淺談工業(yè)設(shè)計師應(yīng)掌握的模具設(shè)計知識

黃清森

福建省南安市九牧廚衛(wèi)股份有限公司（362304）

在日常工業(yè)設(shè)計工作中，經(jīng)常會遇到工業(yè)設(shè)計師設(shè)計出來的新產(chǎn)品，由于過于理想化和藝術(shù)化而無法應(yīng)用于實際生活中，因為設(shè)計師忽略了工業(yè)設(shè)計出來的產(chǎn)品能否加工及如何加工等實際問題。

1 工業(yè)設(shè)計

工業(yè)設(shè)計涉及到到社會學、美學、人機工程學、機械制造等方面，是由科學與美學、設(shè)計與藝術(shù)相互結(jié)合形成的。

工業(yè)設(shè)計出的產(chǎn)品，一般需要各種模具設(shè)計制造出來，其中以壓鑄模、沖壓模、注塑模占比最大，筆者已做了二十多年的模具設(shè)計和工業(yè)設(shè)計，結(jié)合自身的工作經(jīng)驗，談一談工業(yè)設(shè)計師應(yīng)該掌握的壓鑄模具設(shè)計、沖壓模具設(shè)計、注塑模具設(shè)計這三塊常用模具設(shè)計方面的知識。

2 模具設(shè)計

模具是以特定的結(jié)構(gòu)形式使材料成型且能批量生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的產(chǎn)品配件的一種生產(chǎn)工具。

模具設(shè)計就是設(shè)計模具，根據(jù)產(chǎn)品或者圖紙，設(shè)計出能夠加工相應(yīng)產(chǎn)品的模具圖紙，根據(jù)繪制的模具圖紙，制造出能夠生產(chǎn)合格產(chǎn)品的模具。

3 工業(yè)設(shè)計中所需要的壓鑄模具設(shè)計基礎(chǔ)知識

壓鑄，即壓力鑄造，是將液態(tài)金屬或半液態(tài)金屬，在高壓作用下，快速填充到模具的型腔中，并迅速凝固從而獲得零部件的一種方法。

3.1 壓鑄模成型分為以下幾個階段

1）合模過程：壓鑄模閉合后，壓射沖頭將液態(tài)金屬推送進入壓室內(nèi)。

2）壓射過程：壓射沖頭在壓射活塞高壓作用下，推動液態(tài)金屬進入壓鑄模具中，液態(tài)金屬在高壓下冷卻、結(jié)晶、固化成型。

3）開模過程壓鑄成型后，開啟壓鑄模具，使壓鑄件脫離壓鑄模具的型腔。

4）推出鑄件過程在壓鑄機頂出機構(gòu)作用下，將壓鑄件和余料頂出，并脫離壓鑄模具，接著壓射沖頭復(fù)位。

3.2 在工業(yè)設(shè)計時，要特別注意如下幾點

1）壓鑄件表層有氣孔。 由于液體合金的充填速度比較快，型腔內(nèi)的空氣很難完全排壓鑄模具，就會形成氣孔留在壓鑄件內(nèi)部，導致鑄件表面常會有鼓包缺陷。

2）壓鑄件壁厚要均勻。 壓鑄件壁厚不能太薄，太薄會造成合金熔液填充不良，成型困難；壁厚如果太厚，就會使壓鑄件的力學性能下降，并且內(nèi)部氣孔、縮孔等缺陷也會增加，這樣就會影響工業(yè)產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

3）壓鑄件背面一般會有頂針痕跡。 主要由于壓鑄件要從壓鑄模具中順利脫離，需要壓鑄機的推桿推動壓鑄模的頂板，頂板上有設(shè)計頂針，頂針推動壓鑄件。

4）壓鑄件上會留有澆口痕跡。

5）壓鑄件要設(shè)計適當?shù)墓に噲A角。 這個圓角有利于壓鑄成型，避免應(yīng)力及產(chǎn)生裂紋。

6）壓鑄件會有斜度。 主要是在脫模時，減少壓鑄件與模具型腔的摩擦，使壓鑄件容易從壓鑄模具中取出。

7）壓鑄件會有收縮。 在鑄造合金由液態(tài)到凝固狀態(tài)的過程中，體積和尺寸會產(chǎn)生變化稱為收縮。

8）壓鑄件內(nèi)一般都會有加強筋。 主要作用是增加壓鑄件的強度和剛性，避免壓鑄件從模具內(nèi)頂出時發(fā)生變形。

9）壓鑄件表面一般會采用電鍍或噴漆等處理方式，防止壓鑄件在空氣中腐蝕氧化。

4 工業(yè)設(shè)計中所需要的沖壓模具設(shè)計基礎(chǔ)知識

沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對各種板材施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種加工方法。

在工業(yè)設(shè)計時，要特別注意如下幾點。

1）同一塊沖壓件的厚度一樣。 在工業(yè)設(shè)計新產(chǎn)品時，采用相同一個板料沖壓成型的產(chǎn)品壁厚要一致。

2）沖壓件的沖裁處會存在圓角帶和毛刺面。 盡量避免毛刺面設(shè)計在產(chǎn)品的正面，否則會影響產(chǎn)品的外觀。

3）沖壓件翻邊折彎。 其折彎高度與沖壓件的材料及壁厚有關(guān)，要注意折彎高度不能太低，否則會造成無法折彎或折彎模具報廢等問題。

4）沖壓件的凹筋形式設(shè)計。 沖壓件如果要設(shè)計凹筋形狀， 要設(shè)計在產(chǎn)品的背面處或隱藏面處，否則會影響產(chǎn)品的外觀。

5）沖壓件會有彎曲回彈缺點。 當工業(yè)設(shè)計新產(chǎn)品外觀的折彎圓角時，必須在能夠滿足產(chǎn)品的功能和不影響產(chǎn)品外觀的前提下，圓角盡量大，若圓角設(shè)計過小，會造成該沖壓件折彎處斷裂，甚至無法折彎的情況。

5 工業(yè)設(shè)計中所需要的注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識

5.1 注塑成型分為以下幾個階段

1）夾緊。 在注入材料時施加足夠的壓力來使模具處于閉合狀態(tài)。

2）注射。 在模具處于閉合狀態(tài)下，將聚合物注入模具型腔中。

3）冷卻。 在型腔填充完成后，模具中的塑料件需要通水冷卻。

4）頂出。 當零件充分冷卻后，模具打開，機臺上面的頂出機構(gòu)頂出零件。

5.2 在工業(yè)設(shè)計時，要特別注意如下幾點

1）產(chǎn)品的壁厚應(yīng)盡量均勻。 壁厚如果不均勻，表面會出現(xiàn)縮水，影響外觀質(zhì)量，而且注塑件會因為壁厚不均勻容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力， 引起塑件的變形、開裂。

2）產(chǎn)品外觀要有脫模斜度。 目的是為了讓產(chǎn)品順利從模具型腔中脫離，但是要避免因為產(chǎn)品外觀斜度影響設(shè)計效果。

3）產(chǎn)品的拐角過渡部分應(yīng)有圓角設(shè)計。 盡量不為尖角，否則產(chǎn)品表面會出現(xiàn)脫皮、斷裂、缺膠等現(xiàn)象。

4）產(chǎn)品的外觀分模線。 模具的上下模合模后，會在產(chǎn)品的外觀上留下細微的分模線，這個線條會影響原始設(shè)計的美感。

5）避開頂桿痕跡。 將這些痕跡，安排到產(chǎn)品不起眼位置，避免影響產(chǎn)品外觀。

6 外墻板模具設(shè)計注意事項

外墻板一般采用結(jié)構(gòu)層和保溫層以及保護層，在日常建筑中對外墻板的平整度方面要求比較高，按照澆筑方式，一般的外墻板模具會分為兩層，第一層是保護層和保溫層，第二層才是結(jié)構(gòu)層，其中第一層模具是基礎(chǔ)，第二層的結(jié)構(gòu)層模具方式和同內(nèi)墻板模具類似，內(nèi)墻板通常為混凝土實心墻體，內(nèi)墻板一般都會有外漏筋，因此要在邊模上添加肋板。

外墻裝置墻板一般是用注塑模具制造，有時候會在冷卻成型時，澆口中殘留的余料會與產(chǎn)品成型結(jié)合在一起，后期手工修整后，會在產(chǎn)品面有鼓起痕跡，這樣產(chǎn)品的正面凹凸不平，而且在冷卻成型后的外墻裝飾墻板通過模具的頂針作用頂起時，一般都會在產(chǎn)品面留下凹槽，這樣會影響整體產(chǎn)品的審美性。 為了避免這種現(xiàn)象，在設(shè)計外墻裝飾墻板模具時，頂針位置設(shè)計在產(chǎn)品比較隱蔽之處，廢料成型在產(chǎn)品的內(nèi)表面上，將廢料修整后澆口的鼓起部位會留在產(chǎn)品背面，由于產(chǎn)品的背面被粘貼在外墻上，因此產(chǎn)品外表光滑度不受影響。 有些外墻板模具包括機架、隔板開模構(gòu)件、模具定位組件、移動組件等，隔板平行間隔放置在機架上，模具定位組件放置在隔板上。 影響外墻板模具使用壽命的因素包括：材料的種類、選擇合理的配合間隙、模具的結(jié)構(gòu)及模具的表面處理等，模具設(shè)計師要結(jié)合模具的使用情況完善模具的制作工藝。

7 結(jié)語

設(shè)計一件作品，特別是一件優(yōu)秀的精品，不僅需要藝術(shù)方面的知識，還需要模具設(shè)計知識，工業(yè)設(shè)計師普遍缺乏模具設(shè)計等相關(guān)知識， 因此限制了工業(yè)設(shè)計師水平的提高。 作為優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)計師，要熟悉和掌握模具設(shè)計知識才能設(shè)計出受人歡迎的精品，以滿足客戶和市場的需要。