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1、PDA模具设计解析第 一 章 模 具 设 计 总 述1. 1 模 具 工 业 在 国 民 经 济 中 的 地 位模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。 模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要 标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能 力 。振 兴 和 发 展 我 国 的 模 具 工 业 ，正 日 益 受 到 人 们 的 关 注 。早 在 1989 年 3 月 中 国 政 府 颁 布 的 关 于 当 前 产 业 政 策 要 点 的 决 定 中 ， 将 模 具列为机械工业技术改造序列的第一位。此 处 省 去 NNNNN 需 要 更 多 更 完

2、整 的 图 纸 和 说 明 书 请 联 系 秋 3053703061第 二 章 各 类 塑 料 模 具 及 其 特 点2. 1 各 种 模 具 的 分 类 和 占 有 量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模， 玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都 属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。（ 1）冲 模 ：冲 模 是 对 金 属 板 材 进 行 冲 压 加 工 获 得 合 格 产 品 的 工 具 。 冲 模 占 模 具 总 数 的 50 以 上 。 按 工 艺 性 质 的 不 同 ， 冲 模 可 分 为 落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯

3、曲模，卷边模，拉深模，校 平 模 ， 翻 孔 模 ， 翻 边 模 ， 缩 口 模 ， 压 印 模 ， 胀 形 模 。 按 组 合 工 序 不 同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。（ 2 ）锻 模 ：锻 模 是 金 属 在 热 态 或 冷 态 下 进 行 体 积 成 型 是 所 用 模 具 的 总 称 。按 锻 压 设 备 不 同 ，锻 模 分 为 锤 用 锻 模 ，螺 旋 压 力 机 锻 模 ， 热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用 途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具， 超塑性模具等。（ 3

4、 ）塑 料 模 ：塑 料 模 是 塑 料 成 型 的 工 艺 装 备 。塑 料 模 约 占 模 具 总 数 的 35 ， 而 且 有 继 续 上 升 的 趋 势 。 塑 料 模 主 要 包 括 压 塑 模 ， 挤 塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低 发泡注射成型模，吹塑模等。（ 4 ）压 铸 模 ：压 铸 模 是 压 力 铸 造 工 艺 装 备 ，压 力 铸 造 是 使 液 态 金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制 造方法。 压铸 模约占模 具总 数的 6。（ 5 ）粉 末 冶 金 模 ：粉 末 冶 金 模 用 于 粉 末 成 型 ，按 成 型 工

5、 艺 分 类 粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松 装烧结模等。模具 所涉 及的工艺 繁多 ，包 括机 械设计制 造，塑 料 ，橡 胶加工， 金属材料 ，铸 造（凝固 理论 ），塑性 加工 ，玻 璃等诸多 学科 和行业， 是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。2. 2 各 类塑 料 模具 结构塑料模是保证塑件形状、尺寸、精度和表面质量的主要工艺装 备，塑料模种类繁多，可根据塑料类型、塑件结构、生产批量、成 型方法和成型设备的不同，采用各种不同形式的模具。常见塑料模 有压缩模、压注模、注射模、移动式、固定式、单型腔、多型腔等。 要掌握模具设计技术，必须认识和了解常见模具结

6、构的工作原理、 功能作用、技术要求、应用范围等内容，方能在实际生产中，正确 选择和应用模具结构。下面分别介绍塑料模中常用的几类机构： 此 处 省 去 NNNNN 需 要 更 多 更 完 整 的 图 纸 和 说 明 书 请 联 系 秋 3053 703061 图77浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为 止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组 成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表 质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的 复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。1） 主 流 道主流道是连接注塑机的喷

7、嘴与分流道的一段通道，通常和注塑 机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于 冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以 其尺寸与 注塑 机有关， 如图 9 所示， 材料 T8A。主流道 衬套 的固 定 是采用螺钉来固定。在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是 浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变 化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良 好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽 可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。分流道的断

8、面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减 少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传 热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效 率 ，其 中 圆 形 和 正 方 形 的 效 率 最 高 ，但 正 方 形 的 流 道 凝 料 脱 模 困 难 ， 所以一般 是制 成梯形流 道。 在该 模具上取 直径 为 6mm。 8侧抽芯机构当塑件上具有内外侧孔或内外侧凹时，塑件不能直接从模具中 脱出。此时需将成型塑件侧孔或侧凹等的模具零件作成活动的，这 种零件称 为侧 型芯（ 俗称 活动 型芯）。在 塑件脱模 前先 将侧型芯 从塑 件上抽出，然后再从模具中推出塑件。完成侧型

9、芯抽出和复位的机 构就叫做侧向分型与抽芯机构。由于本塑件有两个电池脚插口，所 以要用到斜杆导滑的内侧分型抽芯机构。其工作原理：塑件内侧的 凹 槽 由斜 杆 的头 部 成型 （ 该结 构 斜杆 与 成 型滑 块 合为 一 体 ）,在 型 芯 上开 有 斜孔 ,滑座 固 定在 推杆固 定 板上 ,斜杆 的 成型 端可 在 型芯 的 斜孔内滑 动,而 另一 端与 滑座 T 形槽配 合。推出时,推 杆固定板 使斜 杆 沿斜 孔 移动 ,推出 塑 件并 进行内 侧 抽芯 ,同时 斜 杆的 底端 可 在滑 座 的 T 形槽 内滑 动,保 证不致卡死。图 10在塑件上还有和电板固定的机构，也要用到侧抽芯机构

10、。如图11。其工 作原 理是：拨 杆上 移带 动哈夫块 左移 ，起到脱钩的 作用 。9 成型 零件 工作尺寸 的计 算成型 零件 的工作尺 寸是 指凹 模和凸模 直接 构成塑件的尺 寸。凹、 凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地 方，所以对尺寸的要求比较高。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即 按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按 极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算。1） 凹 模 工 作 尺 寸 的计 算凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在 使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。因此，为了使得模 具的磨损

11、留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容 尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸与塑件尺 寸 的 关 系 如图 4- 11（ a, b, c） 所 示 ：此 处 省 去 NNNNN需 要更 多 更完 整 的 图 纸 和说 明 书 请 联系 秋 3053703061第 四章 模 具 的 三 维 造 型4. 1 PRO/ E 的 功 能 简 介本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加 激烈，产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需 求 日 益 增 加 ， 使 你合 很 难 保 持市 场 分 额 。 在 这 种 背景 下 ， CAD（ 计算 机 辅 助

12、 设 计）/ CAM（计 算 机辅 助制 造 ）/C AE（ 计 算 机 辅 助测 量 ）技 术得 到迅速普及和极大发展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响 的 十 大 技 术 中 ， CAD/ CAM/ CAE 技 术 便 榜 上 有 名 。 在 为 数 众 多 的 CAD/ CAM/ CAE 软 件 中 ， 主 流 软 件 包 种 类 繁 多 ，PRO/ E，UG，CIM ATRON， MDT，I DEAS， MASTERCAM都是 个中 极 品 ， 但 PRO/E 工 业解 决方 案 地位显赫 ，它 是美国 PTC 公司 的拳 头产品，技术 领先 ，在机械 、电 子、航空、航天、邮电、

13、兵工、纺织等各行各业都有应用，是 CAD/ CAM/ CAE领 域少有的 顶尖 “人物”。 一般 PRO/ E有 六大 主模块。PRO/ ENGI NEER软件包 的产 品开 发环境在 支持 并行工作 ，它 通 过 一 系 列完 全 相关 的 模块 表 述产 品 的外 形 、装 配 及其 他 功能 。 PRO/E 能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装 配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。一 、工 业 设 计 （ CAID） 模 块 工 业 设 计 模 块 主 要 用 于 对 产 品 进 行 几 何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能 通过二维 平面

14、图进行想 象。 现在 ，用 3DS可以生 成实 体模型， 但用 3DS 生成的模 型在 工程实际 中是 “中 看不中用 ”。 用 PRO/E 生成 的 实体建 模，不仅 中看 ，而且 相当 管用。 事实上， PRO/E 后阶 段 的各 个 工 作 数 据 的 产 生 都 要依 赖 于 实体 建 模 所生 成 的 数 据 。 包括 ： PRO/ 3DPAIN T（ 3D 建 模 ） 、 PRO/ ANI MATE（ 动 画 模 拟 ） 、 PRO/ DESI GNER（概念设 计）、 PRO/N ETWORKANIM ATOR（ 网络动画 合成 ）、 PRO/ PERSPECTA- SKETCH

15、（ 图 片 转 三 维 模 型 ）、PRO/P HOTORENDER（ 图 片 渲染）几个子模块。二、 机械 设计（CAD）模 块 机械 设计模块是一 个高 效的三维 机械 设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状 不规则的 物体 表面，如 图 1 中 的摩 托车轮轱，这 些称 为自由曲 面。 随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/ E 生 成 曲 面 仅 需 2 步 3 步 * 作 。 PRO/ E 生 成 曲 面 的 方 法 有 ： 拉 伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多， 因 此 PRO/ E 可 以 迅 速 建 立

16、任 何 复 杂 曲 面 。 它 既 能 作 为 高 性 能 系 统 独 立 使 用 ，又 能 与 其 它 实 体 建 模 模 块 结 合 起 来 使 用 ，它 支 持 GB、 ANSI 、 I SO 和 JI S 等 标 准 。包 括 ： PRO/ ASSEMBL Y（ 实 体 装 配 ）、 PRO/C ABLI NG （电路 设计）、 PRO/ PIP ING（ 弯管铺 设）、 PRO/ REPORT（ 应用 数 据图 形 显 示 ）、 PRO/ SCAN- TOOLS（ 物 理 模 型 数 字 化 ）、 PRO/ SURFACE（ 曲 面 设计）、 PRO/W ELDIN G（ 焊接 设计

17、 ）3、 功能 仿 真（CAE）模 块 功能仿 真（CAE）模块 主 要进 行有 限 元分析。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我 们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能， 在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的 可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量 减 轻 了 近 20 ， 而 其 功 能 丝 毫 不 受 影 响 ， 仅 此 一 项 就 取 得 了 极 大 的 经 济 效益 。 包 括 ： PRO/F EMPOST（有 限 元分 析 ）、 PRO/ MECHANIC A CUSTOMLOADS（ 自定 义载荷输 入）、

18、 PRO/M ECHANI CA EQUATIO NS（ 第三 方仿真程 序连 接）、 PRO/M ECHANI CA MOTIO N（指定 环境 下的装 配体 运 动分析）、 PRO/M ECHANI CA THERMAL（热 分析 ）、 PRO/M ECHANI CA TIR E MODEL（ 车 轮 动 力 仿 真 ）、 PRO/ MECHANI CA VI BRATION （ 震 动 分 析 ）、 PRO/ MESH （ 有 限 元 网 格 划 分 ）。4、 制 造 （C AM） 模 块 在 机 械 行 业 中 用 到 的 CAM 制 造 模 块 中 的功能是 NC Mach in i

19、 ng（数 控加工） 。说到数控功 能， 就不能不 提八 十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一 套五座标 数控 系统及数 控软 件 CAMMAX，加 工出高精度、低噪 声的 潜 艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司 因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这 一事件中 出尽 风头的 CAMMAX 软件就 是一 种数 控模块。 PRO/ES的数 控模块 包括： PRO/CASTING （ 铸造 模具设 计）、PRO/MFG（电加 工）、 PRO/ MOLDESIG N（ 塑 料 模 具 设 计 ）、 PRO/ NC-C HECK（ NC

20、 仿 真 ）、 PRO/ NCPOST（ CNC程 序生 成）、 PRO/SH EETMETAL （钣金设计 ）。5、 数据 管理（PDM）模 块 PRO/E 的数据管 理模 块就像一 位保 健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各 种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。 它 就 像 PRO/E 家 庭 的 一 个 大 管 家 ， 将 触 角 伸 到 每 一 个 任 务 模 块 。 并 自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零 件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存 取 方 便 。 它 包 括 ： PRO/P DM（

21、数 据 管 理 ）、 PRO/ REVI EW（ 模 型 图 纸 评 估 ）。6、 数据 交 换 （ Geometr y Tra nsla to r） 模块 在 实际 中 还存 在 一些别的 CAD系统，如 UG 、 EUCLID 、 CI MATRTON、 MDT等，由于 它 们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作 中，往往 需要 接受别的 CAD数 据。 这时几何数据 交换 模块就会 发挥 作 用 。 PRO/E 中 几 何 数 据 交 换 模 块 有 好 几 个 ， 如 ： PRO/ CAT（ PRO/E 和 CATI A 的 数 据 交 换 ）、 PRO/ CDT

22、（ 二 维 工 程 图 接 口 ）、 PRO/D ATA FOR PDGS（ PRO/ E 和 福 特 汽 车 设 计 软 件 的 接 口 ）、 PRO/ DEVELOP（ PRO/E 软 件 开 发 ）、 PRO/ DRAW（ 二 维 数 据 库数 据输 入 ）、 PRO/ IN TERFACE（工 业 标 准 数 据 交 换 格 式 扩 充 ）、 PRO/I NTERFACE FOR STEP （ STEP/I SO10 303 数 据 和 PRO/E 交 换 ）、 PRO/L EGACY（ 线 架 / 曲 面 维 护 ）、 PRO/L IB RARYACCESS （ PRO/ E 模 型

23、 数 据 库 进 入 ）、 PRO/ POLT （ HPGL/P OSTSCRIPT A 数 据 输出 ）pl ease cont act Q 3053703061 gi ve you mor e p er f ectdr awi ngs第 五 章 总 结随着经济的发展，社会的进步，塑料工业将继续呈现蓬勃发展 之势。本论文主要介绍了塑料模具的设计，冷流道注塑模具无外乎 包 括 四 大 系统 ：浇 注 系统 、温 度调 节 系 统 、顶 出 系 统 和机 构 系 统（ 其 实 也 可 以 归为 顶 出 系 统 ，该 系统 如斜 导 柱 、滑 块 和 开闭 器 等 ）。在 浇 注系统的设计中根据经

24、验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸； 温度调节系统说明了设计的一般步骤，确定冷却时间，计算体积流 量等；顶出系统着重说明了推杆，推管的安装要求，并进行强度校 核；该模具有滑块抽芯机构。做完这些工作之后，该模具的设计到 此结束。在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方，不同公式的计 算结果有的相差很大。在完成图纸之后发现塑件的设计有的地方是 不合理的，比如说壁厚，虽然有经验可循，但从实际中看显然本设 计 的 塑 件 壁厚 过 大 ；还 有 就是 推 管 处 的 设计 不 合 理 ，按 该塑 件 加 工 ， 则标准推管需要再加工；从这里可以知道，注塑件的设计与模具设 计关系密切，好的塑件结构可以

25、简化模具结构，降低生产成本。单分型面注射模是最为简单和常见的一种结构形式，约占全部 注射模具的 70%左右 ，但目前传统冷流道模具设计还是以经验为主， 很难对注射各参量进行严密的数学建模，因为各参量相互影响，关 系复杂。随着科技的进步及注射理论的突破，热流道模具发展的越 来越迅速，随着技术的成熟，热流道模的生产控制将会变得比以前 更为轻松，产品质量将会得到更好提高，所以，以后注射模具的研 究会以热流道模具为主。最后 还用 PRO/E软 件建 立三 维造型， 在使 用 PRO/E 的过 程中 ， 发现该软件功能强大， 其功 能可 以延伸到 CAM及 CAE领域，是一种 多功能的 3D软件，广 泛

26、应 用于机械，电子，航空航天，产品设计， 模具设计等各个领域。参考文献1 宋爱平主编.CAD/CAM技术 综合实训指导书；2 李建军，李德群主 编 模具设计基础及模具 CAD M机械工 业出版社 ，2005 3 屈华昌 . 塑 料成型工 艺与 模具 设计. 机械工业 出版 社，1995 4 彭建声 . 简 明模具工 实用 技术 手册. 机械工业 出版 社，19935 叶久新，王群主编塑料制品成型及模具设计 M湖南科学技 术出版社 ，2005 6 孙玉 芹 等 主 编 机 械精 度 设 计 基 础M 科 学 出 版 社 ， 2004 7 陈再 枝 ，蓝 德年 编 著 模 具 钢 手册 M 冶金

27、工 业 出 版 社，2002 8（ 美 国 ）TA奥 斯 瓦 德，L特 恩 格 PJ格尔 曼 编 著 ，吴 其 晔 译 注 射成 型 手 册 M 化 学 工 业 出版 社， 2005 9 洪慎 章 编 著 实 用 注 塑 成 型 及 模 具设 计 M 机 械 工 业出 版社 ， 2006 10 中 国 模 具 工 业 协 会 标 准 件 委 员 会 编 中 国 模 具 标 准 件 手 册 M 上 海 科 学 普 及 出 版 社 ， 1989 11 （ 加 拿大 ） H 瑞 斯 著 ， 朱 元 吉 译 模 具工 程 第 二 版 M 化 学 工 业 出 版社 ， 200 5 12 王 文 广，田

28、雁 主 编 塑 料 配 方设 计 第 二 版 M 化 学 工业 出 版 社 ， 2004 13 詹 友 刚编 著 PRO/ ENGI NEER 中 文 野 火版 2.0 基础 教程 M 清 华大学出版社 14 李 预 斌编 著 精 通 PRO/E NGI NEER 中 文 野 火 版 M 中 国 青 年出 版社 15 塑 料模 设 计 手 册 编 写组 . 塑 料 模 设计 手 册 . 机 械 工 业 出版 社 ， 1994 16 李 世 国 等 编 著 PEO/ ENGI NEER WIL DFIRE 中 文 版 范 例 教 程 M 机 械 工 业 出 版 社 ， 20 04 17 冯 炳 尧 ， 韩 泰 荣 ， 蒋文 生 . 模 具 设 计 与 制 造 简 明 手 册 . 上海 科 学 技 术 出版 社 ， 1998 18 张祥 杰等 编著 PRO/ ENGI NEER 模具 设计 WILDFI RE M中 国 铁 道出版社 ，2004 19 塑 料模 具技 术手册编 委会编著 塑 料模 具技术手 册M 机 械工业出 版社 ，2001 20 伍先 明等 编著塑料 模具 设计指导 M 国 防工 业出版社 ，2006 21 大连 理工 大学工程 画教 研室 编著机 械制 图（ 第 四版 ） M高 等教育出 版社 ，2002