第2課 1課時 SolidWorks模具設計流程

1.2.1 CAD技術

1．CAD的概念

運用CAD技術，MoldWizard可以幫助廣大模具設計人員由注射制品的零件圖迅速設計出該制品的全套模具圖，使模具設計師從煩瑣、冗長的手工繪圖和人工計算中解放出來，將精力集中于方案構思、結構優化等創造性工作。

利用MoldWizard軟件，用戶可以選擇軟件提供的標準模架靈活方便地建立適合自己的標準模架庫。在選好模架的基礎上，從系統提供的諸如整體式、嵌入式、鑲拼式等多種形式的動、定模結構中，依據自身需要靈活地選擇并設計出動、定模部件裝配圖。采用參數化的方式設計澆口套、拉料桿、斜滑塊等通用件，然后設計推出機構和冷卻系統，完成模具的總裝圖。最后利用MoldWizard系統提供的編輯功能，方便地完成各零件圖的尺寸標注及明細表。

2．CAE的概念

CAE技術借助于有限元法、有限差分法和邊界元法等數值計算方法，分析型腔中塑料的流動、保壓和冷卻過程，計算制品和模具的應力分布，預測制品的翹曲變形，并由此分析工藝條件、材料參數及模具結構對制品質量的影響，達到優化制品和模具結構、優選成型工藝參數的目的。

塑料注射成型CAE軟件主要包括流動保壓模擬、流道平衡分析、冷卻模擬、模具剛度強度分析和應力計算、翹曲預測等功能。其中，流動保壓模擬軟件能提供不同時刻型腔內塑料熔體的溫度、壓力、切應力分布，其預測結果能直接指導工藝參數的選定及流道系統的設計；流道平衡分析軟件能幫助用戶對一模多腔模具的流道系統進行平衡設計，計算各個流道和澆口的尺寸，以保證塑料熔體能同時充滿各個型腔；冷卻模擬軟件能計算冷卻時間、制品及型腔的溫度分布，其分析結果可以用來優化冷卻系統的設計；剛度強度分析軟件能對模具結構進行力學分析，幫助用戶對型腔壁厚和模板厚度進行剛度和強度校核；應力計算和翹曲預測軟件則能計算出制品的收縮情況和內應力的分布，預測制品出模后的變形。

3．CAM的概念

運用CAM技術能將模具型腔的幾何數據轉換為各種數控機床所需的加工指令代碼，取代手工編程。例如，自動計算鉬絲的中心軌跡，將其轉化為線切割機床所需的指令（如3B指令、G指令等）。對于數控銑床，則可以計算輪廓加工時銑刀的運動軌跡，并輸出相應的指令代碼。采用CAM技術能顯著提高模具加工的精度及生產管理的效率。MoldWizard系統能夠幫助節省設計的時間，并提供完整的3D模型給CAM系統。

4．模具CAD的發展

近20年來，以計算機技術為代表的信息技術的突飛猛進為注射成型采用高新技術提供了強有力的條件，注射成型計算機輔助軟件的發展十分引人注目。CAD方面，主要是在通用的機械CAD平臺上開發注射模設計模塊。隨著通用機械CAD的發展經歷了從二維到三維、從簡單的線框造型系統到復雜的曲面實體混合造型的轉變，模具CAD也有了較大的發展。目前國際上占主流地位的注射模CAD軟件主要有UG NX/Mold Wizard、Pro/E（Mold Design）、SolidWorks/IMold、CATIA/Mold Tooling Design和TopSolid/Mold等。

1.2.2 模具CAD技術

1．注射模CAD系統的主要功能

（1）注射制品構造。將注射制品的幾何信息以及非幾何信息輸入計算機，在計算機內部建立制品的信息模型，為后續設計提供信息。

（2）模具概念設計。根據注射制品的信息模型采用基于知識和基于實例的推理方法，得到模具的基本結構形式和初步的注射工藝條件，為隨后的詳細設計、CAE分析、制造性評價奠定了基礎。

（3）CAE分析。運用有限元的方法，模擬塑料在模具型腔中流動、保壓和冷卻的過程，并進行翹曲分析，以得到合適的注射工藝參數和合理的澆注系統與冷卻系統結構。

（4）模具評價。包括可制造性評價和可裝配性評價兩部分。注射件可制造性評價在概念設計過程中完成，根據概念設計得到的方案進行模具費用估計來實現。模具費用估計可分為模具成本的估計和制造難易估計兩種模式。成本估計是直接得到模具的具體費用，而制造難易估計是運用人工神經網絡的方法得到注射件的可制造度，以此判斷模具的制造性。可裝配性評價是在模具詳細設計完成后，對模具進行開啟、閉合、鉤料、抽芯、工件推出動態模擬，在模擬過程中自動檢查零件之間是否干涉，以此來評價模具的可裝配性。

（5）模具詳細結構設計。根據制品的信息模型、概念設計和CAE分析結果進行模具詳細設計。包括成型零部件設計和非成型零部件設計。成型零部件包括型芯、型腔、成型桿和澆注系統；非成型零部件包括脫模機構、導向機構、側抽芯機構以及其他典型結構的設計。同時提供三維模型向二維工程圖轉換的功能。

（6）CAM。主要是利用支撐系統下掛的CAM軟件完成成型零部件的虛擬加工過程，并自動編制數控加工的NC代碼。

2．應用注射模CAD系統進行模具設計的通用流程

注射模CAD系統具有類似的設計流程，如圖1-7所示。

（1）制品的造型。可直接采用通用的三維造型軟件。

（2）根據注射制品采用專家系統進行模具概念的設計。專家系統包括模具結構設計、模具制造工藝規劃、模具價格估計等模塊。在專家系統的推理過程中，采用基于知識與實例相結合的推理方法，推理的結果是注射工藝和模具的初步方案。方案設計包括型腔數目與布置、澆口類型、模架類型、脫模方式和抽芯方式等。其過程如圖1-8所示的模具結構詳細設計流程圖。

（3）在模具初步方案確定后，用CAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，以確定合適的澆注系統、冷卻系統等。如果分析結果不能滿足生產要求，那么可根據用戶的要求修改注射制品的結構或修改模具的設計方案。

課后練習——電池盒

練習案例分析及步驟如下。

本課后練習是電池盒的設計過程及其模型初始化，即創建模具項目，如圖1-9所示是創建完成的電池盒模型，可以使用注塑方式進行制造。

本課后練習主要練習SolidWorks的零件創建知識以及模具的項目創建。首先創建電池盒基體，保存零件后，進行模具數據準備，再建立新的模具項目。設計電池盒模具的思路和步驟如圖1-10所示。

練習案例操作步驟如下。

step 01 開始創建電池盒基體。選擇【上視基準面】作為草圖繪制平面，單擊【草圖】工具欄中的【中心矩形】按鈕，繪制長為100、寬為80的矩形，如圖1-11所示。

step 02 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為20，拉伸矩形成實體，如圖1-12所示。

step 03 單擊【特征】工具欄中的【抽殼】按鈕，彈出【抽殼1】屬性管理器，設置厚度為2，選擇要移除的面，完成長方體抽殼，如圖1-13所示。

step 04 選擇如圖1-14選中的平面作為草圖繪制平面。

step 05 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為60、寬為70的矩形，如圖1-15所示。

step 06 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為100，拉伸矩形成實體，如圖1-16所示。

step 07 選擇如圖1-17選中的平面作為草圖繪制平面。

step 08 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為60、寬為97的矩形，如圖1-18所示。

step 09 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為55，拉伸矩形切除實體，如圖1-19所示。

step 10 選擇如圖1-20選中的平面作為草圖繪制平面。

step 11 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為60、寬為70的矩形，如圖1-21所示。

step 12 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為13，拉伸矩形切除實體，如圖1-22所示。

step 13 選擇如圖1-23選中的平面作為草圖繪制平面。

step 14 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為60、寬為30的矩形，如圖1-24所示。

step 15 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為23，拉伸矩形切除實體，如圖1-25所示。

step 16 選擇如圖1-26選中的平面作為草圖繪制平面。

step 17 單擊【草圖】工具欄中的【中心線】按鈕，繪制一條中心線，如圖1-27所示。

step 18 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為20、寬為10的矩形，如圖1-28所示。

step 19 單擊【草圖】工具欄中的【鏡向實體】按鈕，選擇要鏡向的矩形與鏡向點的中心線，完成鏡向，如圖1-29所示。

step 20 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置終止條件為【完全貫穿】，拉伸矩形切除實體，如圖1-30所示。

step 21 選擇如圖1-31選中的平面作為草圖繪制平面。

step 22 單擊【草圖】工具欄中的【中心線】按鈕，繪制一條中心線，如圖1-32所示。

step 23 單擊【草圖】工具欄中的【直槽口】按鈕，繪制圓弧直徑為14、兩圓心點距離為28的直槽口，如圖1-33所示。

step 24 單擊【草圖】工具欄中的【直線】按鈕，繪制一條長為14的直線，如圖1-34所示。

step 25 單擊【草圖】工具欄中的【剪裁實體】按鈕，對草圖進行剪裁，結果如圖1-35所示。

step 26 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為10，拉伸草圖成實體，如圖1-36所示。

step 27 選擇如圖1-37選中的平面作為草圖繪制平面。

step 28 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制兩個直徑分別為10和4的同心圓，如圖1-38所示。

step 29 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為10，拉伸草圖成實體，如圖1-39所示。

step 30 選擇如圖1-40所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 31 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制一個直徑為10的圓，如圖1-41所示。

step 32 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為2，拉伸圓切除實體，如圖1-42所示。

step 33 選擇如圖1-43所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 34 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制一個長為12、寬為8的矩形，如圖1-44所示。

step 35 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為8，拉伸矩形切除實體，完成創建電池盒基體的操作，如圖1-45所示。

step 36 繼續創建凹槽特征。選擇如圖1-46所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 37 單擊【草圖】工具欄中的【直槽口】按鈕，繪制圓弧直徑為23、兩圓心點距離為50的直槽口，如圖1-47所示。

step 38 單擊【草圖】工具欄中的【等距實體】按鈕，設置等距距離為3，啟用【反向】和【選擇鏈】復選框，選擇直槽口，完成等距實體的繪制，如圖1-48所示。

step 39 單擊【草圖】工具欄中的【直線】按鈕，繪制一條長為23的直線，如圖1-49所示。

step 40 單擊【草圖】工具欄中的【剪裁實體】按鈕，對草圖進行剪裁，如圖1-50所示。

step 41 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為98，拉伸草圖為實體，如圖1-51所示。

step 42 單擊【特征】工具欄中的【鏡向】按鈕，彈出【鏡向】屬性管理器，設置【鏡向面/基準面】為【右視基準面】，選擇要鏡向的實體，完成創建凹槽特征的操作，如圖1-52所示。

step 43 繼續創建孔等特征，選擇如圖1-53所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 44 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為74，寬為30的矩形，如圖1-54所示。

step 45 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為23，拉伸矩形切除實體，如圖1-55所示。

step 46 選擇如圖1-56所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 47 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為3、寬為70的矩形，如圖1-57所示。

step 48 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為10，拉伸矩形切除實體，如圖1-58所示。

step 49 選擇如圖1-59所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 50 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為3、寬為70的矩形，如圖1-60所示。

step 51 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為10，拉伸矩形切除實體，如圖1-61所示。

step 52 選擇如圖1-62所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 53 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為60、寬為12的矩形，如圖1-63所示。

step 54 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為2，拉伸矩形為實體，如圖1-64所示。

step 55 選擇如圖1-65所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 56 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制長為20、寬為6的矩形，如圖1-66所示。

step 57 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為2，拉伸矩形成實體，如圖1-67所示。

step 58 單擊【特征】工具欄中的【鏡向】按鈕，彈出【鏡向】屬性管理器，設置【鏡向面/基準面】為【右視基準面】，選擇要鏡向的實體，完成鏡向，如圖1-68所示。

step 59 選擇如圖1-69所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 60 單擊【草圖】工具欄中的【直槽口】按鈕，繪制圓弧直徑為6、兩圓心點距離為8的直槽口，如圖1-70所示。

step 61 單擊【草圖】工具欄中的【直線】按鈕，繪制一條長為6的直線，如圖1-71所示。

step 62 單擊【草圖】工具欄中的【剪裁實體】按鈕，對草圖進行剪裁，如圖1-72所示。

step 63 單擊【草圖】工具欄中的【中心線】按鈕，繪制一條中心線，如圖1-73所示。

step 64 單擊【草圖】工具欄中的【鏡向實體】按鈕，選擇要鏡向的實體與鏡向點中心線，完成鏡向，如圖1-74所示。

step 65 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置【方向1】選項組中的拉伸深度為4、【方向2】選項組中的拉伸深度為2，拉伸草圖成實體，如圖1-75所示。

step 66 選擇如圖1-76所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 67 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制兩個直徑為4的圓，如圖1-77所示。

step 68 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為6，拉伸圓切除實體，如圖1-78所示。

step 69 選擇如圖1-79所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 70 單擊【草圖】工具欄中的【邊角矩形】按鈕，繪制一個邊長為10的正方形，如圖1-80所示。

step 71 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為2，拉伸正方形成實體，如圖1-81所示。

step 72 選擇如圖1-82所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 73 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制一個直徑為8的圓，如圖1-83所示。

step 74 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為4，拉伸圓為實體，如圖1-84所示。

step 75 選擇如圖1-85所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 76 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制一個直徑為4的同心圓，如圖1-86所示。

step 77 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為6，拉伸圓切除實體，如圖1-87所示。

step 78 單擊【特征】工具欄中的【鏡向】按鈕，彈出【鏡向】屬性管理器，設置【鏡向面/基準面】為【右視基準面】，選擇要鏡向的特征，完成鏡向，如圖1-88所示。

step 79 選擇如圖1-89所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 80 單擊【草圖】工具欄中的【直槽口】按鈕，繪制圓弧直徑為6、兩圓心點距離為8的直槽口，如圖1-90所示。

step 81 單擊【草圖】工具欄中的【直線】按鈕，繪制一條長為6的直線，如圖1-91所示。

step 82 單擊【草圖】工具欄中的【剪裁實體】按鈕，對草圖進行剪裁，如圖1-92所示。

step 83 單擊【特征】工具欄中的【拉伸凸臺/基體】按鈕，彈出【凸臺-拉伸】屬性管理器，設置【方向1】選項組中的拉伸深度為4、【方向2】選項組中的拉伸深度為2，拉伸草圖為實體，如圖1-93所示。

step 84 選擇如圖1-94所示選中的平面作為草圖繪制平面。

step 85 單擊【草圖】工具欄中的【圓】按鈕，繪制一個直徑為4的圓，如圖1-95所示。

step 86 單擊【特征】工具欄中的【拉伸切除】按鈕，彈出【切除-拉伸】屬性管理器，設置拉伸深度為6，拉伸圓切除實體，如圖1-96所示。

step 87 單擊【特征】工具欄中的【鏡向】按鈕，彈出【鏡向】屬性管理器，設置【鏡向面/基準面】為【右視基準面】，選擇要鏡向的特征，完成創建孔等特征的操作，如圖1-97所示。

step 88 完成創建塑料電池盒模型，如圖1-98所示。

step 89 保存文件。選擇【文件】│【另存為】菜單命令，彈出【另存為】對話框，設置【文件名】為“01”，如圖1-99所示，單擊【保存】按鈕。

step 90 繼續進行模具數據準備。單擊IMOLD工具欄中的【數據準備】按鈕，選擇【數據準備】命令，彈出【需衍生的零件名】對話框，選擇文件“01”，并單擊【打開】按鈕，如圖1-100所示。

step 91 在彈出的【衍生】屬性管理器中，選擇零件原點，生成衍生零件，完成模具數據準備，如圖1-101所示。

step 92 最后創建新項目。單擊IMOLD工具欄中的【項目管理】按鈕，選擇【新項目】命令，彈出【項目管理】對話框，在【項目名】文本框中輸入“case-1”，如圖1-102所示。

step 93 在【項目管理】對話框中，單擊【調入產品】按鈕，彈出【選擇產品】對話框，選擇“01衍生件”，并單擊【打開】按鈕，如圖1-103所示。

step 94 在【項目管理】對話框的【代號】文本框中輸入“1-”，并單擊【同意】按鈕，如圖1-104所示，完成建立新項目的操作。

step 95 完成建立新項目后的電池盒，如圖1-105所示。