时间：2023-03-22 17:32:23
导语：在模具设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
手机翻盖通过转轴实现，转轴孔与模具的脱模方向垂直，其成型必须进行侧面抽芯，由于此处位置狭小，结构上受到种种限制，脱模较为困难。合理的侧抽芯机构设计应在使转轴孔可以顺利抽芯脱出并保证塑件成型生产效率的前提下，尽量简化模具结构，降低加工难度，便于日后的注射生产和模具维护脱模［4］。在总结同类产品模具设计经验的基础上，考虑采用斜导柱驱动的定模滑块内侧抽芯机构来成型转轴孔并完成脱模，由2个滑块分别成型相对的转轴孔，中间共用1个楔紧块，如图3所示。开模时，由于橡胶型面分型，楔紧块21由2个M6×12的沉头螺钉固定在面板上，而滑块6、滑块18和压条33、34随A板19往动模侧移动，开模力通过斜导柱4作用在滑块上，迫使滑块6、滑块18分别沿着楔紧块的2个斜面以及压条和模板形成的导滑槽往内往下运动，直到小拉杆23限位A板，从而完成转轴孔的侧抽芯过程。
2搭扣的侧抽芯设计
该手机外壳共有7个内扣，采用斜顶机构成型并脱模。斜顶也叫斜销、斜方，是利用顶针板顶出的垂直运动转换成水平运动以处理制品内部倒扣的机构，主要由斜顶本体和固定部分组成。斜顶角度、针板顶出行程和倒扣水平脱模距离之间的关系如图4所示。斜顶角度和顶针板顶出行程的确定应以保证倒扣水平脱模为依据。模具成型零部件结构如图5所示，其中内凹搭扣的斜顶1如图6所示。由于斜顶较小，斜顶单边开槽单边导滑。手机外壳共有外侧搭扣5个，加上外侧转轴孔均须滑块外侧抽芯机构成型。搭扣的侧抽芯排布如图7所示，共设有3个动模滑块机构。由于扣位尺寸较小，采用滑块镶针成型方便加工和维修，用螺钉将滑块镶针固定在滑块上。
3顶针和模仁设计
手机外壳底面筋位骨位窄细并纵横交错，适合用扁顶针。顶针和斜顶的分布集中于手机外壳边缘处，为了便于型芯模仁的加工、装配与维修，采用镶块式的组合式型芯模仁，如图8所示。这样既能简化加工过程，缩短加工时间，又有利于排气。
4模具整体设计
手机外壳模具整体成型零部件结构如图5所示，2D总装图如图3(a)所示。高温熔体注射入型腔后，经过保压冷却，模具首先在A分型面分模，取出浇注系统废料并完成2个内侧转轴孔定模滑块的侧抽芯，由图3(a)中小拉杆23限制分模距离。接着模具在B分型面分模，完成图5中滑块3、滑块4、滑块5动模滑块的侧抽芯，由图3(a)中固定在面板上的限位板32和限位螺钉31控制分型距离后，顶出机构顶针和斜顶开始动作，完成内扣的侧抽芯并将产品推离型芯完成脱模过程。合模时，顶出机构由复位杆10和弹簧复位。
5结语
注塑模具CAD技术是一种将模具制造转向高自动化的人工智能化的一种技术，具有以下一些特点：
（1）生产效率高。注塑模具CAD技术中的注塑成型方法能够将一些形状较复杂的塑料产品一次成型，并且这种方式生产的塑料产品在目前塑料产品中所占的比例是比较大的；
（2）可以批量生产。利用注塑模具CAD技术能够迅速将塑料的形状进行复制，并且快速成型，能够克服注塑模具外部约束多、结构复杂且多变、试探性和经验性较强的特点，进而批量生产大量的塑料产品；
（3）操作性强。注塑模具CAD技术系统的功能是比较丰富的，在注塑模具的流程中涉及到多个层面，因此也比较复杂，另外其交互性比较强，因此需要操作人员掌握丰富的软件知识和广泛拓宽计算机知识领域，从而才能做出正确的操作决策。注塑模具CAD系统一般包括五个部分，如产品造型或产品图输入部分、模具总体设计方案确定部分、模具详细设计部分（包括结构和零件的设计）、模具模拟过程部分（包括强度分析、流动分析以及冷却分析的模拟）以及CAM系统的接口部分等，这些部分一般是相互独立并相互联系的，在注塑模具功能的发挥中起到至关重要的作用。注塑模具CAD技术的广泛应用给传统模具设计和制造提供了一个更为先进快捷的方式，在模具的质量和制模的周期上都有了很大的改善。另外通过该项技术还能够大幅度降低制模的成本，提高企业的管理水平，同时还让设计人员的主观能动性得到充分的发挥。
2UG中模具设计中MoldWizard模块分析
由上述的描述可以知道，UG注射模具设计技术主要是通过UG软件中的MoldWizard模块对将要制作的模具进行数据库的开发，然后得到设计图形。在UG软件中，MoldWizard模块能够根据用户企业的需求建立出与需求产品参数相关的三维模具，这些建立出来的模具是可以用来直接加工的。另外MoldWizard模块能够对模块进行自动分模，也就是说，通过其能够自动搜索模具的分型线，并且自动生成分型面和提取公母模面，从而生成磨具的型芯与型腔。在这个过程中大大简化了设计程序，并且具有很强的逻辑性。另外，MoldWizard模块能够定义标准件库系统，能够将直观的图形直间调入到设计的模具中去，并且可以很方便地在上面进行修改。该标准件库是一个庞大的数据库，既能将数据库内的图形数据调出利用还能往数据库中添加新的标准件数据，用户可以根据结构来自行对这些标准件进行定义。
3UG注射模在模具设计和制造中的应用
对于UG注射模在模具设计和制造中的应用，以下以游戏机手柄上盖的注射模具来进行分析。进行UG软件的MoldWizard模具设计时，主要有以下流程：
3.1产品的模型结构分析
在进行模具的设计时，首先需要对所期望的产品的模型结构进行分析，本文以游戏手柄为例，对游戏手柄的材料、外形等进行分析，判断其结构类型。
3.2产品的加载和项目的初始化
根据上述对所期望产品的结构模型进行分析之后，就需要选择材料的种类，并对产品和项目的路径、名称以及单位进行设置，这就是产品的加载和项目的初始化过程。在这个过程中，材料的选择一般基于UG软件的数据库系统，或者直接编辑新增，然后完成模具的整个资料，形成一个加载项。
3.3模具坐标系和收缩率的定义
通过上述将游戏手柄的材料信息进行设置处理后，就需要在软件中将该种模具的坐标系和收缩率进行定义。此坐标系属于三维坐标系，在坐标系中模具要处于零件分型面的中心线上，Z轴需要代表产品的顶出方向，这样才能保证MoldWizard系统只能进行操作。收缩率则是根据游戏手柄材料的种类来确定。
3.4成形工件的确定
在本例中，游戏手柄的总体形状为长方形，且有一定的弧度，因此，在形成模具时，需要在动态固定的模具中安装型芯和型腔，型芯和型腔是通过机床加工而来的，然后利用成形工具来定义模具的大小。
3.5模腔的布局
通过成形工具的确定后，就要对模腔的布局进行确定，一般是根据产品的需求量来决定，若需要大量生产，则可以将模腔布局为一模多腔，这样就能充分利用材料，提高生产效率。
3.6分型
模具设计的重点和难点就是分型面的建立，其目的就是让工件的分型面对工件进行分割，从而形成各个模具腔体的体积块。因此分型的过程主要包括：创建分型线、创建分型面以及创建型芯和型腔。
3.7模架的调用
等模具的大致零件部位确立后，就需要借助模架来确立整个模型。一般来说，模架的调用来自于UG软件系统本身存储的模架库，当然也可以借助其他软件自行建立模架库。本例中的游戏手柄则需要通过KBE知识工程来建立一个特定模架，加入到模架库之后，再进行调用。
3.8成形
该过程主要包括模具零件的标准零件，如主流道、推杆、固定环以及浇口等，进而进行模具浇注系统的设计。浇注后，需要对成型的模具进行冷却，因此UG软件系统还需要设计出该种模具的冷却系统，设计的内容包括冷却时间、冷却材料、冷却工艺等。最后就是模具的装配过程，根据模具的三维图进行各设计木块的安装。
4结语
1风扇上盖的注塑模具设计
基于UG的注塑模具设计的主要流程是:在UG建模环境下创建塑件的三维模型;在UGMoldWizard设计环境加载塑件;对塑件进行模具分型和结构设计。具体设计过程如下:
1)创建塑件三维模型
根据提供的塑件样品，在UGModeling模块下灵活运用各种建模命令，创建风扇上盖的三维模型如图1所示。
2)注塑模具总体结构的确定
针对这个模型，为了保证模具的质心尽量靠近其几何中心，又要尽可能的简化模具结构，拟采用一模一腔的设计思路;由于零件对底面、侧面粗糙度要求不高，可选用大水口系统模架;为了提高加工效率和节省成本，定模型芯和动模型芯均采用整体嵌入式结构。将创建好的零件三维模型文件拷贝到即将建立的模具结构项目文件所在的目录下，然后用UGMoldWizard模块所对应的工具条中的按钮(Load)打开项目初始化对话框，材料选择ABS+PC;收缩率为1．0055，输入相应的参数后，进入UGMoldWizard模具设计系统项目初始化如图2。
3)分模
分模是注射模具设计的最重要的一环，它是用分模面将包含模具型腔的体积块分开成动模型芯和定模型腔，而分模面就是动模型芯和定模型腔的接触面。分模一般按以下步骤进行:修补塑件;提取塑件的分型线;生成分模面;分模得到动模型芯、定模型腔和滑块型芯。对于具有孔或者槽的塑件，在分模前需要修补好这些结构。修补分为片体修补和实体修补，风扇上盖由于具有开放的空间，需要采用实体修补，经实体修补后的风扇上盖产品和相应的实体修补块如图3所示。图3修补塑件塑件修补好后，开始提取塑件的分型线。分型线是产品的最大轮廓线，是产生分模面的基础。电池扣分型线可以通过搜索修补好的塑件的边线获取，自动搜索分型线，如图4所示。图4分型线分模面是以产生的分型线为基础，采用有界平面的方法获得。然后提取区域，使得构成塑件的所有面都被指派到型芯侧或型腔侧。如果面的总数等于型芯和型腔的面的总和，则可以通过自动或分步的方法进一步获得型腔和型芯，如图5。
4)确定模架和模具标准件
针对型芯和型腔的大小，选择合适的模架。选择大水口系统模架，如图6所示，系统自动载入模架。接着为模具选择标准件，包括主流道衬套、定位环、顶针、拉料杆、复位弹簧、垃圾钉、支撑柱等。
5)创建浇口特征
调用浇口命令，编辑参数，再点击“浇口点表示”，选择“面上的点”，在弹出的“Pointmoveonface”对话框编辑参数，单击确定完成“浇口点”的创建。在“浇口设计”对话框中点击应用，系统弹出“点构造器”对话框，选择“浇口点”，在“矢量构造器”对话框中选择－ZC，完成浇口的创建(图7)。6)冷却系统设计利用冷却系统特征，分别创建冷却系统的水道特征、堵头特征、水管连接特征等。这套模具的冷却系统主要是用来冷却成型型腔，可以创建形冷却水道示意图，如图8所示。
2电脑风扇型腔高速加工技术的应用
高速铣削加工用量的确定主要考虑加工效率、加工表面品质、刀具磨损以及加工成本。不同刀具加工不同工件材料时，加工用量会有很大差异，目前尚无完整的加工数据，可根据实际选用的刀具和加工对象参考刀具厂商提供的加工用量选择。一般的选择原则是中等的每齿进给量fz，较小的轴向切深ap，适当大的径向切深ae，切削速度［6］。电脑风扇型腔数控加工在DMU60T加工中心上进行，采用的数控系统是西门子840D。风扇型腔如图9型腔，材料是模具钢P20，选用的刀具是TiAlN涂层刀。加工参数设置如表1所示。
1)粗加工策略
粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓，保证后续半精加工或精加工余量均匀，以利于粗加工刀路的平稳、高效。UG型腔铣程序分层切除风扇上盖型腔零件材料，UG软件粗加工最常用的粗加工方式有平面铣、型腔铣和插铣［7］。高速铣削粗加工采用型腔铣(跟随周边)，其下切或行间过渡部分应该采用斜式下刀或圆弧下刀，并且尽量采取顺铣的加工方式，刀具路径的尖角处要采用圆角的光顺处理，这样才可能保持刀具负荷的稳定，减少任何切削方向的突然变化，从而符合高速加工的需求。根据粗加工策略和参数设置，刀具轨迹仿真如图10。利用设定较小的切削步距和切削深度，并考虑切削深度和进给率的合理搭配，以便保持刀具的切削载荷恒定，进而保持恒定的材料切除率［8］。
2)半精加工策略
半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀。UG加工软件应用其中的参考功能，其残留粗加工能自动识别上一道工序的残留区域和拐角区域，自动判别在上一道工序留有的台阶的层间进行切削，系统智能地优化刀具路径，使用户能够获得空走刀最少的优化的刀具路径。根据半精加工策略和参数设置，刀具轨迹仿真如图11。
3)精加工策略
精加工的主要目标是获得几何尺寸、形状精度及表面品质的工件，保证加工的零件符合设计要求的表面品质和尺寸精度。UG的精加工的连接处应尽量采用圆弧或螺旋等方式切入切出工件，要尽量减少抬刀次数和减少刀具路径频繁的方向变化。使用UG进行高速精加工，不仅要注意使用拐角过渡光顺、圆弧进退刀加工策略外，最好把零件表面分为陡峭区域和非陡峭区域分别进行精加工，以保证恒定的残留高度。陡峭区域适合选用等高轮廓铣方式，其中切削参数选项中的层之间连接方法选择直接对部件进刀方法，该种层间连接方法中间不抬刀，生成的刀具路径连续光滑，没有不同层高之间的刀轨移动，避免了由于抬刀和进刀频繁对零件表面品质的影响。非陡峭区域适合选用固定轴轮廓铣方式，可通过设置刀轴的方向、投影矢量和驱动方法等在复杂轮廓表面上生成刀具路径。根据精加工策略和参数设置，刀具轨迹仿真如图12。
4)清根加工策略
使用UG清根加工方法能够沿着部件表面形成的凹角与沟槽生成刀轨，系统根据加工最佳法则自动确定清根的方向和顺序［9］。用该驱动方法创建刀具路径时，系统使刀具尽可能与部件几何保持接触，减少刀具的非切削运动，进一步优化了刀轨。当塑料模具中出现复杂的型芯或型腔时，使用该策略可减少精加工或半精加工的时间，并可确保余量均匀，保证刀具路径平滑光顺，切削负荷均匀一致。
结语
该塑件为收音机的上盖外壳。利用UG8.0三维设计软件对该塑件进行实体造型，如图1所示。塑件最大尺寸为长110mm，宽70mm，高13.5mm。上盖壳体壁厚较均匀，壁厚在1.5~2mm之间，满足该塑料最小壁厚要求，有利于零件的成型。收音机外壳侧面有两个侧孔，所以模具要采用侧向分型机构。
2塑件的CAE分析
2.1有限元分析前处理
塑件的三维实体模型设计好以后，利用CADdoctor软件去除模型中的小圆角、斜角、凸台、凹坑、圆孔等细小特征，并修复缝合实体模型中的自由面。然后将简化和修复好的模型导入到Moldflow软件中进行有限元分析。模型采用表面网格类型，网格统计主要信息如表1所示。塑件的材料为GEplastics公司生产的牌号为cycolacG364的ABS。其熔体温度为245℃，模具温度为55℃，塑件的顶出温度为90℃。
2.2最佳浇口位置与浇注系统
塑件的浇口位置对塑料熔体快速均匀充满模具型腔和保压效果都起着决定性作用，因此浇口设计合理与否对塑件的表面质量、性能和塑件的强度影响较大。Moldflow软件中的最佳浇口位置分析，可以帮助设计人员得到最佳的浇注位置，如图2所示。根据分析结果，可以看出塑件的最佳浇口位置是在分析结果的蓝色区域，即上盖的中间区域。这是因为浇口在中间，熔料在型腔的流动距离短，熔料流动前沿处温度较高，流动性好的原因。由此初步确定塑件的浇口由四个长4mm、宽2mm的矩形侧浇口组成，分流道为直径5mm的圆形截面，主流道为锥形，其浇注系统模型如图3所示。
2.3充填+流动+冷却分析
在设置工艺顺序中提交“充填+流动+冷却”分析。建立冷却通道模型并设置好材料属性、工艺参数后，运行“立即分析”。经软件计算后得到分析结果如图4所示。图4为充填时间云图。观察充填时间可以看出，注塑成型时，塑件并没有出现短射现象。但收音机外壳四角处充填的时间相差较大，这是因为要保证主流道在塑件的中心位置，塑件的四个分流道的长度不同，致使流道出现不平衡现象。由于浇口的数量较多，塑件在两股流动前沿汇合处易形成熔接痕。如图5充填区域图和图6熔接痕位置图所示塑件的很多位置可能出现熔接痕。特别是在塑件的两个侧抽芯部位。从图7流动前沿处温度图来看，在这一区域流动前沿温度较低，出现熔接痕在所难免。塑件采用一个侧浇口的浇注系统，其熔接痕云图如图8所示。可以看出，熔接痕的数量明显减少。容易出现熔接痕的侧抽芯部位其流动前沿处温度为246.7℃，245.6℃接近熔体最高温度246.9℃，如图9所示。所以认为塑件的质量明显提高。模具采用水为冷却介质，设计的冷却通道为直流循环式。经Moldflow分析其回路冷却介质温度最高为25.2℃，最低为25℃。入水口和出水口温差较小，冷却效果较好。
3注塑模具设计
3.1成型零件的设计
塑件成型分析得到最佳的工艺方案后，就可以利用UG/Moldziard完成收音机外壳的注塑模具设计。模具采用一模一腔的结构形式。型芯和型腔为镶嵌结构，型腔和型芯采用单独加工，然后采用过渡配合压入模板中，如图11所示。
3.2模架和标准件的加载
在选择模架时，应为浇注系统、冷却系统、导柱、导套、连接螺钉等标准件留出安装位置，经过估算确定模架为标准的LKM系列模架。其模架类型为“ECI”型，规格为“3535”。图13为加载的标准模架。Moldwizard标准件库有定位环、浇口套、喷嘴、水管接头、螺钉、弹簧和垫圈等标准件。使设计人员设计模具的效率大大提高［2］。图14为加载的冷却系统标准件。收音机外壳的侧面有两个侧孔，塑件不能直接出模，需设置侧型芯抽芯机构。本模具采用拖拉式滑块抽芯，其特点是抽芯距离短，抽芯力较大，如图15所示。
4结语
速印机油墨筒塑料螺纹盖的主要结构尺寸如图2所示，材料为聚丙烯（Polypropylene，简称PP），产品注塑成型后表面要求色泽均匀、清洁，无刮痕、毛刺等机械损伤及断裂等表面质量缺陷，产品生产类型属于批量生产。通过对塑件的尺寸结构分析，可知设计其注塑模具结构时必须注意以下几点。（1）塑件内表面口部有一梯形螺纹，规格为Tr12×2，螺纹长度为l=10mm。通常情况下，塑件内螺纹的脱模方式包括采用强制式螺纹脱模、手动式螺纹脱模或机动式螺纹脱模。根据塑料螺纹盖的尺寸结构、材料性能及产品的生产类型，从简化模具结构的角度出发，确定在本模具中采用手动式螺纹脱模。（2）该塑件为一外包装的盖体类零件，为了不影响产品的外观，模具中以采用点浇口的进料形式为宜，即模具需采用三板式结构。（3）由于聚丙烯收缩率较大，且塑件脱模斜度较小，结合塑件的结构特点，模具中应考虑采用推板推出机构，确保塑件能顺利顶出不变形。（4）聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，冷却成型过程中释放出的热量多，因此模具中必须加强对成型零件的冷却[1]。本模具采用一模两穴的型腔布置方式，模具设计的关键在于确保浇注系统、手动式螺纹脱模机构、冷却系统的结构合理性以及三板式模具的动作可靠性。本文将对该模具关键结构的设计作详细阐述。
2模具结构分析与模具设计
2.1成型零件的模具设计
根据塑件为一圆盖形零件的结构特点，基于优化模具加工与装配工艺的考虑，成型零件宜采用镶拼结构，并设计成圆柱形。在此基础上确定出成型零件的主要装配尺寸，其中，型腔边与镶件边的间距为15～30mm，型腔顶部与镶件背面间距为15～30mm，由此设计出型腔镶件的外形尺寸为?82mm×35mm；而型芯的主要装配尺寸应结合零件的镶拼位置来确定。另外，成型零件的其他结构需结合模具其他相关机构综合考虑设计。结合产品的结构尺寸，初步设计出各成型零件的结构草图，如图3所示。
2.2模架结构的确定
如前所述，本模具采用点浇口进料方式的三板式模具结构，因此应选用带水口推板的细水口模架；另外模具中塑件采用推板推出的脱模方式，模架的下模部分必须配置推板，综合考虑镶件的结构尺寸及其固定方式、流道的设置、塑件的推出及模具的冷却等因素，确定选用的模架规格型号是：DBI-2030-A50-B25-C90。其中各参数的含义如下[2]：D——带刮料板的细水口模架形式；B——下模部分设置有推板及托板；I——工字模；2030——模架宽度200mm、长度300mm；A50——上模板厚度50mm；B25——下模板厚度25mm；C90——垫板厚度90mm；190——拉杆长度190mm。模架剖视结构如图4所示。
2.3浇注系统的设计
根据塑件的结构特点，本模具确定采用点浇口的进料方式，分别在两个型腔中间各开设一个进胶点，结构中结合三板式模具的动作原理设计相关机构，由此实现开模过程中塑件与浇注系统凝料自动分离脱落，确保塑件的外观质量，减少后处理工序，降低操作者的劳动强度。（1）设计浇口根据塑件结构工艺性分析可知，本模具以采用点浇口的进料方式为宜。结构形式及形状尺寸如图5所示，结合塑件的尺寸大小设计出点浇口的结构尺寸，分别为l=1.2mm、d=?1.2mm、R=2mm，a=6°。（2）设计分流道根据三板式模具的动作原理及浇注系统凝料的脱模形式可知，模具的分流道只能设置在水口推板与上模板结合面处，通常只在上模板一侧单边开设。本例中确定采用半圆形的分流道截面，截面半径为R=5mm；结构中两个型腔的中心距为100mm，分流道的长度结合型腔布局并适当延长，以作为分流道的冷料穴。（3）选用浇口套与定位环结合常用标准件的规格型号，本模具中选取直径为?16mm的浇口套及?120mm的定位环。并根据三板式模具的动作原理，将浇口套与水口推板的配合段设置为锥度α=10°的配合锥面。浇注系统及相关零部件结构如图6所示。
2.4脱模机构的模具设计
（1）设计螺纹脱模机构由于塑件的螺纹部分采用手动式螺纹脱模方式，模具中螺纹型芯应设置成活动镶件的结构形式，为了实现活动镶件的可靠定位及快速装卸，螺纹型芯应采用弹性的固定方式，因此，结构上在下模镶件中设置一弹簧波珠，并在螺纹型芯的对应部位开设一圆弧槽，以起固定作用。与此同时，为了减少螺纹型芯与下模镶件的配合长度，方便螺纹型芯的安装、脱模以及在模外的拆卸，将螺纹型芯的底端部分设置成锥面，并在其周边开设4个平面，螺纹型芯结构如图7所示。（2）设计推板推出机构根据推板推出机构的工作原理，为防止推板刮伤下模型芯，推板内孔应比下模型芯成型部分大，并将推板与下模型芯的配合面设计成单边斜度为10°的锥面，以防止因推板偏心而出现飞边。除此之外，为了避免推板推出行程过大而脱离导柱，必须根据模具的推出行程设置推板推出机构的限位装置，结构中采用限位螺钉的限位方式。（3）设计先复位机构由于采用活动镶件的结构形式，螺纹型芯必须在合模之前放置到模具里面，因此必须在模具中设置先复位机构。先复位机构主要包括弹簧式先复位机构与机械式先复位机构，考虑到推出机构中推杆较少，摩擦力较小，因此确定选用弹簧式先复位机构。弹簧长度的算法[3]：i=s+lL其中：i——压缩比，通常取0.4～0.5之间；s——总行程，mm；l——预压量，通常为15mm左右；L——弹簧自由长，mm；根据本模具结构，确定出相关参数，分别取i＝0.45，l＝15mm，s＝20mm，由此可计算出L：L=s+li=20+150.45=77.7mm取L＝78mm。复位弹簧一般套装在回程杆上，由于模具回程杆直径为?15mm，结合模具的推出行程及弹簧的自由长度，确定复位弹簧的规格尺寸为TL35mm×17.5mm×78mm。
2.5冷却系统的模具设计
由于型腔与型芯均采用镶拼结构，因此模具中只需针对型腔镶件与下模镶件进行冷却。从结构上分析，型腔镶件中间设置了浇口，而型芯镶件中间设置了螺纹型芯，结构中只能通过在镶件周边开设冷却槽，以通入冷却水实现冷却。结合镶件的结构尺寸，确定在镶件圆周上设置一条6mm×6mm的冷却水槽及两条3mm×2mm的密封圈槽，并在相应模板的对应位置上开设进出水孔即可。冷却系统结构详见图8。
3模具的整体结构及工作原理
根据模具的结构方案及三板式模具的动作原理，对模具的相关结构进行完善，设计出模具的整体结构，如图8所示。模具的工作原理如下。（1）注塑充型塑料熔料经件37（浇口套）的主流道、件33（压板）上的分流道、件32（型腔镶件）上的浇口充填型腔，并在注塑压力作用下保压、冷却。（2）开模分型在注塑机动、定模板的带动下，模具依次实现分型：第一次分型：模具在Ⅱ处打开，利用分流道凝料对件34（拉料钉）的包紧力，将浇注系统凝料从件32、件33中拉出，并使其与塑件分离，直至件11（限位钉）拉住件15（上模板）。第二次分型：模具在Ⅰ处打开，件11拉动件14（水口推板）运动，将浇注系统凝料从主流道刮出，并使其脱离件34，直至件12（限位钉）拉住件13（顶板）。第三次分型：模具在Ⅲ处打开，件38（尼龙锁模器）脱离件15（上模板），塑件随下模运动并脱离件32，直至模具打开足够行程。（3）推出塑件及螺纹型芯模具在Ⅳ处打开，下模停止运动，件23（推杆垫板）、件21（推杆固定板）在注塑机顶出杆作用下，带动件17（推板）及件27（推杆）运动，并分别推动塑件及件28（螺纹型芯），完成塑件与件28的整体推出。（4）螺纹脱模在模外借助手工工具，将件28从塑件上拆卸，完成塑件的螺纹脱模。（5）推出机构复位推出动作完成后，注塑机顶出杆回抽，件21、件23在件20（复位弹簧）的作用下，带动件22（回程杆）、件27完成复位动作。（6）放置螺纹型芯将件28放入到模具中，并利用件16（弹簧波珠）定位。（7）模具合模在注塑机动、定模板的带动下，模具上的各模板分别合拢，完成一个注塑周期。
4结论
1.1数控加工技术复合材料模具的生产一般都是利用数控加工技术制造的，不同结构的模具及不同材质的模具都需要借助数控加工技术进行生产制作，数控加工技术能够有效地保证生产产品的精确度与质量标准。社会在不断发展与进步，数控加工技术亦是如此，新的高速数控铣削技术在生产复合材料模具的操作中运用，能够有效提高生产效率，并能有效做好产品的质量控制，所以数字化程度的加深绝对是一件美事。
1.2先进表面处理技术表面的技术处理是模具生产质量把控的重要环节之一，因为这关系着模具表层的成分及组织，它是模具性能的直接衡量指标，直接决定了模具的硬度、耐磨度及耐腐蚀性等，所以模具的表面处理必须受到足够的重视。现如今从生产上存在的表面处理技术概况来讲主要有以下几种：化学法、表层覆层法及激光法等。然而激光法就是目前数字化发展的典型代表，此方法现在被广泛应用在复合材料模具的生产加工中，发挥着重要的作用，它能够有效地处理模具表面存在的问题，实现规范模具标准，大大延长模具使用寿命。
1.3解决模具加工生产所面临的问题复合材料模具的生产加工环节必然会面临一些问题，比如在结构焊接过程中会出现残余变形和残余应力等问题，这个就必须采取合理的工艺措施并且选择科学的设计方案来预防问题的产生；加工精度和表面质量是比较关键也是技术难度系数比较高的环节，这个环节极易出现质量问题，这是由于多方面的因素共同导致的，所以在这个环节的每一步操作我们都需要谨慎，必要的话我们可以借用数字化检测设备对此环节进行严格的检测，预防问题的发生，提高产品质量。由于复合材料构件的不同类型及不同材质在生产过程中会产生不同的热膨胀系数，这也是会影响复合材料模具成型的质量因素，所以我们在挑选材料时，尽可能选择热膨胀系数相近的材料，这样可以有效地防止由于热膨胀系数不同而产生的质量问题。
2结语
《模具设计》是我校本科教学中的一门重要专业课，是一门理论与实践紧密结合的课程，其基本知识与迅速发展的现代模具工业息息相关，具有很高的实用价值。在教学过程中，发现学生偏重理论知识的学习，有时理论知识掌握的很好，考试得分很高，但一遇到实际模具设计与制造问题时却毫无头绪，无从下手，这样就无法达到培养目标。根据在模具行业就业的毕业生反馈回来的信息得知：在学校理论学于实践，出来后动手能力差，要适应岗位要求，还需进一步的培训。基于这些问题，有必要尝试多种教学方法，对该课程的教学实行改革。
2《模具设计》课程特点
《模具设计》课程的主要任务是培养学生掌握工艺编制并运用所学知识进行模具设计。通过该课程的学习，学生应掌握模具设计与制造、计算机辅助设计、模具装配调试与维护、模具标准化设计等方面的知识与技能，具有较复杂程度的工艺编制与模具设计能力。因而，课程建设应着眼未来，课程的讲授应紧贴模具工业发展前沿，理论与实践相结合，不断更新教学内容。教学时教师不仅要引导学生掌握基础知识和基本技能，而且要培养和发展学生的思维能力，激发学习兴趣，增强其学习的主动性和创造性。
3课程教学改革实践
3.1完善培养专业模具设计与制造人才的教育体系目前，我国模具工业发展迅速，对人才的需求量大。而人才的培养，主要来自于高等院校的正规教育。传统教学方法是采取理论课与实践课分开来上，且实践课比重很小。这样的培养方式容易导致理论与实际的脱节，培养的人才在动手能力、分析与解决实际问题能力方面远达不到用人单位要求。现代制造业的发展迫切需要模具教学由传统的以理论教学为主向理论知识与实践环节综合运用的方向转变。因而，在制定课程培养方案时，要通过企业调研，使课程内容与企业需求岗位能力的任职要求相适应，采取项目式教学，将各个教学模块理论与实践环节有机结合，全面提高学生的职业适应能力。
（1）教材选择与教学资料的准备目前，市场上模具设计教材种类较多，内容参差不齐。虽然大部分来自于实践，但一般是理论偏多，实际案例很少，且知识陈旧，更新换代速度慢，跟不上现代工业技术更新速度。因而，在选择教材时，要充分调研，选择内容较新、案例分析较多且符合现代先进工业装备要求的教材。同时，结合在调研过程中企业工程师等的意见，准备充实的教学资料。在模具认知过程中，学生在企业参观时，见到的金属模具一般体积、重量大，油污较多，无法准确识别模具内部结构，只有一个大致的轮廓印象。学校可将多媒体电脑教室、模具陈列室融为一体，并购买一批来自生产一线的小型模具，每一副模具都配备总装图，定期向学生开放。同时，购买透明式的教学模具和专用模拟机，透明教学模具克服了模具体积较大、油污多的问题，使学生对模具内部结构有了一个深入的了解。通过透明教学模具与专用模拟机配合使用，学生能清晰地观察到模具的运动过程和产品成型过程，有利于知识的消化与吸收。
（2）教学团队的优化教学中，教师水平的高低直接影响教学效果。因此，要求教师要不断提高专业知识和实践经验，这样才能将课堂激活并引起同学们更大的学习兴趣。目前，高校教师大多是硕士、博士毕业，理论教学一般没问题，但是实践教学经验缺乏。因而，学校要求新来的老师参与企业特派员工作，一般一学期下相关企业一个月，通过这种方式来提高教师们的实践经验。经过几个学期的培养，最终，教学团队具备模具设计课程开发能力与教学实践实施能力。能根据专业培养目标和岗位任职要求来选取与组织课程内容，能更新教学观念，综合运用多种教学模式，切实提高学生的专业综合能力。
（3）教学过程实施与专业课程设计教学时，安排在专门的模具多功能教室中，该教室集多媒体功能、二三维软件设计、模具陈列于一体。采取项目式教学模式，将学生分成多个小组，每个小组一个项目书，各成员分工协作，每次上课时安排10分钟和一个组说说自己的学习心得，让学生带着任务来学习。授课时，将课本内容与教学资料分成若干个模块，每个模块对应现场相应的模具零件，这样可以锻炼大家的分析问题能力，提高积极性，同时，学生也易接受。为了强化学生的模具设计能力，在课程快结束时，视学时情况，安排2-3周的时间来进行课程设计。分成若干个组，每组3-5人，一组一题，一组中不同人分工协作，或者设计参数不同，综合考查学生查阅设计资料绘图与计算能力。整个过程教师进行跟踪并答疑，同时安排中期检查和设计结束后答辩，答辩时要求提供图纸，让学生进一步熟悉设计成果。这样增强了学生的学习乐趣与信心，并很好的掌握了专业知识和技能，毕业后进入企业时上手较快。
3.2加大校内实践教学设施投入，提高实践性教学环节比重目前，企业要求模具专业人才在掌握较高理论性水平的基础上，具有模具岗位所需的生产操作和组织能力，能将工程图纸转化为装备实体，善于工艺与产品改进，具有较高水平的研发能力。但在模具专业教学中，如不重视实践应用环节，则毕业生很难达到上述要求。传统的模具教学体系中，硬件配套不足，加上课程设置等方面的缺陷，实践教学环节条件薄弱，对学生积极性与能力的提高影响很大。因而，必须加大投入，改善教学与实验设施。排课时，增加实践课学时，能开设模具拆装实验和模具特种加工等实验(线切割、电火花等)。在进行模具拆装实验时，要求学生掌握模具的工作过程、类型结构和装配过程，能对模具进行安装与调试，能绘出所拆模具的装配图，能结合拆装并修改参数对模具进行重新设计。进行模具特种加工实验时，在内容安排上多做综合性实验，减少验证性实验，采用启发式教学，学生可以在教师的指导下完成零件的设计，并进行编程与数控加工。同时，鼓励学生在校期间考取职业技能鉴定证书，使学生经过训练与考试获得相应的职业资格证书。通过实际操作，学生将所学理论与实践紧密地结合起来，增强了动手能力和创新能力，改善了教学效果。除此之外，实践环节教学还应重视实习工作与产学研合作。实习是学生深入了解企业设备与产品设计的好机会，有利于缩短学生与企业岗位需求间的距离。实习前，给学生下达任务，交实习报告时，鼓励学生有新思路。加大产学研合作能强化学生对岗位适应能力的培养，企业为学生提供了良好的教学与实践环境。同时，学生也能与企业研发人员共同研究和攻克技术难关，实现优势互补，互惠共赢，加快了应用型人才培养的步伐。这样，可以显著提高教学效果，学生毕业后能很快适应企业工作岗位要求。
3.3教学手段多样化《模具设计》课程授课时，为了达到更好的教学效果，采用多样化的教学手段，主要有：
（1）采用多媒体教学手段传统教学中，仅用粉笔和黑板板书很难将知识点讲清，学生理解比较困难。采用多媒体技术制作课件，将有关的机械运动、二三维图形、实验视频、操作过程等生动形象的演示出来，充分调动了学生的学习兴趣。多媒体教学既方便老师将知识点讲清楚，节省时间，又利于同学们理解消化课堂内容，效果好。
（2）改进教学方法授课时，将传统的以教师为中心的教学模式变为以学生为中心的教学模式。采用启发式、讨论式教学代替原来的灌输式教学。例如即将讲解一个冲压模具设计专题，可以先将任务布置下去，下次上课时安排学生讲解对这个问题的预习成果与心得，带着问题来学习，充分发挥其主观能动性和创造性。这样能激发学生的学习兴趣，提高其独立思考能力与创新能力。
（3）强化CAD/CAM/CAE/PROE等软件系统的教学通过学习，使学生能对接触过的模具进行二维或三维的建模与仿真，可以修改参数并进行分析与调整，找到最优方案。学生通过计算机进行模具设计能学到大量实用的模具结构知识，使复杂的知识记忆变为简单的计算机应用技能，丰富了学生的模具设计方法和思路，提高了其分析与解决实际问题能力。
3.4建立注重能力提高的考核评价体系传统的考核方式对书本的依赖性较大，死记硬背现象无法避免，很容易导致高分低能现象发生，不利于学生综合能力的提高。为了更好考核出学生的专业技能水平和查漏补缺，应改变只以试卷考核结果作为衡量学习效果的单一手段，增加实践环节和分析解决问题能力的比重，即采取多元化的评价体系。教师对学生的评价应包括课堂学习情况、案例分析表现、课后作业完成情况、实验完成情况、专业实习情况以及课程设计成果等方面，每一次评价要尽可能覆盖学生学习的多个方面，同时对取得本专业相关职业资格证书或技术等级证书的学生给予加分奖励，使考核评价体系更加科学化，最终达到提高学生专业综合能力与创新能力的目的，引导学生全面可持续发展。
4结语
专业基础课内容涉及挤压模具从设计、制造、使用及维修到操作整个挤压工艺流程的各个环节，是从事挤压模具行业工作所必备的知识，在课堂教学上应与生产实践和社会环境相结合，理论指导实践，实践促进理论教学。因此，专业基础理论课应以“实用”为本，学生应主修完《金属塑性加工学（挤压与拉拔）》、《塑性加工设备》等课程。专业课程要以“专、精”为准，针对性强。学生应主修完《模具CAD/CAM》、《挤压模具设计》等课程。在专业课程方面，尽管众多高校已对专业基础课程以及基础理论课程进行了较大力度的改革，但课程内容与企业生产实际脱节现象依然存在。在教学改革中，通过精心组织挤压模具专业课程的教学，学生毕业上岗后，能够运用理论知识指导实践生产，灵活变通，逐渐学会解决实际工艺问题。
2积极探索课堂教学方法的改革
上述课程结构的设置是紧紧围绕培养挤压模具专业应用性人才这一目标，基于对学生模具设计能力和解决现场实际问题能力的培养，采取了更加灵活的方法来辅助教学。（1）在课时安排上，尽量精讲一些纯理论性的知识，在满足“够用”的前提下，对于一些复杂的理论推导不再介绍。（2）采用典型案例形象化理论教学内容，是改进挤压工艺课程教学的有效方法之一。为丰富教学内容，增强教学效果，在教学过程中将实际企业中应用的各种挤压加工技术介绍给学生，使学生对所学的专业知识有更深刻的理解。（3）在课堂教学中通过播放现场视频，及时穿插诸多挤压生产行业中出现的热点问题，以此激发学生的学习兴趣，增强学生对所学的理论知识学以致用、活学活用的意识，为将来走上工作岗位或进一步深造奠定了良好的基础。（4）将零件的成形过程采用模型、动画、成形仿真等授课方式展现在学生面前，这比纯粹的理论讲解更利于学生学习和接受。通过学生直观地认识模具结构组成、模具工作过程，增强学生对模具结构零件作用的了解，培养学生对专业课程学习的积极性。
3实践性教学环节实施重点
实践性教学环节是培养学生创新能力的关键环节，为了把学生培养成为技能型人才，要让学生参与到课堂教学中来，增加师生的互动性，增强教学效果。《挤压模具设计》课程在实践教学中更应注重学生的实际操作，反复训练，如增加对模型的认知。对于Autocad、UG、Pro/E等各类二维和三维绘图软件的教学，应注重对学生在熟练操作和创新能力方面的实训。模具制造技能训练环节，是让学生在课程设计阶段设计出模具结构后，在模具制造实验课程中采用快速成型机模仿制造模具，并分析设计出模具结构是否合理。针对上述列举出来的教学环节，可以从以下3个方面进行探讨。
3.1强化学生对软件使用的实训技能
通过对学生就职于现有企业的情况分析，企业要求学生能够熟练运用二维和三维绘图软件设计模具，因此在专业课和实验上机操作的教学过程中，应强化学生Autocad、Pro/E或UG的实训技能。在培养学生具有一定读图能力、空间想象和构思能力的基础上，要求学生能熟练掌握CAD软件绘图和建模的方法和技能；同时应加大学生对软件的使用要求以及考核力度，要求学生在随后相关的课程设计、毕业设计环节，必须运用该类软件进行设计、绘制工程图，以便在进入生产岗位时能快速上手。
3.2更新实验室教学方式，提高动手操作能力
模具结构规格繁多、内部构造复杂。教材中穿插的静态图例大多都是二维视图，学生只能看到主剖面，联想不到三维空间结构，而且图例说明简略，学生读图、看图均感抽象，在很大程度上对学生专业课的学习及后续课程设计和毕业设计造成不利影响。因此，《挤压模具设计》课程体系应增设实验教学模型、数值仿真、动画3种教学模式，在此基础上建立模具拆装、现场教学等多功能模具拆装室。通过对模具的反复拆装和测绘，加强学生对模具结构的感性认识，解决理论课程中难以消化的模具设计细节问题，提高动手能力，加强模具设计能力，有助于学生后续毕业设计的顺利完成。目前实验室对挤压模具教学模型的现场教学已实现了初步阶段，下学期学生就能通过教学模型的现场教学充实课堂学习内容，实现相辅相成。
3.3将数值模拟融入毕业设计，加强引导与互动
毕业设计是实践教学中最重要的一个环节，主要培养学生运用多学科的知识和技能分析与解决实际工程技术及相关问题的能力，学生在修完专业课程和课程设计之后，运用所学理论知识，独立检索资料、调研，拟定设计的技术路线和研究方案，最终完成毕业设计。挤压模具方向的毕业设计要求学生在教师指导下进行工艺分析和模具结构设计，重在训练学生的模具设计能力。学生设计出模具结构后，无法将模具投入生产。由于没有实践经验，学生不能完全确定模具结构的合理性，从而导致模具设计成为“闭门造车”，为此将仿真技术渗透到模具设计中，让学生能熟练运用软件和预先掌握先进的模具设计思想。学生在导师结合工程实际确定毕业设计题目的要求下，正确选择建模方法，对工程实际问题的可行性方案进行验证，并最终建立优化模型。通过近几年来将挤压成形数值模拟融入到毕业设计环节，模具结构设计方向的学生掌握了模具的实际运用，并能大大提高模具设计能力。针对挤压模具方向的毕业设计，可按3个阶段实施：第1阶段为模具设计阶段，大致占全部毕业设计时间的1/4，要求学生独立设计一副挤压模具。此阶段主要让学生阅读大量参考文献，尽可能深入企业调研分析以掌握第一手资料，在此基础上，训练学生紧密结合基础理论知识和实践经验来完成模具设计的能力；第2阶段为软件学习阶段，基本上占全部毕业设计时间的1/4，针对设计中的典型模具设计案例，以铝型材实心型材模为主，先采用三维造型软件Pro/E或UG对模具结构建模，之后利用塑性成型仿真软件Deform对挤压成形工艺过程进行数值模拟；第3阶段为通过对仿真模拟结果进行后处理分析，探讨设计方案和工艺参数的合理性，并制定出模具结构设计优化方案。历经这一教学改革，加强了教师与学生的引导和互动，针对性强，学生应用现代设计软件的能力得到了提高，充分调动了学生做毕业设计的积极性和提高学习工程设计软件的热情，更加锻炼了学生通过设计软件解决实际问题的能力，使学生能够举一反三，将来面对同类专业设计得心应手，全面提高了学生在挤压模具设计方面的综合能力。综观前几届学生在毕业设计阶段的表现，通过对该教学环节进行教学改革和实施，采用仿真技术完成毕业设计的学生几乎都受益匪浅，每年都有学生获得校优秀毕业设计论文的荣誉。
3.4实践性教学考试模式的探索
强化实践教学环节，理论联系实际，才能全面提高学生的综合素质。结合模具专业本身实践性较强的特点，安排实践环节，可以大大提高学生的动手操作能力。例如：在上完《挤压模具设计》专业课后安排2周的专业课程设计。课程设计的选题兼顾实用性和典型性，尽量选择一些实际生产中的实例，提高学生分析实际问题的能力。逐步提高具体要求，让学生根据给定任务，绘制正规的模具装配图，要求有主视图、俯视图、零件图、技术要求及明细栏；学生绘制模具零件图，要求标注公差与配合；学生编写设计计算说明书1份，不得少于12页。该环节有助于学生掌握具体的挤压模具设计思想和设计过程。在实践性教学环节考试模式上，从提高学生的动手能力和设计、操作技能方面入手。以课程设计为例，采用多种考试方法相结合：典型案例模具设计+上机操作+上机考试+实验报告+答辩。通过对铝型材工件的典型案例进行模具的结构要素设计，学生的模具设计能力、绘图能力得到了提升；基于动手能力的培养，侧重上机运行软件练习并结合上机考试绘制模具图，着重考核学生的软件操作和绘图能力，最后通过答辩考核学生获取理论知识的程度。基于实践教学环节的考试模式改革，实训教学质量得到了保证，避免出现同学相互拷贝实践教学考核内容以应付考试，有效地促进了学生自主学习的能力。
4结束语
（一）模具设计各行各业都有相关的工作人员，他们的主要任务就是模具设计。采用数字化的设计手段，工作对象包括型腔模和冷冲模，在充分利用数字化设计工具的基础上，对传统模具进行设计改造，目标就在于提高模具设计的质量，缩短模具设计耗费的周期。
（二）模具设计的步骤首先在设计之前为了确保设计图纸的正确性，通常要对所设计模具的产品进行全面的可行性分析，即工作中设计者所说的套图，确定重点部位的尺寸。其次在分析产品图纸之后，具体构思模具的内部结构、工作程序的编排、确定各个工序之间的冲工内容，以及采用何种软件。这样在绘制模具图中将节省很多时间。然后就是根据产品的展开图纸进行准备材料，然后就可以全面地进入模具图的绘制在工作，再制一份备料图纸出来，进行各组件的绘制。最后对模具的设计图纸进行仔细地校对，确保各模板与孔位是否一致性，以及折弯位置的上下模是否正确的间隙配合。
二、模具设计技术应用
（一）模具设计的造型特点与传统的机械设计不同,在专业化要求上，模具设计有它自身的特点,主要体现在三个方面:第一、从模具生产的范围上看，模具主要用于批量化的大规模生产，因此，模具主要用于加工一些形体复杂的零件。第二、从模具产品的要求上看，模具的几何设计必须符合零部件描述的的所有细节结构,甚至包括产品的浮雕等表面细节结构；第三、从模具的生产手段要求上看，3D模型的修复技术以及CAD系统必须有良好的数据结口的要求也越来越高，才能不断的满足模具型腔结构必须有的拔模模角及必要的圆弧过度。
（二）模具设计的应用范围根据模具的定义，从模具的适用范围上，我们可以把模具设计的应用范围分为两大类，一类是工业装备制造部门及使用部门，比如机械制造、汽车制造、轻工业、家电组装、石油化工、电力设施等；另一类是零件及模具，比如航空发动机关键耐磨件、汽车发动机凸轮轴热挤压模具、轧辊、温挤压膜具、轧钢滚动导卫、热锻摸等。
三、模具设计技术的发展趋势
（一）多集成趋势。现在社会的发展，现代化模具的制造应该打破传统的只重视信息的搜集的发展模式，更应该把技术使用、人力资源和管理技术的引用都囊括在内，多集成趋势越来越明显。多集成概念还表现在学科功能上，模具设计不仅仅要用到最基础的机械科学理论，而且还会用到电磁学、光学以及控制理论等。
（二）智能化趋势。产品从最初的设计要求，到中间的制造过程，再到最后的使用过程，每个环节都将走向智能化的道路。其中，在生产过程中，又包括诸多环节，比如计划、调控、管理等，也将走向智能化的道路。除此之外，模具设计者以及实际操作者，也将会在科学理论的指导下，实现人与工具系统的有机密切配合。
（三）网络化趋势。模具设计常用的软件一般包括AutoCAD、Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、SOLIDWORKS等，都是需要通过网络上的一些软件技术或者硬件技术实现的。自动化、网络化趋势越来越明显，跨国合作设计模具的成功例子已经是屡见不鲜了，而且这种趋势越来越明显。
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