产品结构设计-模具基础

1、西北工业大学工业设计系吴 通n模具就是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具,它对零件的制造质量和成本起决定性影响- 。n在我们日常生活及社会各领域，无处不见模具产品的踪影。 n模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。n冲压模、塑胶模、压铸模的总和一般占模具总量的80左右。冲压模一. 什么是冲压？二. 冲压加工概述三. 冲压加工的工艺特点四. 模具的基本结构五. 模具的基本组成部分六. 各零部件的作用一. 什么是冲压？冲压：通过冲床和模具对板材、带材、管材及型材等材料施加压力，使其材料产生分离或塑性

2、变形，从而获得所需形状和尺寸的加工方法二. 冷冲压加工概述1.冲压按工艺分类主要有两大类：a 分离（冲裁）工序 b 成形工序冲裁：使产品沿一定轮廓线与材料分离来获得工件的工序成形：使材料在不被破坏的条件下发生塑性变形，从而达到所需形 状和尺寸的工件的工序在实际生产过程中，常常是多种工序应用于一套模具上来满足形状较为负杂的产品其中：冲裁、弯曲、拉深、胀形等是冲压过程中几个主要的冲压工序冷冲压加工概述冲孔折弯卷圆翻孔凸包拉深切舌三.冷冲压加工的工艺特点优点：1.冲压加工可以获得极高的生产效率2.可以得到形状比较复杂、用其它加工方法难以加工的产品，如薄壳工件等3.产品的尺寸精度与模具的精度相关；因此

3、，尺寸较稳定、互换性较高4.材料利用率较高，冲压耗能少；单位产品的成本较低5.冲压生产操作简单，易于实现自动化和机械化6.适合于大批量的生产缺点：1.冲压模具一般比较复杂，模具加工周期较长，且成本较高2.模具加工要求较高，不易制作综上所述：在进行模具设计时，需要很强的想象力和创造力；在理论和经验方面，对设计者和加工者的要求都很高四.模具的基本结构模柄， 上模座 ，凸模固定板， 弹簧，压边圈定位板， 凹模 ，下模座，卸料螺钉，10凸模拉深模结构图上盖板主要作用：是使脱料弹簧的压力得以平衡，协调性好；将上模固定于冲床上。上模座主要作用：放置外导套、限位柱以及 卸料弹簧上模座厚度的大小与卸料弹簧的长

4、度有直接的关系五. 模具的基本组成部分外导套上垫板主要作用：承受冲头或镶件在冲压过程受力回让，避免上模座发生凹陷或变形。上垫板上夹板上模座夹板主要作用：固定各冲头、镶件，保证零件作用位置和精度；（零件与夹板的配合间隙为：单边+0.01；其与上模座用定位销来定位）脱垫板主要作用：固定卸料镶件、承受成型镶件在生产过程中所产生的集中应力。脱料板主要作用：1.放置卸料镶件，保证位置的精确性 2.当冲头冲剪完成后，借由卸料弹簧提供的力将冲头与冲压材料分离。下模板主要作用：1.放置凹模镶件，保证位置的精确性 2.承受冲剪时的旁侧力下模板下垫板下垫板主要作用：承受镶块冲压时所产生的力，防止下模座凹陷或变形下

5、垫板下模座主要作用：放置外导柱、限位柱、弹簧以及浮料销组件以上各板在加工时对于板的平面度及上下表面的平行度的要求较严，平面度：0.003以下；平行度0.003以下下模座六.各零部件的作用1. 导料板组件：主要作用：在料带还没有进入模具之前先将料条导正，使料条与模具平行2.冲头的结构（1）.挂台固定，成本较低，但不方便维修。（2）.压块固定适用于所有模具，方便维修。（3）.入子固定一般用于精度要求较高的模具，方便维修，但成本较高。3.卸料板镶件：放置于卸料板内，冲头精确导向用，方便模具的调整，常规的形式有三种：台阶式、锁紧式、双层式最常用的是台阶式4.导正钉和误送料检测装置导正钉的作用是在模具未

6、做工之前将料条精确导正。误送料检测装置的主要作用是连接感应器，料条在送错位时，可防止模具闭合，已达到保护模具的目的5.外导柱、导套及内导柱、导套以上均为模具的定位元器件（采购标准件），模具在做工时，外导柱导套首先进行初定位，然后内导柱导套进行精确定位，以保证模具的精确度6.限位柱：防止合模高度设置错误而损坏模具，对模具和内部镶件起保护作用7.导料销导料销就是在模具中送料时起导向作用；同时，它也起卸料作用，导料销的放置建议尽量靠近引导针。8.固定螺栓： 固定螺栓的作用就是将模具各组件之间固定，提供锁紧力，是模具各组件在手里的状态下保持稳定的状态9.螺塞： 模具中，螺塞一般都是配合弹簧一块使用的，

7、用来限制弹簧使得弹簧在受力的情况下能被压缩，螺塞可以用来调节弹簧的预压力10.卸料弹簧及卸料螺钉：卸料螺钉一般采用内螺纹式，这样既可以用来固定卸料板，也可以很方便的对卸料板进行拆卸卸料弹簧主要是给卸料板提供足够的压料力和卸料力所谓的压料力通常就是指压住材料的力。当模具工作时就需要压料力，使得材料在模具做工未完成前材料不会因为力的作用而发生移动卸料力是指在模具做工完成后，冲头与材料是紧密连在一起的，要如何使他们之间分开而不会影响料条的变形，这时候我们就会需要卸料力了使得冲头与料条之间很平稳的分开 在模具设计阶段，设计人员必须计算卸料力的大小，当发生卸料力不足时，在保证弹簧压缩量足够的情况下，我们

8、可以调节螺塞来增加卸料力，也可以选用压缩力更大的弹簧注射模两板模三板模使用示例成品单一模穴直接浇口采用两板模多模腔普通浇口采用两板模单一模腔多点进胶(针点)采用三板模内容简介：内容简介：1. 注射成型原理、特点2. 注射机结构组成及各部分的作用3. 螺杆式注射成型特点和工作原理4. 注射成型工艺过程和工艺条件的选择 成型要求： 生产上：连续、自动、高速、高效、省力； 规格上：制品多样化，满足不同要求； 性能上：几种塑料复合满足多种用途； 单体和不经造粒粉料直接成型。 成型方法： 热固性塑料：压缩、压注、层压等； 热塑性塑料：注射、挤出、吹塑、压延、发泡等。 注射成型、压缩成型、压注成型、挤出四

9、种最为常用，本章只介绍注射成型。 工艺方法不同，产品也不同：压制、注射、压注可以得到各种形状和尺寸塑件；挤出挤出可得到各种断面的连续型材，如管、棒、片、薄板、带材和各种异形材；挤出吹塑挤出吹塑可得薄膜；挤出或注射中空吹塑挤出或注射中空吹塑可得各种瓶、罐、桶等中空容器；压延压延可得薄膜、板材、人造革等。塑料的成型工艺方法与成型模具：塑料的成型工艺方法与成型模具：塑料成型方法及塑料成型方法及其模具其模具 压注模压注模 注射模注射模压缩模压缩模吹塑模吹塑模 发泡模发泡模 搪塑模搪塑模 真空成型模真空成型模 压棍（模）压棍（模）挤出模挤出模 热压印模热压印模 彩印模彩印模 模塑成型法模塑成型法3.1

10、3.1 注射成型特点和原理注射成型特点和原理 一、注射成型特点一、注射成型特点注射成型具有成型周期短、生产率高、能一次成型外形复杂、尺寸精确，带有金属或非金属嵌件的塑件，易于实现自动化生产，生产适应性强等优点。但是注射成型所需设备昂贵，模具结构也比较复杂，且制造成本高。因此注射成型特别适合大批量生产。注射成型压机注射成型压机注射成型产品注射成型产品 注射机的作用： 加热熔融塑料，达到粘流状态； 高压、高速射入型腔。 颗粒、粉状塑料注射机料筒加热熔融充模冷却固化注塑件注射机各组成部分：注射机各组成部分：注射装置 它的主要作用是使固态的塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将熔料注入闭合的

11、模腔。合模装置 它的主要作用是保证成型模具可靠，闭合和实现模具的开闭动作。液压传动和电器控制系统 液压和电器控制系统是为保证按照预定的工艺要求（压力、速度、时间、温度）和动作程序准确地进行而设置的；液压系统是注射机的动力系统；电器控制系统的作用是根据工艺过程的顺序和时间，使各动力油缸完成开、闭模和注射等动作。二、注射成型原理二、注射成型原理塑化：指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。 注射机按塑化方式分为：柱塞式注射机和螺杆式注射机。注射机类型不同，成型原理也不同。 柱塞式原理：60g以下立式注射机柱塞式注射机存在的问题：塑化不均匀：塑件内应力较大筒壁和分流梭的传热，没有混

12、合作用；塑料导热性差，外层塑料熔融时，内层塑料还未熔融，等到内层塑料熔融，外层塑料长时间受热而降解。 注射压力损失大：消耗压实和克服塑料与料筒壁之间的摩擦阻力。（有效压力3050%）注射速度不均匀：各加热区中状态不同，先慢后快（压实）影响流态及塑件质量。注射量的提高受限制产生层流现象：在分流梭中流动，容易形成层流并产生定向作用，使塑件产生各向异性；清洗料筒困难：料筒与分流梭的配合间隙易嵌入塑料。合模注射保压冷却开模顶件合模注射螺杆预热螺杆式注射机模塑工作循环 螺杆式原理：60g以上卧式注射机 特点：是一种间歇操作；塑化充分、扩大成型塑料品种、注射量提高、热敏性和流动性差及大件均可。 塑料加热塑

13、化是在高温料筒中完成； 融料经喷嘴和浇注系统射入模腔； 模具注射前已完全闭合； 模具需加热和冷却装置（不同塑料，模温不同）； 专用注射机。3.2 注射成型工艺注射过程成型后处理成型前准备原料的检验、染色和干燥模具清理嵌件预热料筒清理退火调湿一、注射成型前的准备 成型前对原料的质量检验 塑料的干燥 料筒的清洗 嵌件的预热金属与塑料两者收缩率不同，嵌件周围的塑料容易出现收缩应力和裂纹，使塑件强度降低。因此，除在设计塑件时加大嵌件周围的壁厚外，还可对金属嵌件进行预热。 脱模剂的使用模具型腔粗糙度太高，塑料易于粘模，造成脱模困难。二、注射成型工艺过程 基本工序：加热塑化、加压注射和冷却定型。 加料：每

14、次加料量尽可能一致； 计量装置来控制。 加热塑化：在规定时间内提供足够数量的熔融塑料。加压注射和冷却定型： 塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。在这四个阶段中，塑料熔体温度将不断降低。充模阶段：（t1）压实（保压）阶段：（ t1t2）倒流阶段：（ t2t3）冷却阶段：（ t3t4） 脱模：在推出机构的作用下将塑件推出模外。三、注射成型工艺条件选择 工艺条件为温度、压力和时间。 温度 料筒温度、喷嘴温度、模具温度和脱模温度等。前两种影响塑料的塑化和流动，而后一种温度影响塑料的流动与冷却。 料筒温度 料筒温度高于Tf 或Tm ，低于分解温度Td ； 严格控

15、制料筒最高温度及在料筒中停留的时间； 螺杆式通常比柱塞式低1020； 薄壁塑件冷却快，料筒温度择高一些，厚壁塑件选择低一些； 形状复杂或带有嵌件的塑件，或流程曲折较多或较长的，料筒温度应选择高一些； 料筒温度分三段，逐步升高，由于螺杆式注射机的剪切摩擦热有助于塑化，故前端温度可略低于中段，以防止塑料的过热分解。 喷嘴温度 通常喷嘴温度要比料筒最高温度略低。 模具温度 通常冷却介质来控制，也有靠熔料注入模具自然升温和自然散热等保持定温的； 壁厚大的，模温一般要高； 必须低于塑料的热变形温度。 压力 包括塑化压力、注射压力、保压力和模腔压力等。 塑化压力 螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力，

16、称背压。背压可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度。 注射压力 指柱塞或螺杆头部对塑料熔体所施加的压力。作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力；对熔体压实获得准确形状；在熔体冷却收缩时进行补料。 保压压力 形状复杂和薄壁制品，保压力可略低于注射压力。其具体数据可参考表3-3所示。 3.时间（成型周期） 它由注射时间、保压时间、冷却时间和辅助时间四部分组成。完成一次注射过程所需的时间称为成型周期，它包括以下各部分：四、塑件的后处理 退火处理：减小或消除内应力增加尺寸稳定性。 调湿处理：刚脱模尼龙塑件放在热水中，隔绝空气防止氧化而变色，加快达到吸湿平衡。3.3 注射工艺规程的制定 模塑工艺规程是

17、塑件生产的纲领性文件、它指导着塑件的生产准备及生产全过程。 工艺规程的内容：和 方面包括: 塑件的分析。 成型方法的确定。 塑料模类型和模具结构形式的确定。 成型设备和工具、量具的选择。 成型工艺条件选择。 塑件检测方法的选择。 安全技术措施的规定。 工艺文件的制定。一、塑件的分析 塑料的分析：成型加工的可能性使用性能和工艺性能模具设计要求 塑件结构、尺寸及公差、技术标准的分析必须符合模塑工艺要求和模具设计工艺要求。 二、塑料成型方法及工艺过程的确定成型方法：综合比较，确定出一种最佳成型方法。工艺过程：成型前准备、成型过程和成型后处理及二次加工。三、成型设备和工具的选择 压缩成型：注射成型：其

18、它工序设备选择：各工序工具名称及规格、每道工序质量标准和检验项目及方法：四、成型工艺条件的选择根据塑件检验的结果及时修正预定工艺条件。五、工艺文件的制定生产准备和生产过程的依据，指导生产，有工艺过程卡片等。 方面包括:生产规模的确定生产方式的确定工艺路线的确定成本的核算一、 产品设计时的质量控制1. 产品的结构、尺寸及公差和技术标准必须符合模塑工艺性要求，正确的塑件结构、合理的公差和技术标准能使塑件成型容易、质量高、成本低。2. 在满足塑件使用要求的前提下尽量不要对塑件的尺寸精度和表面质量提出过高要求。3. 产品设计要考虑尽量简化模具结构，降低模具制造难度。二、材料选定时的质量控制1. 材料的

19、使用性能要达到制品性能的要求2. 材料的工艺性能要满足成型工艺的要求3. 原材料纯度要高4. 原材料的物料形态要满足成型需要保证产品质量三、成型工艺编制时的质量控制 1生产工序顺序的确定 (预处理、成型、制品后处理、加工、机加、修饰和装配 ) 2工艺条件的选定及控制对产品质量的影响 例如:工艺参数三要素对产品质量的影响 温度： 料筒温度 喷嘴温度 模具温度 压力： 注射压力 保压压力 背压 锁模力 速度或时间 闭模锁模时间 注射时间 充模速度 剪切速率 保压时间 冷却时间 螺杆转速 开模速度 顶出速度6模具设计思路v一套模具的好坏，可以说一半取决于设计。而一套模具设计的好坏，牵扯面极广，除了要

20、求设计者有丰富的模具方面理论知识和经验外，对设计前的详细论证与思考也同样重要:v1. 了解产品图-是否具备开模条件:脱模斜度,收缩变形,能否顶出.v2. 确认产品材质-塑胶材料种类繁多,确定材质以决定收缩率,了解流动性以决定注口及浇道设计.v3. 模具材质-根据不同之塑胶及产品要求,来正确选择模具钢,以便达到品质及模具寿命要求,这要求设计者对塑胶和钢材有足夠了解.v4. 成型机規格-了解夹模压力,注射容量,装模高度,定位环尺寸,喷嘴半径,托模孔位置.v5. 模穴及其排列-由产品的投影面积,形状,精度,产量及效益来确定.各方面互相协调制约,多方面考虑来达到一最佳组合,並确定模胚和标准件.v6.

21、浇道方式-热浇道,绝热浇道,无浇道,直接进胶(二板模),间接进胶(三板模)及其他方式.v7. 浇口方式-种类繁多,因需求而异,须注意浇口是否有外观要求及流动,平衡,结合线,排气等问题,.浇口型号尺寸是否足以充满整个产品.v8. 分模面-为模具设计重要环节,由设计师灵活运用,须考虑产品外观,顶出方式,模具加工等v9. 模仁-须考虑外观,加工方式,模具強度,脱模方式,冷卻方式,流动性,排气等问题.v10. 侧凹-有滑块,油(气)缸,马达,斜梢,強行脱模及其他特殊方式,此部分变化最多,最复杂之设计.v11. 顶出-多种方式,顶針.扁梢.司筒.托板.滑块.二段顶出.油(气)压.注意脱模平衡,模具強度,

22、外观,功能,冷卻效果.v12. 排气-对保证产品品质至关重要,利用多种形式进行排气,注意防止产品真空吸附及模具拉不开.v13. 冷卻-冷卻对模具生产影响很大,而设计工作較繁杂,既要考虑冷卻效果及冷卻一致性,又要考虑冷卻系统对模具整体结构的影响.v14. 加工方式-所有模具设计都须确实考虑模具加工可行性,才有实用价值.否则将脱离现场模具制造经验而成为一次失败的设计.v15. 模具图-按上述构思进行绘制模具图,含组立图,零件图及相关之加工用图.在绘制过程中进一步完善模具各系统之间协调,以趋完美.v16. 校对审核-模具设计完成,必须协同客戶及相关人员进行校对审核,以对总体结构,加工可行性及绘图过程

23、中的疏漏作一全面检查,征求客戶意见,避免因设计失误造成模具製造和使用困难,甚至报废。-項目原因原因分析解决方式1射出机合模力不足，或单向受力填充时射出压力大于合模力，造成溢胶调整射出条件2射出压力，射出量太大过分饱和填充调整射出条件3模具合模不紧密，或有杂物模具制造偏差间隙太大重新合模4模具分模面有下陷或塌角异物压制或磨损补焊或降面5滑块或斜梢未完全回位顶出系统卡死，回不到底，压异物实配活动部位，清除异物，更换弹簧6塑胶温度过高调机不当降低加热温度至合适温度7模板变形弯曲模具強度不夠；超过使用寿命校正，研磨，更换模板8流动性大的塑胶1.小间隙下易溢胶2.排气槽溢胶1.改用正确的塑胶料2.根据不同塑胶设定不同深度的排气槽10产品投影面積超过注塑机所允许的塑制面积机台按排不当调换顿数大的机台-項目原因原因分析解决方式1射出压力不足，产品填充不足调机不当调整射出条件2