模具设计都有什么步骤及技巧？模具设计如何降低成本？

　　导语：在我国的现代化工业生产的过程中,模具具有重要的作用,大量的设备都需要应用模具对相关零件进行制造成型。因此我们今天就来说说：模具设计有什么步骤?模具设计都有什么小技巧?模具设计如何降低成本?

　　一、模具设计有什么步骤?

　　第一步:对制品2D图及3D图的分析和消化，其内容包括以下几个方面：

　　1、制品的几何形状。

　　2、制品的尺寸、公差及设计基准。

　　3、制品的技术要求(即技术条件)。

　　4、制品所用塑料名称、缩水及颜色。

　　5、制品的表面要求。

　　第二步：注射剂型号的确定

　　注射剂规格的确定主要是根据塑料制品的大小及生产批量。设设计人员在选择注射机时，主要考虑其塑化率、注射量、锁模力、安装模具的有效面积(注射机拉杆内间距)、容模量、顶顶出形式及定出长度。倘若客户已提供所用注射剂的型号或规格，设计人员必须对其参数进行校核，若满足不了要求，则必须与客户商量更换。

　　第三步：型腔数量的确定及型腔排列

　　模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状(有无侧抽芯)、制品精度、批量以及经济效益来确定。

　　型腔数量主要依据以下因素进行确定：

　　1、制品的生产批量(月批量或年批量)。

　　2、制品有无侧抽芯及其处理方法。

　　3、模具外形尺寸与注射剂安装模具的有效面积(或注射机拉杆内间距)。

　　4、制品重量与注射机的注射量。

　　5、制品的投影面积与锁模力。

　　6、制品精度。

　　7、制品颜色。

　　8、经济效益(每套模的生产值)。

　　以上这些因素有时是相互制约的，因此在确定设计方案时，必须进行协调，以保证满足其主要条件。性强数量确定之后，便进行型腔的排列，以及型腔位置的布局。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯(滑块)机构的设计、镶件型芯的设计以及热流道系统的设计。以上这些问题由于分型面及浇口位置的选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到最完美的设计。

　　第四步：分型面的确定

　　分型面，在一些国外的制品图中已作具体规定，但在很多的模具设计中要由模具人员来确定，一般来讲，在平面上的分型面比较容易处理，有时碰到立体形式的分型面就应当特别注意。其分型面的选择应遵照以下原则：

　　1、不影响制品的外观，尤其是对外观有明确要求的制品，更应注意分型面对外观的影响。

　　2、利于保证制品的精度。

　　3、利于模具加工，特别是型腔的加工。先复机构。

　　4、利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计。

　　5、利于制品的脱模，确保在开模时使制品留于动模一侧。

　　6、便于金属嵌件。

　　在设计侧向分型机构时，应确保其安全可靠，尽量避免与定出机构发生干扰，否则在模具上应设置先复机构。

　　第六步：模架的确定和标准件的选用

　　以上内容全部确定之后，便根据所定内容设计模架。在设计模架时，尽可能地选用便准模架，确定出标准模架的形式、规格及A、B板厚度。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件、二次分型机构及精密定位用标准组件等。需要强调的是，设计模具时，尽可能地选用标准模架和标准件，因为标准件有很大一部分已经商品化，随时可以在市场上买到，这对缩短制造周期、降低制造成本是极其有利的。买家尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度和刚性计算，以校核所选模架是否适当，尤其是对大型模具，这一点尤为重要。

　　第七步:浇注系统的设计

　　浇注系统的设计包括主流道的选择、分流道截面形状及尺寸的确定。如采用点浇口时，为确保分流道的脱落，还应注意脱浇口装置的设计。在设计浇注系统是，首先是选择浇口的位置。浇浇口位置选择的适当与否，将直接关系到制品成型质量及注射过程是否能顺利进行，浇口位置的选择应遵循以下原则：

　　1、浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用浇口的清理。

　　2、浇浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短(一般大水口很难做到)。

　　3、浇口位置应保证塑料注入型腔时对着型腔中宽敞、厚壁部位，以便于塑料流入。

　　4、避免塑料在流入型腔时直冲到型腔壁、型芯或嵌件，是塑料能尽快流入型腔各部位，并避免型芯或嵌件变形。

　　5、尽量避免制品产生熔接痕，若要产生，使其溶解痕产生在制品不重要的地方。

　　6、浇口位置及其塑料注入方向，应是塑料在注入型腔时能沿着型腔平行方向均匀地流入，并有利于型腔内气体的排出。

　　7、浇口应设计在制品上最容易清除的部位，同时尽可能不影响制品的外观。

　　第八步：顶出系统的设计

　　制品的顶出形式，归纳起来可分为机械顶出、液压顶出、气动顶出三大类。在机械顶出是注射成型过程中最后一个环节，顶出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品顶出是不可忽视。在设计顶出系统时应遵守下列原则：

　　1、为使制品不致因顶出产生变形，推力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，如制品上细长的中空圆柱，多采用推管顶出。推力点的布置应尽量平衡。

　　2、推力点应作用在制品能承受力最大的部位，及刚性好的部位，如筋部、突缘、壳体型制品的壁缘等处。

　　3、尽量避免推力点作用在制品较薄平面上，防止制品顶白、顶高等，如壳体形制品及筒形制品多采用推板顶出。

　　4、尽量避免顶出痕迹影响制品外观，顶出装置应设在制品的隐蔽面或非装饰表面。于透明制品尤其要注意定出位置及顶出形式的选择。

　　5、为使制品在顶出时受力均匀，同时避免因真空吸附而使制品产生变形，往往采用复合顶出或特殊形式的顶出系统，如推杆、推板或推杆、推管复合顶出，或者采用进气事推杆、推块等定出装置，必要时还应设置进气阀。

　　第九步：冷却系统的设计

　　冷却系统的设计是一项较繁琐的工作，要考虑冷却效果、冷却的均匀性和冷却系统对模具整体结构的影响。冷却系统的设计包括以下内容：

　　1、冷却系统的排列方式及冷却系统的具体形式。

　　2、冷却系统的具体位置及尺寸的确定。

　　3、重点部位如动模型芯或镶件的冷却。

　　4、侧滑块及侧滑芯的冷却。

　　5、冷却元件的设计及冷却标准元件的选用。

　　6、密封结构的设计。

　　第十步：

　　塑料注射模上的导向装置，在采用标准模架时，已经确定下来。一般情况下，设计人员只要按模架规格选用就可以了。但根据制品要求须设置精密导向装置时，则必须由设计人员根据模具结构进行具体设计。一般导向分为：动、定模之间的导向;推板及推杆固定板导向;推板杆与动模板之间的导向;定模座与推刘盗版之间的导向。一般导向装置由于受加工精度的限制或使用一段时间之后，其配合精度降低，会直接影响制品的精度，因此对精度要求较高的制品必须另行设计精密定位元件，有的已经标准化，如锥形定位销、定位块等可供选用，但有些精密导向定位装置须根据模块的具体结构进行专门设计。

　　第十一步：模具钢材的选用

　　模具成型零件(型腔、型芯)材料的选用，主要根据制品的批量、塑料类别来确定。对对于高光泽或透明的制品，主要选用4Cr13等类型的马氏体耐蚀不锈钢或时效硬化钢。含有玻璃纤维增强的塑料制品，则应选用Cr12MoV等类型的具有高耐磨性的淬火钢。当制品的材料为PVC、POM或含有阻燃剂时，必须选用耐蚀不锈钢。

　　十二步：绘制配装图

　　排位模架及相关内容确定之后，便可以绘制装配图。在绘制装配图过程中，对已选定的浇注系统、冷却系统、抽芯系统、顶出系统等做出进一步的协调和完善，从结构上达到比较完美的设计。

　　第十三步：模具主要零件图的绘制

　　在绘制型腔或型芯图时，必须主义所给定的成型尺寸、公差及脱模斜度是否相协调，其设计基准是否与制品的设计基准相协调。同时还要考虑型腔、型芯在加工时的工艺性及使用时的力学性能及其可靠性。结构件图的绘制，当采用标准模架时，出标准模架以外的结构件，大部分可以不绘制结构件图。

　　第十四步：设计图纸的校对

　　模具图设计完成后，模具设计人员将设计图及相关原始资料一同交主管人员进行校对。

　　校对人员应针对客户所提供的有关设计依据及客户所提要求，对模具的总体结构、工作原理、操作的可行性等进行系统的校对。

　　第十五步：设计图纸的会签

　　模具设计图纸完成之后，必须立即交给客户认可。只有客户同意后，模具才可以备料投入生产。当客户有较大意见需要作重大修改时，则必须在再重新设计后再交给客户认可，直至客户满意为止。

　　第十六步：

　　排气系统对确保制品成型质量起着至关重要的作用，其排气方式有以下几种：

　　1、利用排气槽。排气槽一般设在型腔最后被充满的部位。排气槽的深度因塑料不同而异，基本上是以塑料不产生飞边时所允许的最大间隙来确定。

　　2、利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙或专用排气塞排气。

　　3、有时为了防止在制品在顶事造成真空变形，必须设计排气镶针。

　　二、模具设计都有什么小技巧?

　　1.滑块导轨的高至少要为滑块高的1/3，以保証滑块稳定以及滑动顺畅。

　　2.有滑动摩擦的位置注意开设润滑槽，为了防止润滑油外流，不宜把槽开成“开式”，而应该为“封闭式”，一般可以用单片刀在铣床上直接铣出。

　　3.固定模仁的型腔，对小模一般用线割，这样可以提高模具的精度;而较大模的模腔一般铣削的形式加工出来，加工时注意其垂直度，并且为了防止装配时，模仁不到位，模框的四周应该用铣刀铣深0.2。

　　4.入子与模仁，模仁与模仁，模仁与模框的相互穿插一般要加1°的斜度，以防装配时碰伤。

　　5.入子的靠位部分长度公差为-0.02，大小公差为-0.10，模仁相对应的靠位公差为+0.02。

　　6.有C 角的入子最底端到C 角部位的公差为+0.01，以防跑毛边。

　　7. 本体模具的主体部分用NAK80 的材料，入子、梢等用SKH9、SKH51(材料处理：室化处理，也可以不要)的材料，必要时可以使用VIKING 材料。

　　8.画好部品之后，应先定滑块的位置、大小，防止发生干涉、及强度不够的现象，然后才定模仁寸法。

　　9.入子大小公差设为-0.01，模仁上入子孔对应的公差为+0.01。

　　10.模仁上的线割方孔尖角部分用R0.20 过度，对应的入子部分也为R0.20，以对应线切割时的线径影响，同时可以防止尖角部分磨损，而产生益边。

　　三、模具设计如何降低成本?

　　1. 首先，总体设计方案的制定要合理，也就是说设计理念要正确，从冲压工艺、排样到总体结构的确定都应该遵守相关的原理或法则。比如说排样方案的制定，按照常规设计法则第一工步是先冲出导正孔，紧接着第二工步就必须要设置导正钉导正，不论步距多么小也不能空开，如果不这样安排，从初始送料精度，到整个模具步距精度全都无法保证，等于失去了定位基准，冲压件的精度也就谈不上了。

　　如何对条料的冲裁、折弯、拉深、折叠和卷边等过程进行有效的控制，采用怎样的结构确保坯料按照设计的意图成形。这些方案的制定都要求设计者对材料的变形规律具有较为充分的了解。同时对现行方案要进行必要的校对核算，比如展开尺寸的大小，拉深次数的确定，初始间隙的取值，压力中心偏离位置，压边力、卸料力或推件力大小，弹簧的长度及压缩量等都应该先计算出来并作为设计的理论依据。尽量采用较为成熟的结构。

　　对模具结构进行设计时，最好能够想象出模具将来的装配、运行及条料的变形过程，这样做可以提早发现很多不切实际的装配问题或运行当中产生的干涉，阻碍送料、定位不稳定等问题从设计初始就想办法解决掉。因为模具一旦出现大的设计失误，会导致模具报废。笔者曾见过这样一副模具，它的最后一个工位要完成切断、打87°弯、出件三个动作，排样并没有错，由于结构设计上没考虑周全，只满足了锐角打弯的要求，而专为摆动式凸模设置的下挡板阻碍了制件排出，无法连续工作，把一个本来很容易处理的问题搞复杂了，最终模具做了报废处理。后来另做的新模具改变了结构，凸模改为直通式，凹模改成斜面，去掉挡板后模具才得以验收合格。因此，总体方案上绝不能出现大的问题。

　　2. 在确定冲压工艺路线和排样之前，将各种方案进行成本估算，这样做可以为决策提供依据。比如某个冲压件可以用几副单步模冲压加工完成，也可以用一副跳步模(级进模)冲压加工完成，还可以用复合模冲压加工完成，到底应该采用哪种方案，要对比看哪种方案的综合成本最小。

　　3. 要落实好标准件的推广应用工作，尽量多用标准件。这个道理很简单，因为标准件能够形成批量生产，所以其市场价格相对更便宜。还有一个好处就是缩短了模具制造周期，使总的工作量至少减去一半。目前，市场上模具标准件十分丰富，种类繁多，规格齐全。比如弹簧、模架、导向件、螺钉塞、导正孔凸模和凹模、导正钉、检测销、小压板、浮料销、顶杆等，这些零部件都可以从专门的厂家买到，从而免去了设计和加工工作。减轻了生产环节压力，加快了进度，反过来又对销售起到一定的促进作用。

　　4. 不可忽视非标零件设计的工艺性审查工作。实际生产当中造成零件报废的原因有时并不在操作工身上，而在于设计不合理。比如一个价值上千元的板件，由于型孔的一个尖角开裂而报废，这种情况下能把责任推卸给热处理吗?由于凹模镶件设计的壁厚太薄弱，切完型孔后发生变形而做报废处理，这能怪罪慢走丝操作工吗?还有这样的情行，某个复杂的异型孔，如果设计上采取拼接方式，则凸、凹模的加工相对要容易的多，用工具磨床就可以保证尺寸精度要求，若是设计成整体式，就必须采用慢走丝或坐标磨床加工，结果加工费用提高成百上千元。有时凸模设计得过于细长，抗冲击性太差，造成冲压生产中频繁停机和维修更换，增加费用还耽误生产。以上所讲述的的现象经常会遇到，所以，对于非标零件，投产前一定要进行工艺性审查，由资深设计人员或工艺师检查其图样是否符合本厂工艺条件。如尺寸不能超出现有设备的最大行程，基准要始终保持一致，曲线(面)加工要避免干涉现象，注意不要有淬火时容易开裂的尖角，可夹持面要够大，尺寸精度和形位公差容易控制，对于某些不能一次设计定型的零件要留出修改的余地等。有了工艺性审查把关，就可以减少很多因设计不合理而附加的费用，从而减少工厂损失。有些企业为了分工明确，方便管理，将设计工作与工艺编制工作划分开，各自管各自，内耗自然相对较大。

　　5. 材料的选用要适当。现在人们已经认识到资源的宝贵，模具原材料价格一涨再涨，尤其是合金工具钢，有些价格已超过原来的两倍。如高速钢W6Mo5 Cr4V2原来的价格不到40元/ kg,现在涨到80元/ kg 以上。硬质合金YG15 原来价格为300元/ kg, 现在涨到700 元/ kg 以上。进口材料价格更是高的离谱，如日本的普通模具钢SKD11 为70元/ kg,硬质合金D30为3000 元/ kg, 美国的硬质合金CD650 为3000元/ kg, 比相同性能的国产材料高出3倍以上。因此，在选用模具材料时，只要能够满足零件强度、硬度等性能条件，能达到预期的寿命，就应该尽量采用价格便宜的原材料，而一味地追求昂贵的材料，看似为了提高模具质量，其实是对资源的不合理利用，也是一种浪费。国产模具材料如T8、T10、CrWMn、Cr12MoV 等相对要便宜得多，建议优先选用。尤其在模具尺寸较大时，选择材料应当更慎重一些。有些关键零件，如果必须采用YG15 等耐磨损硬质合金材料，可以设计成热镶或局部焊接的形式，把其用量设法减到越少越好，从而可以省下大量资金。

　　6. 模具出厂之前一定得先试冲几次，并把每次试模当中找出的问题在本厂内部进行设计修改并彻底解决，最好是调试到十拿九稳的程度以后再包装发运出去。避免问题在模具运送到用户那里以后才暴露出来，到时，现场很可能没有专业设备及操作工给予配合，单凭钳工对模具进行修理或改造极为困难。浪费时间，增大开销还在其次，搞不好模具最终还得要运回本厂返修，那样就更加麻烦了，这些花费必然大大超出预算。同时也耽误了用户的生产进度，造成负面影响。总之，要尽可能减少模具在外调整的时间和工作量。

　　7. 图样的设计要规范。电脑上的图形实际尺寸与标注尺寸必须严格要求保持一致，命名也要具有惟一性，名称、图号不得有重复。这样做看起来似乎麻烦一点，慢一点，但是可以给后续的一系列工作带来很大的便利。无论是校对还是加工编程或者查对尺寸，都可以从电脑上直接调用图样文件。保证了设计图样对生产具有明确的指导作用。从总体上看，不仅节约了大量时间，而且提高了尺寸、形状表达的准确率，可有效避免他人因误解而引起的报废或返修，有效减少不必要的损失和浪费。