2025年模具设计与制造基础复习题和答案

2025年模具设计与制造基础复习题和答案一、填空题（每空1分，共20分）1.模具按成型工艺可分为冲压模、注塑模、压铸模、锻模和（挤出模）等类型，其中（注塑模）广泛应用于塑料制件的批量生产。2.模具材料选择需重点考虑（耐磨性）、（强韧性）和热稳定性，常用的冷作模具钢有Cr12MoV，热作模具钢典型代表为（H13）。3.冲压模具的基本组成包括工作零件（凸模、凹模）、定位零件（导料销、挡料销）、卸料与推件零件（卸料板、推件块）、导向零件（导柱、导套）和（连接固定零件）。4.注塑模具中，主流道的设计需与注塑机喷嘴尺寸匹配，通常主流道小端直径应比喷嘴直径大（0.5-1mm），球面半径比喷嘴球面半径大（1-2mm）。5.模具加工中，电火花成型加工的主要原理是利用（脉冲放电）对材料进行蚀除，适用于加工（复杂型腔）和高硬度材料。6.模具失效的主要形式包括磨损失效、（断裂失效）、（塑性变形失效）和疲劳失效，其中（疲劳失效）是长期循环载荷下的典型破坏模式。二、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种模具类型主要用于金属薄板的成型加工？（）A.压铸模B.冲压模C.挤出模D.锻模答案：B2.注塑模具中，分流道的截面形状不包括（）。A.圆形B.梯形C.三角形D.矩形答案：C（分流道常用圆形、梯形、U形、矩形，三角形因流动阻力大较少使用）3.冷冲模凸凹模间隙过小会导致（）。A.制件断面毛刺增大B.模具磨损加剧C.卸料力减小D.冲裁力降低答案：B（间隙过小会增加摩擦，导致模具磨损加快，同时可能使制件出现二次剪切毛刺）4.以下属于热作模具钢的是（）。A.T10AB.Cr12C.5CrNiMoD.W18Cr4V答案：C（5CrNiMo用于热锻模，T10A为碳素工具钢，Cr12为冷作模具钢，W18Cr4V为高速钢）5.模具数控加工中，球头铣刀主要用于（）。A.平面粗加工B.曲面精加工C.深槽加工D.孔系加工答案：B（球头铣刀刃口呈圆弧状，适合加工曲面以保证表面质量）6.注塑件出现“飞边”缺陷的主要原因是（）。A.模具温度过低B.注射压力过高C.冷却时间过长D.材料流动性差答案：B（注射压力过高或锁模力不足会导致熔体溢出分型面形成飞边）7.冲裁模中，导柱导套的配合精度一般为（）。A.H7/h6B.H9/d9C.H7/g6D.H11/c11答案：A（导柱导套需高精度导向，通常采用H7/h6的间隙配合）8.压铸模具设计时，优先考虑的分型面选择原则是（）。A.便于金属液填充B.保证铸件精度C.简化模具结构D.以上均是答案：D（分型面需综合考虑填充效果、精度要求和模具制造难度）9.模具表面处理技术中，TD处理（热扩散处理）的主要目的是（）。A.提高表面硬度和耐磨性B.改善切削加工性C.降低热膨胀系数D.增强耐腐蚀性答案：A（TD处理通过碳化物扩散在表面形成高硬度层，提升耐磨性能）10.以下关于模具装配的描述，错误的是（）。A.需先装配导向系统再安装工作零件B.所有零件需完全清洗后装配C.凸凹模间隙可通过垫片法或镀铜法调整D.装配完成后无需试模即可交付答案：D（试模是验证模具性能的关键步骤，必须进行）三、简答题（每题8分，共40分）1.简述模具设计的基本原则。答：模具设计需遵循以下原则：（1）功能性原则：满足制件尺寸精度、表面质量和批量生产要求；（2）经济性原则：优化结构设计，降低材料消耗和加工成本；（3）工艺性原则：考虑模具加工可行性（如避免深窄型腔）、装配便利性和维修便捷性；（4）寿命原则：合理选择材料及热处理工艺，延长模具使用寿命；（5）安全性原则：设置可靠的定位、限位和防护装置，避免生产事故。2.比较冲压模具与注塑模具在结构组成上的主要差异。答：（1）成型原理不同：冲压模通过机械力使板料分离或变形，注塑模通过熔体流动填充型腔冷却成型；（2）核心零件差异：冲压模核心为凸凹模（完成冲裁、弯曲等动作），注塑模核心为型腔、型芯（决定制件形状）及浇注系统（主流道、分流道、浇口）；（3）辅助系统不同：冲压模需卸料/推件装置（如卸料板、弹性元件），注塑模需冷却系统（水管路）、顶出系统（顶针、推板）；（4）精度要求：注塑模对温度控制和收缩率补偿要求更高，冲压模对间隙均匀性和刃口锋利度要求更严。3.分析模具热处理工艺对其性能的影响（以冷作模具为例）。答：冷作模具（如冲裁模）常用Cr12MoV钢，热处理工艺包括：（1）退火：降低硬度（200-250HB），改善切削加工性；（2）淬火：加热至950-1000℃油冷，获得马氏体组织，提高硬度（60-64HRC）；（3）回火：低温回火（180-220℃）消除内应力，保持高硬度和耐磨性；（4）表面处理（如渗碳、TD处理）：在表面形成碳化物层（如VC），进一步提升表面硬度（可达3000HV以上）和抗粘着磨损能力。若淬火温度过高，会导致晶粒粗大，韧性下降；回火不足则内应力残留，易发生早期断裂；表面处理不当可能出现脱碳层，降低使用寿命。4.简述注塑模具冷却系统设计的关键要点。答：（1）冷却均匀性：水管路应尽量靠近型腔且分布对称，避免局部过冷或过热（如制品厚壁处需加强冷却）；（2）冷却效率：水管直径（常用8-12mm）、流速（1-3m/s）和进出口温差（≤5℃）需合理，可采用串联或并联回路；（3）避免干涉：水管与顶针、加热元件（若有）保持足够距离（≥10mm）；（4）结构工艺性：水管接头需密封可靠，避免漏水；深孔冷却可采用铍铜镶件或随形冷却（3D打印技术）提升效率；（5）材料匹配：冷却水道尽量开设在模板（如P20预硬钢）内，避免在镶块中频繁转接。5.列举三种模具制造中常用的特种加工方法，并说明其适用场景。答：（1）电火花线切割（WEDM）：利用移动的金属丝（钼丝/铜丝）作电极，通过脉冲放电切割导电材料，适用于加工冲裁模的凸凹模（尤其是多型孔、窄缝零件）、塑料模的小型镶件，可达到±0.01mm精度；（2）电火花成型加工（EDM）：用成型电极对工件放电蚀除，适用于加工复杂型腔（如汽车覆盖件模具的深槽、曲面）、高硬度材料（如淬火后的H13钢），表面粗糙度可达Ra0.8μm；（3）激光加工：利用高能激光束切割或表面改性，适用于模具的微结构加工（如精密齿轮模的齿形修边）、表面合金化（提升局部耐磨性能），尤其适合难以接触的微小区域。四、计算题（每题10分，共20分）1.某注塑制件材料为ABS（收缩率S=0.5%-0.7%），制件上某关键尺寸为50±0.1mm（单向收缩，型腔尺寸为制件尺寸+收缩量）。若采用平均收缩率计算，试确定型腔的名义尺寸及公差（模具制造公差取制件公差的1/3）。解：平均收缩率S平=（0.5%+0.7%）/2=0.6%型腔名义尺寸Lm=Lp×(1+S平)=50×(1+0.6%)=50.3mm制件公差Δp=0.2mm（+0.1/-0.1），模具制造公差Δm=Δp/3≈0.067mm由于收缩率为单向（型腔尺寸大于制件尺寸），型腔尺寸公差标注为：50.3+0.067/0mm（即50.30+0.067mm）2.某冲裁模冲裁Q235钢板（厚度t=2mm，抗剪强度τ=240MPa），冲裁件周长L=120mm，试计算冲裁力F及选用的压力机公称压力（安全系数取1.3）。解：冲裁力计算公式F=K×L×t×τ，其中K为修正系数（一般取1.0-1.3，此处取1.0）F=1.0×120mm×2mm×240MPa=120×2×240=57600N=57.6kN考虑安全系数，压力机公称压力F公≥1.3×F=1.3×57.6=74.88kN，故应选用公称压力不小于80kN的压力机。五、综合分析题（每题10分，共20分）1.某汽车覆盖件（引擎盖外板）拉深模在试模时出现制件开裂，分析可能原因及解决措施。答：可能原因及解决措施：（1）压边力过大：压边力过大会限制材料流动，导致局部拉应力超过材料强度极限。需降低压边力（通过调整气垫压力或氮气缸参数），或优化压边圈型面（增加拉深筋的间隙）；（2）模具圆角过小：凹模圆角半径过小会增大材料流动阻力，在圆角处产生集中应力。需修磨凹模圆角（一般外覆盖件圆角半径≥8-10mm），或采用变半径设计（过渡区域适当增大）；（3）润滑不足：板料与模具间摩擦过大，加剧局部拉薄。需增加润滑油（如使用专用拉深油）或在模具表面抛光（Ra≤0.4μm）；（4）材料性能不符：板料延伸率不足（如Q235替换为DC06深冲钢）。需更换高塑性材料（如ST16或B170P1）；（5）模具间隙不均：间隙过小会导致材料受挤压变薄。需重新调整凸凹模间隙（覆盖件拉深模间隙一般为1.1-1.2t），并检查导向系统（导柱导套是否磨损）。2.某精密齿轮注塑模生产的制件出现“缩水”（表面凹陷）缺陷，从模具设计和工艺角度提出改进方案。答：改进方案需从模具和工艺两方面入手：（1）模具设计：①优化浇口位置：将浇口移至齿轮厚壁处（如轮辐中心），缩短熔体流动距离，增加补缩压力传递；②增设冷料井：避免冷料进入型腔，影响补缩效果；③调整冷却系统：在缩水区域（如轮齿根部）增加冷却水道（采用铍铜镶件局部加强冷却），降低该处模温（控制在6