模具CADCAM讲稿(5)

未来的汽车覆盖件模具CAD将走向更加专业化的道路，较好的方法是软件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具CAD软件，如美国PTC软件公司与日本TOYOTA汽车公司在PRO/E软件基础上开发的模具型面设计模块PRO/DIEFACE等。 二、集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术

集成电路是信息技术产业群的核心和基础。建立在集成电路技术进步基础上的全球信息化、网络化和知识经济浪潮，使集成电路产业的战略地位越来越重要，对国民经济、国防建设和人民生活的影响也越来越大。 近年来，世界信息产业得到高速发展。据统计，1998年世界电子产品市场销售额突破了10000亿美元大关，超过了汽车、钢铁、石化等产业。作为信息产品核心的集成电路，受电子产品市场发展的拉动，也将保持稳定的增长。多年来，世界集成电路产业一直以3~4倍于国民经济增长速度迅猛发展，新技术、新产品不断涌现。

我国集成电路产业经过30多年的发展，初步形成了由芯片生产骨干企业、封装厂、设计公司（中心），以及关键专用材料和设备制造厂构成的产业群体。2000年，我国集成电路年需求量240亿块，国内总产量为58.8亿块，销售额近200亿元。

模具在集成电路制造过程中起了重要的作用，图4-14反映了在集成电路生产过程中存在四种类型的模具，包括封装模具两种（引线框架多工位精密级进模和塑封模），后封装模具两种（切筋模具和打弯模具）。其中精密级进模、切筋模具和打弯模具均属冲压模具范围。尤其是集成电路引线框架多工位精密级进模，以其技术含量高，设计和制造难度大，成为业界普遍关注的对象，并且从中发展出一类专用的模具CAD技术。 集成电路引线框架多工位精密级进模具有以下特点：

1) 冲切精度高。现代大规模集成电路的集成程度越来越高，其内部结构越来越复杂，由此产生了更多的引线脚，引线脚之间的间隔距离则越来越小，对冲压精度的要求也就更高了。 2) 冲压工位多。普通的集成电路引线框架模具工位数多在二十以上，复杂的引线框架模具工位数甚至可以超过六十。

3) 模具设计和加工精度高。由于前两项特点，使得对集成电路引线框架模具的精度要求特别高，一般均达到微米级加工。

4) 大批量生产。由于对集成电路的需求极大，集成电路引线框架的生产批量常常达到几千万，甚至几亿、几十亿，这就对模具的寿命提出了很高的要求。

5) 高速生产。集成电路引线框架的生产一般都安排在高速自动冲床上进行，每分钟冲压次数可以超过一千次。

由于集成电路引线框架生产模具的上述特点，使其在模具材料、结构、加工等方面均与普通冲压模具有很大的差别。如为了保证模具寿命，集成电路引线框架多工位精密级进模具必须采用硬质合金制造凸模和凹模。

集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术的关键在于工位的安排。工位安排的顺序一般为先冲制内引线脚，后冲制外引线脚，最后对内引线脚进行压印工序，使内引线脚焊接区域平整度达到0.1毫米之内。

为了达到高速作业状态下的平稳工作，延长模具使用寿命并提高冲制件的精度，力的平衡非常重要。不仅冲压力合力点要和模块中心重合，压板的弹簧力合力与卸料力合力也要处于同一位置。这对集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术提出了新的要求。 与普通冲压模具相比较，集成电路引线框架多工位精密级进模具有很多不同之处，普通冲模CAD技术并不能直接应用于集成电路引线框架多工位精密级进模，在该领域必须使用集成电路引线框架多工位精密级进模专用CAD技术。

第五章 注射模CAD

第一节 注射模基础知识

一、注射模工作原理和结构组成

任何注射模都可以分为定模和动模两大部分。 注射模可由八大部分功能结构组成。

（1）成型零部件 这些零部件主要决定制品的几何形状和尺寸。 （2）合模导向机构。

（3）浇注系统。 （4）顶出脱模机构。

（5）侧向分型与侧向抽芯机构。 （6）排气结构。 （7）温度调节系统。 （8）支承零部件。

二、注射模设计一般步骤 1． 设计前的准备。

2． 选择模具的结构类型。

3． 分析研究注射机性能。 4． 注射模设计审核。 三、注射模零部件的标准化 四、注射模CAD简介

在注射模设计中，模具结构设计涉及的内容既深又广。在传统设计中，模具设计人员首先根据产品图，进行模腔尺寸换算得到模腔图形，然后，通过型腔布置、标准模架选择、流道设计、动模和定模部装图设计、顶出机构设计、斜抽芯机构设计、冷却系统设计、总装图设计等步骤，完成注射模总装图、部装图、零件图等的绘制。由于大多数注射零件形状复杂，传统的手工设计周期长，模具图的绘制也非常繁杂，所以利用计算机辅助手段(CAD)来进行注射模的结构设计就很有必要。 （一）注射模CAD系统的工作流程 （1） 建立几何模型。 （2） 工艺性考核。 （3） 确定浇口形式。

（4） 模具型腔数目和模具尺寸设计。 （5） 标准模架选择。

（6） 将制品几何模型转换为型腔几何模型（生成制品的外表面）和型芯几何模型（生成制品的内表面），并把它们与模架几何模型合并以构成模具的装配图。 （7） 浇注系统结构设计。 （8） 冷却系统的设计。 （9） 加入模具零件。 （10） 装配图和零件图。 （二）注射模CAD的特点

（1） 注射模CAD系统具备描述物体几何形状的能力。 （2） 标准化是实现注射模CAD系统的有效手段。

（3） 设计数据的处理是注射模CAD中的一个重要问题。 （4） 注射模CAD系统具有广泛适应性。

（三）SolidWorks在注射模CAD设计中的应用

SolidWorks是一种功能强大、易学易用和功能创新的三维CAD软件，具有三维参数化设计功能，对注塑件进行三维实体造型，并可用于注射模零件图、装配图的绘制，利用其零件图形之间的相关性，修改十分方便。其Mold Base模块，可用于注射模标准模架和一些标准零件的设计与选用。

第二节 注塑件浇注系统CAD 一、浇注系统CAD基础 1．浇注系统组成

浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。从注塑机喷嘴至模具型腔的熔融树脂流路称之为流道，其浇口套内树脂流路称之为主流道，其余部分称之为分流道。分流道末端通向型腔的节流孔称之为浇口，在不通向型腔的分流道的末端设置冷料穴。 2．浇注系统流道设计 3．浇口的设计

4．分流道布置与浇注系统平衡 二、注射模浇注系统CAD 1． 浇注系统CAD的内容

浇注系统的CAD，需要人机交互设计的部位有二部分，即分流道设计和浇口设计。浇注系统不仅是熔体的进料通道，也是料流的控制机构，交互式修正平衡，可以实现一模多腔的均衡填充，或控制多浇口单腔模的熔接痕位置。 通常流道设计分二步，即初始流道设计和根据流动模拟结果修正填充热效应。在初始流道尺寸设计时，不考虑熔体流动时的粘性热效应（即不产生粘性发热）将熔体设为非弹性、等温的幂律流体。初始流道设计完成后，再通过注射流动模拟，修正初始流道尺寸。修正时遵循下列三项原则：

1） 浇注系统的总体积尽可能小，以节省塑料。

2） 采用小浇口，有益于流动产生的粘性热维持熔体在浇注系统中的温度。 3） 实现多腔模的同时充满与合理的熔接痕位置。 2． 均等压降原理及流道设计 （1）均等压降原理。 （2）分流道设计。 （3）浇口设计

第三节 注射模镶块CAD 一、注射模镶块CAD基础

1．注射模镶块结构的特点和应用

注射模具的型腔、型芯采用镶拼结构的目的有以下3种。 1）在制品有侧向成型部位。

2）根据本单位的加工能力或为了便于加工而采用部分镶拼结构。 3）增加模具的强度及耐磨性，并提高制造精度而采用镶拼结构。 2．注射模镶块结构的设计要点 镶拼结构模具的型腔、型芯分割方法直接影响模具的质量与加工的难易。考虑采用镶拼结构时，首先应考虑制品的形状、尺寸及功能，然后考虑型腔、型芯的刚性，同时也必须考虑加工方法和装配措施。例如：镶拼的接合部，将在制品的表面留下痕迹，所以应在不影响制品外观之处分割镶拼部位；镶拼部位应避开对表面有特殊功能要求的制品表面；要尽可能设法分割成型状基本相同或相似的零件；尽量使镶拼件的形状左右对称。 第四节 注射模模架选择 一、注射模标准模架 目前，国内外有许多标准注射模架产品在市场出售，我国注射模标准模架共有两个国家标准，一是适用于模板尺寸B3L≤560mm3900mm的中小型模架（GB/T12556.1-1990）；二是适用于模板尺寸B3L为630mm3630mm～1250mm 2000mm的大型模架（GB/T12555.1-1990）。 美国DME公司的标准模架共有七种系列，它们是A、AR、B、X5、X6、AX、T系列。在这七种系列中，A、AR、B系列属于两板结构（单分型面），X5、X6、AX属于三板结构（双分型面），T系列属于四板结构（三分型面）。

在两板结构中，A系列和B系列结构相同，只是A系列设置了上、下垫板，AR系列与A系列相似，只是导柱与导套倒装。

在三板结构中，X5、X6系列在A系列上增加了推件板，X6与X5系列的区别在于X6系列设置有动模板。AX系列与A系列的不同点在于AX系列具有一块中间活动板，可以形成两个分型面，分别脱出流道凝料和塑件制品。

在T系列中有两块活动板，可以形成三个分型面，用于一些特殊场合。

标准模架的选择是注射模CAD系统的一个重要步骤。标准模架系列应在设计工作开始之前，就已经存放在数据库中。 二、标准模架CAD

标准模架CAD设计过程描述如下：系统根据选择模板决策进行推理（顶出板宽度大于型腔总宽度、导柱中心距大于型腔总长度），一旦顶出板宽度确定，模板宽度随之确定。当模板长度和宽度确定后，系统可搜索到所有与模板尺寸对应的模具零件信息。用户的交互式选择结束后，模架零件被自动计算和建立，并以各自的位置和姿态组装。在模架选定，型腔周边尺寸确定后，可以利用模具CAD系统选用合适的模具标准件的尺寸。注射模标准件包括：导柱导套、浇口套、顶杆、回程杆、水嘴等。最后利用CAD系统的集合能力，将型腔、型芯、浇注系统、顶出杆、冷却水孔等与模架组合起来生成模具图。

（1） 标准模架系列选择流程图

使用下列流程图，用戶可以方便地选择所需要的标准模架系列，以DME公司标准模架为例，其选择流程图如图5-7所示。 （2） 标准模架模具零件尺寸选择 标准模架系列确定后，接下来需要选择改该系列中合适的模具零件尺寸。各种标准模架系列中全部模具零件尺寸，均存储在数据库中。

1） 模板类零件选择原则：①顶出板宽度尺寸应大于型腔的总宽度；⑵在长度尺寸上，导柱的中心距应大于型腔的总长度。

2）杆类零件 模板尺寸确定后，各种杆类零件的长度可按注射模结构设计预定的原则选定，例如回程杆选择：回程杆长≤顶杆固定板厚度+垫板厚度+动模板厚度+顶杆最大行程。 杆的直径、数量、位置等可以人机交互确定。 一、型芯与型腔CAD流程图

不同的注射模CAD系统生成型芯和型腔的方法不同。型芯与型腔CAD流程图如图5-9所示，从图中可以看出，为了生成型芯与型腔的形状，首先需要得到制品的实体形状，在输入制品的实体形状后，应考虑塑料的收缩率，然后从输入的图形中分解得到型芯与型腔。一些复杂的型芯与型腔长常采用镶块结构，即从型芯与型腔中取出其中的一部分，形成镶块结构。镶块的形成和型芯与型腔的分解类似。 二、型芯与型腔的CAD应用

应用PRO/E进行型芯和型腔设计过程如下：

1） 按比例放大制品尺寸。型芯和型腔将直接从制品形状和尺寸创建，在制作型芯和型腔之前，需要将制品按制品的收缩率稍微放大。

2） 在制品的分型面上创建分割线，分割线将制品的表面分割成上模部分和下模部分。 3） 在装配体中创建型芯和型腔。 第六节 注射模CAD设计过程示例 1． 零件的几何模型：

2． 零件的工艺性分析：对材料性能、侧孔与侧凹、塑件壁厚、加强筋、孔、脱模斜度、成型工艺参数进行分析。确定该塑件可用满足注射成型一般条件。 3． 根据零件的形状选择合适的分型面：如图5-11所示。

4． 确定型腔数及其布置形式，本例采用一模四腔，布置形式如图5-12所示

5． 成型零件工作尺寸计算：材料的收缩率为1.8%，所以要将零件实体放大0.018倍；型腔采用镶嵌式，此零件可采用圆形型腔和型芯，根据分型面设计的型腔如图5-13所示，型芯如图5-14所示。

6． 模架选择：根据所选型腔的形状和尺寸，且要求使用的SE30S注塑机，选用2003250的标准模架。模架判断准则：选用的模架中的推出板必须完全包容各个型腔，且又是所有可选模架中尺寸最小者。在SolidWorks中选择Hasco Metric mold Base，根据型腔尺寸，选择“type 2 (218 296) 矩形模具基体装配体”。

7． 浇注系统设计：如图5-12所示，主流道采用衬套结构，用定位环定位，选用φ60x100的标准定位环K100型，如图5-16所示，然后在SolidWorks装配图中定位；分流道采用U形截面形状，高度为2mm；浇口采用点浇口。主流道、分流道和浇口如图5-12所示。 8． 排气系统设计：采用流道和型腔排气。流道排气时排气槽设置在流道末端（如图5-17所示），型腔的排气槽在型腔上修改（如图5-13所示）。

9． 顶出机构设置：在模架中适当的位置加入复位杆和顶杆，然后加入到装配体中。 10． 加入其他一些必要的零部件，最后通过修改得到图5-18所示的总装图。 从装配体和零件实体产生模具图样。

第六章 模具CAM

第一节 模具制造与数控加工 一、模具制造的基本要求和特点 1. 模具制造的基本要求

为了保证产品的质量，除了设计合理的模具结构外，还必须采用先进的模具制造技术制造模具。在制造模具时，应满足以下几个基本要求：

（1）制造精度高 为了能生产出合格的产品和发挥模具的效能，所设计、制造的模具必须具有较高的精度。模具的精度主要是由制品精度和模具结构要求决定的，为了保证制品精度，模具的工作部分精度通常要比制品精度高2 ~ 4 级，因此模具的零部件必须有足够高的制造精度。否则，将不可能生产出合格的制品。

（2）使用寿命长 模具是比较昂贵的工艺装备，目前模具的制造费用约占产品成本的10% ~ 30% ，其使用寿命长短将直接影响产品的成本高低。因此，除了小批量生产和新产品试制等外，一般都要求模具具有较长的使用寿命，在大批量生产中，模具的使用寿命更加重要。 （3）制造周期短 模具制造周期的长短主要决定于制模技术和生产管理水平的高低。为了满足生产的需要，提高产品的竞争能力，必须在保证质量的前提下，尽量缩短模具制造周期。 （4）模具成本低 模具成本与模具结构、模具材料、制造精度要求和加工方法等有关。模具技术人员必须根据制品的要求合理设计和制订其加工工艺。在设计和制造模具时，应根据实际情况作全面考虑，在保证制品质量的前提下，选择合适模具结构和制造方法，使模具的成本降到最低。

2. 模具制造的基本特点

模具制造难度较大，与一般机械加工相比，具有许多特殊性。

（1） 制造质量高 模具制造不仅要求加工精度高，而且还要求加工表面质量好。一般来说，模具工作部分的制造公差都应控制在±0.01mm以内；模具加工后的表面不仅不允许有任何缺陷，而且工作部分的表面粗糙度Ra都要求小于0.8?m。

（2） 形状复杂 模具的工作部分一般都是二维或三维复杂曲面，而一般机械加工的是简单几何体。

（3） 材料硬度高 模具的硬度较高，采用了淬火工具钢或硬质合金等材料。 （4） 单件生产 模具制造一般都是单件生产，设计和制造周期都比较长。 二、模具制造的主要加工方法 1. 机械加工

机械加工（即传统的切削与磨削加工）是模具制造不可缺少的一种重要的加工方法。机械加工的特点是加工精度高、生产效率高。但加工复杂的形状时，加工速度慢，硬材料也难加工，材料利用率不高。 2. 特种加工

特种加工也被称为电加工，从广义上说，特种加工是指直接利用电能、化学能、声能、光能等来去除工件上多余的材料，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括电火花成形加工、线切割加工、电解加工、电化学抛光、电铸、化学刻蚀、超声波加工、激光加工等。特种加工与工件的硬度无关，可以实现以柔克刚，并可加工各种复杂形状的零件。特种加工在模具制造中得到了越来越广泛的应用。 3. 塑性加工

塑性加工主要指冷挤压制模法，即将淬火过的成形模强力压入未进行硬化处理的模坯中，使成形模的形状复印在被压的模坯上，制成所需要的模具。 这种成形方法不需要型面精加工，制模速度快，可以制成各种复杂型面的模具。 4. 铸造加工

对于一些精度和使用寿命要求不高的模具，可以采用简单方便的铸造法快速成形。例如：锌基合金模具，用低熔点材料锌基合金铸造模具，也称快速制模法，其制模速度快，容易制成形状复杂的模具。但模具材质较软，耐热性差，所以模具寿命短，多用于试制和小批量生产的场合。 5. 焊接加工

焊接法制模是将加工好的模块焊接在一起，形成所需的模具。这种方法与整体加工相比，加工简单、尺寸大小不受限制，但精度难于保证，易残留热应变及内部应力，主要用于精度要求不高的大型模具的制造。 6. 数控加工

数控加工是利用数控机床和数控技术完成模具零件的加工，根据零件图样及工艺要求等原始条件编制数控加工程序，输入数控系统，然后控制数控机床中刀具与工件的相对运动，以完

百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库模具CADCAM讲稿(5)在线全文阅读。