SolidWorks模具設(shè)計(jì)案例

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1、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(shuō)明，希望這一篇能為各位帶來(lái)顯著的學(xué)習(xí)效果。 單純只講模具的話(huà)，這所牽扯的范圍有些廣泛， 因此筆者將范圍與應(yīng)用的部分縮小至塑 料模具的部分。會(huì)特別這樣說(shuō)明是因?yàn)?SolidWorks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， 那么又可以涵蓋到?jīng)_壓模或是連續(xù)沖壓模 具。 當(dāng)我們呼叫出模具工具時(shí)， 可以

2、看到幾個(gè)主要的功能，像是縮放 （縮水率）、分模線(xiàn)、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(shuō)， 當(dāng)我們使用模具的功能時(shí)， 會(huì)有部分的指令其實(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(lái)輔助。 圖2模具工具 接下來(lái)將會(huì)以一個(gè)范例來(lái)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 此篇探討的范圍之內(nèi)， 而主要的工具有 『拔模分析』、『底切分析』、『分模線(xiàn)分析』、『拔 ?！?、『

3、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，還可以看一個(gè)名為「分割線(xiàn)」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? 能給你所想要的分模線(xiàn)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， 底下就用比較簡(jiǎn)單且夸張一些的角度來(lái)說(shuō)明 一下，上下個(gè)為公模具，而中間則為產(chǎn)品；圖3的情況則是最佳的狀況，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(lái)說(shuō)，模具的

4、設(shè)計(jì)都會(huì)盡量給予 角度，而此狀況則是不足所需求的脫模角度。 圖5則是最糟情況，這樣的狀況可是會(huì)讓產(chǎn)品 無(wú)法順利從模具中脫模。 圖3拔模角度情況最佳狀況 圖4拔模角度需要改善  i 圖5拔模角度最糟情況 透過(guò)剛剛?cè)龔垐D片，這便是拔模分析所要提供給我們檢查的功能， 讓設(shè)計(jì)者在一開(kāi)始就 能知道那些地方是需要在修改的。 拔模分析使用起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)易， 且對(duì)于模具設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)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(jiǎn)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

5、仁，這里我并不會(huì)特別去說(shuō)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(méi)有其他顏色在范圍里面即可，如果有，那就得視情況來(lái)決定是要修改模型， 還是制作側(cè)滑塊、 斜銷(xiāo)。圖7的功能則是幫我們將復(fù)雜的產(chǎn)品， 直接透過(guò)隱藏與顯示的方式 來(lái)抓出哪些地方是會(huì)倒鉤還是不足拔模角度， 。圖8則是透過(guò)手動(dòng)的方式來(lái)檢視； 由于前兩 個(gè)設(shè)定只能針對(duì)單一的脫模方向來(lái)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(lái) 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

6、分析，這個(gè)功能主要就是協(xié)助我們將公母模仁無(wú)法直接成形的位置抓取出來(lái)， 像這 樣的地方一般來(lái)說(shuō)就是要制作側(cè)滑塊或是斜銷(xiāo)了。 由圖9來(lái)看，同樣設(shè)定上基準(zhǔn)面來(lái)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(xiàn)分析，這個(gè)功能有些特別， 主要運(yùn)用于造型曲面且不好抓取分模線(xiàn)的產(chǎn)品， 可以 直接透過(guò)這一個(gè)功能將虛擬的分模線(xiàn)顯示出來(lái)，圖 10中的紫色線(xiàn)條就是虛擬的分模線(xiàn)。透 過(guò)這樣的方式，我們就可以直接以這一條線(xiàn)段為參考， 然后在將實(shí)際的分模線(xiàn)位置透過(guò)其他 工具分

7、割后取得。 圖10分模線(xiàn)分析 拔模，這個(gè)工具主要是將不足所需求的拔模角度直接進(jìn)行修正 （圖11），圖片中是兩個(gè) 邊長(zhǎng)50mnm勺正方形，經(jīng)過(guò)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 影響到既有的面積范圍，建議還未了解此功能所造成的影響之前， 先透過(guò)簡(jiǎn)單的幾何來(lái)進(jìn)行 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拔模 縮放，此功能若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)?縮放不只能應(yīng)用在模具上， 所以就以較能通用的名詞來(lái)使用。 無(wú)論是鑄

8、造或是塑料射出， 基 本成形原理都是將原料熱熔之后再注入模穴中來(lái)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(kāi)端就必須要先給予 一個(gè)比例來(lái)放大，這樣最后在冷固成形時(shí)才會(huì)把尺寸縮小回來(lái)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相同，而此范例中所給予的 1.06所代表的 是百分之6,也就是放大6/100，不過(guò)常見(jiàn)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值自動(dòng)刪除，因此就已百分比來(lái)做表示。 產(chǎn)品如果因外型關(guān)系而造 成收縮不等比例，那么便可以取消一致縮

9、放來(lái)個(gè)別為不同的軸向予不同的縮水率。 （圖 12）（圖 13） 金捋睦th佛 * X J 一蠱眄?IWIIH ■ 「 圖12縮放設(shè)置 圖13軸向縮放 分模線(xiàn)，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(xiàn)段，當(dāng)然， 前提 是不需要補(bǔ)破孔；一般來(lái)說(shuō)，分模線(xiàn)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(xiàn)，如果復(fù)雜度不高，通常都能很快的自動(dòng)完成分模線(xiàn)的工作 （圖14、15），假如 模型外觀上沒(méi)有需要的邊線(xiàn)可作為分模線(xiàn)的選取， 那么就必須要透過(guò)分割線(xiàn)的功能將需要的 邊界自

10、行切割出來(lái)（圖16），這樣的話(huà)我們就可以透過(guò)手動(dòng)選取的方式來(lái)完成分模線(xiàn)的工作。 分模線(xiàn)還有另一個(gè)小功能可以嘗試一下，那就是勾選「分模面」的選項(xiàng)，透過(guò)這一個(gè)功能， 我們可以將模型要制作分模線(xiàn)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(lái) 的邊線(xiàn)作為分模線(xiàn)。（圖17） uor爭(zhēng) 圖14分模線(xiàn)功能 圖15分模線(xiàn) 圖16分割線(xiàn)自行切割分模線(xiàn) 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(lèi)的孔洞，這時(shí)如果要順利使用 SolidWorks來(lái)完成模具的話(huà)，那就必須要使用到封閉曲面這樣的功能。在封閉的過(guò)程中， 對(duì)于封閉、填補(bǔ)的類(lèi)型可以依照產(chǎn)

11、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(lèi)型 （圖19）;選擇接觸的話(huà)，缺口的地方會(huì)直接不考慮任何狀況填 補(bǔ)起來(lái)（圖20），而設(shè)定相切的話(huà)，缺口則是會(huì)依照邊界相鄰的面來(lái)進(jìn)行相切的填補(bǔ) （圖21）。 封閉曲面還有一個(gè)功能是大家比較少再使用的， 那就是無(wú)填補(bǔ)；無(wú)填補(bǔ)的功用主要在于將選 取的邊界直接切斷，透過(guò)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） o Ho" 1  圖20直接添補(bǔ) w or 停［ 圖19填補(bǔ)類(lèi)型設(shè)置 圖21相切填補(bǔ) www.e

12、- 圖22無(wú)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(xiàn)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(huà)，則代表的是該分模線(xiàn)并非是一個(gè)完整的封閉循環(huán)， 那 就必須要重新編輯來(lái)檢查。分模曲面在使用時(shí)最怕遇到的就是像圖 23的邊線(xiàn)，這樣的邊線(xiàn) 很容易讓產(chǎn)生的曲面錯(cuò)亂， 即便是沒(méi)有嚴(yán)重的錯(cuò)亂， 產(chǎn)生的曲面基本上也會(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(lái)處理這一小部分。 分模曲面會(huì)錯(cuò)亂的問(wèn)題一直都存 在，但是在SolidWorks2013開(kāi)始有了不一樣的變化，透過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)定，就能讓這樣的問(wèn)題 嚴(yán)重性降低，甚至是沒(méi)有（圖24），當(dāng)我們從上視圖來(lái)

13、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(wèn)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 為主。 www.e- www.e- n or www.e- 圖23邊線(xiàn) 圖24沒(méi)有曲面錯(cuò)亂 圖25起模方向的設(shè)定 模具分割與插入模具文件夾，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(lái)將公母模仁各自拆出。

14、 在繪制草圖時(shí)，必須要以剛 剛的分模曲面為參考，參考他的邊界范圍來(lái)繪制需要的草圖范圍，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)生的曲面范圍擴(kuò)大， 好讓現(xiàn)在所要繪制的草圖能夠在這范 圍之內(nèi)（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(lái)搭 配進(jìn)行，因此草圖的范圍有任何一個(gè)地方小過(guò)于曲面的邊界，那么模具分割就一定會(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 的項(xiàng)目，分別是模塊尺寸、公模、母模、分模曲面 （圖27）。模塊尺寸建議配合 3D視圖來(lái)進(jìn) 行調(diào)整（圖28），好讓我們可以

15、不至于浪費(fèi)過(guò)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(xiàn)的時(shí)候就出現(xiàn)公母模曲面， 需要填補(bǔ) 孔的話(huà)，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 ■ ■nin 丄 ra.*_A . I nor s 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

16、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)行插入模具文件夾的功能來(lái)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)行其他特征的 編輯，那么該曲面就會(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。 www.e- ■- 3恥 * An

17、 i= ,tb r =電工， 0 Fnom P1#h* ⑥Top皿r* 0 Rtf ht Pl*w q<3 lmpo*tdi 每 Fmng Atl 電 Tip 32 命 Pwlinglx^l 也 S*V Of： AlrtiC* : 卷 Ra^ E^Zir 毎 ‘ 如需方?； 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(lái)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(kāi)始在底切分析中所說(shuō)明的， 只要是無(wú)法透過(guò)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(wú)

18、法直接透過(guò)公母模來(lái)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(lái)抽離。 圖31側(cè)滑塊 先將模具還原到尚未完成側(cè)滑塊的樣子來(lái)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(lái)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）。 * i ll I ■ I 1 ■■ J ■l

19、. 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)定的項(xiàng)目有指定草圖輪廓、分割的實(shí)體、 拔模角度、切割的深度（圖34），其中比較重要的就是拔模角度與切割的深度；切割深度的 調(diào)整建議直接瀏覽 3D會(huì)圖區(qū)中的變化比較好，透過(guò)手動(dòng)拖曳的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整，最后再回 到屬性管理員中來(lái)進(jìn)行數(shù)值的微調(diào)， 再來(lái)就是拔模角度的注意事項(xiàng)， 主要的重點(diǎn)就是搭配的 草圖不要有草圖圓角已經(jīng)完成于其中， 建議完成側(cè)滑塊的分割之后，再進(jìn)行圓角特征的建立， 否則會(huì)造成圓角外型的變形， 這樣的話(huà)就會(huì)增加加工呢困難度與時(shí)間。 若需要詳細(xì)了解側(cè)滑 塊的功能，可以參閱技術(shù)通報(bào)第 49期的『SolidWorks制作模具滑塊之應(yīng)用』。 圖34側(cè)滑塊設(shè)置 www.e-