SolidWorks 模具设计 教程指南

SolidWorks 提供了强大的模具设计工具，主要集中在 “异型孔向导” 和 “模具工具” 这两个插件中，本教程将围绕这两个核心工具展开，并按照学习路径进行组织。

第一部分：基础理论与准备工作

在开始操作之前,理解一些基本概念至关重要。

什么是模具设计？

模具设计就是根据一个三维零件（我们称之为 “产品模型” 或 “零件”），设计出一套能够生产出这个零件的模具（通常由 “型芯” (Core) 和 “型腔” (Cavity) 两部分组成）。

模具设计的基本流程

1. 产品分析：检查产品模型是否有不利于脱模的结构（如倒扣）。
2. 拔模分析：确保产品表面有足够的斜度，以便顺利从模具中取出。
3. 创建分型面：这是模具设计中最关键的一步，它决定了型芯和型腔如何分离。
4. 分割型芯和型腔：利用分型面将一整块毛坯（称为“切削分割”或“模具基体”）分割成动模和定模两部分。
5. 创建模具零件：生成型芯、型腔、滑块、顶针等标准件。
6. 创建工程图：为模具零件生成可供加工的2D工程图。

必备的准备工作

• 安装 SolidWorks：确保您安装了 SolidWorks Premium 或 Professional 版本，并且已激活“模具工具” 插件。
  • 如何激活：工具 -> 插件 -> 勾选 SolidWorks Mold Tools 并确认。
• 理解基本操作：熟悉 SolidWorks 的零件、装配体和工程图环境，包括拉伸、旋转、切除、镜向、阵列等基本建模命令。

第二部分：核心概念与工具详解

这是模具设计的“内功心法”，必须掌握。

拔模分析

作用：快速检查产品模型的所有表面是否具有足够的拔模斜度，这是模具设计的第一步，也是决定设计是否可行的关键。

操作步骤：

1. 打开产品零件。
2. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 拔模分析。
3. 在属性管理器中：
   • 拔模方向：选择一个平面、边线或基准面来定义模具开模的方向。
   • 拔模角度：输入所需的最小拔模角度（通常为1-3度）。
4. 点击“计算”。
5. 结果解读：
   • 绿色：表示该面有足够的拔模斜度。
   • 黄色：表示该面是“跨立面”，即部分区域有拔模，部分没有。
   • 红色：表示该面是“需要拔模的面”，完全没有斜度，需要修改设计或进行后续的“分割面”处理。

拔模

作用：直接在产品模型上添加拔模斜度，这是修改产品以符合模具要求的最直接方法。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 拔模。
2. 选择拔模类型（最常用的是 “中性面” 拔模）。
3. 选择 拔模方向。
4. 选择 中性面（即拔模角度保持不变的平面）。
5. 选择 要拔模的面。
6. 输入拔模角度,点击确定。

分割面

作用：当产品存在无法通过简单拔模解决的倒扣（如卡扣）时，可以使用“分割面”工具将一个面分割成两部分，一部分保留，另一部分进行拔模。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 分割面。
2. 分割实体：选择要分割的面。
3. 分割工具：选择一个基准面、平面、曲面或草图作为分割工具。
4. 分割选项：选择“分割”。
5. 点击确定后,原面被分割，然后可以对新创建的面单独进行拔模操作。

关闭曲面

作用：在产品模型的轮廓边缘创建一系列曲面，将型芯和型腔的“侧面”封闭起来，为后续的“切削分割”做准备，可以理解为给产品模型加上一个“无盖的盒子”。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 关闭曲面。
2. 系统会自动识别模型的边线环，您可以手动添加或移除需要创建关闭曲面的边线。
3. 在“缝隙”区域，选择 “统一”，并输入一个合适的距离（这个距离将决定模具的壁厚）。
4. 点击预览,可以看到生成的封闭曲面，点击确定。

分型线

作用：定义产品模型与模具分型面接触的轮廓线，这是创建分型面的基础。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 分型线。
2. 拔模方向：选择一个平面定义开模方向。
3. 拔模角度：输入一个角度，系统将以此角度为基准来识别分型线。
4. 点击“拔模分析”，系统会自动高亮显示符合条件的分型线。
5. 您可以手动调整要包含的边线,然后点击确定，生成分型线。

分型面

作用：根据分型线，创建一个能够将模具基体分割成型芯和型腔的曲面，这是模具设计的核心。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 分型面。
2. 选择：在图形区域中选择之前创建的 分型线。
3. 分型面类型：
   • 平面：创建一个平面分型面，适用于结构简单的产品。
   • 曲面：创建一个与拔模方向垂直的曲面。
   • 跳曲面：创建一个与相邻曲面相切的曲面，过渡更平滑。
   • 缝合曲面：将多个曲面缝合在一起形成一个大的分型面。
4. 方向：调整分型面的延伸方向。
5. 距离：输入分型面延伸的长度，要确保能完全跨越模具基体。
6. 点击确定,生成分型面。

切削分割

作用：这是最终的操作，它将分型面和关闭曲面组合起来，将一整块模具基体分割成型芯、型腔 和 创建的曲面（即废料）。

操作步骤：

1. 点击 特征 选项卡 -> 模具工具 -> 切削分割。
2. 方向：选择一个平面定义开模方向。
3. 要切削的实体：选择整个零件作为模具基体。
4. 从/到/方向：
   • 从：分型面的起始位置。
   • 到：分型面的结束位置。
   • 方向2：用于定义型芯的另一侧。
5. 点击“确定”后，系统会自动将分割出的三个部分分别命名为 型腔、型芯 和 切削分割实体。
6. 在设计树中,右键点击 切削分割，选择 “插入到新零件”，可以分别保存型芯和型腔为独立的零件文件。

第三部分：完整实例演练

让我们通过一个简单的杯子模型,走一遍完整的流程。

目标：为下图所示的杯子创建模具。

1. 新建零件：打开杯子的 .sldprt 文件。

2. 拔模分析：

   • 运行 拔模分析，设置拔模方向为杯口平面，角度为 2 度。
   • 结果分析：杯子的外侧和底面通常是绿色，但内侧（杯口）和把手可能是红色或黄色，内侧需要拔模，但通常产品不允许修改内侧，所以我们的分型面会设计在杯口边缘。

3. 创建分型线：

   • 运行 分型线，选择杯口的外边缘作为分型线。
   • 确认生成分型线。

4. 创建关闭曲面：

   • 运行 关闭曲面。
   • 选择杯口边缘的线环。
   • 设置“缝隙”距离为 10 mm（代表模具壁厚）。
   • 预览并确定,得到一个封闭的曲面。

5. 创建分型面：

   • 运行 分型面。
   • 选择上一步创建的关闭曲面作为分型面。
   • 设置“距离”为 50 mm（确保足够长）。
   • 确定生成分型面。

6. 创建切削分割：

   • 运行 切削分割。
   • 选择杯子的主体作为要切削的实体。
   • 在“方向1”中选择分型面，在“方向2”中选择杯底平面（或设置一个合适的深度）。
   • 点击确定。

7. 保存结果：

   • 在设计树中,你会看到 型腔、型芯 和 切削分割实体。
   • 右键点击 切削分割 -> 插入到新零件，分别保存型腔和型芯。

第四部分：进阶学习资源

掌握了基础后,您可以通过以下资源进一步提升技能。

官方资源

• SolidWorks 帮助文档：最权威、最详细的参考资料，按 F1 键即可访问，搜索任何工具名称都能找到详细说明和示例。
• SOLIDWORKS 模具设计教程 (官方)：在 SolidWorks 官网搜索，可以找到一系列由官方创建的视频教程和练习文件。

视频教程平台

• YouTube：搜索关键词 “SolidWorks mold design tutorial” 或 “SolidWorks 模具设计教程”，有很多优秀的免费教程。
  • 推荐频道：SolidWorks Brewing, CadgeSkull, SourceCAD 等。
• Bilibili (B站)：国内大量优秀的 SolidWorks 教程，搜索 “SolidWorks 模具设计” 或 “SW模具设计入门到精通”。
  • 推荐UP主：许多专业的CAD培训机构和个人UP主会发布系列教程。

在线学习平台

• Udemy：搜索 “SolidWorks Mold Design”，可以找到由专业讲师制作的付费课程，通常从基础到进阶非常系统，并提供项目实战。
• LinkedIn Learning：高质量的技能提升平台，有专业的模具设计课程。

书籍

• 虽然网络资源很丰富,但经典的书籍知识体系更完整，可以作为案头参考书，可以在亚马逊、当当等平台搜索 “SolidWorks 模具设计” 相关书籍。

第五部分：常见问题与技巧

• Q: 拔模分析后有很多红色面怎么办？

  • A: 优先尝试使用 分割面 工具，如果不行，则需要与产品设计师沟通，看是否能在产品阶段修改设计，对于无法修改的倒扣，可能需要设计滑块或斜顶等复杂结构，这属于进阶模具设计范畴。

• Q: 关闭曲面创建失败或结果不理想？

  • A: 检查模型是否有破面、微小缝隙或尖锐边角，尝试使用 工具 -> 检查 -> 错误 来诊断模型问题，有时需要手动选择边线，而不是完全依赖自动选择。

• Q: 切削分割后，型芯和型腔没有分开？

  • A: 最常见的原因是分型面没有完全跨越模具基体，返回 分型面 特征，检查“距离”值是否足够大，确保分型面和关闭曲面组合起来能够将整个实体“切断”。

• 技巧：使用“实体移动”

  • 在装配体环境中,将型芯和型腔作为零件插入，使用 装配体 -> 移动/复制 -> “实体移动” 功能，可以直观地模拟开合模过程，检查是否有干涉。

希望这份详尽的指南能帮助您顺利入门并精通 SolidWorks 模具设计！祝您学习愉快！