《模具结构设计要点》课件

模具结构设计要点欢迎参加模具结构设计要点专业技术培训本课程专为模具设计人员和制造工程师精心打造，旨在帮助学员系统掌握现代模具设计的核心技术和关键知识点模具作为工业生产的母工具，其设计水平直接决定了产品的质量、精度和生产效率本课程将深入剖析注塑模具、冲压模具等不同类型模具的结构设计要点，从理论到实践，帮助您提升模具设计能力通过理论讲解、案例分析和实际操作相结合的方式，我们将为您呈现一场专业、实用的技术盛宴让我们一起探索模具设计的精妙之处，掌握这门关键工艺技术课程概述了解模具的基本结构深入学习各类模具的基础构成要素，掌握模具各组成部分的功能与相互关系，为系统化设计奠定基础掌握模具设计的关键要点重点讲解模具设计过程中的核心技术要点，包括结构设计原则、计算方法和优化思路，提升设计效率学习不同类型模具的结构设计特点针对注塑模具、冲压模具等不同类型，分析其专有结构特点和设计要点，强化专业设计能力分析实际案例中的设计考量通过典型案例分析，学习一线设计师如何应对复杂产品需求，掌握实战设计经验和问题解决思路第一部分模具基础知识模具定义与分类模具在制造业中的重要性模具结构设计的基本原则深入理解模具的基本概念，掌握不同了解模具作为工业母工具的关键地位，学习模具设计中必须遵循的功能性、分类标准下的模具类型及其应用领域，认识模具技术与产品质量、生产效率经济性、可靠性和制造性原则，掌握建立系统认知框架之间的内在联系科学设计方法模具的定义与分类模具基本概念按成形工艺分类模具是工业生产中用来成形物品的工具，具有特定的刚性空腔形状通冲压模具用于金属板材的冲裁、弯曲、拉深等加工；注塑模具用于过对材料施加压力，使其成为所需形状的制品模具被誉为工业之母，塑料成型；压铸模具用于有色金属熔体压力成形；此外还有锻造模具、是现代工业生产中不可缺少的基础工艺装备粉末冶金模具、橡胶模具等多种类型按结构特点分类按精度要求分类单工位模具一次完成一个工序；多工位模具一次完成多个工序；连普通模具精度等级较低，适用于一般产品；精密模具精度要求高，续模具材料连续进给，依次完成多道工序；复合模具同时完成多种适用于精密零件；超精密模具精度极高，用于光学、电子等高端领域不同性质的工序精度等级的提升往往意味着制造难度和成本的提高模具在制造业中的重要性80%35%产品依赖模具影响制造成本全球80%以上的工业产品制造需依赖模具模具成本约占产品制造总成本的15-35%，技术，涵盖汽车、电子、家电、医疗等各而模具设计水平直接影响后续生产效率和大行业，模具已成为现代制造业不可或缺产品良率，成为控制产品成本的关键环节的关键工艺装备亿2000中国模具产值中国模具产业年产值已超过2000亿元人民币，是世界第一模具生产国和出口国，模具水平已成为衡量一个国家工业制造能力的重要标志模具结构设计的基本原则功能性原则确保模具能够满足产品成形的技术要求经济性原则合理降低制造和使用成本可靠性原则保证模具具有足够的使用寿命和稳定性制造性原则考虑加工工艺和装配便捷性模具设计必须首先满足功能性要求，确保能够生产出符合技术规格的产品同时，设计过程中需考虑经济性因素，避免过度设计，降低制造和使用成本可靠性是模具持续稳定生产的保证，要通过合理的结构设计和材料选择来实现制造性原则要求设计师充分考虑模具的加工工艺和装配便捷性，避免出现无法加工或装配困难的结构模具开发流程产品分析与可行性评估深入研究产品结构特点、成形难点及材料特性，评估模具制造可行性，确定模具类型和基本方案通常需要与产品设计部门紧密配合，确保产品设计的可制造性模具方案设计与评审制定模具总体方案，包括分型面确定、成形工艺规划、结构布局等关键决策方案设计完成后，组织专业技术人员进行评审，模具详细设计与计算确保方案的可行性和经济性进行具体的结构设计，包括各零部件的尺寸确定、材料选择、公差配合等，同时进行各种必要的强度、精度和工艺计算，形模具制造与装配成完整的设计文件按照设计图纸进行零部件加工、热处理、表面处理等工序，最后进行精密装配此阶段需严格控制制造精度，确保模具各部试模、修模与验收件之间的配合关系符合设计要求模具完成后进行试模测试，根据试模结果进行必要的调整和修改，最终达到产品质量要求并通过验收这个过程可能需要多次迭代优化，直到模具性能完全满足生产需求第二部分注塑模具结构设计浇注系统模板系统将熔融塑料导入型腔的通道系统模具的框架结构，提供支撑和定位成型系统赋予塑件形状和尺寸的核心部分冷却系统顶出系统控制模具温度，加速塑件冷却将成型后的塑件从模具中取出注塑模具是一种复杂的精密工装，由多个功能系统协同工作，共同完成塑料制品的成型过程了解各系统的功能和相互关系，是掌握注塑模具设计的基础本部分将系统讲解这五大系统的设计要点和关键技术，帮助学员建立完整的注塑模具结构设计知识体系注塑模具的基本结构定模部分动模部分导向与辅助系统定模是注塑模具中保持固定不动的一动模是注塑模具中随注塑机移动的一导向系统主要由导柱和导套组成，确部分，通常安装在注塑机的固定模板部分，主要包括动模板、型芯、顶出保动模和定模的精确对中，防止错位上主要包括固定板、型腔、浇口套、系统等动模部分通常形成产品的内冷却系统由冷却水路、接头等组成，定位环等组件定模部分需要承受注腔或凹槽特征，需要精确配合定模，用于控制模具温度限位、斜导柱、塑压力，要求具有良好的刚性和强度以确保产品尺寸精度抽芯等辅助结构则用于实现特殊功能需求动模中包含顶出机构，负责将成型后定模内通常布置有完整的冷却水路系的塑件从模具中推出对于复杂产品，这些系统的协调配合，是模具正常工统，用于控制型腔表面温度，确保塑可能还需设计抽芯、斜顶等特殊结构，作的保证设计时需要充分考虑各系件均匀冷却在设计时，需合理布置以实现内侧倒扣或复杂特征的成形与统之间的空间布局和功能协调，避免分型面位置，以便产品顺利脱模脱模相互干涉模板系统设计要点模板材料选择根据使用要求选择合适的钢材模板尺寸计算考虑产品尺寸和注塑力进行合理设计变形控制通过结构优化减少工作变形固定安装确保与注塑机可靠连接模板系统是注塑模具的骨架，为其他系统提供支撑和安装基础在材料选择上，常用P

20、H

13、S136等模具钢，需根据产品复杂度、生产批量和使用环境综合考虑模板尺寸计算需考虑产品尺寸、分型面位置、注塑压力和模具刚性等因素，避免过度设计造成浪费模板变形控制是保证产品精度的关键，可通过增加支撑柱、优化结构布局、调整板厚等方式减少工作变形模板安装与固定需考虑与注塑机的匹配性，确保安装牢固、定位准确，以防注塑过程中发生位移或松动设计中应遵循相关标准规范，确保模板系统的规范性和通用性浇注系统设计要点成型系统设计要点型腔与型芯设计表面处理脱模斜度型腔与型芯是决定产品外观和根据产品要求选择适当的表面正确设计脱模斜度（一般建议尺寸的核心部件，需考虑产品处理方法，如镜面抛光、蚀纹、

0.5°~2°）是保证产品顺利脱模结构特点、成形难度和脱模需氮化或PVD涂层等，提高模具的关键斜度大小取决于产品求进行精细设计对于复杂产耐磨性和产品表面质量高光深度、表面纹理和材料特性，品，可采用多部件组合方式，产品需采用镜面抛光，硬度要深腔或有纹理表面需增加斜度以简化加工和装配求HRC58以上收缩率补偿不同塑料材料具有不同的收缩率（PP约

1.5-2%，PC约

0.5-

0.7%），设计时需根据材料特性和产品结构进行精确补偿计算，确保最终产品尺寸符合要求顶出系统设计要点顶针布置与计算顶针是顶出系统的核心元件，其布置需遵循以下原则均匀分布以防止产品变形；避开产品外观重要区域；保证足够的顶出力；考虑产品结构特点选择合适的顶针类型（圆顶针、方顶针、管状顶针等）；计算顶针直径和长度，确保足够的强度和刚度顶板行程确定顶板行程必须确保产品完全脱离型芯，通常为产品深度加10-20mm的安全余量对于深腔产品，可能需要分段顶出或采用长行程结构顶板行程过大会增加循环时间，过小则可能导致产品无法完全脱模，设计时需权衡考虑特殊顶出装置设计对于复杂产品，常需设计特殊顶出装置边缘有倒扣的产品可采用斜顶机构；薄壁产品可使用推板均匀顶出；筋位较多的产品可采用骨架顶出；内腔产品可使用气动辅助顶出这些特殊结构需与模具整体设计协调配合复位机构设计顶出系统在完成顶出后需可靠复位，常用复位机构包括回位弹簧、回位销或气缸辅助复位等复位机构需确保顶出系统能精确回到原位，避免下一循环时顶针与型芯发生干涉或碰撞，导致模具损坏冷却系统设计要点设计参数推荐值影响因素冷却水道直径8-12mm模具尺寸、产品厚度水道间距3-5倍水道直径产品厚度、材料导热性距型腔距离10-15mm产品要求、模具强度水流速度

0.5-

1.5m/s冷却效率、水泵能力水温控制20-80℃塑料材料特性冷却系统设计的基本原则是尽可能均匀地控制模具温度，减少成型周期，提高生产效率冷却水路布局应遵循以下原则尽量靠近型腔型芯表面；保持均匀分布；避免与其他部件干涉；考虑加工可行性对于厚壁产品，应加强冷却以避免缩痕；对于薄壁产品，则需控制冷却速率防止变形冷却效率计算需考虑产品材料、厚度、模具材料和水流参数等因素通常可采用计算公式或借助CAE软件进行模拟分析冷却回路设计应控制单个回路长度不超过3-4米，避免过长导致温差过大温度监控点应设置在关键部位，如浇口区域、厚壁区域等，以便随时监测和调整冷却效果注塑模具导向系统设计导向系统的作用导柱和导套设计二次导向设计导向系统是确保模具开合过程中动模导柱和导套是模具的主要导向元件，对于精密模具，常采用二次导向结构和定模精确对准的关键系统良好的一般采用根导柱对称布置在模具四角，提高定位精度常见的二次导向包括4导向系统可防止模具错位，保证型腔确保开合稳定导柱材料通常选用斜导柱、定位销、锥形导向等结构，与型芯的精确配合，减少模具磨损，或，硬度要求，表它们在型腔型芯闭合前起导向作用，GCr1540Cr HRC58-62提高产品精度和模具寿命面精度要求高确保精确对中导向系统通常由主导向元件（导柱导导柱与导套的配合间隙通常为对于多型腔模具或复杂型面模具，二

0.01-套）和辅助导向结构（二次导向装置），既要确保顺畅运动，又要保次导向尤为重要合理的二次导向设

0.03mm组成，共同保证模具开合过程的稳定持足够的导向精度导柱长度应考虑计可大幅提高模具的对中精度，减少性和精确性模具开距和产品高度，一般比产品高因错位导致的损坏风险，延长模具使度多用寿命50-100mm注塑模具斜顶与抽芯机构斜顶与抽芯机构是解决产品侧面倒扣、内螺纹等特殊结构脱模问题的关键装置斜顶设计需计算倾斜角度（通常15-25°）、行程和顶出力，确保顺利脱模且不损伤产品液压抽芯机构利用外部油缸驱动，适用于大型模具和需要精确控制的场合齿轮齿条抽芯机构通过模具开合运动自动带动抽芯，结构紧凑但精度要求高斜导柱抽芯利用导柱倾斜设计，结构简单可靠，但运动轨迹固定复合抽芯机构则结合多种方式，适用于复杂产品的多方向抽芯需求选择合适的抽芯方式需综合考虑产品结构特点、精度要求和模具使用环境等因素注塑模具特殊结构内螺纹成型机构内螺纹成型是模具设计中的难点之一，常见的实现方式包括分型抽芯法、旋转抽芯法和螺旋顶出法旋转抽芯法需要专用的旋转机构，结构复杂但成型质量高；螺旋顶出法利用产品收缩原理，适用于小螺纹，结构相对简单热侧浇口设计热侧浇口系统通过保持浇口区域恒温，防止塑料凝固，实现无浇口柄成型该系统包括热流道板、热嘴、温控元件等部分，能显著提高生产效率和产品质量，但成本较高，适用于大批量生产和对外观要求严格的产品气辅注塑结构气辅注塑通过在注塑过程中注入高压气体，形成产品内部空腔结构，可减轻产品重量，避免厚壁收缩气辅模具需设计特殊的气体注入通道和控制系统，对模具密封性要求高，常用于手柄、管状等厚壁产品的生产叠层模结构叠层模将多套模具垂直叠放在一台注塑机上，可大幅提高生产效率叠层模结构复杂，需要解决多套模具的同步开合、顶出和温度控制问题，适用于小型产品的大批量生产，如医疗器械、包装容器等领域第三部分冲压模具结构设计冲裁模具弯曲模具用于板材的切断、冲孔等加工实现板材弯折成型级进模拉深模具一模多工序连续加工将平板材料加工成空心件冲压模具是金属板材成形加工的重要工具，根据加工工艺特点可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和级进模等多种类型冲压工艺具有高效率、低成本、易自动化等优势，在汽车、家电、电子等行业广泛应用本部分将系统介绍各类冲压模具的结构特点、设计要点和技术参数，帮助学员掌握冲压模具设计的核心技能从基本结构到复杂工艺，逐步深入，建立完整的冲压模具设计知识体系每种模具类型各有特点和应用场景，设计时需根据产品特性和生产要求选择合适的模具类型冲压模具的基本结构上模部分上模座安装在压力机滑块上，用于固定上模组件凸模实现冲裁、弯曲或成形的工作部件压料板防止材料起皱，提高加工精度导向元件确保上下模精确对中下模部分下模座安装在压力机工作台上，支撑下模组件凹模与凸模配合完成工件加工卸料板辅助工件与模具分离支撑和定位元件确保模具稳定工作辅助系统导向系统导柱导套，保证上下模准确对中限位系统防止上下模碰撞，保护模具废料处理系统自动排出和收集废料安全装置防止误操作导致人身和设备损伤冲裁模具设计要点冲裁间隙设计冲裁间隙是凸模工作部分与凹模工作部分之间的距离，对冲裁质量和模具寿命有决定性影响合理的间隙（通常为板厚的5-10%，约

0.05-

0.1mm）可使断裂线平滑连接，减少毛刺，降低冲裁力间隙过小会增加模具磨损，间隙过大则会产生过大毛刺模具刃口设计刃口设计关系到冲裁质量和模具寿命凸模刃口通常设计为平面或略带倒角（约

0.1-

0.2mm×45°），凹模刃口可设计成平面、斜面或圆角对精密冲裁，需考虑刃口的几何形状、硬度和表面粗糙度，以获得高质量的冲裁效果材料与热处理冲裁模具工作部分常用CR

12、SKD11等高碳高铬冷作模具钢，要求硬度达到HRC58-62合理的热处理工艺（如分段淬火、深冷处理）可提高刃口耐磨性和韧性，延长模具寿命对于大批量生产，可考虑表面处理如PVD涂层以进一步提高耐磨性冲裁力与压力中心冲裁力计算是模具设计的基础，一般采用公式F=L×s×τb（L为冲裁周长，s为板厚，τb为材料剪切强度）准确计算冲裁力可合理选择压力机吨位，避免过载压力中心确定则保证冲压力均匀分布，防止偏载导致模具损坏或产品质量问题冲裁模具刃口尺寸计算设计基本概念分开加工法计算配合加工法与实际应用冲裁模具刃口尺寸设计是影响冲件精分开加工法是最常用的计算方法，适配合加工法适用于高精度要求的冲裁度的关键因素刃口尺寸包括凸模尺用于中低精度要求的冲裁模具其基模具，其特点是先加工一副模具（凸寸和凹模尺寸，两者之间的差值为冲本原理是模或凹模），然后以此为基础配合加裁间隙不同的计算方法适用于不同工另一副模具这种方法可获得更精冲孔时凸模尺寸产品尺寸公差，•=-的精度要求和生产条件设计时需考确的间隙控制，提高冲裁质量，但制凹模尺寸凸模尺寸间隙=+2×虑材料特性、厚度、冲裁形状复杂度造成本较高落料时凹模尺寸产品尺寸公差，等因素•=+在实际应用中，还需考虑补偿系数，凸模尺寸凹模尺寸间隙=-2×如模具磨损、热处理变形等因素的影这种方法简单实用，但精度受间隙影响通常需结合经验值和计算值，综响较大，一般应用于普通冲裁模具合确定最终刃口尺寸弯曲模具设计要点回弹现象与补偿弯曲成形后，由于材料弹性恢复，工件会产生回弹现象，导致实际弯曲角度小于模具角度回弹量与材料性质、板厚、弯曲半径等因素有关补偿方法包括过弯补偿法（模具角度设计比产品要求小5-10°）、压缩补偿法（在弯曲区增加压缩变形）和校形工序法（增加修正工序）弯曲力计算弯曲力直接影响压力机选择和模具强度设计弯曲力计算公式为F=b×s²×σb/6×W，其中b为弯曲宽度，s为板厚，σb为材料抗拉强度，W为模具宽度实际设计中，需考虑摩擦系数和安全系数，通常取计算值的

1.2-

1.5倍作为设计值弯曲半径设计弯曲半径过小会导致材料外侧拉伸过度而开裂最小弯曲半径与材料厚度和性质有关，一般原则是R≥

0.5t（t为板厚）对于硬度高、延展性差的材料，需增大弯曲半径弯曲半径也影响回弹量，半径越小，塑性变形比例越大，回弹量越小压料系统设计压料系统的作用是固定材料，防止在弯曲过程中发生位移压料力一般为弯曲力的30-50%，可通过弹簧、气缸或液压系统实现压料板表面应平整光滑，避免划伤工件对于复杂弯曲件，压料系统设计尤为重要，需考虑多点压紧和压力均匀分布弯曲成形加工理论中性层理论弯曲过程中不变形的参考面1应力分布规律外侧受拉内侧受压的梯度分布展开长度计算基于中性层位置的精确计算失效预防措施防止开裂、起皱的设计策略弯曲成形是板材加工中最常见的工艺之一，其理论基础是金属塑性变形学当板材弯曲时，外侧材料受到拉应力，内侧受到压应力，在板厚方向形成应力梯度中性层是板材中不受拉也不受压的理想面，其位置约在板厚的

0.3-

0.5处（受弯曲半径影响）板材最小弯曲半径取决于材料的延伸率，计算公式为Rmin=s/2ε，其中s为板厚，ε为材料延伸率弯曲过程中要防止两种主要失效外侧拉伸过度导致开裂和内侧压缩过度导致起皱弯曲件展开长度计算是模具设计的基础，需考虑中性层长度和补偿系数，公式为L=πR+k·sα/180°，其中k为中性层系数（通常取

0.3-

0.5）弯曲模具结构设计实例形局部压缩弯曲法多次弯曲成形工艺微调工位设计R这种方法在弯曲区域施加局部压缩变形，对于复杂形状的弯曲件，往往需要采用在精密弯曲模具中，常设置专门的微调通过增加塑性变形比例来减少回弹模多次弯曲成形工艺，将复杂弯曲分解为工位，用于修正前道工序产生的误差和具上凸模和凹模的配合间隙略小于板材多个简单弯曲步骤这种工艺可降低单回弹微调工位通常采用可调节的凸模厚度，使弯曲区材料产生一定压缩，有次弯曲的难度，减少材料流动不均匀导或凹模，通过精确控制行程或压力，实效控制回弹，适用于对精度要求较高的致的缺陷，但需考虑各步骤的位置基准现弯曲角度的精确调整，保证最终产品小半径弯曲和累积误差问题的尺寸精度拉深模具设计要点连续模具设计要点展开尺寸计算工步排列设计连接筋设计准确计算弯曲件的展开尺寸是合理的工步排列是连续模设计连接筋是保持工件在带料中位连续模设计的基础需考虑中的核心工序间距通常为材料置的关键元素，其宽度通常为性层位置、补偿系数和材料特厚度的

2.5-3倍，需考虑每道工材料厚度的

1.5-2倍，位置应考性，避免累积误差常用计算序的加工特点、力的平衡和材虑工件重心和受力情况合理公式结合经验值和试模修正，料流动规律，避免相邻工序干的连接筋设计可防止工件在模确保最终展开尺寸的准确性涉工步布置应遵循由简到繁、具中偏移，保证加工精度由粗到精的原则废料处理系统有效的废料处理是保证连续模稳定运行的重要环节常用方法包括废料切断装置、废料导向槽和自动排废系统合理设计可防止废料堆积和缠绕，避免对模具和产品造成损伤连续模具展开设计展开计算理论基础板材弯曲时，外侧材料被拉长，内侧材料被压缩，在一定深度处存在不变长度的中性层展开计算就是基于中性层长度，结合材料特性和工艺要求，确定弯曲前板材的平展尺寸精确的展开计算是保证连续模加工精度的前提，也是工步排列的基础数据中性层系数确定中性层位置由中性层系数k表示，其值受弯曲半径与板厚比值R/s的影响当R/s≤2时，k≈

0.33；当2弯曲补偿计算弯曲段展开长度计算公式为L=πR+k·sα/180°，其中R为弯曲内半径，s为板厚，k为中性层系数，α为弯曲角度度对于复杂形状，需将其分解为直线段和弯曲段分别计算，然后求和得到总展开长度计算结果应结合经验值和试模数据进行修正展开设计实例分析以U形件为例，展开长度=两侧直边长度+中间平底长度+两段弯曲展开长度-模具压缩补偿量计算时需注意各段尺寸基准的统一，避免重复计算或遗漏实际应用中，初始计算值往往需经过试模验证和修正，形成最终的工艺参数多工位级进模设计工序分解根据产品复杂度和精度要求，将整个成形过程分解为一系列基本工序，如冲孔、切断、弯曲、成形等工序划分应合理，既要确保每道工序技术可行，又要尽量减少工位数量以降低模具成本导向定位采用导向销与导向孔配合的方式，确保带料在模具中的精确定位，防止错位和窜料导向孔通常在第一工位冲出，其精度直接影响后续工序的加工质量对于精密件，可采用二次导向结构提高定位精度防错设计通过传感器监测、机械阻挡或特殊导向结构等方式，防止材料误送、反装或跳格有效的防错设计可避免模具损坏和废品产生，提高生产效率和安全性，是高速冲压不可或缺的保障措施废料处理设计合理的废料排出通道和气动辅助排废系统，确保冲裁后的废料能迅速离开工作区域，避免堆积和二次进入模具对于小碎料，可采用压缩空气吹气装置辅助排出，保证模具稳定工作大型覆盖件模具设计级6-82-4m加工工序模具尺寸大型覆盖件通常需要6-8道工序才能完成，包括拉延、修汽车覆盖件模具尺寸巨大，长度通常在2-4米范围，重量边、冲孔、翻边、整形等，每道工序都需单独设计专用可达数十吨，需要特殊的制造和装配工艺，以及大型压模具，形成完整的工艺链力机配合使用±

0.5mm精度要求尽管尺寸庞大，覆盖件模具仍需保持很高的精度，关键尺寸公差通常控制在±

0.5mm以内，以确保车身装配精度和外观质量大型覆盖件模具设计是冲压模具领域的高端技术，主要应用于汽车、航空等行业这类模具加工的板材通常经历复杂的应力应变变化，需要通过精确的模拟分析优化成形工艺，预测可能出现的起皱、回弹和开裂问题模具材料多采用高级模具钢如CR

12、S136等，并进行严格的热处理和表面硬化处理，以应对高强度板材成形和大批量生产的要求大型模具通常采用分段制造、整体装配的方式，各部分之间的拼接精度和稳定性至关重要精度控制主要通过精密测量和数字化调整技术实现，确保最终产品符合严格的装配和外观要求第四部分模具材料与热处理模具材料分类了解各类模具材料的化学成分、物理性能和应用特点，为选材提供基础知识常见模具材料包括碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢和特种模具钢等2材料选择原则掌握不同模具部件的材料选择标准，考虑工作条件、使用寿命和经济性等因素工作部件和结构部件对材料要求有明显差异，需区别对待热处理工艺学习模具常用热处理方法，包括退火、正火、淬火和回火等工艺，了解各种处理方法对材料性能的影响及应用场景4表面处理技术掌握现代模具表面处理技术，如PVD、CVD涂层和离子注入等，了解这些技术对提高模具耐磨性、抗腐蚀性和使用寿命的作用常用模具材料分类材料类型典型牌号主要特点适用范围碳素工具钢T8A、T10A价格低廉，淬硬性好小批量、低负荷模具合金工具钢Cr12MoV、9CrSi耐磨性好，尺寸稳定性高冲裁模、冷挤压模高速工具钢W18Cr4V、M2红硬性好，韧性高热锻模、挤压模模具专用钢P

20、H

13、S136综合性能优良，易加工注塑模、压铸模特种材料硬质合金、陶瓷超高硬度，耐磨性极佳精密模具关键部位模具材料的选择直接影响模具的性能、寿命和制造成本碳素工具钢含碳量高（

0.7-

1.3%），硬度可达HRC60以上，但韧性较差，主要用于小型、简单模具合金工具钢添加了Cr、Mo、V等合金元素，提高了淬透性和耐磨性，广泛应用于冲裁模具高速工具钢含有高比例的W、Mo、Cr、V等元素，具有优异的红硬性和耐磨性，适用于高温工作条件模具专用钢如P

20、H13等针对特定模具类型研发，综合性能优良，是现代模具的主要用材硬质合金和陶瓷材料虽价格昂贵，但在特殊场合（如精密冲裁、长寿命模具）具有不可替代的优势模具零件材料选择原则导向部件确保模具精确运动的部件，如导结构部件传动部件柱、导套等要求高精度、良好提供支撑和固定的部件，如模板、耐磨性和表面光洁度，常选用传递动力和运动的部件，如凸轮、模架等要求具备足够强度、良GCr

15、40Cr等轴承钢或合金工具连杆等要求高强度、良好韧性好刚性和较高加工性，常选用45钢，硬度要求HRC58-62和疲劳特性，常选用40Cr、工作部件钢、P20等中碳钢或预硬钢，硬42CrMo等合金结构钢，经调质处特殊部件直接与产品接触，承受加工力的度通常在HRC30-40之间理后硬度在HRC32-40之间部件，如凸模、凹模、型芯、型具有特殊功能要求的部件，如弹腔等要求高硬度HRC58-

62、性元件、耐热部件等根据具体良好耐磨性和足够韧性，常选用需求选择专用材料，如弹簧钢、Cr12MoV、SKD

11、S136等高性能高温合金或非金属材料，满足特钢材定工作条件下的性能要求模具热处理工艺表面硬化处理淬火与回火对于需要表面硬度高而内部保持韧性的正火与预硬化淬火是提高钢材硬度和耐磨性的关键工模具部件，常采用表面硬化处理常用退火正火是加热钢材至Ac3上方30-50℃后空序，将钢材加热至奥氏体化温度（通常方法包括渗碳（在850-950℃碳势环境中退火是模具制造中的预处理工艺，目的冷的热处理方式，目的是细化晶粒、均850-1100℃，视材料而定）后快速冷却，保温，使表面层含碳量增加）、渗氮是消除内应力、细化组织、降低硬度，匀组织、提高强韧性对于一些结构部使奥氏体转变为马氏体冷却介质包括（在500-570℃氮势环境中保温，形成氮便于后续机械加工常用退火方式包括件如模板，可采用正火或预硬化处理水、油、盐浴或气体，选择取决于材料化物硬化层）和感应淬火（利用电磁感完全退火（加热至Ac3上方30-50℃保温（硬度控制在HRC28-36），避免后期变特性和工件尺寸淬火后的钢材硬度高应快速加热表面后淬火）这些方法可后缓慢冷却）和应力消除退火（加热至形，直接使用预硬钢如P

20、718H等但脆性大，需通过回火处理减少内应力，使表面硬度达到HRC60-65以上，同时保550-650℃保温后炉冷）对于合金工具经过熔炼厂预硬化处理，可省去用户热提高韧性回火温度选择（150-650℃）持良好的内部韧性钢，还常采用球化退火获得球状珠光体处理工序，提高加工效率直接影响最终硬度和韧性平衡组织，提高加工性能模具表面处理技术物理气相沉积（）化学气相沉积（）特种表面处理技术PVD CVD是在真空环境下，通过物理方法使靶是利用气态前驱体在高温下发生化学离子注入是将高能离子（如、等）直PVD CVDCr N材原子或分子沉积在模具表面形成薄膜反应，在模具表面形成固态涂层的技术接注入模具表面层，形成纳米级改性层的技术常见涂层包括（金黄色，典型涂层有（硬度）、的技术处理温度低（℃），不改PVD TiNCVD TiC3200HV TiN200硬度）、（灰蓝色，硬度和等，涂层厚度为工变模具尺寸，但强化层极薄，主要用于2300HV TiCNAl₂O₃5-10μm CVD）和（紫红色，耐高温）等艺温度较高（℃），需要模具材精密模具激光表面处理利用高能激光3000HV TiAlN900-1050涂层厚度通常为，具有高硬度、料有足够的回火稳定性，处理后需要再束快速熔化和凝固表面层，形成细化组PVD2-5μm低摩擦系数和良好的附着力，处理温度次热处理，主要应用于硬质合金刀具和织或硬化层，可实现局部强化，广泛用较低（℃），不会引起模具变形特殊模具于大型模具的局部耐磨性提升400-500相比，涂层附着力更好、厚度更电火花表面强化通过电火花放电在模具PVD CVD工艺主要包括蒸发沉积、溅射沉积和均匀，但处理温度高易导致模具变形，表面形成硬质合金层，工艺简单，但表PVD离子镀三种方式，适用于精密模具工作应用受到一定限制面粗糙度较高，需要后续精加工，适用部件表面处理，可显著提高耐磨性和使于修复和局部强化用寿命第五部分模具标准件应用模架标准件系列导向标准件选用顶出标准件应用模架是模具的骨架，标准化模架导向系统确保模具的精确运动，顶出系统用于将产品从模具中顺可大幅降低设计和制造周期了包括导柱、导套、导向组件等利取出，包括顶针、顶板、复位解国内外标准模架系统的特点和学习不同类型导向件的特点和应机构等掌握顶出系统的设计要选用方法，掌握正确的模架装配用场景，正确选择配合间隙和安点和常见问题解决方法技术装方式冷却标准件系统气动与液压标准件冷却系统控制模具温度，影响产品质量和生产效率气缸、油缸等执行元件用于实现模具中的特殊动作了解各类冷却接头、密封元件的特点和选用原则，设学习气液动元件的选型、计算和系统设计方法，确保计高效冷却回路模具功能的可靠实现模架标准件系列国内标准模架系统国际标准模架系统模架选择与装配中国模具工业协会制定的标准规定国际知名模架系统包括德国、美国模架选择需考虑产品尺寸、模具结构、设备JB/T5129HASCO了模架的系列尺寸和形式国产标准模架具、日本等这些系统具有精度高、参数和精度要求等因素尺寸选择遵循内DME MISUMI有价格低、供应快捷的优势，种类齐全，适互换性好、标准化程度高的特点，但价格较小外大原则，即在满足内部结构需求的前应国内模具生产需求，广泛应用于普通精度高，交货周期较长不同系统有各自的尺寸提下，模架尺寸尽量小，以节省材料和加工要求的模具近年来，国产高端模架质量显规格和编号方式，如采用字母加数字成本装配中应注意导向件安装顺序、对中HASCO著提升，逐渐缩小与进口模架的差距的编码方式（如标准模架、配件等），设精度和紧固力矩控制，确保各部件间精确配K Z计时需注意系统的一致性合，避免强行组装导致变形导向标准件选用顶出标准件应用顶出标准件是模具设计中不可或缺的组成部分，正确选择和应用这些标准件对确保产品顺利脱模至关重要标准顶针按形状可分为圆顶针、扁顶针、斜顶针、管状顶针等；按材质可分为碳钢顶针、合金钢顶针和陶瓷顶针选择顶针类型应考虑产品结构特点、脱模难度和表面质量要求，例如对于薄壁产品宜选用扁顶针，避免局部变形；管状顶针适用于顶出筋位和圆柱外壁顶板组件通常包括上、下顶板和支撑柱，标准化程度高，可直接选用设计时应确保顶板强度和刚度足够，防止工作变形推杆和复位弹簧用于连接顶出机构和注塑机顶出系统，应根据顶出力和行程选择合适规格脱模角度与顶针位置关系密切，一般建议产品脱模角度不小于

0.5°，顶针布置应避开零脱模角区域，防止产品粘模或顶针弯曲常见顶出问题包括顶针弯曲、折断、顶痕和卡顶等，可通过优化布局、调整顶出力和改进冷却系统等方式解决冷却标准件系统冷却接头类型与选择冷却接头是连接模具内部水路和外部冷却系统的标准件，常见类型包括直通接头、弯通接头、快速接头等选择接头时应考虑安装空间、流量需求和操作便捷性直通接头结构简单，但需要足够的外部空间；弯通接头适用于空间受限场合；快速接头便于模具装拆，但密封性要求高接头规格通常按连接管径标注，常用规格为Φ

6、Φ

8、Φ10等冷却管路布置原则合理的冷却管路布置是保证模具冷却效率的关键管路布置应遵循以下原则水路尽量靠近型腔型芯；避免与其他结构干涉；确保水路连续、畅通；控制单回路长度；便于加工和维护对于复杂型腔，可采用多回路分区冷却，确保温度均匀管路直径一般选择8-12mm，过小会限制流量，过大会影响模具强度密封元件应用密封元件用于防止冷却液泄漏，保证冷却系统可靠工作常用密封件包括O型圈、铜垫圈、密封塞等O型圈用于动态或静态密封，材料通常为氟橡胶或硅橡胶，耐温性好；铜垫圈用于接头与模具间的密封；密封塞用于封堵加工通孔密封元件选择需考虑工作温度、压力和冷却介质类型，安装时应确保位置正确、无变形或损伤温度控制组件温度控制组件用于监测和调节模具温度，包括温度传感器、热电偶、温控阀等温度传感器应安装在关键部位，如浇口区、厚壁区等，实时监控温度变化对于要求严格的精密模具，可采用模温机进行精确温控，维持恒定的模具工作温度冷却系统维护包括定期清洗水垢、检查密封性、更换磨损部件等，是保证模具长期稳定工作的重要环节气动与液压标准件气缸与油缸的选择气缸和油缸是模具中实现特殊动作的执行元件，如抽芯、侧向顶出等气缸响应速度快，结构简单，但力小且不稳定，适用于轻负荷、高速场合；油缸力大且稳定，适用于重负荷场合，但速度较慢、成本高选择时需计算所需推力F=P×A（P为工作压力，A为活塞面积），并留有30-50%的安全余量标准气缸按安装方式可分为普通型、迷你型、薄型、无杆型等，根据模具空间和功能需求选择气动控制系统气动控制系统包括气源、处理组件、控制阀和执行元件等气源压力一般为

0.4-

0.7MPa，需通过过滤、调压和润滑处理控制阀选择依据气缸数量和动作要求，常用的有二位三通阀、二位五通阀等对于复杂动作序列，可采用PLC控制或气动顺序阀实现气动系统设计要点包括合理布置气路，减少压力损失；选择适当管径，确保流量充足；考虑排气消音，降低噪声液压系统设计液压系统具有输出力大、动作平稳的特点，适用于大吨位模具中的强力执行机构系统通常包括液压站、控制阀组和执行元件设计要点包括确定系统工作压力（通常7-21MPa）；选择合适流量，保证动作速度；考虑热平衡，防止油温过高；设置安全保护装置，防止过压和异常液压油选择应考虑工作温度范围和清洁度要求，定期检查和更换气液联动与安装布置对于既需要高速又需要大力的场合，可采用气液联动系统如气液增压缸，利用气动控制液压输出，兼具两者优点气动和液压元件在模具中的安装布置需考虑空间限制、管路布置和维护便捷性管路布置原则是尽量短直，减少弯曲和接头；避免摩擦和干涉；考虑热膨胀；便于检修所有管路连接必须牢固可靠，防止工作中松动或泄漏第六部分模具设计计算与验证成形力计算掌握不同成形工艺的力计算方法，为设备选择和模具强度设计提供依据包括冲裁力、弯曲力、拉深力和注塑压力等计算公式与实际应用模具寿命评估了解影响模具寿命的关键因素，掌握工作部件寿命预测方法和提升策略模具寿命评估是成本控制和生产规划的重要依据强度校核与优化学习模具关键部件的强度计算方法和校核标准，掌握结构优化技术，确保模具在使用过程中的安全可靠精度分析掌握模具精度影响因素分析方法，了解制造精度、装配精度与产品精度的关系，制定有效的精度保证措施分析应用CAE了解现代CAE技术在模具设计中的应用，包括有限元分析、模流分析、成形模拟等，提高设计效率和可靠性成形力计算方法成形类型计算公式参数说明安全系数冲裁力F=L×s×τb L-周长，s-厚度，τb-剪

1.2-

1.3切强度弯曲力F=b×s²×σb/6×W b-宽度，s-厚度，σb-

1.3-

1.5抗拉强度，W-模宽拉深力F=π×d×s×σb×k d-直径，s-厚度，σb-

1.5-

1.8抗拉强度，k-系数注塑压力F=A×P A-投影面积，P-注射压

1.1-

1.2力25-100MPa成形力计算是模具设计的基础工作，直接关系到设备选型和模具安全性冲裁力计算中，剪切强度τb取值约为材料抗拉强度的

0.8倍，对于复杂形状，应考虑同时加工工位数和不均匀系数弯曲力计算时，模宽W一般取材料宽度加2-3倍材料厚度，考虑摩擦影响时可乘以

1.2-

1.5的系数拉深力计算中，系数k与拉深比有关，一般取

0.6-

0.8注塑模具锁模力计算基于塑料充填时的压力和产品投影面积，通常每1cm²投影面积需要2-10kN锁模力，视塑料种类和产品结构而定实际应用中，应根据经验数据和安全系数对理论计算结果进行修正，确保设备选型合理，模具工作安全可靠模具寿命评估影响寿命的因素失效机理分析材料选择、热处理工艺和使用条件磨损、疲劳、断裂和变形寿命提升策略寿命预测方法4结构优化、材料改进和表面处理理论计算与经验估算相结合模具寿命是评估模具经济性的关键指标，指模具从开始使用到不能满足产品质量要求的生产次数影响模具寿命的主要因素包括材料选择与热处理（硬度、韧性平衡）；结构设计（应力分布、刚性）；加工精度与表面质量；使用条件（负荷、频率、润滑）；维护保养状况等不同类型模具的寿命差异很大，冲裁模通常为10-100万次，注塑模可达50-500万次模具失效的主要形式包括磨损（表面磨损导致尺寸变化）；疲劳（循环应力导致裂纹扩展）；断裂（过载或冲击导致突然破坏）；变形（塑性变形导致尺寸精度丧失）寿命提升策略包括合理选择模具材料和热处理工艺；优化结构设计，减少应力集中；采用先进表面处理技术如PVD涂层；改进润滑条件；建立科学的维护保养制度经济寿命是指模具使用成本最低的使用期限，通常短于技术寿命，是模具更换的经济决策依据模具强度校核静强度校核疲劳强度评估变形分析与结构优化静强度校核是确保模具在最大工作负疲劳强度评估针对长期循环载荷下的模具使用过程中产生的弹性变形会影荷下不发生破坏的基本验证计算原模具安全性模具在反复工作中，即响产品精度，塑性变形则可能导致模理基于材料力学，主要校核工作时的使应力低于材料屈服强度，也可能因具永久损坏变形分析的核心是计算最大应力是否超过材料的许用应力疲劳累积导致破坏影响疲劳强度的模具在工作载荷下的位移和应变分布，对于复杂形状，可采用有限元分析方因素包括应力水平、应力循环次数、确定是否在可接受范围内法，识别应力集中区域表面状态和环境条件等结构优化方法包括增加支撑或加强计算公式，其中为评估方法包括基于曲线的传统方法筋以提高刚性；优化载荷传递路径，σmax≤[σ]σmax S-N最大工作应力，为许用应力（材料和累积损伤理论高循环疲劳区，应避免局部应力集中；合理布置冷却水[σ]屈服强度除以安全系数）对于冲裁力应控制在材料疲劳极限以下对于路，减少热变形；采用拓扑优化或形模具，还需校核刃口抗压强度和抗弯关键部件，可考虑采用疲劳寿命强化状优化技术，在保证强度的前提下减强度；对于注塑模具，需校核型腔壁措施，如表面喷丸、滚压和特殊热处轻重量优化设计应综合考虑强度、厚和支撑结构强度理等刚度、重量和制造成本等因素模具精度分析精度规格明确模具精度等级与要求制造精度加工工艺与测量控制装配精度3组件配合与整体协调热变形影响温度变化引起的精度变化磨损与长期精度使用过程中的精度保持能力模具精度直接决定产品质量，是模具设计与制造的核心目标制造精度包括零件加工精度和表面质量，受加工方法、设备精度和测量技术影响高精度模具需采用精密加工技术如精密磨削、电火花加工和线切割等，并配合先进测量手段如三坐标测量机和光学测量系统进行验证装配精度取决于零件间的配合关系和装配工艺，合理的公差设计和装配顺序是确保装配精度的关键热变形对精度的影响在注塑模具中尤为显著，温度变化导致的不均匀膨胀会引起型腔变形解决方法包括合理布置冷却系统、选择热膨胀系数低的材料和考虑热变形补偿弹性变形在工作载荷下产生，虽然可恢复但会影响产品精度，通过增强结构刚性可减小变形量磨损是长期使用过程中影响精度的主要因素，通过选择耐磨材料、硬化处理和优化润滑条件可延缓精度劣化综合精度保证措施包括严格的设计标准、先进的制造工艺、科学的装配方法和定期的维护保养分析与应用CAE注塑模流分析冲压成形模拟结构和热分析注塑模流分析是通过数值模拟预测塑料熔体冲压成形模拟基于金属塑性变形理论，预测模具结构分析采用有限元法计算工作载荷下在模具内流动、填充、保压和冷却过程的技板材在冲压过程中的变形行为和可能出现的的应力分布和变形情况，识别薄弱环节，优术通过分析可预测充填不足、翘曲变形、问题通过分析可预测起皱、开裂、回弹等化支撑结构热分析模拟模具工作温度场分熔接线、气泡等缺陷，优化浇口位置、浇注缺陷，优化模具结构和工艺参数常用软件布，计算热膨胀变形，优化冷却系统设计系统设计和工艺参数先进的模流分析软件如、等采用有限元方法，两者结合可进行热机械耦合分析，更准确预AutoForm PAM-STAMP-如、可提供多相流分析、考虑材料各向异性、应变硬化和摩擦等因素，测实际工作状态先进分析还可进行疲劳寿Moldflow Moldex3D纤维取向预测和翘曲变形补偿等功能为复杂覆盖件成形提供仿真支持命评估和拓扑优化，大幅提高设计效率第七部分模具试模与调试试模前准备制定详细试模计划和检查清单试模过程控制2掌握科学试模方法和参数调整技巧问题诊断与解决分析常见缺陷成因并采取有效修模措施模具验收标准确立科学合理的模具质量评价体系模具试模与调试是模具开发的最后环节，也是检验模具设计制造质量的关键过程通过系统的试模与调试，可以发现模具存在的问题并及时修正，确保模具在批量生产中的稳定性和产品质量试模前的充分准备是成功的基础，包括熟悉图纸资料、检查模具装配状态、确认设备参数和准备必要的工具与量具试模过程应遵循由低到高、由简到繁的原则，逐步增加负荷和复杂度，及时记录观察结果对发现的问题，应采用系统的分析方法找出根本原因，而不是简单的表面修补调试过程中应注重积累经验数据，形成知识库，为后续模具设计提供参考模具验收应制定全面的标准，包括产品质量、模具性能、生产效率等方面，确保模具满足实际生产需求试模前的注意事项设计资料与图纸确认试模前必须全面了解模具的设计意图和技术要求仔细研读模具图纸、产品图纸和工艺文件，明确关键尺寸和特殊要求检查图纸版本是否为最新，设计变更是否已全部实施对于复杂模具，建议与设计人员进行技术交底，确保对模具结构和功能有清晰理解2机械配合与动作检查检查模具各部件的配合状态和运动情况，确保无干涉和异常手动操作模具开合，检查导向系统的平稳性和精确性对于带有滑块、斜顶等活动机构的模具，逐一检查其动作是否正常，行程是否到位确认各紧固件已按规定扭矩拧紧，防止试模过程中松动对于液压或气动部件，检查管路连接是否牢固，系统压力是否正常模具安装与调整模具安装在设备上时，确保模具与设备中心线对齐，固定牢固调整模具开合高度，使其与设备行程匹配检查模具与设备接口（如顶出系统、注射系统、冷却系统等）连接是否正确对于注塑模具，还需确认模温控制设备连接正确，温度传感器工作正常冲压模具则需确认送料设备调整合适，废料处理系统畅通试模参数设定根据模具设计和产品要求，设定初始试模参数对于注塑模具，包括注射压力、保压时间、注射速度、模温等；对于冲压模具，包括压力机吨位、行程、速度等初始参数通常设定在较低水平，待确认模具工作正常后再逐步调整至最佳状态准备好必要的测量工具和记录表格，以便及时记录试模过程中的参数变化和产品状态常见问题与解决方案问题类型可能原因解决方案注塑件缺陷短射、气泡、翘曲、熔接线调整注射参数、优化浇注系统、改善冷却均匀性冲压件问题毛刺、划痕、变形、裂纹调整间隙、改善材料流动、优化工序安排模具损坏疲劳断裂、过载、磨损、腐蚀强化结构、改进材料、优化热处理、加强润滑效率问题循环时间长、顶出困难、频繁优化工艺参数、改进辅助系统、停机加强维护保养模具使用过程中常见问题的分析和解决是模具技术人员必须掌握的重要技能注塑模具常见问题包括短射（增加注射压力或料温）、气泡（提高背压、改善排气）、翘曲（优化冷却均匀性、调整顶出位置）、熔接线（提高模温或调整浇口位置）等冲压模具常见问题有毛刺（调整间隙、更换磨损部件）、划痕（改善材料流动、调整压料力）、变形（优化工序设计、使用整形工位）等模具异常损坏通常由选材不当、结构设计缺陷、热处理不良或使用不当引起解决方案包括加强薄弱部位、更换高性能材料、优化热处理工艺和改进操作规程等生产效率问题多与工艺参数设置、辅助系统设计和维护保养有关科学的模具维护保养计划应包括定期检查、预防性维护和备件管理，以延长模具寿命并保持稳定的生产效率总结与展望本课程系统介绍了模具结构设计的关键要点，从基础理论到实际应用，涵盖了注塑模具、冲压模具等主要类型的结构设计原则和方法掌握这些知识，是成为优秀模具设计师的基础未来模具行业将不断融合新技术、新材料，呈现出智能化、精密化、绿色化的发展趋势打印技术正逐步应用于模具制造，特别是复杂冷却水路的制造；新型高性能模具材料如粉末冶金高速钢、纳米复合材料等不断出现；数3D字孪生、智能监控和自适应控制等技术正在改变传统模具运行模式模具设计正向标准化、参数化、智能化方向发展，全球化协同设计和云制造也日益普遍面对这些变化，模具技术人员需持续学习，不断提升专业技能和创新能力，才能在竞争激烈的行业中保持领先地位。