模具基础知识

模具小子

　　简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成，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。
　　模具之乡黄岩拥有模具企业2000余家，目前主要分为汽车模具，日用品模具，管件模具，工业模具等几大类
简单分类
　　按所成型的材料的不同，模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为：铸造模具（有色金属压铸，钢铁铸造）、和锻造模具等；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。
　　大规模生产的非钣金钢件——冷镦、模锻、金属模等
钣金出料——热轧、冷轧、热卷、冷卷
　　钣金加工——拉深、整型、折弯，冲孔，落料
　　有色金属——压铸，粉末冶金
　　塑料件——注塑、吹塑（塑料瓶），挤塑（管件）
　　模具其他分类：
　　合金模具、钣金模具、塑料模具、冲压模具、铸造模具、挤出模具、压铸模具、汽车模具、滚丝模具　
　　模具材料
　　模具材料最重要的因素是热度和热稳定，常用模具材料：工作温度 成形材料 模具材料＜30℃ 锌合金 Cr12、Cr12MoV、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
塑料模具
　　　模具按加工金属的加工工艺分类，常用的有：冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、翻孔模、缩孔模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸模。用于加工非金属和粉末冶金的模具则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和粉末冶金模等。 1.冲压模用于板料冲压成形和分离的模具。成形用的模具有型腔，分离用的模具有刃口。最常用的冲压模只有一个工位，完成一道生产工序。这种模具应用普遍，结构简单，制造容易，但生产效率低。为提高生产率，可将多道冲压工序，如落料、拉深、冲孔、切边等安排在一个模具上，使坯料在一个工位上完成多道冲压工序，这种模具称为复合模。另有将落料、弯曲、拉深、冲孔和切边等多工序安排在一个模具的不同工位上。2.锻模用于热态金属模锻成形的模具。模锻时，坯料往往经过多次变形才能制成锻件，这就需要在一个模块上刻有几个型腔。金属依次送至各个型腔，并在型腔内塑流动，最后充满型腔制成锻件。在模锻成形中，坯料很难与终锻时型腔体积相等，为了避免废品，坯料选用稍大一些。为此，在终锻模的上、下模分界面的型腔四周设有飞边槽，以存贮多余的金属，成形后将飞边切去。型腔中应尽量减少尖角、深槽，以利于金属塑流动和充填，减少模具磨损和开裂，提高模具寿命。 3.挤压模用于将金属挤压成形的模具。正挤压模有一个静止的凹模和放置坯料的挤压筒和对坯料施加压力的冲头。挤压空心件时，冲头前端带有芯棒。反挤压模的挤压筒为凹模，冲头成为凸模。金属需要在很大的压下才能从凹模挤出成形，在冷态下所需压可高达2000千牛／毫米（200千克／毫米）以上。为此，挤压筒和反挤压的凹模需要有很高的度，常采用多层预应力组合结构。冲头和凸模的工作长度宜短，避免在高的压应力下发生不稳和弯曲。 4. 压铸模安装在压铸机上，液态金属在高压下注入型腔、保压至金属凝固和成形的模具。它主要用于铝、锌、铜件，也可用于钢件。压铸模的结构与塑料注射模类似。它由动模与定模构成型腔，用型芯形成铸件的孔腔。金属在型腔内冷却、凝固后抽出型芯，分开模具，由顶杆推出铸件。压铸件一般壁薄中空，有众多台、筋，形状结构复杂，尺寸要求较精确，表面较洁，金属在熔融的高温下成形。因此压铸模需要采用耐高温的材料制造。 5.粉末冶金模将固体金属粉末压制成形的模具。将金属粉末定量地倒入下模，然后上模压下、闭合、成形，再用顶料装置顶出预制坯。将预制坯送入烧结炉内烧结，遂制成粉末冶金零件。 一般粉末冶金件的空隙很大，占总体积的15％左右，成形压力不大，模具结构较简单，精度、表面粗糙度要求一般，所以对模具无特殊要求。为了减少空隙、提高密度和度，对烧结后的坯件，再进行一次热锻，通称粉末锻造。所用的模具与模锻模相似。
模具生产的流程
　　
　　主要模具元件之设计
　　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。
　　(1).切刃部长度：阶段型冲头之切刃部长度之设计宜考虑加工时不会产生侧向弯曲、与压料板运动部份之间隙应适当。压料板与冲头切刃部之关系有引导型及无引导型，切刃部直段长度将有所不同。
　　(2).切刃部之研磨方向：切刃部之研磨方向有与轴部平行 (上削加工) 及与轴部垂直 (穿越加工) 等两种方法，为提高冲头的耐磨耗及耐烧著，宜采用前者。切刃部形状是凸形状时可采用穿越加工，凹凸形状时采用上削加工或穿越加工并用方式。
　　(3).冲头之固定法及柄部之形状：冲头之柄部大致分为直段型与肩部型两种，其固定方式之选用因素有制品及模具之精度、冲头及冲头固定板之加工机械与加工方法、维护保养之方法等。
　　(4).柄部之尺寸及精度：冲头柄部之尺寸及精度将随冲头之固定方式而有不同要求。
　　(5).冲头长度之调整方法：冲切冲头之长度因再研磨加工而减短，为与其他工程如 (弯曲、引伸等) 之冲头长度保持平衡及维持冲头设计长度，有必要调整冲头之长度。
　　(6).配合冲压加工之冲头设计：为达到大量生产时冲压制品之品质安全及无不良品之产生，模具方面有必要考虑下列事项：A.冲头加工之研磨方向要同一，表面宜施以抛处理。B.为防止冲屑之浮上，冲头内可装设顶出销或加工空气孔。C.为减少冲切力，冲孔冲头施以斜角加工，还有大冲头附近的细小冲头宜较短些以减少受到冲击。
　　(7).配合加工法之冲头设计：冲头之形状设计与加工困难度有绝对的关系，当其过份接近时冲头固定板之加工变为困难，此时之冲头宜加以分割处理 (采组合方式) 。
　　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，一般上为冲头长度之30~40%，还有冲头引导部长度宜高於冲头直径之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，很适合用於小件之高速冲压，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. 母模之设计
　　(1).冲切母模之设计
　　冲切母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.母模之剪角，C.母模之分割。
　　(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).母模之剪角：外形冲切时为减低其冲切力，母模可采剪角设计，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).母模之分割：母模必须施以成形研磨等精加工，由於其是凹形状，研磨工具不易进入，故必须加以分割。
　　(2).弯曲母模之设计
　　弯曲加工用母模之设计，为防止回弹及过度弯曲等现象之发生，U形弯曲加工用母模之部形状为双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放电加工後应施以抛处理。
　　(3).引伸母模之设计
　　引伸母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：引伸母模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於板厚。引伸厚板件及顶出困难之场合，母模R值要取小，约为板厚之1-2倍，一般上圆筒及方筒引伸母模之大多引伸部作成直段状，为防止烧著发生、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).冲头或母模装设侧压挡块，切刃之侧面设有导引部 (尤其是切断及分断加工)。
　　7. 压料板之设计
　　压料板之功能有剥离付著於冲头之材料及导引细小冲头之作用，依功能不同其设计内容有很大的不同。压料板之厚度及选用基准依制品设计有下列两种：1.可动式压料板，2.固定式压料板。
　　压料板与冲头之间隙值宜小於模具间隙之半 (尤其是精密连续模具更应遵守此原则)，当设计压料板时依制品的不同而有所变动必须注意下列事项：1.压料板与冲头之间隙值及冲头导引部之长度，2.辅助导柱与压料板之装设标准及压料板之逃部设计，3.可动式压料板於冲压加工时为防止倾斜发生之对策，4.固定式导料板与压料板导引销孔之尺寸关系，5.固定式压料板之材料导引部与被加工材料宽度之关系。
　　8. 背压板之设计
　　冲压加工时主要作用件 (冲头、压料板、母模) 之後方将承受面压，当冲压力高於面压力时宜采用背压板 (特别是冲头及母模模套之背面) 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）。五金件厂机箱厂
　　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；也可以利用它的化功能对模具工件进行表面化处理，实现模具的耐磨、耐热、耐蚀等。
　　模具修补机化模具寿命长，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、轧钢滚动导卫、轧辊、汽车发动机凸轮轴等零件及模具