《模具结构与设计》课件

《模具结构与设计》欢迎学习《模具结构与设计》课程本课程旨在培养学生掌握模具设计的基础知识和专业技能，使学生具备模具结构分析和设计能力模具技术作为现代制造业的基础技术，对产品质量、生产效率和制造成本具有决定性影响根据最新数据，年全球模具市场规模已达亿美元，显20231350示出模具行业的重要地位和广阔前景模具基础知识模具的定义模具的关键作用模具是用来成批生产成型物品的模具是现代工业生产的基础工艺工具，是用来制作成型制品的各装备，被誉为工业之母它能种模子和工具的总称它可以将够提高生产效率、保证产品质量材料批量加工成具有特定形状和一致性，同时降低制造成本，是尺寸的制品或半成品实现工业标准化、批量化生产的关键技术技术发展历程模具的分类体系按结构复杂度分类简单模（单工序模具）、复合模（一次完成多道工序）、组合模（多种功能的按加工工艺分类组合）、级进模（连续多工位加工）包括冲压模具（冲裁、弯曲、拉深等）、注塑模具、压铸模具、锻造模具、橡胶模具等，适用于不同的材料成按生产批量分类型工艺模具设计流程概述需求分析与技术要求确认分析产品结构、功能、材料特性、精度要求及生产批量等信息，确定模具类型和工艺路线模具方案设计确定模具结构形式、工序布局、关键结构和主要尺寸，完成模具初步设计方案模具详细设计进行模具各零部件的详细设计，包括材料选择、结构优化、公差配合等，完成模具三维模型和二维工程图分析与优化CAE模具材料概述材料类型代表钢种主要特性适用模具类型碳素工具钢、硬度高，耐磨小型冲裁模具T8A T10A性好，价格低合金工具钢、耐磨性好，淬冷冲模、冷挤Cr12MoV透性好压模9CrSi热作模具钢、高温强度好，压铸模、热锻H13耐热疲劳模4Cr5MoSiV1塑料模具钢、易加工，抛光注塑模具P20718H性好高速工具钢、红硬性好，耐M2磨性极佳W6Mo5Cr4V2冲压模具基础知识冲压工艺原理冲压模具主要类型冲压是在常温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，•冲裁模用于切断、落料、冲孔等使其产生分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加•弯曲模用于材料的弯折成形工方法•拉深模用于杯状件的拉深成形冲压工艺具有生产效率高、材料利用率高、零件精度好、互换性•成形模用于各种凸凹形状的成形好、操作简单等特点，适用于大批量生产•级进模在一副模具中完成多道工序冲压模具结构分析凸模与凹模的结构设计导向系统与定位结构卸料结构与废料处理系统凸模（上模）和凹模（下模）是冲压导向系统主要包括导柱、导套和导向模具的核心工作部件凸模负责施加装置，确保凸凹模准确对中定位结压力，凹模负责支撑工件两者之间构则通过定位销、定位块等装置保证的间隙直接影响冲裁质量凸凹模的工件在模具中的准确位置，从而确保形状设计需确保足够的强度和刚度，加工精度合理设计导向系统可有效同时考虑导向配合和易损件的更换便降低模具磨损，延长使用寿命利性冲压力计算方法F=L·t·τF=

0.8·b·t²·σb/r剪切力计算公式弯曲力计算公式其中为剪切边长，为材料厚度，为材料其中为弯曲宽度，为材料厚度，为材L tτb tσb的剪切强度使用安全系数进行修料抗拉强度，为弯曲半径

1.2-

1.3r正F=π·d·t·σb·k拉深力计算公式其中为拉深件直径，为材料厚度，为d tσb材料抗拉强度，为拉深系数k工作行程与能量需求分析需考虑压力机的特性曲线，确保在整个工作行程中，压力机能提供足够的力和能量对于有效设计模具和选择合适的压力机设备，准确的冲压力计算至关重要级进模设计原理工序排列与间距设计根据产品结构特点合理安排各工序顺序和位置带料设计与计算确定带料宽度、步距和余料宽度以保证工艺稳定性结构设计与布局优化各工位结构设计和整体布局优化确保加工精度和效率级进模是一种在一副模具中通过多个工位依次完成一系列冲压工序的模具其工作原理是随着每次冲压，带料在模具内步进一个固定距离（即步距），在不同工位上完成不同的加工工序，最终在最后一个工位得到成品级进模具有生产效率高、自动化程度高、产品精度高等优点，适用于大批量生产中小型冲压件合理的工序排列和带料设计是级进模设计的关键，直接影响产品质量和模具寿命级进模实例分析汽车转向器支架是一个典型的多工序级进模冲压件，其模具设计涉及落料、冲孔、弯曲等多道工序本实例中，工序布局采用字Z形排列，有效节省带料宽度，提高材料利用率达到以上85%该模具设计中，重点解决了高强度钢板冲裁时的精度控制问题，通过优化凸凹模间隙（设定为材料厚度的）和采用涂层技术延长模7%具寿命同时，针对工件弯曲变形的弹性回弹问题，设计了特殊的过弯结构，确保工件最终成形精度控制在范围内±

0.05mm复合模与多工位模具复合模特点与应用多工位模具优势与局限复合模是指在一次冲压行程中同时完成两种或两种以上不同工序多工位模具将不同工序的模具安装在一台设备上，通过工件在各的模具其特点是结构紧凑、生产效率高、定位精度好，但结构工位间的移动完成加工其优势在于生产效率高、自动化程度复杂、制造难度大、维护成本高高、可加工复杂零件局限性主要是设备投资大、调试难度高复合模主要应用于冲裁和成形工序的组合，如冲裁与弯曲、落料与冲孔等复合工序特别适用于对精度要求高、形状较复杂但工现代多工位模具广泛应用于汽车零部件、家电产品等大批量生产序相对较少的零件生产领域，结合机器人和自动化系统，形成高效柔性生产线，为制造业提供高效率、高质量的生产解决方案冲裁模具精度分析高精度冲裁间隙3-5%t，表面质量优异，无需后处理精密冲裁间隙5-8%t，表面光洁度好，变形小普通冲裁间隙8-10%t，适用于一般精度要求粗冲裁间隙10%t，用于加工余量较大的毛坯冲裁间隙是影响冲裁质量的关键因素，它直接决定了冲裁断面的质量和尺寸精度间隙过大会导致断面粗糙、毛刺增加、变形加剧；间隙过小则会增加冲裁力、加速模具磨损最佳冲裁间隙与材料性质、厚度和模具材料有关精密冲裁工艺通过特殊的压边和反压装置，在三向压应力状态下进行冲裁，可获得接近光亮带的断面质量精密冲裁模具结构设计需考虑压边装置、反压装置及精确的间隙控制，适用于生产高精度、高质量的功能性冲压件弯曲成形模具设计弯曲参数分析弯曲半径、角度、中性层位置计算弹性回弹计算根据材料弹性模量与抗拉强度计算回弹量模具结构设计考虑过弯补偿、压料装置和定位系统弯曲成形是板材加工中最常见的工艺之一，其关键技术在于弹性回弹的控制弯曲回弹量与材料性质、厚度、弯曲半径和角度密切相关常用的弹性回弹补偿方法包括过弯法、压延法和矫正法，模具设计时需预留相应的结构不同类型的弯曲模具结构设计各有特点型弯曲模具结构简单，适用于各种角度的弯V曲；型弯曲模具需要设计合理的压料装置，防止工件变形；边缘弯曲模具则需特别考虑U定位精度问题弯曲模具的压边力、间隙和弯曲半径是确保产品质量的关键参数拉深模具设计原理β=D/dε=D-d/D Fp=

0.25~

0.35F拉深比拉深变形量压边力计算为毛坯直径，为拉深件直径，一般首次拉深值越大，拉深难度越高，需设计多道次拉深工压边力一般为拉深力的，随拉深比增D dε25%-35%艺加而增加β≤

1.8-

2.2拉深是将平板坯料制成开口空心件的塑性加工方法拉深过程中，材料受到复杂的应力状态作用，包括径向拉应力和切向压应力，合理控制这些应力对防止起皱和开裂至关重要拉深的极限拉深比是衡量材料拉深性能的重要指标当拉深比超过材料允许值时，需采用多次拉深或中间退火工艺防皱圈设计是拉深模具的关键，其作用是施加适当的压边力，防止材料在拉深过程中起皱，同时允许材料适当流动，防止开裂拉深模具结构设计凹凸模结构与尺寸计算压边系统设计方法拉深凹模内径决定产品外径，一压边系统包括压边圈、压边弹簧般取产品；凸模或气缸和调节机构压边圈平面d=d+

0.07~

0.1t直径决定产品内径，一般取应与拉深方向有的倾斜，形D=d1-3°产品内径凹凸成漏斗口，便于材料流入压-

0.02~

0.04t模圆角半径对拉深成功与否有重边力应可调节，通常采用多点调要影响，凹模圆角一般取节结构，实现压边力均匀分布5-，凸模圆角通常为10t3-8t多工位拉深模具布局复杂形状或深度较大的拉深件通常需要多工位模具工位布局需考虑材料流动规律，依次安排预成形、第一次拉深、二次拉深、整形等工序不同工位间的传递机构需确保工件准确定位和顺利传送成形模具设计胀形工艺与模具设计收缩成形工艺与模具设计胀形是利用液压、气压或机械力将金属板材或管材胀大成所需形收缩成形是将管状或杯状工件的一部分口径缩小的工艺方法收状的成形方法胀形模具主要由模腔、压边装置和加载系统组缩成形模具通常包括分段式模块，这些模块在成形过程中作径向成运动胀形模具设计关键是控制材料流动，防止局部减薄过度导致破收缩成形模具设计的难点在于控制材料的褶皱和开裂一般采用裂模具型腔表面粗糙度要求高，通常需达到以下多段式渐进收缩，每段收缩量控制在成形角度设计Ra

0.4μm5%-15%对于复杂形状，可采用分段胀形或设计可调节的局部冷却系统控通常在之间，过大或过小都会增加成形难度模具工作15°-30°制变形面需采用高耐磨材料并进行表面处理注塑模具基础知识注塑成型原理注塑模具类型注塑成型是将热塑性塑料加热熔融，通按结构分为双板模、三板模、热流道过注射装置在高压下注入模腔，冷却固模；按脱模方式分为顶出式、侧抽芯化后脱模得到制品的工艺过程式、斜顶式等注塑工艺参数模具主要组成熔体温度、模具温度、注射压力、保压浇注系统、型腔系统、冷却系统、顶出时间、冷却时间等参数直接影响产品质系统、导向定位系统等组成，各系统协量同工作注塑模具的浇注系统主流道设计主流道是塑料熔体进入模具的第一个通道，通常采用锥形设计，大端与注塑机喷嘴相接，小端与分流道连接主流道直径一般为，长Φ

3.5-Φ8mm度应尽量短，表面光洁度要求以下，以减少塑料流动阻力Ra

0.4μm分流道设计分流道连接主流道和浇口，负责将熔体分配到各个型腔截面形状通常为圆形、梯形或半圆形，尺寸一般为分流道设计要遵循流程3-8mm平衡原则，确保各型腔填充均匀，避免产品质量不一致浇口设计浇口是塑料熔体进入型腔的最后通道，其类型包括点浇口、扇形浇口、侧浇口、潜伏浇口等浇口的位置、大小和形状直接影响产品的填充质量、脱模难易度和表面质量浇口设计需考虑产品结构特点、材料性能和生产效率需求注塑模具的冷却系统冷却回路设计原则冷却效率计算特殊冷却方案冷却回路设计遵循均冷却时间计算公式对于结构复杂的产品，匀冷却、先热后冷、先可采用嵌件冷却、型芯t=s²/π²α·ln4π·ΔT₁/厚后薄的原则冷却，其中为壁内冷却、气冷等特殊冷π·ΔT₂s水道与产品表面距离一厚，为导热系数，却方案对于薄壁产αΔT般为，直径为温差影响冷却效率品，可选用导热性好的10-15mm一般为水道的主要因素包括冷却水模具材料和布局紧凑的8-12mm排布应遵循热平衡原温度、流量、水道直冷却系统；对于厚壁产则，确保产品各部位冷径、水道布局以及模具品，则需设计多层次的却均匀，防止变形材料导热性冷却回路注塑模具的顶出系统顶针顶出机构斜顶顶出机构顶针是最常用的顶出元件，直径斜顶用于侧向脱模，适用于有侧一般为，按形状分为圆向凹槽的产品其工作原理是将

1.5-8mm柱形、管状、阶梯形等顶针布直线运动转化为侧向运动斜顶置要考虑产品刚性、结构特点和角度一般为，角度过大15°-20°脱模阻力顶针数量和位置布置会导致自锁，过小则行程不足原则是均匀分布受力，避开加强斜顶设计需考虑导向精度和强筋和显眼位置，防止变形和顶度，在高精度模具中通常采用滑痕块导轨结构+油缸顶出机构油缸顶出适用于需要大顶出力或大行程的场合油缸可单独控制，实现精确的顶出动作设计时需考虑油缸的安装空间、油路布置和密封性能对于大型或深腔产品，常采用油缸与机械顶出的组合方式，提高顶出效率和可靠性注塑模具的分型面设计分型面确定原则多分型面结构设计分型面是模具开合的界面，也是塑料制品上可能出现飞边和痕迹对于结构复杂的产品，单一分型面难以实现脱模时，需设计多分的位置确定分型面需遵循以下原则尽量沿产品的最大轮廓线型面结构多分型面设计通常结合滑块、斜顶等机构实现复杂形设置；尽量采用平面，必要时可采用空间曲面；避开精度要求高状的成型设计多分型面需要特别考虑各部分的配合精度、运动的部位；便于脱模和排气；有利于型腔加工和模具制造干涉和型腔密封问题分型面密封与防漏设计•产品外观要求优先考虑分型面的密封直接影响产品质量和生产效率常用的密封方式包•生产效率和模具寿命也是重要因素括面接触密封（精密加工配合面）；线接触密封（设计密封凸•复杂产品可进行多方案比较缘）；点接触密封（适用于复杂曲面）对于高精度模具，分型面一般采用硬度差配合，并进行表面处理提高耐磨性注塑模具的抽芯机构斜导柱抽芯结构利用斜导柱将模具开合的直线运动转化为侧向运动，结构简单，适用于小型侧向抽芯斜导柱角度一般为15°-25°，行程较小，精度一般，适合低精度要求场合斜滑块抽芯结构利用斜滑块和楔形块实现侧向抽芯，结构较复杂但运动精度高，适用于中等尺寸的侧向抽芯该结构可实现较大行程，并能提供较大的抽芯力，广泛应用于精密模具中油缸驱动抽芯结构利用液压或气动系统驱动抽芯，运动独立可控，适用于大型模具或需要精确控制的场合该结构动作可靠，但系统复杂，成本较高，需配合控制系统使用齿轮齿条抽芯结构利用齿轮齿条机构将直线运动转化为回转运动，适用于需要旋转脱模的螺纹或螺旋结构该结构可实现精确的角度控制，但加工精度要求高，成本较高注塑模具结构设计实例本案例分析了一款汽车内饰件注塑模具的设计过程该产品为仪表板装饰面板，结构特点是表面质感要求高，有多处倒扣和侧向孔，壁厚变化大，对变形控制要求严格模具采用双板热流道结构，设计了个侧向抽芯机构处理倒扣，并采用气辅成型技术解决厚壁区域的收缩问题冷却系统设计了差异化6温控区域，使产品各部位冷却均匀，有效控制变形顶出系统采用了复合式设计，结合直顶和斜顶，确保产品顺利脱模生产实践证明，该模具在万次注塑周期内维持了稳定的产品质量，达到了设计目标80精密注塑模具设计±

0.01mm尺寸公差精密注塑模具型腔尺寸公差控制在微米级别Ra

0.2μm表面粗糙度型腔表面需经精密抛光处理达到镜面效果

0.2mm最小壁厚微细结构注塑可实现的最小产品壁厚级8洁净度等级医疗器械模具生产环境洁净度要求精密注塑模具设计需特别关注材料选择、热处理工艺和加工精度模具材料通常选用高质量模具钢如瑞典进口H13ESR或日本日立NAK80，热处理需进行真空淬火和多次回火以确保尺寸稳定性型腔加工采用高精度加工中心结合慢走丝线切割和精密研磨技术，关键尺寸需100%检测医疗器械注塑模具设计还需考虑卫生要求和可追溯性模具表面处理通常采用镜面抛光或特殊涂层，避免使用可能引起污染的润滑剂生产过程中需建立完善的数据监控系统，记录每个生产周期的关键参数，确保产品质量的一致性和可追溯性模流分析技术填充分析保压分析冷却分析填充分析模拟塑料熔体在模腔中的流动状保压分析预测在保压阶段塑料的体积收缩冷却分析模拟产品在模具中的冷却过程，态，预测熔体流动前沿、填充时间、压力和密度分布通过合理设置保压参数，可计算冷却时间和温度分布通过优化冷却分布和温度变化通过填充分析可优化浇以补偿收缩，减少缩孔、缩痕等缺陷保系统布局，可实现产品均匀冷却，减少热口位置和尺寸，发现潜在的短射、溢边和压分析结果可用于优化保压时间、压力曲点区域，降低冷却时间，防止过度冷却造困气等问题，并进行相应的模具结构调线和浇注系统设计，提高产品尺寸精度成的内应力累积，有效控制产品变形整压铸模具设计基础压铸工艺原理压铸模具结构组成压铸是将熔融金属在高压作用下注压铸模具主要由定模部分、动模部入金属模具型腔，经冷却凝固后得分、型芯抽出机构、冷却系统和顶到铸件的工艺压铸分为热室压铸出系统组成定模包含浇注系统和和冷室压铸两种基本类型热室压固定型腔；动模包含可动型腔和顶铸适用于低熔点合金（锌、铅等），出机构；型芯抽出机构用于成型内冷室压铸适用于高熔点合金（铝、腔和倒扣；冷却系统控制模具温度；铜、镁等）压铸的特点是生产效顶出系统将铸件从模具中顶出率高、尺寸精度好、表面光洁度高工艺参数与模具设计关系压铸工艺参数（注射压力、金属温度、模具温度、充填速度等）与模具设计密切相关高压要求模具有足够的强度和刚性；高温要求模具材料有良好的热疲劳性能；快速充填要求浇注系统设计合理模具设计必须综合考虑这些因素，确保模具的使用寿命和铸件质量压铸模具浇注系统设计主流道设计主流道连接压射室与分流道，直径一般为，长度尽量短，表面光30-80mm洁主流道横截面积应大于压射头横截面积的，确保充填速度不受限115%制主流道设计需考虑热量损失、流动阻力和清理便利性分流道与内浇道设计分流道将金属液均匀分配到各内浇道，横截面积应逐渐减小内浇道是金属液进入型腔的最后通道，通常采用扁平形状，厚度为，宽度

0.5-

2.5mm为内浇道设计的关键是控制金属液流速，一般控制在5-30mm35-，过高会导致型腔冲蚀，过低会导致冷隔45m/s溢流槽与排气系统设计溢流槽收集前端冷金属和气体，减少铸件缺陷溢流槽深度一般为

0.8-，宽度为排气系统设计需考虑排气面积，通常在分

1.5mm10-30mm型面设置深的排气槽对于复杂铸件，可能需要设置多

0.02-

0.05mm个溢流槽和排气口，确保型腔中的气体能够完全排出压铸模具温控系统模具温度控制原理冷却加热回路设计/压铸模具温控系统的作用是控制模具工作温度在合理范围内，通模具温控回路包括冷却回路和加热回路冷却回路通常采用水冷常为铝合金，锌合金，镁合金方式，冷却水道直径一般为，水道间距为水道直径的180-250℃160-190℃220-10-16mm适当的模具温度可以减少冷隔、缩孔等缺陷，提高铸倍，与铸件表面距离为对于温度要求高的区280℃3-515-25mm件表面质量域，可采用油冷系统模具温度过低会导致熔融金属过早凝固，产生冷隔、流痕等缺加热回路通常采用电加热棒或模具表面加热板加热元件的布置陷；温度过高则会使金属凝固时间延长，降低生产效率，并可能应考虑热分布均匀性，避免局部过热在模具开始工作前，需要产生粘模现象因此，精确控制模具温度对获得高质量铸件至关预热模具到工作温度，确保首件质量重要压铸模具结构设计实例铝合金壳体产品特点分型面与型芯设计抽芯与顶出系统该铝合金壳体为某电子设备外壳，壁厚模具分型面沿产品最大轮廓线设置，避开抽芯机构采用液压驱动，配合行程开关和，尺寸精度要求，表面要精度要求高的区域为成型内腔，设计了锁紧装置，确保动作可靠顶出系统采用

2.5mm±

0.1mm求无明显缺陷产品结构特点是形状复个侧向抽芯机构，采用斜导柱结构驱两级顶出设计，先顶出主体，再顶出细节4杂，有多处内腔和加强筋，且有多个螺柱动型芯采用钢材制作，经过真空热部位，防止铸件变形顶针排布均匀，数H13和安装孔材料采用铝合金，年产处理，硬度达到，并进行氮化量为个，直径为，顶针末端经ADC12HRC46-48328-12mm量计划万件处理提高表面耐磨性过特殊处理，减少顶痕10锻造模具设计基础精锻高精度、复杂形状，低余量终锻接近最终形状，控制尺寸预锻初步成形，分布材料坯料准备切割和加热处理锻造是金属热加工工艺之一，通过对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状和性能的零件按工艺特点分为自由锻、模锻和精密锻造模锻又可分为热模锻和温模锻，适用于各种形状复杂的零件生产锻造模具承受高温和高压，要求有足够的强度、刚度和耐热性锻造力计算基于材料变形抗力和接触面积，F=σs·S·ψ，其中σs为材料变形抗力，S为接触面积，ψ为模具摩擦和变形不均匀系数模具设计需考虑锻造力、金属流动规律、分流比控制和排气等因素锻造模具材料与热处理模具部位推荐材料热处理工艺硬度范围使用温度模具型腔5CrNiMo、H13调质+氮化HRC45-50≤550℃模具镶块H

13、8Cr3MoSiV真空淬火+回火HRC48-52≤600℃凸模/冲头5CrNiMo、4Cr5MoSiV1调质+表面硬化HRC52-58≤500℃导向件45钢、40Cr调质HRC35-40≤300℃模座45钢、Q235正火HB180-220≤300℃锻造模具材料选择的关键因素包括工作温度、锻造压力、热疲劳和冲击负荷等对于复杂锻件的模具，通常采用高温热作模具钢，如H13（4Cr5MoSiV1）、5CrNiMo等，这些材料具有良好的热稳定性、高温强度和耐热疲劳性能模具寿命延长技术包括模具结构优化，减少应力集中；表面强化处理，如氮化、硼化、PVD涂层等；采用特殊润滑技术；建立预热和冷却系统，控制温度变化；采用模块化设计，便于更换磨损部件科学的维护和定期检查也是延长模具寿命的重要手段锻造模具类型与设计开式锻模设计闭式锻模设计开式锻模是上下模具在锻造过程中不完闭式锻模是上下模具在锻造过程中完全全闭合，允许部分材料在水平方向流动闭合，无飞边产生的模具其特点是材形成飞边的模具其特点是结构简单，料利用率高，锻件精度好，但要求坯料制造成本低，但材料利用率较低开式体积精确控制，模具设计和制造难度锻模设计需要合理设计分流槽和飞边大闭式锻模设计需要精确计算坯料体槽，控制材料流动，确保型腔充满分积，合理设计排气系统，控制内部压流槽深度一般为，宽度为力通常采用体积分配法进行型腔设3-6mm15-，过渡圆角为计，确保材料在各部位的填充量平衡25mm3-5mm精锻模具设计精锻模具用于生产高精度、表面质量好的锻件，减少或消除后续机械加工精锻模具设计需要特别关注材料流动控制、温度分布均匀性和尺寸精度控制常采用多工位设计，包括预锻、精锻和校正等工序模具材料和热处理要求高，型腔表面需要精加工，表面粗糙度一般要求以下Ra

0.4μm锻造模具实例分析本案例分析了汽车连杆锻造模具的设计过程连杆是发动机的关键零件，要求具有高强度、高耐疲劳性和尺寸精确性采用了三工位锻造工艺预锻、终锻和冲边预锻的目的是初步分布材料，终锻完成最终成形，冲边去除飞边获得成品轮廓模具设计特点包括采用组合式结构，型腔镶件采用高性能钢制作，经过真空热处理和氮化处理；预锻模具设计了特殊的变截面H13流动通道，控制材料分布；终锻模具采用精确的型腔设计，控制锻件各部位的填充顺序通过模拟分析优化设计，解决了大小头处材料流动不均匀问题该模具在生产中表现出色，单副模具寿命超过万件，满足了大批量生产需求5橡胶模具设计基础橡胶成型工艺特点橡胶模具结构类型橡胶成型是将生胶在一定温度和橡胶模具主要分为压制模、注射压力下，经过硫化反应形成具有模和挤出模三种类型压制模结弹性的橡胶制品的工艺其特点构简单，适用于形状简单的制是需要加热硫化、压力保持时间品；注射模结构复杂，适用于精长、制品有收缩变形常用的橡密制品；挤出模用于生产长条形胶成型方法包括压制成型、注射制品根据开模方式，又可分为成型、挤出成型和压延成型等平面分型模、侧向分型模和复合分型模模具设计参数与注意事项橡胶模具设计的关键参数包括硫化温度（通常为）、硫化压140-180℃力（）、硫化时间（与胶料配方和制品厚度有关）设计中需特5-20MPa别注意模具排气、温度控制和脱模问题，以及考虑橡胶材料的收缩率（一般为）和流动特性

0.5%-3%橡胶模具结构设计分型面设计确定合理的分型面位置与形式型腔设计根据产品特性和收缩率确定型腔尺寸加热与保温系统设计均匀合理的加热回路和保温结构排气设计确保气体和多余胶料有效排出橡胶模具分型面设计需考虑产品结构、脱模方向和胶料流动特性一般选择在产品最大轮廓处或对称面上设置分型面，避开重要的密封面和精度要求高的部位对于复杂产品，可能需要设计多个分型面或采用活动镶件型腔设计时需考虑橡胶的收缩特性，根据不同橡胶材料的收缩率（天然橡胶

1.5-

2.5%，硅橡胶2-

3.5%，丁苯橡胶

0.5-

1.5%）确定型腔尺寸进胶系统设计应确保胶料流动顺畅，减少胶料焦烧和硫化不均问题排气系统通常采用排气槽（深度

0.02-

0.05mm）或排气钉，确保型腔内气体能够有效排出橡胶模具应用实例汽车密封条模具特点模具结构与技术要点汽车密封条是典型的复杂橡胶制品，要求具有良好的密封性、耐模具采用组合式结构，包括前模、后模和芯模型腔表面镀硬铬候性和长期使用稳定性密封条截面形状复杂，通常包含金属骨处理，提高耐磨性和脱模性能截面形状复杂部位采用可拆卸镶架和多种硬度的橡胶复合结构件设计，便于维护和更换加热系统采用电加热管与蒸汽加热相结合的方式，确保温度分布均匀本案例的密封条模具采用了挤出与硫化相结合的工艺，模具类型为微波硫化连续模具密封条材料采用橡胶，硫化温度控技术要点包括型腔表面粗糙度控制在以下；排气槽EPDM Ra

0.4μm制在，硫化时间根据截面厚度设计为分钟深度控制在左右；考虑橡胶收缩率设计型腔尺165±5℃3-

50.03mm

1.8%寸；金属骨架定位精度控制在以内；型腔分型面间隙控±

0.1mm制在，防止胶料溢出

0.01-

0.02mm模具标准件系统国内外标准体系选用原则中国模具标准系列，国际有JB/ZQ4000考虑匹配性、互换性、经济性，注重系列、、等标准，覆盖模架、导ISO DINHASCO化、标准化和通用性，选择质量可靠的品牌向件等主要标准件非标准件设计模架系统、导向系统、顶出系统、浇注系特殊功能需求时需设计非标件，注重与标准统、温控件、模具弹簧等，已形成完整产品件接口一致性，确保制造和装配便利性系列模具设计软件应用软件软件软件UG NXCATIA Pro-E/Creo是业界领先的模具设计软件之一，在曲面造型和复杂结构设计方面表提供了直观的模具设计环境，UG NXCATIA Pro-E/Creo具有强大的曲面处理能力和专业的模具设现卓越，其模具设计模块提供了全面的分其特点是参数化和关联性强，模型修改后计模块其模块提供了从产型、型芯抽出和模具结构设计功能相关模具结构可自动更新MoldWizard Expert品设计到模具设计的完整解决方案，包括具有优秀的知识工程能力，可以将模块提供了标准模CATIA MoldbaseExtension分型面自动生成、浇注系统设计、冷却系设计经验转化为知识模板，提高设计效架库和模具组件库，大大简化了模架设计统布局等功能的优势在于参数化设计率在汽车和航空行业的模具设计中应用过程其模流分析接口便于与软件交UG CAE能力强，与系统集成度高广泛互，实现设计优化CAM模具技术应用CAE模具制造工艺流程设计与规划阶段接收模具设计图纸，进行工艺分析，编制工艺路线，确定加工方法，选择设备和工装，制定质量控制计划关键是合理安排各零毛坯制备阶段件的加工顺序和装配顺序，确保制造精度根据工艺要求，选择合适的模具材料，进行锯切、粗加工和预热处理对于重要零件，需进行材料成分分析和超声波探伤，确保精密加工阶段材料质量毛坯预留加工余量一般为3-5mm采用加工中心、电火花加工、线切割和精密磨削等方法进行CNC精密加工型腔加工通常采用先粗后精策略，粗加工留

0.2-热处理阶段余量，精加工确保尺寸精度和表面质量

0.5mm根据模具零件的要求，进行淬火、回火等热处理热处理工艺参数需精确控制，避免变形和开裂重要零件采用真空热处理，降装配调试阶段低氧化和脱碳热处理后的硬度和组织需进行检测按装配工艺要求进行模具装配，调整间隙和配合，进行试模和修模装配过程中需检查各部件的尺寸、形位公差和表面质量，确保装配质量试模后根据产品质量进行必要的修模调整模具加工技术精密机械加工技术现代模具加工主要依靠高精度CNC加工中心，包括3轴、4轴和5轴加工中心5轴加工中心能实现复杂曲面的一次装夹加工，提高了加工效率和精度高速加工技术采用2-5倍于常规速度的进给率和高主轴转速，大大缩短了模具加工周期电火花加工与线切割电火花加工适用于加工硬材料和复杂型腔，精度可达±

0.005mm，表面粗糙度Ra

0.2μm现代电火花加工设备采用高频脉冲电源和智能控制系统，可实现无人值守加工线切割加工用于复杂截面和小内角，慢走丝线切割可获得极高的表面质量和尺寸精度高速铣削与精密磨削高速铣削通常指主轴转速超过15000rpm的加工方式，采用小切深、小进给、多刀路策略，可直接加工淬硬钢，减少了电火花加工需求精密磨削技术包括平面磨、型面磨和坐标磨，主要用于获得高精度平面和精密尺寸，表面粗糙度可达Ra

0.1μm以下模具热处理工艺模具表面处理技术处理方法适用材料处理层厚度硬度主要特性应用场合氮化处理合金钢、模具

0.1-

0.8mm HV900-1200耐磨、耐蚀、冲压模、压铸钢耐疲劳模碳氮共渗低碳钢、合金

0.3-

0.6mm HV700-900高耐磨性，韧塑料模具导向钢性好件PVD涂层各类模具钢2-5μm HV2000-超高硬度，低精密冲压模，3000摩擦系数高速切削CVD涂层耐高温钢5-10μm HV1800-结合力强，耐热锻模，高温2500高温应用硬铬电镀各类钢材10-50μm HV850-1100良好耐磨性，塑料模具型腔装饰性好PVD物理气相沉积涂层技术在模具表面处理中应用广泛，常见的PVD涂层包括TiN金色、TiCN灰蓝色、TiAlN紫色等PVD涂层具有硬度高、摩擦系数低、化学稳定性好等特点，可显著提高模具耐磨性和使用寿命，特别适用于精密冲压模具和高速切削工具表面处理对模具寿命的影响显著，适当的表面处理可将模具寿命提高2-10倍选择表面处理方法需考虑模具工作条件、基体材料特性、加工后处理难度等因素现代模具表面处理趋向于复合处理技术，如先氮化后PVD涂层，结合不同表面处理方法的优点，获得更优异的综合性能模具装配与调试模具装配前准备装配前需检查各零件尺寸精度和表面质量，确认热处理状态和硬度，清洗去除加工油污和铁屑准备装配工具、测量仪器、润滑剂和防锈剂等辅助材料装配环境要求整洁，温度控制在，避免灰尘污染20±2℃模具装配工艺流程装配按照先内后外，先固定后活动的原则进行首先装配模架和导向系统，确保导向精度；然后安装型腔型芯，调整分型面间隙；最后装配辅助机构如顶出、冷却、抽芯等系统装配过程中需逐步检测配合精度，关键部位采用蓝丹检查接触情况模具调试与问题处理调试前，先进行手动操作检查各机构动作是否正常；然后在压机上进行空运转试验，检查导向和机构配合；最后进行试模生产，分析产品质量，发现问题并修模调整常见问题包括分型面漏胶、顶出不顺、模温不均、型腔充填不足等，需根据问题表现有针对性地调整解决模具维护与管理模具使用与保养规范模具维修技术与方法模具寿命评估与预测模具使用前需预热到适当温度，避免冷常见模具故障包括磨损、崩裂、变形和模具寿命评估基于产品数量、使用周期启动；使用过程中严格控制工艺参数，腐蚀等修复方法包括精密焊接，适和磨损状况寿命预测方法包括统计避免超负荷运行；停机时需清洁模具表用于裂纹和局部缺陷；电火花堆焊，适分析法，基于历史数据预测；磨损量测面，喷涂防锈剂，密封包装存放定期用于型腔磨损；镶嵌法，更换严重损坏量法，通过关键部位磨损量推算；应力维护包括清洁导向系统、润滑活动部件、部位；机械加工修整，调整尺寸和配合分析法，基于疲劳累积理论计算建立检查紧固件、更换易损件等对不同类间隙模具维修应遵循原始设计意图，模具寿命数据库，为新模具设计提供参型模具制定专门的维护保养卡片，记录保持原有精度和性能特性考，优化材料选择和结构设计，延长模维护历史具使用寿命模具成本分析与控制模具设计标准与规范国际模具标准体系ISO、DIN、JIS等国际标准规范了模具设计的基本要求和技术参数，涵盖尺寸、公差、材料、热处理等方面如ISO12165规定了模具通用技术要求，DIN16750系列规范了注塑模具尺寸国际标准为全球模具产业提供了共同的技术语言，促进行业交流与合作中国模具标准体系中国模具标准包括国家标准（GB/T）和行业标准（JB/T）两个层次如GB/T14486《模具术语》统一了模具技术术语，JB/T5129《冷冲模设计规范》、JB/T8252《塑料模设计规范》等规范了各类模具设计中国模具标准逐步与国际标准接轨，但同时保留了具有中国特色的技术要求企业模具设计规范企业级模具设计规范是在国家标准基础上，结合企业自身特点制定的更详细的技术文件包括模具设计手册、工艺规范、质量标准等企业规范通常包含标准化设计方案库、常用结构技术要点和经验教训总结等内容，是企业技术积累的重要体现模具新技术发展趋势打印技术应用智能模具技术绿色环保模具技术3D打印技术（增材制造）在模具制造中的智能模具是集成了传感器、通信、控制等功绿色环保模具技术注重降低能耗、减少材料3D应用日益广泛，特别是金属打印技术能的新一代模具系统通过嵌入式传感器实浪费和环境污染包括干式加工技术，减少3D它可以制造传统方法难以加工的复杂内部结时监测模具温度、压力、变形等参数，结合切削液使用；模块化设计，提高零部件重复构，如共形冷却水道、内部轻量化结构等大数据分析技术，实现模具工作状态可视化利用率；表面处理新技术，减少有害物质排打印模具的优势包括缩短制造周期、实和异常预警智能模具可自动调整工艺参数，放；自然冷却技术，降低能源消耗绿色模3D现结构优化、提高冷却效率，但成本较高，适应生产变化，提高产品质量稳定性，同时具设计理念贯穿模具全生命周期，符合可持表面质量和精度还需后处理积累宝贵的工艺数据续发展要求模具行业案例分析汽车模具代表了模具技术的最高水平以某豪华轿车车身侧围内板模具为例，该模具采用多工位级进工艺，解决了高强度钢板成形难题关键技术包括精确的工序排布，确保各工位变形量均衡；分析优化工艺参数，控制回弹变形；采用整体锻造模架，提高模具刚性；CAE表面涂层处理，延长模具寿命电子产品模具以某智能手机外壳为例，采用双色注塑工艺，实现了一次成型多材料组合模具设计创新点热流道系统设计，实现无痕注塑；微米级精度控制，满足产品内部结构要求；快速冷却系统设计，缩短生产周期；表面纹理技术，实现特殊触感效果家电产品模具则以大型化、轻量化和标准化为特点，重点解决大尺寸产品的变形控制问题课程总结与展望课程知识体系1掌握模具设计基础理论和专业知识实践应用能力2培养解决实际模具设计问题的技能创新与发展视野3了解行业前沿技术与未来发展方向本课程系统讲解了各类模具的设计原理、结构特点和设计方法，涵盖了冲压模具、注塑模具、压铸模具、锻造模具和橡胶模具等主要模具类型通过理论学习和案例分析，学生应掌握模具设计的基本流程和关键技术，了解模具材料、制造工艺和管理方法模具技术未来发展趋势包括数字化设计与智能制造深度融合；新材料、新工艺在模具领域广泛应用；模具标准化、模块化水平进一步提高；绿色环保和可持续发展理念日益重要希望同学们在学习基础知识的同时，保持对新技术的关注和学习热情，不断提升专业能力，为中国模具工业的发展贡献力量。