SolidWorks模具設(shè)計(jì)案例

1、-. z.SolidWorks模具設(shè)計(jì)案例SolidWorks的模具工具已存在許久，但因?yàn)槟J(rèn)值的關(guān)系，想必有多數(shù)使用者可能還不知道SolidWorks本身就有模具的工具吧。而本章節(jié)除了是要讓讀者們能知知道有這樣的工具之外，同時(shí)也為模具工具做了一些說明，希望這一篇能為各位帶來顯著的學(xué)習(xí)效果。單純只講模具的話，這所牽扯的圍有些廣泛，因此筆者將圍與應(yīng)用的局部縮小至塑料模具的局部。會(huì)特別這樣說明是因?yàn)镾olidWorks的模具工具還可應(yīng)用在鑄造模具上，如果跳脫模具工具這四個(gè)字而將其他工具一并納入，則又可以涵蓋到?jīng)_壓?；蚴沁B續(xù)沖壓模具。圖1 模具設(shè)計(jì)當(dāng)我們呼叫出模具工具時(shí)，可以看到幾個(gè)主要的功能，像是

2、縮放(縮水率)、分模線、模具分割等，除此之外還可以看到幾個(gè)曲面的工具在這其中(圖2)。曲面工聚會(huì)放置在模具工具中有一個(gè)主要的因素，SolidWorks中的模具功能會(huì)使用到大量的曲面功能，也就是說，當(dāng)我們使用模具的功能時(shí)，會(huì)有局部的指令其實(shí)是在執(zhí)行產(chǎn)生曲面的相關(guān)動(dòng)作，因此，為了面對(duì)各種不同的產(chǎn)品、模具需求，因此會(huì)需要使用到曲面的工具來輔助。圖2 模具工具接下來將會(huì)以一個(gè)例來為讀者們介紹模具工具中的主要功能，曲面相關(guān)的工具則不在此篇探討的圍之，而主要的工具有拔模分析、底切分析、分模線分析、拔模、縮放、插入模具文件夾、封閉曲面、分模曲面、模具分割、側(cè)滑塊，工具欄中除了剛剛所提到的曲面工具之外，還可以

3、看一個(gè)名為分割線的工具，盡管這一個(gè)工具并不列在這次的介紹中，但讀者們可要好好記得與學(xué)習(xí)這一個(gè)工具，因?yàn)樗芙o你所想要的分模線位置。拔模分析，此功能主要在于幫助我們了解模具在脫模的時(shí)候，是否會(huì)有倒勾的狀況發(fā)生，或是幫我們了解哪些地方的拔模角度是不夠的，底下就用比擬簡單且夸一些的角度來說明一下，上下個(gè)為公模具，而中間則為產(chǎn)品；圖3的情況則是最正確的狀況，脫模的時(shí)候就自然與產(chǎn)品有間隙并順利脫模。圖4則是需要改善的狀況，一般來說，模具的設(shè)計(jì)都會(huì)盡量給予角度，而此狀況則是缺乏所需求的脫模角度。圖5則是最糟情況，這樣的狀況可是會(huì)讓產(chǎn)品無法順利從模具中脫模。圖3 拔模角度情況最正確狀況圖4 拔模角度需要改善

4、圖5 拔模角度最糟情況透過剛剛?cè)龍D片，這便是拔模分析所要提供應(yīng)我們檢查的功能，讓設(shè)計(jì)者在一開場就能知道那些地方是需要在修改的。拔模分析使用起來相當(dāng)簡易，且對(duì)于模具設(shè)計(jì)的人來說是一個(gè)非常重要而不可或缺的工具，大多數(shù)的情況之下，只要使用一般的檢查就可以(圖6)，檢視上很簡單，模具是公、母模仁兩個(gè)主要構(gòu)成，而圖面中的綠色與紅色代表的就是個(gè)別的模仁，這里我并不會(huì)特別去說明公、母模是哪個(gè)顏色，因?yàn)檫@可以對(duì)調(diào)，只要了解模仁所搭配的顏色中，沒有其他顏色在圍里面即可，如果有，那就得視情況來決定是要修改模型，還是制作側(cè)滑塊、斜銷。圖7的功能則是幫我們將復(fù)雜的產(chǎn)品，直接透過隱藏與顯示的方式來抓出哪些地方是會(huì)倒鉤還

5、是缺乏拔模角度，。圖8則是透過手動(dòng)的方式來檢視；由于前兩個(gè)設(shè)定只能針對(duì)單一的脫模方向來檢查，而這個(gè)設(shè)定可以動(dòng)態(tài)調(diào)整并且實(shí)時(shí)顯示，如此一來我們就可以清楚的知道要以哪個(gè)方向作為我們的脫模方向了。圖6 拔模分析一般檢查圖7 復(fù)雜產(chǎn)品檢查圖8 手動(dòng)檢查底切分析，這個(gè)功能主要就是協(xié)助我們將公母模仁無法直接成形的位置抓取出來，像這樣的地方一般來說就是要制作側(cè)滑塊或是斜銷了。由圖9來看，同樣設(shè)定上基準(zhǔn)面來做為脫模方向，這時(shí)模型所顯示的外觀會(huì)與剛剛的拔模分析不太一樣，而這邊我們主要要注意的地方就是有出現(xiàn)紅色的位置，這些地方就是我們要制作滑塊的位置了。圖9 底切分析分模線分析，這個(gè)功能有些特別，主要運(yùn)用于造型曲

6、面且不好抓取分模線的產(chǎn)品，可以直接透過這一個(gè)功能將虛擬的分模線顯示出來，圖10中的紫色線條就是虛擬的分模線。透過這樣的方式，我們就可以直接以這一條線段為參考，然后在將實(shí)際的分模線位置透過其他工具分割后取得。圖10 分模線分析拔模，這個(gè)工具主要是將缺乏所需求的拔模角度直接進(jìn)展修正(圖11)，圖片中是兩個(gè)邊長50mm的正方形，經(jīng)過拔模功能修正之后，會(huì)依照設(shè)定的角度與拔模方向給予變化，因此在使用上必須要特別注意，而通常指定為中立面的位置，最后是不會(huì)因?yàn)榘文Ｃ娴年P(guān)系而影響到既有的面積圍，建議還未了解此功能所造成的影響之前，先透過簡單的幾何來進(jìn)展練習(xí)，如圖中的正方形，就是一個(gè)很容易理解的方式。圖11 拔

7、?？s放，此功能假設(shè)是直接翻譯成縮水率，想必大家應(yīng)該都能馬上理解這一個(gè)功能，但因?yàn)榭s放不只能應(yīng)用在模具上，所以就以較能通用的名詞來使用。無論是鑄造或是塑料射出，根本成形原理都是將原料熱熔之后再注入模穴中來冷固成形，而根據(jù)物質(zhì)熱脹冷縮的原理，成品在冷固成形之后的尺寸會(huì)因此而縮小，因此我們?cè)谡麄€(gè)模具的設(shè)計(jì)開端就必須要先給予一個(gè)比例來放大，這樣最后在冷固成形時(shí)才會(huì)把尺寸縮小回來到正確的尺寸。依照材料、產(chǎn)品大小與復(fù)雜程度不同，所需要給予的比例不盡一樣，而此例中所給予的1.06所代表的是百分之6，也就是放大6/100，不過常見的比例并非是百分比，而是千分比，只是SolidWorks會(huì)自動(dòng)地將小數(shù)值末的0值

8、自動(dòng)刪除，因此就已百分比來做表示。產(chǎn)品如果因外型關(guān)系而造成收縮不等比例，則便可以取消一致縮放來個(gè)別為不同的軸向予不同的縮水率。(圖12)(圖13)圖12 縮放設(shè)置圖13 軸向縮放分模線，模具工具最重要的一個(gè)功能，也就是抓出公母模區(qū)分的一條線段，當(dāng)然，前提是不需要補(bǔ)破孔；一般來說，分模線是一條封閉的循環(huán)，而絕大多數(shù)都是直接以模型的邊界作為分模線，如果復(fù)雜度不高，通常都能很快的自動(dòng)完成分模線的工作(圖14、15)，假設(shè)模型外觀上沒有需要的邊線可作為分模線的選取，則就必須要透過分割線的功能將需要的邊界自行切割出來(圖16)，這樣的話我們就可以透過手動(dòng)選取的方式來完成分模線的工作。分模線還有另一個(gè)小功

9、能可以嘗試一下，那就是勾選分模面的選項(xiàng)，透過這一個(gè)功能，我們可以將模型要制作分模線的位置上自動(dòng)給予分割的指令，然后就可以直接點(diǎn)選分割出來的邊線作為分模線。(圖17)圖14 分模線功能圖15 分模線圖16 分割線自行切割分模線圖17 分模面封閉曲面，當(dāng)面臨到產(chǎn)品有貫穿孔、排氣孔之類的孔洞，這時(shí)如果要順利使用SolidWorks來完成模具的話，那就必須要使用到封閉曲面這樣的功能。在封閉的過程中，對(duì)于封閉、填補(bǔ)的類型可以依照產(chǎn)品外型另外調(diào)整，以圖18為例的缺口狀況，我們可以選擇相切或是接觸的填補(bǔ)類型(圖19)；選擇接觸的話，缺口的地方會(huì)直接不考慮任何狀況填補(bǔ)起來(圖20)，而設(shè)定相切的話，缺口則是會(huì)

10、依照邊界相鄰的面來進(jìn)展相切的填補(bǔ)(圖21)。封閉曲面還有一個(gè)功能是大家比擬少再使用的，那就是無填補(bǔ)；無填補(bǔ)的功用主要在于將選取的邊界直接切斷，透過這樣的方式，我們就可以自由的建立需要的填補(bǔ)外型，而不受限于既有的模型外觀(圖22)。圖18 缺口模型圖19 填補(bǔ)類型設(shè)置圖20 直接添補(bǔ)圖21 相切填補(bǔ)圖22 無填補(bǔ)分模曲面，這一個(gè)功能在使用之前，一定要確定分模線的功能是否有完成，而且還得確定是否有錯(cuò)誤的驚嘆號(hào)，如果有的話，則代表的是該分模線并非是一個(gè)完整的封閉循環(huán)，那就必須要重新編輯來檢查。分模曲面在使用時(shí)最怕遇到的就是像圖23的邊線，這樣的邊線很容易讓產(chǎn)生的曲面錯(cuò)亂，即便是沒有嚴(yán)重的錯(cuò)亂，產(chǎn)生的

11、曲面根本上也會(huì)呈現(xiàn)不太規(guī)則的樣子，這會(huì)讓后端的加工花上不少時(shí)間來處理這一小局部。分模曲面會(huì)錯(cuò)亂的問題一直都存在，但是在SolidWorks2013開場有了不一樣的變化，透過簡單的設(shè)定，就能讓這樣的問題嚴(yán)重性降低，甚至是沒有(圖24)，當(dāng)我們從上視圖來檢視的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的變化幾乎是沿著單一方向前進(jìn)，這讓原本錯(cuò)亂的問題大幅的改善(圖25)。分模曲面有針對(duì)起模方向的設(shè)定(圖25)，絕大多數(shù)我們是以第三個(gè)的垂直于起模方向?yàn)橹饕O(shè)定，除非考慮到分模曲面與產(chǎn)品的外觀所連接的位置是否會(huì)影響到最后成品，不然大多還是以垂直余起模方向?yàn)橹鳌D23 邊線圖24 沒有曲面錯(cuò)亂圖25 起模方向的設(shè)定模具分割與插入

12、模具文件夾，當(dāng)我們把前面的幾項(xiàng)流程都完成之后，我們就可以將模仁的草圖繪制上去，然后再使用模具分割來將公母模仁各自拆出。在繪制草圖時(shí)，必須要以剛剛的分模曲面為參考，參考他的邊界圍來繪制需要的草圖圍，從這邊也可以發(fā)現(xiàn)的是，在產(chǎn)生分模曲面的時(shí)候，盡量讓產(chǎn)生的曲面圍擴(kuò)大，好讓現(xiàn)在所要繪制的草圖能夠在這圍之(圖26)，這樣的考慮是因?yàn)榉帜＞叻指畹墓δ苤饕墙逵汕娴呐c分割的功能來搭配進(jìn)展，因此草圖的圍有任何一個(gè)地方小過于曲面的邊界，則模具分割就一定會(huì)失敗。圖26 模具分割完成了草圖的繪制并執(zhí)行模具分割的功能之后，我們便可在屬性管理員中看到幾項(xiàng)重要的工程，分別是模塊尺寸、公模、母模、分模曲面(圖27)。模

13、塊尺寸建議配合3D視圖來進(jìn)展調(diào)整(圖28)，好讓我們可以不至于浪費(fèi)過多的料。而另外三個(gè)，公模、母模、分模曲面，這主要是告訴我們模具分割的功能有抓取到我們剛剛在前置作業(yè)中所產(chǎn)生的公、母模曲面與分模曲面，這三個(gè)曲面本體；會(huì)因?yàn)槲覀冊(cè)佼a(chǎn)生分模線的時(shí)候就出現(xiàn)公母模曲面，需要填補(bǔ)孔的話，則是在完成填補(bǔ)孔的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)公母模曲面，而分模曲面就是分模曲面功能完成之后才會(huì)有的。圖27 屬性管理員圖28 3D視圖從圖29中我們可以看到曲面本體文件夾中，還有另外三個(gè)文件夾，分別是公母模、與分模曲面文件夾，這些文件夾大多是經(jīng)由模具工具而產(chǎn)生的，而當(dāng)我們面臨需要自行制作模具分割所需要的相關(guān)曲面時(shí)，這時(shí)我們就可以執(zhí)行插

14、入模具文件夾的功能來產(chǎn)生這三個(gè)文件夾，屆時(shí)完成曲面的建立之后再直接拖曳到該文件夾中即可完成(圖30)。另外要注意的就是，盡管完成了三個(gè)模具分割需要的曲面，但只要后續(xù)有針對(duì)其中一個(gè)曲面進(jìn)展其他特征的編輯，則該曲面就會(huì)脫離模具文件夾，這時(shí)就只要重新拖曳曲面到所屬文件夾即可。圖29 曲面本體文件夾圖30 模具分割側(cè)滑塊，首先可以經(jīng)由底切分析工具來了解產(chǎn)品中有那些地方是需要制作側(cè)滑塊，而側(cè)滑塊的功用就如一開場在底切分析中所說明的，只要是無法透過公母模仁完成的位置，我們就是要制作側(cè)滑塊的時(shí)候了。以圖31為例，產(chǎn)品的的底端有一些排氣孔，而這些地方是無法直接透過公母模來完成，所以得制作一個(gè)側(cè)滑塊讓我們能往公母模脫模的方向之外來抽離。圖31 側(cè)滑塊先將模具復(fù)原到尚未完成側(cè)滑塊的樣子來檢視一下(圖32)，很明顯可以看到底端的位置因?yàn)榕艢饪椎脑O(shè)計(jì)關(guān)系，這里有幾個(gè)像是肋條的外型，這個(gè)地方就是我們要制作側(cè)滑塊的位置。由于模仁外部的面幾乎都是平坦面，因此我們直接將草圖建構(gòu)于此就可以了，至于草圖該繪制甚么樣輪廓，這個(gè)就得依照實(shí)際需求來改變，但一個(gè)重點(diǎn)就是，不要再草圖上繪制圓角，最好是在完成側(cè)滑塊之后再直接給予圓角特征，這樣才回不造成圓角的變形(圖33)。圖32 檢視側(cè)滑塊圖33 不要再草圖上繪制圓角側(cè)滑塊的功能執(zhí)行之后在設(shè)定上很單純，主要設(shè)定的工程有指定草圖輪廓、分割的實(shí)體、拔模角度、切割的深度(圖34