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1、第5章 模具设计及制造的基本要求,学习目标,1理解模具精度、寿命、成本的概念 2掌握模具精度的具体要求 3掌握影响模具精度和寿命的因素 4学会提高模具精度和寿命的方法 5学会降低模具成本的方法 6掌握各类模具的常见故障及维修方法,技能目标,1学会使用各类常用的模具维修工具,模具是一种高精度、高效率的工艺装备，是生产制件的专用工具，模具的精度将直接影响制件的质量。对于模具精度的基本要求是使模具在足够的寿命期内，能够稳定地生产出质量合格的制件。因此，对模具的基本要求是：精度高、质量好、寿命长、安全可靠、成本低。,在对模具提出上述基本要求的同时，还要求合理地使用、维护与修理模具，这对于延长模具的使用
2、寿命并保证安全生产是十分重要的。 本章主要介绍影响模具的一些因素和提高模具精度和寿命的一些方法。,5.1 模具的精度,模具的精度主要是指模具成形零件的工作尺寸及精度和成形表面的表面质量。模具精度可分为模具零件本身的精度和发挥模具效能所需的精度，如凸模、凹模、型芯等零件的尺寸精度、形状精度和位置精度是属于模具零件本身的精度；各零件装配后，面与面或面与线之间的平行度、垂直度，定位及导向配合等精度，都是为了发挥模具效能所需的精度。但通常所讲的模具精度主要是指模具工作零件或成形零件的精度及相互位置精度。,模具的精度越高，则成形的制件精度也越高。但过高的模具精度会受到模具加工技术手段的制约。所以模具精度
3、的确定一般要与所成形的制件精度相协调，同时还要考虑现有模具生产条件。今后随着模具加工技术手段的提高，模具精度会有很大的提高，模具工作零件或成形零件的互换性生产将成为现实。,5.1.1 模具的精度要求,模具的精度要求主要是指模具成形零件的工作尺寸及精度和成形表面的表面质量。成形零件的原始工作尺寸（设计和制造尺寸）一般以制件设计尺寸为基准，应先考虑制件在成形后的尺寸收缩和模具成形表面应有足够的磨损量等因素，然后按经验公式计算确定。对于一般模具的工作尺寸，其制造公差应小于制件尺寸公差的1、/31/4。,冲裁模除了应满足上述要求外，还需考虑工作尺寸的制造公差对凸、凹模初始间隙的影响，即应保证凸、凹模工
4、作尺寸的制造公差之和小于凸、凹模最大初始间隙与最小初始间隙之差，模具成形表面的表面质量应根据制件的表面质量要求和模具的性能要求确定，对于一般模具要求其成形表面的表面粗糙度Ra0.4m。,模具上、下模或动、定模之间的导向精度，坯料在冲模中的定位精度等对制件质量也有较大的影响，它们也是衡量模具精度的重要指标。此外，为了保证模具的精度，还应注意零件相关表面的平面度、直线度、圆柱度等形状精度和平行度、垂直度、同轴度等位置误差，以及模具装配后零件与零件相关表面之间的平行度、垂直度、同轴度等位置误差。,5.1.2 影响模具精度的因素,1模具的原始精度 模具的原始精度即模具的设计和制造精度，它是保证模具具有
5、较高精度的基础。模具只有具备足够的原始精度，才能充分发挥模具的效能，保证模具具有足够的使用寿命，在较长时期内稳定地生产出质量合格的制件。,2模具的类型和结构 模具的类型和结构对模具的精度有一定的影响。例如，带有导向装置的模具，其精度要高于无导向装置的敞开式模具。 3模具的磨损 模具在使用过程中，成形零件的工作表面在制件成形和起模时因与制件材料的摩擦而产生磨损，这种磨损直接导致成形零件的工作尺寸和制件尺寸发生变化。,4模具的变形 模具受力零件在刚度、强度不足时，会发生弹性变形或塑性变形，从而会降低模具的精度。例如：塑料模、压铸模中的型腔在熔融塑料或合金液的压力作用下的变形，细小型芯在熔融塑料或合
6、金液冲击作用下的变形，都会降低模具的精度。 5模具的使用条件 模具的使用条件，诸如成形设备的刚度和精度，原材料的性能变化，模具的安装和调整是否得当等，都会影响到模具的精度。,5.1.3 模具的精度检测,利用模具生产制品的特点之一是生产效率高、生产批量大，如果将精度不足的模具投入生产，就有可能产生大量的废品。为了将这种损失防患于未然，就有必要对模具的精度进行经常而仔细的检查。 1模具制造过程的精度检查 为了保证模具具有良好的原始精度，,在模具制造过程中就应注意模具的精度检查。首先应严格检查和控制模具零件的加工精度及模具的装配精度，其次应通过试模验收工作综合检查模具的精度状况。只有在试模验收合格后
7、，模具才可以交付用户投入使用。,2新模具入库前的精度检查 新模具在办理入库手续前必须进行精度检查。首先应通过外观检查和测量模具成形零件的工作尺寸、表面质量及其他有关指标是否达到设计要求，然后通过试模检验来检查制件的质量是否合乎要求。在判断模具精度是否合格时，要注意模具使用后的磨损对制件尺寸的影响，尤其是对,于尺寸精度要求较严的制件，应考虑避免出现试制件的尺寸在规定的公差范围之内，但在模具使用后不久制件的尺寸就超出公差范围的情况。一般对于模具磨损后减小的制件尺寸，试制件的尺寸应接近于制件的最大极限尺寸；对于模具磨损后增大的制件尺寸，试制件的尺寸应接近于制件的最小极限尺寸。由于冲裁模的凸、凹模间隙
8、可直接影响制件的毛刺高度，所以还需通过测量试制件的毛刺高度来判断,凸、凹模间隙是否合适。此外，有时还应考虑修整模具或修磨刃口对模具和制件尺寸的影响。 如果直接使用用户的生产设备进行模具的试模验收工作，新模具入库前的精度检查可以与试模验收工作同时进行。否则，就要注意试模验收所用的设备和用户生产设备之间的差别，有时即使试模验收,时的试制件是合格的，但在使用用户的设备进行生产时，由于设备之间存在差别，也有可能生产出不合格品。此时，在新模具入库前有必要在用户的设备上对模具的精度作重新检查。 新模具精度检查的结果应记载入有关档案卡片，模具入库时应附带几个合格试制件一同入库。,3模具使用过程中的精度检查
9、模具使用时的精度检查包括首件检查、中间检查和末件检查。 有时制件质量不合格的原因可能不在于模具，而是模具安装、调整不当造成的。模具安装、调整不当也是加工模具磨损和造成模具安全事故的重要原因。因此，在开始生产作业时，应试制、检查几个初期,制件，并将检查结果与模具入库前的精度检查结果或上次使用时的末件检查结果相比较，以确认模具安装、调整是否得当。制件的成批生产必须在首件检查合格后才能开始。 在生产作业过程中，间隔一定时间或生产一定数量的制件后，应对制件进行抽样检查，即进行中间检查。,中间检查的目的是了解模具在使用时的磨损速度，评估磨损速度对模具精度和制件质量的影响情况，以预防不合格品的成批出现。
10、生产作业终了时，应对最终制造的制件进行检查，同时结合对模具的外观检查，来判断模具的磨损程度和模具有无修理或重磨的必要。此外，通过对首件检查,和末件检查的结果进行比较，能够测算模具的磨损速度，以便合理安排下一次作业的制件生产批量，避免模具在下次使用时因中途需要重磨或修理而中断作业所造成的损失。,4模具修理后的精度检查 模具在修理时，更换零件和对模具进行拆卸、装配、调整等工作，都有可能使模具的精度发生变化，因此在模具修理结束后必须进行精度检查。检查的方法、要求与新模具入库前的精度检查相同。,5.2 模具的寿命,5.2.1 模具寿命的基本概念 模具的寿命是指模具能够生产合格制品的耐用程度，一般以模具
11、所完成的工作循环次数或所生产的制件数量来表示。 模具在使用过程中，其零件将由于磨损或损坏而失效。如果磨损或损坏严重，导致模具无法修复时，模具就应报废。如果模具的零件都具有互换性，零件失效后能,够得到更换，那么模具的寿命在理论上将是无限的。但是，模具在长时间使用后，零件趋于老化，故障概率大大增加，修理费用随之增加，同时模具经常修理会直接影响制件的生产。因此，当修理模具在经济上并不合理时，也应考虑将其报废。 模具在报废前所完成的工作循环次数或所生产的制件数量称为模具的总寿命。除此以外，还应考虑模具在两次修理之间的寿命，如冲裁模的刃磨寿命。,5.2.2 影响模具寿命的因素,模具寿命指的是模具因为磨损
12、或其他形式失效终至不可修复而报废之前所成形的制件总数。 模具的寿命是由其所成形的制件是否合格决定的，如果模具生产的制件报废，那么该模具就没有价值了。对用户来说，总是希望模具好用，而且使用了很长时间仍能成形出合格制件，即要求模具的寿命长。,对于大量生产，模具使用寿命长短直接影响到生产效率的提高和生产成本的降低，所以模具寿命对使用者来说是个非常重要的指标。使用者根据生产批量要求模具达到多长寿命，模具制造者就应尽量满足使用者的要求。 影响模具寿命的因素是多方面的，在设计与制造模具时应全面分析影响模具寿命的因素，并采取切实有效的措施提高模具的寿命。,1制件材料对模具寿命的影响 实际生产中，由于冲压用原
13、材料的厚度公差不符合要求、材料性能的波动、表面质量差和不干净等原因造成模具工作零件磨损加剧、崩刃的情况时有发生。由于这些制件材料因素的影响，直接降低了模具使用寿命，所以冷冲压制件所用的钢板或其他原材料，应在满足使用要求的前提,下，尽量采用成形性能好的材料，以减少冲压变形力，改善模具工作条件。另外，保证材料表面质量和清洁对任何冲压工序都是必要的。为此，材料在加工前应擦洗干净，必要时还要清除表面氧化物和其他缺陷。 对塑料制件而言，不同塑料品种的模塑成型温度和压力是不同的。,由于工作条件不同，对模具的寿命就有不同的影响。以无机纤维材料为填料的增强塑料的模塑成型，模具磨损较大。 模塑过程中产生的腐蚀性
14、气体会腐蚀模具表面。因此，应在满足使用要求的前提下，尽量选用模塑工艺性能良好的塑料来成型制件，这样既有利于模塑成型，又有利于提高模具寿命。,2模具材料对模具寿命的影响,据统计，模具材料性能及热处理质量是影响模具寿命的主要因素。对冲压模具，因工作零件在工作中承受拉伸、压缩、弯曲、冲击摩擦等机械力的作用，因此冲模材料应具备抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳、抗软化及抗粘性的能力。对塑料模和压铸模，因型腔一般比较复杂，表面粗糙度值要求小，且工作时要承受熔体,较大的冲击、摩擦和高温的作用，所以要求模具材料具有足够的强度、刚度、硬度和具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、抛光性和热稳定性。近年来开发出不少新型模具材料
15、，既有优良的强度和耐磨性等，又有良好的加工工艺性，不仅大大提高了制件质量，而且大大提高了模具寿命。,3模具热处理对模具寿命的影响 模具的热处理质量对模具的性能与使用寿命影响很大。因为热处理的效果直接影响着模具用钢的硬度、耐磨性、抗咬合性、回火稳定性、耐冲击以及抗腐蚀性，这些都是与模具寿命直接有关的性质。根据模具失效原因的分析统计，热处理不当引起的失效占50%以上。实践证明，高级的模具材料必须配以正确的热处理工艺才能真正发挥材料的潜力。,通过热处理可以改变模具工作零件的硬度，而硬度对模具寿命的影响是很大的。但并不是硬度越高，模具寿命越长。这是因为硬度与强度、韧性及耐磨性等有密切的关系，硬度提高，
16、韧性一般要降低，而抗压强度、耐磨性、抗黏合能力则有所提高。有的冲模要求硬度高、寿命长，例如采用T10钢制造硅钢片的小冲孔模，硬度为HRC5658时只冲几千次制件毛刺就,很大，如果将硬度提高到HRC6062，则刃磨寿命可达到2万3万次；但如果继续提高硬度，则会出现早期断裂。有的冲模则硬度不宜过高，例如采用Cr12MoV制造六角螺母冷镦冲头，其硬度为HRC5759时模具寿命一般为2 万3万件，失效形式是崩裂，如将硬度降到HRC 5254，寿命则提高到6万8万件。由此可见，热处理,应达到的模具硬度必须根据冲压工序性质和失效形式而定，应使硬度、强度、韧性、耐磨性、疲劳强度等达到特定模具成形工序所需的最佳配合。 为延长模具寿命，可采取下述方法来改善模具的热处理。 （1）完善和严格控制热处理工艺，如采用真空热处理防止脱碳、氧化、渗碳，加热适当，淬火充分。,（2）采用表面强化处理，使模具成形零件“内柔外硬”，以提高耐磨性、抗粘性和抗疲劳强度。其方法主要有高频感应加热淬火、喷丸、机械滚压
