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模具设计与制造

第2章模具设计与制造

在大型工业生产中，人们为了提高生产力，使工业用零件生产快捷、批量生产、外形美观、简洁、品质稳定及零件有预定的功用和使用寿命，故人们为此而设计了该零件外形可开合、多次重复使用的模腔，称之为模具.

第一节常用设备及工具

一、常用设备：

CNC加工中心、计算机铣床、计算机3D抄数机、车床、铣床、磨床、钻床、镗床、手提打磨机、砂轮机、磨刀机、手提砂轮机、吊钻机、电葫芦、线切割机、攻牙机、电焊机、氧焊机、氩焊机、手动压力泵、空气压缩机、锯床、雕刻机、灯箱、粹火炉、无心研磨床、拋光机等等

二、常用工具：

钳子、虎口钳、铁钻、扳手、六角匙、起子、铁锤、研磨石、手锯、锉刀、卡尺、千分尺、高度尺、分度尺、直尺、直角尺、角度尺、厚薄规、塞规、塞尺、外圆规、内圆规、R规、硬度测试仪、光洁度测试仪.

第二节合金模和塑料模的主要区别：

一、模具主要区别:

基本区别

合金模

注塑模

直浇道口径

大

小

内模材料

#8407钢材

P20鋼\#718钢材\S136钢材\S136H钢材\鈹銅

内模处理

内模要淬火,再弗模落框

内模可不淬火,弗模后直接落框

二、适用啤注材料的区别:

合金模

注塑模

有色金属合金

常用塑料

低熔点合金

高熔点合金

铅合金

锡合金

锌合金

铝合金

镁合金

铜合金

热塑性塑料

热固性塑料

第三节工模的基本结构及各部分的常用材料

一、模具常用部件名称及定义:

1、上哥\下哥：

上哥为嵌入上内模的镶件，下哥为嵌入下内模的镶件．

2、上/下模镶针：

嵌入上/下内模的销子叫上/下模镶针，用来制作工件上的盲孔或通孔等．

3、行位/斜鸡/行位油板/斜鸡油板/斜边/压条：

行位即滑块，行位的工作面为工件料位，有两面为滑动面，一面贴斜鸡（又名压座、压块）滑动，中间穿有斜边（又名斜导边、斜导销），起推动行位的作用．另外在行位的工作面和斜鸡的滑动面都嵌有油板（即耐磨块）．

4、方铁（垫脚）/底板：

方铁在底板（又名底部固定板，下模板、Ｃ板）与下模框之间用来固定间隔距离，提供顶出啤件的行程，为弹簧提供行程范围．

5、弹簧杆：

又名弹簧柱，穿在弹簧中心，固定在面针板上，弹簧压缩复位时在下模的孔中行走．

6、直边（导柱）/托司（导套）/直司（直套）：

直边穿入托司或直司，沿内孔行走，使上下模作相对运动，对上下模作配位固定．

7、面针板（顶针固定板）/管针（销钉、暗销）/托板（顶针托板）/底针板（推板、脱模板）：

面针板用来固定顶针，顶针用管针固定在面针板上，底针板在压力机作用下将顶针和面针板推动，使顶针顶出工件．底针板、面针板和顶针在弹簧和回针的作用下复位．

8、垃圾钉（限位钉）：

为了保证不让可能掉下来的啤料垃圾影响顶针板的行程，在底板上装有垃圾钉，使托板与底板之间保持一定的距离．

9、顶针（起模杆）/托针（有托顶针）/垃圾顶针：

顶针、托针和垃圾顶针都是用来将工件顶出的，顶针和托针直接顶工件，不同的是托针下部要粗一些．垃圾顶针不直接顶工件，而是通过工件边上小水口流入垃圾钉孔口的啤料将工件顶出．

10、司筒（顶杆套、顶管、推管）/司筒针：

司筒中间有一根固定的销子，司筒顺销子运动，顶出工件．中间的销子为司筒针．

11、大水口／细水口：

流体流入内模的水口，开在工件边上的为大水口，开在工件中间的点浇口为细水口．

12、单托唧咀（A型浇套）/双托唧咀（B型浇套）：

唧咀又名为水口司，浇道套，位于上模的中心，起浇道套筒的作用，与压力机的喷料咀连接，液态材料经此喷入内模．

13、分流锥（用于合金模）：

分流锥又名为浇道分流器，水口分配器，喷入的液料由此分流出去．

14、唧咀中心线：

唧中心线与压力机喷料咀中心线重合．

15、喉塞（管塞）：

用来堵塞运水道的堵头．

16、水口板（浇道脱模板）：

用来顶出浇道啤料．

17、勾针：

用来将上模唧咀段的啤料拉到下模．

18、定位圈（法兰）：

使压机喷料口，内模，唧咀成一线的定位圈．

另外还有水口边、隔片、滑动锁、杯司（衬套）、O型圈（密封圈）、撑头（支柱）、球掣、锁扣、限位块、摇臂、拉板（拉杆）、推杆（剑身）、加速顶针机构、活动臂、回针（复位销）、提前回针、复位机构,提前复位机构、粗框、压板（面板、工字板、上模板）、分型面（分模线）、模具镶块、下模板（托板）、上模板、铜公、杯头螺丝（内六角螺丝）、平头螺钉、无头螺钉等．

二、常用模具材料的选择:

机械活动结构

合金模座标准

名称

物料

硬度

名称

物料

硬度

提前回针板机械结构

DF-2

52---55

上模板

007/1050

30---35/15

推杆

DF-2

52---55

下模板

007/1050

30---35/15

活动臂

8407

48---50

支承板

1050

15

有托杯司

DF-2

52---55

橙仔方

1050

15

提前顶杆

DF-2

52---55

底板

1050

15

锁扣

DF-2

52---55

顶针板

1050

15

拉板

DF-2

52---55

顶针压板

1050

15

滑动锁

8407

48---50

辅助顶针板

1050

15

锁扣

DF-2

52---55

辅助顶针压板

1050

15

加速顶针系统

直身导边

STD

摆臂

8407

48---50

有托杯司

STD

限位方块

9030

37

回针

STD

塑料模材配件标准

合金模材配件标准

名称

物料

硬度

名称

物料

硬度

上模镶件

S136

50---54

上模镶件

8407

50---52

下模镶件

S136h

31---36

下模镶件

8407

50---52

行位

718

30---35

射嘴

8407

48---50

斜方

P5

29---32

水口散播器

8407

50---52

勾针杯司

BECU

32---35

行位

8407

50---52

射嘴（三板模）

8407

42---44

上、下模镶针套筒

8407

50---52

压座耐磨板

8407

48---52

8407

48---50

线条

9030

37

行位耐磨板

8407

48---52

压座（斜楔）

9030

48---52

压座

8407

48---52

射嘴

STD

42---44

压座耐磨板

8407

48---52

弹簧柱

1050

15

线条

9030

37

弹簧

FIBROSTD

支承柱

1050

15

弹弓波子

HASCOSTD

弹簧

FIBRDSTD

隔片

AL/CU

弹弓波子

HASCOSTD

喉塞

BSPSTD

隔片

AL/CU

行位导边

STD

喉塞

BSPSTD

上、下模镶针

STD

行位导边

STD

顶针模筒

STD

上、下模镶针

STD

顶针

STD

顶针

STD

有托顶针

STD

有托顶针

STD

限位钉

STD

限位钉

STD

管钉

STD

管钉

STD

套筒管钉

STD

套筒管钉

STD

定位圈

STD

釜把边钉

STD

顶针板导边

STD

杯头螺丝

STD

有托杯司

STD

定位螺丝

STD

釜把边钉

STD

平头螺丝

STD

橡胶圈

STD

进水

STD

杯头螺丝

STD

出水

STD

定位螺丝

STD

平头螺丝

STD

行程螺丝

STD

第四节模具设计注意事项：

1、模图设计与绘制:

模图设计就是依据客人要求制造产品的件数（即一模几头）,将产品在模具上进行排位,然后将模具结构用图纸的形式表示出来的过程;绘好模图后,还要做加工工艺资料,来指示模具各部分的加工方法、加工要求等;最后还要对模图进行审核,才能正式做模.有关模图的审核一般应考虑以下几点:

1.检查一些料位过细且难走齐胶的产品零件是否离主流道太远,一些小件、薄型件、跳级多的件应尽量排在离唧咀较近的水道边.

2.检查水口是否幵在适当的地方,水口应幵在能迅速填满型腔而不昜产生缩水或夹水纹的地方.

3.检查分模面是否合理.应选择在不扣模而又能经济取出制品的地方;飞边不明显、容昜加工、改模、维修的位置;形状外观要求较高的产品要求选在包R的位置.

4.检查顶针位是否合理,顶针位应尽量布置在有骨位、啤把小、出模困难而不会顶白、能平行顶出制品的地方.

5.把握好每一个细件的形状及装配在哪个位置,应清楚了解每个零件的镶针孔、柱位的装配尺寸和距离等

6.考虑工件的生产加工工艺,如电镀件的排列尽量在同一套模.

7.考虑工件的形状、壁厚薄不同及收缩率不同,它们在同套模具上的排列位置应尽量迖到收缩一致,或做在不同套的模具上.

8.当多款产品同时开模有共享件时,要留意共享件和单独件的组合方式.

9.所啤的材料不同应适用不同的模具及不同的材料等.

二、排模时考虑材料的溢边值:

塑料名称

聚乙烯PS

聚丙烯PP

软聚氯乙烯PVC

聚苯乙烯GPPS

聚先胺PA

聚甲醛POM

372有机玻PMMA

ABS

聚碳酸酯PC

聚矾

溢边值

0.02

0.03

0.03

0.03

0.02

0.03

0.03

0.04

0.06

0.08

三、模具设计时塑件结构分析：

分型面是否合理,可否经济出模,塑件壁厚能否尽量一致,入水口位置等.

第五节工模制作流程

手办修改完成后,模房先进行胶样制作,即可根据模图和加工工艺资料开始模具制作。

一、胶样制作:

胶样制作,是利用石膏等特殊材料,将手办复制成放大的模具型腔.它的作用是做仿型雕刻的依据（即靠模）,也是模具完成后复核型腔尺寸的依据,具体制作过程请参见手办制作部份.

二、模具制造工艺流程：

开料→开框→雕刻→弗模→行位加工→弗行位→内模淬火→落框→二次弗行位→行位淬火→配压座→整体弗模→火花机加工→拋光（省模）→配顶针→试模→改模→交模放产

工模生产流程基本上按合金模制定，对于塑料模，流程顺序可以视情而变．无论对合金模或对塑料模，有的工步可以交叉进行，内模钻孔的程序可视淬火情况调整，在粹火条件限制下而要加快进度，工步[行位淬火]可放在工步[内模淬火]中进行，工步[弗行位]可放在工步[二次弗行位]中进行，在工艺条件不允许情况下，工步[弗模]可在工步[落框]以后进行．

三、模具的具体制造步骤:

1、开料

根据模具设计要求，按不同模具所用材料的材质要求先开坯料．先按照图纸设计的凈呎寸放粗加工，加工余量应控制在双边5mm左右．用铣床将内模、行位、镶件及铜公坯料加工成六面平直，周边直角的粗坯料．然后用磨床加工成表面光洁、平整的精坯料，以便下道工序制作．

（1）、下料时应看清图纸要求，根据模具各部件所用的材料材质开料．

（2）、坯料经加工后必须有足够的余量，以防下道工序加工出错，便于更正．具体的加工余量以双边3mm左右为宜，朝内模厚度方向应尽量放余量．

（3）、每块模料在磨床加工时必须确保角度尺精度，确保对边平行，邻边垂直，垂直度公差最好控制在0.02/100mm左右．

（4）、加工完成的精坯料，要打上模号及材料名称．

2、幵框

幵框是按照设计图纸要求，将在模坯上按装内模、行位及镶件的部位加工成符合模具结构的一个工作配合位．加工过程分为放少量加工余量的粗加工（粗框）和加工到图纸和工艺要求呎寸的精加工（精框）．

（1）、开框前应把整套模具的模号和散件编号打上.

（2）、开框前必须检查所用的铣床的车头轴与工作台面的垂直度,垂直度最好控制在0.02/100mm左右．

（3）、将模内框中心呎寸的公差最好控制在0.02/100mm左右．

3、雕刻

雕刻是按照图纸配位要求和分模胶样形状,加工成所需模具设计要求形态的加工制作过程．必须根据设计要求的比例加工，分为开粗和仿雕刻两个步骤．

（1）、开粗

对雕刻时加工余量大的内模、行位及镶件进行粗加工，用铣床加工到余量最低限度．

（2）、仿形雕刻

将以过开粗的坯料安装在雕刻机上，按分模中心定好中心，调模具与分模胶样的定位精度和比例，按照分模胶样的形状进行仿形雕刻，使模具的形状和各加工部位的流道，入水下胶完全相同．

（3）、工艺要求

a）雕刻前应检查送来的各种坯料的垂直度，确保角尺面正确无误，且有足够的加工余量．

b）看清图纸，确认工件成品中心与分模胶样完全一致后才划线开粗．

c）看清分模每件成品的精度．如对形状复杂、料位较深、线条细而使用雕刻不能确保精度的，应做单面铜公和立体铜公．一些有配位或插穿的应做镶件，特别是玻璃窗和小灯片，以便晒纹后在生产过程出现批锋而以不可烧焊时用升高镶件的方法来消除批锋．

d）对成品精度要求一般而不必雕铜公的，应雕清上模或下模，另一面留0.1-0.3mm的余量供打磨弗模，待弗好后进行反雕，确保夹口和线条流畅．

e）雕刻完，后应检查每件成品，分型应与分模胶样相同，料位清晰，雕清的部位不得有凹凸不平的刀痕和线条不清的情况．

f）仿真车的玻璃窗下模在雕刻时应留搭边余量，以便与上模配位，仿真车的玻璃窗分型面一般在上模出料位，尖角包Ｒ便于配车身时无离隙．

（4）、铜公

铜公是对使用仿形雕刻不能满足产品精度要求的形状复杂、料位较深、线条细的内模型腔进行电火花电蚀加工时所用的电极，,作为一种电火花加工方式的工具，它是根据产品所需形状和呎寸仿制的一个产品实体，必须根据产品设计，分模实心胶样和客户资料雕刻制作，再由铜公专业技术人员依据实心胶样、手办和产品照片进行手工修正．

a）参照手办和客户照片把雕刻出来的铜公修正到线条大小适中,R部位线条联接流畅、表面光滑、锐角部位角度清晰.

b）所有配位之间应留足虚位（间隙），保证喷油和电火花放电间隙．

c）配位部位必须符合加工资料，做到线条过渡部位清晰、流畅．

d）立体铜公根据产品铜公配位，有特殊要求时，则必须待所配啤件试出办后根据所配啤件再配位．如车窗、灯片、鬼面罩、车门、倒后镜等．

4、弗模

（1）、贴合校正（弗模）

在雕刻好的内模分型碰撞面上涂红漆，将该内模与相对的内模固定合在一起，通过碰撞到位后将上、下内模打开．检查未涂红漆的内模碰撞面料位边是否印上红漆，若没有完全印上，则要用打磨机，锉刀及铲刀等反复打磨、修整、反复检查直到全部印上红漆为止．雕刻好的内模须弗模时，应首先将基准面修妥作为基准，然后再弗去另一边．

（2）、执模（修正）

用锉刀及铲刀工具锉、修正料位（模具上工件压铸位置）、流道（工件材料流道）、入水口（工件材料流入料位的料边位置）、修顺脱模斜度（啤把），把影响啤件顺利出模的尖头、毛刺、凸起等除掉．（流道和入水口若没有用雕刻机加工，则要用铣床按图加工）

5、行位加工滑道

在行位上加工滑块，在模架行位框中开行位槽、加压条，使行位能在滑道移动．

6、弗行位

内模弗好后，将上、下模和行位固定到位，用红漆检查行位与内模的贴合面,用砂轮、锉刀及铲刀工具反复打磨、修铲、反复检查直到贴合面料位边完全贴合为止．固定行位：

（1）、将行位夹到位

（2）、在行位上平面取一点作为起点钻孔，将行位钻穿后继续在模框上钻盲孔．（该孔为工艺孔，在没有斜边和斜鸡条件下用来插销子固定行位的位置．）

7、内模淬火

（1）、淬火前工作

ａ）钻唧咀孔：

按图要求在上模钻唧咀孔，上模钻唧咀孔时要留意与底板孔在同一中心．

ｂ）钻分流锥孔：

在下模流道中心按图纸要求钻好分流锥孔，然后配制分流锥，在上面钻好顶针孔．

c）钻运水孔：

按图标要求，在内模的侧面钻运水（冷却水）孔．

ｄ）在内模与模框的贴合面上钻攻固定孔（盲孔）内模与模体的连结处．

ｅ）内模上有镶针的，则要钻镶针孔．

（2）、钻顶针孔

顶针是模具机械工作中的一个重要组成部份，其作用是通过啤机顶杆动作将产品从模具型蕊上脱离出来，达到整体出模的效果，顶针加工精度的好坏直接影响模具的质量和使用寿命．工艺要求：

ａ）顶针孔位应该根据产品的总体设计要求，加工尽量避开薄壁和影响外观的部位，为避免过渡位出现啤把（斜度），生产时出现断针，钻顶针孔前应用小一个科的钻咀从下面钻穿，然后再用大一个科的钻咀从反面钻穿．

ｂ）加工孔位时，应检查所用钻床和铣床轴与工作台面的垂直度．

ｃ）顶针孔在加工时应留有余量，以便用铰刀铰孔后保证孔与顶针的机械过渡配合,太紧时，孔和顶针在生产中会烧损；太松时产品上会有批锋．

ｄ）在钻顶针孔时，应该保证不会钻穿运水孔位．

ｅ）钻1.5ｍｍ以下顶针孔时,应尽量把过渡部位长度保证在20mm-30mm之间，避免空位孔，然后才加工避空段（顶针与顶针孔之间的间隙）．避空孔径应比过渡孔径大0.5mm左右，太大时长顶针容易弯曲断．

（3）、内模淬火

内模弗好后送到热处理厂淬火，使内模达到硬度要求．

8、落框

（1）、落框

内模淬火后放入模框，进行配位检查．为此必须对模框和内模贴合边进行打磨修整，使内模能完全落入模框，匹配正常．

（2）、在模框上钻内模固定孔

在内模定位螺孔中拧入定位中心辅具，然后将内模压入模框，使辅具在模框上打上钻孔中心标记．然后取出内模、拧出辅具．按钻孔标记在模框上钻孔，最后把模框翻过来钻孔．

9、再次弗行位

该工步在内模落框后进行，目的是检查行位工作面两侧边与内模的贴合情况．在内模与行位贴合的侧面部位涂上红漆，插入行位，将行位紧压到位．行位上的相对部位应该完全印上红漆，否则要反复打磨、修铲、反复检查直到完全印上红漆为止．

10、行位淬火

行位弗好后，进行淬火处理，使之达到硬度要求．

11、配压座（斜鸡）

（1）、加工行位斜面

按图标要求和技术条件，在行位的滑动面加工斜面．

（2）、配压座

ａ）行位斜面的斜度和模框上行位框的呎寸配座．

ｂ）按行位斜面斜度和行位位置,在上模框和压座上钻定位孔，将压座固定在上模框上．

ｃ）在行位上钻斜边孔，斜边孔必须比斜面小2度．

ｄ）按行位上钻斜边孔的位置和斜度在上模上钻斜边定位孔，然后装上斜边进行配位检查．斜边孔一般要比斜边大2个科．

12、整体弗模

在内模、行位、镶针、模框全部配位后，将上下模合起来进行弗模，用红漆检查上下内模、行位及镶件的碰撞面料位边贴合情况，进行打磨、修铲直到完全贴合为止．

13、电火花机加工

电火花加工基于电火花腐蚀原理，在铜公与工件相互靠近时，极间电压在二极间相对最靠近位置使电解液电离击穿而形成火花放电，致使火花信道中瞬时产生大量热能，使金属局部熔化，甚至气化，蒸发而将金属蚀除，可用于任何导电材料，加工任何硬、脆、软、粘或高熔点的金属材料，包括经热处理的钢及合金，工具电极（铜公）与工件都受电蚀而产生蚀物（汽态和固态）．铜公的电蚀会形成电极损耗，工件的电蚀则使之达到成形的精度要求．

工艺要求：

（1）、将铜公稳固地装夹在机床主轴夹头上，调正基准位，使之符合加工精度要求．一些面积较大而又单薄的立体铜公加工时容易变形和弯曲，应用三脚叉式固定夹均匀固定在立体铜公上．

（2）、将工件安装在机床台面，调好基准精度．

（3）、按各部位的加工要求进行电蚀加工．

14、拋光（省模）

模具拋光是将模具型腔，型蕊光洁度加工到产品所需的外观要求，是模具制造过程的一个重要组成部份，拋光精度的好坏直接影响产品的外观质量．拋光有多种方式，如机床拋光（超声波）、打磨机拋光和手工拋光．在一般条件下最常用的手工拋光，它的工艺要求：

（1）、拋光省模时必须看清和了解产品的内、外观要求．

（2）、拋光前应用锉刀修整各种加工遗留下来的表面痕迹．

（3）、在用油石修整的基础上，再用砂纸从粗到细根据产品要求省光．

（4）、对有特殊要求的产品，如透明件，必须用研磨膏拋光．

（5）、拋光后的工件必须做到线条清晰、光亮润滑、夹口部位无圆角．

15、配顶针

通过下内模上的顶针孔将下模框和面针板钻穿，然后在面针板上顶针孔边铣管针孔,将顶针插入面针板、下模框和下内模．注意使顶针与上内模出口齐平，然后在面针板顶针孔边装入管针，将顶针卡紧定位．

16、试模

（1）、配作剑身等附件，将模具组装起来．

（2）、按啤机操作规程将模具安装在啤机上，进行啤件．试模是制模工艺中的一个重要组成部份，为了以啤件方式准确判定模具质量，试模前必须把锁模压力，射料压力、电热温度、溶炉温度等调好，且每次作好试模记录．试啤的工件必须无冷纹、无批锋、无缩水、气泡在15%以内，不得有明显夹口和夹水纹，而且表面光滑，出模顺．若达不到要求，则要再修再试．

17、改模

根据试模结果对模具进行修整，按客户要求和装配要求对模具进行修改．改模工作是模具制造的重要部份，制造模具的目的是批量生产，改模的快慢，准确与否直接影响产品的质量和生产进度．改模的任务是保证不用辅助工具进行配位调整而组装的签办（销售办）符合市场（客户）和振箱要求（表面装饰要求除外）．工程师装的办须经内部审查后才送交客户审办．工程师根据模具本身的问题，装配要求和客户要求出改模资料．改模资料必须书写清晰，言语易懂无歧义．数据要求必须明确、完整，有前后位置要求的必须标注参考点，有形状要求的要做手办．工程师在交改模资料给改模人员时须将改模的要点、改的部位、改的要求、改的目的讲清楚，改模人员有更好的方法能达到改模目的时，经技术负责人裁决后可择优执行，改模人员必须按改模资料改到位．

18、放模

模具改模、试模、签办、质量完全符合客户要求和玩具装配要求后便可交模放产．

第六节锌合金工模简介

合金模流道系统图标:

一、直浇道结构型式和尺寸：

直浇道长度

40

45

50

55

60

65

70

75

80

直浇道小端直径d（毫米）

----12

----14

斜度a

6°

4°

环形信道壁厚h（毫米）

2.5-----3

3.0----3.5

浇道端面至分流锥顶端距离l（毫米）

10

12

17

22

27

32

分流锥端部圆角半径R（毫米）

4

5

二、横浇道结构型式和尺寸:

1.截面形状：

横浇道的截面形状和铸件的结构特点有关，一般以扁梯形为主，特殊情况下采用双扁梯形，长梯形，窄梯形，圆形或半圆形。

（见表）

形状

简图

说明

形状

简图

说明

扁梯形

金属液热量损耗小，加工方便，应用最广

双扁梯形

金属液热量损耗小，适用于流程特别长的浇道

长梯形

适用于浇道部位狭窄，铸件流程长及多腔模具上分支浇道

窄梯形

适用于隙浇口或浇口部位特别狭窄的

圆形

加工不方便，金属液冷却缓慢，影响生产率，很少采用

半圆形

加工不方便，金属液冷却较缓慢，很少采用

2.扁梯形横浇道尺寸计算：

a）横浇道的截面积，单型腔时一般取直浇道导入口截面积的1.2倍。

b）多型腔不