SolidWorks模具设计案例

SolidWorks模具设计案例SolidWorks 的模具工具已存在许久，但因为默认值的关系，想必有多数使用者可能还 不知道SolidWorks本身就有模具的工具吧。而本章节除了是要让读者们能知知道有这样的 工具之外，同时也为模具工具做了一些说明，希望这一篇能为各位带来显著的学习效果。单纯只讲模具的话，这所牵扯的范围有些广泛， 因此笔者将范围与应用的部分缩小至塑 料模具的部分。会特别这样说明是因为 SolidWorks的模具工具还可应用在铸造模具上，如 果跳脱模具工具这四个字而将其他工具一并纳入，那么又可以涵盖到冲压模或是连续冲压模具。当我们呼叫出模具工具时，可以看到几个主要的功能，像是缩放（缩水率）、分模线、模具分割等，除此之外还可以看到几个曲面的工具在这其中（图2）。曲面工聚会放置在模具工具中有一个主要的因素，SolidWorks中的模具功能会使用到大量的曲面功能，也就是说，当我们使用模具的功能时，会有部分的指令其实是在执行产生曲面的相关动作，因此，为了面对各种不同的产品、模具需求，因此会需要使用到曲面的工具来辅助。图2模具工具接下来将会以一个范例来为读者们介绍模具工具中的主要功能，曲面相关的工具则不在此篇探讨的范围之内， 而主要的工具有 拔模分析、底切分析、分模线分析、拔 模、缩放、插入模具文件夹、封闭曲面、分模曲面、模具分割、侧滑块，工具栏中除了刚刚所提到的曲面工具之外，还可以看一个名为分割线的工具， 尽管这一个工具并不列在这次的介绍中，但读者们可要好好记得与学习这一个工具，因为他能给你所想要的分模线位置。拔模分析，此功能主要在于帮助我们了解模具在脱模的时候，是否会有倒勾的状况发生，或是帮我们了解哪些地方的拔模角度是不够的，底下就用比较简单且夸张一些的角度来说明一下，上下个为公模具，而中间则为产品；图3的情况则是最佳的状况，脱模的时候就自然 与产品有间隙并顺利脱模。图4则是需要改善的状况， 一般来说，模具的设计都会尽量给予角度，而此状况则是不足所需求的脱模角度。图5则是最糟情况，这样的状况可是会让产品无法顺利从模具中脱模。图3拔模角度情况最佳状况图4拔模角度需要改善i图5拔模角度最糟情况透过刚刚三张图片，这便是拔模分析所要提供给我们检查的功能，让设计者在一开始就能知道那些地方是需要在修改的。拔模分析使用起来相当简易，且对于模具设计的人来说是一个非常重要而不可或缺的工具，大多数的情况之下，只要使用一般的检查就可以（图6），检视上很简单，模具是公、母模仁两个主要构成， 而图面中的绿色与红色代表的就是个别的 模仁，这里我并不会特别去说明公、母模是哪个颜色，因为这可以对调，只要了解模仁所搭配的颜色中，没有其他颜色在范围里面即可，如果有，那就得视情况来决定是要修改模型， 还是制作侧滑块、 斜销。图7的功能则是帮我们将复杂的产品，直接透过隐藏与显示的方式来抓出哪些地方是会倒钩还是不足拔模角度，。图8则是透过手动的方式来检视；由于前两个设定只能针对单一的脱模方向来检查，而这个设定可以动态调整并且实时显示，如此一来我们就可以清楚的知道要以哪个方向作为我们的脱模方向了。图6拔模分析一般检查* 图7复杂产品检查图8手动检查底切分析，这个功能主要就是协助我们将公母模仁无法直接成形的位置抓取出来，像这样的地方一般来说就是要制作侧滑块或是斜销了。由图9来看，同样设定上基准面来做为脱模方向，这时模型所显示的外观会与刚刚的拔模分析不太一样，而这边我们主要要注意的地方就是有出现红色的位置，这些地方就是我们要制作滑块的位置了。图9底切分析分模线分析，这个功能有些特别， 主要运用于造型曲面且不好抓取分模线的产品，可以直接透过这一个功能将虚拟的分模线显示出来，图10中的紫色线条就是虚拟的分模线。透过这样的方式，我们就可以直接以这一条线段为参考，然后在将实际的分模线位置透过其他工具分割后取得。图10分模线分析拔模，这个工具主要是将不足所需求的拔模角度直接进行修正（图11），图片中是两个边长50mnm勺正方形，经过拔模功能修正之后，会依照设定的角度与拔模方向给予变化，因 此在使用上必须要特别注意，而通常指定为中立面的位置，最后是不会因为拔模面的关系而 影响到既有的面积范围，建议还未了解此功能所造成的影响之前，先透过简单的几何来进行练习，如图中的正方形，就是一个很容易理解的方式。图11拔模缩放，此功能若是直接翻译成缩水率，想必大家应该都能马上理解这一个功能，但因为 缩放不只能应用在模具上，所以就以较能通用的名词来使用。无论是铸造或是塑料射出，基本成形原理都是将原料热熔之后再注入模穴中来冷固成形，而根据物质热胀冷缩的原理，成品在冷固成形之后的尺寸会因此而缩小，因此我们在整个模具的设计开端就必须要先给予一个比例来放大，这样最后在冷固成形时才会把尺寸缩小回来到正确的尺寸。依照材料、产品大小与复杂程度不同，所需要给予的比例不尽相同，而此范例中所给予的1.06所代表的是百分之6,也就是放大6/100，不过常见的比例并非是百分比，而是千分比，只是SolidWorks会自动地将小数值末的 0值自动删除，因此就已百分比来做表示。产品如果因外型关系而造成收缩不等比例，那么便可以取消一致缩放来个别为不同的轴向予不同的缩水率。（图12）（图 13）金捋睦th佛* XJ 一蛊眄?IWIIH图12缩放设置图13轴向缩放分模线，模具工具最重要的一个功能，也就是抓出公母模区分的一条线段，当然，前提是不需要补破孔；一般来说，分模线是一条封闭的循环，而绝大多数都是直接以模型的边界作为分模线，如果复杂度不高，通常都能很快的自动完成分模线的工作（图14、15），假如模型外观上没有需要的边线可作为分模线的选取，那么就必须要透过分割线的功能将需要的边界自行切割出来（图16），这样的话我们就可以透过手动选取的方式来完成分模线的工作。 分模线还有另一个小功能可以尝试一下，那就是勾选分模面的选项，透过这一个功能， 我们可以将模型要制作分模线的位置上自动给予分割的指令，然后就可以直接点选分割出来的边线作为分模线。（图17）uor爭图14分模线功能图15分模线图16分割线自行切割分模线图17 分模面封闭曲面，当面临到产品有贯穿孔、排气孔之类的孔洞，这时如果要顺利使用SolidWorks来完成模具的话，那就必须要使用到封闭曲面这样的功能。在封闭的过程中，对于封闭、填补的类型可以依照产品外型另外调整，以图18为例的缺口状况，我们可以选择相切或是接触的填补类型 （图19）;选择接触的话，缺口的地方会直接不考虑任何状况填 补起来（图20），而设定相切的话，缺口则是会依照边界相邻的面来进行相切的填补（图21）。封闭曲面还有一个功能是大家比较少再使用的，那就是无填补；无填补的功用主要在于将选取的边界直接切断，透过这样的方式，我们就可以自由的建立需要的填补外型，而不受限于既有的模型外观（图22） oHo"1图20直接添补w or 停图19填补类型设置图21相切填补www.e-图22无填补分模曲面，这一个功能在使用之前，一定要确定分模线的功能是否有完成，而且还得确定是否有错误的惊叹号，如果有的话，则代表的是该分模线并非是一个完整的封闭循环，那就必须要重新编辑来检查。分模曲面在使用时最怕遇到的就是像图23的边线，这样的边线很容易让产生的曲面错乱，即便是没有严重的错乱，产生的曲面基本上也会呈现不太规则的样子，这会让后端的加工花上不少时间来处理这一小部分。分模曲面会错乱的问题一直都存在，但是在SolidWorks2013开始有了不一样的变化，透过简单的设定，就能让这样的问题 严重性降低，甚至是没有（图24），当我们从上视图来检视的时候，可以发现节点的变化几 乎是沿着单一方向前进，这让原本错乱的问题大幅的改善（图25）。分模曲面有针对起模方向的设定（图25），绝大多数我们是以第三个的垂直于起模方向为主要设定，除非考虑到分 模曲面与产品的外观所连接的位置是否会影响到最后成品，不然大多还是以垂直余起模方向为主。www.e-www.e-n orwww.e-图23边线图24没有曲面错乱图25起模方向的设定模具分割与插入模具文件夹，当我们把前面的几项流程都完成之后，我们就可以将模仁的草图绘制上去，然后再使用模具分割来将公母模仁各自拆出。在绘制草图时，必须要以刚刚的分模曲面为参考，参考他的边界范围来绘制需要的草图范围，从这边也可以发现的是， 在产生分模曲面的时候， 尽量让产生的曲面范围扩大，好让现在所要绘制的草图能够在这范围之内（图26），这样的考虑是因为分模具分割的功能主要是藉由曲面的与分割的功能来搭 配进行，因此草图的范围有任何一个地方小过于曲面的边界，那么模具分割就一定会失败。图26模具分割完成了草图的绘制并执行模具分割的功能之后，我们便可在属性管理员中看到几项重要的项目，分别是模块尺寸、公模、母模、分模曲面（图27）。模块尺寸建议配合 3D视图来进行调整（图28），好让我们可以不至于浪费过多的料。而另外三个，公模、母模、分模曲面，这主要是告诉我们模具分割的功能有抓取到我们刚刚在前置作业中所产生的公、母模曲面与分模曲面，这三个曲面本体；会因为我们再产生分模线的时候就出现公母模曲面，需要填补孔的话，则是在完成填补孔的时候才会出现公母模曲面，而分模曲面就是分模曲面功能完成 之后才会有的。图27属性管理员 nin丄ra.*_A.Inor s图28 3D视图从图29中我们可以看到曲面本体文件夹中，还有另外三个文件夹，分别是公母模、与 分模曲面文件夹，这些文件夹大多是经由模具工具而产生的，而当我们面临需要自行制作模具分割所需要的相关曲面时，这时我们就可以执行插入模具文件夹的功能来产生这三个文件 夹，届时完成曲面的建立之后再直接拖曳到该文件夹中即可完成（图30）。另外要注意的就是，尽管完成了三个模具分割需要的曲面，但只要后续有针对其中一个曲面进行其他特征的编辑，那么该曲面就会脱离模具文件夹，这时就只要重新拖曳曲面到所属文件夹即可。www.e- 3恥* An<aii0m別壬口爭賣翠需T)型业居昼hU 1J蚣 lhrtOM$+Lll创 L-1ZU 评 0*bA SXaceL心 &:_". b-1udelj回WAi= ,tb r =电工，0 Fnom P1#h*Top皿r*0 Rtf ht Pl*wq<3 lmpo*tdi每 Fmng Atl电 Tip 32 命 Pwlinglxl 也 S*V Of： AlrtiC* :卷 Ra EZir 毎 如需方；图29曲面本体文件夹图30模具分割侧滑块，首先可以经由底切分析工具来了解产品中有那些地方是需要制作侧滑块，而侧滑块的功用就如一开始在底切分析中所说明的，只要是无法透过公母模仁完成的位置，我们就是要制作侧滑块的时候了。以图31为例，产品的的底端有一些排气孔，而这些地方是无法直接透过公母模来完成，所以得制作一个侧滑块让我们能往公母模脱模的方向之外来抽离。图31侧滑块先将模具还原到尚未完成侧滑块的样子来检视一下（图32），很明显可以看到底端的位置因为排气孔的设计关系，这里有几个像是肋条的外型，这个地方就是我们要制作侧滑块的 位置。由于模仁外部的面几乎都是平坦面，因此我们直接将草图建构于此就可以了，至于草图该绘制甚么样轮廓，这个就得依照实际需求来改变，但一个重点就是，不要再草图上绘制圆角，最好是在完成侧滑块之后再直接给予圆角特征，这样才回不造成圆角的变形 （图33）。* i ll I I 1 Jl.图33不要再草图上绘制圆角侧滑块的功能执行之后在设定上很单纯，主要设定的项目有指定草图轮廓、分割的实体、拔模角度、切割的深度（图34），其中比较重要的就是拔模角度与切割的深度；切割深度的 调整建议直接浏览 3D会图区中的变化比较好，透过手动拖曳的方式来进行调整，最后再回 到属性管理员中来进行数值的微调，再来就是拔模角度的注意事项，主要的重点就是搭配的草图不要有草图圆角已经完成于其中，建议完成侧滑块的分割之后，再进行圆角特征的建立，否则会造成圆角外型的变形，这样的话就会增加加工呢困难度与时间。若需要详细了解侧滑块的功能，可以参阅技术通报第49期的SolidWorks制作模具滑块之应用。图34侧滑块设置www.e-