模具设计的设计思路及方法

1、模具设计方案简介科技名词定义中文名称：模具 英文名称：die;mould 定义：用以限定生产对象的形状和尺寸的装置。 所属学科： 机械工程（一级学科） ；模具（二级学科） 模具 muju （moju;mold; mould; die; tooling；matrix; pattern） 工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简介简而言之，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1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 模具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

2、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 模具钣金出料热轧、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强度和热稳定性，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 300500 铝合金、铜合金 5CrMnMo、3Cr2W8、9CrSi、W18Cr4V、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2、M2 500800 铝合金、铜合金、钢钛 GH130、GH33、GH37 8001000 钛合金、钢、不锈钢、镍合金 K3、K5、K17、K19、GH99、IN100、C-6NX88、MAR-M200、TRW-NASA、WA 1000 镍合金 铜基合金模具 塑料模具一般模具类别（1）两板模具 又称单一分型面模，是注塑模中最简单的一种，它以分型面为界面将整个模具分为两部分：动模和定模。一部分型腔在

3、动模,另一部分型腔在定模。主流道在定模；分流道开设在分型面上，开模后，制品和流道留在动模，动模部分设有顶出系统。 （2）三板模或细水口模 有两个分型面将模具分成三部分，比两板增加了浇口板，适用于制品的四周不准有浇口痕迹的场合，这种模具分成采用点浇口，所以叫细水口模，这种模具结构相应复杂些。启动动力用山打螺丝或拉板。 按成型方法分类（1）注射成型 是先把塑料加入到注射机的加热料筒内，塑料受热熔融，在注射机螺杆或柱塞的推动下，经喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔，由于物理及化学作用而硬化定型成为注塑制品。 注射成型由具有注射、保压（冷却）和塑件脱模过程所构成循环周期，因而注射成型具有周期性的特点。热塑性塑料注射成型的成型周期短、生产效率高，熔料对模 具的磨损小，能大批量地成型形状复杂、表面图案与标记清晰、尺寸精度高的塑件；但是对于壁厚变化大的塑件，难以避免成型缺陷。塑件各向异性也是质量问题之 一，应采用一切可能措施，尽量减小 。 (2)压缩成型 俗称压制成型，是最早成型塑件的方法之一。 压缩成型是将塑料直接加入到具有一定温度的敞开的模具型腔内，然后闭合模具，在热与压力作用下塑料熔融变成流动状态

4、。由于物理及化学作用，而使塑料硬化成为具有一定形状和尺寸的常温保持不变的塑件。 压缩成型主要是用于成型热固性塑料，如酚醛模塑粉、脲醛与三聚氰胺甲醛模塑粉、玻璃纤维增强酚醛塑料、环氧树脂、DAP树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺等的模塑料，还可以成型加工不饱和聚酯料团（DMC）、片状模塑料（SMC）、预制整体模塑料（BMC）等。 一般情况下，常常按压缩膜上、下模的配合结构，将压缩模分为溢料式、不溢料式、半溢料式三类。 (3)挤塑成型 是使处于粘流状态的塑料，在高温和一定的压力下，通过具有特定断面形状的口模，然后在较低的温度下，定型成为所需截面形状的连续型材的一种成型方法。 挤塑成型的生产过程，是准备成型物料、挤出造型、冷却定型、牵引与切断、挤出品后处理（调质或热处理）。 在挤塑成型过程中，注意调整好挤出机料筒各加热段和机头口模的温度、螺杆转数、牵引速度等工艺参数以便得到合格的挤塑型材。特别要注意调整好聚合物熔体由 机头口模中挤出的速率。因为当熔融料挤出的速率较低时，挤出物具有光滑的表面、均匀的断面形状；但是当熔融物料挤出速率达到某一限度时，挤出物表面就会变 得粗糙、失去光泽，出现鲨鱼皮、桔皮纹、

5、形状扭曲等现象。当挤出速率进一步增大时，挤出物表面出现畸变，甚至支离和断裂成熔体碎片或圆柱。因此挤出速率的控制至关重要。 (4)压注成型 亦称铸压成型。 是将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室中锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系统进入型腔逐渐固化成塑件。 此种成型方法，也称传递模塑成型。 压注成型适用于各低于固性塑料，原则上能进行压缩成型的塑料，也可用压注法成型。但要求成型物料在低于固化温度时，熔融状态具有良好的流动性，在高于固化温度时，有较大的固化速率 。 (5)中空成型 是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材趋势固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。 适合中空成型的塑料为高压聚乙烯、低压聚乙烯、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。 根据型坯成型方法的不同，中空成型主要分为挤出吹塑中空成型和注射吹塑中空成型两种。 挤出吹塑中空成型的优点是挤出机与挤出吹塑模的结构简单，缺点是型坯的壁厚不一致，容易造成塑料制品的壁

6、厚不匀。右图是挤出吹塑中空成型原理示意图。 注射吹 塑中空成型的优点是型坯的壁厚均匀、无飞边，由于注射型坯有底面，因此中空制品的底部不会产生拼和缝，不仅美观而且强度高。缺点是所用的成型设备和模具价格贵，故这种成型方法多用于小型中空制品的大批量生产上，在使用上没有挤出吹塑中空成型方法广泛。 按其它分类(1)热流道模 借助加热装置使浇注系统中的塑料不会凝固，也不会随制品脱模，所以又称无流道模。 优点： 1）无废料 2）可降底注射压力，可以采用多腔模 3）可缩短成型周期 4）提高制品的质量 适合热流道模塑料的特点： 5）塑料的熔融温度范围较宽。低温时，流动性好，高温时，具有较好的热稳定性。 6）对压力敏感，不加压力不流动，但施加压力时即可流动。 7）比热性好，以便在模具中很快冷却。 可用热流道的塑料有PE，ABS，POM，PC，HIPS，PS。我们现在常用的热流道有两种：1）加热流道模 2）绝热流道模。 (2)硬模 内模件所采用的钢板，买回来后需要进行热处理，如淬火渗碳，才能达到使用的要求，这样的注塑模叫硬模，如内模件采用H13铜，420铜，S7铜。 (3)软模（44HRC 以下） 内模件所

7、采用的钢材，买回来后不需要进行热处理，就能达到使用的要求，这样的注塑叫软模。 如内模件采用P20铜，王牌，420铜，NAK80，铝，铂铜。 双色成型模具（双射成型模具）双射成型原理基本原理: 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: 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. 双射成型模具设计要点一.设计前检讨事项 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

8、,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. 金属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

9、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，并在型腔内塑性流动，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，以利于金属塑性流动和充填，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强下才能从凹模挤出成形，在冷态下所需压强可高达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强度，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，表面较光洁，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

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