模具设计与制造基础知识（PDF83页）.pdf

!第一篇模具设计与制造基础知识第一章模具分类与用途第一节模具及其功能与作用一、模具模具是工业产品生产用的工艺装备，主要应用于制造业和加工业。它是和冲压、锻造、铸造成形机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推（顶）料（件）机构，检测与安全机构等。为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。所以，模具应属于标准化程度较高的产品。一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达!#，其工时节约率可达$%#&%#。二、模具的功能和作用现代产品生产中，模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。现代工业产品的零件，广泛采用冲压、成形锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其它成形加工方法，和成型模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或坯料成形加工成符合产品要求的零件，或成为精加工前的半成品件。如汽车覆盖件，须采用多副模具，(第一章模具分类与用途进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳、洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴、连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品坯件的。高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成型模具，可成形加工几十万件，甚至几千万件产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（!型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。适用于多品种、少批量，或产品试制的模具有：组合冲模，快换冲模，叠层冲模或成型模具，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。电子、计算机、现代通信器材与设备、电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零、部件越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽、缝、孔尺寸要求在#$%以下，批量生产用模具要求很高。如高压开关中的多触点零件，宽度仅为&%，却需冲孔、冲槽、弯曲、三层叠压等工序，模具需设计为 工位的精密级进冲模。又如()机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。大型模具，重量在&*以上的已很常见，有些模具重量已达$*。如大型汽车覆盖件冲模，大型曲轴锻模，大尺寸电视机外壳用塑料注射模等重量都在&*以上。随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强。已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。另外，采用模具进行成形加工，是少、无切屑的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达+,或以上。第二节模具分类及用途模具的用途广泛，模具的种类繁多，科学地进行模具分类，对有计划地发展模具工业，系统地研究、开发模具生产技术，促进模具设计、制造技术的现代化，充分发挥模具的功能和作用；对研究、制订模具技术标准，提高模具标准化水平和专业化协作生产水平，提高模具生产效率，缩短模具的制造周期，都具有十分重要的意义。一、模具分类总体上说模具可分为三大类：金属板材成型模具，如冲模等；金属体积成型模具，如-第一篇模具设计与制造基础知识锻（镦、挤压）模，压铸模等；非金属材料制品用成型模具，如塑料注射模和压缩模，橡胶制品、玻璃制品、陶瓷制品用成型模具等。模具的具体分类方法很多，常用的有：按模具结构形式可分为冲模中的单工序模，复合模，级进模等。塑料成型模具中的压缩模，注射模，挤出模等，按模具使用对象可分为电工模具，汽车模具，电视机模具等。按模具材料可分为硬质合金模具和钢模等。按工艺性质可分为冲孔模，落料模，拉深模，弯曲模，塑料成型模具中的吸塑模，吹塑模等。这些分类方法具有直观、方便等优点，但不尽合理，易将模具类别与品种混用，使种类繁多无序。因此，采用综合归纳法，将模具分为十大类，各大类模具又可根据其使用对象、材料、功能和模具制造方法，以及工艺性质等，再分成若干小类和品种较为合理，详见表!。表!模具种类和用途模具类别模具小类和品种使用对象和成形工艺性质模具类别模具小类和品种使用对象和!成形工艺性质金属板材成型模具冲模冲裁模：少、无废料冲模，整修模，光洁冲模，深孔冲模，精冲模等单工序模：冲孔模，落料模，弯曲模，拉深模，成型模等复合冲模级进冲模（含传递模）汽车覆盖件冲模硅钢片冲模硬质合金冲模微型冲件用精密冲模使用金属（黑色和有 色 金 属）板材，通过冲裁模和精冲模，或根据零件不同的生产批量、冲件精度，采用单工序模、复合模或级进模，等相应的 工 艺 方 法。成形加工为合格的冲件非金属材料制品成形模具塑料成型模具塑料注射模：立式、卧式、角式注射机用模具，无浇道模具，电视机壳、录音机壳、洗衣机桶、汽车保险杠、录像（音）机盒注射模等压缩模（含压胶模）挤塑模（含传递模）挤出模：导型材、管件、薄膜挤出模发泡模（含低发泡模）吹（吸）塑模具塑封模滚塑模等使用热固性和热塑性的塑料，通过注射、压缩、挤塑、挤出、发泡、吹塑和吸塑等成形加工为合格塑件的 塑件也具有板材和体积成形两种成形工艺非金属材料制品成形模具金属体积成型模具玻璃制品成形模具注压成形模吹吹法成型瓶罐模压吹法成型瓶罐模玻璃器皿模具等用于玻璃瓶、罐、盒、桶，以及工业产品零件的成形加工橡胶制品成型模具压胶模，挤胶模，注射模，橡胶轮胎模（整体和活络模），“#”形密封圈橡胶模等汽车轮胎、“#”形密封圈及其它杂件，与硫化机配套，成形加工为合格的橡胶零件陶瓷模具压缩模；注射模等建筑用的陶瓷构件，陶瓷器皿，及工业生产用陶瓷零件的成形加工压铸模热压室压铸机用压铸模冷压室压铸机用压铸模铝合金压铸模铜合金压铸模锌合金压铸摸黑色金属压铸模等金属零件产品如汽车、摩托汽油机缸体，变速箱体等有色金属 零 件（锌、铝、铜），通过注入模具型腔的液态金属，加压成形锻造成型模具压力机用锻模摩擦压力机用锻模平锻机用锻模辊锻机用锻模高速锤机用锻模开（闭）式锻模校正模，压印模，切边模，冲孔模、精锻模、多向锻模，胎模，闭塞锻模等冷镦模挤压模拉丝模等采用有色、黑色金属的块料或棒材，丝材，经锻、镦、挤、拉等工艺成形加工成合格零件，毛坯和丝材$第一章模具分类与用途!模具类别模具小类和品种使用对象和成形工艺性质模具类别模具小类和品种使用对象和!成形工艺性质金属体积成型模具粉末冶金成型模具成型压模：实体单向、双向手动压模，手动实体浮动压模，机动大截面实体浮动压模，机动极掌单向压模，套类单向、双向、浮动压模整形模：分手动和机动模，径向模，带外台阶套类全整形模，带球面件模无台阶实体件自动整形模，轴套拉杆式半自动整形模，轴套通过式自动整形模，轴套全整形自动模，带外台阶与外球面轴套自动全整形模等主要用于铜基、铁基粉末制品的压制成形。包括机械零件，电器元件（如触头等），磁性零 件、工 具 材料，易热零件，核燃料制件的粉末压制成形金属体积成型模具铸造金属型模易熔型芯用金属型模低压铸造用金属型模金属浇注用金属型模等液态金属或石蜡等易熔材料，经注入模具型腔成形为金属零件毛坯、铸造用型芯，工艺品等通用模具与经济模具组合冲模，薄板冲模，叠层模具，快换冲模环氧树脂模、低熔点合金模等适用于产品试制，多品种、少批量生产二、模具的应用由表!可见，每一类、每一种模具都有其特定的用途和使用方法及与其相配套的成形加工机床和设备。模具的功能和应用与模具类别、品种有着密切的关系。因为，模具和产品零件的形状、尺寸大小、精度、材料、材料形式、表面状态、质量和生产批量等，都需相符合，要满足零件要求的技术条件，即每一个产品零件相对应的生产用模具，只能是一副或一套特定的模具。为适应模具不同的功能和用途，都需进行创造性设计，造成模具结构形式多变，从而产生了模具类别和品种繁多，并具有单件生产的特征。尽管如此，由于模具生产技术的现代化，在现代工业生产中，模具已广泛用于电动机与电器产品，电子与计算机产品，仪表、家用电器产品与办公设备，汽车，军械，通用机械等产品的生产中。其主要原因是由于模具有一系列特点；!#模具的适应性强针对产品零件的生产规模和生产形式，可采用不同结构和档次的模具与之相适应。如为适应产品零件的大批量生产，可采用高效率、高精度和高寿命的、自动化程度高的模具；为适应产品试制或多品种、小批量的产品零件生产，可采用通用模具，如组合冲模，快换模具（可用于柔性生产线），以及各种经济模具。根据不同产品零件的结构、性质、精度和批量，以及零件材料和材料性质、供货形式，可采用不同类别和种类的模具与之相适应。如锻件则需采用锻模，冲件则需采用冲模，$第一篇模具设计与制造基础知识塑件则需采用塑料成型模具，薄壳塑件则需采用吸塑或吹塑模具等。!制件的互换性好即在模具一定使用寿命范围内，合格制件（冲件、塑件、锻件等）的相似性好，可完全互换。常用模具寿命参见表#$#$!。表#$#$!常用模具寿命模具各类和名称模具参考寿命%万件说明冲模一般钢冲模#&(&平均寿命电机定转子硬质合金冲模)&*&+形电硬质合金冲模,&#&塑料注射模钢塑料注射模合金钢塑料注射模)&,&#&以上中碳钢制模具采用优质模具钢铸模中小型铝合金件用压铸模#&!&中大型铝合金件用压铸模-.锻模齿轮精锻模#-一般锤锻模#!(生产效率高、低耗采用模具成形加工，产品零件的生产效率高。高速冲压可达#*&次%/01，由于模具寿命和产品产量等因素限制，常用冲模也在!&,&次%/01 范围内。塑件注射循环时间可缩短在#!/01 内成形，若采用热流道模具，进行连续注射成形，生产效率则更高，可满足塑件大批量生产的要求。采用高效滚锻工艺和滚锻模，进行连杆锻件连续滚锻成形。采用塑料异型材挤出模，进行建筑用门窗异型材挤出成形，其挤出成型速度可达)/%/01。可见，采用模具进行成形加工与机械加工相比，不仅生产效率高，而且生产消耗低，可大幅度节约原材料和人力资源，是进行产品生产的一种优质、高效、低耗的生产技术。)社会效益高模具是高技术含量的社会产品，其价值和价格主要取决于模具材料、加工、外购件的劳动与消耗三项直接发生的费用和模具设计与试模（验）等技术费用。后者，是模具价值和市场价格的主要组成部分，其中一部分技术价值计入了市场价格，而更大一部分价值，则是模具用户和产品用户受惠变为社会效益。如电视机用模具，其模具费用仅为电视机产品价格的#%(&#%-&，尽管模具的一次投资较大，但在大批量生产的每台电视机的成本中仅占极小部分，甚至可以忽略不计，而实际上，很高的模具价值为社会所拥有，变成了社会财富。模具是现代工业生产中广泛应用的优质、高效、低耗、适应性很强的生产技术，或称成型工具、成型工装产品。模具是技术含量高、附加值高、使用广泛的新技术产品，是价值很高的社会财富。.第一章模具分类与用途第二章模具的构造与组成模具的结构及其组合形式，与成形加工对象即产品零件或制件的结构与结构要素相关，与制件材料及材料形式相关，与成形工艺条件（压力、温度、时间等）及加工方式相关。第一节模具设计的基本条件制件的材料、规格、性能和成形机床，设备的种类、性能和规格是模具设计的两个基本条件。!制件与制件材料模具成形加工的对象是产品零件或工业产品。制件材料对成形加工工艺和模具的设计影响很大，是模具设计主要条件之一。制件材料有金属材料和非金属料两大类。金属材料和非金属材料用于成形加工的材料形式一般有板材实体块状和棒状材料。非金属材料也可分为适用于板材成形和体积成形加工的两类材料，见下列分类图：#第一篇模具设计与制造基础知识常用金属板材牌号及厚度和非金属板材名称及厚度见表!#、表!$。表!#常用金属板材材料牌号厚度!%&优质碳素结构钢()*+()*()!*!,*不锈钢!-.!(/01*(!-.!(/01!*!-.!(/01!*,优质碳紊结构钢,*+,*,*2合金结构钢,2-.,34562,2-.,3456+,2-.,3456!合金结构钢#-.37806*+#-.37806!*#-.37806!*,#-.37806!*2#-.37806,*#-.37806,*2#-.37806$*#-.37806$*2#-.378062*#-.37806+*#-9378061*#-.37806!,*优质碳素结构钢$2!*$2,*$2,*2热双金属 2:!$*;22:!$!*,2:!;!*1第二章模具的构造与组成材料牌号厚度!#$%&%(#$%)%*#$(+%+#$(,*,#-.*,#-.*&#不锈钢/0%,12%3*&/0%,12%3*)/0(*12)*)电工用钢 4(%*#4+%*+#4+%（56%728）*#43%*+#9%*（43%）*#9%(（4+%）*#黄铜 9,(-*)9,(-(#黄铜 9,(*,9,(*&9,(*)9,(%*9,(%#9,(*铅黄铜 9:;#=%*)9:;#3%*铝锰合金?(%-*)?(%-%*?(%-%(?(%-%#?(%-%)硬铝%-(*%(/A*,%(/A*)%(/A%#%(/A%)%(/A(*%(/A(#%(/A+*%(/A3*%(-*,%(-*)%(-%*%(-%(%(-%#%(-%)%(-(*%第一篇模具设计与制造基础知识材料牌号厚度!#$%&()#$%&%(*#$%&%(&%*（+,%）*()-./,0&(*锡磷青铜-./1()*(%)&(*.233.+（4565/）%(*.23+.+（4565/）%().27 .+（4565/）%()紫铜 8&%(*碳素工具钢 89:%(*钛合金 8:%(*电工用硅钢 7)*)*:*()（+0%）;.2:&(0;.2:0(*;.2:,(*;.2:1(*;.2:(*!)(*(*%*(*(*橡胶板!*(&!9(*()%*(*%(*%第二章模具的构造与组成!材料名称厚度!材料名称厚度!石棉板!#$%&$!#$%$#!&$#%$橡胶板($#环氧酚醛玻璃布!&#$#($云母!#$#%!)$#$(!$#$!*$#$+!,$#&$#!+$#&$%!-$#&$!&#$#&$+有机玻璃板!#$%$#!#$%$%!&$#%$!&$%$+!%$#($#!%$($!($#)$#($皮革!#$%!)$#$(!$#$!*$#$+!,$#&$#!+$#&$%!-$#&$!&#$#&$+环氧酚醛玻璃布!#$%$#!#$%$%!&$#%$!&$%$+!%$#($#!%$($!($#)$#($纤维板#$%&第一篇模具设计与制造基础知识!材料名称厚度!材料名称厚度!#$%&$%!$%&$!($%)$%!*$%)$!+$%,$%!-$%,$纤维板#$%软纸!#$%!#$#$!$%$%软纸%$毛毡!%$)!&$%$!&$%$+!)$%&$%!)$)$%!,$%$%,$&%$%模具的作用对象，实际上是运用各种模具的组合形式，利用材料的变形性能及加工性能，对各种不同厚度和性能的材料，在一定成形工艺条件下，进行成形加工，使材料进行分离或变形，成为 符合产品要求的产品、零件或坯件。因此，金属制件材料的力学性能如抗剪、抗弯强度，伸长率，弹性模量，加工性能，热处理性能等；非金属制件材料，如塑料的粘度与流动性能，收缩率与成型温度，腐蚀性和材料形式等，都是模具构件和组合的设计、计算的依据和条件。)$成形加工机床与模具设计 高速、自动冲压机床与冲床（包括通用精冲机、机械压力机、摩擦压力机、液压机等），塑料注射机，压注机，挤出机，薄膜拉制机械，吸塑机械，滚塑机等；锻造机械，压铸机，橡胶成形机械，玻璃、陶瓷制品压制机械等。都是与模具配套使用的机床与设备。这些成形机械，由于电子工业和计算机工业的技术进步，其控制系统已装备数控（./）和计算机数控（/./）装置，其压力、温度、行程、安全和计数检测实现了程控和计算机控制，使成形工艺过程、成形加工条件实现了优化和可控。同时，机床的运行精度也提高了。可见，成形加工机床与设备是模具使用的必备条件，其压力（含冲击力、锁模力、落锤,&第二章模具的构造与组成重等），行程与闭合高度（或厚度），可控温度范围，生产效率与成形时间安装模具的形式、方法、尺寸范围等，都是进行模具构件和组合设计、计算的依据和条件（成形加工机床的型号、规格、性能见本手册有关章节附表）。制件材料和成形加工机床与设备不仅是模具设计的两个基本条件，也是模具设计与构造的两个要素。研究、掌握这两个要素，将促进模具的优化设计，更加符合成形工艺条件，获得优质制件。同时，还将促进模具与成形加工设备的技术进步。第二节模具的驱动、驱动压力和运动模具是机械零件和机构的组合，其运动和压力是由成形加工机床和设备的动力和传动机构来驱动和提供的。一、模具的驱动和运动!模具的运动和运动形式模具的运动形式，取决于塑件、冲件、锻件等制件的材料形式与状态以及成形工艺方法。实践说明模具的运动形式存：模具运动部分的单向平移运动，模具运动部分的单向和多向冲击运动：单向或多向直线运动；旋转运动，以及制件材料相对于模具进行的运动。通过这五种定向的运动形式和作用于模具的驱动力，使材料在模具中加工成合格的制件。模具运动形式见下：#模具的驱动模具运动的驱动和驱动力（冲压力，锁模力，落锤重，挤压力等）是由成形加工机床和设备的动力经传动机构提供的。驱动模具运动和传递力作用模具的方式，有三种。$!第一篇模具设计与制造基础知识（!）机电驱动：如冲压机、摩擦压力机、辊锻机械等，都是由电动机提供动力和旋转运动，以驱动传动机构，并通过滑块等和模具运动部分相连接，以驱动模具定向运动，并传递驱动力作用于模具，使模具对材料进行成形加工。（）电液驱动：即通过电动机驱动液压泵或水泵产生液压和水压，并经液压输送和控制系统，产生额定压力以驱动和模具运动部分（如动模）相连接的液压缸或活塞，驱使动模相对定模作定向平移运动，对材料进行压缩，使材料成形加工为制件。（#）气压成形；主要用于吸塑和吹塑成形加工，即模具处于固定状态，经气泵使产生负压将塑料板材吸贴于模具型面，形成制件，吹塑则是经气泵产生气压，吹人热熔态塑件或热熔态玻璃制件毛坯空腔，使其扩展、变形，并贴附在模具型腔表面上，形成制件。另外，如铝合金型材，塑料型材、片材或薄膜，一般采用挤出成形工艺。其模具固定在机头上，材料以挤压形式通过模具，对模具作相对运动而成制件。如塑料型材是依靠挤出机螺杆的螺旋运动，将塑料挤入、并通过模具型面，经冷却定型成型材。挤出的型材被牵引机构向前牵引，使进行连续成形加工。线材拉制工艺也是采用材料相对模具进行运动的形式。模具上其它联动零部件或机构的运动，一般是通过斜楔，连杆机构来驱动的，如侧冲，抽芯，推（顶料）料（件）机构等。抽芯机构也有采用独立驱动源的，如液压抽芯。模具运动方向：采用导向零件如导柱、导套，滑槽等进行导向，使其运动部分作定向运动。为保证模具定向运动的导向精度，一般是过定位的，如冲模，常采用圆柱体的双导柱导套、或四导柱导套进行定位导向。装在冲床上，其运动部分又与在冲床导轨上定向运动的滑块相连进行运动，所以，过定位导向，保证模具运动精度，是模具结构设计的一个重要原则和要素。#$模具的驱动力与安装驱动模具运动的基本条件，为作用于模具运动部分上的驱动力。在成形加工机床和设备性能表上则标为额定力（公称力）。这些驱动力是制件成形加工的主要成形条件，是模具结构设计的主要依据。如：（!）塑料注射模的驱动力与安装：主要为锁模力和顶出力，计算并确定其驱动力后，才能正确选定注射机的额定驱动力。其锁模力的计算方法和通用公式为：锁模力必须大于模具型腔压力产生的开模力，即：!锁!腔%!&式中 浇道、进料口和塑件的投影面积。同时，还要选定模具的安装尺寸和方式，使其与注射机的模具安装板，允许安装的模具厚度及行程等。注射机的额定锁模力、顶出力标准分档，每档允许安装的模具厚度及安装板尺寸，见!第二章模具的构造与组成!#。表!#塑料注射机的驱动力及安装尺寸锁模力$%&顶出力$%&模具厚度$安装板尺寸$()#*)*!#*+,*)-*().*,)*),!,*+)-*().*/*),!)#+)#*,)*(,)*#*)*!#*+,*,*+),/-,*)*!#*+,)*,#*(,#*.*)!)#+,!*,#*(,!*!*),!#*+,)*,-#(,/#!)#*).!0#+/)*/!*(/#0.!-*/#)*+/.*/#*(/#*!.*/#)*+/*/1*(/)*)*/#)*+#,*#0*(#0*)#*0).*+-,*-*(-*,)*0),*+-#*0-*(0*/*!,*+0*.,*(0)*/#*!,*,#*+0#*0.*(-0*#*!,/#*+.#*1*(.,*-,*!0*/#*+.#*.,*(.,*.*).*-*+!*!)*(!)*!*).*-*+!*!.*(!*!)#*,*0*+!/*!,*(!)*!-*/*.*+!#*!#*(!,*)*/*-*+!-*(!/*冲压模具的驱动力与安装：主要是作用于模具运动部分（一般为上模）的冲击力和压力。只有计算并确定其冲压力后，才能正确选定适用的压力机。如冲裁模的冲裁力的计算方法和通用公式为：!冲2!3,!式中!计算冲裁力任意形冲件!2#!$%圆形冲件-!第一篇模具设计与制造基础知识!#$%#抗剪强度（$%&$%&(）&（抗弯强度）；零件直径；#冲件材料厚度；冲裁周边长；)%*修正系数。根据计算结果和考虑其它作用力，选定相应的压力机，并校核压力机闭合高度，安装形式和结构及台面尺寸等均与模具安装相符合。压力机的冲压力、闭合高度及台面尺寸见表)+)+()+)+)$。表)+)+(台面固定单柱曲轴压床冲压力,-.最大闭合高度,/台面尺寸,/0/(%*)1$*$0 2$)$)&3*($0 24$)(2$42$0 2&$2322$4&$0*2$*224$34$0*($4$)($($0 4$(*$12$0 4&$&$*2$1&$0 32$)$*4$&4$0 3($)23*($5$0($)($*$5($0(4$2$42$)$2$0(&$表)+)+1台面活动单柱曲轴压床冲压力,-.最大闭合高度,/台面尺寸,/0/23)&$4&$0*$4$2)$($0 4)$(*24$12$0 45$)$21$&4$0 31$)($*2$5($0(331)第二章模具的构造与组成表!#冲压力$%&最大闭合高度$台面尺寸$()*+!,-+!-(.-!-!#-+/-(.0-!).-0,-(+-.,./-,)-(+/-0-+-/-(0)-)+0-#)-(,/-#-00-1.-()0-!-0#-!-#-(/!-!.,.-!.!-(/1-!)-,/-!+)-(1-表!1封闭式单曲轴单动压床冲压力$%&最大闭合高度$台面尺寸$(0-.)-0+-(,.-)+.-,!-()!-!-0-).-(/0-!.,00-)/-(#!-!)-0#-/+-(#-.-,.-/1-(1,-.,-,)-#,-(!-.-+!,)-1+-(!.-0-)-!-!-(!.!-,-/.-!-(!+-)+-/#-!.-(!0)-#-#,-!+,-(!,-!-1.-!01-(!/1-!.,-!-!)0-(!)-!-#-!#+-(#!第一篇模具设计与制造基础知识表!#冲压力$%&最大闭合高度$台面尺寸$(!#!#)*#(!+#!#)+#,+#(,+#!-#+#!#!.#(+!/#!-#!0)#!+#(!-*#+#!.#!0/#(!)0#0#.#(!#*-#+/!+.#(+-第三节模具型面构造和设计模具型面构造和设计，与尺寸计算，是模具设计中的关键技术。其凸模与凹模的形状，结构、尺寸与尺寸精度，型面的表面状态与力学、物理性能，所用材料和抛光工艺性等都必须与合格制件（含冲件、塑件和压铸件）及其生产要求一致。模具型面主要指模具构成中的工作零件（凸模、凹模）上，与制件形体相吻合、相似或相同的型面。它是由直线与曲线、平面与曲面，经光顺、平滑地联接而成的型面。模具型面可分为凸模型面和凹模型面；或二维型面和三维型面：通常又称型腔、型孔和型芯等。如：在模具型面构造和设计中，必须研究其加工工艺和成形工艺要求与条件，必须研究,!第二章模具的构造与组成型面的合理分割（分型）、出件条件和要求，以及浇注系统的优化设计等要素。采用或根据科学的设计规范、构造设计模具型面，是模具优化设计和进行模具!#$!%、!&的基础。(冲裁模型面构造与设计冲裁模型面是由冲头刃口和型孔（凹模）刃口型线展成为一定高度（即刃口高度）的二维直壁型面所构成。刃口型线则由直线和直线相连接或直线与曲线平滑连接所构成的封闭型线。冲头刃口和凹模刃口型面之间的间隙，以及封闭型线的尺寸公差，是冲裁模刃口直壁型面设计和制作的主要参数。其计算间隙的经验公式为：!)!式中!冲头和凹模型面间的间隙；冲件板材厚度；!为与封闭刃口型线设计与制造公差及与冲件板材性能和厚度有关的系数，一般取*(*+,*(-。实际使用时，可采用 板料冲裁间隙 标准，（./$0123*和 4/$052+1）。5(成型冲模型面构造与设计成型冲模 主要指用于板材拉深、弯曲和翻边成形的模具。其型面构成是由二维平面与三维曲面经光顺、平滑相连接，与冲件形状相似、相吻合或相同的立体型面，如汽车覆盖件用冲模的凸模和凹模型面。三维型面可分为“6”圆弧型面、球面和自由曲面。“6”圆弧型面常用于两个互相成一定夹角的二维平面之间光顺、平滑相连接的部分，球形型面多由三个互相成一定夹角的二维平面之间光顺、平滑相连接的部分，自由曲面常用于汽车，航空（天）飞行器中覆盖件成型冲模上的型面。成形冲模型面结构设计需考虑的参数为：圆角半径、间隙和型面尺寸公差。板材在拉伸或压延成形的过程中，凹模口的圆角半径对拉深或压延过程有很大影响，适用于正常拉深比的圆角半径的设计数值，可参考下表 7 7。表 7 7 拉深或压延方式毛料相对厚度#$8*5,*(9*(9,*(!无凸缘（1,+）#（+,*）#（*,-）#有凸缘（*,-）#（-,5*）#（5*,9*）#!最好用球面压边圈对于较薄的料，采用较大相对圆角半径；较厚的料则采用较小的相对角。*5第一篇模具设计与制造基础知识拉深（或压延）模的凸、凹模型面间的间隙，除考虑板料厚度，还须考虑到板料在拉深（或压延）过程中的上边变厚现象和板料厚度的不均匀性（即厚度公差）。其单向间隙的计算公式为：!#!$!%&(#!$式中、%&材料公称厚度和最大厚度；#系数，参见下表#$。表#$拉深（或压延）工序数材料厚度)*+,$,-,.一次)*$/)*/)*/)$第一次第二次)*)*0)*$+)*)*$)*第一次)*+)*-)*0+0第二次)*0)*$+)*$第三次)*/)*/)*/)第一、二次)*+)*-)*0+-第三次)*0)*$+)*$第四次)*/)*/)*/)第一、二、三次)*+)*-)*0+第四次)*0)*$+)*$第五次)*/)*/)*/)注：)*/)*适用于不精密拉深件，)适用于精密拉深件。在变薄拉深（或压延）中，凸、凹模间的单向间隙当小于板料厚度，即相当于其变形程度，见以下公式：%!&#&$&!#!$!#$0*成型模具型腔构造与设计主要指塑料模（压塑模，注射模等），压铸模，锻模等型腔（凹模）、型芯或凸模型面。其型面构造和成型冲模的型面构造相近似。但型面设计却有区别。如塑料注射模型腔和型芯的型面设计，与塑料制件的精度，材料性能和其表面要求密切相关。因此，在型面设计时，须考虑塑料的粘度、流动性能、体积收缩率和制件结构、及反映在型面各部位的尺寸影响，以进行型腔和型芯上的型面设计。同时，还需根据制件材料性能及表面要求，以及脱模斜度，对型面的影响。$第二章模具的构造与组成第四节模具整体构造及设计通常，模具是由机械零、部件，通用机构和功能元件构成。因此，其整体构造设计方法和原理，与通用机械设计的方法和原理基本上是相同的。但是，由于其使用功能和作用对象即使金属和非金属材料，加工成形为合格的制件（冲件、塑件、锻件等），而且，每副模具只能用于加工成形一种特定的制件，专用性强，是一种专用成形工具。因此，模具设计具有以下特点和要求：!精度与定位精度概念和意识，是模具设计人员须建立的基本概念和意识。模具精度包括模具整体组合和零、部件的位置与形状尺寸精度、配合精度与定位精度。如冲模的冲裁间隙值及其均匀性，塑料注射模，压铸模的合模定位与导向精度等，均需由凸模与凹模的形状、位置精度、导向装置的位置与配合精度保证。因此，在模具设计时需进行严格的尺寸精度设计与计算。同时，还须考虑零、部件的制造工艺性和工艺精度，以保证模具的精密性能和可靠性。由于精密制造工艺技术的应用，成形工作零件的尺寸精度已可做到#!$级，即称谓“#”误差概念。%模具的导向装置模具运动方向的导向，是由导向装置来保证的。同时，导向装置对模具间隙的均匀性，精确合模运动还起定位的作用。导向装置常用的有，导柱与导套组成的导向装置（含滑动和滚动配合）；导板导向装置（含一般导板副和自润滑导板副），主要用于大型冲模，滑块与导轨组成的斜抽芯导向；冲模送料的导料板导向等四种。模具运动方向的导向装置，由于起着精密导向和精密定位作用，所以要求精度高，导向刚度好等，常采用过定位导向。&脱模、卸料与抽芯设计塑料注射模、压铸模的脱模结构与机构设计，冲模的卸料结构与机构设计，以及抽芯机构设计，也是模具整体设计的关键技术。塑料注射模，压铸模的脱模，通常采用在型面上设计脱模斜度，同时在定模上设置顶件机构。顶件机构的零件均已标准化。冲模的卸料，通常采用在凹模上设计漏料孔漏料，在凸模上设计打料机构或设计气%第一篇模具设计与制造基础知识孔，用压缩空气吹料等方法。塑料注射模，压铸模的抽芯机构，通常采用斜楔抽芯机构，液压缸抽芯机构，或齿轮机构等方法。!进料与冷却系统设计冲模的送料及安全机构设计，塑料注射模和压铸模的进料与浇注系统设计、冷却系统设计，都是进行模具整体设计的关键技术。其中采用的一些零件和元件，均已形成标准产品，以便用户在设计时选用。#支承与紧固模架是模具的主要支承部件。模架分上模座（或动模）和下模座（或定模）两部分，在模座上固定有凸模及其配件和凹模及其配件，在压铸模和塑料注射模的定模部分还设置有顶料机构。模座也是送料机构、抽芯机构的支承部件。另外，冲模中的凸模垫板、固定板及卸料板的支承配件，塑料注射模中的垫块，支承板，以及顶杆的固定板等均是具有一定功能的标准支承零件。模具的固定和连接，分刚性和弹性两种。通常采用螺栓、定位销进行刚性固定和连接方法。其中压料、卸料板则采用弹性连接，上模座（或动模）与下模座（或定模）之间连接方式是由导柱和导套等导向装置，使在进行合模运动时相连接，以完成制件的加工成形。上述模具设计的基本条件：模具的驱动、驱动力和运动；模具的型面构造和设计；模具整体构造及设计，是摸具整体构造设计要素的概述，是模具设计和设计方法关键技术的综述，也是模具构造和工作的基本原理或方式。$%第二章模具的构造与组成第三章模具设计与制造的基本要求第一节模具的精度一、模具的精度要求模具是生产制件的专用工具，模具的精度将直接影响制件的质量。对于模具精度的基本要求就是要使模具在足够的寿命期内，能够稳定地生产出质量合格的制件。模具的精度主要是指模具成形零件的工作尺寸及精度和成形表面的表面质量。成形零件的原始工作尺寸（设计和制造尺寸）一般以制件设计尺寸为基准，考虑制件在成形后的尺寸收缩和模具成形表面应有足够的磨损量等因素后，按经验公式计算确定。对于一般模具的工作尺寸，其制造公差应小于制件尺寸公差的!#$!%。冲裁模除了应满足上述要求外，还需考虑工作尺寸的制造公差对凸、凹模初始间隙的影响，即应保证凸、凹模工作尺寸的制造公差之和小于凸、凹模最大初始间隙与最小初始间隙之差。模具成形表面的表面质量应根据制件的表面质量要求和模具的性能要求确定，对于一般模具要求其成形表面的表面粗糙度值!&%!(。模具上、下模或动、定模之间的导向精度，坯料在冲模中的定位精度等对制件质量也有较大的影响，它们也是衡量模具精度的重要指标。此外，为了保证模具的精度，还应注意零件相关表面的平面度、直线度、圆柱度等形状精度和平行度、垂直度、同轴度等位置误差，以及模具装配后零件与零件相关表面之间的平行度、垂直度、同轴度等位置误差。%)第一篇模具设计与制造基础知识二、影响模具精度的因素!模具的原始精度模具的原始精度即模具的设计和制造精度，它是保证模具具有较高精度的基础。模具只有具备足够的原始精度，才能充分发挥模具的效能，保证模具具有足够的使用寿命，在较长时期内稳定地生产出质量合格的制件。#模具的类型和结构模具的类型和结构对模具的精度有一定的影响。例如，带有导向装置的模具，其精度要高于无导向装置的开式模具。$模具的磨损模具在使用过程中，成形零件的工作表面在制件成形和起模时因与制件材料的摩擦而产生磨损，这种磨损直接导致成形零件的工作尺寸和制件尺寸发生变化。磨损量达到一定程度时，将使制件的尺寸超出公差范围，或使制件产生其他质量问题，标志模具失去了应有的精度。模具的定位零件、导向零件和其他有相对运动的零件也都会产生磨损，这些零件的磨损或者降低制件的质量，或者恶化模具的工作状态，直接或间接地影响模具的精度。%模具的变形模具受力零件在刚度、强度不足时，会发生弹性变形或塑性变形，降低模具的精度。例如：塑料模、压铸模中的型腔在熔融塑料或合金液的压力作用下的变形，细小型芯在熔融塑料或合金液冲击作用下的变形。&模具的使用条件模具的使用条件，诸如成形设备的刚度和精度，原材料的性能变化，模具的安装和调整是否得当等，都会影响到模具的精度。三、模具的精度检查利用模具生产制品的特点之一是生产效率高、生产批量大，如果将精度不足的模具投人生产，就有可能产生大量的废品。为了将这种损失防患于未然，就有必要对模具的精度进行经常而仔细的检查。!模具制造过程的精度检查为了保证模具具有良好的原始精度，在模具制造过程中就应注意模具的精度检查。首先应严格检查和控制模具零件的加工精度及模具的装配精度，其次应通过试模验收工作综合检查模具的精度状况。只有在试模验收合格后，模具才能交付用户投入使用。&#第三章模具设计与制造的基本要求!新模具入库前的精度检查新模具在办理入库手续前必须进行精度检查。首先应通过外观检查和测量模具成形零件的工作尺寸、表面质量及其他有关指标是否达到设计要求，然后还应通过试模检验来检查制件的质量是否合乎要求。在判断模具精度是否合格时，要注意模具使用后的磨损对制件尺寸的影响，尤其是对于尺寸精度要求较严的制件，应考虑避免出现试制件的尺寸在规定的公差范围之内，但在模具使用后不久制件的尺寸就超出公差范围的情况。一般对于模具磨损后减小的制件尺寸，试制件的尺寸应接近于制件的最大极限尺寸；对于模具磨损后增大的制件尺寸，试制件的尺寸应接近于制件的最小极限尺寸。由于冲裁模的凸、凹模间隙可直接影响制件的毛刺高度，所以还需通过测量试制件的毛刺高度来判断凸、凹模间隙是否合适。此外，有时还应考虑修整模具或修磨刃口对模具和制件尺寸的影响。如果直接使用用户的生产设备进行模具的试模验收工作，新模具入库前的精度检查可以与试模验收工作同时进行。否则，就要注意试模验收所用的设备和用户生产设备之间的差别，有时即使试模验收时的试制件是合格的，但在使用用户的设备进行生产时，由于设备之间存在差别，也有可能生产出不合格品。此时，在新模具入库前有必要在用户的设备上对模具的精度作重新检查。新模具精度检查的结果应记载入有关档案卡片，模具入库时应附带几个合格试制件一同入库。#模具使用过程中的精度检查模具使用时的精度检查包括首件检查、中间检查和末件检查。有时制件质量不合格的原因可能不在于模具，而是模具安装、调整不当造成的。模具安装、调整不当还是加剧模具磨损和造成模具安全事故的重要原因。因此，在开始生产作业时，应试制、检查几个初期制件，并将检查结果与模具入库前的精度检查结果或上次使用时的末件检查结果相比较，以确认模具安装、调整是否得当。制件的成批生产必须在首件检查合格后才能开始。在生产作业过程中，间隔一定时间或生产一定数量的制件后，应对制件进行抽样检查，即进行中间检查。中间检查的目的是了解模具在使用时的磨损速度，评估磨损速度对模具精度和制件质量的影响情况，以预防不合格品的成批出现。生产作业终了时，应对最终制造的制件进行检查，同时