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模具行业产品设计规范

一、概述

模具行业的产品设计规范是确保模具制造质量、提高生产效率、降低成本和延长模具使用寿命的关键。本规范旨在为模具设计人员提供一套系统化、标准化的设计方法和流程，涵盖设计原则、关键技术要点、材料选择、结构优化、工艺流程及质量检验等方面。规范的严格执行有助于提升模具产品的整体性能和竞争力。

二、设计原则与要求

（一）设计原则

1.功能优先：确保模具能够满足产品所需的成型精度、尺寸稳定性和力学性能。

2.经济性：在满足性能要求的前提下，优化设计以降低制造成本和加工难度。

3.可行性：设计方案需考虑现有加工工艺和设备条件，避免过于复杂或难以实现的结构。

4.可维护性：便于模具的装配、调试、维修和更换，延长使用寿命。

（二）设计要求

1.尺寸精度：模具型腔尺寸需符合产品图纸要求，公差范围通常控制在±0.02mm至±0.1mm之间，具体依产品要求调整。

2.表面质量：型腔表面粗糙度（Ra）一般要求在0.8μm至3.2μm之间，特殊需求可降至0.2μm。

3.强度与刚度：关键部位（如支撑、导向结构）需进行强度校核，避免在高压成型时变形或损坏。

三、关键技术要点

（一）型腔设计

1.分型面选择：优先选择平整、易于脱模的面作为主分型面，复杂形状需增加辅助分型面。

2.侧抽芯设计：对于带有侧孔或凹槽的产品，抽芯机构需保证平稳、无干涉，抽拔力计算参考值可在50N/cm2至200N/cm2之间。

3.顶出系统设计：采用多点顶出或潜伏顶出，确保产品完整脱模，顶出位置需避开产品关键结构。

（二）结构优化

1.支撑设计：型腔边缘和深腔部位需增设加强筋或支撑块，以提升刚度，避免成型时塌陷。

2.导向设计：导柱、导套的配合间隙通常控制在0.01mm至0.03mm，确保运动顺畅。

3.冷却系统：根据模具温度要求，合理布置冷却水路，典型间距为100mm至200mm，确保快速散热。

四、材料选择与工艺流程

（一）材料选择

1.型腔材料：常用材料包括P20（预硬钢）、H13（热作钢），硬度要求一般在40HRC至50HRC。

2.结构材料：支撑件可采用45钢等中碳钢，需进行调质处理（硬度28HRC至35HRC）。

3.特殊材料：高精度或高温应用场景可选用CDM、模具钢等，需考虑热处理变形控制。

（二）工艺流程

1.设计阶段：完成三维建模→二维工程图绘制→关键部位仿真分析（如应力、热流分析）。

2.制造阶段：毛坯加工→热处理→精加工（电火花、线切割、铣削）→抛光→装配调试。

3.检验阶段：尺寸测量（三坐标测量仪）→功能测试（如脱模实验、顶出实验）→试模修正。

五、质量检验与标准

（一）检验项目

1.尺寸检验：使用卡尺、千分尺或影像测量仪检测型腔轮廓和孔位偏差。

2.表面质量：通过表面粗糙度仪检测Ra值，目视检查划痕、凹坑等缺陷。

3.动作测试：模拟成型过程，验证抽芯、顶出是否顺畅，无卡滞现象。

（二）验收标准

1.重量偏差：模具总重与设计值误差不超过±5%。

2.热稳定性：连续成型10次后，型腔温度波动不超过±5℃。

3.寿命测试：批量试模需达到至少5万次循环（根据产品复杂度调整）。

六、设计优化建议

（一）减少加工工序

1.采用等高铣削减少余量分层。

2.优化型腔排布，减少重复加工区域。

（二）提升耐用性

1.关键部位（如顶针、滑块）采用硬质合金镶件。

2.增设排气槽，防止成型时困气（排气槽间距建议50mm至80mm）。

（三）数字化工具应用

1.使用CAE软件进行模流分析，优化冷却水路布局。

2.导入CAD数据至CAM系统，实现自动化编程，提高加工效率。

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（二）结构优化

1.支撑设计：

目的与必要性：型腔的强度和刚度直接影响模具在高压、高温成型过程中的稳定性。特别是在成型大型、深型腔或薄壁产品时，无适当支撑会导致型腔底部或侧壁发生变形、尧曲甚至开裂，严重影响产品质量和模具寿命。因此，必须对型腔进行科学合理的支撑设计。

支撑形式选择：

加强筋（Ribs）：适用于需要补强大面积区域或沿特定方向增强刚度的场合。设计时需注意筋的厚度与型腔壁厚的关系，避免过渡不平滑导致应力集中。常见的有等截面筋、变截面筋和圆角筋等。

支撑块（SupportBlocks）：适用于局部需要高强度的区域，如顶出点、侧抽芯的承受面等。支撑块与型腔本体需进行可靠的连接，通常通过螺丝或直接铸造/锻造为一体。

组合支撑：对于复杂结构，可结合使用加强筋和支撑块，以达到最佳的支撑效果。

设计要点：

支撑位置：应设置在型腔受力最大的区域，如薄壁处、深腔底部、加强筋根部、顶针/司筒作用点附近。

支撑强度：支撑结构的尺寸（厚度、宽度）需通过计算或经验公式初步