模具工程师培训课件

模具工程师培训课件第一章模具工程师职业概述模具行业现状发展趋势全球模具产业规模持续增长,中国已成为世界最大的模具生产和消费国随着制造业转型数字化设计、3D打印、智能制造技术深度融合模具寿命和精度要求不断提高,定制化和升级,模具行业正向高精度、智能化、绿色制造方向发展快速响应成为竞争关键新能源汽车、医疗器械等新兴领域带来巨大市场机遇职业发展路径核心职责范围•初级设计师:掌握基础设计技能•产品结构分析与工艺评估•中级工程师:独立完成复杂模具设计•模具方案设计与优化•高级专家:技术攻关与团队管理•技术文件编制与审核•技术总监:战略规划与创新引领模具工业的重要性模具是现代制造业的基础工艺装备,被誉为百业之母和磁力工业,在国民经济中占据举足轻重的战略地位万亿60-80%

3.51:80工业零件依赖度中国模具市场规模产业带动效应超过60%-80%的工业零件需2023年中国模具行业总产值模具产业具有极强的乘数效要通过模具成型制造,涵盖汽突破

3.5万亿元人民币,持续保应,1元模具投入可带动相关产车、电子、家电、医疗等各持全球第一业80元左右的产值个领域汽车制造电子产品一辆汽车需要约1500套模具,涵盖车身、手机、电脑等电子产品的精密外壳和内内饰、动力系统等各个部分部结构件全部依赖高精度模具日用消费品第二章模具设计基础知识模具设计是一门综合性工程技术,需要掌握材料科学、机械设计、制造工艺等多学科知识根据加工工艺和产品材料的不同,模具可分为多种类型冲压模具注塑模具压铸模具用于金属板材的冲裁、弯曲、拉深等成型加工广泛应用于汽车零用于热塑性或热固性塑料的注射成型是塑料制品生产的主要工具,用于铝合金、锌合金等有色金属的高压铸造成型主要应用于汽车部件、家电外壳、五金配件等产品制造特点是生产效率高、材料应用于电子产品、日用品、医疗器械等领域具有成型周期短、自发动机零部件、通讯设备外壳等特点是尺寸精度高、表面质量好、利用率好动化程度高的优势生产效率高模具设计基本流程产品分析方案设计研究产品图纸,分析结构特征和技术要求确定模具结构类型、分型面、浇注系统详细设计审核优化完成零部件设计、材料选择、加工工艺冲压模具设计概述冲压工艺基本类型冲压加工是利用模具对板料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需形状和尺寸零件的加工方法分离工序成形工序冲裁:沿封闭轮廓分离材料弯曲:板料沿直线弯折落料:获取外部轮廓零件拉深:平板变为空心件冲孔:获取内部孔型翻边:孔边缘翻成直边切边:修整毛坯边缘胀形:局部延伸扩大冲模主要结构组成注塑模具设计基础注塑成型是塑料制品最主要的成型方法之一,将熔融的塑料在高压下注入模具型腔,经冷却固化后得到所需产品注塑模具设计需要综合考虑塑料材料特性、制品结构、成型工艺等多方面因素塑料材料性能分类热塑性塑料热固性塑料通用塑料:PE、PP、PVC、PS、ABS•酚醛树脂PF工程塑料:PA、PC、POM、PBT、PPO•环氧树脂EP特种塑料:PSU、PPS、PEEK、PTFE•氨基树脂UF、MF•不饱和聚酯UP特点:可反复加热熔化和冷却固化,适合注射成型特点:加热后发生化学反应固化,不可再次熔化注塑模基本结构与工作原理成型零部件1型腔、型芯构成产品外形和内部结构的成型空间浇注系统2主流道、分流道、浇口引导熔料进入型腔导向机构3导柱导套保证动定模精确对合和开合运动脱模机构4顶杆、推板将冷却后的塑件从模具中推出温控系统5冷却水道控制模具温度,保证成型质量和效率排气系统6排气槽排出型腔内气体,避免产品缺陷压铸模具设计简介压铸是一种精密铸造方法,将熔融金属在高压下高速压入模具型腔,快速冷却后获得精密铸件压铸模具承受高温高压和热冲击,对材料和结构设计要求极高合模1动定模闭合,建立密封型腔2压射熔融金属高速填充型腔保压3维持压力补缩,防止缩孔4冷却铸件在模内凝固定型开模5模具打开,推出铸件压铸模结构组成浇注系统成型零件抽芯机构直浇道、横浇道、内浇口组成熔融金属的流动通道,设计应保证充型平稳、排气良好动模型腔、定模型芯形成铸件外形,需选用优质热作模具钢并进行适当热处理用于成型侧向孔或凸台,包括斜导柱、滑块、楔紧块等组件推出机构冷却系统推杆、复位杆等将凝固铸件从型腔中顶出,设计时需平衡推出力冷却水道快速带走热量,控制模具温度,提高生产效率和铸件质量压铸模设计关键要点合理选材排气设计温控优化选用H

13、8407等优质热作模具钢,具有良好的热强度、热疲劳和耐磨性充分设计排气槽和排气塞,避免气孔缺陷,提高铸件致密度合理布置冷却水道,保证模具各部分温度均匀,延长模具寿命第三章模具材料与热处理模具材料的选择和热处理工艺是决定模具性能和寿命的关键因素不同类型的模具对材料性能有不同要求,需要根据工作条件、生产批量、经济性等综合考虑常用模具材料分类冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢典型牌号:Cr12MoV、Cr

12、SKD

11、D2典型牌号:H

13、

8407、SKD

61、2344典型牌号:P

20、

718、NAK

80、S136性能特点:高硬度58-62HRC、高耐磨性、适中韧性性能特点:优良的热强度、热稳定性、抗热疲劳性性能特点:良好的抛光性、耐腐蚀性、机械加工性应用场合:冲裁模、冷镦模、冷挤压模等常温工作模具应用场合:压铸模、热挤压模、热锻模等高温工作模具应用场合:注塑模、挤出模、吹塑模等塑料成型模具模具材料选用原则工作条件匹配生产批量考虑根据工作温度、受力状态、磨损情况选择相应类型的模具钢大批量生产选用高性能材料,小批量可选用经济型材料加工工艺性经济性评估综合考虑材料的可切削性、热处理变形、焊接修复性等平衡材料成本、加工成本、模具寿命,追求最佳性价比模具钢的热处理工艺热处理是改善模具材料性能、保证模具质量的关键工序通过加热、保温、冷却等手段,改变材料内部组织结构,获得所需的力学性能热处理的主要目的•提高材料硬度和耐磨性•改善材料强度和韧性匹配•消除残余应力,减少变形•细化晶粒,改善组织均匀性•提高尺寸稳定性和使用寿命常见热处理工艺类型退火正火淬火目的:降低硬度,改善切削加工性能,消除内应力目的:细化晶粒,均匀组织,改善综合力学性能目的:获得高硬度和高耐磨性工艺:加热到临界温度以上,保温后缓慢冷却工艺:加热到临界温度以上,空冷工艺:加热到淬火温度,快速冷却油冷、水冷、气冷应用:毛坯预处理、粗加工前准备应用:低碳钢模具、锻造后处理应用:工作面最终强化处理回火表面强化目的:降低脆性,调整硬度,消除淬火应力目的:提高表面硬度和耐磨性,保持芯部韧性工艺:淬火后加热到较低温度,保温后冷却工艺:渗碳、渗氮、碳氮共渗、感应淬火等应用:淬火后必须进行,可多次回火应用:大型模具、局部强化需求重要提示:热处理后应进行充分的回火和时效处理,消除残余应力,避免模具在使用过程中变形开裂对于精密模具,建议采用真空热处理或保护气氛热处理,减少氧化脱碳热处理缺陷及预防措施缺陷类型产生原因预防措施淬火裂纹冷却速度过快、应力集中、温度不均采用分级淬火、预热、改善结构设计变形超差加热不均、支撑不当、冷却不对称合理装炉、对称加热、采用夹具矫正模具失效分析模具在使用过程中会因各种原因发生失效,影响生产效率和产品质量深入分析失效原因,采取针对性改进措施,对延长模具寿命、降低生产成本具有重要意义常见失效形式磨损失效断裂失效塑性变形模具工作表面在长期摩擦作用下材料逐渐损耗,导致尺寸超差、表面粗糙度恶化分为粘着磨损、磨粒磨模具在交变应力或冲击载荷作用下产生裂纹并扩展至断裂包括疲劳裂纹、淬火裂纹、应力腐蚀裂纹等模具在高温高压下发生永久变形,导致型腔尺寸改变、配合间隙失调高温模具和大型冷冲模常见损、疲劳磨损等类型典型部位:薄弱截面、悬臂结构、承压面典型部位:凸凹模刃口、导向零件、成型面典型部位:应力集中区、尖角、孔边、淬火件失效原因分析及改进策略第四章数字化模具设计工具应用随着计算机技术的飞速发展,数字化设计工具已成为现代模具设计不可或缺的手段UG NX作为业界领先的三维CAD/CAM/CAE集成软件,在模具设计领域得到广泛应用建模设计装配管理强大的参数化和自由曲面建模能力,支持复杂曲面和精密结构设计自顶向下和自底向上装配方法,支持大型装配体高效管理模具专用模块工程制图Moldwizard提供注塑模、压铸模专业设计向导和智能化工具自动生成符合国标的二维工程图,支持自动标注和BOM表生成仿真分析数控编程支持结构分析、流动分析、冷却分析等多种工程仿真集成CAM模块,直接生成高效加工刀路,缩短制造周期Moldwizard模块核心功能注塑模设计压铸模设计•自动分模面设计与编辑•分型面创建与修补•浇注系统智能设计•浇注排溢系统设计•标准件库快速调用•滑块斜顶机构模具设计流程演示UG NX以注塑模具为例,展示从产品导入到最终出图的完整数字化设计流程掌握这套标准化流程可以显著提高设计效率和质量产品导入与分析导入塑件3D模型,检查产品结构,分析成型工艺性,确定分型方向缩水率设置根据塑料材料特性设置合理的收缩率,创建型腔坐标系分型面设计创建分型线,构建分型面,分离型腔和型芯型腔布局确定型腔数量和排列方式,进行一模多腔或家族模设计浇注系统设计主流道、分流道、浇口位置和尺寸,优化流动平衡冷却系统布置冷却水道,确保温度分布均匀,缩短冷却时间侧向分型设计滑块、斜顶等侧向抽芯机构,实现侧向孔和凸台成型标准件选用从标准件库选择模架、导柱导套、顶针等标准零件模具装配完成全部零件装配,进行运动干涉检查工程出图生成装配图、零件图,标注尺寸公差,制作BOM表设计技巧:在设计过程中应充分利用软件的参数化功能,建立关联设计,使后续修改更加便捷对于常用结构,可以建立模板和特征库,实现设计的标准化和快速化数字化设计优势数字化模具设计技术的应用为模具行业带来了革命性变化,极大提升了设计效率、制造精度和产品质量,是现代模具企业提高竞争力的关键手段显著提高设计效率提升设计精度质量支持复杂结构设计三维设计避免重复建模,参数化修改快速便三维可视化设计减少理解偏差,虚拟装配及自由曲面建模能力强大,可处理复杂的产品捷标准件库和设计模板减少重复劳动时发现干涉碰撞自动化设计工具减少人外形多型腔家族模设计灵活高效,支持多智能化设计向导加快设计进程经验表明,为错误,仿真分析优化设计方案数字化设工序级进模设计复杂抽芯机构设计准确数字化设计可将设计周期缩短40%-60%计使一次试模成功率提高到85%以上可靠,突破传统设计方法的局限协同与数据管理优势12团队协同设计设计数据管理多人同时进行不同模块设计,通过网络共享设计数据,实时沟通协调,大幅缩短项目周期集中存储管理设计文档和模型,版本控制追溯设计历史,权限管理保护知识产权,提高数据安全性34设计知识积累制造无缝集成建立企业标准件库和模板库,沉淀设计经验和最佳实践,形成可重用的设计资源,加速新员工培养设计数据直接用于数控编程,减少数据转换和人工干预,缩短从设计到制造的时间,提高加工精度50%30%85%设计周期缩短试模次数减少一次试模成功率相比传统二维设计方法通过仿真分析提前发现问题数字化设计企业的平均水平第五章模具设计关键技术模具设计涉及众多关键技术,需要综合运用材料科学、机械设计、制造工艺等多学科知识掌握这些关键技术是成为优秀模具工程师的必经之路毛坯展开计算排样设计优化冲压件毛坯尺寸的准确计算是保证产品质量和材料利用率的基础需要考虑材料延伸、弯曲回弹、合理的排样方案可以最大限度提高材料利用率,降低生产成本需要综合考虑搭边值、送料步距、拉深变形等因素,运用材料力学和塑性成形理论进行精确计算切边余量等参数,运用优化算法寻求最佳方案先进的CAD软件提供自动排样功能分型面设计浇注系统设计分型面设计是注塑模和压铸模设计的核心技术需要综合考虑产品脱模方向、外观要求、强度分布、浇注系统直接影响充型质量和生产效率设计时需要考虑流动平衡、压力损失、冷料处理、浇注时加工工艺等因素合理的分型面可以简化模具结构,提高产品质量间等因素现代设计中常采用流动分析软件进行优化冷却系统设计侧向分型机构高效的冷却系统可以缩短成型周期,提高生产效率,改善产品质量需要合理布置冷却水道,保证温度对于带有侧向孔或凸台的产品,需要设计侧向抽芯机构包括斜导柱滑块、齿条抽芯、液压抽芯等分布均匀采用随形冷却等先进技术可以获得更好的冷却效果多种形式设计时需要计算抽拔力、抽芯距离,确保机构可靠工作模具强度刚度分析模具精度控制技术模具在工作时承受巨大的成型力,必须具有足够的强度和刚度采用有限元分析技术可以准确预测应力模具精度直接影响产品质量需要从设计、制造、装配、调试全过程控制精度采用精密测量技术、分布和变形情况,优化结构设计,避免强度不足或过度设计误差补偿方法、精密装配工艺等手段确保模具达到设计精度要求以上关键技术的深入掌握需要理论学习与实践经验的长期积累建议模具工程师持续学习新技术、新材料、新工艺,不断提升专业技能水平,为企业创造更大价值。