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1、材料成形模具设计,金属材料成形,第1章.模具基础知识,1.1模具及其分类 1.1.1模具的用途 用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点，已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代工业品的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。模具工业对国民经济和社会发展，将会起到越来越重要的作用。,模具的用途,材料成形离不开模具. 机械、轻工、汽车、电器、电机及仪器仪表等行业，60%的
2、零部件需用模具加工，模具生产费用占产品成本的30%左右。螺钉、螺母、垫圈等标准紧固件，没有模具就无法大批量生产。此外，工程塑料、粉末冶金、橡胶、建材、金属铸造、玻璃成形等工艺也都需要模具来完成大批量生产。模具生产直接影响生产效率和新产品开发的速度。模具精度不高，产品质量就得不到保证；模具结构及生产工艺落后，产品产量就难以提高。现代工业生产技术水平，很大程度上取决于模具工业发展的水平。是衡量一个国家工业水平高低的重要标志之一。,压力机,12500吨水压机,模具实物图,模具实物图,汽车覆盖件冲压模具,连杆锻造成形,连杆锻模,铝合金压铸件,模具分类图 按材料在模具中成形的特点,分为冷冲模和型腔模两大
3、类,1.1.3模具的组成,每一套冲模必须形成一个完整的独立体，由各种不同零部件组合而成。由工艺性零件和结构性零件两大类组成。 （1）工艺性零件：直接完成冲压工序，与材料或冲压件发生直接接触的零件。如成形零件（凸模、凹模、凸凹模）、定位零件、压卸料零件等。 （2）结构性零件：在模具中起安装、组合、导向作用的零件，如支撑零件（上、下模座、凸凹模固定板）、导向零件（导向杆、到向套）及紧固零件等,1.1.4模具的成形特点,(1)冷冲模的成形特点 在常温下，把金属或非金属板料放入模具内，通过压力机和安装在压力机上的模具对板料施加压力，使板料发生分离或变形成所需的零件，这类模具称为冷冲模， (2)型腔模的
4、成形特点 把经过加热或熔化的金属或非金属，通过压力送入模具型腔内，待冷却后，按型腔表面形状形成所需的零件，这类模具称为型腔模，型腔模主要包括锻模、塑料模、液态金属成形用的金属型、压铸型、粉末冶金压型等。,1.1.5模具加工制品的优点,生产效率高，适合大批量生产； 节省原材料，材料利用率高； 操作工艺简单，不需操作者有较高的水平和技艺； 能制造出用其他加工方法难以加工的、形状复杂的制品； 制品精度高，尺寸稳定，有良好的互换性； 制品一般不需要再进一步加工，可一次成形； 容易实现生产的自动化或半自动化； 加工成本比较低。 模具型面复杂，精度要求高，加工难度大，生产周期长，因而模具制做费用较高，不宜
5、用于单件及小批量制品的生产，只适合于大批量生产。,1.2模具制造的特点,1.2.1模具生产方式的选择 零件批量较小的模具，一般采用单件生产及配制的方式制造。零件批量较大的模具制造，可以采用成套性生产。根据模具标准化、系列化设计，使模具坯料成套供应。模具各部件的备料、锻、铣、刨、磨等工序均由专人负责。而各部件的精加工、热处理、电加工等则由模具钳工自己管理，最后由钳工整修成形并按装配图装配、调试，直到生产出合格的制品。这样生产出来的模具部件通用性及互换性较好，模具生产周期短，质量稳定。,1.2.2模具生产的工艺特征,一套模具通常可以生产出数十万件制品，但模具本身是单件生产，其生产工艺特征为： (1
6、）模具零件的毛坯制造一般采用木模、手工造型、砂型铸造或自由锻造加工而成，毛坯精度低，加工余量较大。 (2）模具零件除采用车床、万能铣床、内外圆磨床、平面磨床加工外，还需要高效、精密的专用加工设备，如仿型刨床、电火花穿孔机床、线切割加工机床、成形磨削机床、电解加工机床等。 现在用数控机床和加工中心,使模具加工更容易. (3）模具零件的加工一般多采用通用夹具，由划线和试切法来保证尺寸精度，为了降低成本，很少采用专用夹具。 (4)一般模具广泛采用配合加工方法，对于精密模具应考虑工作部分的互换性。(装配钳工) (5）模具生产专业厂一般都实现了零部件和工艺技术及其管理的标准化、通用化、系列化，把单件生产
7、转化为批量生产的方式。,1.2.3制造模具的特点,模具在制造过程中，同一道工序，往往内容较多，所以生产效率低。 模具制造对工人的技术等级要求较高。 模具在加工中，某些工作部分的尺寸及位置必须经过试验才能确定。 装配后的模具，均需试模和调整。 模具生产周期一般较长，成本较高。,1.3模具的生产过程,模具的生产过程主要包括模具设计、模具制造工艺规程的制定、生产准备、模具毛坯制造、模具零件的加工和热处理、模具的装配、模具调试及模具的检验与包装等。 1.3.1模具设计 模具设计是模具生产过程中最关键的工作。模具设计图一般包括模具结构总图、模具零部件图，并标有技术要求，如零件材料、热处理要求等。模具设计
8、图确定之后，模具原材料的准备、生产工艺的制定、模具的装配与验收，都按模具设计图的要求进行。,1.3.2制定工艺规程,工艺规程是指按模具设计图，由工艺人员制定出整个模具或零部件制造工艺过程和操作方法，一般用表格形式制定出文件下发到各生产部门。由于模具生产一般是单件生产，因此模具加工工艺规程常采用工艺过程卡片形式。工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明模具或零部件加工、装配过程的一种工艺文件，是进行技术准备、组织生产的依据。,1.3.3模具零部件生产,按零部件生产工艺规程或工艺卡片组织零部件的生产，利用机械加工、电加工和其它工艺方法，制造出符合设计图纸要求的零部件。 1.3.4模具装配 按规定的技术
9、要求，将加工合格的零部件进行组合与连接，装配成符合模具设计结构总图要求的模具。 1.3.5试模与调整 将装配好的模具，在规定的压机上进行试模，边试边调整，直到生产出合格的制品为止。,1.3.6模具的基本要求,模具制造及调试后，应满足以下基本要求： 能正确而顺利地安装在成形加工机械设备上，包括模具的闭合高度、安装槽（孔）尺寸、顶杆和模板尺寸等。 模具经使用后，能生产出合格的产品，产品的形状和尺寸精度等均应符合图纸上的技术要求。 模具的技术状态应保持良好。各零部件间的配合关系应始终处于良好运行状态，使用、安装、操作、维修应方便。 模具应具有一定使用寿命。 模具的成本应低廉。,1.4模具生产的发展趋
10、势,1.4.1发展精密、高效、长寿命模具 精密或超精密:二十世纪60年代把0.01mm公差的制件称为精密件，70年代为0.001mm，80年代为0.0001mm。现在一些精密件制造公差要求很小。如光纤连接器直径公差要求1m，轴斜度2m。一些大型棱镜的形状误差1m，表面粗糙度为0.01m。激光盘的记录面的粗糙度要达到镜面加工的水平0.010.02m，这要求模具的表面粗糙度要达到0.01m以下。 对于这类模具应该采用高刚度精密导向、定位、卸料以及防震等结构。选择高耐磨、耐粘附的模具材料，高精度送料机构。 高效模具主要是成形机床一次行程生产的制品数量。为此，大量采用多工位级进模。例如生产电子产品中的
11、接插件、端子零件的级进模高达20至30个工位甚至50个工位。而且还可以完成叠装、计数、铆接等功能，从模具生产出来的是成批组件。 长寿命模具: 中速冲床的行程次数是300400次/min，每班要生产1420万件冲压件，只有用高耐磨硬质合金冲模才适用。影响模具寿命的因素有模具结构、模具钢性能、热处理和表面处理技术、加工设备和加工技术等。,1.4.2模具的高效、精密、数控自动化加工技术,现代模具加工技术的主要特点是：从过去的劳动密集，主要依靠钳工技巧，发展到更多依靠各种高效自动化机床加工，70%90%零件是靠加工保证精度，直接装配的。从一般的车铣刨磨机床加工，发展至采用各种数控机床和加工中心进行模具
12、零件的加工。从一般的机加工方法，发展至采用机电结合的数控电火花成形、数控电火花线切割以及各种特殊加工技术相结合。例如电铸成形、精密铸造成形、粉末冶金成形、激光加工等。,1.4.3发展简易模具技术,工业生产中有70%是多品种小批量，要求模具在满足工件质量的前提下，降低成本，缩短制造周期，能快速更换。 简易模具通常采用的有低熔点合金、铝合金、锌基合金、铍铜合金、甚至塑料等材料制做模具。国外研究了一种增强塑料制造注塑模的型腔及型芯。其主要成分为塑料中加碳纤维和专用添料。其导热性接近铝，而耐磨性比铝好。成本相当于铝的一半，制模周期为34周。此外，还开发了用铝红柱石、铁粉、不锈钢纤维和硅酯乙醇混合剂，经
13、震动浇注并烧结压制成型的模具，适合于小批量生产塑料件。,1.4.4发展专业化生产,专业化生产方式是现代工业生产的重要特征之一。国外工业先进国家模具专业化程度已达75%以上。美国和日本的模具厂，其中80%是10人以下，90%是20人以下的“小而专”的企业，一个模具厂只生产一种模具。这种小企业易于管理，容易提高质量和效率。 标准化是实现模具专业化生产的基本前提，也是系统提高整个模具行业生产技术水平和经济效益的重要手段，国际上工业发达国家都非常重视模具标准化，二十世纪50年代初就着手制定模具标准。现在国外模具标准化生产程度达80%，标准件品种多，规格全，全部商品化，供货及时。,1.4.5相关技术的共
14、同提高,要提高模具制造精度和效率，并相应地降低成本，首先应抓住的是模具加工技术本身。与加工关系最密切的是模具设计。如果不采用模具计算机辅助设计，提高设计速度和质量，就不能有效缩短模具加工周期。另外，设计模具时必须考虑采用能充分发挥加工设备功能的模具结构形式。例如要充分发挥磨削加工的作用，则必须设计出合理的镶拼结构。 采用模具标准件以加快模具制造速度。在引入CAD/CAM等计算机辅助设计系统时，对模具标准化又提出了新的要求。除零件标准化之外，还有组合标准化，设计参数标准化，加工标准化等。,1.5模具技术水平的评估,1.5.1模具技术水平的评估原则 模具制造周期 模具的制造周期反映模具生产技术水平
15、和管理水平。应设法缩短模具制造周期。采用计算机辅助设计模具的方法及数控机床加工技术，可使模具制造周期缩短60%以上。 模具寿命 正确选用模具材料，还应在模具结构设计、制造工艺方法、调试设备、热处理工艺、模具使用时的润滑条件、冷却方式及使用设备的精度和维护保养、坯料状况等各方面. 模具精度 平面的平行度、垂直度、定位及导向配合等精度。通常所讲的模具精度主要指成形的凸、凹模及型腔尺寸精度。 模具制造成本 模具成本越低，表明模具技术水平越高。除了合理选择模具材料外，还要力求降低加工工时，节约各项开支。 模具标准化程度 模具标准化是专业化生产的重要措施，也是提高劳动生产率、提高产品质量和提高管理水平的重要措施。不断扩大模具标准化范围，组织专业化生产.,1.5.2提高模具技术水平的措施,经常对模具设计人员、工艺人员、生产技术工人、模具的品种及数量、模具质量及寿命、成本、精度、标准化程度与先进国家和地区进行对比分析，找出差距，提出改进措施。 不断研制新的模具结构、新材料、新工艺及新设备。 合理组织和调整生产体系，加强经营管理水平。 大力开展模具标准化及系列化生产。 加强人员培训和技术交流。 坚持对外开放，引进先进技术和设备。,
