Wednesday, June 18, 2008

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模具是在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造,以及工程塑料、橡膠、陶瓷等製品的壓塑或注塑的成形加工中,用以在外力作用下使坯料成為有特定形狀和尺寸的制件的工具。

模具具有特定的輪廓或內腔形狀,具有刃口的輪廓形狀可以使坯料按輪廓線形狀發生分離,即進行沖裁;內腔形狀可以使坯料獲得相應的立體形狀。

模 具一般分為兩個部分:動模和定模,或凸模和凹模,它們可分可合。分開時裝入坯料或取出制件,合攏時使制件與坯料分離或成形。在沖裁、成形沖壓、模 鍛、冷 鐓、壓制和壓塑過程中,分離或成形所需的外力通過模具施加在坯料上;在擠壓、壓鑄和注塑過程中,外力則由氣壓、柱塞、沖頭等施加在坯料上,模具承受的是坯 料的脹力。

模具除其本身外,還需要模座、模架、導向裝置和制件項出裝置等,這些部件一般都是製成通用型,以適用於一定範圍的不同模具。

模具的應用極為廣泛,大量生產的機電產品,如汽車、自行車、縫紉機、照相機、電機、電器、儀表等,以及日用器具的製造都應用大量模具。

模具基本上是單件生產的,其形狀複雜,對結構強度、剛度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求,所以模具生產需要有很高的技術水平。模具的及時供應及其質量,直接影響產品的質量、成本和新產品研製。因此,模具生產的水平是機械製造水平的重要標誌之一。

加 工金屬的模具按所採用的加工工藝分類,常用的有:沖壓模,包括沖裁模、彎曲模、拉深模、翻孔模、縮孔模、起伏模、脹形模、整形模等;鍛模,包括模 鍛用鍛 模、鐓鍛模等;以及擠壓模和壓鑄模。用於加工非金屬和粉末冶金的模具,則按加工對像命名和分類,有塑料模、橡膠模和粉末冶金模等。

沖 壓模是用於板料沖壓成形和分離的模具。成形用的模具有型腔,分離用的模具有刃口。最常用的沖壓模只有一個工位,完成一道生產工序。這種模具應用普 遍,結 構簡單,製造容易,但生產效率低。為提高生產率,可將多道沖壓工序,如落料、拉深、沖孔、切邊等安排在一個模具上,使坯料在一個工位上完成多道沖壓工序, 這種模具稱為複合模。

另有將落料、彎曲、拉深、沖孔和切邊等多工序安排在一個模具的不同工位上,在沖壓過程中坯料依次通過多工位被連續沖壓成形,至最後工位成為制件,這種模具稱為級進模,又稱連續模。

沖壓模的特點是:精度高,尺寸準確,有些沖裁模的凸模與凹模的間隙近於0;沖壓速度快,每分鐘可沖壓數十次至上千次;模具壽命長,有些硅鋼片沖裁模壽命在幾百萬次以上。

鍛 模是用於熱態金屬模鍛成形的模具。模鍛時,坯料往往經過多次變形才能製成鍛件,這就需要在一個模塊上刻有幾個型腔。金屬依次送至各個型腔,並在型 腔內塑 性流動,最後充滿型腔,製成鍛件。在模鍛成形中,坯料很難與終鍛時的型腔體積相等,為了避免廢品,常選用稍大一些的坯料。為此,在終鍛模的上、下模分界面 的型腔四周設有飛邊槽,以存貯多餘的金屬,成形後將飛邊切去。

鍛模的技術特點是:有多個形式複雜的型腔;工作條件惡劣,1000℃以上熾 紅的鋼在模具型腔內變形和流動沖刷;模具要承受鍛錘的高速衝擊或重負載的 壓下; 在使用過程中常處於急冷、急熱和冷熱交變狀態。因此,模具材料應具有很高的強度、韌性和耐磨性。熱鍛時還須有較高的溫度強度和硬度,並經過強韌化熱處理。

擠 壓模是用於將金屬擠壓成形的模具。正擠壓模有一個靜止的凹模和放置坯料的擠壓筒,以及對坯料施加壓力的沖頭。反擠壓模的擠壓筒為凹模,沖頭為凸 模。由於 金屬需要在很大的壓強下才能從凹模擠出成形,因此,擠壓筒和反擠壓的凹模需要有很高的強度,故常採用多層預應力組合結構。沖頭和凸模的工作長度宜短,避免 在高的壓應力下發生不穩和彎曲。

壓鑄模是安裝在壓鑄機上的,能夠將液態金屬在高壓下注入型腔,並保壓至金屬凝固、成形的模具。它主要用於鋁、鋅、銅件,也可用於鋼件。壓鑄模的結構與塑料注射模類似,它由動模與定模構成型腔,用型芯做鑄件的孔腔。金屬在型腔內冷卻、凝固後抽出型芯,分開模具。

壓鑄件一般壁薄中空,有眾多台、筋,形狀結構複雜,尺寸要求較精確,表面較光潔。由於金屬在熔融的高溫下成形,因此壓鑄模需要採用耐高溫的材料製造。

塑料模是用於塑料成形的模具。隨著塑料工業的發展,塑料模需求量日益增多,其產量已佔各類模具產量的首位。常用的塑料模有注射模、壓塑模和擠塑模等。

塑料模工作時,所承受的壓力、溫度都不高,但制件數量很大,表面要求特別光潔。為此,模具材料可選用預淬硬鋼,即先對模具進行熱處理,達到一定硬度後再進行切削加工,以防止熱處理後變形,最後再進行拋磨加工,以提高表面質量。

橡膠模是主要用於輪胎、汽車蓄電池殼、鞋底等橡膠產品成形的模具。一般是將橡膠材料夾入模具內,經蒸汽加熱成形,也有與塑料注射模相似的橡膠注射模。

粉末冶金模是將固體金屬粉末壓製成形的模具。工作時,將金屬粉末定量地倒入下模,然後上模壓下、閉合、成形,再用頂料裝置頂出預制坯,並送入燒結爐內燒結,遂製成粉末冶金零件。

一般粉末冶金件的空隙很大,占總體積的15%左右,成形壓力不大,模具結構較簡單,精度、表面粗糙度要求一般,所以對模具無特殊要求。為了減少空隙、提高密度和強度,對燒結後的坯件,再進行一次熱鍛,通稱粉末鍛造,所用的模具與模鍛模相似。

由於模具是進行成型加工的工具,所以要求尺寸精確、表面光潔、結構合理、生產效率高、易於自動化;並且還要製造容易、壽命高、成本低;另外還要考慮到設計符合工藝需要,經濟合理等。

模 具結構設計和參數選擇須考慮剛性、導向性、卸料機構、定位方法、間隙大小等因素,模具上的易損件應容易更換。對於塑料模和壓鑄模,還要考慮合理的 澆注系 統、熔融塑料或金屬流動狀態,以及進入型腔的位置與方向。為了提高生產率、減少流道澆注損失,可採用多型腔模具,即在一模具內能同時完成多個相同或不同的 製品。

模具的生產一般為單件、小批生產,在製造要求嚴格、精確。因此多採用精密的加工設備和測量裝置。按結構特點,模具一般分為平面的沖裁模和具有空間的型腔模。

平面沖裁模可用電火花加工初成形,再用成形磨削、坐標磨削等方法進一步提高精度。坐標磨床一般用於模具的精密定位,以保證精密孔徑和孔距。也可用計算機數控連續軌跡坐標磨床,磨削任何曲線形狀的凸模和凹模。

型 腔模主要用於立體形狀工件的成形,因此在長、寬、高三個方向都有尺寸要求,形狀複雜,製造難度較大。像冷擠壓模、壓鑄模、粉末冶金模、塑料模、橡 膠模等 都屬於型腔模,型腔模多用仿形銑床加工、電火花加工和電解加工。將仿形銑加工與數控聯合應用,和在電火花加工中增加三向平動頭裝置,都可提高型腔的加工質 量。

計算機數控多軸銑床、坐標磨削和加工中心機床,是型腔模加工的重要設備。型腔的表面研磨和拋光一般採用電動或風動工具,配以各種研磨、拋光輪和研磨膏粉,或採用超聲波研磨、擠壓珩磨、化學拋光等方法。三坐標測量機和光學投影比較儀是模具製造中常用的精密測量設備。

模具是精密工具,價格昂貴,必須盡量提高使用壽命。模具的正常失效形式主要有磨損、塌陷斷裂、粘合等,不同用途的模具失效形式也各不相同。提高模具壽命的途徑主要是根據應用條件,合理選用模具鋼和確定熱處理規範。

選用在使用溫度下強度高的材料可防止塌陷;提高模具硬度可以減少磨損率;較高的韌性和抗疲勞性能,以及消除電加工的硬化層及加工殘餘應力,可以阻礙裂紋的產生和發展,防止裂斷。

表 面處理、潤滑和選用抗粘合性能好的模具材料,是延長模具壽命的重要措施。模具工作表面和基體的要求差異很大,很難用一種材料完全合理地滿足,但可 以在工 作部位用鑲塊、堆焊、噴鍍和局部強化的辦法提高其綜合性能。此外,合理的操作使用,是消除非正常失效、減緩正常失效的另一途徑。

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