑模具。單分型面注塑模具是最基本的二板式注塑模具，由動(dòng)模和定模構(gòu)成，如圖1-13所示。其型腔一部分設(shè)在動(dòng)模上，一部分設(shè)在定模上，主流道設(shè)在定模上，分流道和澆口設(shè)在分型面上，開模后塑件和流道凝料一起留在動(dòng)模一側(cè)。動(dòng)模一側(cè)設(shè)有推出機(jī)構(gòu)，用于推出塑件及流道凝料（又稱脫模）。該類模具的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)塑件成型的適應(yīng)性很強(qiáng)，所以應(yīng)用十分廣泛。圖1-13 單分型面注塑模具結(jié)構(gòu)

17、1-上模座板；2-導(dǎo)套；3-導(dǎo)柱；4-型腔；5、17-推板；6-定位環(huán)；7-澆口套；8-型芯、9-冷卻水路；10、21、23-銷釘；11、22、24-螺釘；12-水嘴；13-型芯固定板；14-支承板；15-支承塊；16-推桿；18-推桿固定板；19-蓋板；20-密封圈；25-下模座板2傳遞成型模具傳遞成型也稱壓注成型，是熱固性塑件模塑加工的又一重要方法，用于傳遞成型的模具，簡(jiǎn)稱傳遞模，俗稱擠膠模。在傳遞成型過程中，先將塑料原料置于加料室內(nèi)，經(jīng)初步受熱塑化后，通過壓機(jī)驅(qū)動(dòng)壓料柱塞施壓。熔料在高溫、高壓下轉(zhuǎn)變成粘流態(tài)，并以一定速度通過澆注系統(tǒng)進(jìn)入到封閉的模腔內(nèi)，經(jīng)保溫、保壓后，塑料發(fā)生交聯(lián)固化，當(dāng)

18、達(dá)到最佳性能時(shí)開模取出制件。典型的柱塞式傳遞模如圖1-14所示，它分為上模、下模和柱塞3個(gè)部分。加料腔為一圓筒，設(shè)在上模的中央。開模時(shí)，制件與澆注系統(tǒng)連在一起，從上、下模之間的分型面中取出。圖1-14 傳遞模典型結(jié)構(gòu)1-壓料柱塞；2-加料腔；3-上凹模；4-上模底板；5-上模板；6-下模板；7-下凹模；8-加熱板；9-推桿；10-支架；11-下模底板；12-壓機(jī)模板；13-擋釘；14-推板；15-推桿固定板；16-支柱；17-型芯；18-澆注系統(tǒng)3擠塑成型模具擠塑模是塑料擠塑成型模具的簡(jiǎn)稱，也稱擠出成型機(jī)頭或模頭，屬塑料制品成型加工的又一類重要裝備。擠塑是將塑料喂入擠塑機(jī)料斗，并進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的螺桿

19、與機(jī)筒之間進(jìn)行輸送、壓縮、熔融、塑化，以及定量地通過處于擠塑機(jī)頭部的模具和定型裝置，生產(chǎn)連續(xù)型材的加工工藝過程。擠塑?？煞譃榘舨哪?、管材模、平縫模、線纜包覆模和型胚模等。圖1-15所示為無(wú)分流錐棒材模的典型結(jié)構(gòu)，棒材模通常由成型模和定型模兩部分組成。圖1-15 無(wú)分流錐棒材模1-錐形環(huán)；2-螺栓孔；3-口模體；4-加熱圈；5-流道體；6-柵板；7-流道法蘭；8-機(jī)筒法蘭；9-連接螺釘；10-機(jī)筒；11-螺桿4吹塑成型模具熱塑性塑料的吹塑成型是一種中空制品的方法，用來成型各種工業(yè)品及日常生活用品，如瓶、桶、雙壁箱和雙壁座椅等。吹塑成型由兩個(gè)步驟組成，即用擠塑或注塑方法成型型胚，再用壓縮空氣輔以其

20、他機(jī)械力吹脹型胚，使其緊貼于型腔壁，并迅速冷卻定型為制品。中空吹塑模的整體結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：組合式結(jié)構(gòu)和鑲嵌式結(jié)構(gòu)。圖1-16所示為一典型的鑲嵌式結(jié)構(gòu)。5熱成型模具熱成型方法很多，相應(yīng)的模具也形態(tài)各異，但就成型壓力來看，主要來自片材兩面的壓力差。該種壓力可由真空形成，也可通過壓縮空氣得到。由抽真空形成負(fù)壓的熱成型模具，簡(jiǎn)稱為吸塑成型模具。將壓縮空氣吹入模腔形成正壓的熱成型模具，簡(jiǎn)稱為壓空成型模具。圖1-17所示為帶型刃的壓縮空氣熱成型模具。面板4既是吹氣板也是加熱板，閉模時(shí)將片材夾住，在型腔內(nèi)通入低壓空氣，使塑料片緊貼面板加熱軟化，然后改由上方通入0.8MPa的預(yù)熱空氣使制品成型。塑件冷卻定

21、型后加熱板下降，再切除余料并吹氣脫模。1-模口嵌件；2-模體；3-排氣槽；4-模底嵌件；5-導(dǎo)柱；6-堵頭圖1-16 鑲嵌式中空吹塑模1-壓縮空氣管；2-加熱板；3-熱空氣室；4-面板；5-空氣孔；6-底板；7-通氣孔；8-工作臺(tái)；9-型刃；10-加熱棒圖1-17 帶型刃的壓縮空氣熱成型模具1.3.2 金屬成型模具金屬成型指成型的材料為金屬材料。在金屬成型模具中，常見的模具有沖壓模具、鍛壓模具、擠壓模具和壓鑄模具等。1沖壓模具沖壓模按工藝性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模、成型模和立體壓制模。按模具的導(dǎo)向方式可分為導(dǎo)柱模、導(dǎo)板模、導(dǎo)筒模和無(wú)導(dǎo)向模。按機(jī)械化程度可分為手工操作模、半自動(dòng)模和全自動(dòng)模

22、。圖1-18所示為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的沖壓模具。1110987654321圖1-18 簡(jiǎn)單沖模1-固定卸料板；2-導(dǎo)料板；3-擋料銷；4-凸模；5-凹模；6-模柄；7-上模座；8-凸模固定板；9-凹模固定板；10-導(dǎo)套；11-導(dǎo)柱；12-下模座板2壓鑄模壓鑄模指塑料完成壓注成型的模具。壓鑄成型是熱固性塑料的成型方法，壓鑄?？煞譃楣奘綁鸿T模和柱塞式壓鑄兩種。圖1-19所示為罐式壓鑄模的結(jié)構(gòu)。圖1-19 罐式壓鑄模結(jié)構(gòu)1-下模板；2-固定板；3-凹模；4-加料腔；5-壓鑄柱塞；6-導(dǎo)柱；7-型芯3擠壓模擠出成型適用于塑料管材、棒材、異性截面型材和中空制品的成型，以及單絲、電纜包層和薄膜等的擠出加工。擠壓模具

23、是用于鑄錠塑性變形，使之成為具有一定形狀和尺寸要求的工藝裝置。擠壓模有型胚模和型材模之分，圖1-20所示為型材擠壓模。分流區(qū)壓縮區(qū)成型區(qū)圖1-20 型材擠壓模結(jié)構(gòu)1-管材；2-定徑套；3-口模；4-芯棒；5-調(diào)節(jié)螺釘；6-分流器；7-分流器支架；8-機(jī)頭體；9-過濾板；10-電加熱圈1.3.3 陶瓷成型模具陶瓷指以天然或人工合成的無(wú)機(jī)非金屬物質(zhì)為原料，經(jīng)成型和高溫?zé)Y(jié)而制成的固體材料和制品。陶瓷模由于成型方法繁多，因此種類也較多。典型的陶瓷壓制成型模浮動(dòng)式液壓總成型模如圖1-21所示。圖1-21 陶瓷壓制成型模1.3.4 玻璃成型模具用于玻璃制品成型的工藝裝置，稱為玻璃成型模具。按成型方法分，

24、玻璃?？煞譃閴褐颇?、吹制模和混合成型模3種。圖1-22所示為典型的瓶罐類機(jī)械吹制模具。圖1-22 瓶罐類機(jī)械吹制模具1.4 模具設(shè)計(jì)與制造的一般流程我國(guó)大部分模具企業(yè)在模具設(shè)計(jì)/制造過程中最普遍的問題是：至今，模具設(shè)計(jì)仍以二維工程圖紙為基礎(chǔ)；產(chǎn)品工藝分析及工序設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)師的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)；模具的主件加工以二維工程圖為基礎(chǔ)。以上現(xiàn)狀，將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，以及模具的試制周期和成本?，F(xiàn)在，大部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化和管理數(shù)字化，為機(jī)械制造業(yè)信息化工程提供了提高模具質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)制造周期、降低生產(chǎn)成本的最佳途徑。圖1-23所示為基于數(shù)字化的模具設(shè)計(jì)與制造的

25、整體流程。圖1-23 模具設(shè)計(jì)與制造的一般流程1.5 模具設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)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。模具設(shè)計(jì)得是否合理，在一定程度上取決于產(chǎn)品形狀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是否滿足模具的需要。合理的模具設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：所成型塑料制品的質(zhì)量；外觀質(zhì)量與尺寸穩(wěn)定性；加工制造時(shí)方便、迅速、簡(jiǎn)練，節(jié)省資金、人力，留有更正、改良的余地；使用時(shí)安全、可靠、便于維修；注射成型時(shí)有較短的成型周期；使用壽命較長(zhǎng)；具有合理的模具制造工藝性。1.5.1 產(chǎn)品的形狀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)得合理與否，決定了模具能否成功開出。模具設(shè)計(jì)人員要注意的問題主要有：制件的肉厚（制

26、件的厚度）要求、脫模斜度要求、BOSS柱處理，以及其他一些應(yīng)該避免的設(shè)計(jì)誤區(qū)。1肉厚要求在設(shè)計(jì)制件時(shí)，制件的厚度應(yīng)以各處均勻?yàn)樵瓌t。對(duì)于肉厚的尺寸及形狀，需考慮制件的構(gòu)造強(qiáng)度、脫模強(qiáng)度等因素，如圖1-24所示。圖1-24 制件的肉厚2脫模斜度要求為了在模具開模時(shí)能夠使制件順利取出，避免其損壞，在制件設(shè)計(jì)時(shí)中應(yīng)考慮增加脫模斜度。脫模角度一般取整數(shù)，如0.5、1、1.5、2等。通常，制件的外觀脫模角度比較大，這便于成型后脫模，在不影響其性能的情況下，一般取較大脫模角度，如510，如圖1-25所示。圖1-25 制件的脫模斜度要求3BOSS柱（支柱）處理支柱為突出膠料壁厚，用于裝配產(chǎn)品、隔開對(duì)象及支撐

27、承托其他零件?？招牡闹е梢杂脕砬度腓偧⑹站o螺絲等。這些應(yīng)用均要有足夠的強(qiáng)度支撐壓力而不致于破裂。為避免在上螺絲時(shí)出現(xiàn)打滑的情況，支柱的出模角一般以支柱頂部的平面為中性面，而且角度一般為0.51.0。如支柱的高度超過15.0mm，為加強(qiáng)支柱的強(qiáng)度，可在支柱上連一些加強(qiáng)筋做加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之用。在支柱需要穿過PCB的時(shí)候，同樣在支柱上連一些加強(qiáng)筋，而且將加強(qiáng)筋的頂部設(shè)計(jì)成平臺(tái)形式，以做承托PCB之用，而平臺(tái)的平面與絲筒項(xiàng)的平面必須要有2.03.0mm，如圖1-26所示。為防止制件的BOSS部位出現(xiàn)縮水，應(yīng)做防縮水結(jié)構(gòu)，即“火山口”，如圖1-27所示。圖1-26 BOSS柱的處理圖1-27 做火山口防縮

28、水1.5.2 模具設(shè)計(jì)依據(jù)模具設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是客戶所提供的產(chǎn)品圖紙及樣板。設(shè)計(jì)人員必須對(duì)產(chǎn)品圖及樣板進(jìn)行認(rèn)真、詳細(xì)地分析和消化，并在設(shè)計(jì)過程中逐一核查以下項(xiàng)目：尺寸精度與相關(guān)尺寸的正確性；脫模斜度是否合理；制品壁厚及均勻性；塑料種類。塑料種類將影響模具鋼材的選擇和縮水率的確定；表面要求；制品顏色。通常，顏色對(duì)模具設(shè)計(jì)無(wú)直接影響。若制品壁過厚、外型較大，易產(chǎn)生顏色不勻的現(xiàn)象，且顏色越深，制品缺陷曝露得越明顯；制品成型后是否有后處理。對(duì)于需表面電鍍的制品，且一模多腔時(shí)，必須考慮設(shè)置輔助流道將制品連在一起，待電鍍工序完畢后再將之分開；制品的批量。制品的批量是模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，客戶必須提供一個(gè)范圍，

29、以確定模具腔數(shù)、大小，以及模具選材和壽命；注塑機(jī)規(guī)格；客戶的其他要求。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真考慮及核對(duì)，以滿足客戶要求。1.5.3 模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：在模具設(shè)計(jì)開始時(shí)應(yīng)多考慮幾種方案，衡量每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并從中選擇一種最佳方案。對(duì)于T型模，也應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。由于時(shí)間與認(rèn)識(shí)上的原因，當(dāng)時(shí)認(rèn)為合理的設(shè)計(jì)，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐也會(huì)有可改進(jìn)之處；在交出設(shè)計(jì)方案后，要與工廠多溝通，了解加工過程及制造使用中的情況。對(duì)于每套模具都應(yīng)有分析經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)得失的過程，這樣才能不斷地提高模具的設(shè)計(jì)水平；在設(shè)計(jì)時(shí)要多參考之前設(shè)計(jì)的類似圖紙，吸取其經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)；應(yīng)將模具設(shè)計(jì)部門視為一個(gè)整體，不允許設(shè)計(jì)

30、成員各自為政，特別是在模具設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)方面，一定要統(tǒng)一風(fēng)格。1.6 模具CAD輔助設(shè)計(jì)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年代以來一直在不斷發(fā)展，由于計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD技術(shù)日趨完善，并在電子、航空和機(jī)械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1.6.1 CAD基本概念CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）是人和計(jì)算機(jī)相結(jié)合，各盡所長(zhǎng)的新型設(shè)計(jì)方法。CAD按系統(tǒng)的功能范圍不同可分為通用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)。通用的CAD系統(tǒng)功能全面，適用范圍廣。如UG、CATIA、I-DEAS、AutoCAD、Pro/E等系統(tǒng)均屬此

31、類通用系統(tǒng)。該類系統(tǒng)通常包括線框、實(shí)體和曲面造型模塊、繪圖模塊、裝配和零件設(shè)計(jì)模塊、有限元分析模塊、數(shù)據(jù)交換與傳輸模塊和NC加工模塊。專用的CAD系統(tǒng)指為特定應(yīng)用開發(fā)的一套獨(dú)立系統(tǒng)。該種系統(tǒng)通常只適用于一定的專業(yè)或用于解決某一類問題。例如，五金沖壓模CAD系統(tǒng)和注塑模CAD系統(tǒng)。1.6.2 CAD在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)與制造的過程中起著重要的作用，但并不能取代人類。為了使人和計(jì)算機(jī)能更好地結(jié)合，共同完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，特將人和計(jì)算機(jī)的工作性質(zhì)與特點(diǎn)做一比較，如表1-1所示。從表中可以看出，人和計(jì)算機(jī)的能力在絕大多數(shù)方面是互補(bǔ)的。表1-1 人機(jī)特點(diǎn)對(duì)比項(xiàng) 目人計(jì) 算 機(jī)推理與邏輯判斷通

32、過經(jīng)驗(yàn)、想象進(jìn)行邏輯的推理模擬的、系統(tǒng)的邏輯推理信息的組織非格式的、直覺的格式化的、詳細(xì)的信息的存儲(chǔ)能力差，且與時(shí)間有關(guān)強(qiáng)，與時(shí)間無(wú)關(guān)對(duì)重復(fù)工作的耐力差強(qiáng)獲取重要信息的能力強(qiáng)差出錯(cuò)機(jī)會(huì)多少分析能力直覺分析能力強(qiáng)，數(shù)值分析能力差無(wú)直覺分析能力，數(shù)值分析能力強(qiáng)隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品對(duì)模具的要求越來越高。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法已不能適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，也不能提高它對(duì)質(zhì)量的要求。因此，先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家對(duì)模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)非常重視。在20世紀(jì)60年代，國(guó)外的一些飛機(jī)與汽車制造公司先后建立起自己的CAD/CAM系統(tǒng)，并應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造。這些公司采用CAD/CAM系統(tǒng)的理由是：通過幾何

33、造型技術(shù)獲得的幾何模型，可供后續(xù)的設(shè)計(jì)分析和數(shù)控加工使用；可以縮短產(chǎn)品的試制周期。例如在汽車工業(yè)中，可縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期；提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要。例如汽車車身表面，需要利用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和進(jìn)行之后的制造工作；模具制造廠和用戶對(duì)CAD/CAM的需要有所增加。例如，利用磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，用戶要求模具制造單位能夠交換信息和處理這些數(shù)據(jù)；模具加工設(shè)備的效率在不斷提高（如柔性制造系統(tǒng)、柔性加工中心等），需要計(jì)算機(jī)輔助處理數(shù)據(jù)，以提高設(shè)備的利用率；在企業(yè)中建立聯(lián)系各部門的信息處理系統(tǒng)。1.6.3 模具CAD的組成模具CAD系統(tǒng)由3大部分構(gòu)成：CAD系統(tǒng)硬件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和CAD系統(tǒng)軟件。1CAD系統(tǒng)硬件典型

34、模具CAD系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括：主機(jī)、外部存儲(chǔ)器、圖形終端、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。這些設(shè)備的配置如圖1-28所示。圖1-28 模具CAD系統(tǒng)的硬件配置2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)連接起來，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳遞與資源共享。用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備主要有網(wǎng)絡(luò)適配器、傳輸介質(zhì)（電纜線路）和調(diào)制解調(diào)器，它們組建了局域網(wǎng)，在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間有效地傳輸了數(shù)據(jù)信息。在模具CAD中，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以共享設(shè)計(jì)資源，共同完成復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)任務(wù)。所以，基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是模具CAD的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。3CAD系統(tǒng)軟件模具CAD系統(tǒng)除具有必要的硬件設(shè)備外，還必須配備相應(yīng)的軟件。如果沒有軟件支持，硬件設(shè)備就不能發(fā)揮其作用。模具CAD系統(tǒng)的軟件多種多樣，其作用也各不相同。一般來