浅谈工业设计师应掌握的模具设计知识

黄清森

福建省南安市九牧厨卫股份有限公司（362304）

在日常工业设计工作中，经常会遇到工业设计师设计出来的新产品，由于过于理想化和艺术化而无法应用于实际生活中，因为设计师忽略了工业设计出来的产品能否加工及如何加工等实际问题。

1 工业设计

工业设计涉及到到社会学、美学、人机工程学、机械制造等方面，是由科学与美学、设计与艺术相互结合形成的。

工业设计出的产品，一般需要各种模具设计制造出来，其中以压铸模、冲压模、注塑模占比最大，笔者已做了二十多年的模具设计和工业设计，结合自身的工作经验，谈一谈工业设计师应该掌握的压铸模具设计、冲压模具设计、注塑模具设计这三块常用模具设计方面的知识。

2 模具设计

模具是以特定的结构形式使材料成型且能批量生产出具有一定形状和尺寸要求的产品配件的一种生产工具。

模具设计就是设计模具，根据产品或者图纸，设计出能够加工相应产品的模具图纸，根据绘制的模具图纸，制造出能够生产合格产品的模具。

3 工业设计中所需要的压铸模具设计基础知识

压铸，即压力铸造，是将液态金属或半液态金属，在高压作用下，快速填充到模具的型腔中，并迅速凝固从而获得零部件的一种方法。

3.1 压铸模成型分为以下几个阶段

1）合模过程：压铸模闭合后，压射冲头将液态金属推送进入压室内。

2）压射过程：压射冲头在压射活塞高压作用下，推动液态金属进入压铸模具中，液态金属在高压下冷却、结晶、固化成型。

3）开模过程压铸成型后，开启压铸模具，使压铸件脱离压铸模具的型腔。

4）推出铸件过程在压铸机顶出机构作用下，将压铸件和余料顶出，并脱离压铸模具，接着压射冲头复位。

3.2 在工业设计时，要特别注意如下几点

1）压铸件表层有气孔。 由于液体合金的充填速度比较快，型腔内的空气很难完全排压铸模具，就会形成气孔留在压铸件内部，导致铸件表面常会有鼓包缺陷。

2）压铸件壁厚要均匀。 压铸件壁厚不能太薄，太薄会造成合金熔液填充不良，成型困难；壁厚如果太厚，就会使压铸件的力学性能下降，并且内部气孔、缩孔等缺陷也会增加，这样就会影响工业产品的外观质量。

3）压铸件背面一般会有顶针痕迹。 主要由于压铸件要从压铸模具中顺利脱离，需要压铸机的推杆推动压铸模的顶板，顶板上有设计顶针，顶针推动压铸件。

4）压铸件上会留有浇口痕迹。

5）压铸件要设计适当的工艺圆角。 这个圆角有利于压铸成型，避免应力及产生裂纹。

6）压铸件会有斜度。 主要是在脱模时，减少压铸件与模具型腔的摩擦，使压铸件容易从压铸模具中取出。

7）压铸件会有收缩。 在铸造合金由液态到凝固状态的过程中，体积和尺寸会产生变化称为收缩。

8）压铸件内一般都会有加强筋。 主要作用是增加压铸件的强度和刚性，避免压铸件从模具内顶出时发生变形。

9）压铸件表面一般会采用电镀或喷漆等处理方式，防止压铸件在空气中腐蚀氧化。

4 工业设计中所需要的冲压模具设计基础知识

冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对各种板材施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种加工方法。

在工业设计时，要特别注意如下几点。

1）同一块冲压件的厚度一样。 在工业设计新产品时，采用相同一个板料冲压成型的产品壁厚要一致。

2）冲压件的冲裁处会存在圆角带和毛刺面。 尽量避免毛刺面设计在产品的正面，否则会影响产品的外观。

3）冲压件翻边折弯。 其折弯高度与冲压件的材料及壁厚有关，要注意折弯高度不能太低，否则会造成无法折弯或折弯模具报废等问题。

4）冲压件的凹筋形式设计。 冲压件如果要设计凹筋形状， 要设计在产品的背面处或隐藏面处，否则会影响产品的外观。

5）冲压件会有弯曲回弹缺点。 当工业设计新产品外观的折弯圆角时，必须在能够满足产品的功能和不影响产品外观的前提下，圆角尽量大，若圆角设计过小，会造成该冲压件折弯处断裂，甚至无法折弯的情况。

5 工业设计中所需要的注塑模具设计基础知识

5.1 注塑成型分为以下几个阶段

1）夹紧。 在注入材料时施加足够的压力来使模具处于闭合状态。

2）注射。 在模具处于闭合状态下，将聚合物注入模具型腔中。

3）冷却。 在型腔填充完成后，模具中的塑料件需要通水冷却。

4）顶出。 当零件充分冷却后，模具打开，机台上面的顶出机构顶出零件。

5.2 在工业设计时，要特别注意如下几点

1）产品的壁厚应尽量均匀。 壁厚如果不均匀，表面会出现缩水，影响外观质量，而且注塑件会因为壁厚不均匀容易产生内应力， 引起塑件的变形、开裂。

2）产品外观要有脱模斜度。 目的是为了让产品顺利从模具型腔中脱离，但是要避免因为产品外观斜度影响设计效果。

3）产品的拐角过渡部分应有圆角设计。 尽量不为尖角，否则产品表面会出现脱皮、断裂、缺胶等现象。

4）产品的外观分模线。 模具的上下模合模后，会在产品的外观上留下细微的分模线，这个线条会影响原始设计的美感。

5）避开顶杆痕迹。 将这些痕迹，安排到产品不起眼位置，避免影响产品外观。

6 外墙板模具设计注意事项

外墙板一般采用结构层和保温层以及保护层，在日常建筑中对外墙板的平整度方面要求比较高，按照浇筑方式，一般的外墙板模具会分为两层，第一层是保护层和保温层，第二层才是结构层，其中第一层模具是基础，第二层的结构层模具方式和同内墙板模具类似，内墙板通常为混凝土实心墙体，内墙板一般都会有外漏筋，因此要在边模上添加肋板。

外墙装置墙板一般是用注塑模具制造，有时候会在冷却成型时，浇口中残留的余料会与产品成型结合在一起，后期手工修整后，会在产品面有鼓起痕迹，这样产品的正面凹凸不平，而且在冷却成型后的外墙装饰墙板通过模具的顶针作用顶起时，一般都会在产品面留下凹槽，这样会影响整体产品的审美性。 为了避免这种现象，在设计外墙装饰墙板模具时，顶针位置设计在产品比较隐蔽之处，废料成型在产品的内表面上，将废料修整后浇口的鼓起部位会留在产品背面，由于产品的背面被粘贴在外墙上，因此产品外表光滑度不受影响。 有些外墙板模具包括机架、隔板开模构件、模具定位组件、移动组件等，隔板平行间隔放置在机架上，模具定位组件放置在隔板上。 影响外墙板模具使用寿命的因素包括：材料的种类、选择合理的配合间隙、模具的结构及模具的表面处理等，模具设计师要结合模具的使用情况完善模具的制作工艺。

7 结语

设计一件作品，特别是一件优秀的精品，不仅需要艺术方面的知识，还需要模具设计知识，工业设计师普遍缺乏模具设计等相关知识， 因此限制了工业设计师水平的提高。 作为优秀的工业设计师，要熟悉和掌握模具设计知识才能设计出受人欢迎的精品，以满足客户和市场的需要。