《模具制造》2023年第12期

一体后背门外板制件结构研究及冲压工艺探讨

吴义广1

，贡见秀2

（1.宁波知道新能源科技有限公司，浙江宁波 315000；

2.奇瑞新能源汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009）

【摘要】介绍了后背门外板从CAS数据到一体结构设计时，各阶段数据分析及研究，并基于数字化

仿真软件 Autoform 对制件进行冲压全工序分析，保证一体后背门外板结构设计的可行性。一体

后背门外板为车身开发提供了稳定的尺寸精度，实现车身轻量化，提高材料利用率，同时节省工

装设备投入。

关键词：后背门外板；结构设计；冲压工艺；全工序分析；材料利用率

中图分类号：TG385.2 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.001

Research on the Structure and Stamping Process

of the Integrated Outer Plate of the Tailgate

Wu Yiguang1

， Gong Jianxiu2

（1.Ningbo Knewev Energy Technology Co., Ltd., Ningbo，Zhejiang CHN，315000；

（2.Chery New Energy Vehicle Co., Ltd., Wuhu, Anhui 241000，CHN）

【Abstract】This paper introduces the data analysis and research of each stage from CAS data to the

integrated structure design of the tailgate outer plate, and analyzes the whole stamping process of the parts

based on the digital simulation software autoform to ensure the structural design feasibility of the

integrated back door outer panel. The integrated tailgate outer panel provides stable dimensional

accuracy for the development of the BIW, realizes the lightweight of the BIW, improves the material

utilization rate and saves the investment of tooling equipment.

Key words：outer plate of the tailgate; structure design; stamping process; full process analysis；material

utiliazation rate

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冲 模 技 术

·冲 模 技 术·

1 引言

后背门是位于车身后背部的门，是提供乘员取放行

李、工具及其它备用物品的必用通道。后背门外板形状

复杂、与周围制件配合关系复杂，后背门开关时需与周围

制件有适当的运动间隙，要求后背门尺寸稳定。

后背门按材料分金属背门、玻璃背门、复合材料背

门，其中金属背门由于其结构成熟，制造成本控制好而广

泛应用于各车型中，本文主要针对金属背门展开研究及

探讨。

后背门外板属于外覆盖件，造型复杂，外观面品不允

许出现冲压缺陷，制件需达到一定刚性。工艺设计前期

运用数字化仿真软件 Autoform 分析软件对制件成形性和

质量缺陷进行检查评估，在冲压工艺设计阶段实现虚拟

调试，分析潜在风险问题，提高模具设计质量，减少返工

返修时间，缩短模具调试时间，形成真正闭环制造系统。

2 制件结构研究

以某车型后背门外板为例展开研究与探讨。CAS数

据后背门造型犀利，初版总布置断面数据分析，腰线区域

冲压方向下无法成形。经过和造型部门交流，后背门犀

利造型采用塑料件设计，背门外造型分割成 3部分：后背

门外板上段、后背门外板下段、塑料件。表 1所示为后背

门外板从造型到结构数据各阶段进展。

初版后背门外板结构数据由上段和下段组成，材质

DC56D+Z/0.65mm。CAE 分析结果（见表 2），后背门外板

上段局部区域成形开裂，下段数据成形无问题。

后背门犀利造型被分割成塑料件后，外露部分较少，

制件造型过渡平缓。分段式后背门外板虽满足工艺需

求，但会造成制件精度不易控制、尺寸不稳定；搭接位置

增加制件重量，不利于车身轻量化设计；单个制件拉伸成

形，造成材料浪费，工装成本增加等问题。

· 1 ·

《模具制造》2023年第12期

为解决上述问题，对分段式结构

分析研究，现有造型优化成一体结构

设计，存在以下 3 个问题（问题左右

对称）：①尾灯处侧壁冲孔影响五工

序布置；②尾灯处负角结构实现困

难 ；③ 腰 线 配 合 处 外 露 圆 角 半 径

R1.5mm，一体结构造型及质量要求，

此圆角需直接拉伸成形才能满足外

观质量要求，当前半径无法直接满足

要求。

通过对上述问题的分析及优化：

①安装孔重新分割至尾灯盒；②尾灯

处结构重新布置并消除负角设计；③

针对外露圆角半径，DTS 修订间隙

1.0mm，面差饰板低进0.5mm，避免分

模线外露，装饰件 R1mm，钣金外观

圆角由 R1.5mm 增加至 R2.5mm。综

上，后背门外板上段和下段通过台阶

连接完成一体结构设计，台阶距离外

露圆角等深结构，推荐台阶深度控制

10mm，如表3所示。

3 冲压工艺探讨

一体后背门外板材质 DC56D+Z/

0.65mm。结合制件结构分析，上部

安装塑料件孔需不同斜楔完成，后背

门内外板扣合前，后背门外板周圈需

完成工艺翻边，翻边后扣合角度需控

制 130°内，综上分析，一体后背门外

板需冲压5工序完成。

类别

问题描述

解决方案

问题①

尾灯处侧壁冲孔，影响五工序布置。

安装孔，重新分割至尾灯安装处。

问题②

尾灯处台阶，冲压方向负角结构设

计，实现困难。

结构重新布置设计，消除负角。

问题③

观面处外露圆角半径 1.5mm，无法拉伸

成形。

外观圆角半径增至R2.5mm，上下段连接

处设计台阶，台阶深度控制10mm。

①

②

③

B

B

C

C

冲压

有负角 方向

无负角

R2.5mm

台阶深度一致 10mm

表3 一体后背门外板结构存在问题及解决方案

阶段

图片

展示

内容

工艺

阶段

图片

展示

内容

工艺

第一阶段：CAS数据

后背门造型犀利，制件未定义。

工艺无法分析

第三阶段：截面线（制件划分）

上段、下段、塑件，中间点焊点接，搭接边宽度18mm。

初步判定基本可行

第二阶段：总布置

造型全部钣金，冲压困难。

工艺不可行

第四阶段：结构数据

3D数据，成形及工艺细节需CAE分析。

需CAE具体分析

A

A 后背门内造型

玻璃

后背门外造型

腰线犀利造型 冲压

方向

玻璃

后背门外板上段

塑料件 冲压

方向

后背门外板下段

表1 后背门外板从造型到结构数据各阶段进展

类别

材质/料厚

CAE分析

图片

A面区域

模具工序

后背门外板上段

DC56D+Z/0.65mm

圈处开裂

圈处为A面

5

后背门外板上段

DC56D+Z/0.65mm

成形无问题

整个外露区域为A面

4

外观面 非外观面 外观面

表2 分段式后背门外板上、下段CAE分析

侧壁孔优化

至尾灯盒处

·冲 模 技 术·

· 2 ·

《模具制造》2023年第12期

3.1 冲压方向

后背门外板冲压方向，考虑制件整体拉

伸深度最浅，兼顾外观圆角滑移，一般绕车

身Y轴旋转45°~50°；自动化生产线一般前后

允许转角15°内，如表4所示。

3.2 工艺补充面

根据板料形状，关注材料利用率位置关

键点，关键点位置以最小截面线设计工艺补

充，非材料利用率关键点位置，以材料流动

平缓为基准，光顺工艺补充型面，如表 5 所

示。后背门外板工艺补充需考虑外观区域

包边质量，包边质量影响着后背门总成的密

封性能、外观质量、与侧围的匹配质量。如

表5所示，箭头A所示为外观压合区域，此区

域工艺补充面合理性影响到包边光顺性和

外观品质。后背门外板工艺补充通常以如

下两种方式：修边线在工艺补充外的工艺补

充①；修边线在工艺补充内侧的工艺补充②。

工艺补充①：修边线在工艺补充外，拉

伸后板料出现加工硬化，后工序翻边时，料

边绕着加工硬化点转动，无法保证包边质

量。因修边线在工艺补充外，采用正修边工

艺，材料利用率高，适用于非外观面包边区

域的工艺补充面。

工艺补充②：修边线在工艺补充内侧，

修边翻边后无加工硬化点，可以较好控制翻

边及包边棱线光顺及一致性，适用于外观 A

面包边区域的工艺补充面，因修边线在工艺

补充内侧，由制件造型决定正修边或侧修

边，材料利用率偏低。

非外观面区域的工艺补充面，在保证成

形性及外观面品前提下，以提升材料利用率

为主。上述区域外部有塑料件遮蔽，此位置

的工艺补充可采用摊平后，正修边、正翻边

冲压工艺完成，提升材料利用率同时，减少

斜楔的布置和制造成本投入，如表6所示。

3.3 CAE全工序分析

通过 Autoform 软件，用静力隐式算法，

对后背门外板进行全工序成形模拟分析，为提高分析

结果准确性和对应现场实物一致性，推荐表 7 中的参

数设置。

联合钢厂对材料的力学性能和成形性能进行多方位

的试验，检测获得各材料的相关性能参数，建立材料性能

参数数据库，根据试验获得的力学性能和成形性能数据，

对 AutoForm 软件随附的材料数据库进行精准的定制化，

构建更加符合现场状态的材料模型，如表8所示。

后背门外板工艺需求：拉伸考虑制件整体成形性和

材料利用率；尽量采用分段修边代替废料刀，减少掉铁屑

风险；周圈翻边时结合内板压合放件的干涉条件。表9所

示为一体后背门外板CAE全工序分析。

3.4 制件外观面品检查

经分析后背门外板的变薄率超过 4%，外观圆角滑移

线滑出圆角1mm左右，不影响外观面品。综上分析，一体

后背门外析结构及工艺设计达到质量要求。

类型

Stitching Distance

Meshing Tolerance

Max Side Lengh

Radius Penetration

Max Element Angle

Max Refine Level

数值

0.2mm

0.05mm

10mm

0.2mm

22.5°

6

类型

Initial Subdivision Level

Max Material Displacement

End Tool Displacement Step

Element Type

Tangential Refinement

Friction Coefficient

数值

Half

2mm

0.5mm

EPS-11

OFF

0.15

表4 送料及冲压方向设置

类别

图片展示

工艺信息

送料方向

生产化生产线一般左右不允许转

角，前后工序最大转角15°内。

冲压方向

考虑制件整体拉伸深度最浅，兼顾外观

圆角滑移，一般绕车身Y轴旋转45°~50°。

表5 材料利用率关键点及包边各区域示意图

表6 不同位置推荐工艺补充造型

类别

图片展示

工艺信息

材料利用率关键点

图 示 圈 处 为 材 料 利 用 率 关 键 位

置，工艺补充需控制。

包边区域

图示A为外观可视区域，B位置被塑料件

遮挡不可视。

B

A A

B

B

A

类别

图片

工艺特点

优点

包边质量

适用区域

工艺补充①

修边线在工艺补充外，正修边。

材料利用率高、减少斜楔布置。

包边质量较差

非A面区域（图示B区域）

工艺补充②

修边线在工艺补充内侧，由制件造型定

（侧修/正修）。

包边质量高

材料利用率低、增加斜楔布置。

A面区域（图示A域）

表7 仿真分析中设置的参数

·冲 模 技 术·

· 3 ·

《模具制造》2023年第12期

4 结论

一体后背门外板结构设计时，考虑外观匹配间隙及

冲压可行性，推荐与塑料件配合区域的外观圆角半径

R2.5mm，外观圆角直接拉伸成形；外观配合处台阶深度控

制 10mm 左右，为减少外观面变形，台阶深度保持一致。

一体后背门外板结构设计，利于后背门外板尺寸精度控

制、车身轻量化设计，相比分段设计，原材料可减少19元/

车、工装成本减少120万。

参 考 文 献

[1] 唐薇，胡海 . 汽车覆盖件模具全工序冲压模拟技术开发与

应用[J]. 中国模具信息，2017，（6）

[2] 周珍林 . 全过程数字化超高强钢成形质量控制方法[J]. 模

具制造，2023，（5）

第一作者简介：吴义广，男，1984年 9月生，宁波知道

新能源科技有限公司，ME负责人。

（收稿日期：2023-08-08）

表8 材料的性能参数

加工硬化曲线 屈服曲线图 成形极限图

材料

DC56D+Z

E / MPa

2.1×105

ρ /MPa/mm

7.8×10-5

σ0 /MPa

144

Rm /MPa

298

Ag

24.7%

n

0.222

r0

1.87

r45

1.9

r90

2.1

表9 后背门外板全工序CAE分析

工序

图片

工序要点

工序

图片

工序要点

OP05：摆剪

送料步距大于380mm

OP30：修边+侧冲孔

上部侧壁孔采用拉冲工艺、尾灯处正修边。

OP10：拉伸

冲压方向兼顾成形和滑移、压料面保证闭合

状态无起皱、工艺补充面考虑材料利用率和

包边棱线质量、成形后外观质量。

OP40：翻边+整形

包边周圈正翻边、尾灯周圈整形翻边。

OP20：修边+冲孔+侧冲孔

为减少铁屑风险，通过分工序修边减少废

料刀设计、废料最大尺寸要求。

OP50：冲孔+侧冲孔+侧翻边

剩余孔完成；尾灯下部二处侧翻边，满足

扣合条件。

表10 外观面品检查

质量判定维度

分析图片

判定结果

成形性判定：FLD/变薄率/最大失稳

OK

刚性：变薄率超过4%

OK

滑移线

OK

·冲 模 技 术·

· 4 ·

《模具制造》2023年第12期

制 动 板 级 进 模 设 计

赵久玲1

，印有志2

（1.鞍山技师学院，辽宁鞍山 114000；

2.鞍山高鑫科技有限公司，辽宁鞍山 114000）

【摘要】制动板形状尺寸要求高，孔边距和孔壁尺寸小影响模具强度，采用整体凹模嵌入镶块形

式的级进模设计及制造，满足压铸件成品质量要求。

关键词：制动板；级进模；工艺分析；排样设计

中图分类号：TG385.2 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.002

Design of Progressive Die for the Brake Plate

Zhao Jiuling1

，Yin Youzhi2

（1.Anshan Institute of Technicians，Anshan，Liaoning 114000，CHN；

2.Anshan High-tech Co., Ltd., Anshan，Liaoning 114000，CHN）

【Abstract】 The requirements for the shape and size of the product are high, and the small hole edge

distance and hole wall size affect the strength of the mold. A progressive die design and manufacturing

method using an integral matrix with insert blocks is adopted to meet the quality of the finished product.

Key words：the brake plate；progressive die; process analysis; layout design

1 引言

制动板是小型分检设备内的关键零件，材料为Q235-

A，厚度为1.5mm。如图1所示，制件若采用单工序模具生

产，成品生产效率低，质量不稳定，因此，采用多工位级进

模冲压加工，以保证生产出合格制件。

图1 制动板制件图

2 制件冲压工艺分析

制件材料冲压性能好，形状尺寸要求严格（见图 2），

2-ϕ4.5mm孔边距1.75mm，孔壁3.75mm，孔边距和孔壁尺

寸小影响模具强度，采用整体凹模嵌入镶块形式，级进模

生产效率高，工作零件磨损后镶块方便更换。制件有直角

弯曲要求，先向上弯曲后冲出外形，保证冲压件的强度。

图2 制件展开图

要保证每个工步的模具冲压工作强度，保证充分的

成形空间。因此，首先保证制件冲压工序排列顺序的合

理性和各工步冲切后的外形质量，考虑带料在送料过程

中平稳与制件的连接强度还要保证凹模板各形状间的冲

压强度。

3 排样设计

根据工艺分析，满足制件质量要求，设计排样图如图

3所示，条料宽度为70mm，步距为56mm，一个工位冲两个

制件。共有 6 个工位：①冲 ϕ4mm 导正孔及 2-ϕ4.5mm 孔

两处；②冲切弯曲处外形部分；③向上弯曲；④冲切外圆

弧外形；⑤冲切内直角形状；⑥冲切与条料连接部分。

10.5

2-ϕ4.5

8

10

6.5

16

4

41.5

30

R15

R0.5 1.5

30

45.5

49 16

10.5

8

R15

ϕ4.5

·冲 模 技 术·

· 5 ·

《模具制造》2023年第12期

7

8

9

10

11

12

13

16 15 14

1 2 3 4 5 6

18

17

121

7

223

350

450

178

带料在模具中的定位采用了以冲压

设备附设的送料器为粗定位、级进模中的

导正销为精定位。

弯曲部分先把局部外形冲切出来，留

出弯曲空间。根据制件与中间载体及两

侧辅助载体的连接形式，在最后工位，制

件与载体的冲切分离只能利用其局部外

形形状平切的切割方式。

4 模具结构设计及主要工作零件

制动板级进模装配结构如图4所示。

带料的步距精确定位，是由设置在卸

料板内导正销钉与冲好带料的导正钉孔

的定位方式来保证。本模具设置 10个导

正销钉，头部为抛物线形状，模具非工作

时，导正销钉直径应比卸料板平面高出

1.5倍的料厚。

本模具带料的定位采用带槽浮顶导

柱，级进模工作过程由多个冲压的工序组

成。因此，带料在运送过程中要浮离凹模

板平面一定的高度。选用带槽浮顶导柱

具有定位与浮顶两大功能，各个带槽浮顶

导料柱的距离较大，保证级进模中的各工

序的独立性。本级进模设置 14个浮顶导

料柱，底部设置的弹顶力一致。每一次行

程后，带料浮离凹模平面的顶出力均衡，

设置了两排弹顶杆。

本模具采用整体凹模加镶块结构，把

冲 2-ϕ4.5mm 孔及各局部外形、型腔孔均

以镶块形式嵌入凹模板中，便于模具的维

修与更换。如图5和图6所示。

弯曲部分采用凹模镶件和卸料板成

型，为保证弯曲处上下条料夹紧力一直和

卸料顺利，在弯曲处上下采用弹顶杆，保

证制件向上弯曲质量。

图3 排样图

图4 模具装配结构图

1.上模座 2.凸模垫板 3.冲孔凸模 4.卸料弹簧 5.凸模固定板 6.卸料板垫板

7.限位板 8.卸料板 9.导正钉 10.凹模折弯镶件 11.凹模固定板 12.凹模垫板

13.下模板 14.垫板 15.下模座 16.螺塞 17.弹簧 18.带槽浮顶导料柱

56 56

冲孔 冲切 折弯 冲切 冲切 冲切

ϕ18通孔

沉孔ϕ25深18

18 49

1.

ϕ 1

4.5

ϕ8

ϕ4

ϕ20

ϕ26

正面沉孔

6-ϕ17深12

6-ϕ11通孔46.5 70 180

ϕ25

ϕ18

350

31

355

20

50 90.2

20

300 90

·冲 模 技 术·

· 6 ·

《模具制造》2023年第12期

凸模采用整体固定板定位凸模结构如图 7 和图 8 所

示，圆形凸模工作部分尺寸小，为保证凸模强度固定部分

增大尺寸，高度固定采用台肩结构，各凸模形状固定和高

度固定的结构如图8所示。

卸料板结构如图9所示，该模具采用了弹性卸料结构

形式，为保证卸料板与凸模的配合间隙，及对凸模的保

护，在上模部分设置了 4个辅助导柱，级进模冲压力大多

不平衡，为保证卸料力的平衡，卸料弹簧设计采用对称、

均衡设置。

350

6-ϕ11通孔 正面沉孔6-ϕ17深12

ϕ10

M4

180

ϕ10.02

ϕ10.02

17

23.75

红线区域加工

δ=30

图5 凹模板

图6 凹模镶件

图7 凸模固定板

冲导正销孔凹模镶件

冲制件孔凹模镶件 冲制件折弯处外形凹模镶件

折弯凹模镶件

冲与条料分离凹模镶件

冲制件直角边及圆弧外形凹模镶件

冲制件圆弧外形凹模镶件

ϕ8.02

ϕ8.02

6-M10

铣深5.0

铣深5.0 铣深5.0

铣深5.0 铣深5.0

铣深5.0

ϕ8

ϕ14

ϕ26

深孔 ϕ10 4-ϕ25深5.0

·冲 模 技 术·

（下转第10页）

355 δ=19

180

· 7 ·

《模具制造》2023年第12期

一种新型的定模可动式抽芯机构的研究

史丛学

（大连捷瑞流体控制股份有限公司，辽宁大连 116000）

【摘要】介绍了一种PC树脂全透明塑件，详细分析了该塑件的树脂材料特性、性能要求及生产方

式，并针对其在模具制造过程中存在的难点进行了分析，设计出了一副新型的定模推板顶出开模

和可动式型芯脱出机构，保证塑件从倒扣型腔中离开后再进行二次脱模，模具结构安全可靠，保

证塑件外观品质满足客户的要求。

关键词：透明；可动式；抽芯机构；模具结构

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.003

Research on a New Type of Mold Movable Core-Pulling Mechanism

Shi Congxue

（Dalian Jierui Fluid Control Co., Ltd., Dalian，Liaoning 116000，CHN）

【Abstract】Mainly introduces a transparent plastic product made of PC resin. Analysis of the resin

material characteristics, product requirements, and production method. And in response to the difficulties

in the mold manufacturing process, designed a special front mold ejection and core-pulling mechanism.

Ensured that the product is demolded again after leaving the undercut cavity. The mold structure is safe,

reliable in production, ensurs the appearance quality and meets the customer's requirements of the product.

Key words： transparent；movable；core-pulling mechanism；mold structure

1 引言

随着模具工业的迅速发展，人们对产品的外观要求

也越来越高，透明塑件由于其良好的通透性表面越来越

受到市场的青睐。但透明塑件由于透光率高，在注射成

型时其表面质量要求更加严格，塑件不允许有任何斑纹、

气孔、黑点、变色、光泽不佳等缺陷，因此，在整个注射成

型过程中对原料、设备、模具、甚至塑件的设计等都提出

了严格甚至特殊的要求。

本文介绍了一种 PC材料的透明塑件，详细分析了树

脂材料特性、塑件要求及模具生产方式；并针对其在模具

结构设计中存在的难点进行了反复的分析，研发出了一

副新型的定模推板顶出开模和可动式抽芯机构，保证了

塑件的外观品质、满足了客户对产品的要求。

2 塑件分析

2.1 塑件树脂材料特性

聚碳酸酯 PC 树脂是一种性能优良的热塑性工程塑

料，具有突出的抗冲击能力，尺寸稳定性好，是五大工程

塑料中唯一具有良好透明性的产品，目前广泛应用于汽

车、电子电气、建筑、包装等各个领域。

2.2 塑件结构及难点分析

文中介绍的透明罩塑件其表面要求镜面加工，不允

许有任何的浇口残留及顶出痕迹。所以，对于这种产品，

通常情况下浇口一般设置在塑件内侧位置较隐蔽处。当

塑件内部结构复杂，成型生产时定模会产生较大的包紧

力，注射完成后塑件就会留在定模，需要采用手动或定模

顶出的方式将塑件从定模型腔内取出，其生产效率低、不

良品率较高。特别是对于中心区域有倒扣形状的塑件，

如采用常规的强制脱模方式，还会导致塑件表面出现变

形擦伤等问题，常规的生产方式难以满足客户对产品的

要求。

如图 1所示，塑件中心孔分型面在中间位置，孔侧壁

位于定模的部分是倒扣形状，成型生产中就会出现上面

所述的课题，为了解决现有技术所存在的上述不足，研

发出了一套新型的定模板顶出开模机构和一套特殊的

定模可动式抽芯机构，实现了开模过程中定模中心倒扣

型芯可以随塑件运动，这样在塑件从倒扣型腔中脱离一

定距离后再进行二次脱模，避免了强制脱模擦伤塑件等

问题。

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塑料注射模技术

·塑料注射模技术·

· 8 ·

《模具制造》2023年第12期

图1 塑件结构示意图

3 模具结构设计实施方案

如图2合模示意图所示，此装置中包括定模中心型芯

1，定模可动型芯2、推板6、动模型芯7、动模型芯9合围并

形成型腔，型腔内为塑件，此塑件顶出推板 6与浇口同处

于定模侧，所述结构包括定模中心型芯1，定模可动型芯2

安装在定模中心型芯 1 内，用限位螺丝 3 连接，所述限位

螺丝3起到固定和限位的作用；所述定模中心型芯1固定

在定模板 4背面，定模可动型芯 2外连接有销钉 5，销钉 5

固定在定模可动型芯 2 的两侧，穿过定模中心型芯 1，所

述定模中心型芯1，定模可动型芯2、限位螺丝3、销钉5组

立后，可以在推板6背面所设置的空间内往复运动。

动模侧包含有动模型芯7、动模型芯9，动模型芯7和9

组装后固定在动模板 8上，动模侧安装有拉杆 10，在模具

分型面打开到开模距离后，拉杆10与限位块11接触，从而

带动推板6向着开模方向运动，并将塑件推出模具型腔。

定模侧推板 6 和动模型芯 7 之间安装有聚氨酯弹簧

12，合模时聚氨酯弹簧12处于压缩状态，模具打开的瞬间

弹簧压力释放，可以推动推板6及中心定模可动型芯2相

关部件，避免活动型芯组件在开模时位置发生窜动。

图2 合模示意图

1.定模中心型芯 2.定模可动型芯 3.限位螺丝 4.定模板

5.销钉 6.推板 7.动模型芯 8.动模板 9.动模型芯

10.拉杆 11.限位块 12.聚氨酯弹簧 13.小导柱 14.限位螺丝

推板6中安装有精密小导柱13、可保证推板6在运动

过程中运行平稳可靠，并安装有限位螺丝 14，限制推板 6

的运动行程，保证塑件完全脱离型腔。

合模时，定模中心型芯 1，定模可动型芯 2、推板 6、动

模型芯 7、动模型芯 9合围形成型腔，型腔内为塑件，推板

6 与可动型芯连接销钉 5 配合接触，模具打开前，推板在

聚氨酯弹簧12的作用下，定模可动型芯2保持不动。

一次开模示意图如图3所示，模具打开的瞬间聚氨酯

弹簧12压力释放，可以推动推板6及中心定模可动型芯2

相关部件，至模具动模拉杆开到设定行程 L1后完成一次

开模动作，在模具继续打开的过程中活动型芯 2、推板 6

与塑件继续向前运动，当到达L2位置时，可动型芯接销钉

5与定模中心型芯 1反面接触运动停止，推板 6在拉杆 10

的作用下继续向前运动将塑件脱离模具型腔 . 完成二次

开模动作，如图4所示。

图3 一次开模示意图

图4 二次开模示意图

4 结束语

文中所述结构解决了现有技术上的不足，其特征在

于模具浇注系统、顶出系统都位于定模侧，定模中心倒扣

处设计有活动型芯，开模过程中可以随着塑件运动一定

距离，这样在塑件从倒扣型腔中脱离后再进行二次脱模。

模具结构新颖、安全可靠，保证了透明塑件光泽表面的外

观要求、提升了产品品质，特别适合于在本领域中推广应

用，其市场前景十分广阔。

CAV

COR

PL

I

I处放大

5

4

9

10

11

7

8

14 13 12 6 1 3 2

L3

L2

L1

·塑料注射模技术·

· 9 ·

《模具制造》2023年第12期

参 考 文 献

[1] 李细章 . 注塑模二级推出机构的创新设计[J]. 模具技术，

2010，（01）：17~20

[2] 马红 .透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化[D]. 江

苏大学，2011.

[3] 颜吉昌.大尺寸聚碳酸酯透明件注塑压缩成型关键技术的

研究[D]. 黑龙江：哈尔滨工业大学，2010.

作者简介：史丛学，男，1974年 11月生，副总经理（工

艺技术+质量）。

（收稿日期：2023-08-16）

5 结束语

该级进模已顺利投入生产，制件质量稳定，生产效率

高，满足小型分检设备的使用要求。

参 考 文 献

[1] 姜伯军 . 级进冲模设计与模具结构实例[M]. 北京：机械工

业出版社，2008.

[2] 王孝培. 冲压手册[M]. 北京：机械工业出版社，1990.

第一作者简介：赵久玲，女，1968 年生，辽宁人，高级

讲师，主要从事数控加工和模具设计专业的理论和实训

教学工作。

（收稿日期：2023-10-20）

图8 各工位凸模

图9 卸料板

一次加工此轮廓 60.02

冲折弯外形凸模镶件高60mm

二次加工此轮廓

冲制件圆弧外形凸模镶件 冲直角边外形凸模镶件

冲与条料分离凸模镶件

18 1.5

5

180

反向沉孔16-ϕ8深5

反向沉孔14-ϕ12深5.8

线内铣深15

线内铣深15

线内铣深15

线内铣深15

线内铣深15

反面铣深12

350

δ=23

线内铣深15

18.03

4.03

18.03

4.03

ϕ4.03

ϕ10.02 15.53

5.03

反面铣深12 反面铣深12

反面铣深12 反面铣深12

ϕ4.03

·塑料注射模技术·

（上接第7页）

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· 10·

《模具制造》2023年第12期

基于华塑CAE的游戏手柄上盖成型模拟分析*

徐 征，周乐峰

（丽水职业技术学院，浙江丽水 323000）

【摘要】以游戏手柄上盖为例（企业真实案例），运用华塑CAE软件对该塑件进行有限元分析，进行

注射成型优化，根据充模、冷却、翘曲等多个模块的分析结果，对游戏手柄上盖的结构和工艺参数进

行了优化，在保证产品设计的合理性和减少生产周期的情况下，能够及时发现设计过程中的缺陷。

关键词：华塑CAE；模拟分析；模具设计；保压

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.004

Simulation Analysis of Gamepad Upper Cover

Molding Based on Huasu CAE

Xu Zheng， Zhou Lefeng

（Lishui Vocational and Technical College， Lishui， Zhejiang 323000，CHN）

【Abstract】In this paper, the real case of the gamepad cover is taken as an example, and the finite

element analysis and injection molding optimization of the plastic part is carried out by Huasu CAE

software.According to the analysis results of several modules such as mold filling,cooling and warping, the

structure and process parameters of the gamepad cover are optimized,so as to find the defects in the design

process as early as possible, ensure the rationality of product design and reduce the production cycle.

Key words：Huasu CAE；simulation analysis；mold design；pressure maintaining

1 引言

华塑 CAE 软件是一款专业的塑料注射成型仿真软

件，由华中科技大学华高分子材料成型研究室开发。该

软件采用了国际上流行的 OpenGL 图形核心和高效精确

的数值模拟技术，能够模拟塑件充模过程中流动、保压、

冷却、翘曲等阶段，并生成分析报告。传统注射模设计过

程，设计人员需靠自身的产品设计经验，并在模具生产

完成，试模的过程中，设计缺陷才能体现出来。CAE 技

术的出现，使得模具设计人员在在设计阶段模拟塑件成

型的整个过程，对分析结果进行优化，在保证产品设计

的合理性和生产周期的情况下，能够及早发现设计过程

中的缺陷。

2 案例应用

2.1 塑件分析

图 1 所示为游戏手柄上盖，采用 ABS 材料，将塑件导

入 UG 软件，测量塑件的总体尺寸（外形尺寸）为 120×70×

20mm。壁 厚 分 析，塑 件 平 均 厚 度 11.28mm，最 大 厚 度

1.98mm。拔模分析，塑件脱模斜度已设计，符合要求。型

腔数目的确定方法有多种，在模具设计任务书中，甲方已

要求塑件一模两腔，塑件表面光洁，无毛刺，无缩痕，塑件

外表面不得设置浇口。

图1 游戏手柄上盖三维图

2.2 网格检查修复

启动“华塑网格管理器 3.0”软件，打开游戏手柄上盖

STL模型，输入网格边长进行网格划分。点击网格检查向

导，对网格的质量和完整性进行检测，并用网格工具栏中

网格编辑命令对网格划分有问题区域进行修复。完成后

再次对网格评价命令对各项目进行评价，检查项目全部

通过，网格修复完成。 * 基金项目：丽水职业技术学院青年基金项目“CAE 技术在

塑料模具设计中的应用”，青年基金项目编号LZYC202214。

·塑料注射模技术·

· 11·

《模具制造》2023年第12期

2.3 浇注系统设计

塑件外表面不得设置浇口，浇口设计选择潜伏浇口

（潜伏在推杆上）。根据 CAE 分析，塑件浇口位置开设在

塑件内表面数据线接口附近。非平衡式分流道布置设计

尺寸为ϕ6mm的圆形截面，浇注系统设计如图2所示。

图2 浇注系统设计

设置成型工艺参数。根据现有模具加工设备，结合

甲 方 要 求，游 戏 手 柄 上 盖 材 料 选 择 ABS，注 射 机 选 用

Generic-100ton，注射温度230℃，模具温度50℃，环境温度

30℃，保压参数分级保压，参数设为 3 级。通过充模分析

后，结合分析结果，再对成型工艺参数进行优化。

2.4 冷却系统设计

动、定模设计。在设计虚拟型腔界面，中心偏移参数

为-8，模板尺寸X向270、Y向300，定模厚70，动模厚80完

成虚拟型腔设计。

绘制水路。利用参考面、直线命令绘制水路。创建

回路1，将型腔水路移动到回路1，出入口形式选择1，回路

参 数 直 径 ϕ0.8mm，入 口 流 量 3.44L/min、入 口 流 速 1.14

m/s、入口压力 1936.5Pa，入口温度 25℃。同时完成型芯

（水路2）的创建，如图3所示。

图3 冷却系统设计

设置冷却工艺条件。冷却工艺条件参数如表1所示。

2.5 结果分析

充模结果分析。

（1）填充时间。填充时间是熔融塑料从开始到填充

型腔完成所需时间，如果时间过长，模具中熔体温度下

降，需要增大注射压力，塑料不易填充满整个型腔。分析

结果如图 4 所示，流动前沿（最后时刻）时间为 0.5s，塑件

两腔几乎同时填充完成，符合要求。

表1 冷却工艺条件

图4 流动前沿

（2）熔合纹、气穴。熔融塑料在填充型腔的过程中，

两个流动前沿相遇时（受到异物阻隔）所形成的，因而，在

浇注系统设计方案中，融合纹的形成不可避免。图5所示

为熔合纹、气穴的分析结果，融合纹产生位置在塑件的螺

丝固定孔位和碰穿面，气穴产生位置在多处在螺丝固定

孔位，少数出现在分型面。在模具设计过程中，这些位置

上的镶块、司筒等均能排除气体，来确保模具在注射过程

中有良好的排气，符合要求。若注射成型过程中，充模成

型工艺参数合理范围内，熔融塑料仍不能完整填满型

腔，需在分型面开设排气槽，从而保证注射成型过程正

常进行。

图5 熔合纹、气穴

（3）冷却介质温度场。图 6 所示为冷却介质温度场，

上、下模出水口温度较进水口最高上升0.67℃，温差较小，

符合要求。

模具材料

塑料材料

冷却条件

商业名称

密度/kg/m3

比热容/J/kg·K

导热系数W/（m·K）

材料种类

融化密度/kg/m3

固体密度/kg/m3

比热容/J/kg·K

导热系数/W/（m·K）

室内温度/℃

熔体温度/℃

顶出温度/℃

开模停留时间/S

P-20

7800

460

29

ABS

940.32

1047

1847

0.192

20

220

79

4

·塑料注射模技术·

· 12·

《模具制造》2023年第12期

图6 冷却介质温度场

（4）冷却时间。根据图 7 所示塑件冷却时间分布，可

以看到塑件中间部分冷却时间较短，手柄两端冷却时间

较长，该塑件完成冷却时间大致在4.43s，设计冷却时间为

5s，符合要求。

图7 冷却时间

（5）翘 曲。图 8 所 示 为 翘 曲 显 示 结 果，塑 件 翘 曲

0.37mm，主要集中在塑件的中间部分。该塑件总体尺寸

（外 形 尺 寸）的 最 大 长 度 为 120mm，ABS 材 料 收 缩 率 为

0.5%，塑件翘曲变形量 0.37mm小于塑件允许最大变形量

0.6mm，符合要求。

图8 翘曲

2.6 模具结构设计

通过塑件填充时间、熔合纹、气穴、冷却介质温度场、

翘曲等成型模拟分析结果分析，得出设计方案为：浇注系

统采用潜伏式浇口，进浇口设置在塑件侧面数据线接口

附近。熔合纹、气穴处做镶块、司筒设计，分型面做曲面

分型，均能将注射过程中产生的大部分气体排出。冷却

系统上下模水路均采用环绕式，上模水路由于型腔特征

较少，水路靠近塑件中部，下模水路由于要避开顶出系

统，水路分布在塑件外侧。图 9、图 10所示为游戏手柄上

盖注射模定模、动模。

图9 游戏手柄上盖注射模定模部分

图10 游戏手柄上盖注射模动模部分

3 结束语

本文利用华塑网格管理器 3.0做模型分析前处理，并

使用模流分析软件华塑 CAE，对游戏手柄上盖注射模的

浇注系统和冷却系统方案进行了设计、分析。根据分析

结果，及时发现设计过程中的缺陷，优化模具结构，调整

工艺参数，使模具开发流程更加合理。

参 考 文 献

[1] 李桂芹.基于华塑CAE的电器下盖成型模拟分析[J].模具制

造，2020，20（08）：68~70

[2] 单志，胡晓岳，刘志聃等.华塑CAE在电子类塑料塑件模具

设计中的应用[J]. 机械工程师，2022，（11）：111~114+117

[3] 李晓微，邓玉梅，吴丽霞 .基于 Moldflow 的汽车冷却风扇注

塑模具优化设计[J]. 南方农机，2023，54（06）：124~127+133

[4] 杨小勇，孟祥旭，曹新鑫等 .基于 Moldflow 的无人机上壳注

塑成型优化分析[J]. 塑料，2023，52（02）：156~160

第一作者简介：徐征，男，1993 年生，本科，模具设

计与制造专业教师，研究方向：产品造型设计、模具智

能制造。

（收稿日期：2023-07-21）

·塑料注射模技术·

· 13·

《模具制造》2023年第12期

铝 合 金 支 架 压 铸 模 设 计*

唐方艳，甘盛霖，卢南方

（贵州电子信息职业技术学院，贵州凯里 556000）

【摘要】以某铝合金弯管为例，针对零件的结构特点，采用了液压侧向抽芯并型芯模块，完成压铸

成型。针对压铸件存在弯管，弯管处有通孔，腔体比较深，尾部带有方盘的结构特征，设计了一模

一腔压铸模的浇注系统、排溢系统等相关模具部件，准确给出了模具设计参数。最终选择了压射

比压值25MPa，填充速度16m/s，浇筑温度640°，压铸模预热温度可选150℃，充填速度约为0.06s，

保压时间 5s，留模时间 12s。应用 Anycasting 软件为铸造过程的充型、凝固、收缩进行了分析，为

该模具设计合理性提供了验证。用 UG12.0 MoldWizard 应用模块以确保各个机构间互不干涉。

所设计的模具结构紧凑、工作稳定，对同类模具设计具有一定参考价值。

关键词：压铸模；铝合金弯管；铸造仿真；Anycasting

中图分类号：TG249 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.005

Design of Die-Casting Die for the Aluminum Alloy Bracket

Tang Fangyan，Gan Shenglin，Lu Nanfang

（Guizhou Electronic Information Vocational and Technical College,KaiLi,Guizhou 556000,CHN）

【Abstract】Taking an aluminum alloy elbow as an example， according to the structural characteristics of

the parts， a hydraulic lateral core-pulling and core-merging module was adopted to complete die casting.

In view of the structural characteristics of the elbow， the elbow has a through hole， the cavity is deep，

and the tail has a tray， the heating and cooling system， gating system， overflow system and other related

die parts of the die-casting die with one die and one cavity are designed， and the die design parameters

are given accurately. Finally， the injection specific pressure is 25MPa， the filling speed is 16m/s， the

pouring temperature is 640， the preheating temperature of die casting die is 150℃， the filling speed is

about 0.06s， the holding time is 5s， and the mold retention time is 12 s. The mold filling， solidification

and shrinkage in the casting process were analyzed by Anycasting software， which verified the rationality

of the mold design. Use UG12.0 MoldWizard application module to ensure that all institutions do not

interfere with each other. The designed die has compact structure and stable work， which has certain

reference value for similar die design.

Key words：die-casting die；aluminum alloy elbow；casting simulation；Anycasting

* 项目名称：2023年贵州省工业和信息化厅科学研究课题“面

向装备制造产业数字化转型的工业互联网实践研究”（20230821）

1 引言

压铸是一种有效的近净成形技术，经常被用于高强

度、公差小、形状复杂、表面光洁度要求高的有色合金生

产中[1]

。铝合金压铸是压铸生产中最常见的方式，约占

60%~80%[2]

。压铸广泛应用于工业生产，主要存在于汽

车、航天、船舶、家电等行业，对工业发展有着巨大的贡

献[1]

。本文针对某铝合金支架设计出的压铸模结构简单，

缩短制造周期，在达到生产使用标准的同时也降低了生

产成本。

2 铝合金支架结构与工艺分析

2.1 铸件结构分析

该压铸件为弯管形状零件，腔体比较深，铸件尺寸为

104×48×71mm，图1为铸件三维图。

图 2 所示为铸件平面图，由图 2 可知，铸件尾部连接

一个方盘，是典型的小型压铸件，该压铸件整体结构相对

复杂，在生产过程中，一些尺寸较小的拐角处精度要求高

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压铸模技术

·压铸模技术·

· 14·

《模具制造》2023年第12期

加工难度较大，且该铸件有拐弯的通孔等复杂结构。

图1 铸件三维结构

图2 铸件平面图

考虑到铸件特殊通孔，模具设计时需要设计侧抽芯

机构。采用推杆推出机构，用滑块方式成型。运用UG软

件 测 量 该 压 铸 件 ，最 大 壁 厚 为 9.35mm，最 小 壁 厚 为

3.5mm，平均厚度为 3.87mm，不属于均压铸件，壁厚云图

如图3所示。塑件体积为73.79cm3

，质量为0.2kg。无特殊

表面粗糙度要求。

图3 铸件壁厚云图

2.2 工艺分析

对于形状比较复杂的压铸件，为保证金属液可以充

填到各个部位，压铸工作时的压射比压值为 25MPa；金属

液填充速度设置为 16m/s 保证压铸件的精度和质量[3]

；为

避免合金在冷却过程中收缩过大压铸件表面出现缺陷、

裂纹，浇筑温度取为 640°，模具预热温度取为 150°；为得

到内部组织密度较高，力学性能好的压铸件，保压时间取

为5s，填充时间取为0.06s，留模时间取为12s。

该压铸件为对称件，存在弯状的通孔，因此，需要设

计组合的型芯，且深腔一端需要设置斜抽芯[4]

。结合该

压铸件的结构特点，模具设计为一模一腔，浇口数量为 1

个，浇口类型选择内浇口[5]

，内浇口设置在压铸件的最大

轮廓处。

铝合金材料熔点较高，选用卧室冷室压铸机。压铸

模的主胀型力为 223.4kN，分胀型力为 13.17kN，故合模力

为295.7kN。为保证铸件质量需要足够的保压压力，故选

用J114A型号的压铸机。其主要技术参数如表1所示。

表1 卧式冷室压铸机J114A技术参数

3 铸件模具设计

3.1 确定分型面

铝合金支架的分型面选为组合分型面，如图4所示。

图4 分型面位置

选择该分型面，型腔在动模上，侧抽芯和型腔在定模

上，这样可以使铸件留在动模一侧，可以通过顶杆将铸件

顶出去，便于铸件脱模。

3.2 浇注系统

铸件采用测浇道设计，测浇道设在分型面附近，为避

免金属液进入型腔时未能及时充满型腔造成的排气不

足、憋气等问题，将内浇口位置设置在压铸件的最大轮廓

处，且方便切除。内浇口厚度1.8~3.0mm，长度为2mm，宽

度36mm，截面积约为73mm，铸件内浇口位置如图5所示。

图5 内浇口

铸件所用压铸机为卧式冷室压铸机，为脱模顺利，设

置直浇道倾斜度为2°，其直浇道结构如图6所示。

参数

合模力/kN

压射力/kN

压射位置/mm

压室直径/mm

浇筑量/kg

数值

400

90

0，-50

40

0.8

参数

铸造面积/mm2

顶出形程/mm

顶出力/kN

工作压力/mm

机器总重/t

数值

120

60

32

10.5

3.6

4×ϕ17

30

8铣平，

深1mm

2×R9.5

4×ϕ7通孔

0.2

ϕ48±0.25

ϕ45±0.25

54

104

ϕ50+0.3

0

A

A

6.8°

3

SR22.5

77

ϕ38±0.25 3.5

54

型腔 动模

型芯 定模 侧抽芯

·压铸模技术·

· 15·

《模具制造》2023年第12期

图6 卧式冷室压铸机用直浇道

1.压室 2.浇口套 3.余料 4.浇道镶块 5.压室推杆

3.3 排溢系统

溢流槽常开设分型面上，溢流槽底部不设置推杆，其

形状为半圆形溢流槽。其结构如图7所示。

图7 溢流槽结构

溢流口宽度为 6mm，溢流槽半径为 ϕ5mm，溢流槽半

径为ϕ5mm，溢流槽长度为2mm，溢流槽厚度为0.4mm，溢

流槽长度中心距为10mm，浇注系统和溢流槽的三维图如

图8所示。

图8 浇注系统和溢流槽三维图

排气槽的作用是将在压铸过程中由金属液带入的气

体和型腔本身存在的气体排出模具型腔，因此需要设计

排气槽，但是排气槽一般只开设在中大型模具上，因为中

大型铸件体积大，夹杂气体多，所以需要开设排气槽，而

对于小型压铸件，由于体积很小，所以压铸过程中伴随的

气体很少，可通过分型面将气体排出，这样既降低了模具

的加工难度，又降低了生产成本。

3.4 侧向抽芯机构

压铸件侧边有凹坑，压铸件不能利用整体型腔成型，

整体型腔成型会导致压铸件被型芯卡住，无法顺利脱出，

故设置独立的抽芯模块，根据铸件的结构特点，选择液压

抽芯方式。当压铸件充填冷却完毕之后，先将侧型芯抽

出后，才能进行主型芯抽出动作，最后才是推出压铸件，

抽出过程的抽芯力大小受型芯包裹面积影响，抽芯的工

作包紧面积为7,419.13mm2

，如图9所示，抽芯力为222kN，

抽芯距离为64mm，抽芯器型号为J1163。

图9 压铸件包紧型芯的侧面积

滑块是连接侧向型芯的机构，通过拉杆连接滑块，滑

块连接侧型芯，在液压缸的拉动下带动侧型芯进行循环

的抽芯动作。本设计属于小型模具，成型部件不大，为了

保证压铸件的精度，所以采用一体式滑块结构，滑块整体

结构形式如图 10 所示。其中滑块导滑方式为 T 型槽，如

图10a所示，滑块采用一体式滑块结构，如图10b所示。

（a） （b）

图10 滑块整体结构

4 铸造仿真过程分析

（1）充型分析。金属液充型分析结果如图11所示，充

型结果良好。

（2）凝固分析。金属液凝固分析如图12所示，凝固情

况良好。

（3）收缩分析。收缩结果如图13所示，在溢流槽处有

收缩的可能，但是概率不高，对铸件精度影响不大。

5 4 3 2 1

45°

R

L

A A a

h

40°

b

A-A

图11 充型分析 图12 凝固分析 图13 收缩分析

·压铸模技术·

· 16·

《模具制造》2023年第12期

5 模具结构及其工作过程

模具结构主要包含定模套板、动模套板、定动模镶块、

推板、推杆、动定模座板、推杆固定板等。定模套板的作用

固定定模镶块、导套、压紧块。定模套板如图14所示。动

模套板是用来固定动模镶块，固定导柱，通过和定模套板

一起组合形成侧抽芯的运行路径。动模套板如图15所示。

图14 定模套板 图15 动模套板

推板用于推出推杆，然后顶出压铸件，同时承受压铸

件脱出模具型腔时产生的反作用力。而推杆固定板用来

固定推杆和复位杆。推板、推杆固定板、推杆、复位杆布

置方式如图16所示。

垫块支撑在定模座板和支撑板之间，给推板留下足

够的活动空间，让推杆顺利完成推出动作。动模座板固

定在压铸机上，作用于定模座板类似，同时还连接动模套

板。动模座板和垫块装配如图17所示。模具整体装配图

如图18所示。

图16 推板、推杆固定板、 图17 动模座板和垫块装配

推杆、复位杆装配

290

A

302

B

B

A

B-B

11

12

13

14

15

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

190

16

17

18

19

20

21

26

25

24

22

23

H7/h6

D(F7)

ϕ15

A-A

400

178°

图18 模具整体装配

1.动模座板 2.垫块 3.推板 4.推杆固定板 5.支撑杆 6.动

模套板 7.导柱 8.定模套板 9.导套 10.定模座板 11、15、

21.内六角螺钉 12.定模镶块 13.动模镶块 14.推杆 16.限

位杆 17.复位杆 18.压室余料推杆 19.推板导套 20.推板导

柱 22.压室浇口套 23.压室 24.型芯 25.滑块 26.楔紧块

6 结论

在UG12.0 Mold Wizard应用模块下保证各机构间不

产生干涉现象，确保模具结构紧凑及运行过程稳定可靠。

利用 Anycasting 软件对铸件进行压铸模仿真分析。通过

实体设置、网格划分、参数设定等过程，对铸件进行金属

液充型分析、金属液凝固分析、压铸件收缩分析，通过分

析结果，对设计的方案进行的验证，分析结果良好。该案

例为铝合金类压铸模设计提供了借鉴，对指导工程实际

生产具有重要参考意义。

参 考 文 献

[1] 廖伟平.铝合金压铸模具失效成因与改善措施[J].新型工业

化，2022，12（08）：72~75

[2] 潘宪曾.压铸模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3] 雷应华，周许，肖攸毅等.我国压铸模具钢研究新进展[J].特

殊钢，2022，43（05）：1~6

[4] 王桂林.压铸模具定模芯的修模实践与探讨[J].特种铸造及

有色合金，2022，42（03）：394~396

[5] 王廷利，黄剑，虞科等.压铸模具内浇口流速对充型状态及凝

固质量的影响[J].中国铸造装备与技术，2021，56（06）：58~62

第一作者简介：唐方艳，女，1996 年生，硕士研究生，

贵州电子信息职业技术学院教师，主要研究方向：先进制

造工艺及装备。 （收稿日期：2023-08-01）

·压铸模技术·

· 17·

《模具制造》2023年第12期

·模具制造技术·

基于UG的塑料模具型芯数控铣编程*

罗 军1

，彭奇恩2

，周兰菊3

（1.广东省轻工业技师学院，广东广州 510315；

2.广东省机械技师学院，广东广州 510440；

3.天津电子信息职业技术学院，天津 300350）

【摘要】在对塑料模具的型芯进行数控铣削编程前，应对其结构进行分析，对实体上的胶位面、分

型面、避空位等进行甄别，并对实体进行整理：对于实体上需要用成形刀加工的结构，比如流道，

可以用轮廓线代替；对于不需要使用数控铣切削的结构，比如镶件孔、顶针孔等，可以直接删除。

再根据实体的结构、工件材质的切削性能，选择合适的刀具，并编写合适的刀路：对于复杂工件的

粗加工选择型腔铣，半精加工选择等高切削，对于狭窄位置选择剩余铣，对于曲面，选择平行铣削

进行精加工。对于实体上不同结构的曲面、分型面和斜面等，可以合在一起编写粗加工和半精加

工刀路，但应尽量分开编写精加工程序。所有程序完成之后，应对刀路进行动画仿真，以检查所

编写的刀路是否存在异常情况。

关键词：塑料模具型芯；UG；整理实体；分开编写刀路；动画仿真

中图分类号：TG659 文献标识码：B

DOI：10.13596/j.cnki.44-1542/th.2023.12.006

NC Milling Programming of Plastic Mold Core Based on UG

Luo Jun1

，Peng Qien2

，Zhou Lanju3

（1.Guangdong Technician College of Light Industry，Guangzhou，Guangdong 510315，CHN；

2.Guangdong Machinery Technician College，Guangzhou，Guangdong 510440,CHN；

3.Tianjin Electronic Information College，Tianjin 300350，CHN）

【Abstract】Before the CNC milling programming of the core of the plastic mold, its structure should be

analyzed, the glue level surface, parting surface, avoiding vacancy on the entity should be identified, and

the entity should be sorted out: for the structure that needs to be processed by the forming knife on the

entity, such as the flow path, the contour line can be used instead; for structures that do not need to use

CNC milling, such as insert holes, top pinholes, etc., can be directly deleted. Then according to the

structure of the entity, the cutting performance of the workpiece material, choose the right tool, and write

the right tool path: for the rough machining of complex workpiece choose cavity milling, semi-finishing

machining choose equal height cutting, for the narrow position choose residual milling, for the surface,

choose parallel milling for finishing. For surfaces, parting surfaces and inclined surfaces of different

structures on the entity, rough and semi-finishing tool paths can be written together, but the finishing

program should be written separately as far as possible. After all the programs are completed, the tool path

should be animated to check whether there are abnormal conditions in the written tool path.

Key words：plastic mold core； UG； finish the entity； separately write the knife path；animation imitation

* 基金项目：2022 年度天津市教委社会科学重大项目《基于

制造业立市的天津高端装备运维人才培养研究》（课题编号：

2022JWZD81，主持人：周兰菊）

1 引言

由于塑料模具的型芯一般带有异型曲面，上面还有

许多不规则且较复杂结构，不能用普通铣床加工，需要使

用数控铣床才能加工出合格的塑料模具型芯工件。对数

控 铣 床 进 行 编 程 的 软 件 比 较 多 ，如 UG、Powermill、

Cimatron、Mastercam 等，其中UG的应用最为广泛，现以某

模具的型芯为例，详细介绍使用 UG 进行数控编程、并进

行仿真模拟的过程，与大家分享。

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模具制造技术

·模具制造技术·

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《模具制造》2023年第12期

·模具制造技术·

2 实体结构分析

该型芯的实体如图 1a 所示，胶位面和分型面都呈圆

弧曲面形状。在该实体上有斜顶位、流道、顶针孔、小筋

位、螺丝孔、实体标识码等，这些结构是用其他设备加工

的，都不需要用数控铣削加工。在编程的时候，如果实体

上保留这些结构，将严重影响数控刀路的质量。为了编

写出更好的刀路程序，在编程前应先在实体上删除这些

不需要用数控铣床切削的结构（流道用曲线表示），删除

这些特征后的实体比较整洁[1]

，如图1b所示。

（a） （b）

图1 型芯的实体

a——整理前的实体 b——整理后的实体

3 加工工艺分析

由于塑料模具型芯的一般为 GS738、SKD61、S136H

等，硬度为45～50HRC，材质较硬，因此，一般选择切削性

能、耐磨性能较好的刀具，比如刀粒刀、钨钢刀等。经测

量，该实体的尺寸为220×150×58mm，工件较大，针对该工

件的结构和尺寸，选择ϕ30R5mm、ϕ16R0.8mm的刀粒刀进

行开粗与半精加工，选择钨钢球头刀对曲面进行精加工。

该工件是一个开放性的实体，实体上没有凹坑，因此，在

切削加工时可以选择从工件外进刀，可以有效保护刀具。

实体 4个角位处的定位块与圆弧形分型面之间的最小距

离为 11.8mm，用 ϕ16R0.8mm 的刀具进行半精加工之后，

由于半精加工的刀具没有切削进去，该处还留有较多的

余量，针对定位块与圆弧形分型面之间还应增加剩余铣

削刀路。另外，该工件的 4个角为圆角，也需要编写数控

程序。

4 设计粗加工刀路

UG有多种刀路命令可以设计开粗刀路，由于这个工

件上的分型面和胶位面都是曲面，适合用“型腔铣”命令

进行粗加工[2]

。由于 4个圆角不需要开粗，因此在程序中

将实体底面的边界设置为指定修剪边界，修剪边界以外

的刀路。由于实体 4个角位处的凸台与圆弧曲面之间的

空间狭小，为了防止切削这些位置时，刀具出现剧烈颤

动，将刀路的拐角位设为圆弧过渡；为了防止曲面出现锯

齿状的余量，采用环状切削工艺。由于工件尺寸较大，开

粗所用刀具为ϕ30R5mm的刀粒刀，余量设为0.3mm，所设

计的开粗刀路如图2所示。

图2 粗加工刀路

5 设计半精加工刀路

5.1 设计等高切削刀路与切削圆角刀路

粗加工之后，工件表面所残留的余量较多，而且极不

均匀，需要进行半精加工，将工件表面的余量切削均匀后

才 能 进 行 精 加 工 。 半 精 加 工 的 切 削 工 艺 是 使 用

ϕ16R0.8mm的刀粒刀进行等高切削，UG所用的命令为深

度轮廓切削[3]

，半精加工刀路如图 3所示。由于半精加工

所用刀具直径大于粗加工刀具直径的二分之一，因此对

于实体4个角位处的凸台与圆弧曲面之间的空间，可以用

半精加工刀路直接切削，而不需要在粗加工与半精加工

刀路之间插入剩余铣刀路。对于工件的4个圆角，同样采

用等高切削方式进行双向切削。由于 4个圆角对精度要

求不高，可以不用进行精加工。

5.2 设计剩余铣刀路

由于实体 4 个角位处的凸台与圆弧曲面之间的空间

最 小 距 离 为 11.8mm，小 于 半 精 加 工 所 用 刀 具 直 径

（ϕ16mm)，凸台与圆弧曲面之间没有得到有效切削，为使

工件表面余量基本均匀，需要在两者之间增加一个剩余

铣刀路，所用刀具为ϕ10mm平底刀，剩余铣刀路如图4所示。

图3 半精加工刀路和 图4 剩余铣削刀路

切削圆角的刀路

5.3 设计平行铣削刀路

上述刀路完成之后，工件表面呈台阶状，余量不均

匀，需要用球头刀用平行铣削刀路将整个工件表面加工

一次之后才能进行精加工，所用刀具为 ϕ10R5mm 球头

刀，UG 所用的命令为区域轮廓铣削中的平行刀路，平行

刀路如图5所示。

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《模具制造》2023年第12期

·模具制造技术·

图5 平行铣削刀路

6 设计精加工刀路

在对工件进行精加工时，应根据工件上不同的结构，分

开进行编程。对于工件上的平面，用平底刀切削；对于曲

面，用球头刀进行平行切削；对于工件上的斜面，用等高切

削工艺进行切削，尽量避免将所有曲面合在一起进行切削。

6.1 设计精加工平面的刀路

工件上共有6个平面，用平底刀进行切削。由于实体

4个角位处的凸台与圆弧曲面之间的最小距离为11.8mm，

因此，精加工平面时所用的刀具为ϕ10mm平底刀，使用UG

的带边界面铣刀路切削工件上的平面，如图6所示。

6.2 设计凸台侧面等高切削刀路

凸台侧面为斜度为 5°的斜面，适合用等高切削刀路

进行切削。使用 UG 的深度轮廓切削命令编写双向等高

切削刀路，所用的刀具为ϕ10mm平底刀，如图7所示。

图6 精加工平面的刀路 图7 凸台侧面等高切削刀路

6.3 设计曲面的精加工刀路

工件上的曲面分为分型面和胶位面两种，这两种曲

面对表面粗糙度的要求不同，而且这两种曲面一般是不

连续的，因此在进行编程的时候，尽量分开编写程序。由

于 胶 位 面 对 表 面 粗 糙 度 要 求 较 高，步 进 量 一 般 设 为

0.15mm，主轴转速一般设为 2,000 转/min，进给速度一般

设为1,000mm/min。分型面对表面粗糙度要求较低，步进

量一般设为 0.25mm，主轴转速一般设为 2,000 转/min，进

给速度一般设为2,000mm/min。使用UG区域轮廓铣削中

的平行刀路设计曲面精加工刀路，对实体上的两个胶位面

和3个分型面分开编写程序[4]

，所编写的刀路如图8所示。

6.4 设计清根刀路

这个实体的分型面和中间凸起之间，是一条圈环形的

胶位，其过渡圆角较小，需用清根刀路进行精加工，使用UG

区域轮廓铣削中的清根刀路进行环状切削，如图9所示。

图8 编写曲面精加工刀路 图9 清根刀路

6.5 设计切削流道的刀路

流道的截面一般为圆形、梯形，因此，在加工流道时

与加工其它结构不同，一般是用成形刀沿流道的轮廓进

行切削。具体方法是先沿流道的中心线做出流道的轮廓

曲线，再将该曲线投影到分型面上，然后沿投影线进行切

削，该工件的加工流道的刀路如图10所示。

图10 切削流道的刀路

7 对刀路进行动画仿真

在编写完刀路之后，在加工之前，一般需要用仿真模拟

的方法对程序进行检查，以判断程序是否正确。在进行动

画仿真的过程中，应仔细观察仿真的过程，而不应该只观察

仿真的结果。如果在仿真模拟的过程中发现异常情况，就

需要对程序进行修改[5]

，上述程序的仿真结果如图11所示。

图11 模拟仿真效果图

8 总结

在对塑料模具的型芯进行数控铣削编程前，应熟悉

模具的结构，了解模具的分型面、胶位面、顶针孔、镶件

孔、流道等结构，为了编写出优秀的数控程序，应在实体

上删除不需要运用数控铣加工的结构。在编写粗加工和

半精加工刀路时，可以对整体实体混合在一起进行编程，

在编写精加工刀路时，针对分型面、胶位面、平面、斜面

等，应分开进行编程，对于流道应运用成形刀沿轮廓进行

编程。对整个实体编写完程序之后，应对刀路进行动画

仿真，以检查所编写的刀路是否正确。

流道刀路

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