面向设计的Creo产品设计教学改革与实践
摘 要：Creo产品设计是工业设计专业面向设计领域开设的一门专业课程，对提高学生的产品设计、开发能力，缩短开发周期，增强开发效率以及培养学生的创新能力具有重要意义。针对当前教学中存在的教学内容与工作实际脱节的问题，将课程标准中所规定掌握的知识点与企业实际产品设计案例进行有机整合，精心设计了10个教学项目，通过项目的实践，使学生在教师的引导下实现了自主学习、自主分析、自主设计和自主评估，从而掌握了产品的设计思路、方法和技巧，具备了面向产品设计所必需的分析、解决与创新能力，达到与设计岗位需求无缝联接的目标。
关键词：Creo 产品设计 教学改革与实践 信息化教学
Creo软件是PTC公司开发的一款先进的CAD/CAM/CAE软件，具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，被广泛应用在机械、电子、工业设计、汽车、航空、模具设计等领域[1]。近年来，随着我国经济社会的全面发展，人们对于产品的要求，已不满足于基本功能的实现，而更加注重产品的美观、环保、创新等方面的品质。产品设计的内涵进一步拓展，融市场学、美学、人体工程学、社会学等学科为一体，彼此联系、相互交融的工业设计领域日益拓宽，其中产品设计是工业设计的核心，也是企业运用设计的关键环节。因此要求工作人员必须具备从事产品设计相关的理论和实践能力，能独立完成产品的概念、结构、外观等方面的设计。作为与产品设计相关的知识与技能的重要载体，Creo产品设计课程在工业设计人才培养过程中发挥了重要作用，但由于产品设计涵盖的知识点广泛，涉及的学科众多，因此在教学中仍存在诸多不足。
1 教学中存在的问题
1.1 教育理念落后，不适应当前教育教学的发展方向
在传统教育理念中，教师是教学活动的主体和核心，而现代教育理念则更多地强调学生在教学中的核心与主体地位，而教师则发挥着引导作用，因此原有的教育理念显然已经落后，严重影响了教育教学质量的提高。
1.2 教学内容与社会需求脱节
Creo产品设计课程选择的教学内容与工作实际脱节，教学的侧重点是各种造型方法的基本训练，而系统性、综合性的训练项目则较少，尤其是与企业实际产品设计相关的训练内容比较缺乏[2-3]。此外，教学内容的实用性和先进性不足，导致了学生对课程的学习兴趣不高，教学效果不好，因此有必要与加强与企业合作，对课程的内容进行有机整合，强化教学的系统性、实用性和先进性。
1.3 教学的信息化水平不高，教学效果不佳
近些年，随着我国信息化技术的不断发展和社会进步，教育领域大量引进了西方发达国家的教育理念和教育手段。信息化技术在教育领域逐步得到应用与拓展，以翻转课堂、微课为代表的教学方法得到迅速推广。然而由于缺乏适用的信息化平台支撑，导致了大量的教学资源无法有效整合，降低了课程教学质量，因此有必要强化信息化平台建设，发挥信息技术在教育领域的先导性优势，实现教育教学水平的进一步跃升。
1.4 教学评价模式落伍，评价结果不科学、不准确
传统的教学评价模式适用于理论教学评价，对以实践教学为主的课程并不适用，无法对学生的实践能力做出客观、公正的評价，其评价结果不科学、不准确，因此有必要对Creo产品设计课程的评价体系进行改革，以适应课程的改革与发展进程。
2 课程改革的可行性分析
目前，课程的教学改革在前期已做了初步探索，开发了与课程教学内容相关的微课视频、试题库，也做了部分问卷调查，但目前资源还不够丰富，要提高课程建设的信息化水平，就必须进一步加大项目投入，而学校对信息化教学的重视和资金的大量投入，则为解决这一难题，提供了难得的机遇;其次在产品设计方案的制定阶段，鼓励学生积极参与，引导学生畅所欲言，在充分讨论、总结与提炼的基础上，师生共同制定最优方案，进而调动学生的主观能动性，提高学生对课程的学习兴趣，为课程改革创造良好的工作环境与氛围;此外，教师丰富的实践经验、严谨求实地工作精神和高尚的师德，也对改革的推进提供了良好的师资保障。总之，课程的改革具备了良好的政策、环境和物质条件，改革一定能够顺利推进，并取得预期成果。
3 课程的改革与实践
针对Creo产品设计在教学中存在的各种问题，有针对性地进行研究，制定相应的改革方案，采取具体方法予以解决，主要内容如下。
3.1 转变教育理念，塑造学生在教学中的主体地位
转变教育理念，重视学生在教学中的主体地位，引导学生通过自主学习、自主分析和自主评估获得知识与技能。新的教育理念包括以强调学生主体地位的“一切为了学生，为了一切学生，为了学生的一切”的教育理念;以传承工学结合教育思想的“工学并举，道艺兼修”的教育理念等。上述理念无一例外都体现着学生在教育教学中的主体地位，因此必须迅速转变教育理念，加快教学改革，充分发挥学生的主体作用，使学生教师的引导下，有计划、有步骤地完成项目教学任务。从而实现学生职业能力和职业道德的全面提升，为提高学生就业竞争力和拓展职业发展空间奠定基础。
3.2 基于校企合作，精心设计教学项目
针对工业设计专业生源类别单一(艺术类学生)、学生思想活跃、接受能力强的特点，在校企合作的基础上，结合本专业岗位核心能力和职业能力要求，以“必需”“够用”为原则，精心选择与课程标准相契合的，形态复杂、外观新颖的实际产品设计案例[4]。通过对案例的有机整合，形成五金工具、玩具产品、塑料产品、数码产品、家电产品、汽车配件、复杂产品和机构运动与仿真等10个教学项目，并在此基础上提出了二次开发任务，这样既提升了课程的深度与广度，又拓展了学生的职业发展空间。部分教学项目及涵盖的知识点如表1所示。
3.3 基于蓝墨云班课，建设信息化课程
信息化课程建设是Creo产品设计课程改革的关键。通过在蓝墨云班课上建设信息化课程，将原有零散的课程资源有机地整合在一起，打破了原有课程的设计思路，形成了信息化课程体系，增强了课程学习的沉浸感与交互性，提高了课程的教学效果[5]。课程资源包括授课计划、教学项目及任务、教案、课件、微课视频、在线作业及测试、试题库、行业和职业标准、参考资料等。
以家电产品设计项目中的电水壶设计为例，在电水壶把手设计的课前预习阶段要求学生在蓝墨云班课上观看有关设计工具的微课视频，使学生对合并曲面、修剪曲面、延伸曲面和ISDX曲面等造型方法产生感性认识。此外，还可以有针对性地实施问卷调查，了解学生的学习兴趣和对前导知识与技能的掌握情况。课中讲授阶段则着重调动学生的兴趣，使学生迅速进入学习状态，再结合课前问卷调查结果，合理地调整教学内容与进度，有重点地介绍设计方法和思路。实施上则要求学生以小组为单位，通过讨论、归纳与总结，提交具体设计方案，在获得教师肯定后，按计划进行把手的设计。课后训练阶段则着重围绕项目的教学内容，开展综合训练。以电水壶手把为例，在设计方案的制定阶段，不同小组提交的方案各不相同，包括混合设计方案、扫描混合设计方案、变截面扫描设计方案、ISDX曲面设计方案等。这些设计方案都有一定的合理性，但是否是最优方案呢?在课后阶段要求各小组学生按照不同方案进行设计，以提高学生在产品设计方面的综合分析能力和应用能力;课后讨论阶段则要求学生在蓝墨云班课讨论区中分享学习体会。还以电水壶把手为例，学生通过不同设计方案的实施，对不同造型方法会产生各自的理解和体会，通过在云班课上的讨论有助于形成共识，而教师则在其中发挥着引导作用，帮助学生分析不同方案的优劣。通过分析表明，混合设计：结构简单，但造型不够灵活;扫描混合：造型设计灵活，但曲面变化限制多;变截面扫描设计：曲面变化控制能力强，但受原有截面形状限制;唯有ISDX曲面设计：曲面设计灵活多变，适用于工业设计领域，是最优的设计方案。
3.4 改革教學评价模式，强化过程考核与阶段性成果考核
改革传统教学评价模式，强化过程考核与阶段性成果考核，以职业素质、职业技能和综合设计为主线，以蓝墨云班课上的数据为依据，实现课程考核的全程化，从而进一步提高了考核的客观性和公正性，其考核结果科学、准确。
4 结语
通过面向设计的一系列教学改革，Creo产品设计课程的信息化水平大大提高。教学内容更加贴近企业实际，考核结果更加科学、准确，学生的学习兴趣和主观能动性显著提高，教师在教学中主导作用更强，学生的职业素质和职业技能也得到了全面提高，具备了实际产品的设计、开发能力，取了良好的教学效果，为后续的教学改革做出了一定探索。
参考文献
[1] 辛顺强，陈亮，秦飞.高职院校Pro/E课程教学改革的探索[J].机械工程师，2014(8)：151-152.
[2] 张富晓.Pro/E(Creo)课程教学改革思考与实践[J].实验科学与技术，2016，14(6)：189-191.
[3] 陈炎冬，杨敏.基于UG NX软件的“机械CAD应用”课程教学改革探讨[J].江苏科技信息，2016(29)：35-37.
[4] 阳娣莎，王江兰.UG软件应用课程项目化教学改革的探索与实践[J].中国教育技术装备，2015(20)：108-109.
[5] 门超.基于蓝墨云班课的信息化课程研究与实践[J].无线互联科技，2018，15(11)：79-80.
作者：门超
摘要：针对云南省丘陵山地中马铃薯种植区地形复杂、土壤黏性较大、培土阻力大等特点，在现有市场培土器的基础上对其进行仿生优化设计，目的是为了减小培土过程中的阻力，降低微耕机功率消耗。前期工作包括对马铃薯种植区的耕作条件及土壤相关数据的采集，以及农机市场的调研等。然后利用Creo软件对培土器进行三维建模，进行导曲线拟合优化，添加仿生凸包。该培土器的设计适用于60～75 cm的垄距作业，通过仿生优化之后，有效减小了土壤的黏附，降低了450 N的培土阻力，减阻率达到37.5%，培土效果符合相关的马铃薯种植农艺要求。
关键词：Creo建模;导曲线拟合;仿生凸包;培土器;马铃薯
马铃薯是我国继小麦、水稻、玉米之后的第四大作物[1-2]，也是云南省传统的种植作物。在马铃薯的种植过程中，中耕培土作业是必不可少的环节，培土质量的好坏直接关系着马铃薯的生长和质量[3]。云南省农用地多为丘陵山地，马铃薯种植区表现地块小、地形复杂等特点，兼之云南省黏重土壤面积高达245 hm2，这种土壤因其含水率的不同而表现出不同的性状：当含水率高时，土壤黏性增大，容易产生壅土，同时使得培土部件的黏附增大;当土壤干燥时，容易结块，又使得挖掘碎土阻力增大[4]。这些因素使得大型农机无法适用，而小型农机却又存在动力不足等问题。因此对马铃薯培土器进行优化设计，以实现培土过程中的减黏降阻就显得尤为重要。
云南省马铃薯栽培模式也不尽相同，依据不同区域特点、种植习惯等因素主要形成了垄作、平作、单垄单行、单垄多行等种植模式，并且人工起垄占很大比重，垄行也很难有统一标准，因此培土器很难有固定的类别。笔者所在课题组设计了一种马铃薯培土器，适用于单垄单行、垄距为60～75 cm的种植模式。
1 整体结构及工作原理
1.1 总体结构设计
马铃薯培土器结构如图1所示。该培土器主要由左右侧板、仿生凸包、支撑板、底板以及深度调节杆组成。整体结构简单紧凑，各零件之间通过焊合连接在一起。培土器通过深度调节杆与微耕机的牵引机架相连接。
1.2 工作原理
马铃薯培土器主要用于马铃薯的中耕管理阶段，一般来说整个中耕管理阶段需要1～2次培土。
培土时铲尖入土并破碎土壤，同时锄掉垄行间的部分杂草，随后土壤沿着培土器的表面不断被抬升并且到达培土器翼部，到达翼部时，在土壤的重力以及翼部曲面提供推力的共同作用下，土壤将会被推向垄边以及抛向垄顶，达到松土、覆盖肥料和除杂草、培土、修垄的目的。
2 培土器关键部件以及主要参数的设计
2.1 培土器侧板设计
以培土器的右侧板为例，培土器曲面绘制和犁体曲面一样，可以看做是犁体曲面的一种。目前，曲面绘制的方法主要由水平直元线法、倾斜直元线法、曲元线法和翻土曲线法等几类[5]。该培土器侧板是采用水平直元线法利用三维制图软件Creo绘制而成的(图2)。
2.1.1 导曲线的确定 现代仿生学表明，生物经过长期的演变，其身体构造、体表特征已进化得与所处环境极为契合。长期生存于土壤環境中的田鼠，其爪趾结构特征能够成功减小田鼠在挖掘土壤时的阻力。该培土器侧板的导曲线则利用已有的学者研究成果[6]，对田鼠爪趾内轮廓曲线进行拟合，并截取其中一段，导曲线方程为：
又因马铃薯中耕培土的耕深要求为100～150 mm，因此截取导曲线的开度L=128.5 mm，导曲线高度L1为170 mm。L1与L的比值即纵深比为0.76较符合相关的理论研究[7]，入土角为30°。
2.1.2 元线角及元线长 元线角采用抛物线中的某段函数线型再根据垄形进行适当调整，元线角方程为： Y=0.001 4x2-0.098 1x+33.755(22.5 调整后的元线曲线与元线角相识度r2=0.95，其中θmin为30°，θmax为58°。
自下而上所取元线编号依次定义为1～10，其参数见表1。
2.2 仿生凸包的设计
相关研究表明，某种非光滑表面的减阻与脱附效果要优于光滑表面，朱凤武经调查研究得出几何非光滑体表是土壤动物减黏降阻的原因之一[8]。本研究以蜣螂球冠凸包为原型，借用前人的研究结果，来设计仿生凸包，以实现培土过程中的减黏降阻[9-10]。
凸包的直径D拟取为4 mm(蜣螂球冠凸包的底边的平均直径近似于3.87 mm)，球冠高度h=D×(1-1.732÷2)。
h拟取为0.536 mm，考虑到加工等因素，因此将在球冠模型基础尺寸上同时扩大5倍，得底边直径为20 mm的圆，高为2.68 mm的球冠模型，即为仿生凸包的基本尺寸(图3)。
在软件Creo中利用命令“展平面组”以培土器侧板的最下端为基点对曲面进行展平面，在展开后的平面上，仍是以下端点为定位中心，首个凸包的定位尺寸为长50 mm、高25 mm，剩下凸包则以命令“填充阵列”进行间距尺寸35 mm、边界距离20 mm，绕旋转中心为15°的方式进行生成，仿生凸包绘制完成后，通过命令“展平面组变形”将展开的平面还原到原曲面。
3 仿真处理
3.1 培土器材料选用
为研究及验证培土器培土过程中的动态特性，我们通过ANSYS中的LS-DYNA模块对2种培土器进行仿真及动力学分析。
根据相关资料[11]，2种培土器材料均选用 65 Mn，材料模型见表2。
土壤特性较为复杂，具有非线性、弹塑性、黏弹性及流变性等特征。又因云南省本地土壤黏性强、比阻大，因此对于土壤模型的选用选取LS-DYNA中的MAT147材料[12]，土壤模型参数见表3。
土壤模型的尺寸选为500×600×230 mm，因为土壤形状比较简单，因此，直接在ANSYS软件中构建。
3.2 仿真结果
根据相关农艺要求，马铃薯培土过程中，入土深度为100～150 mm，因此2种模型得入土深度统一定为130 mm，再根据田间实测的数据，设定2个模型的初始速度皆为0.5 m/s(图4)。
导出K文件并通过ANSYS LS-DYNA求解器进行求解计算，通过LS-PREPOST查看求解结果如图5、图6所示。
从图5、图6可以看出，培土器在培土过程中的阻力不断增大，最终趋于稳定并在某一范围内来回波动;这是因为在整个切削土壤的过程中，首先是培土器入土部件接触土壤，随着时间的推移，切削面积不断增大，最终当切削面积不再变化时，培土阻力也将稳定在某一范围内来回波动，造成这种波动的原因是导曲线的曲率是在不断变化的，同时土壤单元在其上滑动的过程中会出现应力变化。原培土器在0～0.6 s内阻力在逐渐增大，最大值为 1 525 N，平均值在1 200 N左右波动;仿生培土器在 0～0.4 s 内阻力不断增大，最大值为 1 076.8 N，平均值在750 N左右波动。
4 结论
本研究提出了一种基于Creo软件设计的马铃薯仿生培土器，具有结构简单、紧凑，耕深可在一定范围内调节的特点。但适用范围具有一定的局限性，仅适用于垄距为65～75 cm的种植模式。
仿生培土器主要是对导曲线以及培土器曲面进行了仿生优化，并且通过仿生优化成功达到了减阻的目的，由原来的1 200 N左右减少至750 N左右，减阻率约为37.5%。
参考文献：
[1]宋言明，王芬娥. 国内外马铃薯机械的发展概况[J]. 农机化研究，2008(9)：224-227.
[2]卢肖平. 马铃薯主粮化战略的意义、瓶颈与政策建议[J]. 华中农业大学学报(社会科学版)，2015(3)：1-7.
[3]张丽华，康 林. 呼倫贝尔市海拉尔区马铃薯大垄机械化种植技术[J]. 江苏农业科学，2018，46(14)：67-71.
[4]宁旺云. 云南马铃薯机械化生产现状及发展对策[J]. 安徽农业科学，2011，39(34)：21497-21498.
[5]北京农业工程大学. 农业机械学(上册)[M]. 北京：中国农业出版社，1994：110-111.
[6]张 鹏，郭志军，倪利伟，等. 触土曲面准线曲率特征及其减阻性能分析[J]. 农机化研究，2017，39(2)：11-16，21.
[7]郭志军，周志立，张 毅，等. 土壤耕作部件仿生优化设计研究[J]. 中国科学(E辑：技术科学)，2009，39(4)：720-728.
[8]朱凤武. 金龟子形态分析及深松耕作部件仿生设计[D]. 长春：吉林大学，2005.
[9]李建桥，任露泉，陈秉聪. 土壤动物非光滑体表几何单元的统计分析及模拟[J]. 农业工程学报，1995(2)：1-5.
[10]田丽梅，任露泉，韩志武，等. 仿生非光滑表面脱附与减阻技术在工程上的应用[J]. 农业机械学报，2005(3)：138-142.
[11]王万钧. 农业机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，1988：580-600.
[12]张红松，胡仁喜，康士廷，等. ANSYS14.5/LS-DYNA非线性有限元分析实例指导教程[M]. 北京：机械工业出版社，2013.赵献立，王志明. 机器学习算法在农业机器视觉系统中的应用[J]. 江苏农业科学，2020，48(12)：226-231.
作者：姚永亮 沈鹏 魏光程
摘要：以收音機外壳的注射模设计为例，针对其镶件、斜顶与滑块数量多且结构较为复杂的设计特点，运用Creo6.0软件分别创建不同的模具分型面与模具分型体积块，完成模具型腔与型芯体积块的设计，再以型腔侧的镶件、滑块分型体积块以及型芯侧的镶件与斜顶各自的分型体积块，通过体积块分割分别完成相应的镶件、滑块与斜顶体积块的设计，展示了Creo6.0软件的快速模具分模设计先进理念，为复杂模具设计提供了多种实用技术方法。
关键词：收音机外壳;Creo6.0软件;镶件;分型面;体积块;注射模
1 引言
根据一定几何结构的参考模型及其模具布局，运用Creo6.0软件中的“关闭”“延伸曲线”“裙边曲面”“阴影曲面”与“聚合体积块”等工具，创建相应的曲面或体积块，再移除、偏移非分型曲面或其形状曲面，通过曲面的收敛、形成模具分型面或分型体积块，以此作为分割曲面完成模具型芯与型腔体积块的设计[1]。因此，利用Creo6.0软件的模具设计功能，分别创建参考模型各种不同的模具分型面与模具分型体积块，对于模具结构中复杂的镶件、斜顶或滑块而言，为了快速形成相应的模具体积块，以其分型体积块分割模具体积块可提升模具设计进程，这无疑具有积极的参考作用。
2 收音机外壳模具设计方案
2.1 收音机外壳几何结构特点
如图1所示，为收音机外壳[2]，其外形轮廓尺寸为180 mm×133 mm×68 mm，壁厚为2.5 mm，主要几何结构特征有电池盒、阵列散热孔、2个螺钉沉孔的凸缘、2个弧形侧壁中的圆形孔及其外侧面上方的修饰凹槽且一侧的圆形孔旁的耳塞插座、内腔顶部临近直立端的2个导向卡扣、散热孔一侧的双卡扣、电池盒两侧的BOSS柱与卡扣以及临近弧形侧壁之一且与加强筋相连的BOSS柱，外壳的底部为唇边结构，设计有半腰圆缺口与线管孔的凸耳。塑件采用收缩率为2%的聚丙烯PP材料、一模一腔布局的大水口两板模注射成型，主流道位于顶部椭圆形浅槽中。显然，收音机外壳模具中的镶件、斜顶与滑块数量多且结构较为复杂，这是模具设计的显著特点。
2.2 收音机外壳模具的分模设计
根据收音机外壳的几何结构特点，模具设计中的分模线为参考模型底部唇边外侧的底表面内(外)侧边线与直立端的外侧边线，顶部的阵列散热槽、2个凸缘中的螺栓沉孔与电池盒止口表面中的4个破孔(2个“L”形孔与2个扣座孔)分型面位于型腔侧，电池盒的弧形侧壁上的矩形扣座与底部的4个小矩形孔分型面位于型芯侧。电池盒、2个弧形侧壁上的相关几何结构与凸耳中的线管孔分别采用镶件和滑块结构，4个卡扣、2个BOSS柱与2个圆形阶梯孔采用斜顶和镶件结构，其中，除线管孔滑块与凸缘中的圆形阶梯孔镶件之外，其他的镶件、滑块与斜顶的设计均较为繁琐。对此，运用Creo6.0软件的模具设计方法，以收音机外壳模具的分型面或分型体积块作为分割曲面，通过体积块的分割，形成模具型芯体积块与型腔体积块，再以镶件、滑块与斜顶的分型体积块分割模具体积块，形成复杂镶件、滑块与斜顶的模具体积块。这样，既可避免模具各破孔分型面、模具体积块之间的重复设计，又可避免因分割而形成多余的模具体积块，以使操作过程简单、有效。
3 创建模具体积块
3.1 破孔的关闭曲面
以型腔侧破孔的8个边界表面作为参考，采用“封闭所有内环”方式，以自动封闭所有环，再以顶表面中的圆角矩形浅槽、椭圆形浅槽与2个凸缘下方圆角面各自的1条边线作为排除环参考，以移除相应的关闭曲面，完成型腔侧破孔的关闭曲面设计，如图2a所示。
同样，以参考模型内腔中2个相对的弧形侧壁表面、线管孔的边界表面、电池盒的2个弧形底表面以及侧壁中的矩形孔表面与边界表面(共10个表面)作为参考，采用“封闭所有内环”方式，以自动封闭所有环，完成型芯侧破孔的关闭曲面设计，如图2b所示。
3.2 模具主分型面
1)延伸曲线
重新定义拖动方向使其向下，以参考模型中的直立端的外侧连续边线、底部半腰圆缺口的外侧连续边线以及与两者相连的底部外侧边线共4个“链”作为参考，并以“垂直于参考模型”方式，完成延伸曲线的裙边曲面，如图3所示，或按住“Shift”键，依次选择直立端的外侧与底表面的内侧(唇边外侧)连续边线作为参考(1个“链”)，以“垂直于参考模型”方式，完成裙边曲面的设计。
2)拉伸与合并曲面
以参考模型的直立端侧面作为拉伸方向与深度控制，分别创建参考模型的底表面边线(唇边外侧)与直立端外侧边线的拉伸面，通过曲面的合并，形成模具的主分型面(无需修剪内腔中的曲面至分模线)，如图4所示。
3.3 模具型芯与型腔体积块
以模具破孔分型面与模具主分型面的组合形成模具分型面，将其作为分割曲面，完成模具型腔与型芯体积块的设计，如图5所示。
4 创建阴影曲面分型面
4.1 阴影曲面
通过定义“阴影曲面”对话框中的选项，完成如图6a所示中的阴影曲面的设计，其中，“修剪平面”选项的定义是创建阴影曲面的关键[3]。
1)定义图6b中的参考模型直立端的拉伸体积块作为阴影滑块。
2)定义MAIN_PARTING_PLN基准平面或阴影零件的底表面(唇边外侧)作为关闭平面。
3)定义偏移MAIN_PARTING_PLN基准平面22的ADTM1基准平面作为修剪平面。
4)以MAIN_PARTING_PLN基准平面作为顶平面，定义所有内环边界的聚合曲面。
4.2 移除曲面
移除图7a中的修剪平面下侧的直立覆盖面及其相连的曲面(以“种子曲面和边界曲面”的方法选择)与通过聚合曲面的覆盖面选择的“切口”形状曲面，形成的曲面如图7b所示。
4.3 偏移曲面
1)偏移电池盒中矩形孔侧的弧形覆盖面、电池盒底部的2个弧形覆盖面，其偏移值-2.04，形成相应的偏移几何曲面，如图8a所示。
2)偏移参考模型底部半腰圆缺口侧的覆盖面，形成其半腰圆缺口的偏移曲面;偏移阴影曲面中的延伸面，形成梯形凸耳内腔中的偏移曲面，完成的模具分型面如图8b所示。
5 创建模具分型体积块
5.1 聚合体积块
1)定义“聚合体积块工具”中的“曲面和边界”聚合选择类型[4]，以参考模型的内腔顶表面之一作为种子曲面，以参考模型的直立端侧表面、2个底表面(唇边的外侧)、顶部散热孔的2个边界表面、2个凸缘中的螺钉沉孔环面、底部半腰圆缺口的外侧表面、电池盒中的2个“L”形孔止口表面与2个小扣座孔的边界表面以及弧形侧壁上的矩形孔的4个表面(上方的表面为参考模型顶部壁厚中的弧形侧表面)作为边界曲面，如图9所示，完成曲面边界的定义。
2)以参考模型内腔中的2个相对弧形侧壁表面、电池盒特征的2个弧形底表面与线管孔边界表面作为“全部”方式的填充曲面参考，再以内腔中的弧形侧壁上的矩形孔的边界边作为“环”方式的填充边线参考，完成聚合选择中的可填充曲面的定义。
3)定义参考模型的底部唇边下表面作为“全部环”方式的顶平面，再以顶部凸缘中的螺钉沉孔环面作为“选取环”方式的顶平面，定义2个凸缘中的沉孔、顶部13个散热孔、电池盒特征的2个“L”形孔与2个小扣座孔的覆盖面，完成聚合选择中的封闭环的定义，形成的聚合体积块如图10所示。
5.2 模具分型体积块
以聚合体积块的覆盖面作为要被替换的曲面，再以型腔侧的破孔关闭曲面作为替换面组，形成型芯中的体积块;以参考模型的直立端侧面作为拉伸方向与深度控制，分别创建参考模型的底表面边线(唇边外侧)与直立侧面外侧边线的拉伸体积块，完成模具主分型体积块的设计，形成的模具分型体积块如图11所示，将其作为分割曲面，通过分割形成图6中的模具体积块，或通过参考零件切除体积块，直接形成图5a中的模具型芯体积块。
6 创建镶件、滑块与斜顶体积块
6.1 型腔侧镶件与滑块的分型体积块
运用草绘体积块方法，分别完成如图12所示中的型腔侧电池盒镶件分型体积块、弧形侧壁与线管孔的滑块分型体积块。
1)以工件的顶表面作为草绘平面，分别创建电池盒镶件的拉伸体积块与定位台拉伸体积块，其中，镶件分型体积块的深度为工件的底表面，其草绘截面为电池盒位于顶表面中的止口边线，定位台的拉伸尺寸为6 mm，草绘截面为对称于MOLD_RIGHT基准平面的90 mm×35 mm矩形草图。
2)以弧形侧壁一侧的工件侧表面作为草绘平面，创建滑块的拉伸分型体积块，其深度为工件的另一相对侧表面，草绘截面为修饰凹槽的上侧边线与分型面边线至直立端侧面边线之间的区域。
3)以凸耳一侧的工件侧表面作为草绘平面，分别创建滑块的圆柱拉伸体积块与梯形截面拉伸体积块，其中，圆柱体积块的深度为参考模型内腔中的线管孔边界表面，梯形截面拉伸体积块的尺寸为20 mm，草绘截面为15(17)mm×12 mm的梯形草图。
6.2 型芯侧镶件与斜顶的分型体积块
型芯侧的4个卡扣的斜顶、2个BOSS柱孔和2个圆形阶梯孔镶件，因两者各自具有相似的几何结构特征，将其进行组合設计，创建2个分型体积块，如图13所示。
1)以工件的底表面作为草绘平面，分别创建镶件拉伸分型体积块与定位台拉伸体积块，拉伸体积块的深度为工件的顶表面，草绘截面分别为2个阶梯孔位于内腔顶表面的边线与2个BOSS柱顶部环面的外侧边线，定位台的拉伸尺寸为6 mm，其草绘截面分别为3个直径?15 mm的同心圆与1个直径?10 mm的同心圆。
2)以弧形侧壁一侧的工件侧表面作为草绘平面创建拉伸体积块，深度为工件的另一相对侧表面，再以工件的底表面作为草绘平面，创建拉伸体积块的除料，深度为工件的顶表面，其中，侧向拉伸体积块的截面由3个斜顶的截面曲线构成(直立端的2个斜顶的截面重合)，拉伸体积块的除料截面为参考模型内腔中的各卡扣左右外侧面的边线与体积块中的各自对应的水平轮廓边线构成的4个矩形。
6.3 镶件、滑块与斜顶体积块
以图12中镶件、滑块分型体积块作为分割曲面，完成对模具型腔体积块的分割，形成型腔侧的1个镶件体积块与3个滑块体积块，再以图13中的镶件、斜顶分型体积块作为分割曲面，完成对模具型芯体积块的分割，形成型芯侧的4个镶件体积块与4个斜顶体积块，各模具体积块如图14所示。
7 创建模具元件
抽取模具的型腔与型芯体积块以及各镶件、滑块与斜顶的体积块，完成模具成型元件的设计，再通过激活模具型芯元件与型腔元件，以“展开”方式反向偏移定位台的侧表面，完成各镶件定位台中的0.5 mm间隙的设计，模具元件的分解如图15所示。
8 结束语
1)Creo6.0软件的模具设计功能强大、操作灵活且易于编辑，根据参考模型的几何结构与模具结构要求，采用适当的分型面或体积块设计方法，创建模具分型面或模具分型体积块，通过分割形成一定的模具体积块，有利于复杂模具及其镶件、斜顶与滑块等体积块的设计。
2)运用Creo6.0软件中的“阴影曲面”或“聚合体积块工具”，根据参考模型的几何结构特征，以一定的顶平面定义内环边界覆盖面的聚合曲面，可形成不同结构形式的阴影曲面或聚合体积块，正是这种差异的存在，移除、偏移通过聚合曲面或覆盖面的“凸台”或“切口”的形状曲面，使其易于形成相应的分型面与体积块曲面，使得破孔分型面的设计变得非常简单，极大地提升了模具设计的能力。
3)运用Creo6.0软件进行模具设计，一是分型曲面的边界不必与参考模型的内外环的轮廓完全对齐;二是易于形成与相应边界表面保持一致的模具分型面或模具体积块，方便模具元件的加工制造、合模等要求;三是除了裙边曲面、阴影曲面与偏移分型面以及模具分型体积块，一般情况下，不可将型芯侧分型面与型腔侧分型面作为1个特征进行设计，也不可将模具的分型面与体积块或闭合的曲面面组同时作为分割曲面用于模具的分模设计。
参考文献
[1] 罗光汉.散热器风扇罩的PTC/Creo体积块分模设计[J].模具制造，2016(2)：50-53.
[2] 銘卓.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0模具设计实例详解[M].北京：清华大学出版社.2008：217-263.
[3] 罗光汉.基于Pro/E的阴影曲面分型面设计的研究[J].模具技术，2016(2)：22-25.
[4] 罗光汉.基于PTC/Creo聚合体积块的分模设计与研究[J].模具制造，2016(5)：49-54.
作者：罗光汉 宋晶
模具设计知识总结
1.范性变型体积不变前提，范性变型时，物体体积的变化与平均应力成正比。 ，其产生的主应变图可能有三类：1.具备一个正应变及负应变;2.具备一个负应变和两个正应变;3.一个主应变为零，另两个应变之巨细相等符号相反。
2.冲裁是利用模具使板料产生分离的一种冲压工序，冲裁是最基本的冲压工序。冲裁是分离工序的总称，她包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、屈曲等多种工序。一般来讲，冲裁主要是指落料和冲孔工序。
3.冲裁的变型历程：1.弹性变型阶段(变型区内部材料应力小于屈服应力 );2.范性变型阶段(变型区内部材料应力大于屈服应力);3.断裂分离阶段(变型区内部材料应力大于强度极限)。
4.冲裁断面可分为较着的四个部分：塌角、光亮、毛面和毛刺。
5.冲裁件质量：指断面状况、尺寸精密度和形状误差。在影响冲裁件质量的组成因素中，间隙时主要的因素之一。冲裁件的断面质量主要指塌角的巨细、光面约占板厚的比例、毛面的斜角巨细及毛刺等。间隙合适时，冲裁时上下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合，这韶光面约占板厚的1/2~1/3，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，纯粹基本餍足一般冲裁件的要求。间隙过钟头，击模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离;间隙过大时，击模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离，材料的屈曲与拉申增大，拉应力增大，范性变型阶段较早竣事，致使断面光面减小，塌角与斜度增大，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除，同时冲裁件的翘曲现象严重，影响生产的正常进行。(材料的相对厚度越大，弹性变型量越小，因而作件的精密度也越高。冲裁件尺寸越小，形状越简单则精密度越高。)
击凹模刃口尺寸计较的依据和计较准则：在冲裁件尺寸的测量和是使用中，都因此光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是击模刃口挤切材料产生的。故计较刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况别离进行，其原则如下：1.落料：落料件光面尺寸与凹模尺寸相等，故应与凹模尺寸为为基准(落料凹模基本尺寸应去工件尺寸公差范围内的较小尺寸。);2.冲孔：工件光面的孔径与击模尺寸相等，故应与击模尺寸为基准。(因冲孔的尺寸会随击模的磨损而减小，故冲孔击模基本尺寸应去工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸);3.孔心距：当工件上需要冲制多个孔时，孔心距的尺寸精密度由凹模孔心距保证。4.冲模刃口制造公差：击凹模刃口尺寸精密度的选择应以能保证工件的精密度要求为准，保证合理的凹击模间隙值，保证模具一定的使用寿命。5.工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。
7.冲裁件在条料、带料或板料的布置方法叫排样。冲裁件的现实面积与所用板料面积的百分点叫做材料的利用率，它是衡量合理利用材料的技术经济指标。
8.冲裁所产生的废料可分为两类：一是结构废料，是由冲件的形状特点产生的;二是因为冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边以及料头、料尾和边料而产生的废料，称为工艺废料。
9.排样方法：有废料排样、少废料排样、无废料排样。
10.搭边值简直定：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫做搭边。搭边的有两个作用：一是补偿了定位误差和剪板误差，，确保冲出及格零件;二是可以增加条料刚度，方条子料送进，提高劳动生产率。
11.冲模型压成力中心简直定：冲压力协力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该压力机滑块的中心线。
12.冲裁模具的分类：1.单工序模：无导向单工序冲裁模，导板式单工序冲裁模，导柱式单工序冲裁模;2.级进模是在压力机一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序：固定挡料销和导正销定位的级进模，测刃定距的级进模;3.复合模是在压力机的一次行程中，在一副模具的统一位置上完成数道冲压工序：根据安装位置不同(击模、凹模)正装式复合模、倒装式复合模;
13. 模具强度对排样的要求：孔距小的冲件，其孔要分步冲出，工位之间凹模壁厚小的，应增设空步，外形庞大的冲件应分步冲出，以简化击、凹模形状，增强其强度，便于加工和装配，测刃的位置应尽量制止导致击凹模局部工件而损坏刃口。
14.从正装式和倒装式复合模具结构分析中可以看出，两者各有优缺点。正装式较适用于冲制材料较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。而倒装式不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装配进行推荐，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供有利前提，故应用十分广泛。，总之复合模生产效率高，冲裁件的内孔与外圆的相对位置精密度高，板料的定位精密度要求比级进模低，冲裁的轮廓尺寸较小。但复合模结构庞大，制造精密度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精密度要求高的冲裁件。
15.始用挡料装配：在级进模中为了解决首件定位问题，需要设置始用挡料装配。
16.卸料装配：1.固定卸料装配;2.弹压卸料装配(卸料想到压料作用，冲压质量较好，平直度较高，适用，质量要求要高的冲载和薄板);3.废料切刀装配。
17.屈曲：是将板料、棒料、型材或管料等屈曲一定形状和角度的零件的一种冲压成形工序。
18.应变中性层：在缩短与伸长两变型区域之间，必有一层金属纤维变型前后长度连结不变。
19.屈曲变型区内板料横断面形状变化分为：1.宽板屈曲时，横断面形状几乎不变，仍为长方形;2.窄板屈曲时，原长方形断面变成了扇形。生产中通常是宽板屈曲。
20.r/t称为板料的相对屈曲半径，是表示板料屈曲变型程度的重要参量。相对屈曲半径越小，表示屈曲变型程度越大。
21.板料范性屈曲的变型特点：1.应变中性层位移的内移;2.变型区内板料的变薄和增长;
3.变型区板料剖面的畸变、翘曲和破裂。
22.最小屈曲半径：在保证屈曲件毛坯外表面纤维不发生破坏的前提下，工件所能屈曲成的内表面最小圆角半径，称为最小屈曲半径。生产中用它来表示材料屈曲时的成形极限。
23.影响最小屈曲半径的因素：1.材料的力学机能;2.零件屈曲中心角的巨细;3.板料的轧制方向与屈曲线夹角的关系;4.板料表面及冲裁断面的质量;5.材料的相对宽度;6.板料厚度
24.回弹现象：回弹现象产生于屈曲变型竣事后的卸载历程。
25.影响回弹的因素：1.材料的力学机能;2.相对屈曲半径r/t;3.屈曲中心角;4.屈曲体式格局及校正力巨细;5.工件形状;6.模具间隙。
26.拉深：是利用模具将平面毛坯制成开口空心零件的一种冲压工艺方法。
27.起皱和拉裂是影响拉深历程的两个主要因素：
28.起皱：在拉深历程中，毛坯击缘在切向压应力作用下，可能产生范性失稳而拱起的现象。
29.起皱的原因：毛坯击缘的切向压应力过大，最大切向压应力产生在毛坯击缘外缘处，所以起皱首先在外缘处起头。
30.拉裂：影响摩擦阻力的因素有：1.压边力的影响;2.相对圆角半径的影响;3.润滑油的影响;4.击凹模间隙的影响;5.表面粗糙度的影响。
31.拉深系数：是指每次拉深后圆筒形零件的直径与拉深前毛坯的直径之比，m表示。
32.极限拉深系数：把材料既能拉深成形又不被拉断时的最小拉深系数。
33.影响拉深系数的因素：1.材料力学机能的影响;2.材料相对厚度的影响;3.拉深次数的影响;4.压边力的影响;5.模具工作部分圆角半径及间隙的影响。
34.分子化合物塑料的分类：1.按照合成树脂的分子结谈判受热时的行为分类：热范性分子化合物塑料、热固性分子化合物塑料;2.按分子化合物塑料应用范围分类：通用分子化合物塑料、工程分子化合物塑料、特殊的一种分子化合物塑料。
35.聚合物的热能功学机能：聚合物的物理、力学机能与温度紧密亲密相关，当温度变化时，聚合物的受力行为发生变化，呈现出不同的力学状态，表现出分阶段的力学机能特点。在温度较低时(低于 温度时)曲线基本水平的，变型量很小。当温度上升时( )曲线起头急剧变化，很快趋于水平。如果温度继续上升，变化迅速发展，弹性模量很快下降，聚合物产生粘性流动，成为粘流态，此时变化是不可逆的物体成为液态。
36.注射工艺历程，注射历程一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模。
37.成品的后处理：分子化合物塑料成品脱模后常需要进行适当的后处理(退火和调试)，以便改善和提高成品的机能和尺寸的稳定性。
38.压力：注射成型历程中的压力包括塑化压力与注射压力两种。塑化压力又称背压，是指注射机螺杆顶部的熔体在螺栓连结不后退时所产生的压力。注射压力：用以克服熔体从料筒流向型腔的流动阻力，提供充模速率及对熔体进行压实等。
39.根据工艺的有关要求，应尽量使成品各部分的壁厚均匀，制止局部太厚与太薄，否则，成型后因收缩不均会使成品变型或产生缩孔、缺刻及填充不足等缺陷。P83
40.注射模由动模与定模两大部分组成。 41.根据模具中各个零件的不同功能，注射模可由以下七个系统和机构组成：1.成型零部件;2.浇注系统;3.导向与定位机构;4.脱模机构;5.侧向分型与抽心机构;6.温度调治系统;7.排气系统。
42.按模具总体结构特征分类：1.单分型面注射模;2.双分型面注射模;3.带有侧向分型与抽心机构的注射模;4.带有活动成型零件的注射模;5.机动脱螺纹的注射模;6.无流道注射模。
43.分型面：是模具上用于取出塑件和浇注系统冷凝料的可分离的接触面。
44.选择分型面的原则：基本原则-分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺便脱模。还应考虑因素：1.分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构;2.分型面的选择应考虑塑件的技术要求;3.分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置;4.分型面的选择应有利于排气;5.分型面的选择应便于模具零件的加工;6.分型面的选择应考虑注射机的技术参量。
45.注射系统的组成及作用：浇注系统是指模具中分子化合物塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道。其作用是将分子化合物塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织密致，轮廓清晰，表面光洁、尺寸精确的塑件。
46.浇注系统的组成：主流道、分流道、浇口、冷料穴(它可以设置在主流道的末端，还可以设置在各分流道的转向处，甚至在型腔料流的末端)。
47.流道设计：1.主流道一般设计成圆锥形，其锥角一般在2~4°内壁表面粗糙度为0.4
~0.8um;2.为了保证主流道与注射机喷嘴精密接触，防止料漏，一般主流道与喷嘴对接处作成球面凹坑，其半径 ，其最小直径 。凹坑深度取h=3~5mm;3.为减少熔体冲模时的压力损不和睦分子化合物塑料损耗，应尽量缩短主流道的长度，一般主流道的长度控制在60mm内。
48.凹模的结构设计： 凹模也可以称为型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外形轮廓，按结构形式的不同可分为：整体式，整体嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四品类型。
49.击模和型心的结构形式分为：整体式、整体嵌入式、镶拼组合式、活动式等。
50.导向机构的作用：注射模导向与定位机构，主要用来保证动模和定模两大部分和模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以制止模内各零件发生碰撞和干预干与，并确保塑件的形状和尺寸精密度。
51.导向机构的设计：导向机构的作用：导向、定位、承受一定的侧压。导柱导向机构是利用导柱与导柱孔之间的间隙配合来保证模具的对合精密度，导柱、导套组合形式。
52.脱模机构的分类：1.推杆，推出塑件;2.推杆固定板，固定推杆;3.推板导套，为推板运动导向;4.推板导柱 为推板运动导向;5.拉料杆 使浇注系统凝料从模具中脱出;6.推板;7.支承钉;8.复位杆 使推板在顶出塑件后复位。
53.脱模机构的设计原则：1.脱模机构运动的动力一般来自于注射机的推出机构，故脱模机构一般设置在注射模的动模内;2.脱模机构应使塑件在顶出历程中不会变型损坏;3.脱模机构应能保证塑件在顶出开模历程中留着设置有顶出机构的动模内;4.脱模机构应尽量简单可靠，有合适的推出距离;5.若塑件需留在动模内，脱模机构应设置在定模内。
54.简单脱模机构的形式：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、结合推出机构、压缩空气推出机构。
55.复位机构的设计：为了进行下一循环的成型，脱模推出机构在完成塑件的顶出动作后必须回到初始位置。常用的复位机构：弹簧复位(在推板与动模支承板之间安装压缩弹簧)和复位杆复位两种。顶出形式：推件板顶出、推杆顶出、推管顶出，一般需要设置复位机构。
56.斜导柱抽芯机构分类：斜导柱在定模、滑块在动模，斜导柱和滑块同在定模，斜导柱在动模、滑块在定模，斜导柱和滑块同在动模。
57.斜导柱的倾斜角：抽拨力Q一按时，倾斜角 减小，倾斜柱所受的屈曲力P也越小;但当导柱的有效工作长度一按时，若倾斜角 减小，抽心距S也将减少，这对抽心不利。故确定斜导柱的倾斜角 时，要兼顾抽心距以及斜导柱所受的屈曲力，通常采用15°~20°，一般半大于25°。
58.压紧块的锲角 ，压紧块的锲角 通常比斜导柱倾斜角 大2°~3°。如许才能保证，模具一开模时压紧块就能和滑块脱开，否则，斜导柱将无法带动滑块作侧抽心动作。
59.先复位装配设计：1.模具设计中的“干预干与”现象，在侧向型芯和推杆垂直于开模方向的投影发生重合的情况下，合模时侧向型心芯可能与推杆发生碰撞，这种现象称为磨具设计中的“干预干与”现象。
60.制止干预干与办法：1.尽量制止把推杆布置在侧向型心在垂直于开模方向平面上的投影范围内。2.使推杆的推出距离小于活动型心最低面，如果结构不允许，应保证h-scot >0.5mm。当h只是略小于scot 时，可通过适当增大 角来制止干预干与;3.当以上两点都不能实施时，可采用推杆先复位机构，优先使推杆复位，然后滑块才复位。
61.比较常见的推杆先复位机构有：弹簧先复位机构、三角形滑块先复位机构、杠杆先复位机谈判摆杆先复位机构。 1-4说明：作图壁厚不均匀，易产生气泡使塑件变型，右图壁厚均匀，改善了成型工艺前提，有利于保证质量。5说明：平顶塑件，采用侧浇口进料时，为了制止平面上留有熔接痕，必须保证平面进料畅达，故a>b。6说明：壁厚不均匀塑件，可在易产生凹痕表面采用波纹形式或在壁厚处开工艺孔，以掩盖或消除凹痕。
1说明：增设加强肋后，可提高塑件强度，改善料流状况。2.说明：采用加强肋，既不影响塑件强度，又可制止因壁厚不匀而产生缩孔。3说明：平板状塑件，加强肋应与料流方向平行，以避免造成充模阻力过大和降低塑件韧性。4.说明：非平板状塑件，加强肋应交错排列，以避免塑件产生翘曲变型。5说明：加强肋应设计的矮一些，与支撑面应有大于05mm的间隙。
倒装式复合模
1-打杆2-模3-推板 4-推杆 5-卸料螺丝 6-击凹模 7-卸料板 8-落料凹模 9-顶件块 10-带肩顶杆 11-冲孔击模 12-挡料销 13-导料销 正装式复合模
1-导料销2-挡料销3-凹击模 4-弹压卸料板 5-凹模 6-击模 7-打杆 8-推板 9-推杆 10-推件板
正装式复合模
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拉深的變形特點
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拉深壓料
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拉深力的計算方式
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拉深模工作部分參數的設定
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圓筒形工件的拉深
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帶凸緣筒形工件的拉深
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矩形件的拉深
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声 明
我所写提交的论文肥皂盒底座注塑模具的设计，是我在根据查找相关书籍资料并请教专业老师的情况下，独自进行思考研究，取得的成果。除了文中已经标注的引用内容之外，本篇文章中绝对不会出现剽窃，撰写他人所有的研究结构。还有，对于在我完成论文的期间帮助我完成论文的个人和集体，我都已经在论文的各处添加了说名和备注，并且我十分感谢他们对我的帮助。
作者签名：日期：
摘 要
我的这篇论文是关于肥皂盒底座的注塑模具的设计，运用ABS材料对模具的加工，然后进行关于模具设计的工艺流程。根据肥皂盒底座的整体结构，我决定该模具使用侧浇口进行浇注，和单分型面注塑模具，型腔则是一模两腔，从具体模具结构出发对模具的浇注系统，而对于整套的成型结构，如冷却，浇注，顶出等系统还有数据的校核检验，都进行了详细的分析。
关键词：肥皂盒，单分型面注塑模，侧浇口，ABS
目 录
一 引言..................................................................01 二 塑件的工艺分析........................................................02 1.塑料件的设计要求......................................................02 2.塑件原材料分析........................................................03 3.初步拟定模具成型方案..................................................04 三 注塑模具设计..........................................................04 1.型腔的分布............................................................05 2.选择分型面............................................................05 3.型腔与型芯的结构尺寸..................................................05 4.模架的添加............................................................05(1)定位圈与浇口套.......................................................06 (2)浇口.................................................................06 (3)流道.................................................................07 (4)推出机构.............................................................07 (5)冷却水道.............................................................08 四 模具的工作原理........................................................08 1.模具的装配图..........................................................08 2.模具的工作原理........................................................08 五 注塑机参数的校核.....................................................09 1.注射机有关工艺的参数校核..............................................09 总结 ..................................................................10 参考文献.................................................................11 谢辞.. ... ...............................................................12
一 引言
肥皂盒是我们家庭中日常必备品，每家每户都会有那么几个。商店超市里所出售的肥皂盒也多种多样，丰富多彩，而且有些设计很特别的肥皂盒还会很分受消费者们的喜爱，十分畅销。虽然此次所设计的肥皂盒结构较为简单，但其外观和实用性均经过缜密的思考。并且为了防止香皂遇水熔化，所以在底座水平面处开了若干漏水孔。对这次的设计，我采用单分型面的注射模，用一次成型的方法，推出机构使用的二十推杆，这样可以保证它的整体性，而不被破坏。
在现代塑料产品的生产过程中，有以下3点必不可少缺，拥有高效的机床设备、使用合理的加工工艺加工塑件。还有先进的模具，如果要发挥它的作用的话，我们还要采用效率高，自动化程度也高的设备才行。还有模具对产品的生产的要求，对塑料加工时产生的要求和产品的造型的设计都有很关键的作用。随着塑料制品的种类，生产量的增加，对注塑模具的要求也慢慢变高，所以迫使注塑模具需要不断的发展，才能满足目前国内需求。如果我们要看一个国家的工业生产的发达程度到底是如何的话，我们只需知道其模具制造技术就行了。
二 塑件的工艺分析
1.塑料件的设计要求 (1)塑件名称：肥皂盒底座 (2)塑件设计要求：
① 生产批量：大批量
② 塑件材料：ABS ③ 如没有标注公差，取MT5 (3)肥皂盒底座的三维图：
如图2-1所示，这是就是我所设计的肥皂盒底座。因为肥皂盒是每一个家庭的都需要的东西，所以在我们生活中非常容易见到。我决定使用ABS塑料来加工。我因此请求的肥皂盒注射模设计的基础，它必须具有以下的设计要求，要拥有一定的外观，结构合理，大小适中，易于使用。 (4)肥皂盒的尺寸图：
图2-1
图2-2 如图2-2所示，为肥皂盒底座的尺寸图，使用UG软件建模。
2.塑件原材料分析 (1)ABS的基本特性
ABS是由丙烯腈，丁二烯，苯乙烯共聚而成的。ABS塑料拥有者三种材料的特性和优点，所以它的性能十分出色。丙烯腈的特点是耐化学腐蚀的能力强和拥有很高的硬度，丁二烯让塑件有更好的韧度，苯乙烯它具备出色的可染行和加工性能。
ABS颜色略微呈黄色，没有气味，也没有毒，加工完成后的产品颜色也很饱满。密度为1.02-1.05g/cm³。ABS的抗冲击的能力很强，不容易变形，即使温度很低，它的性能也不会有太多的改变。根据上述分析，可知ABS有不错的耐磨性和机械强度，耐寒，耐水，耐油，稳定性也高。酸碱盐，还有水对ABS几乎无影响，但酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
(2)ABS的主要用途
ABS塑料的用途很广泛，在建筑方面，电器领域，汽车制造上都有使用到。例如汽车方向盘，通风管，门锁，还有冰箱，电视，空调等。而在工业上，还会用来制造齿轮，泵叶轮，轴承等，可说是最实用的塑料。 3.初步拟定模具成型方案
在我们设计模具的时候，必须考虑到它的经济效益，所以我根据模具塑件的结构形式，决定用一模两腔来加工。
为了加工时的严谨，我为这模具设计了两套加工方案，根据不同要求来删选。 (1)模具的设计方案
方案一：浇口形式为直接浇口，型腔则是一模两腔。浇口的具体位置放在肥皂盒底座的表面上，然后使用推板推出机构推出塑件。
方案二：虽然也同样采用一模两腔，但是它最主要的区别是塑件的加工平面的中心，因为使用的是侧浇口来进行注塑的，浇口在分型面处，然后用推杆脱模。
(2)对于设计方案的分析
方案一：虽然使用推板推出会更好的保护塑件不受破坏变形，但是其选用直接浇口的话是不合适的，通常的肥皂盒都比较薄，如果注射的压力直接加到肥皂盒上的话，很容易产生应力变形，导致塑件被破坏。
方案二：虽然使用顶杆顶出，但关键在于其的侧浇口，浇口在塑件的分型的地方，侧面进料，可以充分控制料的进出时间，剪切浇口的时候也十分迅速，断面也小，所需的技术也不高，很适用。
塑件的外观质量也有一定的要求，外表面不能出现缩孔、气泡、划伤等各种缺陷，且要求较高的表面粗糙度，不适合中心浇口，直接浇口，所以优先使用侧浇口。经综合考虑来看，采用方案二。
三 注塑模具设计
1.型腔的分布
当我们确定型腔的时候，要考虑到下面的几点 (1)注射机注射量的最大值需要满足 (2)锁(合)模力的大小 (3)塑件精度 (4)经济性
由于塑件有以下的特点，生产批量巨大，重量较轻，结构并不复杂，考虑到生产效率，所以使用多型腔模具。
经过考虑，使用一模两腔的分布。如图3-1所示，
2.选择分型面
分型面的选择还要注意以下几点
(1)如果我们要让塑件顺利的脱模的话，分型面的位置就要好好考虑，一般应设在产品断面尺寸最大的地方。
(2)要垂直分型面，还要按固定的方向移动 (3)考虑到排气
(4)不能选择表面光滑的平面
图3-1 (5)使模具零件易于加工
如题图3-2所示，为所根据肥皂盒底座设计的分型面。
3.型腔与型芯的结构及尺寸
(1)型腔、型芯的结构一共有两种，分别为整体型腔型芯和组合式结构。我因此请求的肥皂盒注射模设计的基础，它具有以下的设计要求，具有一定的外观，结构合理，大小适中，易于使用。 (2)尺寸的计算
现在设塑件的尺寸LS是最大尺寸，并其公差按规定负值“-Δ”; 而凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，公差按规定为正值“+δZ”可以得出公式如下：
LM[LS(1S)0.5]Z0图3-2
公式1 根据公式1，可以使用UG软件可以计算得出型腔以及型芯的尺寸 4.模架的添加
(1)定位圈与浇口套
定位圈通常在模具热流道中运用较多，形状是一个金属环，用来定位浇口套。他具有以下的几个特点，可耐高温、精度相对较高，密度高于其它元件等。通常有两种型号，但如有较奇特的要求的话，我们则使用不同定位形式和方法。
浇口套(其英文翻译为：Ingate Sleeve)，它是让熔融的塑料的材料从注塑机的喷嘴中注入到模具的内部的流道组成部分，它是用于连接成型模具与注塑机的金属配件的关键部分。
5 如图3-3所示，这就是我所添加的浇口套与定位圈
(2)浇口
我论文中的塑件的浇口为侧浇口。侧浇口易于加工，成型也简单。它的结构也简单调整尺寸的时候也方便，去浇口方便、残留小，选测位置方便，精度准确。而改变截面的尺寸还能够调整充模的速度与注射完成后的凝结时间，还能达到更好的充模效果。各种塑料都能够使用侧浇口进行注塑，但唯一缺点就是脱模是要去除，增加了时间还有成本。
图3-4 图3-3 如图3-4所示，这种侧浇口在形状的设计与形状的加工上,应该确保浇口处凝料的最薄弱的部分应在塑件的表面上，这样的话在开模时，就容易将浇口处切断而且不会留下痕迹。这种浇口便于塑件的注塑成型，还可以降低塑件的表面的粗糙度的值，改良浇口附近的流动的痕迹，提高各项物理性能。
6 为了便于加工以及缩短合模封闭时间，所以浇口的位置应开设在塑件的分型面的地方，然后从塑件的外侧进料，进行注塑加工。
(3)流道
流道可以分为主流道和分流道两类。
主流道也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道等，主流道是指从注塑机喷口与模具主流道的衬套接触的部分起，再到分流道为止的这一段流道。这部分是熔融塑料进入模具型腔后最先流经的一部分部分。
分流道也称作分浇道或次浇道，还能再区分为第一分流道以及第二分流道。分流道是用来过渡主流道和浇口的，使塑料从主流道平缓的进入浇口处。一般都用于一模多腔的模具，是塑料平均的流向各个塑件。 (4)推出机构
推出机构有很多种，而塑件又是简单的结构，我就采用了最简单的顶杆推出机构。每个塑件都用多根顶杆顶出，保证强度，推出也很可靠，能够使塑件顺利的脱出。推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉等结构。
①推杆
推杆为保证强度，直径选用6mm较粗的顶杆，形状则是圆柱形的，长度根据模具的大小和推出距离来确定。
把材料的选择，优质碳素结构钢钢，淬火的热处理，回火。 ②复位杆
复位杆为8mm的圆柱形结构。长度根据模具的大小和推出距离来确定。 ③推板导套
推板衬套钢材料是碳素工具钢，硬化。 硬度为HRC45~48。
④推板导柱
材料选择：碳素工具钢T8A 热处理为淬火处理 硬度为HRC52-55 ⑤推板
推板长为2
31、宽为18
1、厚分16mm 采用普通碳素结构钢A3。 ⑥推杆固定板
推杆固定板长、宽、厚与推板的尺寸相同，分别为230、180、15mm 用普通碳素结构钢A3。 ⑦固定螺钉
注射机的推出机构都很庞大，有很多的元件，推出的机构的零件有：推杆、复位杆、选用M6内六角螺钉，长度大小为20mm，其作用为固定各板 ⑧支承钉
支承钉的工作部分的直径为20mm,高度则为10mm。下面直径为12mm 处理工艺为调质处理 硬度为HB270-290 材料选用45号钢。 (5)冷却水道
模具的型腔周围要安装冷却水管，即水冷的方法。使水在其中不断地循环，带走型腔中的热量，维持所需要的模温，防止其模温过高。根据塑件的形状和冷却温度的要求，结合冷却单元可以提供的要求，对冷却水流量的位置设计。根据所用的材料的收缩率，可沿其收缩的方向设置冷却水道，这样可以抑制塑件的收缩，防止其收缩变形。由于塑件是薄壁型的塑件，所以水道需开设在型腔上面，排列方式可采用竖向排列。由于塑件属于浅型的腔件，所以选用型腔冷却水路的话，能更好的对塑件进行冷却。
注塑模的注射时温度对塑料件质量的影响主要有以下几个方面：
①塑件的变形：模具温度稳定，冷却速度均衡，可以很大的程度上减小塑件的变形
②塑件的尺寸精度：保持模具温度的稳定，能减小塑件收缩时的变化情况，提高塑件的尺寸精度
③塑件的力学性能：降低模具的温度，对塑件的力学性能有一定的好处
四 模具的工作原理1.模具的装配图
图4-1
图4-1 如图4-1所示，注塑模具的模架是由定模座板，定模板固定螺栓，定模板，动模板，型芯，定位圈固定螺栓，定模垫板，动模垫块，动模座板，支撑钉，复位杆，推板固定板，推板，拉料杆，导柱，导套，浇口套，定位圈，推杆，推板导套，推板导柱，动模板固定螺栓等部分组成，根据不同的模具，略有差别。
2.模具的工作原理
该注塑模具使用的是侧浇口单分型面的模具，开模时动模、定模合模。当注射过程开始时，熔融的塑料通过浇口流道注入封闭的型腔中，经过注射、保压、冷却等工序后结束。开模时，定模板还有定模座板先分离，与此同时，主流道中的凝料被拉料杆从浇口套中拉出。当拉杆起到限位作用时，主分型面分离，塑件则是被带往动模，而浇注系统中的凝料脱离，拉料杆则自动脱落。
五
注塑机参数的校核
1.注射机有关工艺参数的校核 (1)锁模力与注射压力的校核
F>p(n·A+A1) 公式2 注
P--注射时的型腔压力 A--塑件在分型面上的投影面积 A1--浇注系统在分型面上的投影面积 F--注射机额定锁模力
(2)模具厚度与注射机闭合高度
S≥H1+H2+(5—10) 公式3 注
S--注射机的最大开模行程 H1--推出的距离 H2--塑件的高度
根据公式1和公式2可以校核注塑机的参数。
总 结
本次的毕业设计的课题是“肥皂盒底座注塑模具的设计”。在完成论文的过程中，通过查阅相关专业的书籍，我对注塑模具的设计有了更深刻了解。经过每一个步骤的设计，也让我的设计原理有了更好的理解，同时也在书中找到了不好相关知识，弥补了我在学校中学到的知识的缺漏，让我更加深刻的理解了注塑模具。
通过这次的毕业设计，也让我懂得了注塑模在成型前的原理与设计过程。我还知道了以下几个注意点：为了提高模具生产的效率，我们就可以使用一模多腔的设计方法，提高生产数量。但这样的话分流道数目就会增加，而浪费材料，所以我们会使用合理的设计方法，来避免浪费现象的出现。还要注意注塑时产生的气泡，它会影响塑件的质量。采用合理的浇口，也会减少不必要的麻烦，还能提高塑件表面的光滑程度，还能提高塑件的外观。
参考文献
1.屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.高等教育出版社.2007. 2.梁士红，王银春.UG注塑模具设计综合实训.国防工业出版社.2013. 3.李学锋. 塑料模设计及制造.北京.机械工业出版社，2009. 4.丁闻. 塑料成型模具手册.北京: 西安交通大学出版社，1993. 5.王佑生等. 塑料模具计算机辅助设计.北京：机械工业出版社，1999. 6.福井雅彦等. 精密塑料模具与成型技术.北京: 模具技术协会.2006
谢 辞
在此时，经历了好几个月的时间，我的毕业设计论文也终于到了最后收尾的阶段，最后还要请毕业设计指导老师帮我做以下最后的检查工作。通过这次毕业设计的机会，让我查找了很多关于模具技术的相关书籍，使我在这段不是很长的时间里，让我的模具设计的水平有了非常大的提高。我十分高兴。从陌生到熟悉，从接触到了解，这是每个人学习时必须经历的东西，我将会不断地充实自己，弥补自己的不足。
还要感谢帮助我的老师，同学还有集体，没有的你们的帮助我是不可能完成这篇论文的，我在这里由衷的表示感谢。
模具設計
默认分类2008-11-08 09:13阅读223评论0
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一、 模具設計的注意事項
1、分模線的位置按排需要點:
(1) 便于脫模(減少倒錐、倒鉤)
最大截面原則:在于開模方向P、L線的投影所包圍形成的面, 一定是成品的最大截面。
(2) 不能影響產品外觀, 避免在成品的主要外觀面上分模或拆入子。
(3) 制作加工方便
分型面本身要把模具分割成便于加工的零件; 為便于加工,把模仁分割成入子(鑲塊)。
(4) 產品留在公模一側。
靠破面:與相對垂直的密合面。
插破面:與相對運動方向成一定角度的密合面。
二、 模具在設計時,有斜銷情況下量少用彈簧,因為斜銷在彈力的作用下,极有可能反住塑件而脫模困
難,嚴重者會損壞模具。
三、 斜銷偷孔尺寸一定得讓斜銷座通過孔。
四、 滑塊太長,可加導滑軌進行過定位。
五、 寬滑塊補加導向塊。
六、 模架中仁穴的余量左右2mm,上下1mm。
七、 開閉器閉3合時,有一個閉合行程,先動而停,再最后公母合模。
八、 扁形澆口上下都要有一定錐度,保溫澆口不能冷卻太快。
九、 入子固定部分要占成型部分的2/3以上。
十、 設計時常見的干涉情況
1、頂針與水孔螺釘孔,SP,導滑柱,側面抽芯,斜銷。
2、開閉器閉合時,產生的讓位行程,產生的三板模開閉順序變化,產生合模時干涉。
十一、 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上,深度為直徑的1~1.5倍。最終要保証冷料體積小于
冷料穴體積。
十二、 進料位置也影響速度,只能從公模側或側邊進去,一般的測頭都有料邊痕跡。側邊進料成本低,
加工方便。
十三、圖面設計要點:
1、文字標注清楚。
2、剖視圖方向完整、正確、對應。
十四、排气要點:
一般在塑料填充時,必須將气體排出模外,否則被壓縮的气體所產生的高溫將引起塑料局部燒焦或使
塑件產生气泡,或使塑件熔接不良而引起塑件強度降低,甚至阻礙塑料填充等。
解決辦法:采用開設排气槽等方法,它的位置通過試模后正確地確定或經過經驗確定。排气槽應開設
在型腔最后被充滿的地方。
十五、模具設計步驟:
(一)成品的檢討:
1、圖是否正確,視圖之間是否有矛盾,是否完整。
2、檢討(研究)、討論、檢查怎麼去設計。
(1)分模線PL
a、 在側視圖和剖視圖上看PL線。
b、 插破面到靠破面之間的距離為5~8mm。
c、 靠破面留在公模(如留在中間靠破則有毛邊和錯差位)。
d、 孔的尺寸不重要時,只求中間值(有公差時)。
(2)布置頂針,水孔,澆口,KO孔,螺絲孔,導管(D>1mm)
(3)入子或機構(包括型芯),有時做自然型芯不如作小入子,這樣便于修理。
3、修改公差。
單邊公差(單一尺寸)à非對稱。針對:孔、軸、boss、筋。
4、放縮水率
5、拔模斜度(最大實體原則)。
Rib(加強筋),指定為1. 2mm。
6、鏡象。
(二)布局:
1、模穴
注: 以一模二穴為多(一模2穴以上者都以偶數出現,以求平衡,加工方便)
2、三個中心:
(1)進澆中心(注澆襯套)是注塑機的中心。
(2)模具的中心:公母模的幾何中心(對稱中心)。
注意:選擇一個基準角,為了提高加工精桷度,畫公母模仁圖時要畫出基準角。
(3)成品的中心為X、Y、Z軸的交點。
1、主要冲压工序
【1】分离工序(切断、冲裁(落料、冲孔)、切口、切边)【抗剪强度】 【2】变形工序(弯曲、拉伸、成形(起伏(压筋)、翻边)、缩口、胀形、
整形)【屈服期限】
(金属变形三个阶段：①弹性变形 ②均匀塑性变形 ③集中塑形变形)
2、冲压材料
【机器】考虑其强度和硬度
【电机电器】导电性和导磁性
【化工容器】耐腐蚀性
【1】材料塑形好，允许变形程度大，可减少冲压工序次数和中间退火次数
【2】延伸率(δ)、杯突试验深度大或屈服极限/强度极限((屈强比)σs/σb)、冷弯试验中的弯曲直径(d)小，其塑形就好。
【3】模具间隙是按材料厚度来确定的(材料厚度公差必须符合国家标准)
【公差过大会影响工件质量】
3、冲压机种类
【1】曲柄压力机(开式压力机、闭式压力机)
【2】双动拉深压力机
【3】摩擦压力机
【4】液压机
(*闭合高度、最大装模)
4、模具设计参数(标准件、压力中心) 4.1【冲裁间隙】Z=D凹—D凸(凹模直径D凹
、 凸模直径D凸)(单边D/2) 4.2【凸凹模刃口尺寸计算原则——落料和冲孔】
4.21【落料件】尺寸取决于凹模尺寸，落料模应先定凹模尺寸，用减小凸模
尺寸来保证合理间隙。
【冲孔件】尺寸取决于凸模尺寸，冲孔模应先定凸模尺寸，用增大凹模
尺寸来保证合理间隙。
4.3【计算凸、凹模刃口尺寸需要用到的参数】Zmin 和Zmax 、落料公差(δ凸、
δ凹)和冲孔公差(δ凸、δ凹)、系
数(χ) 4.4【冲裁力P0(N)】
【平刃口凸、凹模】 P0=Lδτ
【L(冲裁件周长mm)、δ(材料厚度mm)、τ(材料的抗剪强度MPa)】
【考虑其他因素，实际冲裁力：P =1.3P0≈Lδσb】【σb(材料的抗拉强度MPa)】 4.5【阶梯分布】一个模具里多个凸模，分为大凸模、小凸模，为防止折断，小
凸模一般比较短，与大凸模呈阶梯状分布，大、小凸模的高度差
为H(取决于材料厚度)。
(δ≤3mm时，H=δ;δ>3mm时，H=0.5δ) 4.6【卸料力、推件力、顶出力计算】
❶卸料力：P卸=K卸P(N)
❷推件力：P推=nK推P(N)
❸顶出力：P顶=K顶P(N)
【P(卸料力)、n(卡在凹模洞口内的工件(或废料)数目)、K(系数)】 4.7【排样、搭边和条料宽度】
4.7.1【排料】
4.7.1.1【排料方式】❶直排 ❷斜排 ❸直对排❹斜对排❺混合排❻多行排
nF 4.7.1.2【材料利用率(一个进距内的材料利用率η)】η=×100%
bh
F(冲裁件面积(包括冲出的小孔面积))
n(一个进距内冲裁件数目)
b(条料数目)
h(进距) 4.7.2【搭边】
搭边值大小，能太大，浪费材料;太小容易挤进凹模，影响模具
寿命。(搭边值大小可查表)
5、模具类型
【冲裁模具类型】❶单工序模❷级进模❸复合模 【凹模】
❶凹模孔口形式
❷凹模外形尺寸(凹模厚度H、壁厚C)
【凹模厚度H】H=Kb(mm) (K—系数 b—冲件最大外形尺寸)
【凹模壁厚C】 【小凹模】 C=(1.5—2)H (mm)
【大凹模】 C=(2—3)H (mm) 【凸凹模】(复合模)
(不集聚废料的凸凹模最小壁厚)
【黑色金属和硬材料】 1.5δ(须大于0.7mm)
【有色金属和软材料】 ≈δ(须大于0.5mm) 【凹模上螺钉孔、圆柱销孔的最小距离】(跟是否淬火有关，淬火距离比较大) 【凹模强度校核】(检验凹模厚度，因为凹模厚度不够，会使凹模产生弯曲，损
坏模具。
H最小=3P 10
【H最小—凹模最小厚度(mm) P—冲裁力(N)】
【凸模】
【结构型式】 ❶标准圆形凸模
❷带护套的小孔凸模(适用于冲孔直径与料厚相近的小孔) ❸快换凸模(用于大型冲模中冲小孔易损坏 ❹大圆凸模 ❺非圆形凸模
【凸模长度】 L=H1+H2+H3+Y 【H1—凸模固定板的厚度】
【H2—卸料板的厚度】
【H3—导尺的厚度】
【Y—自由尺寸(凸模的修磨量4—6mm;凸模进入凹模的深度0.5—1mm;凸模固定板与卸料板之间的安全距离A，可取15—20mm。】 【凸模强度校核】❶压应力校核❷弯曲应力校核
【凹模、凸模的镶拼结构】
【镶块紧固】
❶框套热压法❷框套螺钉紧固法❸销钉、螺钉紧固法
【镶块尺寸mm】
H:B:L=(0.6-0.8):1:(3-5)
尺寸范围：H(30-75);B(60-170);L(最大至300) 【凸模、凹模固定】
❶机械固定(采用螺钉紧固、压配合等方法) ❷粘结固定(①低熔点合金浇注固定法②环氧树脂粘结固定法③无机粘结剂固定
法④) 【定位零件】
3 【定位板、定位销】(定位板(定位销)高度与材料厚度有关) 材料厚度δ(mm)：
<1 1-3 >3-5 定位板(销)高h(mm)： δ+2 δ+1 δ
【导尺(或导料销)】
【侧压】❶簧片压块式 ❷弹簧压块式(侧压力大，适合冲裁厚料)❸ 压板
式(适用于单侧刃级进模)
【挡料销】挡料销高度与材料厚度有关，可以查表得到
【挡料销型式】❶圆柱头式挡料销❷钩形挡料销❸活动挡料销❹初始挡料销
【侧刃】切去条料旁侧的少量材料来限定送料进距(提高生产率，保证较高定位精度，有利于自动化)
【侧刃固定方法】❶压配合固定❷铆接固定❸螺钉固定❹销钉固定 【导正销】(主要用于级进模)
【型式】❶压入式❷螺钉固定式
【卸料和推件零件】 【型式】❶固定卸料板❷弹性卸料板❸废料切刀❹弹性卸料和刚性推件装置❺弹
性卸料和弹性推件装置 【弹簧、橡皮的选用】
❶【圆柱螺旋压缩弹簧】(弹簧压缩量、弹簧根数、弹簧装配长度)
❷【橡皮】
【卸料板和凸模之间的间隙】(可查表)
【卸料弹簧窝座深度】
【卸料板螺钉沉孔深度】
【打杆长度】
【顶杆长度】
【导向、联接固定零件及其他】
【导柱、导套 】(用于要求精度高的冲模)
【布置型式】❶后侧导柱❷中间导柱❸对角导柱❹四个(或六个)导柱
【结构型式】❶滑动导柱导套 ❷滚珠导柱导套
【导板】
【厚度】H1=(0.8-1)H凹
(H凹
—凹模厚度 )
【上、下 模】(模座分带导柱和不带导柱)
【垫板】
【凸模固定板】(❶ 圆形 ❷矩形)
【模柄】
【平衡侧压力结构】
【模具压力中心计算】
【模具总体设计】 ⑴【掌握资料】❶冲压件图纸及技术条件❷生产批量❸冲压设备❹模具制造条件
⑵【总体设计任务】❶模具类型的确定
❷操作方式、进出料方式的确定
❸定位、卸料、推件、导向、联接固定等型式的确定
❹模具压力中心的确定
❺模具外形尺寸确定 【模具类型确定】(以冲裁工件要求、生产批量、模具加工条件等为主要依据)
❶【冲裁工件要求、生产批量】单工序模、级进模、复合模
无导向模、导柱模、导板模
❷【模具外形尺寸确定】(包括模柄尺寸、闭合高度、模座俯视尺寸)(与
所选冲床规格有关)
❸【模座尺寸】一般冲床工作台每边尺寸大于下模座尺寸50—70mm
【模具设计中须考虑的安全措施】
【模具材料及使用寿命】
【冲压对材料的基本要求】
❶有足够的硬度和耐磨性(冲压模正常失效方式是磨损)
6 ❷有一定的强度和韧性 ❸有良好的加工工艺性 【模具常用材料】
【提高模具使用寿命的途径】
❶合理设计模具❷正确选用模具材料❸保证热处理质量和采用热处理新工艺❹保证加工质量和采用新的加工方法(加工模具新方法：①电火花加工和线切割加工(优点：不管材料硬度多高，均能加工，加工安排在热处理之后，从而解决热
7 处理变形问题)②低熔点合金和锌基合金浇铸(制造周期短，加工容易，成本低，废旧模具可以重熔再造))❺合理使用与维护
【冲裁件质量分析】(毛刺、剪裂带、光亮带、塌角)
【精冲】 ❶精冲过程 ❷精冲材料
❸精冲模设计的参数(⑴精冲力P总=P冲+P压+P推(①冲裁力②齿圈压板力③推板反压力④⑤);⑵凸凹模间隙) ❹精冲模具结构(设计注意事项：①刚度精度要求高②一般采用滚珠导柱模架③控制凸模进入凹模深度④添加排气孔或者排气槽⑤合理分布顶杆)
⑴模具结构：①活动凸模式②固定凸模式③简易精冲模
【弯曲】 【弯曲原理】
【弯曲变形过程】
【弯曲过程中的应力应变状态】
【应变中性层的位置及最小弯曲半径的确定】
【应变中性层的位置】
【最小弯曲半径的确定】
【弯曲件的回弹】
【回弹量的确定】
、
【影响回弹因素】❶材料的机械性能❷相对弯曲半径
r
❸弯曲角❹弯曲件的形状❺弯曲方式❻模具间隙 【减少回弹量的措施】
❶从改进产品设计和工艺来减少回弹量❷在模具结构上采取措施❸利用橡胶和
8 聚氨酯凹模进行弯曲❹采用拉弯工艺
【弯曲力计算】
【自由弯曲的弯曲力】
【弯曲件毛坯尺寸计算】
【弯曲件工序安排和模具结构】
9 【弯曲工序应考虑的原则】
❶两次弯曲成形❷三次弯曲成形❸对称弯曲❹连续工艺成型
【弯曲模的结构设计和典型结构】
⑴【弯曲模结构设计要点】
❶坯料放在模具应有可靠定位
❷不应使毛坯产生严重的局部变薄
❸弯曲过程中，应防止毛坯移动
❹弯曲区能得到校正
❺有消除回弹的可能性
❻毛坯放入到模具上和压弯后从模具中取出工件要方便
⑵【弯曲模具的典型结构】
❶V型件弯曲模❷ U型件弯曲模❸ 圆环件弯曲模❹ 铰链弯曲模❺连续弯曲模
【弯曲模工作部分的设计】
⑴【凸模、凹模圆角半径与凹模深度】
❶ 凸模圆角半径r凸
❷ 凹模圆角半径R凸
❸ 凹模深度h ⑵【凸、凹模间隙】
⑶凸、凹模工作部分尺寸与制造公差
⑷【斜楔的设计和计算】
【楔块受力分析】
【水平斜楔】
【向下倾斜运动的斜楔】
【向上倾斜运动的斜楔】
【楔块尺寸、角度的确定】
【拉深】
⒈【拉深的基本原理】
【拉深变形过程】
【拉深过程中毛坯的应力和应变状态】
【拉深过程中的起皱和断裂】
【旋转体拉深件的毛坯尺寸计算】
【修边余量】
【带料连续拉深】
设计事例研究
一.设计准备
1. 必需的图纸、金型仕样书的内容等的确认：
在正式的金型设计之前，下列图纸或文件通常要具备：
① 部品图;②金型设计制作仕样书;③设计制作契约书;④其他
并且要对上述资料完全理解，不明确处要得到客户的确认。
2. 把握图面的概要
部品图决定了金型设计的最终目的，必须透彻地理解。日本客户提供的部品图是按照JIS制图规定采用三角法绘制的，通常由以下部分构成：
正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他在视图过程中要注意以下方面：
① 公差要求较严格处;②对金型构造有影响的部位;
② 现有图面无法理解的部分;④注记中特别突出的事项
⑤特殊的材料和热处理要求;⑥部品壁厚较薄处(t<0.6mm)
⑦部品壁厚较厚处;⑧外观上有无特别仕样要求
⑨三维曲面部分;⑩设计者、日期、纳期、价格等
3. 部品立体形状的理解
部品图是二维绘制的，要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状，而手绘立体图对此很有帮助。
准备好纸和铅笔。
首先绘制出制品的大致外形轮廓，然后再根据自己对部品图的理解，绘制出部品各部位的断面图。
上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。如果条件允许，使用粘土等辅助物来帮助理解会更好。
4.标题栏的检讨
部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容，必须要认真研读。
①部品名;②图名;③图番;④材质(包括收缩率);⑤仕样，指材质的详细仕样，如生产厂家、商品名、树脂代号;⑥尺度;⑦设计者;⑧变更栏;
5.注记部分的检讨
⑪浇口种类、位置、数量
如无特殊要求，则金型设计者在自行决定后需征得客户的同意。
⑫入子分割线的要求
由于入子分隔线会在制品表面形成接痕，影响外观，尤其对折叠部位有害，所以设计者应遵守部品图的规定。⑬成型品表面划伤等缺陷的规定
金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。
⑭未注公差的要求。
⑮成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意，作为金型设计者来说，不可自行决断。
⑯主视图的检讨
主视图是图面中尺寸较集中的地方，确认两侧公差及片侧公差，并标记其中较严格者。
⑰其他各视图的检讨。方法同上
⑱必要型缔力的检讨
熔融树脂在注射时，会在金型分型面上产生一个相当大的注射压力。如注射机最大型缔力小于注射压力，则模板之间就会产生缝隙，发生溢边现象。必要型缔力的计算如下：
F=P×A F：必要型缔力(Kg)
P：注射压力(Kg/cm2)，取300～500，视成型条件而定
A：制品在注射方向上的投影面积cm2
⑳必要射出体积的检讨
在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。
包括聊吧、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的1/2～2/3
⑴其他事项
如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。
使用彩笔标记出自己认为较重要的，以利于下一步的设计。
二.成型品基本图的设计
下图是金型设计工作的大致流程：
初期检讨→成型品基本图设计→金型构造设计→部品图设计→检图→出图
塑料注射金型的设计从成型品基本图的设计入手，其正确与否决定了成型制品的好坏。
下面就成型品基本图的设计手法进行讲解：
1. 了解成型材料的特性
最关键的是流动性能的好坏和收缩率的大小
2. 可充填性的检讨
应全面考虑以下几个方面:
① 型腔可否完全填充;②溶接痕的位置;③气泡的发生;
③ 成型品的变形;⑤点浇口的切断痕;⑥其他
在设计工作中，根据工作条件，采用下述方法来分析验证：
① 类似金型的比较;②流动比(L/T)的计算;③CAD、CAE
3. 浇口位置的确定
4. 浇口形状的确定
5. 分型面的确定
应参照下述原则:
① 尽量采用平面;②易于加工;③无离型不良发生;④外观上分割线无影响处.
6. 金型制作寸法的决定
由于塑料冷却以后的收缩性，故金型制作寸法要考虑“成型收缩率”，方法如下：(以收缩率0.2%为例)①两侧公差: L=25±0.05 →L0=1.02×25=25.5
②片侧公差: L=3-0.2 →L0=[(3+2.8)/2]×1.02=2.96
经过上述方法计算出的寸法，要经过以下两方面的补正：
① 金型制作上可修改性的补正。
② 奇数寸法的偶数化。
7. 拔模斜度的决定(固定侧)
为防止离型不良，有必要在固定侧型芯处设置拔模斜度，但要在成型品公差范围内，一般以30’～3°为宜。
8. 拔模斜度的决定(可动侧)
如有必要，可动侧也可加拔模斜度，但一般可不加。如有顶出不良，可通过加装顶杆的方法来解决。
9. 顶杆的配置
按照以下原则：
① 顶出面积尽可能大，因细小的顶杆孔难以加工。
② 尽量采用圆顶杆，因方顶出孔难以加工(但利用镶件分割线做出的较简单)。
③ 顶杆要配置在型芯附近。
④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。
10. 生产数的记入
三.金型构造设计
成型品基本图完成以后，即可开展最重要的工作-金型构造图面的设计。这部分工作占金型设计全部研讨工作的80%。下面就是具体的设计流程：
1. 成型机金型取付仕样的确认：
① 滑杆间距的确认
金型大小不可超过滑杆间距，通常要留20mm以上的安全距离。
② 最小型厚的确认
金型的型厚要大于注射机的最小型厚
③ 最大开模行程的确认
④ 最大锁模力的确认
⑤ 理论射出容量的确认
⑥ 定位圈直径的确认(以选择定位圈型号)
⑦ 注射机喷嘴先端形状的确认(以选择浇口套型号)
⑧ 最大型厚的计算
T=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S
2. 型腔配置方法的检讨
对于多型腔模具而言，要妥善安排型腔位置，使之投影中心完全位于模架中心上，并使流道最短地达到均衡进料。
3. 型腔壁厚度的确定
见P126～P131附录论述
4. 模架的选择
对于塑料注射模具而言，模架均已标准化。我公司均采用日本FUTABA(双叶)的模架。在选择模架时，除了大小规格外，应确认以下方面：
① 导柱导套的位置，有的导柱在固定侧，而有的在可动侧。根据需要来选择。
② 对于各模板的厚度，应结合成型品基本图来确认。一般来说，要使镶件非成形部分的长度在30mm左右为宜。③ 目前我们有FUTABA的标准模架CAD库，可使用它来快速生成模架图。
5. 分型动作的决定
在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。
① 固定侧型板与流道板之间的开模距离S1
S1=点浇口套长度+浇口套长度+10～20
② 流道板与固定侧座板之间的开模距离S2
S2=拉料勾勾头长度+3mm安全距离
③ 止动螺栓长度决定
L=固定侧型板厚+S1
④ 止动螺栓头部长度决定
⑤ 支撑导柱长度决定
L=固定侧型板厚+S1+流道板厚+S2+固定侧座板厚
⑥ 拉料勾长度决定
⑦ 流道顶出装置决定
⑧ 浇口套周边机构决定
⑨ 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局
6. 浇口套采用PUNCH市贩品
7. 开模次序的确定,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现.
8. 流道从流道板顺利脱出的方法:
采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品)
9. 支撑柱配置的检讨
在注射时,注射机会在可动侧型板的底部产生一个瞬间的注射压力,引起型板变形.为防止此种现象发生,可在模架中设置支撑柱,以不妨碍顶杆和力征安排在每个型腔附近为原则.
10. 冷却水孔的决定
为了恒定模具温度，必须开设冷却水孔，通以冷却用水。
冷却水孔的大小与冷却效率关系不大，中等大小的模具一般采用ф8.5的水孔即可，接口处采用PT1/8的管螺纹。冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系，在确定时，应尽可能地靠近型腔和尽可能地多，但不要发生干涉。
11. 顶出部分的配置
结合成形品基本图，合理配置顶杆位置，注意不要与冷却水孔及支撑柱等部件发生干涉。
12. 浇口套的配置
本公司均采用PUNCH公司的标准部品。
浇口套头部SR寸法要比注射机喷嘴的SR寸法大1mm左右。
浇口套开口处ф寸法要比注射机喷嘴的ф寸法大0.5mm左右。
对于锥度来说，采用片侧1°比较好。
13. 定位圈的配置
结合成形机仕样，采用PUNCH市贩品。
14. 排气道的配置
为了使型腔内空气顺利排出，有时需设排气道。不过一般设计中不予考虑，生产中如发现有排气不良，再予以解决。
15. 顶出导柱与顶出导套的设计
为了提高顶出部件运动的精度，从而延长顶杆、型芯寿命，防止顶杆拉伤，可设计顶出导柱与顶出导套。
16. 部品番号的确定
本公司制定有金型用部品番号的命名规则，按此规则进行确定。
17. 其他
至此，金型的构造设计基本完成。
四.部品图设计
在进行构造设计完成以后，根据成形品基本图和金型构造图进行金型部品图设计，包括下述内容：
⑪设计需加工的部品图面。
⑫外构件追加工部品图面。
⑬购入部品仕样书。
1. 型腔部分的设计：
⑪从金型构造图中把型腔部分的外形提取出来。X-Y方向与模板嵌合，注意公差与配合。Z方向采用螺钉或挂钩或键固定均可。
⑫成形部分形状与寸法
根据成形品基本图来决定，并考虑以下方面：
① 成形品寸法公差。
② 与别的部品之间的关系(配合)等。
③ 便于金型的修正。
④ 机械加工方法所能达到的加工能力。
⑤ 加工费用。
⑥ 其他。
⑬型芯均采用挂钩的形式与型腔件配合，X-Y方向用公差来严格控制。
⑭浇口设计
⑮固定方法
⑯材质、硬度的决定
考虑以下方面：
① 成形品的形状、寸法精度维持机能。
② 成形品表面品质决定机能。
③ 耐冲击，刚性、强度要足够。
④ 耐腐蚀性。
⑤ 耐磨性。
⑥ 机加工性。
⑦ 镜面特性。
⑧ 热传导性。
⑨ 热处理性。
⑩ 材料价格。
2. 固定侧型芯的设计
形状与寸法根据成形品基本图确定。
材质的选择参考上面的内容。
可动侧型芯、型腔设计大致与固定侧相同，但多出顶出部分的设计内容。
至此，金型部品图中与成形有关的部分已完成，下面进行金型构造部分的部品设计。
五.检图
部品图设计完了以后要进行检图，这与设计工作同等重要。在投入生产前发现错误，要比在生产中或完成后才发现要节省大量的金钱与精力。
检图工作，可由设计者自身承担，也可由第三者担任。在检图中应把握如下原则：
⑪详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。
⑫连续工作1～2小时，应休息10～15分钟，保持头脑清醒。
⑬不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。
⑭不要从详细设计着手，应从总体方案开始，这样容易发现大的原则性的错误。
⑮可调查类似金型在使用过程中发生的问题，并与自己的设计工作相对照。检图工作主要内容如下：
1. 重要的原则性的项目
⑪根据型芯、型腔明细表，有无遗漏设计的部分。
⑫金型取数是否合适。
⑬分型面的设置是否正确?是否满足金型仕样书的要求?
⑭型腔可否完全填充?
⑮制作费用是否在预算范围内?
⑯成形品生产成本是否在预算范围内?
⑰金型纳期可否完成?
⑱为保证纳期，是否采取了合理的措施?
⑲成形品型腔可否顺利脱出?
⑳成形品型芯可否顺利脱出?
⑴浇口、流道的配置有无不当?
⑵冷却水道有无干涉处?
⑶支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉?
⑷成形收缩率计算是否正确?
⑸镶件分割方式是否正确?
⑹两侧相互配合的部件设计是否正确?
⑺成形机取付仕样是否满足要求?
⑻其他特殊要求是否满足?
2. 金型构造方面的检讨
⑪目前的设计正确与否，有无可以改进之处?
⑫树脂流动的预想是否正确?
⑬型芯、型腔离型对策正确与否?
⑭滑块与滑动型芯的设计是否正确?
⑮配合处公差是否正确?
⑯排气道是否合适?
⑰配合间隙是否合适?
⑱装配时是否困难?
⑲拆卸是否方便?
⑳对白化现象有无预防?
⑴两侧各部件之间有无干涉?
3. 进行详细检讨的部分：
⑪有无尺寸相互不一致处?
⑫断面形状正确与否?
⑬部品个数是否正确?
⑭部品材质是否正确?
⑮型板刚性是否满足要求?
⑯型腔刚性、强度是否满足要求?
⑰浇口形状是否合适?
⑱加工方法是否经过妥善考虑?
⑲电极设计是否正确?
⑳标准部品发注书是否有误?
⑴客户仕样变更部分是否已全部变更?
⑵废旧图面是否已被替换?
⑶寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处?
⑷机械加工性是否适当?
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