模具设计:从事企业模具的数字化设计-中文百科频道

模具介绍

模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。

设计步骤

1、对所设计模具之产品进行可行性分析，以电脑机箱为例，首先将各组件产品图纸利用设计软件进行组立分析，即我们工作中所说的套图，确保在模具设计之前各产品图纸的正确性，另一方面可以熟悉各组件在整个机箱中的重要性，以确定重点尺寸，这样在模具设计中很有好处的，具体的套图方法这里就不做详细的介绍了。

2、在产品分析之后所要进行的工作，对产品进行分析采用什么样的模具结构，并对产品进行排工序，确定各工序冲工内容，并利用设计软件进行产品展开，在产品展开时一般从后续工程向前展开，例如一产品需要量五个工序，冲压完成则在产品展开时从产品图纸开始到四工程、三工程、二工程、一工程，并展开一个图形后复制一份再进行前一工程的展开工作，即完成了五工程的产品展开工作，然后进行细致的工作，注意，这一步很重要，同时需特别细心，这一步完成的好的话，在绘制模具图中将节省很多时间，对每一工程所冲压的内容确定好后，包括在成型模中，产品材料厚度的内外线保留，以确定凸凹模尺寸时使用，对于产品展开的方法在这里不再说明，将在产品展开方法中具体介绍。

3、备料，依产品展开图进行备料，在图纸中确定模板尺寸，包括各固定板、卸料板、凸凹模、镶件等，注意直接在产品展开图中进行备料，这样对画模具图是有很大好处的，我所见到有很多模具设计人员直接对产品展开图进行手工计算来备料，这种方法效率太低，直接在图纸上画出模板规格尺寸，以组立图的形式表述，一方面可以完成备料，另一方面在模具各配件的工作中省去很多工作，因为在绘制各组件的工作中只需在备料图纸中加入定位、销钉、导柱、螺丝孔即可。

4、在备料完成后即可全面进入模具图的绘制，在备料图纸中再制一份出来，进行各组件的绘制，如加入螺丝孔，导柱孔，定位孔等孔位，并且在冲孔模中各种孔需线切割的穿丝孔，在成型模中，上下模的成型间隙，一定不能忘记，所以这些工作完成后一个产品的模具图差不多已完成了80%，另外在绘制模具图的过程中需注意：各工序，指制作，如钳工划线，线切割等到不同的加工工序都有完整制作好图层，这样对线切割及图纸管理有很大的好处，如颜色的区分等，尺寸的标注也是一个非常重要的工作，同时也是一件最麻烦的工作，因为太浪费时间了。

5、在以上图纸完成之后，其实还不能发行图纸，还需对模具图纸进行校对，将所有配件组立，对每一块不同的模具板制作不同的图层，并以同一基准如导柱孔等到进行模具组立分析，并将各工序产品展开图套入组立图中，确保各模板孔位一致以及折弯位置的上下模间隙配合是否正确。

五金模具

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

①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。

②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。

③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。

④未注公差的要求。

⑤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。

⑥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。

⑦其他各视图的检讨。方法同上

⑧必要型缔力的检讨

⑨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

⑩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

⑪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。

成型品基本图

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

金型构造

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

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)

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

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。

部品图

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：

⑴设计需加工的部品图面。

⑵外构件追加工部品图面。

⑶购入部品仕样书。

1.型腔部分的设计：

⑴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。

⑵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。

⑶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。

⑷浇口设计

⑸固定方法

⑹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。

检图工作

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：

⑴详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。

⑵连续工作1～2小时，应休息10～15分钟，保持头脑清醒。

⑶不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。

⑷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。

⑸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

⑴根据型芯、型腔明细表，有无遗漏设计的部分。

⑵金型取数是否合适。

⑶分型面的设置是否正确？是否满足金型仕样书的要求？

⑷型腔可否完全填充？

⑸制作费用是否在预算范围内？

⑹成形品生产成本是否在预算范围内？

⑺金型纳期可否完成？

⑻为保证纳期，是否采取了合理的措施？

⑼成形品型腔可否顺利脱出？

⑽成形品型芯可否顺利脱出？

⑾浇口、流道的配置有无不当？

⑿冷却水道有无干涉处？

⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？

⒁成形收缩率计算是否正确？

⒂镶件分割方式是否正确？

⒃两侧相互配合的部件设计是否正确？

⒄成形机取付仕样是否满足要求？

⒅其他特殊要求是否满足？

2.金型构造方面的检讨

⑴目前的设计正确与否，有无可以改进之处？

⑵树脂流动的预想是否正确？

⑶型芯、型腔离型对策正确与否？

⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确？

⑸配合处公差是否正确？

⑹排气道是否合适？

⑺配合间隙是否合适？

⑻装配时是否困难？

⑼拆卸是否方便？

⑽对白化现象有无预防？

⑾两侧各部件之间有无干涉？

3.进行详细检讨的部分：

⑴有无尺寸相互不一致处？

⑵断面形状正确与否？

⑶部品个数是否正确？

⑷部品材质是否正确？

⑸型板刚性是否满足要求？

⑹型腔刚性、强度是否满足要求？

⑺浇口形状是否合适？

⑻加工方法是否经过妥善考虑？

⑼电极设计是否正确？

⑽标准部品发注书是否有误？

⑾客户仕样变更部分是否已全部变更？

⑿废旧图面是否已被替换？

⒀寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处？

⒁机械加工性是否适当？

连续冲模

讲义一

一.前言

冲压模具依构造可分为单工程模、复合模、连续模三大类。前两类需较多人力不符经济效益，连续模可大量生产效率高。同样，设计一套高速精密连续冲模，也要对你所生产的产品(包含所有用冲压加工出来的产品，富士康集团主要有端子、电脑机壳以及连接器上用的小五金及目前的手机零件等等)。设计连续冲模需注意各模组之间的间距、零件加工精度、组立精度、配合精度与干涉问题，以达到连续模自动化大量生产的目的。

二.单元化设计之概念

冲压模具整体构造可分成二大部分：(1).共通部分(2).依制品而变动的部分。共通部分可加以标准化或规格化，依制品而变动的部分是难以规格化。

三.模板之构成及规格

1．模板之构成

冲压模具之构成将依模具种类及构成及相异，有顺配置型构造与逆配置型构造二大类。前者是最常使用的构造，后者构造主要用于引伸成形模具或配合特殊模具。

从事的主要工作包括：

(1)．数字化制图－－将三维产品及模具模型转换为常规加工中用的二维工程图；

(2)．模具的数字化设计－－根据产品模型与设计意图，建立相关的模具三维实体模型；

(3)．模具的数字化分析仿真－－根据产品成形工艺条件，进行模具零件的结构分析、热分析、疲劳分析和模具的运动分析；

(4)．产品成形过程模拟－－注塑成形、冲压成形；

(5)．定制适合该公司模具设计标准件及标准设计过程；

(6)．模具生产管理。

2．模具之规格

(1).模具尺寸与锁紧螺丝

模板之尺寸应大于工作区域，并选择标准模板尺寸。模板锁紧螺丝之位置配置与模具种类及模板尺寸有关。其中单工程模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角，最标准形式工作区域可广大使用。长形之模具及连续模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角及中间位置。

(2).模板之厚度

模板之厚度选择与模具之构造、冲压加工种类、冲压加工加工力、冲压加工精度等有绝对关系。依据理论计算决定模具之厚度是困难的，一般上系由经验求得，设计使用的模板厚度种类宜尽量少，配合模具高度及夹紧高度加以标准化以便利采购及库存管理。

四.模板之设计

连续模具之主要模板有冲头固定板、压料板、母模板等等，其构造设计依冲压制品之精度、生产数量、模具之加工设备与加工方法、模具之维护保养方式等有下列三种形式：(1)整块式，(2)轭式，(3)镶入式。

1．整块式

整块式模板亦称为一体构造型，其加工形状必须是封闭的。整块式模板主要用于简单结构或精度不高的模具，其加工方式以切削加工为主(不需热处理)，采用热处理之模板必须再施行线切割加工或放电加工及研磨加工。模板尺寸长(连续模具)之场合将采用两块或多块一体型并用之。

2．轭式

轭式模板之中央部加工成凹沟状以组装块状品。其构造依应用要求，凹沟部可以其他模板构成之。此轭式模板构造之优点有：沟部加工容易，沟部宽度可调整之，加工精度良好等。但刚性低是其缺点。

轭式模板之设计注意事项如下：

(1).轭板构部与块状部品之嵌合采中间配合或轻配合方式，如采强压配合将使轭板发生变化。

(2).轭板兼具块状部品之保持功能，为承受块状部品之侧压及面压，必须具有足够的刚性。还有为使轭板沟部与块状部品得到密着组合，其沟部角隅作成逃隙加工，如轭板沟部角隅不能作成逃隙加工，则块状部品须作成逃隙加工。

(3).块状部品之分割应同时考虑其内部之形状，基准面必须明确化。为使冲压加工时不产生变形，亦要注意各个块状部品之形状。

(4).轭板组入许多件块状部品时，由于各块状部品之加工累积误差使得节距产生变动，解决对策是中间块状部品设计成可调整方式。

(5).块状部品采并排组合之模具构造，由于冲切加工时块状部品将承受侧压使各块状部品间产生间隙或造成块状部品之倾斜。此现象是冲压尺寸不良、冲屑阻塞等冲压不良之重要原因，因此必须有充分的对策。

(6).轭板内块状部品之固定方法，依其大小及形状有下列五种：A.以锁紧螺丝固定，B.以键固定，C.以揳形键固定，D.以肩部固定，E.以上压件(如导料板)压紧固定。

3．镶入式

模板中加工圆形或方形之凹部，将块状部品镶合嵌入于模板中，此种模板称为镶入式构造，此构造之加工累积公差少、刚性高，分解及组立时之精度再现性良好。由于具有容易机械加工、加工精度由工作机械决定、最后调整之工程少等优点，镶入式模板构造已成为精密冲压模具之主流，但其缺点是需要高精度的孔穴加工机。

连续冲压模具采用此模板构造时，为使模板具有高刚性要求，乃设计空站。镶入式模板构造之注意事项如下所述：

(1).嵌入孔穴之加工：模板之嵌入孔穴加工使用立式铣床(或治具铣床)、综合加工机、治具镗床、治具磨床、线割放电加工机等。嵌入孔穴之加工基准，使用线割放电加工机时，为提高其加工精度乃进行二次或以上之线割加工。

(2).嵌入件之固定方法：嵌入件固定方法之决定因素有不变动其加工的精度、组立及分解之容易性、调整之可能性等。嵌入件之固定方法有下列四种：A.以螺丝固定，B.以肩部固定，C.以趾块固定，D.其上部以板件压紧。母模板之嵌入件固定方法亦有采用压入配合，此时应避免因加工热膨胀而产生的松弛结果，使用圆形模套嵌入件加工不规则孔穴时应设计回转防止方法。

(3).嵌入件组立及分解之考量：嵌入件及其孔穴加工精度要求高以进行组立作业。为得到即使有稍微的尺寸误差亦能于组立时加以调整，宜事先考虑解决对策，嵌入件加工之具体考虑事项有下列五项：A.设有压入导入部，B.以隔片调整嵌入件之压入状态及正确位置，C嵌入件底面设有压出用孔穴，D.以螺丝锁紧时宜采用同一尺寸之螺丝，以利锁固及松开，E.为防止组立方向之失误，应设计防呆倒角加工。

讲义二

1．模具对准单元

模具对准单元亦称为模具刃件之对合引导装置。为确实保持上模与下模之对准及缩短其准备时间，依制品精度及生产数量等条件要求，模具对准单元主要有下列五种：

(1).无导引型：模具安装于冲床时直接进行其刃件之对合作业，不使用引导装置。

(2).外导引型：此种装置是最标准的构造，导引装置装设于上模座及下模座，不通过各模板，一般称为模座型。

(3).外导引与内导引并用型(一)：此种装置是连续模具最常使用之构造，冲头固定板及压料板间装设内导引装置。冲头与母模之对合利用固定销及外导引装置。内导引装置之另一作用是防止压料板倾斜及保护细小冲头。

(4).外导引与内导引并用型(二)：此种装置是高精密度高速连续模具之使用构造，内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等。内导引装置本身亦有模具刃件对合及保护细小冲头作用。外导引装置之主要作用是模具分解及安装于冲床时能得到滑顺目的。

(5).内导引型：此构造不使用外导引装置，内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等，正确地保持各块板之位置关系性以保护冲头。

2．导注及导套单元

模具之导引方式及配件有导注及导套单元之种类有两种：(A).外导引型(模座型或称主导引)，(B).内导引型(或称辅助引)。另行配合精密模具之要求，使用外导引与内导引并用型之需求性高。

(1).外导引型：一般上使用于不要求高精密度之模具，大多与模座构成一单元贩卖之，主要作用是模具安装于冲床时之刃件对合，几乎没有冲压加工中之动态精度保持效果。

(2).内导引型：由于模具加工机之进展，最近急速普及。主要作用除了模具安装于冲床时之刃件对合外，亦有冲压加工中之动态精度保持效果。

(3).外导引与内导引并用型：一副模具同时使用外导引与内导引装置。

3．冲头与母模单元(圆形)

(1).冲头单元：圆形冲头单元依其形状(肩部型及平直型)、长度、维修之方便性，使用冲头单元宜与压料板导套单元配合。

(2).母模单元：圆形母模单元亦称为母模导套单元，其形式有整块式及分开式，依生产数量、使用寿命及制品或冲屑之处理性，母模单元之组合系列有：(A).使用模板直接加工母模形状，(B).具有二段斜角之逃隙部，(C).是否要使用背板，(D).不规则母模形状必须有回转防止设计。

4．压料螺栓与弹簧单元

(1).压料螺栓单元：压料板螺栓之种类有：(A).外螺丝型，(B).套筒型，(C).内螺丝型。为保持压料板于指定位置平行状态，压料螺栓之停止方法(肩部接触部位)：(A).模座凹穴承受面，(B).冲头固定板顶面，(C).冲头背板顶面。

(2).压料弹簧单元：可动式压料板压料弹簧单元可大致分为：(A).单独使用型，(B).与压料螺栓并用型

选择压料弹簧单元时最好考虑下列要点再决定之：

(A).确保弹簧之自由长度及必要的压缩量(压缩量大之弹簧宜置于压料板凹穴)。

(B).初期的弹簧压缩量(预压缩量)或荷重之调整有无必要。

(C).考量模具组立或维护保养之容易性。

(D).考量与冲头或压料螺栓长度之关系。

(E).考量安全性(防止弹簧断裂时之飞出)。

5．导引销单元(料条送料方向之定位)

(1)..导引销单元：导引销之主要作用是连续冲压加工时得到正确的送料节距。冲压模具用导引单元有间接型 (导引销单独使用) 及直接型(导引销装设于冲头内部)两种形式。

(2).导引销之组装方式与冲孔冲头有相同(装设于冲头固定板)。利用弹簧将其受制于冲头固定板。

(3).导引销另外装设于压料板之形式，由于要求导引销突出于压料板之量达到一定及防止模具上升时之容易带上被加工材料，压料板之刚性及导引形式有必要注意之。

(4).导引销单元有直接型，其装设于冲头内，主要用于外形冲切(下料加工)或引伸工程之切边加工，其位置定位系利用制品之孔及引伸部内径。

6．导料单元

(1).外形冲切(下料加工)或连续冲压加工时，为使被加工材料之宽度方向受到导引及得到正确的送料节距，乃使用导料单元。

(2).料条宽度方向之导引装置，导引方式有：(A).固定板导引销型，(B).可动导引销型，(C).板隧道导引型 (单块板)，(D).板导引型 (两块构成)，(E).升料销导引型 (有可动式、固定式及两者并用之。

(3).起始停止之导引装置，其形式有：(1).滑块式，(2).可动销式等两种，主要作用是材料置于模具之最初起始位置定位。

(4).送料停止装置，可正确地决定出送料节距，主要用于人手送料之场合，其形式有：(A).固定式停止销，(B).可动式停止销，(C).边切停止方式，(D).挂钩停止机构，(E).自动停止机构。

(5).侧推式导料机构，冲压加工时材料被压向一方，可防止材料因料条宽度与导料件宽度差所产生的蛇行现象。

(6).胚料位置定位导料机构，其形式有：(A).固定销导料型 (利用胚料之外形)，(B).固定销导料型 (利用胚料之孔穴)，(C).导料板 (大件部品用)，(D).导料板 (一体形)，(E).导料板 (分割形)。

7．升料与顶料单元

(1).升料销单元：其主要作用是进行连续冲压加工时将料条升至母模上 (位置高度称为送料高度，并达到顺利送料目的，其形式有：(A).升料销型 (圆形，纯粹升料用)，是最普通的升料销单元。(B).升料销型 (圆形，设有导料销用孔)，升料销设有导料销用孔可防止材料承受导引销之变形及使导引销确实发生作用。(C).升料及导料销型，兼具导料功能，连续模具之导料最常使用此形式升料销型。(D).升料销型 (方形) 如有需求设有空气吹孔。(E).升料及导料销型 (方形)。

(2).顶料单元：自动冲压加工时必须防止冲切制品或冲屑之跳于母模表面以避免模具损坏及不良冲压件之产生。

(3).顶出单元：顶出单元之主要作用是每次冲压加工时将制品或废料自母模内顶出。顶出单元之装设场所有二：(A).逆配置型模具时装设于上模部份，(B).顺配置型模具时装设于下模部份。

8．固定销单元

固定销单元之形状及其尺寸依标准规格需要而设计，使用时之注意事项有：(A).固定销孔宜为贯穿孔，不能的场合，考虑容易使用螺丝卸除之设计方法。(B).固定销长度适度最好，不可大于必要的长度。(C).固定销孔宜有必要的逃离部。(D).置于上模部份之场合，应设计防止落下之机构以防止其掉落。(E).采用一方压入配合一方滑动配合之场合，滑动侧之固定销孔稍微大于固定销。(F).固定销之数量以两只为原则，尽量选择相同之尺寸。

9．压料板单元

压料板单元之特别重要点是压料面与母模面有正确的平行度及缓冲压力要求平衡。

10．失误检出单元

以连续模具冲压加工时，模具必须设计失误检出单元以检出送料节距之变化量是否超过其基准而停止冲床之运转。失误检出单元是装设于模具内部，依其检出方法有下列两种装设形式：(A).上模内装设检出销之形式，当其偏离料条孔穴时，将与料条相接触而检知。(B).下模内装设检出销之形式，当料条之一部与检出销接触而检知。

最近利用接触方式之检出方法将有所改变，使用近接开关之事例有增加趋势。

上模内装设检出销是标准的检出装置，由于其于下死点附近检出，检出开始至冲床停止有时间偏差，要完全达到失误防止效果是困难的。装于下模之检出装置，当材料送料动作完成后马上直接进行检出，此方法已受到重视。

11．废料切断单元

连续冲压加工时料条 (废料) 将陆续离开模具内，其处理方式有两种：(A).利用卷料机卷取之，(B).利用模具切断装置将其细化。又后者之方式有两种：(A).利用专用废料切断机 (设置于冲压机械外部)，(B).装设于连续模具最后工程之切断单元。

12．高度停止块单元

高度停止块单元之主要作用是正确地决定上模之下死点位置，其形式有下列两种：(A).冲压加工时亦经常接触之方式，(B).组装时才接触，冲压加工时不接触之方式。还有，当模搬运、保管时，为防止上模与下模之接触，最好于上模与下模之间置入隔块。当精度要求无必要时，其使用标准可采用螺丝调整型。

讲义三

1．标准部品及规格

模具用标准规格之选择方法最好考量下列事项：(A).使用的规格内容不受限制时，最好采用最高层者。(B).原则上采用标准数。(C).模具标准部品无此尺寸时，采用最接近者再进行加工。

2．冲头之设计

冲头依其功能可大致分为三大部份：(A).加工材料之刃部先端 (切刃部，其形状有不规则形、方形、圆形等)。(B).与冲头固定板接触部 (固定部或柄部，其断面形状有不规则形、方形、圆形等)。(C).刃部与柄部之连结部份 (中间部)。

冲头各部份之设计基准分别从 (A).切刃部长度，(B).切刃部之研磨方向，(C).冲头之固定法及柄部之形状等方面简述之。

(1).切刃部长度：阶段型冲头之切刃部长度之设计宜考虑加工时不会产生侧向弯曲、与压料板运动部份之间隙应适当。压料板与冲头切刃部之关系有引导型及无引导型，切刃部直段长度将有所不同。

(2).切刃部之研磨方向：切刃部之研磨方向有与轴部平行 (上削加工) 及与轴部垂直 (穿越加工) 等两种方法，为提高冲头的耐磨耗性及耐烧着性，宜采用前者。切刃部形状是凸形状时可采用穿越加工，凹凸形状时采用上削加工或穿越加工并用方式。

(3).冲头之固定法及柄部之形状：冲头之柄部大致分为直段型与肩部型两种，其固定方式之选用因素有制品及模具之精度、冲头及冲头固定板之加工机械与加工方法、维护保养之方法等。

(4).柄部之尺寸及精度：冲头柄部之尺寸及精度将随冲头之固定方式而有不同要求。

(5).冲头长度之调整方法：冲切冲头之长度因再研磨加工而减短，为与其他工程如 (弯曲、引伸等) 之冲头长度保持平衡及维持冲头设计长度，有必要调整冲头之长度。

(6).配合冲压加工之冲头设计：为达到大量生产时冲压制品之品质安全及无不良品之产生，模具方面有必要考虑下列事项：A.冲头加工之研磨方向要同一性，表面宜施以抛光处理。B.为防止冲屑之浮上，冲头内可装设顶出销或加工空气孔。C.为减少冲切力，冲孔冲头施以斜角加工，还有大冲头附近的细小冲头宜较短些以减少受到冲击。

(7).配合加工法之冲头设计：冲头之形状设计与加工困难度有绝对的关系，当其过份接近时冲头固定板之加工变为困难，此时之冲头宜加以分割处理 (采组合方式)

3.冲头固定板之设计

冲头固定板之厚度与模具及荷重之大小有关系性，一般上为冲头长度之30~40%，还有冲头引导部长度宜高于冲头直径之1.5倍。

4．导引销 (冲头) 之设计

导引销 (冲头) 之引导部直径与材料导引孔之间隙，其尺寸及突出压料板之量依材料之厚度而设计，导引销之先端形状大致分为两种：A.炮弹形，B.圆锥形 (推拔形)。

(1).炮弹形是最普通之形式，市面上亦有标准部品。

(2).圆锥形有一定的角度，很适合用于小件之高速冲压，推拔角度之决定因素有冲压行程、被加工件之材质、导引孔之大小，加工速度等。推拔角度大时较容易修正被加工材料之位置，但推拔部之长度将变长。推拔部与圆筒部连接处宜滑顺之。

5．母模之设计

(1).冲切母模之设计

冲切母模之形状设计应考量之要项有：A.模具寿命及逃角之形状，B.母模之剪角，C.母模之分割。

(A).模具寿命及逃角之形状：此设计是非常重要的事项，如设计不正确将会造成冲头之破损、冲屑之堵塞或浮上、毛边之发生等冲压加工不良现象。

(B).母模之剪角：外形冲切时为减低其冲切力，母模可采剪角设计，剪角大时冲切力之减低亦大，但易造成制品之反曲及变形。

(C).母模之分割：母模必须施以成形研磨等精加工，由于其是凹形状，研磨工具不易进入，故必须加以分割。

(2).弯曲母模之设计

弯曲加工用母模之设计，为防止回弹及过度弯曲等现象之发生，U形弯曲加工用母模之部形状为双R与直线部 (斜度为30度) 之组合，最好近似R形状。R部形状经成形研磨或NC放电加工后应施以抛光处理。

(3).引伸母模之设计

引伸母模角隅部形状及逃角形状是非常重要的设计事项，有关角隅部及逃角之形状及特征如下：引伸母模R角值大时较易引伸加工，但亦产生引伸产品表面产生皱摺现象，引伸制品侧壁厚度大于板厚。引伸厚板件及顶出困难之场合，母模R值要取小，约为板厚之1-2倍，一般上圆筒及方筒引伸母模之大多引伸部作成直段状，为防止烧着发生、润滑油油膜之破坏及减少顶出力等目的，直段部下方宜有逃部 (阶段形或推拔形) 设计。特别是引缩加工之场合，此直段部有必要尽量少。

6．冲头之侧压对策

冲压加工时冲头左右承受均等之荷重是最佳理想 (即侧压为零) 状态，冲头承受侧向压力时将使上模与下模产生横方向之偏移，造成模具间隙之部份变大或变小 (间隙不均匀) 及无法得到良好精度的冲压加工。有关冲头之侧压对策有下列方法：(A).改变加工方向，(B).单侧加工 (冲切、弯曲、引伸等) 之制品宜采两排布列方式，(C).冲头或母模装设侧压挡块，切刃之侧面设有导引部 (尤其是切断及分断加工)。

7．压料板背压板之设计

压料板之功能有剥离付着于冲头之材料及导引细小冲头之作用，依功能不同其设计内容有很大的不同。压料板之厚度及选用基准依制品设计有下列两种：1.可动式压料板，2.固定式压料板。

压料板与冲头之间隙值宜小于模具间隙之半 (尤其是精密连续模具更应遵守此原则)，当设计压料板时依制品的不同而有所变动必须注意下列事项：1.压料板与冲头之间隙值及冲头导引部之长度，2.辅助导柱与压料板之装设标准及压料板之逃部设计，3.可动式压料板于冲压加工时为防止倾斜发生之对策，4.固定式导料板与压料板导引销孔之尺寸关系，5.固定式压料板之材料导引部与被加工材料宽度之关系。

8．背压板之设计

冲压加工时主要作用件 (冲头、压料板、母模) 之后方将承受面压，当冲压力高于面压力时宜采用背压板 (特别是冲头及母模模套之背面) 背压板之使用方式有局部使用与全面使用两种形式。

模具设计软件

现代工业发展很快，基本上都是利用电脑进行设计和加工，其精度能够保证在0.002~0.01左右.以目前的情况来看，搞模具设计工作有一条无边无际的广阔天地.如果能够用电脑进行辅助设计，则你的对手，无形之中，就落在你的后面了.常用模具设计软件有AUTOCADPro/EUGSWCImatron，mishiong 等等。

塑料模具

塑料模具设计

一、接受任务书

成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：

1、经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。

2、塑料制件说明书或技术要求。

3、生产产量。

4、塑料制件样品。

通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。

二、收集、分析、消化原始资料

1、收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。

2、消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。

3、消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。

4、确定成型方法采用直压法、铸压法还是注射法。

5、选择成型设备根据成型设备的种类来进行模具设计，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。

三、具体结构方案

1、确定模具类型

如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。

2、确定模具类型的主要结构

选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。

影响模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂：如型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。

对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3a级，重量为5克，采用硬化浇注系统，型腔数取4-6个；塑料制件为一般精度（4-5级），成型材料为局部结晶材料，型腔数可取16-20个；塑料制件重量为12-16克，型腔数取8-12个；而重量为50-100克的塑料制件，型腔数取4-8个。对于无定型的塑料制件建议型腔数为24-48个，16-32个和6-10个。当再继续增加塑料制件重量时，就很少采用多腔模具。7-9级精度的塑料制件，最多型腔数较之指出的4-5级精度的塑料增多至50%。

3、确定分型面

4、分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。

5、确定浇注系统

主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。

6、选择顶出方式

（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。

7、决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位

根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。

8、确定主要成型零件，结构件的结构形式

9、考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸

以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。

四、绘制模具图

要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。

1、在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序保证的尺寸应在图上标写注明“工艺尺寸”字样。如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工序图画在模具总装图上。

2、绘制总装结构图

绘制总装图尽量采用1：1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。

3、模具总装图应包括以下内容：

（1）模具成型部分结构

（2）浇注系统、排气系统的结构形式。

（3）分型面及分模取件方式。

（4）外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。

（5）标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。

（6）辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。

（7）按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。

（8）标注技术要求和使用说明。

4、模具总装图的技术要求内容：

对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。

对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。

模具使用，装拆方法。

防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。

有关试模及检验方面的要求。

5、绘制全部零件图

由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。图形要求：

一定要按比例画，允许放大或缩小。视图选择合理，投影正确，布置得当。为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。

标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为：先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。

表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，如标注“其余3.2。”其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。

其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。

五、校对、审图、描图、送晒

自我校对的内容是：

1、模具及其零件与塑件图纸的关系

2、模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度，结构等是否符合塑件图纸的要求。

3、塑料制件方面

塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口，脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。图案设计有无不足，加工是否简单，成型材料的收缩率选用是否正确。

4、成型设备方面有，拒注射量、注射压力、锁模力够不够，模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题，注射机的喷嘴与哓口套是否正确地接触。

5、模具结构方面

分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会发生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。脱模方式是否正确，推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适，推板会不会被型芯卡住，会不会造成擦伤成型零件。

6、模具温度调节方面。加热器的功率、数量；冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。

7、处理塑料制件制侧凹的方法，脱侧凹的机构是否恰当，例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。

8、浇注、排气系统的位置，大小是否恰当。

9、设计图纸

装配图上各模具零件安置部位是否恰当，表示得是否清楚，有无遗漏零件图上的零件编号、名称，制作数量、零件内制还是外购的，是标准件还是非标准件，零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量，模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度是否标记、叙述清楚。

零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸数字应正确无误，不要使生产者换算。

检查全部零件图及总装图的视图位置，投影是否正确，画法是否符合制图国标，有无遗漏尺寸。

校核加工性能。（所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标注等是否有利于加工）

复算辅助工具的主要工作尺寸

专业校对原则上按设计者自我校对项目进行；但是要侧重于结构原理、工艺性能及操作安全方面。

描图时要先消化图形，按国标要求描绘，填写全部尺寸及技术要求。描后自校并且签字。

把描好的底图交设计者校对签字，习惯做法是由工具制造单位有关技术人员审查，会签、检查制造工艺性，然后才可送晒。

六、编写制造工艺卡片

1、由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片，并且为加工制造做好准备。

2、在模具零件的制造过程中要加强检验，把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后，由检验员根据模具检验表进行检验，主要的是检验模具零件的性能情况是否良好，只有这样才能俚语模具的制造质量。

七、试模及修模

虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现总是以后，进行排除错误性的修模。塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交只在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造和恢复原状。

八、整理资料进行归档

1、模具经试验后，若暂不使用，则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂上黄油或其他防锈油或防锈剂，关到保管场所保管。

2、把设计模具开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。这样做似乎很麻烦，但是对以后修理模具，设计新的模具都是很有用处的。

模具CAD/CAE

模具行业是国家工业发展的重要基础行业，各种先进技术应首先应用于模具行业，CAD/CAE技术作为一项重要的技术手段，正越来越广泛地在模具行业得以应用。随着科学技术的不断进步和社会的高速发展，产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。

一、模具CAD/CAE的基本概念

CAD：（Computer Aided Design）是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称，是一项综合性技术。

CAE：(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程技术，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化的主要支持模块。对于模具CAE来讲，目前局限于数值模拟方法，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷。

二、CAD/CAE技术的发展过程

1、CAD技术的发展过程

（1）20世纪50年代后期至70年代初期，此阶段为初级阶段——线框造型技术。

（2）20世纪70年代初期至80年代初，此阶段是第一次CAD技术革命——曲面（表面）造型技术。

（3）20世纪80年代初期至80年代中期，此阶段是第二次CAD技术革命——实体造型阶段。

（4）20世纪80年代中期至90年代初期，此阶段是第三次CAD技术革命——参数化技术。

参数化设计是用几何约束、工程方程与关系来定义产品模型的形状特征，也就是对零件上的各种特征施加各种约束形式，从而达到设计一组在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前能处理的几何约束类型基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，故参数化技术又称为尺寸驱动几何技术。

（5）20世纪90年代初期至今，此阶段是第四次CAD技术革命——变量化技术。

变量化设计（Variational Design）是通过求解一组约束方程组，来确定产品的尺寸和形状。约束方程组可以是几何关系，也可以是工程计算条件。约束结果的修改受到约束方程驱动。变量化技术既保持了参数化原有的优点（如基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等），同时又克服了它的许多不利之处（如解决实体曲面问题等）。应用变量化技术具有代表性的软件是SDRC/I-DEAS。

2、CAE技术的发展过程

（1）在20世纪60～70年代处于探索阶段，有限元技术主要针对结构分析问题进行发展，以解决航空航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。

（2）20世纪70～80年代是CAE技术蓬勃发展时期，出现了大量的机械软件，软机的开发主要集中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且有限元分析技术在结构和场分析领域获得了很大的成功。

（3）20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件的发展向各CAD软件的专用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。

目前，CAE软件系统的一个特点是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成零件或装配部件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算或进行结构动力学、运动学等方面的计算，如果分析计算的结果不符合设计要求则重新修改造型和计算，直到满足要求为止，极大地提高了设计水平和效率。

3、CAD/CAE技术在模具设计中的应用

传统的模具设计是经过概念设计—分析—样品生产—分析—设计—分析—生产——这样繁杂的过程后才最终确定那些复杂的模具原形。随着计算机的发展，CAD/CAE技术逐渐取代了传统的模具设计理念和设计方法，这种技术使得模具在进行真是的生产（包括样品生产）之前就已经通过了计算机应用软件进行了精确的结构设计、结构分析以及成形仿真过程。

模具机构设计应用相应的CAD软件，根据要实现的功能、外观和结构要求，先设计草图，然后生成相应的实体，接着子装配和总体装配，仿真模具开模过程，检查干涉情况，并进行真实渲染。整个过程也可以从上到下进行修改，每个过程的参数都可以改变，并可以设定参数间的关联性。

（1）草图重建技术

草图设计是整个模具设计的基础。现在的草图重建技术已经发展的非常成熟，这种技术是模具设计人员用二维和三维设计草图进行三维建模的关键技术。这种技术能够对草图的各个尺寸和相关的约束进行修改和重建。目前草图重建技术已经比较成熟，一些大型的CAD/CAE软件系统如Pro/Engineer、UG等都提供草图设计模块。

（2）曲面特征设计

随着人们对产品质量和美观性要求的不断提高，又由于曲面特征具有的诸多有点，在产品外形设计重，曲面特征设计成为模具设计的一个重要部分。目前CAD业界涌现出一批像EDS的UG、PTC的Pro/Engineer等等一系列的优秀的CAD软件，它们的三维实体建模、参数建模及复合建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征技术为模具设计提供了强有力的工具。

（3）变量装配设计技术

装配设计建模的方法主要有自底向上、概念设计、自顶向下等三种方法。自底向上方法是先设计出详细零件，再拼装产品。而自顶向下是先有产品的整个外形和功能设想，再在整个外形里一级一级的划分出产品的部件、子部件，一直到底层粗糙的零件。在模具中，由于有些模具的结构非常的复杂，在模具设计时只有采用自顶向下的设计方法，变量装配设计才支持自顶向下的设计。

变量装配设计把概念设计产生的设计变量和设计变量约束进行记录、表达、传播和解决冲突，以满足设计要求，使各阶段设计（主要是零件设计）在产品功能和设计意图的基础上进行，所有的工作都是在产品功能约束下进行和完成。变量装配技术也是实现动态装配设计的关键技术，所谓动态装配设计是指在设计变量、设计变量约束、装配约束驱动下的一种可变的装配设计。

（4）真实感技术

真实感技术是应用CAD软件本身具有的渲染技术，赋予已经设计出来的模型诸如颜色和材质属性，在不同外部条件（如光线）下观察模型的外观是否达到原先所设想的美观性要求。如AUTOCAD的“渲染”模块和UG重的“VISUALIZATICN”子命令等

4、CAD/CAE技术和模具结构分析

模具设计已经不仅仅停留在对外观和结构的设计上，它已经扩展到对模具结构分析的领域。对已经设计出的模具，运用CAE软件（尤其是有限元软件）对其进行强度、刚度、抗冲击试验模拟、跌落试验模拟、散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过分析检验前面的模具结构设计是否合理，分析出结构不合理的原因和位置，然后在CAD软件中进行相应的修改，接着再在CAE软件中进行各种性能检测，最终确定满足要求的模具结构。

基于有限元分析软件的应用，关键是网格的划分、模拟计算方法和成形接触处理等。此外，提供给软件进行CAE分析的数据也尤为重要，生产条件、设备性能、产品要求、材料特性等都将给模具的CAE分析的准确性带来影响。

（1）强度和刚度分析

强度和刚度是模具设计中最重要的一项性能要求。运用CAE技术，通过对模具施加约束和载荷等外部条件来模拟模具的真实应用情况，分析模具的强度和刚度是否达到规定要求。模具CAE技术经过短暂的时间已经用在注塑模、压铸模、锻模、挤压模、冲压模等模具的优化，并在实际中指导生产。在工程实际中，一般应用ANSYS、ALGOR、DEFORM等进行分析计算。

（2）抗冲击试验模拟

CAE技术能够用于分析随时间变化的载荷如交变载荷、爆炸与冲击载荷、随机载荷和其它瞬态力等对结构的影响。如CAE技术对瞬态分析、模态分析、谐波响应分析、响应谱分析和随机振动进行分析，为分析产品在特殊与恶劣的环境和工作条件下的物理响应、可靠性与耐用性等提供了完整的评估与解决方案。

（3）跌落试验模拟

CAE技术也可以用于分析结构由于碰撞或跌落产生的力、变形、应力、位移、振动响应、产品的结构强度、联接设计，刚度性质、抗冲击性能、防爆性能及整个系统工作稳定性和完整性做出定量评估。

（4）散热能力分析

现在的CAE技术可以模拟模具中的温度分布，通过模拟大功率电子元件产生的能量以及通过传导、对流和辐射散发出的热量来确定模具的热分布，然后再对各种材质模具的散热能力进行初步分析。

（5）疲劳和蠕变分析

在模具设计中，对于那些可能在集中载荷、循环载荷和常值位移作用下的模具，或处于低温或者高温条件工作的模具产品，进行初步的疲劳分析和蠕变分析是非常必要的，这种分析不需要考虑外部的每一个条件，但是这种分析的结果具有很大的参考价值，如果出现不合理的情况，就可以重新进行设计，避免后面不必要的设计和分析。例如：ANSYS专用的疲劳分析软件模块FE-SAFE就可以实现各种材料模式下进行高低温环境和长期载荷作用下的变形和失效问题的研究。

5、CAD/CAE技术和模具成形仿真

模具成形是一个非常复杂的过程，有非常多的影响因素，因此对于复杂结构的模具就需要进行成形仿真，检验前面所设计的模具在成形时的强度和刚度是否达到要求，只有满足了成形要求，初步设计工作才最终完成。

（1）冷冲压成形

冷冲压模具主要用于金属和非金属材料的冷态成形。通过仿真，CAE技术可以检测成形过程中模具材料的强度水平是否达到要求，热处理是否发挥了模具的强韧性等。

（2）热作成形

热作模具用于高温条件下的金属或非金属成形，模具是在高温下承受交变应力和冲击力，工作成形温度往往较高，对于金属模具还要经受高温氧化及烧损，在强烈的水冷条件下经受冷热变化引起的热冲击作用。热作模具作为热加工的成形工具，被广泛的应用于各类压铸模、挤压模、注塑模、热压模和锻模中。

三、CAD/CAE技术在模具设计中的发展方向

模具CAD/CAE技术在传统的应用基础上还要不断的适应新的环境和新的挑战，寻求新的发展。

1、逐步提高CAD/CAE系统的智能化程度。人工智能是计算机的几大功能之一，将人工智能引入CAD/CAE系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计自动化的目的。目前提高智能化程度的路径有两条：一是继续研究专家系统技术的应用；二是开展KBE（基于知识工程）技术的研究，主要是开发基于KBE的专用工具，如UGII中的KF（Knowledge Fusion）。

2、研究模具的运动仿真技术，即冲模的冲压过程与注射模的运动仿真。因为冲模与注射模的结构复杂，在冲压与注射过程中，一些模具零件的运动难免产生干涉现象，特别是级进模还可能存在条料运动与模具运动的干涉，而在设计中这些现象难以发现，故只有采用仿真技术在计算机上显示其运动状态，即时改正错误的设计，以避免生产中出现问题。

3、协同创新设计将成为模具设计的主要方向，制造业垂直整合的模式使得世界范围内的产品销售、产品设计、产品生产和模具制造分工更明确。模具企业间通过Internet网络进行异地协同设计和制造。根据企业自身的信息化程度和企业间合作的层次不同，采用的技术手段和方案有很大不同。

4、模具CAD技术应用的ASP模式，将成为发展方向。由于当今模具行业已经成为高新技术最密集的行业，任何企业都不可能拥有全部最新出现的技术，因此将出现CAD技术应用的ASP模式，即产生各种专门技术的应用服务单位，为模具行业的各个企业提供技术服务，应用服务包括逆向设计、快速原型制造、数控加工外包、模具设计、模具成型过程分析等诸多方面。

5、基于网络的模具CAD/CAE集成化系统将深入发展。现代CAD/CAE系统已经实现了从单机到局域网的转变，目前正在与企业的Intranet整合。在企业行为国际化的大潮下，在Intranet的大环境下建立CAD/CAE系统不久将成为现实。

模具CAD/CAE系统的高智能化程度也会大大提高。

模具设计师

一、定义

模具设计师指从事企业模具的数字化设计，包括型腔模与冷冲模，在传统模具设计的基础上，应用数字化设计工具，提高模具设计质量，缩短模具设计周期等方面的工作人员。简单地说就是在一个产品生产出来之前先做出一个模型，而模具设计师就是设计这个模型的人。

模具设计是很复杂的工作，最基本的要求是每套模具之间必须恰到好处地配合。比如一个随身听需要近百套模具制作出来，每一个配件之间的接口都要严丝合缝。

二、从事的主要工作包括：

1、数字化制图——将三维产品及模具模型转换为常规加工中用的二维工程图；

2、模具的数字化设计——根据产品模型与设计意图，建立相关的模具三维实体模型；

3、模具的数字化分析仿真——根据产品成形工艺条件，进行模具零件的结构分析、热分析、疲劳分析和模具的运动分析；

4、产品成形过程模拟——注塑成形、冲压成形；

5、定制适合本公司模具设计标准件及标准设计过程；

6、模具生产管理。

三、申报条件

1、三级模具设计师（具备以下条件之一者）

（1）具有以高级技能为培养目标的技工学校、技师学院和职业技术学院本专业或相关专业毕业证书。

（2）具有本专业或相关专业大学专科及以上学历证书。

（3）具有其他专业大学专科及以上学历证书，连续从事本职业工作1年以上，经三级模具设计师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。

2、二级模具设计师（具备以下条件之一者）

（1）取得三级模具设计师职业资格证书后，连续从事本职业工作2年以上。

（2）取得三级模具设计师职业资格证书后，连续从事本职业工作2年以上，经二级模具设计师正规培训达规定标准学时数，并取得结业证书。

（3）具有本专业或相关专业大学本科学历证书，取得三级模具设计师职业资格证书后，连续从事本职业工作3年以上。

（4）取得硕士研究生及以上学历证书后，连续从事本职业工作2年以上。

问题频出

国际铸业网讯，加工行业在我国工业发展道路中扮演着极其重要的角色，尤其是当下，我国五金模具磨料行业仍处于低端发展水平，高端产品少之又少，技术方面更是与当下市场的发展要求有着不小的差距。

国产五金行业模具产业发展趋势主要模具产品应该向更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，但是我国五金模具磨料行业发展面临的主要问题如下。

研发力量薄弱，创新成果少。研发力量薄弱与行业企业规模小，科研人员少有关，但更重要的是企业领导需要有协同创新的意识，企业领导也需要加强学习、创新观念，才能有创新成果。

产能过剩问题突出。棕刚玉产能430万吨左右，产能利用率不足百分之三十，据分会掌握的情况还有在建、扩建产能25万吨左右，必将进一步加剧过剩产能的产生。绿碳化硅产能200万吨左右，产能利用率百分之十五左右，落后产能还大量存在，企业在调整产品结构，淘汰落后产能方面动作迟缓。产品同质化严重，在电价、人力成本、原材料成本不断增加的情况下，企业只能用降低价格来摊低成本，这也是价格一直上不去的重要原因。

清洁生产方面还存在突出问题，尤其是冶炼，磨料加工过程中废水、废气、粉尘等污染物的排放缺乏治理。磨料磨具为喻为"工业的牙齿",其在铁路建设中承担着不可或缺的角色。伴随着我国铁路建设的进一步推进，用于铁路加工的磨床、设备，以及钢轨修整的强力磨砂轮等，都面临着巨大的发展空间。

因此，五金磨料模具行业人要足够重视起来，不仅仅提高自己自身的形象和品牌，更能应用到国内很多行业当中去。根据国家政策来及时调整发展导向结构，尽快满足市场的需求。