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    模具知识大全

    作者:admin  来源:www.jmjsmj.com   更新时间:2016-11-29  阅读数:151

    模具,工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之,模具是用来成型物品的工具,这种工具由各种零件构成,不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。素有“工业之母”的称号。
    在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造,以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。模具具有特定的轮廓或内腔形状,应用具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离(冲裁)。应用内腔形状可使坯料获得相应的立体形状。
    模具一般包括动模和定模(或凸模和凹模)两个部分,二者可分可合。分开时取出制件,合拢时使坯料注入模具型腔成形。模具是精密工具,形状复杂,承受坯料的胀力,对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有较高要求,模具生产的发展水平是机械制造水平的重要标志之一。
    模具种类很多,根据加工对象和加工工艺可分为:①加工金属的模具。②加工非金属和粉末冶金的模具。包括塑料模(如双色模具、压塑模和挤塑模等) 、橡胶模和粉末冶金模等。根据结构特点,模具又可分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。模具一般为单件,小批生产。
     
    模具构成
    模具除其本身外,还需要模座、模架、模芯导致制件顶出装置等,这些部件一般都制成通用型。 模具企业需要做大做精,要根据市场需求,及技术、资金、设备等条件,确定产品定位和市场定位,这些做法尤其值得小型模具企业学习和借鉴,集中力量逐步形成自己的技术优势和产品优势。所以,我国模具企业必须积极努力借鉴国外这些先进企业的经验,以便其未来更好的发展。
     
    模具分类
    按所成型的材料的不同,模具可分为五金模具、塑胶模具、以及其特殊模具。
    五金模具又分为:包括冲压模( 如冲裁模具、弯曲模具、拉深模具、翻孔模具、缩孔模具、起伏模具、胀形模具、整形模具等)、锻模(如模锻模、镦锻模等)、挤压模具、挤出模具、压铸模具、锻造模具等;
    非金属模具也分为:塑料模具和无机非金属模具。而按照模具本身材料的不同,模具可分为:砂型模具,金属模具,真空模具,石蜡模具等等。其中,随着高分子塑料的快速发展,塑料模具与人们的生活密切相关。塑料模具一般可分为:注射成型模具,挤塑成型模具,气辅成型模具等等。
     
    模具材料
    模具材料最重要的因素是热强度和热稳定性,常用料模具材料:工作温度成形材料 模具材料。
     <300℃锌合金Cr12、Cr12MoV、S-136、SLD、NAK80、GCr15、T8、T10。
    300~500℃铝合金、铜合金5CrMnMo、3Cr2W8、9CrSi、W18Cr4V、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2、M2。
    500~800℃ 铝合金、铜合金、钢钛 GH130、GH33、GH37。
    800~1000℃ 钛合金、钢、不锈钢、镍合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、ЖC-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA。
    >1000℃ 镍合金 铜基合金模具、硬质合金模具。
     
    双射模具基本原理:
    双射成型主要以双射成型机两只料管配合两套模具按先后次序经两次成型制成双射产品.
    工作步骤:1.A原料经A料管射入1次成型模制成单射产品A.
    2.经周期开模,产品A留于公模,成型机动模板旋转至B合模.
    3.B原料经B料管射入2次成型模制成双射成品,开模顶出.
    设计要点
    一.设计前检讨事项
    工作步骤
    1.模具材质
    2.成型品
    3.成型机选择
    4.模座基本构造
    二.模具设计重要项目
    1.多色射出组合方式
    2.浇道系统
    (1)射出压力较低
    (2)快速充填完成,可提升产量
    (3)可均匀射出,产品质量较好
    (4)减少废料,缩短射出时间
    3.成型设备:
    (1)各射出料缸的射出量,决定那一色用那一支料缸.
    (2)打击棒的位置及打击行程.
    (3).旋转盘上水路,油路,及电路的配置问题.
    (4).旋转盘的承载重量.
    4.模座设计:模仁配置设计
    首先考虑到模具公模侧必需旋转180度,模仁设置必需交叉对称排列,否则无法合模成型.
    (1).导柱:具有导引公模与母模的功能.在多色模中必需保持同心度.
    (2).回位销:由于模具必需旋转的动作,所以必需将顶出板固定,在回位销上加弹簧使顶出板保持稳定.
    (3).定位块:确保两模座固定于大固板时不因螺丝的间隙问题而造成偏移.
    (4).调整块(耐磨块):主要用于合模时模具高度z坐标值误差时可以做调整.
    (5).顶出机构:顶出方式的设计与一般模具相同.
    (6).冷却回路设计:模具一与模具二的冷却回路设计尽量相同.
     
    制作检验
    模具的原材料的控制从下列几方面进行:
    1、宏观检验
    化学成分对保证钢材的性能是决定性的,但成分合格,不能全面来说明钢材性能,由于钢材内部组织和成分的不均匀性,宏观检验在很大程度上补充了这方面的不足。
    宏观检测可以观察钢的结晶情况,钢的连续性的破坏和某些成分的不均匀性。
    标准《结构钢的低倍组织缺陷评级图》GB1979
    宏观常见8种缺陷:偏析、疏松、夹杂、缩孔、气泡、白点、裂缝、折叠。
    2.1、退火组织的评定
    退火的目的,降低钢的硬度,便于机加工,同时也为后续的热处理作组织准备。
    碳素工具钢退火组织按GB1298第一级别评级图评定。
    2.2、碳化物不均匀性
    Cr12型莱氏体钢,组织中含有大量的共晶碳化物,碳化物不均匀性对使用性能产生非常重要的影响,所以对其碳化物的分布必须有严格的控制。
    总而言之,由于模具生产厂和车间的生产对象比较繁琐,并且多少又是单件、小批量,从而为模具生产定额的制定和管理带来一定的难度,再加上各厂和车间的生产方式、设备、技术素质又不太一样,所以在制定定额时,必须要根据本厂和车间的实际情况,找出适当的方法制定出既先进又合理的工时定额,以提高劳动生产率的目的。
     
    模具生产流程
    模具就是一个模型,按照这个模型做出产品来,但是模具是怎样生产出来的呢,可能除了模具专业人士大多数回答不出来.模具已经在我们生活当中起了不可替代的作用,我们的生活用品大部分离不开模具,如,电脑,电话机,传真机,键盘,杯子等等这些塑胶制品就不用说了,另外像汽车和摩托发动机的外罩也是用模具做出来的,光一个汽车各种各样的模具就要用到2万多个.所以说现代生活模具的作用不可替代.只要批量生产就离不开模具。
    那么模具是怎样做成的呢?
    下面对现代模具生产流程做一个简单的介绍。
    1)ESI(EarlierSupplier Evolvement 供应商早期参与):此阶段主要是客户与供应商之间进行的关于产品设计和模具开发等方面的技术探讨,主要的目的是为了让供应商清楚地领会到产品设计者的设计意图及精度要求,同时也让产品设计者更好地明白模具生产的能力,产品的工艺性能,从而做出更合理的设计。
    2)报价(Quotation):包括模具的价格、模具的寿命、周转流程、机器要求吨数以及模具的交货期。(更详细的报价应该包括产品尺寸重量、模具尺寸重量等信息。)
    3)订单(Purchase Order):客户订单、订金的发出以及供应商订单的接受。
    4)模具生产计划及排工安排(Production Planning and Schedule Arrangement):此阶段需要针对模具的交货的具体日期向客户作出回复。
    5)模具设计(Design):可能使用的设计软件有Pro/Engineer、UG、Solidworks、AutoCAD、CATIA等
    6)采购材料
    7)模具加工(Machining):所涉及的工序大致有车、锣(铣)、热处理、磨、电脑锣(CNC)、电火花(EDM)、线切割(WEDM)、坐标磨(JIG GRINGING)、激光刻字、抛光等。
    8)模具装配(Assembly)
    9)模具试模(Trial Run)
    10)样板评估报告(SER)
    11)样板评估报告批核(SER Approval)
     
     
    模具设计原理
    因为不同的成型模具已应用很多领域,加之专业模具的制造技术在这些年也有了一定的变化发展,因此在这部分,总结了真空吸塑成型模具的一般设计规则。
    真空吸塑成型模具的设计包括了批量大小、成型设备、精度条件、几何形状设计、尺寸稳定性及表面质量等内容。
    1、批量的大小实验用,模具产量小时,可采用木材或树脂进行制造。但是,如果实验用模具是为了获得制品有关收缩、尺寸稳定性及循环时间等的数据时,应该使用单型腔模具来实验,且能保证其能在生产条件下运用。模具一般用石膏、铜、铝或铝-钢合金制造,很少用到铝-树脂。
    2、几何形状设计,设计时,经常要综合考虑尺寸稳定性及表面质量。例如,制品设计和尺寸稳定性要求采用阴模(凹模),但是表面要求光泽度较高的制品却要求使用阳模(凸模),这样一来,塑件订购方会综合考虑到这两点,以使制品能在最佳条件下进行生产。经验证明,不符合实际加工条件的设计往往是失败的。
    3 、尺寸稳定,在成型过程中,塑件与模具接触的面要比离开模具部分的尺寸稳定性更好。如果日后由于材料刚度的需要要求改变材料厚度,可能导致要将阳模转换为阴模。塑件的尺寸公差不能低于收缩率的10%。
    4 、塑件表面,就成型材料能够包住的范围而言,塑件可见面的表面结构应在与模具接触处成型。如果可能的话,塑件的光洁面不要与模具表面接触。就像采用阴模制造浴盆和洗衣盆的情况。
    5、修饰,如果使用机械式水平锯锯掉塑件的夹持边,在高度方向上,至少要有6~8mm的余量。其他的修整工作,如磨削、激光切削或射流,也必须留有余量。刀口模切割线间的间隙最小,冲孔模修整时的分布宽度也很小,这些都是要注意的。
    6 、收缩和变形,塑料易收缩(如PE) ,有些塑件易变形,无论如何预防,塑件在冷却阶段都会发生变形。在这种条件下,就要改变成型模具的外形来适应塑件的几何偏差。例如:尽管塑件壁保持平直,但其基准中心已偏离10mm ;可以抬高模具底座,以调整这种变形的收缩量。
    7、收缩量,在制造吸塑成型模具时一定要考虑到下列的收缩因素。① 成型制品收缩。如果不能清楚地知道塑料的收缩率,则必须取样或用相似形状的模具通过试验来得到。注意:通过这种方法只能得到收缩率,不能得到变形尺寸。② 中间介质的不利影响造成的收缩,如陶瓷、硅橡胶等。③ 模具所用材料的收缩,如铸造铝时的收缩。
     
    模具设计
    按国家职业定义,模具设计是:从事企业模具的数字化设计,包括型腔模与冷冲模,在传统模具设计的基础上,充分应用数字化设计工具,提高模具设计质量,缩短模具设计周期的人员。
    冲压模具整体构造可分成二大部分:(1).共通部分(2).依制品而变动的部分。共通部分可加以标准化或规格化,依制品而变动的部分是难以规格化。
    规格
    1.模板之构成
    冲压模具之构成将依模具种类及构成及相异,有顺配置型构造与逆配置型构造二大类。前者是最常使用的构造,后者构造主要用于引伸成形模具或配合特殊模具。
    2. 模具之规格
    (1).模具尺寸与锁紧螺丝
    模板之尺寸应大于工作区域,并选择标准模板尺寸。模板锁紧螺丝之位置配置与模具种类及模板尺寸有关。其中单工程模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角,最标准形式工作区域可广大使用。长形之模具及连续模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角及中间位置。
    (2).模板之厚度
    模板之厚度选择与模具之构造、冲压加工种类、冲压加工加工力、冲压加工精度等有绝对关系。依据理论计算决定模具之厚度是困难的,一般上系由经验求得,设计使用的模板厚度种类宜尽量少,配合模具高度及夹紧高度加以标准化以便利采购及库存管理。
     
    模板设计
    连续模具之主要模板有冲头固定板、压料板、凹模板等等,其构造设计依冲压制品之精度、生产数量、模具之加工设备与加工方法、模具之维护保养方式等有下列三种形式:(1)整块式,(2)轭式,(3)镶入式。
    1.整块式
    整块式模板亦称为一体构造型,其加工形状必须是封闭的。整块式模板主要用于简单结构或精度不高的模具,其加工方式以切削加工为主(不需热处理),采用热处理之模板必须再施行线切割加工或放电加工及研磨加工。模板尺寸长(连续模具)之场合将采用两块或多块一体型并用之。
    2.轭式
    轭式模板之中央部加工成凹沟状以组装块状品。其构造依应用要求,凹沟部可以其他模板构成之。此轭式模板构造之优点有:沟部加工容易,沟部宽度可调整之,加工精度良好等。但刚性低是其缺点。
    轭式模板之设计注意事项如下:
    (1).轭板构部与块状部品之嵌合采中间配合或轻配合方式,如采强压配合将使轭板发生变化。
    (2).轭板兼俱块状部品之保持功能,为承受块状部品之侧压及面压,必须具有足够的刚性。还有为使轭板沟部与块状部品得到密着组合,其沟部角隅作成逃隙加工,如轭板沟部角隅不能作成逃隙加工,则块状部品须作成逃隙加工。
    (3).块状部品之分割应同时考虑其内部之形状,基准面必须明确化。为使冲压加工时不产生变形,亦要注意各个块状部品之形状。
    (4).轭板组入许多件块状部品时,由于各块状部品之加工累积误差使得节距产生变动,解决对策是中间块状部品设计成可调整方式。
    (5).块状部品采并排组合之模具构造,由于冲切加工时块状部品将承受侧压使各块状部品间产生间隙或造成块状部品之倾斜。此现象是冲压尺寸不良、冲屑阻塞等冲压不良之重要原因,因此必须有充分的对策。
    (6).轭板内块状部品之固定方法,依其大小及形状有下列五种:A.以锁紧螺丝固定,B.以键固定,C.以揳形键固定,D.以肩部固定,E.以上压件(如导料板)压紧固定。
    3.镶入式
    模板中加工圆形或方形之凹部,将块状部品镶合嵌入于模板中,此种模板称为镶入式构造,此构造之加工累积公差少、刚性高,分解及组立时之精度再现性良好。由于具有容易机械加工、加工精度由工作机械决定、最后调整之工程少等优点,镶入式模板构造已成为精密冲压模具之主流,但其缺点是需要高精度的孔穴加工机。
    连续冲压模具采用此模板构造时,为使模板具有高刚性要求,乃设计空站。镶入式模板构造之注意事项如下所述:
    (1).嵌入孔穴之加工:模板之嵌入孔穴加工使用立式铣床(或治具铣床)、综合加工机、治具镗床、治具磨床、线割放电加工机等。嵌入孔穴之加工基准,使用线割放电加工机时,为提高其加工精度乃进行二次或以上之线割加工。
    (2).嵌入件之固定方法:嵌入件固定方法之决定因素有不变动其加工的精度、组立及分解之容易性、调整之可能性等。嵌入件之固定方法有下列四种:A.以螺丝固定,B.以肩部固定,C.以趾块固定,D.其上部以板件压紧。凹模板之嵌入件固定方法亦有采用压入配合,此时应避免因加工热膨胀而产生的松弛结果,使用圆形模套嵌入件加工不规则孔穴时应设计回转防止方法。
    (3).嵌入件组立及分解之考量:嵌入件及其孔穴加工精度要求高以进行组立作业。为得到即使有稍微的尺寸误差亦能于组立时加以调整,宜事先考虑解决对策,嵌入件加工之具体考虑事项有下列五项:A.设有压入导入部,B.以隔片调整嵌入件之压入状态及正确位置,C嵌入件底面设有压出用孔穴,D.以螺丝锁紧时宜采用同一尺寸之螺丝,以利锁固及松开,E.为防止组立方向之失误,应设计防呆倒角加工。
     
    设计 
    1.单元
    模具对准单元亦称为模具刃件之对合引导装置。为确实保持上模与下模之对准及缩短其准备时间,依制品精度及生产数量等条件要求,模具对准单元主要有下列五种:
    (1).无导引型:模具安装于冲床时直接进行其刃件之对合作业,不使用引导装置。
    (2).外导引型:此种装置是最标准的构造,导引装置装设于上模座及下模座,不通过各模板,一般称为模座型。
    (3).外导引与内导引并用型(一):此种装置是连续模具最常使用之构造,冲头固定板及压料板间装设内导引装置。冲头与凹模之对合利用固定销及外导引装置。内导引装置之另一作用是防止压料板倾斜及保护细小冲头。
    (4).外导引与内导引并用型(二):此种装置是高精密度高速连续模具之使用构造,内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及凹模固定板等等。内导引装置本身亦有模具刃件对合及保护细小冲头作用。外导引装置之主要作用是模具分解及安装于冲床时能得到滑顺目的。
    (5).内导引型:此构造不使用外导引装置,内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及凹模固定板等等,正确地保持各块板之位置关系性以保护冲头。
    2. 导柱及导套单元
    模具之导引方式及配件有导柱及导套单元之种类有两种:(A).外导引型(模座型或称主导引),(B).内导引型(或称辅助引)。另行配合精密模具之要求,使用外导引与内导引并用型之需求性高。
    (1).外导引型:一般上使用于不要求高精密度之模具,大多与模座构成一单元贩卖之,主要作用是模具安装于冲床时之刃件对合,几乎没有冲压加工中之动态精度保持效果。
    (2).内导引型:由于模具加工机之进展,急速普及。主要作用除了模具安装于冲床时之刃件对合外,亦有冲压加工中之动态精度保持效果。
    (3).外导引与内导引并用型:一副模具同时使用外导引与内导引装置。
    3. 冲头与凹模单元 (圆形)
    (1).冲头单元:圆形冲头单元依其形状(肩部型及平直型)、长度、维修之方便性,使用冲头单元宜与压料板导套单元配合。
    (2).凹模单元:圆形凹模单元亦称为凹模导套单元,其形式有整块式及分开式,依生产数量、使用寿命及制品或冲屑之处理性,凹模单元之组合系列有:(A).使用模板直接加工凹模形状,(B).具有二段斜角之逃隙部,(C).是否要使用背板,(D).不规则凹模形状必须有回转防止设计。
    4.压料螺栓与弹簧单元
    (1)、压料螺栓单元:压料板螺栓之种类有:(A).外螺丝型,(B).套筒型,(C).内螺丝型。为保持压料板于指定位置平行状态,压料螺栓之停止方法(肩部接触部位):(A).模座凹穴承受面,(B).冲头固定板顶面,(C).冲头背板顶面。
    (2)、压料弹簧单元:可动式压料板压料弹簧单元可大致分为:(A).单独使用型,(B).与压料螺栓并用型
    选择压料弹簧单元时最好考虑下列要点再决定之:
    (A)、确保弹簧之自由长度及必要的压缩量 (压缩量大之弹簧宜置于压料板凹穴)。
    (B)、初期的弹簧压缩量 (预压缩量) 或荷重之调整有无必要。
    (C)、考量模具组立或维护保养之容易性。
    (D)、考量与冲头或压料螺栓长度之关系。
    (E)、考量安全性 (防止弹簧断裂时之飞出)。
    5. 导引销单元 (料条送料方向之定位)
    (1)、导引销单元:导引销之主要作用是连续冲压加工时得到正确的送料节距。冲压模具用导引单元有间接型 (导引销单独使用) 及直接型 (导引销装设于冲头内部) 两种形式。
    (2)、导引销之组装方式与冲孔冲头有相同 (装设于冲头固定板)。利用弹簧将其受制于冲头固定板。
    (3)、导引销另外装设于压料板之形式,由于要求导引销突出于压料板之量达到一定及防止模具上升时之容易带上被加工材料,压料板之刚性及导引形式有必要注意之。
    (4)、导引销单元有直接型,其装设于冲头内,主要用于外形冲切 (下料加工) 或引伸工程之切边加工,其位置定位系利用制品之孔及引伸部内径。
    6. 导料单元
    (1)、外形冲切 (下料加工) 或连续冲压加工时,为使被加工材料之宽度方向受到导引及得到正确的送料节距,乃使用导料单元。
    (2)、料条宽度方向之导引装置,导引方式有:(A).固定板导引销型,(B).可动导引销型,(C).板隧道导引型 (单块板),(D).板导引型 (两块构成),(E).升料销导引型 (有可动式、固定式及两者并用之。
    (3)、起始停止之导引装置,其形式有:(1).滑块式,(2).可动销式等两种,主要作用是材料置于模具之最初起始位置定位。
    (4)、送料停止装置,可正确地决定出送料节距,主要用于人手送料之场合,其形式有:(A).固定式停止销,(B).可动式停止销,(C).边切停止方式,(D).挂钩停止机构,(E).自动停止机构。
    (5)、侧推式导料机构,冲压加工时材料被压向一方,可防止材料因料条宽度与导料件宽度差所产生的蛇行现象。
    (6)、胚料位置定位导料机构,其形式有:(A).固定销导料型 (利用胚料之外形),(B).固定销导料型 (利用胚料之孔穴),(C).导料板 (大件部品用),(D).导料板 (一体形),(E).导料板 (分割形)。
    7. 升料与顶料单元
    (1)、升料销单元:其主要作用是进行连续冲压加工时将料条升至凹模上 (位置高度称为送料高度,并达到顺利送料目的,其形式有:(A).升料销型 (圆形,纯粹升料用),是最普通的升料销单元。(B).升料销型 (圆形,设有导料销用孔),升料销设有导料销用孔可防止材料承受导引销之变形及使导引销确实发生作用。(C).升料及导料销型,兼俱导料功能,连续模具之导料最常使用此形式升料销型。(D).升料销型 (方形) 如有需求设有空气吹孔。(E).升料及导料销型 (方形)。
    (2)、顶料单元:自动冲压加工时必须防止冲切制品或冲屑之跳于凹模表面以避免模具损坏及不良冲压件之产生。
    (3)、顶出单元:顶出单元之主要作用是每次冲压加工时将制品或废料自凹模内顶出。顶出单元之装设场所有二:(A)、逆配置型模具时装设于上模部份,(B).顺配置型模具时装设于下模部份。
    8.固定销单元
    固定销单元之形状及其尺寸依标准规格需要而设计,使用时之注意事项有:(A).固定销孔宜为贯穿孔,不能的场合,考虑容易使用螺丝卸除之设计方法。(B).固定销长度适度最好,不可大于必要的长度。(C).固定销孔宜有必要的逃离部。(D).置于上模部份之场合,应设计防止落下之机构以防止其掉落。(E).采用一方压入配合一方滑动配合之场合,滑动侧之固定销孔稍微大于固定销。(F).固定销之数量以两只为原则,尽量选择相同之尺寸。
    9.压料板单元
    压料板单元之特别重要点是压料面与凹模面有正确的平行度及缓冲压力要求平衡。
    10. 误送检测单元
    以连续模具冲压加工时,模具必须设计失误检出单元以检出送料节距之变化量是否超过其基准而停止冲床之运转。失误检出单元是装设于模具内部,依其检出方法有下列两种装设形式:(A).上模内装设检出销之形式,当其偏离料条孔穴时,将与料条相接触而检知。(B).下模内装设检出销之形式,当料条之一部与检出销接触而检知。
    11. 废料切断单元
    连续冲压加工时料条 (废料) 将陆续离开模具内,其处理方式有两种:(A).利用卷料机卷取之,(B).利用模具切断装置将其细化。又后者之方式有两种:(A).利用专用废料切断机 (设置于冲压机械外部),(B).装设于连续模具最后工程之切断单元。
    12. 高度停止块单元
    高度停止块单元之主要作用是正确地决定上模之下死点位置,其形式有下列两种:(A).冲压加工时亦经常接触之方式,(B).组装时才接触,冲压加工时不接触之方式。还有,当模搬运、保管时,为防止上模与下模之接触,最好于上模与下模之间置入隔块。当精度要求无必要时,其使用标准可采用螺丝调整型。
     
    主要元件
    1. 标准部品及规格
    模具用标准规格之选择方法最好考量下列事项:(A).使用的规格内容不受限制时,最好采用最高层者。(B).原则上采用标准数。(C).模具标准部品无此尺寸时,采用最接近者再进行加工。
    2.冲头之设计
    冲头依其功能可大致分为三大部份:(A).加工材料之刃部先端 (切刃部,其形状有不规则形、方形、圆形等)。(B).与冲头固定板接触部 (固定部或柄部,其断面形状有不规则形、方形、圆形等)。(C).刃部与柄部之连结部份 (中间部)。
    冲头各部份之设计基准分别从 (A).切刃部长度,(B).切刃部之研磨方向,(C).冲头之固定法及柄部之形状等方面简述之。
    3. 冲头固定板之设计
    冲头固定板之厚度与模具及荷重之大小有关系性,一般上为冲头长度之30~40%,还有冲头引导部长度宜高于冲头直径之1.5倍
    4. 导引销 (冲头) 之设计
    导引销 (冲头) 之引导部直径与材料导引孔之间隙,其尺寸及突出压料板之量依材料之厚度而设计,导引销之先端形状大致分为两种:A.炮弹形,B.圆锥形 (推拔形)。
    (1).炮弹形是最普通之形式,市面上亦有标准部品。
    (2).圆锥形有一定的角度,很适合用于小件之高速冲压,推拔角度之决定因素有冲压行程、被加工件之材质、导引孔之大小,加工速度等。推拔角度大时较容易修正被加工材料之位置,但推拔部之长度将变长。推拔部与圆筒部连接处宜滑顺之。
    5.凹模之设计
    (1).冲切凹模之设计
    冲切凹模之形状设计应考量之要项有:A.模具寿命及逃角之形状,B.凹模之剪角,C.凹模之分割。
    (A).模具寿命及逃角之形状:此设计是非常重要的事项,如设计不正确将会造成冲头之破损、冲屑之堵塞或浮上、毛边之发生等冲压加工不良现象。
    (B).凹模之剪角:外形冲切时为减低其冲切力,凹模可采剪角设计,剪角大时冲切力之减低亦大,但易造成制品之反曲及变形。
    (C).凹模之分割:凹模必须施以成形研磨等精加工,由于其是凹形状,研磨工具不易进入,故必须加以分割。
    (2).弯曲凹模之设计
    弯曲加工用凹模之设计,为防止回弹及过度弯曲等现象之发生,U形弯曲加工用凹模之部形状为双R与直线部 (斜度为30度) 之组合,最好近似R形状。R部形状经成形研磨或NC放电加工后应施以抛光处理。
    (3).引伸凹模之设计
    引伸凹模角隅部形状及逃角形状是非常重要的设计事项,有关角隅部及逃角之形状及特征如下:引伸凹模R角值大时较易引伸加工,但亦产生引伸产品表面产生皱摺现象,引伸制品侧壁厚度大于板厚。引伸厚板件及顶出困难之场合,凹模R值要取小,约为板厚之1-2倍,一般上圆筒及方筒引伸凹模之大多引伸部作成直段状,为防止烧着发生、润滑油油膜之破坏及减少顶出力等目的,直段部下方宜有逃部 (阶段形或推拔形) 设计。特别是引缩加工之场合,此直段部有必要尽量少。
    6. 冲头之侧压对策
    冲压加工时冲头左右承受均等之荷重是最佳理想 (即侧压为零) 状态,冲头承受侧向压力时将使上模与下模产生横方向之偏移,造成模具间隙之部份变大或变小 (间隙不均匀) 及无法得到良好精度的冲压加工。有关冲头之侧压对策有下列方法:(A).改变加工方向,(B).单侧加工 (冲切、弯曲、引伸等) 之制品宜采两排布列方式,(C).冲头或凹模装设侧压挡块,切刃之侧面设有导引部 (尤其是切断及分断加工)。
    7. 背压板之设计
    冲压加工时主要作用件 (冲头、压料板、凹模) 之后方将承受面压,当冲压力高于面压力时宜采用背压板 (特别是冲头及凹模模套之背面)背压板之使用方式有局部使用与全面使用两种形式。
     
    模具设计软件
    现代工业发展很快,基本上都是利用电脑进行设计和加工,其精度能够保证在0.002~0.01。搞模具设计工作有一条无边无际的广阔天地.如果能够用电脑进行辅助设计,则你的对手,无形之中,就落在你的后面了.常用模具设计软件有AUTOCAD Pro/E UG SW CImatron,mishiong 等等。
     
    设计对寿命的影响
    设计是模具生产中的关键步骤、生产的初始环节,把控着模具生产的全过程,因此设计还对模具的使用寿命有着极大的影响,设计主要从以下两个方面影响冲压模具的使用寿命。
    (1)模具的导向机构精度。准确和可靠的导向,对于减少模具工作零件的磨损,避免凸、凹模啃伤影响极大,尤其是无间隙和小间隙冲裁模、复合模和多工位级进模则更为有效。为提高模具寿命,设计时必须根据工序性质和零件精度等要求,正确选择导向形式和确定导向机构的精度。
    (2)模具(凸、凹模)刃口几何参数。凸、凹模的形状、配合间隙和圆角半径不仅对冲压件成形有较大的影响,而且对于模具的磨损及寿命也影响很大。如模具的配合间隙直接影响冲裁件质量和模具寿命。精度要求较高的,设计中就宜选较小的间隙值;反之则可适当加大间隙,以提高模具寿命。
     
    模具制造
    模具设计制作的要求是:尺寸精确、表面光洁;结构合理、生产效率高、易于自动化;制造容易、寿命高、成本低;设计符合工艺需要,经济合理。
    模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素。模具上的易损件应容易更换。对于塑料模和压铸模,还需要考虑合理的浇注系统、熔融塑料或金属流动状态、进入型腔的位置与方向。为了提高生产率、减少流道浇注损失,可采用多型腔模具,在一模具内能同时完成多个相同或不同的制品。在大批量生产中应采用高效率、高精度、高寿命的模具。
    冲压模应采用多工位级进模,可采用硬质合金镶块级进模,以提高寿命。在小批量生产和新产品试制中,应采用结构简单、制造快、成本低的简易模具,如组合冲模、薄板冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌合金模、超塑性合金模等。模具已开始采用计算机辅助设计(CAD),即通过以计算机为中心的一整套系统对模具进行最优化设计。这是模具设计的发展方向。
    模具制造按结构特点,分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。冲裁模利用凸模与凹模的尺寸精确配合,有的甚至是无间隙配合。其他锻模如冷挤压模、压铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型腔模,用于成形立体形状的工件。型腔模在长、宽、高 3个方向都有尺寸要求,形状复杂,制造困难。模具生产一般为单件、小批生产,制造要求严格、精确,多采用精密的加工设备和测量装置。
    平面冲裁模可用电火花加工初成形,再用成形磨削,坐标磨削等方法进一步提高精度。成形磨削可用光学投影曲线磨床,或带有缩仿、修打砂轮机构的平面磨床,也可在精密平面磨床上采用专用成形磨削工具磨削。坐标磨床可用于模具的精密定位,以保证精密孔径和孔距。也可用计算机数控(CNC)连续轨迹坐标磨床磨削任何曲线形状的凸模和凹模。型腔模多用仿形铣床加工、电火花加工和电解加工。将仿形铣加工与数控联合应用和在电火花加工中增加三向平动头装置,都可提高型腔的加工质量。电解加工中增加充气电解可提高生产效率。
     
    模具选材
    模具选材是整个模具制作过程中非常重要的一个环节。
    模具选材需要满足三个原则,模具满足耐磨性、强韧性等工作需求,模具满足工艺要求,同时模具应满足经济适用性。
    条件要求
    1、耐磨性
    坯料在模具型腔中塑性变性时,沿型腔表面既流动又滑动,使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦,从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。
    硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下,模具零件的硬度越高,磨损量越小,耐磨性也越好。另外,耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。
    2.强韧性
    模具的工作条件大多十分恶劣,有些常承受较大的冲击负荷,从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断,模具要具有较高的强度和韧性。
    模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。
    3.疲劳断裂性能
    模具工作过程中,在循环应力的长期作用下,往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。
    模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。
    4.高温性能
    当模具的工作温度较高进,会使硬度和强度下降,导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此,模具材料应具有较高的抗回火稳定性,以保证模具在工作温度下,具有较高的硬度和强度。
    5.耐冷热疲劳性能
    有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态,使型腔表面受拉、压力变应力的作用,引起表面龟裂和剥落,增大摩擦力,阻碍塑性变形,降低了尺寸精度,从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一,帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。
    6.耐蚀性
    有些模具如塑料模在工作时,由于塑料中存在氯、氟等元素,受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体,侵蚀模具型腔表面,加大其表面粗糙度,加剧磨损失效。
     
    模具工艺性能
    模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量,降低生产成本,其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性;还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。
    1.可锻性
    具有较低的热锻变形抗力,塑性好,锻造温度范围宽,锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。
    2.退火工艺性
    球化退火温度范围宽,退火硬度低且波动范围小,球化率高。
    3.切削加工性
    切削用量大,刀具损耗低,加工表面粗糙度低。
    4.氧化、脱碳敏感性
    高温加热时抗氧化怀能好,脱碳速度慢,对加热介质不敏感,产生麻点倾向小。
    5.淬硬性
    淬火后具有均匀而高的表面硬度。
    6.淬透性
    淬火后能获得较深的淬硬层,采用缓和的淬火介质就能淬硬。
    7.淬火变形开裂倾向
    常规淬火体积变化小,形状翘曲、畸变轻微,异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低,对淬火温度及工件形状不敏感。
    8.可磨削性
    砂轮相对损耗小,无烧伤极限磨削用量大,对砂轮质量及冷却条件不敏感,不易发生磨伤及磨削裂纹。
     
    模具使用性能
    1.密度小:塑料密度小,对于减轻机械设备重量和节能具有重要的意义,尤其是对车辆、船舶、飞机、宇宙航天器而言。
    2.比强度和比刚度高:塑料的绝对强度不如金属高,但塑料密度小,所以比强度(σb/ρ)、比刚度(E/ρ)相当高。尤其是以各种高强度的纤维状、片状和粉末状的金属或非金属为填料制成的增强塑料,其比强度和比刚度比金属还高。
    3.化学稳定性好:绝大多数的塑料都有良好的耐酸、碱、盐、水和气体的性能,在一般的条件下,它们不与这些物质发生化学反应。
    4.电绝缘、绝热、绝声性能好。
    5.耐磨和自润滑性好:塑料的摩擦系数小、耐磨性好、有很好的自润滑性,加上比强度高,传动噪声小,它可以在液体介质、半干甚至干摩擦条件下有效地工作。它可以制成轴承、齿轮、凸轮和滑轮等机器零件,非常适用于转速不高、载荷不大的场合。
    6.粘结能力强。
    7.成型和着色性能好。
    经济要求
    在给模具选材是,必须考虑经济性这一原则,尽可能地降低制造成本。因此,在满足使用性能的前提下,首先选用价格较低的,能用碳钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口材料。
    另外,在选材时还应考虑市场的生产和供应情况,所选钢种应尽量少而集中,这样比较易购买。
     
    修模
    据不完全统计,机械加工行业中每年模具的消耗量价值是各种机床总价值的五倍,可想而知,机械、冶金、轻工、电子等行业中模具市场是如此的巨大。又如:在冶金行业,每年仅热轧轧辊消耗量就在三十万吨以上,热轧辊价值占钢材生产成本的5%以上。模具的大量消耗,不仅直接增加生产成本,而且因频繁更换模具而造成大量生产线频繁停产造成更大的经济损失。
    模具的失效事实上均因其表层局部材料磨损等原因而报废,而且模具的加工周期很长、加工费用极高(尤其是精密复杂模具或大型模具制造加工费高达数十万元乃至数百万元)。因此,对模具真正承受磨损作用的特定部位进行表面强化,以大幅度延长、提高工模具的使用寿命,无疑是一种具有重要经济意义的方法。另外,大多数模具只因表面很薄一层材料被磨损后即失效报废,因此,只须对模具及关键金属零部件表面磨损局部区域进行修复,并在修复过程中把模具表面真正实际承受磨损的表面涂上一层高硬度高耐磨金属层,就可“变废为宝”,不仅使模具得到修复,修复后的模具的使用寿命还将较原模具大幅度提高,经济效益巨大(例如:修复一根电厂电机大型轴包括各种准备时间在内用微束冷焊机也仅需数天时间,但可创造上百万元的经济效益)。
    模具修补机是修复模具表面磨损、加工缺陷的高新设备。模具修补机的原理是利用高频电火花放电原理,对工件进行无热堆焊,来修补金属模具的表面缺陷与磨损,主要特点是热影响区域小,模具修复后不会变形、不退火、无应力集中、不出现裂纹,保证了模具的完好性;也可以利用它的强化功能对模具工件进行表面强化处理,实现模具的耐磨性、耐热性、耐蚀性等。
    模具修补机强化模具寿命长,经济效益好。可以应用各种铁基合金(碳钢、合金钢、铸铁)等、镍基合金等各种金属材料模具及工件的表面强化及修复并大幅提高使用寿命。
    应用范围:机械、汽车、轻工、家电、石油、化工、电力等工业装备制造部门及使用部门,航空发动机关键耐磨件、热挤压模具、温挤压膜具、热锻摸、轧钢滚动导卫、轧辊、汽车发动机凸轮轴等零件及模具
     
    维护保养
    1:模具长时间使用后必须磨刃口,研磨后刃口面必须进行退磁,不能带有磁性,否则易发生堵料。模具使用企业要做详细记载、统计其使用、护理(润滑、清洗、防锈)及损坏情况,据此可发现哪些部件、组件已损坏,磨损程度大小,以提供发现和解决问题的信息资料,以及该模具的成型工艺参数、产品所用材料,以缩短模具的试车时间,提高生产效率。应在注塑机、模具正常运转情况下,测试模具各种性能,并将最后成型的塑件尺寸测量出来,通过这些信息可确定模具的现有状态,找出型腔、型芯、冷却系统以及分型面等的损坏所在,根据塑件提供的信息,即可判断模具的损坏状态以及维修措施。
    2:弹簧等弹性零件在使用过程中弹簧最易损坏,通常出现断裂和变形现象。采取的办法就是更换,在更换过程中一定要注意弹簧的规格和型号,弹簧的规格和型号通过颜色、外径和长度三项来确认,只有在三项都相同的情况下才可以更换。弹簧以进口的质量为佳,著名品牌有Raymond模具弹簧等。
    3:模具使用过程中冲头易出现折断、弯曲和啃坏的现象,冲套一般都是啃坏的。冲头和冲套的损坏一般都用相同规格的零件进行更换。冲头的参数主要有工作部分尺寸、安装部分尺寸、长度尺寸等。
    4:紧固零件,检查紧固零件是否松动、损坏现象,采取的办法是找相同规格的零件进行更换。
    5:压料零件如压料板、优力胶等,卸料零件如脱料板、气动顶料等。保养时检查各部位的配件关系及有无损坏,对损坏的部分进行修复,气动顶料检查有无漏气现象,并对具体的情况采取措施。如气管损坏进行更换。要对模具几个重要零部件进行重点跟踪检测:顶出、导向部件的作用是确保模具开合运动及塑件顶出,若其中任何部位因损伤而卡住,将导致停产,故应经常保持模具顶针、导柱的润滑(要选用最适合的润滑剂),并定期检查顶针、导柱等是否发生变形及表面损伤,一经发现,要及时更换;完成一个生产周期之后,要对模具工作表面、运动、导向部件涂覆专业的防锈油,尤应重视对带有齿轮、齿条模具轴承部位和弹簧模具的弹力强度的保护,以确保其始终处于最佳工作状态;随着生产时间持续,冷却道易沉积水垢、锈蚀、淤泥及水藻等,使冷却流道截面变小,冷却通道变窄,大大降低冷却液与模具之间的热交换率,增加企业生产成本,因此对流道的清理应引起重视;对于热流道模具而言,加热及控制系统的保养有利于防止生产故障的发生,故而尤为重要。
     
    模具常见损耗原因
    1)模具主要工作零件的材料的问题,选材不当。材料性能不良,不耐磨;模具钢未经精炼,具有大量的冶炼缺陷;凸凹模,锻坯改锻工艺不完善,遗存有热处理隐患。
    2)模具结构设计问题,冲模结构不合理。细长凸模没有设计加固装置,出料口不畅出现堆集,卸料力过大使凸模承受交变载荷加剧等。
    3)制模工艺不完善,主要表现在凸、凹模锻坯内在质量差,热处理技术及工艺有问题,造成凸、凹模淬不透,有软点及硬度不均。有时产生微裂纹、甚至开裂,研磨抛光不到位,表面粗糙度值过大。
    4)无润滑或有润滑但效果不佳

    阅读来源:广东模具加工 www.jmjsmj.com