《现代模具设计方法》练习题及答案
第一章 现代模具设计方法概述
1、注射模CAD/CAE/CAM的技术特点是什么？ CAD/CAM技术特点是重点在于注射制品的几何型计、绘图和数控加工数据及指令的生成。
CAE则是将工程试验、分析、文件生成乃至制造制品研制过程中的每一个环节之中，用以指导和预测制品在思、设计、制造阶段的行为.
2、一个理想的级进模CAD/CAE/CAM应解决哪些方面的关键技术？
（1）特征建模技术（2）专家系统技术（3）系统的柔性化 （4）基于网络的数据管理技术（5）冲压过程计算机仿真技术
第二章 软件设计原理概述
1、何谓注塑成型周期？在这个周期中所包括的工艺步骤是什么？
完成一次注塑成型所需时间； 包括开模、加料、塑化 、注射、保压、冷却和脱模等
2、何谓注塑模设计？它包括哪些内容？
(1)用于塑料制件注塑成型的模具通称注塑模，注塑模设计就是设计注塑模的结构。
(2) 流变学设计：根据塑料熔体的流变行为，恰当选择浇口位置与数量，确定最佳浇注系统尺寸，估算模腔压力，为正确选择注塑机规格及确定模腔壁厚提供理论依据。
力学设计：根据制件几何尺寸及轮廓选择模具类型，确定模具结构、模腔壁厚及脱模方式等所必须的力学与结构设计。
传热学设计：根据制件重量、塑料(聚合物)品种及其所需的生产周期进行传热学 设计，以确保制件质量和最佳经济技术要求。
3、何谓双分型面注塑模？它主要用于哪些场所？
(1)双分型面注射模又称三板式模具，于单分型面模具相比，在动模与定模之间增加了一个可移动的浇口板，塑件和浇注系统凝料分别从两个不同的分型面取出。
(2)这种模具结构复杂，只适用于采用点浇口的单型腔或多型腔注射模。
4、何谓注塑模标准模架？采用标准模架有何好处？
(1)专为注塑模设计的，结构形式尺寸都已经标准化并具有一定互换性的零件成套组合而成的一类模架。(2)优点：简单方便、买来即用、不必库存。能使模具成本下降。简化了模具的设计和制造。缩短f模具生产周期，促进了塑件的更新换代。模具的精度和动作可靠性得到保证。
5．何为模腔？它是怎样构成的？它与型腔有何本质不同？
(1)模具中成型塑料制品的空间。容纳胶料和注压胶料的空间。其结构、尺寸根据橡胶制品的结构尺寸而设计、加工，其尺寸应考虑胶料收缩率，根据产品尺寸加一定的余量 (2)由型腔与型芯合模形成的封闭的空腔。 (3)型腔是开放的，模腔是封闭的。
6、决定型腔数的依据从哪几方面考虑？
注塑机的塑化能力、最大注射量、额定锁模力、制品精度和生产经济
7．选择分型面应遵循哪些原则？若模腔排气不良会有怎样的危害？
（1）、分型面的选择原则：
1、符合塑件脱模的基本要求。
2、分型线不影响塑件外观。
3、确保塑件留在动模一侧。
4、确保塑件质量。
5、应尽量避免形成侧孔、侧凹。
6、满足模具的锁紧要求。
7、合理安排浇筑系统，特别是浇口位置。
8、有利于模具加工
（2）、模腔排气不良的危害：
在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料
受热或凝固产生的低分子挥发气体和塑料中的水分在注塑温度下汽
化形成的水蒸气。这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体
被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，同时，这些高温高压
的气体也有可能挤入塑料熔体内而使塑件产生气泡、空洞或填充不
足等缺陷。
8、根据下图，试指出中小型模架基本类型中4种不同类型的主要差别及其适用场所。
（1）p1型模架的定模采用两块模板，动模采用一块模板，设置推杆推出机构，适用于点浇口、双分型面注射成型模具。
（2）P2型模架的定、动模均采用两块模板，设置推杆推出机构。适用于直接浇口，采用斜导柱侧向抽芯的注射成型模具。
（3）P3型模架的定模采用两块模板，动模采用一块模板，设置脱模板推出机构。适用于薄壁壳体类塑件的成型以及脱模力大、塑件表面不允许留有推出痕迹的注射成型模具.(不可镶嵌）
（4）P4型模架的定、动模均采用两块模板，设置脱模板推出机构。使用范围与p3型相同。（可镶嵌）
9、投影面积Am计算的意义，它包括哪几部分？
（1)投影面积影响模具胀型力，用于计算模具锁模力。
（2)包括塑件和浇注系统在分型面上的投影面积。
10．在模腔尺寸计算中为何多选用平均收缩率法？它有哪些优点？
减少试模次数，方便计算（不2次加工：MOLDFLOW，做实验模拟收缩率)
11．已知一注塑模l1=35cm，l2＝25cm，h＝15cm，H=25cm。注塑件为简单聚丙烯箱体，
模腔压力Pc=32MPa。试按整体型腔结构求其长边侧壁厚度，并校核其最大应力为多少？
12、设用45钢制作注塑模以生产4级精度的ABS筒形塑件，其外形尺寸为Φ400x 150mm。已知模腔压力Pc＝50MPa，且其径允许变形量［δ］可按实际情况选定。试分别按组合式和整体式的两种结构求出其侧壁及底板厚度，校核其强度，并将其
外
形尺寸和重量列表比较。
13．某厂欲设计生产聚丙烯蓄电瓶注塑模，产品的外形尺寸为l1＝45cm，l2＝25cm，
h＝15cm，H＝25，模腔压力Pc=30Mpa，塑件按一般精度制作，模腔结构为镶底组合式。试求其长边侧壁厚度，并校核其强度是否在180MPa以下？
14、何谓注模传热学设计？此种设计方法有何特点？
围绕热量输入和输出能不能维持平衡，达到高效生产的目的的设计。
模温直接影响塑件质量与生产效率。
15．传热系数与导热系数（热导率）有何不同？试从其物理意义上予以解释。
传热系数(W/m2.c)描述的是对流换热热量传递的能力，是在对流换热中单位面积下1个温度梯度发生热传递的热流密度.
热导率（W/m.c）描述的是热传导热量传递的能力，在数值上等于温度梯度为1个单位时，物体内具有的热流密度。
16．影响注塑模冷却的因素有哪些？其中最主要的是哪几个？
模具材料、注塑材料、均匀冷却以冷却水道的布局、制件厚度、模具温度
主要均匀冷却以冷却水道的布局
17．缩短注塑成型周期的主要途径是什么？在设计模具时应有怎样的考虑？
（1）缩短冷却时间
（2）1、提高传热么系数
2、模具的水路是否畅通，生产时减少模具水路串接。
3、尽量使用冷水机
4、提高模具与冷却介质之间的温差
5、增大冷却介质的传热面积?
18、何为雷诺准数？它的特征数值在注塑模的冷却过程中有何特殊意义？
（1)雷诺准数是惯性力和粘性阻力的比值。
（2）雷诺准数越大，冷却流体越趋向于由层流向端流转变，带走热量多；雷诺准数越小，流体越趋向于由端流向层流转变.
19、根据课本图2-5，按步骤列出详细数值计算式。
20、阐述注射流动过程控制体积模拟算法原理。 控制体积是由一定厚度的有限元网格组成的多边形体积，在具有一定厚度的三角形网格中，连接三角形重心和各边中点便构成了多边形控制体积。 经过处理后，每个三角形单元的内部节点均被一个多边形控制体积所围绕。
21、参数化设计中参数的种类？
尺寸约束、几何约束
22、什么是特征建模技术？
特征建模是一种建立在实体建模的基础上，利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法。
23、一个完整的特征定义至少应包含哪几个方面的内容？
1)由一组几何实体按特定的拓扑关系组成的形状要素，如孔、槽等。
(2)具有特定的工程语义，如设计语义、分析语义、加工语义等。
(3)语义与形状要素间的关系。
24、注射模CAE分析软件的核心包括哪些模块？
充型、流动、保压、冷却、翘曲、DOE等
25、注射流动过程的一维、二维和三维软件的设计原理是什么？他们之间有哪些联系？
塑料成型过程中，由于塑料熔体的粘度高，雷诺数低，故熔体流动可简化为不可压缩的层流，符合牛顿流动定律。
一维流动，指塑料熔体在流动过程中任意质点的运动可用单方向的流速来表征。可分为圆管流动、矩形板流动、径向三种基本形式。其中圆管流动用于模拟流道内流动，矩形板和径向流动用于模拟型腔内的流动。
由于一维流动中模具型腔仅限于圆盘类和矩形板类形状，对基本公式进行简化后即可用有限差分方法进行数值计算。
当一维流动的数学模型和数值计算方法确立后，即可将一维流动进行单元组合，分析任意形状的二维型腔内的填充过程。 三维流动分析，即对塑件的三维结构进行展平，划分流动路径和单元，用二维的方法进行分析计算。
关系：一维是二维的基础，二维由一维单元串联而成。
三维则是展平为二维模型后，并分解成许多一维流动的基本单元进行一维分析。
26、注塑成型中三维冷却分析数据求解的常用方法？
由于目前冷却分析模型多为三维稳态边界元模型，采用的算法是耦合迭带算
法，即联立求解模具温度场边界积分方程组和塑件一维热传导有限差分方程组。
27、什么是有限元法？在模具CAE中的应用情况？有限单元的种类？
(1)基本概念：用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
(2)应用于（力学分析、注射流动过程模拟）气体辅助注塑成型模拟、充型过程数值模拟、温度场及凝固过程数值模拟
单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。
28、什么是有限差分法？在模具CAE中的应用情况？
1）力学中将求解微分方程问题转化为求解差分方程的一种数值解法。
（2）应用于（冷却过程分析）注塑流动过程的模拟、充型过程数值模拟、温度场及凝固过程数值模拟
29、什么是边界元法，在模具CAE中的应用情况？
（1）将力学中的微分方程的定解问题化为边界积分方程的定解问题，再通过边界的离散化与待定函数的分片插值求解的数值方法。
（2）适用于（冷却过程分析）注射模冷却系统模拟
30、什么是面向对象的工程数据库管理系统？它有那些组成部分？
（1）面向对象的工程数据库管理系统 是工程数据库的发展方向，是面向对象的程序设计技术与数据库技术相结合的产物。
（2）组成：对象管理器，事务管理器，版本管理器，查询处理器和用户接口
31、CAD技术的四种建模方法
线框建模、表面建模、实体建模、特征建模
32、铸造工艺CAE软件的核心是什么？为什么说铸造工艺CAE软件分析方法是一种理想的先进分析方法？
1）铸造工艺CAE软件的核心是铸件充型、凝固过程的数值模拟。
（2）铸造工艺CAE软件分析是在电脑上完成，避免了大量实际生产试验的消耗，不仅具有科学性，而且伴随着有显著的效益，因此是一种理想的先进的分析方法。
33、看书Page40-49重点了解流动场、温度场的基本方程和离散化的思路。
34、何谓级进模？其基本特征是什么？
（1）级进模即为，在压力机一次行程中，在模具不同部位上完成两道
或两道以上的冲压工序的冲模。
（2）基本特征：多工位，效率高。1，生产率高；2，自动化程度高；3，操作安全 ；4，磨具寿命长； 5、可减少半制品运输，仓库及厂房的面积；6、材料利用率低；7、与单工序模和复合模相比，级进模的零件数量多，结构复杂，精度、寿命、可靠性等要求很高。
35、请指出冲压加工中常用的工艺特征名称。
切断、冲孔、撕口、弯曲、拉伸，翻边，局部成型
36、论述自顶向下的级进模结构及零件设计方法。
（1）模具总体结构初步设计
（2）模具零部件分析设计
（3）模具图纸生成
37、考虑到实际应用背景和实现上的方便性，对零件的特征如何分类：
形状特征、精度特征、材料特征、装配特征、分析特征、
38、板金零件的特征如何分类？请指出下图板金零件各单元特征名称。
(1)从变形语义角度分：
（2主特征（平板、成形）
子特征(孔、切口、凸起、翻边、卷边)
连接特征(弯曲、过渡)
复合特征(组合、阵列)
39、级进模设计中的排样分类及所解决的问题？
排样可分为三类，即毛坯排样、冲切刀口设计和工序排样。
毛坯排样用于确定毛坯在条料上的截取方位和相邻毛坯之间的关系。在所有各类冲压模的设计中都必须进行毛坯排样。
在级进冲压加工过程中，零件复杂的几何外形往往被分解为简单几何要素的组合，这部分工作称为冲切刀口设计，是工序排样前必须完成的设计工作。
工序排样确定模具由多少工位组成、每个工位的具体加工工序等，是级进模设计的灵魂.
40、何为搭边？作用是什么？
1）搭边：排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料。
（2）搭边的作用：
1)补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件。
2)增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率。
3)避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。
41、级进模工序排样的基本类型有哪些？
落料型、切边型、混合型
42、设计如右图所示零件的冲切刃口外形和工序排样方案。
零件图
工序排样方案
（切边型）
43、何为载体？
载体是指级进模冲压时，板料上用来运载冲压零件向前送进的这部分材料。
第三章 注射模软件的结构与操作步骤
1、应用注射模CAD系统进行模具设计的流程
（1）建立几何模型。
（2）工艺性考核。
（3）确定浇口形式。
（4）模具型腔数目和模具尺寸设计。
（5）标准模架选择。
（6）将制品几何模型转换为型腔几何模型（生成制品的外表面）和型芯几何模型（生成制品的内表面），并把它们与模架几何模型合并以构成模具的装配图。
（7）浇注系统结构设计。
（8）冷却系统的设计。
（9）加入模具零件。
（10）装配图和零件图。
2、UG软件是如何得到用于自动生成注塑模成型零件的分型面的？
利用UG操作命令，可以自动搜索以及创建分型面。
3、熟练掌握UG注射模具CAD和Moldflow软件CAE的结构与操作方法。
4、Moldflow软件下面结果的分析用途。
注射成型流动模拟系统结构的分析结果可用来指导成型工艺参数的选定及流道系统的设计,分析工艺条件、材料参数及模具对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构的目的；冷却系统分析结果可调整、改进冷却系统设计，使其接近均匀冷却，缩短冷却时间，减少成本；气辅成型分析结果可以优化浇注系统设计、气道布置及工艺条件，达到改善制品质量的目的。
5、如下图杯托橡胶垫原A方案和改进后的B方案经CAE分析，其翘曲变形主要由分子取向造成，两方案翘曲大小分别为9.803mm和6.816mm，试分析：
A方案 B方案
（1）指出B方案相对于A方案做了哪些改进。
B方案比A方案多了2个浇口
（2）从塑料流变学的角度分析改进后翘曲变形减少的机理。
1.流动距离越短，从浇口到制件流动末端的流动时间越短，充模时冻结层厚度减薄，内应力降低，翘曲变形也会因此大为减少。多个点浇口可有效地防止翘曲变形。
2.多浇口的使用还能使塑料的流动比（L/t）缩短，从而使模腔内熔体密度更趋均匀，收缩更均匀，注塑压力减小，内应力降低，从而减少塑件的变形。
第四章 铸造模CAE软件的结构与操作步骤
1、铸造工艺CAE软件的核心是铸造充型和凝固过程的数值摸拟，下面典型铸造缺陷可从什么分析模块、什么后处理图形中作出判断，如何优化设计？
缺陷（1）缩孔、缩松 措施：冷铁 凝固过程分析
（2）夹渣 措施：增加铸件底部铁水的流道通道 流动分析
2、目前流行的铸造模CAE软件包括MAGMA、PROCAST、华铸CAE等，大都采用什么数 据格式与前端三维建模软件进行接口。
Stl、格式
第五章 级进模CAD软件的结构与操作步骤
1、对于级进模CAD系统而言，其功能需求分析包括哪几个内容？
（1）分析级进模的设计内容及一般过程。
（2）建立系统的功能模型。
（3）确定系统总体结构
2、熟练使用级进模基于特征的冲压工艺设计功能模块进行毛坯展开、毛坯排样及条样排样。
3、熟练使用级进模结构及零件设计功能模块。
第六章 实例分析
1、看第六章第三节的实例分析，理解铸造模CAE分析在实际生产中的应用分析思路。
（1）、能较好的反映铸造时金属的流动过程，能够准确预测铸造过程中的紊流和卷气。
（2）、能够较为准确的预测铸造过程中所形成缩孔、缩松、热裂等铸造缺陷。
2、简述级进模HMCAD软件的操作步骤。
毛坯展开--毛坯排样--条料排样
3、简述注射模CAE软件Moldflow的分析流程
最佳浇口分析：采用Moldflow软件进行最佳浇口分析，依据分析结果设置浇口位置。从而避免由于浇口位置不当可能引起的制件缺陷。在Moldflow软件环境下进行网格的划分→调整网格的合理性→进行型腔布局→设置分析内容以及分析参数(Best gate location)→选择成型材料→设置注射参数等。
填充分析：填充分析结果主要用于查看制件的填充行为是否合理，填充是否平衡，
能否完成对制件的完全填充等。可以根据动态的填充时间结果查看填充阶段的熔体流动行为，以便更好地判断填充流动行为是否合理。 冷却分析：用Moldflow对模具的冷却系统进行分析，通过冷却分析结果判断冷却效果的优劣，根据冷却效果计算出冷却时间的长短，确定成型周期所用的时间。
在获得均匀冷却的基础上优化冷却管道布局，尽量缩短冷却时间，从而缩短单个制品的成型周期，提高生产率，降低生产成本。
翘曲分析：通过翘曲分析可以判定采用的塑料是否会出现变形，为了减少翘曲缺陷，在模具设计时，准确预测塑料的收缩率和冷却系统的设计成了控制变形量的主要措施。
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