SolidWorks模具設(shè)計(jì)案例

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字而將其他工具一并納入，那么又可以涵蓋到?jīng)_壓?；?/p>

2、是連續(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，可以看到幾個主要的功能，像是縮放(縮水率)、分模線、模具分割等，除此之外還可以看到幾個曲面的工具在這其中(圖2)。曲面工聚會放置在模具工具中有一個主要的因素，SolidWorks中的模具功能會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，會有部分的指令其實(shí)是在執(zhí)行產(chǎn)生曲面的相關(guān)動作，因此，為了面對各種不同的產(chǎn)品、模具需求，因此會需要使用到曲面的工具來輔助。圖2 模具工具    接下來將會以一個范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范

3、圍之內(nèi)，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，還可以看一個名為分割線的工具，盡管這一個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候，是否會有倒勾的狀況發(fā)生，或是幫我們了解哪些地方的拔模角度是不夠的，底下就用比較簡單且夸張一些的角度來說明一下，上下個為公模具，而中間則為產(chǎn)品；圖3的情況則是最佳的狀況，脫模的時候就自然與產(chǎn)品有間隙并順利脫模。圖4則

4、是需要改善的狀況，一般來說，模具的設(shè)計(jì)都會盡量給予角度，而此狀況則是不足所需求的脫模角度。圖5則是最糟情況，這樣的狀況可是會讓產(chǎn)品無法順利從模具中脫模。圖3 拔模角度情況最佳狀況圖4 拔模角度需要改善圖5 拔模角度最糟情況    透過剛剛?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)者在一開始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，且對于模具設(shè)計(jì)的人來說是一個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、母模仁兩個主要構(gòu)成，而圖面中的綠色與紅色代表的就是個別的模仁，這里我并不會特別

5、去說明公、母模是哪個顏色，因?yàn)檫@可以對調(diào)，只要了解模仁所搭配的顏色中，沒有其他顏色在范圍里面即可，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倒鉤還是不足拔模角度，。圖8則是透過手動的方式來檢視；由于前兩個設(shè)定只能針對單一的脫模方向來檢查，而這個設(shè)定可以動態(tài)調(diào)整并且實(shí)時顯示，如此一來我們就可以清楚的知道要以哪個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 手動檢查    底切分析，這個功能主要就是協(xié)助我們將公母模仁無法直接成形的位置抓取出來，像這

6、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，這時模型所顯示的外觀會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，這個功能有些特別，主要運(yùn)用于造型曲面且不好抓取分模線的產(chǎn)品，可以直接透過這一個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，這個工具主要是

7、將不足所需求的拔模角度直接進(jìn)行修正(圖11)，圖片中是兩個邊長50mm的正方形，經(jīng)過拔模功能修正之后，會依照設(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，先透過簡單的幾何來進(jìn)行練習(xí)，如圖中的正方形，就是一個很容易理解的方式。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，基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)

8、物質(zhì)熱脹冷縮的原理，成品在冷固成形之后的尺寸會因此而縮小，因此我們在整個模具的設(shè)計(jì)開端就必須要先給予一個比例來放大，這樣最后在冷固成形時才會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，不過常見的比例并非是百分比，而是千分比，只是SolidWorks會自動地將小數(shù)值末的0值自動刪除，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，那么便可以取消一致縮放來個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   

9、 分模線，模具工具最重要的一個功能，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完成分模線的工作(圖14、15)，假如模型外觀上沒有需要的邊線可作為分模線的選取，那么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選取的方式來完成分模線的工作。分模線還有另一個小功能可以嘗試一下，那就是勾選分模面的選項(xiàng)，透過這一個功能，我們可以將模型要制作分模線的位置上自動給予分割的指令，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

10、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，缺口則是會依照邊界相鄰的面來進(jìn)行相切的填補(bǔ)(圖21)。封閉曲面還有一個功能是大家比較少再使用的，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

11、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誤的驚嘆號，如果有的話，則代表的是該分模線并非是一個完整的封閉循環(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)生的曲面錯亂，即便是沒有嚴(yán)重的錯亂，產(chǎn)生的曲面基本上也會呈現(xiàn)不太規(guī)則的樣子，這會讓后端的加工花上不少時間來處理這一小部分。分模曲面會錯亂的問

12、題一直都存在，但是在SolidWorks2013開始有了不一樣的變化，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)，這讓原本錯亂的問題大幅的改善(圖25)。分模曲面有針對起模方向的設(shè)定(圖25)，絕大多數(shù)我們是以第三個的垂直于起模方向?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

13、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，必須要以剛剛的分模曲面為參考，參考他的邊界范圍來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分割的功能來搭配進(jìn)行，因此草圖的范圍有任何一個地方小過于曲面的邊界，那么模具分割就一定會失敗。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

14、議配合3D視圖來進(jìn)行調(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，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，這三個曲面本體；會因?yàn)槲覀冊佼a(chǎn)生分模線的時候就出現(xiàn)公母模曲面，需要填補(bǔ)孔的話，則是在完成填補(bǔ)孔的時候才會出現(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

15、關(guān)曲面時，這時我們就可以執(zhí)行插入模具文件夾的功能來產(chǎn)生這三個文件夾，屆時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，盡管完成了三個模具分割需要的曲面，但只要后續(xù)有針對其中一個曲面進(jìn)行其他特征的編輯，那么該曲面就會脫離模具文件夾，這時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始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)滑塊的時候了。以圖31為例，產(chǎn)品的的底端有一些排氣孔，

16、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    先將模具還原到尚未完成側(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，這里有幾個像是肋條的外型，這個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，這個就得依照實(shí)際需求來改變，但一個重點(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)定的項(xiàng)目有指定草圖輪廓、分割的實(shí)體、