模具設計（转载）

yujie17

模具設計

在模具設計頁面中﹐主要介紹本人在模具設計過程中的經驗﹐由於本人所從事的工作是電腦機箱產品及模具的開發工作﹐在此你將與我共同學習。

模具設計的第一步工作﹕對所設計模具之產品進行可行性分析﹐以電腦機箱為例﹐首先將各組件產品圖紙利用設計軟件進組立分析﹐即我們工作中所說的套圖﹐確保在模具設計之前各產品圖紙的正確性﹐另一方面可以熟悉各組件在整個機箱中的重要性﹐以確重點尺寸﹐這樣在模具設計中很有好處的﹐具體的套圖方法﹐這里就不做詳細介紹了。

第二步﹕在產品分析之後所要進行的工作﹐對產品進行分析采用什麼樣的模具結構﹐並對產品進行排工序﹐確定各工序沖內容﹐並利用設計軟件進行產品展開﹐在產品展開時一般從後續工程前展開﹐例如一產品需5個工序﹐沖壓完成則在產品展開時從產品圖開始到4工程—3工程—2工程—1工程﹐並展開一個圖形(2工程)後復制一份再進行前一工程的展開工作﹐即完成了5工程的產品展開工作(即5張圖紙)然后進行細致的工作﹐(注意﹕這一步很重要﹐同時需特別細心﹐這一步完成得好的話﹐在繪制模具圖中將節省很多時間)對每一工程所沖壓的內容確定好﹐包括在成型模中﹐產品材料厚度的內外線保留﹐以確定凸凹模尺寸時使用﹐對於產品展開的方法在這里不再講述﹐將在產品展開方法中具體介紹。

第三步﹕備料﹐依產品展開圖進行備料﹐在圖紙中確定模板尺寸﹐包括各固定板﹑卸料板﹐凸凹模﹐鑲件等 ﹐注意直接在產品展開圖中進行備料﹐這樣對畫模具圖是很有好處的。我所見到有很多模具設計人員直接拿著產品展示圖進行手工計算來備料﹐這種方法效率太低﹐直接在圖紙上畫出模板規格尺寸﹐以組立圖的形式表述一方面可以完成備料﹐一方面在模具各配件的工作中省去很多工作﹐因為在繪制各組件的工作中只需在備料圖紙中加入定位銷釘﹐導柱﹐螺絲位置即可。

第四步﹕在備料完成後即全面進入模具圖的繪制中﹐在備料圖紙中再制一份出來﹐進行各組件的繪制﹐如加入螺絲﹐導柱孔﹐定位孔﹐銷釘等孔位﹐并且在沖孔模中各種孔需線切割的穿絲孔﹐在成型模中﹐下模的成型間隙﹐一定不能忘記﹐所以這些工作完成之後一個產品的模具圖已完成了80%﹐另外在繪制模具圖的過程中需注意﹕各工序(指制作)如鉗工劃線﹐線切割等都完整制作好圖層﹐這樣對線切割及圖紙管理很有好處﹐如顏色的區分等﹐尺寸的標注也是一個非常重要的工作﹐同時也是一件最麻煩的工作﹐(因為太浪費時間了)。

第五步﹕在以上圖紙完成之後﹐其實還不能發行圖紙﹐還需對模具圖紙進行校對﹐將所有配件組立﹐對每一塊不同的模板制作不同的圖層﹐並以同一基准(如導柱孔等)進行模具組立分析﹐並將各工序產品展開圖套入組立圖中﹐確保各模板孔位一致以及折彎位置的上﹐下模間隙配箱是否正確。

經過以上的工作﹐一個產品模具圖紙才算正式完成﹐以上是對模具設計中的方向﹐步驟進行大致的介紹﹐同時每一位模具設計人員有其自己的方法﹐不管怎樣﹐圓滿完成設計工作之外﹐工作效率是非常重要的﹐這里不再多講。

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                                            模具設計 沖壓工序術語

1﹑切開﹕是將材料沿敞開輪廓局部而不是完全分離的一種沖壓工序﹐被切開而分離的材料位於或基本位於分離前所處平面上如圖。

2﹑切邊﹕是利用沖模修切成形工序件的邊緣﹐使之具有一定直徑﹐一定高度或一定形狀的一種沖壓工序。

3﹑切舌﹕是將材料沿敞開輪廓局部而不是完全分離的一種沖壓工序﹐被局部分離的材料﹐具有工沖所要求的一定位置﹐不再位於分離前所處平面上。

4﹑切斷﹕是將材料沿敞開輪廓分離的一種沖壓工序﹐被分離的材料成為工件或工序件﹐如圖﹕

5﹑反拉得﹕是把空心工序年內型外翻的一種拉得工序。

6﹑沖中心孔﹕是在工序件表面形成線面中心孔的一種沖壓工序﹐背面材料並無相應凸起。

7﹑沖孔﹕是將廢料沿封閉輪廓從材料或工序上分離的一種沖壓工序在材料或工序件上獲得需要的孔。

8﹑沖缺﹕將廢料沿敞開輪廓從材料或工序件上分離的一種沖壓工序﹐敞開輪廓形成缺口﹐其深度不超過寬度。

9﹑沖裁﹕利用沖模使部分材料或工序件與另一部分材料﹐工序件或廢料分離的一種沖壓工序﹐沖裁是切斷﹑落料﹑沖孔﹑沖缺﹑沖槽﹑剖切﹑切﹑切邊﹑切舌﹑切開﹐整修等分離工序的總稱。

10﹑沖槽﹕將廢料沿敞開輪廓從材料或工序件上分離的一種沖壓工序﹐敞開輪廓部呈槽形﹐其深度超過寬度。

11﹑擴口﹕將空心件或管狀件敞開處面外擴張的一種沖壓工序。

12﹑壓凸﹕定用凸模擠入工序件一面﹐迫使材料深入對面凹坑的形成凸起的一種沖壓工序。

13﹑壓花﹕是強行局部排擠材料﹐在工序件表面形成淺凹花紋﹐圖案﹑文字或符號的一種沖壓工序﹐被壓花表面的背面無對應於淺凹的凸邊。

14﹑壓筋﹕是起伏形成的一種﹐當局部起伏的筋形式出現時﹐相應的起伏成形工序稱為壓筋。

15﹑成形﹕是依靠材料流動而不依靠材料分離使工序件改變形狀和尺寸的沖壓工序的統稱。

16﹑光潔沖裁﹕是一經修整直接獲得整個斷面全部或基本全部光潔的沖裁工序。

17﹑扭彎﹕是將平面或局部平面工序件的一部分相對另一部分扭轉一定角度的沖壓工序。

18﹑連續拉伸﹕是在條料(卷料)上﹐用同一副模具(須進拉伸模)通過多次拉伸逐步形成所需形狀﹐和尺寸的一種沖壓方法。

19﹑彎薄拉深﹕把空心工序件進一步改變形狀和尺寸﹐總圖性地把側面減薄的一種拉得工序。

20﹑卷邊﹕是將工序件邊緣卷成接近封閉圓形成的一種部壓工序。

21﹑卷緣﹕是將空心件上口邊緣卷成接近封閉圓的一種沖壓工序。

         

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                         模具設計 沖壓工序術語

22﹑拉近﹕把平面毛料或工序變成由面形的一種沖壓工序。

23﹑拉彎﹕是在拉力與彎短力共同作用下實現彎曲變形﹐使整個彎曲模斷面全部受拉伸力的一種沖壓工序。

24﹑拉深﹕把平面毛料或工序件變為空心件﹐或者把空心件進一步改變形狀和尺寸的一種沖壓工序。

25﹑脹形﹕是將空心件或管狀件沿經向往外擴張的一種沖壓工序。

26﹑彎曲﹕是利用壓力使材料產生塑性變形﹐從而被彎成有一定曲率﹐一定角度的形狀的一種沖壓工序。

27﹑差溫拉深﹕是利用加熱﹐冷卻手段﹐使待變形部分材料的溫度高於已變形部分材料的溫度﹐從而提高變形程度的一種拉得工序。

28﹑剖切﹕是將成形工序一分為2的一種沖壓工序。

29﹑起伏成形﹕是依靠材料的延伸使工序件形成局部凹陷或凸起的沖壓工序。

30﹑校平﹕是提高局部或整體平面型各件平直度的一種沖壓工序。

31﹑液壓拉深﹕利用盛在剛性或柔性容器內的液體﹐代替凸模或凹模以形成空心件的一各拉深工序。

32﹑深孔沖裁﹕是孔位等於或小於材料厚度的沖孔工序。

33﹑落料﹕是將材料沿封閉輪廓分離的一種沖壓工序﹐被分離的材料成為工件或工序件﹐大多是平面形的。

34﹑ 切﹕是利用尖刀的 切模進行的落料或沖孔工序﹐ 切並無下模﹐墊在材料下面的只是平板﹐被沖材料大多數是非點屬。

35﹑精沖﹕是光潔沖裁的一種﹐是利用有帶點壓料板的精沖模﹐使沖件整個斷面全部或基本全部光潔。

36﹑縮口﹕將空心件或管狀件敞口處加壓使其縮小的一種沖壓工序。

37﹑整形﹕依靠材料流動﹐少量改變工件形狀和尺寸﹐以得証工件精度的一種沖壓工序。

38﹑翻孔﹕是沿內孔周圍將材料翻成側立邊緣的一種沖壓工序。

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一﹑概述
        計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)和計算機輔助制造CAM(Computer Aided Manufacturing),簡稱CAD/CAM﹐是指工程技朮人員﹐借助於計算機極強的處理數據信息和圖形信息的功能﹐用計算機進行產品設計和編制數控程序﹐並控制CNC設備(即計算機數字控制設備Computer Numerical Control)進行制造的技朮。CAD/CAM技朮作為當今世界科技領域最先進的技朮之一﹐近20年來得到突飛猛進的發展﹐現已廣泛應用於機械﹑電子﹑宇航﹑建筑﹑輕工﹑化工等各個工業領域﹐極大地提高了產品制造精度﹐縮短了設計和制造周期﹐新產品開發成功率也得到較大提高。

          今天﹐CAD/CAM已經滲透到了工程技朮的所有領域。利用CAD/CAM技朮﹐可完成產品總體設計﹐外形設計﹐結構設計﹑運動機構的模擬設計﹑物料流動模擬仿真﹑有限元分析﹑工藝過程設計﹑數控加工﹑產品檢測和資料管理等技朮工作﹑CAD/CAM技朮及計算機科學﹑計算數學﹑計算機圖形學﹑數據結構﹑數據庫﹑數控技朮﹑仿真技朮﹑軟件工程﹑人工智能等多門學科﹐具有技朮密集﹑知識密集﹑更新速度快﹑綜合效率高﹑初始投資大等特點﹐代表機械制造業的發展向。任何一個企業和研究機構要想保持設計和制造的竟爭力﹐就心須努力研究﹐開發或使用CAD/CAM技朮。

          近年來隨CAD/CAM技朮的發展﹐導致了集成制造CIM(Computer Integrated Manufacture)技朮的產生。CIM技朮是在CAD/CAM﹑計算機輔助工程CAE(Computer Aided Engineer)﹑計算機輔助工藝過程設計CAPP(Computer-Aided Process Planning)﹑計算機輔助檢測CAT(Computer Aided Test)﹑數控技朮CNC﹑柔性制造技朮FMS(Flexible Manufacturing System)﹑管理信息系統CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的核心技朮之一。  

   

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                                                     數控機床概述


          隨著科學技朮的不斷發展﹐對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求﹐機械加工工藝過程的自動化是實現上述要求的最重要的措施之一。它不僅能夠提高產品的質量﹐提高生產效率﹐降低生產成本﹐還能夠大大改善工人的勞動條件。汽車﹑拖拉機﹑家用電器等屬於大批量生產的產品﹐廣泛采用自動機床﹑組合機床和專用機床以及專用自動生產線﹐實行多刀﹑多工位多面同時加工﹐以達到高效率和高自動化。盡管需要較大的初始投資及較長的生產准備時間﹐但在大批量生產條件下﹐由於分攤在每一個工件上的費用較低﹐經濟效益仍然是非常顯著的。但是﹐在機械制造工業中約有機械加工總量的75%~80%是屬於單件小批量生產﹐特別在一些宇航﹑機床﹑重型機械及國防工業部門的零件﹐精度要求高﹑形狀復雜﹑加工批量小﹑且改型頻繁﹐采用普通機械加工這些零件效率低﹑勞動強度大﹐有時不能加工。采用組合機床或自動化機床加工這類零件也極其不合理﹐因為需要經常改裝與調試設備。近年來﹐由於市場競爭的激烈﹐各生產廠不僅要提供高質量的產品﹐而且為滿足市場上不斷變化的需要進行頻繁的改型 。因此﹐即使是生產線在大批量生產中也日漸暴露其缺點或不足。為了解決上述一系列矛盾﹐為件﹑小批量生產的精密復雜零件提供了自動化加工手段。

          在數控機床上﹐工件加工的全過程是由數字指令控制的﹐在加工前要用指定的數字代碼按照工件圖樣編制出程序﹐制成穿孔帶﹐然後輸入到數控系統中去﹐數控機床即按照穿孔帶上的指令自動地進行工作﹔工件加工程序是由若干程序段組合而成﹐每個程序段中﹐均有加工工件某一部分所需要的各種數據信息及機床操作的各種指令﹐穿孔帶輸入一個程序段﹐相應的各種數據和指令就進入數控系統﹐數控系統也就指揮機床完成工件的一部分加工工作。數控機床與其它自動機床的主要區別大於﹐當被加工工件改變時﹐除了重新裝夾和更換刀具之外﹐只需更換一條新的穿孔帶﹐不需要對機床作任何調整。

        

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計算機輔助設計第三頁


         按照传统的CAD/CAM系统和CNC系统的工作方式，CAM系统以直接或间接（通过中性文件）的方式从CAD系统获取产品的几何数据模型。CAM系统以三维几何模型中的点、线、面、或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文件的形式经后置处理，以NC代码的形式提供给CNC机床，在整个CAD /CAM及CNC系统的运行过程中存在以下几方面的问题：
          CAM系统只能从CAD系统获取产品的低层几何信息，无法自动捕捉产品的几何形状信息和产品高层的功能和语义信息。因此，整个CAM过程必须在经验丰富的制造工程师的参与下，通过图形交互来完成。如：制造工程师必须选择加工对象（点、线、面或实体）、约束条件（装夹、干涉和碰撞等）、刀具、加工参数（切削方向、切深、进给量、进给速度等）。整个系统的自动化程度较低。
          在CAM系统生成的刀具轨迹中，同样也只包含低层的几何信息（直线和圆弧的几何定位信息），以及少量的过程控制信息（如进给率、主轴转速、换刀等）。因此，下游的CNC系统既无法获取更高层的设计要求（如公差、表面光洁度等），也无法得到与生成刀具轨迹有关的加工工艺参数。
CAM系统各个模块之间的产品数据不统一，各模块相对独立。例如刀具定位文件只记录刀具轨迹而不记录相应的加工工艺参数，三维动态仿真只记录刀具轨迹的干涉与碰撞，而不记录与其发生干涉和碰撞的加工对象及相关的加工工艺参数。
CAM系统是一个独立的系统。CAD系统与CAM系统之间没有统一的产品数据模型，即使是在一体化的集成CAD/CAM系统中，信息的共享也只是单向的和单一的。CAM系统不能充分理解和利用CAD系统有关产品的全部信息，尤其是与加工有关的特征信息，同样CAD系统也无法获取CAM系统产生的加工数据信息。这就给并行工程的实施带来了困难。
          3 数控仿真技术
          3.1计算机仿真的概念及应用
          从工程的角度来看，仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。分析复杂的动态对象，仿真是一种有效的方法，可以减少风险，缩短设计和制造的周期，并节约投资。计算机仿真就是借助计算机，利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程。它随着计算机技术的发展而迅速地发展，在仿真中占有越来越重要的地位。计算机仿真的过程可通过图1所示的要素间的三个基本活动来描述：
          建模活动是通过对实际系统的观测或检测，在忽略次要因素及不可检测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际系统的简化近似模型。这里的模型同实际系统的功能与参数之间应具有相似性和对应性。
          仿真模型是对系统的数学模型（简化模型）进行一定的算法处理，使其成为合适的形式（如将数值积分变为迭代运算模型）之后，成为能被计算机接受的“可计算模型”。仿真模型对实际系统来讲是一个二次简化的模型。
          仿真实验是指将系统的仿真模型在计算机上运行的过程。仿真是通过实验来研究实际系统的一种技术，通过仿真技术可以弄清系统内在结构变量和环境条件的影响。计算机仿真技术的发展趋势主要表现在两个方面：应用领域的扩大和仿真计算机的智能化。计算机仿真技术不仅在传统的工程技术领域（航空、航天、化工等方面）继续发展，而且扩大到社会经济、生物等许多非工程领域，此数控仿真技术的研究现状
数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。为确保数控程序的正确性，防止加工过程中干涉和碰撞的发生，在外，并行处理、人工智能、知识库和专家系统等技术的发展正影响着仿真计算机的发展。数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，以减少工件的试切，提高生产效率。
          3.2实际生产中，常采用试切的方法进行检验。但这种方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。后来又采用轨迹显示法，即以划针或笔代替刀具，以着色板或纸代替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形（也可以显示二维半的加工轨迹），有相当大的局限性。对于工件的三维和多维加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蜡、木料、改性树脂和塑料等）来检验加工的切削轨迹。但是，试切要占用数控机床和加工现场。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的计算机仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。从试切环境的模型特点来看，目前NC切削过程仿真分几何仿真和力学仿真两个方面。几何仿真不考虑切削参数、切削力及其它物理因素的影响，只仿真刀具-工件几何体的运动，以验证NC程序的正确性。它可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具破坏或刀具折断、零件报废等问题；同时可以减少从产品设计到制造的时间，降低生产成本。切削过程的力学仿真属于物理仿真范畴，它通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数，从而达到优化切削过程的目的。几何仿真技术的发展是随着几何建模技术的发展而发展的，包括定性图形显示和定量干涉验证两方面。目前常用的方法有直接实体造型法，基于图像空间的方法和离散矢量求交法。
          3.3直接实体造型法
这种方法是指工件体与刀具运动所形成的包络体进行实体布尔差运算，工件体的三维模型随着切削过程被不断更新。Sungurtekin和Velcker开发了一个铣床的模拟系统。该系统采用CSG法来记录毛坯的三维模型，利用一些基本图元如长方体、圆柱体、圆锥体等，和集合运算，特别是并运算，将毛坯和一系列刀具扫描过的区域记录下来，然后应用集合差运算从毛坯中顺序除去扫描过的区域。所谓被扫过的区域是指切削刀具沿某一轨迹运动时所走过的区域。在扫描了每段NC代码后显示变化了的毛坯形状。
Kawashima等的接合树法将毛坯和切削区域用接合树（graftree）表示，即除了空和满两种结点，边界结点也作为八叉树（oct-tree）的叶结点，接合树的数据结构如图  2。边界结点包含半空间，结点物体利用在这些半空间上的CSG操作来表示。接合树细分的层次由边界结点允许的半空间个数决定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削区域的差运算来实现。毛坯的显示采用了深度缓冲区算法，将毛坯划分为多边形实现毛坯的可视化。
用基于实体造型的方法实现连续更新的毛坯的实时可视化，耗时太长，于是一些基于观察的方法被提出来。
          3.4基于图像空间的方法
这种方法用图像空间的消隐算法来实现实体布尔运算。Van Hook采用图象空间离散法实现了加工过程的动态图形仿真。他使用类似图形消隐的z_buffer思想，沿视线方向将毛坯和刀具离散，在每个屏幕象素上毛坯和刀具表示为沿z轴的一个长方体，称为Dexel结构。刀具切削毛坯的过程简化为沿视线方向上的一维布尔运算，见图3，切削过程就变成两者Dexel结构的比较：
CASE 1：只有毛坯，显示毛坯，break；
CASE 2：毛坯完全在刀具之后，显示刀具，break；
CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel结构，显示刀具，break；
CASE 4：刀具切削毛坯内部，删除毛坯的dexel结构，显示刀具，break；
CASE 5：刀具切削毛坯内部，创建新的毛坯dexel结构，显示毛坯，break；
CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel结构，显示毛坯，break；
CASE 7：刀具完全在毛坯之后，显示毛坯，break；
CASE 8：只有刀具，显示刀具，break。
这种方法将实体布尔运算和图形显示过程合为一体，使仿真图形显示有很好的实时性。
Hsu和Yang提出了一种有效的三轴铣削的实时仿真方法。他们使用z_map作为基本数据结构，记录一个二维网格的每个方块处的毛坯高度，即z向值。这种数据结构只适用于刀轴z向的三轴铣削仿真。对每个铣削操作通过改变刀具运动每一点的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的图形显示。
         3.5离散矢量求交法
由于现有的实体造型技术未涉及公差和曲面的偏置表示，而像素空间布尔运算并不精确，使仿真验证有很大的局限性。为此Chappel提出了一种基于曲面技术的“点-矢量”(point-vector)法。这种方法将曲面按一定精度离散，用这些离散点来表示该曲面。以每个离散点的法矢为该点的矢量方向，延长与工件的外表面相交。通过仿真刀具的切削过程，计算各个离散点沿法矢到刀具的距离s（如图4所示）。设sg和sm分别为曲面加工的内、外偏差，如果sg<s<sm说明加工处在误差范围内，s<sg则过切，s>sm则漏切。该方法分为被切削曲面的离散(discretization)、检测点的定位（location）和离散点矢量与工件实体的求交(intersection)三个过程。采用图像映射的方法显示加工误差图形；零件表面的加工误差可以精确地描写出来。总体来说，基于实体造型的方法中几何模型的表达与实际加工过程相一致，使得仿真的最终结果与设计产品间的精确比较成为可能；但实体造型的技术要求高，计算量大，在目前的计算机实用环境下较难应用于实时检测和动态模拟。基于图像空间的方法速度快得多，能够实现实时仿真，但由于原始数据都已转化为像素值，不易进行精确的检测。离散矢量求交法基于零件的表面处理，能精确描述零件面的加工误差，主要用于曲面加工的误差检测。

bbyags

好多资料啊

skycad

谢谢！

pxb3180

不错呀！

赵兵

我 down 不了超星阅览器,带补丁的,

admin

很值得收藏的

002269

??

lou6370

看不懂繁体的

wmnc

中英文皆有。

jyj355

难得有个人经验的交流

李泳

谢谢！

jyj355

个人经验的交流是我們現在最欠缺的，希望大家好好利用論壇！！！

nissin-sam

thanks

jt628

好

tgy

看了以后，感觉收获很大，谢谢了
学习模具这么久，总算是有点成就了，刚开始学的时候，都不知道
该干什么