1、第一章 冷冲模与塑料模设计的目的和要求一、冷冲模与塑料模设计教学目的冷冲模与塑料模课程设计是“模具设计与制造专业”教学计划安排的非常重要的教学实践环节，也是毕业设计的首选内容。模具课程设计一般安排在学习冷冲模设计和塑料模设计理论课程之后进行，其目的在于巩固所学知识，熟悉有关资料，树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养学生的实际工作能力。通过模具结构设计，学生在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和查阅文献方面受到一次综合训练，增强学生的实际工作能力。二、模具设计的内容1)冷冲模：一般为中等复杂程度单工序模或较为简单的级进模和冲孔落料复合；2)塑料模：一般为一次分型
2、的单型腔注射模，且加热和冷却系统较为简单。三、模具设计的要求1装配图模具装配图用以表明模具结构、工作原理、组成模具的全部零件及其相互位置和装配关系。一般情况下，模具装配图用主视图和俯视图表示，若不能表示清楚时，再增加其他视图。一般按 1：1 的比例绘制。装配图上要标明必要的尺寸和技术要求。(1)主视图 主视图一般放在图样上面偏左，按模具正对操作者方向绘制，采取剖视画法，一般按模具闭合状态绘制，在上、下模(冷冲模和压缩模、压注模) 或定模与动模之间有一完成的制件，冲压件断面涂红或涂黑，塑料件及流道画网格线后再涂红。主视图是模具装配图的主体部分，应尽量在主视图上将结构表达清楚，力求将成型零件的形状
3、画完整。剖视图画法一般按照机械制图国家标准执行，但也有一些行业习惯和特殊画法：如为减少局部视图，在不影响剖视图表达剖面迹线通过部分结构的情况下，可以将剖面迹线以外部分旋转或平移到剖视图上，螺钉和销钉可各画一半等，但不能与国家标准发生矛盾。(2)俯视图 俯视图通常布置在图样的下面偏左，与主视图相对应。通过俯视图可以了解模具的平面布置，排样方式或浇注系统、冷却系统的布置，以及模具的轮廓形状等。习惯上将上模或定模拿去，只反映模具的下模俯视可见部分；或将上模的左半部分去掉，只画下模，而右半部分保留上模画俯视图。对于冷冲模，在俯视图上还应用双点划线画出排样图和制件图。(3)制件图和排样图 装配图上还应该
4、绘出制件图。制件图一般画在图样的右上角，要注明制件的材料、规格以及制件的尺寸、公差等。如位置不够也允许画在其他位置上或在另一页上绘出。对于有落料工序的冲压件还应绘出排样图。排样图布置在制件图的下方，应标明条料的宽度及公差、步距和搭边值。对于需多工序冲压完成的制件，除绘出本工序的制件图外，还应该绘出上工序的半成品图，画在本工序制件图的左边。制件图和排祥图均应按比例绘出，一般和模具的比例一致，特殊情况可以放大或缩小。它们的方位应与制件在模具中位置相同，若不一致，应用箭头指明制件成型方向。（4)标题栏和零件明细表 标题栏和零件明细表布置在图样的右下角，按照机械制图国家标准填写。零件明细表应包括件号、
5、名称、数量、材料、热处理、标准零件代号及规格备注等内容。模具图中所有零件均详细应写在明细表中。(5)尺寸标注 图上应标注必要的尺寸，如模具闭合尺寸 (如主视图为开式表达，则写入技术要求中)、模架外形尺寸、模柄直径、与注射机配合的定位圈尺寸、螺孔尺寸等，不标注配合尺寸和形位公差。(6)技术要求 技术要求布置在图样下部适当位置。其内容包括：对于冷冲模应写明凸、凹模刃口间隙；对于塑料模应写明模塑温度、注射压力和保压时间；模具的闭合高度(主视图为工作状态时则直接标在图上) ；该模具的特殊要求； 其他按国家标准、行业标准或企业标准执行。2模具零件图模具零件主要包括工作(成型) 零件，如凸模、凹模、凸凹模
6、、型芯、口模、定型套等；结构零件，如固定板、卸料板、定位板、浇注系统零件、导向零件、分型与抽芯零件、冷却与加热零件等；紧固标准件，如螺钉、销钉等及模架、弹簧等。课程设计要求绘制工作零件图，对某些因模具的特殊结构要求而需要再加工的标准件也需绘制零件图。零件图的绘制和尺寸标注均应符合机械制图国家标准的规定，要注明全部尺寸、公差配合、形位公差、表面粗糙度、材料、热处理要求及其他技术要求。模具零件在图样上位置应尽量按该零件在装配图中方位画出，不要随意旋转或颠倒，以防画错，影响装配。对凸模、凹模配合加工，其配制尺寸可不标注公差，仅在该标称尺寸右上角注上符号“*”，并在技术条件中说明：注“*”尺寸按凸模(
7、或凹模) 配制，保证间隙若干即可。3冲压工艺卡和模塑成型工艺卡(1)冲压工艺卡 它以工序为单位，说明整个冲压加工工艺过程的工艺文件。它包括：制件的材料、规格、质量；制件简图或工序件简图；制件的主要尺寸；各工序所需的设备和工装(模具)；检验及工具、时间定额等。(2)模塑成型工艺卡 也是说明整个模塑成型加工工艺过程的工艺文件。因为塑料成型多为一次性成型，故工艺卡主要说明：制件的材料、规格、质量；制件简图或工序件简图；制件的主要尺寸；各工序所需的设备和工装(模具) ；成型温度和压力；塑料制件成型后的后续处理工艺条件；检验及工具、时间定额等。4工作零件机械加工工艺过程卡工作零件机械加工工艺过程卡填写模
8、具工作零件机械加工工艺过程包括该零件的整个工艺路线，经过的车间(工段 )，各工序名称、工序内容，以及使用的设备和工艺装备。若采用成形磨削加工，应绘制成形磨削工序图。若采用数控加工，应编写数控程序。5设计说明书为更全面地培养学生的工作能力，也为教师进一步了解学生设计熟练的程度和知识水平，还要求学生编写设计说明书，用以阐明白己的设计观点、方案的优劣、依据和过程。设计说明书的主要内容有：1) 目录；2) 设计任务书及产品图；3) 序言；4) 制件的工艺性分析；5）冲压工艺方案或模塑工艺方案的制定；6) 模具结构形式的论证及确定；7) 排样图设计及材料利用率计算，或注射量、浇注系统设计计算；。8) 工
9、序压力计算及压力中心计算，或注射( 挤压)力、温度、速度、锁模力计算等；9) 冲压或塑料成形设备的选择及设备工作能力、安装尺寸校核；10) 模具零件的选用、设计及必要的计算；11) 模具工作零件的尺寸和公差值的计算；12) 其他需要说明的问题；13) 主要参考文献目录。说明书中应附模具结构简图，所选参数及使用公式应注明出处，并说明式中各符号所代表的意义和单位，所有单位一律使用法定计量单位。说明书最后所附参考文献目录应包括：书刊名称、作者、出版社、出版年分。在说明书中引用所列参考资料时，只需在方括号中注明其序号及页数，如：见文献7P121。应尽可能应用 CAD/CAM 技术进行工艺分析和计算，在
10、完成手工绘图之后，再根据时间完成一定数量的计算机绘图任务，并用计算机打印出设计说明书。四、模具设计的步骤与方法1明确设计任务，收集有关资料学生拿到设计任务书后，首先明确自己的设计课题要求，并仔细阅读冷冲模与塑料模设计指导教材，了解模具设计的目的、内容、要求和步骤。然后在教师指导下拟订工作进度计划，查阅有关图册、手册等资料。若有条件，应深入到有关工厂了解所设计零件的用途、结构、性能，在整个产品中装配关系、技术要求、生产批量、采用的设备型号和规格、制造模具的主要设备和规格、标准化情况。(1)工艺性分析 在明确了设计任务、收集了有关资料的基础上，分析制件的技术要求、结构工艺性及经济性是否符合冲压或模
11、塑工艺要求。若不适合，应提出修改意见，经指导教师同意后修改或更换设计任务书。(2)制定工艺方案，填写工艺卡 首先在工艺分析的基础上，确定冲压件或塑料件加工总体方案，然后确定冲压加工或模塑成形方案，它是制定冲压或模塑成形工艺过程的核心。在确定工艺方案时，先决定制件所需要的基本工序性质、数目、顺序，再将其排列组合成若干种方案，最后对各种可能的工艺方案分析比较，综合其优缺点，选出一种最佳方案，将其内容填人工艺卡中。在进行方案分析比较时，应考虑制件的精度、生产批量、工厂条件、模具加工水平及工人操作水平等方面因素，要画模具结构草图，有时还需要进行一些必要的工艺计算。3工艺计算和设计（1）冲压工艺计算和设
12、计1）排样及材料利用率计算：就设计冲裁模而言，排样图设计是进行工艺设计的第一步。每个制件都有自己的特点，每种工艺方案考虑的出发点也不尽相同，因而同一制件也可能有多种不同的排样方法。在设计排样图时、必须考虑制件的精度、模具结构、材料利用率、生产效率、工人操作习惯等诸多因素。制件外形简单、规则，可以采取直排单排排样，排样图设计较为简单，只需查出搭边值即可求出条料宽度，画出排样图。若制件外形复杂，或为了节约材料、提高生产率而采用斜排、对排、套排等排样方法时，设计排样图则较为困难。当没有条件应用计算机辅助排样时，可用纸扳按比例做出若干个样板，利用实物排样往往可以达到事半功倍的效果。在设计排样图时往往要
13、同时对多种不同排样方案计算材料利用率，比较各种方案的优缺点，选择最佳排样方案。2)刃口尺寸的计算：刃口尺寸计算较为简单，当确定了凸、凹模加工方法后可按相关公式进行计算。一般冲模计算结果精确到小数点后两位，采用成形磨削、线切割等加工方法时，计算结果精确到小数点后三位。若制件为弯曲件或拉深件，需先计算展开尺寸，再计算刃口尺寸。3)冲压力计算、压力中心的确定、冲压设备的选用：根据排样图和所选模具结构形式，可以方便地计算出所需总压力。用解析法或图解法求出压力中心，以便确定模具外形尺寸。根据计算出的总压力，初选冲压设备的型号和规格，待模具总图设计好后，校核设备的装模尺寸( 如闭合高度、工作台板尺寸、漏料
14、孔尺寸等 )是否合乎要求，最终确定压力机型号和规格。(2)模塑工艺计算和设计1)注射量计算：注射量计算将涉及到选择注射机的规格型号，一般应先进行计算。对于形状规则的制件可以用求制件体积的方法方便地求出，若有样品则称重量即可。较难的是多数塑料制件形状复杂，几何形状不规则，则只能估计塑料用量，以保证足够的塑料用量为原则。2)浇注系统设计计算：设计浇注系统往往是设计注射模的第一步，并且只有完成浇注系统的设计后才能估算型腔压力、注射时间、校核锁模力，从而进一步校核所选择的注射机是否符合要求。浇注系统设计计算包括浇道布置、主流道和分流道断面尺寸计算、浇注系统压力降计算和型腔压力校核。3)成型零件工作尺寸
15、计算：成型零件工作尺寸主要有凹模和型芯径向( 或长度与宽度)尺寸和高度(深度)尺寸，其最大值直接关系到模具尺寸大小。而工作尺寸精度则直接影响制品的精度，必须仔细计算。为计算方便，凡孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸、即公差为负。进行工作尺寸计算时应考虑塑料的收缩率。4）模具冷却与加热系统计算：冷却系统计算包括冷却时间和冷却参数计算。冷却时间计算有三种方法，根据塑料制品的形状和塑料性能选择适当的公式进行即可。冷却参数包括冷却面积、冷却水孔长度和孔数的计算及冷却水流动状态的校核和冷却水入口与出口温度差的校核。模具加热工艺计算主要是加热功率计算。5）
16、注射压力、锁模力和安装尺寸校核：模具初步设计完成后，一般还校核所选择的注射机注射压力和锁模力能否满足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安装，行程是否满足模塑成型及取件要求。4模具结构设计(1)确定凹模(模板 )尺寸 先计算凹模(模板)厚度，再根据厚度确定凹模(模板)周界尺寸(圆形凹模为直径，矩形凹模为长和宽) 。在确定凹模(模板) 周界尺寸时一定要注意四个问题：第一，浇注系统的布置，特别是对于一模多件的塑料模应仔细考虑模腔位置和浇道布置；第二，要考虑凹模上的螺孔的布置位置；第三，冲模压力中心一般与凹模的几何中心重合，注射模主流通中心与模板的几何中心重合；第四，凹模(模板 )外形尺寸尽量按国
17、家标准选取。(2)选择模架并确定其他模具零件的主要参数 对于冷冲模设计，根据凹模周界尺寸大小，从冷冲模国家标准JB/T80651995JB/T8068 1995(冷冲模典型组合)中即可确定模架规格；对于塑料模则在确定模架结构形式和定模、动模板的尺寸后，则可根据定模板和动模板的尺寸，从塑料模国家标准GB/T 125551990(塑料注射模大型模架) 和GB/T125561990(塑料注射模中小型模架技术条件)中确定模架规格。待模架规格确定后即可确定主要冲模或塑模零件的规格参数，再查阅标准中有关零部件图表，就可以画装配图了。(3)画装配图 模具装配图上零件较多、结构复杂，为准确、迅速地完成装配图绘制工作，必须掌握正确的画法。一般画装配图均先画主视图，再画俯视图和其他视图。画主视图既可以从上往下画，也可以从下往上画。但在模具零件的主要参数已知的情况下，最好从凸、凹模结合面(分型面)开始，同时往上、下两个方向画较为方便，且不易出错。由于塑料注射成型机械多数是卧式的，故注射模也按安装位置常画成卧式，则也可从分型面向左右两个方向完成塑料模图样的绘制。画装配图一般应先画模具结构草图，经指导教师审阅后再画正式图。(4)编写技术文件 模具课程设计要求编写的技术文件有：说明书、工艺卡和机械加工工艺过程卡。可按本章要求认真填写。
