制造工具设计指南
创建者：
怜悯
刊登：
18/07/2024
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内容
隐藏
I.
什么是制造工具？
二。
为什么工具设计在制造业中很重要？
第三。
模具设计中的关键考虑因素
四。
制造工具的类型
V.
制造工具的基本功能
六。
模具设计错误及其优化方法
工具是制造工艺的基础。为了将原材料转化为成品零件，制造商需要结合技术、技能和适当的工具。但首先，他们需要一个高质量的工具设计来制造必要的设备。
如果没有合适的工具设计，您想要的产品就无法正常扩大规模。拥有合适的制造工具可以提高成品零件的质量，同时为您节省大量时间和金钱。工具设计过程对于确保工具满足生产线的特定要求至关重要。
在本文中，我们将讨论工具设计的各个基本方面，包括不同的工具类型、常见的工具设计错误以及设计生产工具时需要考虑的因素。继续阅读，了解如何有效地调整工具设计以满足您的生产需求。
什么是 是制造工具吗？
制造工具是指用于生产零件和部件的不同类型的工程工具。它们切割、成型或塑造原材料以制造所需的零件。术语“工具”也可以指设计和制造制造所需工具的过程。工具设计考虑因素对于确定这些工具的效率和有效性至关重要。
工具有不同的分类，每种都有独特的功能和应用。它们包括：
软工装 指耐用性较差的工具，通常用于原型设计和小批量生产。软质工具材料的例子有硅或玻璃纤维。
硬模具 坚固耐用，是大批量生产的理想选择。这些工具由钢或镍合金等耐用材料制成。
原型工具 是开发原型工具的过程。此步骤允许工具工程师排除故障、改进和验证工具设计。
桥梁工装 也称为试验工具或开发工具。它本质上弥补了原型设计和生产工具之间的差距。这种快速且经济高效的流程通常用于初始生产订单。
生产工装 是模具制造的最后大批量阶段。它用于制造坚固、高精度的工具，以批量生产零件和部件。
为什么 工具设计在制造业中重要吗？
任何制造过程的成功都取决于拥有合适的工具。工具设计可确保制造商能够准确、经济高效且一致地将原材料转化为成品。
制造过程操作：
工具设计原则是制造操作的重要组成部分。简而言之，您需要拥有生产零件所需的相关工具。无论您制造的是像销钉这样简单的零件，还是制造非常复杂的几何形状（例如航空航天部件），情况都是如此。
提高产品质量：
高品质的工具意味着高品质的零件。正确的设计可确保生产工具符合精确的规格。反过来，精密的工具对于制造精确的组件至关重要。例如，有缺陷的注塑模具总是会生产出有缺陷的零件。另一方面，精密加工的模具可让您完美匹配零件所需的特性。
遵守工具设计标准对于实现这些高质量的结果至关重要。
提高制造效率：
有效的工具可让制造商简化生产流程、缩短交货时间、降低成本并最大程度地减少浪费。优质的工具还可消除常见错误，而这些错误可能耗时且成本高昂。这在批量生产过程中尤其有益，因为通过优化工具设计，小额节省可以迅速累积起来。
关键注意事项 模具设计
在制造过程中设计工具时，需要考虑多种因素。为了避免代价高昂的生产错误，制造供应商将与工具工程师和产品设计师合作，以创建最佳的工具设计。此过程涉及在生产前仔细评估图形设计并纠正潜在缺陷。以下是生产工具设计中的一些关键考虑因素。遵循工具设计指南可以帮助简化此过程并确保最佳结果。
1. 模具材料
模具材料选择是模具设计过程中要考虑的最重要的因素之一。那么，理想的模具材料是什么呢？这取决于具体应用。例如，铝注塑模具非常适合制造塑料零件。
然而，铝不适合用作 CNC 铣刀，因为它缺乏足够的强度和硬度。高速钢和硬质合金刀具更坚固，作为加工工具性能更好。它们能够承受反复的应力，并且刀具寿命更长。
在选择工具原材料时，您需要选择性能最佳、成本最低且耗时最少的选项。以下问题可帮助您确定适合您项目的完美工具材料。
您需要该工具执行哪些任务？
该工具可以生产多少个零件？
预期刀具寿命是多少？
需要什么级别的精度？
2. 生产量和耐久性
生产量也会影响工具设计和工具耐用性。大批量生产和小批量生产对工具的要求不同。如果您要制造大量零件，则需要能够承受大量生产运行的坚固工具。在这种情况下，您可以选择由耐用金属制成的工具，这些工具能够承受反复的应力而不会变形。生产耐用的工具可能成本高昂。但是，它们可以为您节省为一次生产运行制造多件工具的成本和麻烦。
例如，假设高速钢刀具在其使用寿命内能够加工 10,000 个零件。另一方面，硬质合金刀具能够加工 60,000 个零件，并且切削速度提高了 40%。虽然硬质合金刀具的初始成本较高，但它可能更适合批量生产的零件。但是，如果您需要的零件较少，高速钢将是更好的选择。
3. 公差和精度
制造不同部件需要不同级别的精密加工。例如，医疗、汽车和航空航天部件必须非常精确。即使是最轻微的偏差也可能造成灾难性的后果。
另一方面，有些应用要求更宽松，因此可以接受更宽松的公差。制造商需要精密的生产工具来实现严格的公差。此类工具的制造成本往往更高，而且需要定期更换和/或维护。制作精良的工具通常使用寿命更长，价值更高。
4. 周期时间
模具加工周期是指将原材料转化为最终产品所需的时间。如果压铸模具每小时生产 6 个零件，其周期时间为 6 分钟。减少生产时间的一种方法是提高加工速度。然而，这会给模具带来更大的压力，产生更多的热量，并可能导致过早磨损，甚至在极端情况下导致模具故障。
制造商可以通过在工具上涂上售后薄膜涂层来同时提高加工速度和工具寿命。镀铬和镀镍是用于提高工具性能和耐用性的常见表面涂层。这些保护涂层的额外费用与更高的生产率相抵触。
5.成本效益
制造过程中设计、生产和维护工具所产生的费用称为工具成本。进行工具成本分析对于了解这些费用至关重要。它们会影响产品的整体生产成本，从而影响合适的定价。通常，制造商力求在保持生产成本低的同时制造出高质量的产品。这确保了盈利能力并使他们保持竞争力。
工具成本可以成就或毁掉一家企业。高生产成本会降低利润率，从而导致收入降低。因此，在开始生产过程之前，分析特定制造工具的成本与收益至关重要。
类型 制造工具
不同的制造工艺需要不同的工具类型。这些工具主要分为以下几类。
1.切削工具
切削刀具设计在加工过程中至关重要，它可以从工件上切割或去除材料并形成所需的形状。此过程可以使用手持工具（如钢锯、金属剪和角磨机）手动完成。或者，您可以选择 CNC 加工，其中计算机软件引导切削刀具的运动。切削刀具设计用于承受摩擦和高温，尤其是在高速加工中。机床的例子包括立铣刀、钻头、飞刀、刨床、砂轮和刨床。
2. 模具
模具设计是制造业中另一个必不可少的工具。这些专用机床用于将材料切割和/或成型为所需的形状。模具通常是定制的，以制造特定尺寸和形状的零件。因此，定制压铸在用于大批量生产零件时更具成本效益。常见的模具类型包括简单模具、复合模具、渐进模具、组合模具、圆形分体模具、传递模具和多模具。
3.注塑模具
注塑成型是一种通过将熔融材料注入模具腔体来制造零件的生产工艺。当材料冷却并凝固时，它就会呈现出模具的形状。注塑成型零件的质量在很大程度上取决于模具设计。因此，制造商通常会花时间在零件生产之前加工高精度模具。这些工具可以反复使用，并且能够批量生产相同的零件。虽然初始工具成本可能很高，但注塑成型通常具有较低的单位长期成本。
4. 工件夹持工具
工件夹持设计是指在生产过程中用于将工件固定到位的任何装置。虽然人们往往关注加工过程的其他组件，例如数控机床和切削刀具，但工件夹持的重要性不容忽视。这些工具可防止不必要的移动，确保加工精确高效。它们包括夹具、虎钳、卡盘、固定装置、夹具、定位器、夹头、心轴、端部止动件和托盘。
制造工具的基本功能
腔体一半：
这是模具的固定侧，对于有效的型腔设计至关重要。它通常附在成型机的侧面，并在成型过程中保持固定。
核心部分：
与型腔半部不同，型芯半部是指模具的可移动侧，这是型芯设计的关键方面。它能够打开和关闭，以便取出成品部件。
冷却管路：
顾名思义，冷却管是加工到模具中的通道，是有效冷却系统设计的一部分，用于促进冷却液流动。它们有助于在制造过程中冷却，防止出现凹痕和翘曲等缺陷。
顶出系统：
顶出器设计是将成品部件从模具中取出的重要部件。顶出销的设计旨在高效地取出部件而不会造成损坏。
顶出系统：
顶出器设计是将成品部件从模具中取出的重要部件。顶出销的设计旨在高效地取出部件而不会造成损坏。
侧面动作：
侧向动作设计涉及使用添加到模具中的嵌件来促进底切几何形状的创建。它们对于复杂的零件设计至关重要，并且能够生产出原本无法使用直拉模具制造的零件。
模具设计错误 以及如何优化它们
以下是生产中一些最常见的工具设计错误。
非均匀墙壁：
壁厚设计至关重要，因为不同的壁厚会导致不同的冷却速度。薄壁部分通常比厚壁部分冷却得更快。这会在薄壁部分和厚壁部分的边界产生应力，导致制造的部件翘曲、变形甚至开裂。
不利用草稿：
压铸和注塑等制造工艺依靠拔模斜度设计来有效地将成品部件从模具中取出。如果工具缺乏锥度或拔模斜度太小，试图将部件从模具中取出可能会导致损坏和外观缺陷（称为拖痕）。模具工程师和设计师可以在生产前确定合适的拔模斜度，以促进部件的无缝顶出。
留下许多尖角：
制造商倾向于尽可能避免在拐角设计中使用尖角，这是有充分理由的。首先，这些特征的加工成本往往很高。其次，尖角会对切刀刀片造成过度压力，从而增加断裂风险。最后，在注塑件上添加尖角会产生高应力集中区域，容易发生故障。一种简单的设计解决方案是用圆角代替尖角或加入诸如底切之类的特征。
作者
加文·利奥 是 Aria 的技术作家 8年工程经验，精通各种材料的加工特性和表面光洁度工艺。并参与开发了100多个复杂注塑和数控加工项目。他热衷于分享他的知识和经验。