模具的基本设计原理

模具的基本设计原理因为不同的成型模具已应用很多领域，加之专业模具的制造技术在这些年也有了一定的变化发展，因此在这部分，总结了真空吸塑成型模具的一般设计规则。真空吸塑成型模具的设计包括了批量大小、成型设备、精度条件、几何形状设计、尺寸稳定性及表面质量等内容。1、批量的大小实验用，模具产量小时，可采用木材或树脂进行制造。但是，如果实验用模具是为了获得制品有关收缩、尺寸稳定性及循环时间等的数据时，应该使用单型腔模具来实验，且能保证其能在生产条件下运用。模具一般用石膏、铜、铝或铝-钢合金制造，很少用到铝-树脂。2、几何形状设计，设计时，经常要综合考虑尺寸稳定性及表面质量。例如，制品设计和尺寸稳定性要求采用阴模，但是表面要求光泽度较高的制品却要求使用阳模，这样一来，塑件订购方会综合考虑到这两点，以使制品能在最佳条件下进行生产。经验证明，不符合实际加工条件的设计往往是失败的。3、尺寸稳定，在成型过程中，塑件与模具接触的面要比离开模具部分的尺寸稳定性更好。如果日后由于材料刚度的需要要求改变材料厚度，可能导致要将阳模转换为阴模。塑件的尺寸公差不能低于收缩率的10％。4、塑件表面，就成型材料能够包住的范围而言，塑件可见面的表面结构应在与模具接触处成型。如果可能的话，塑件的光洁面不要与模具表面接触。就像采用阴模制造浴盆和洗衣盆的情况。5、修饰，如果使用机械式水平锯锯掉塑件的夹持边，在高度方向上，至少要有6～8mm的余量。其他的修整工作，如磨削、激光切削或射流，也必须留有余量。刀口模切割线间的间隙最小，冲孔模修整时的分布宽度也很小，这些都是要注意的。6、收缩和变形，塑料易收缩（如PE)，有些塑件易变形，无论如何预防，塑件在冷却阶段都会发生变形。在这种条件下，就要改变成型模具的外形来适应塑件的几何偏差。例如：尽管塑件壁保持平直，但其基准中心已偏离10mm；可以抬高模具底座，以调整这种变形的收缩量。7、收缩量，在制造吸塑成型模具时一定要考虑到下列的收缩因素。①成型制品收缩。如果不能清楚地知道塑料的收缩率，则必须取样或用相似形状的模具通过试验来得到。注意：通过这种方法只能得到收缩率，不能得到变形尺寸。②中间介质的不利影响造成的收缩，如陶瓷、硅橡胶等。③模具所用材料的收缩，如铸造铝时的收缩。编辑本段设计按国家职业定义，模具设计是：从事企业模具的数字化设计，包括型腔模与冷冲模，在传统模具设计的基础上，充分应用数字化设计工具，提高模具设计质量，缩短模具设计周期的人员。概述冲压模具依构造可分为单工程模、复合模、连续模三大类。前两类需较多人力不符经济效益，连续模可大量生产效率高。同样，设计一套高速精密连续冲模，也要对你所生产的产品(包含所有用冲压加工出来的产品，富士康集团主要有端子、电脑机壳以及连接器上用的小五金及目前的手机零件等等)。设计连续冲模需注意各模组之间的间距、零件加工精度、组立精度、配合精度与干涉问题，以达到连续模自动化大量生产的目的。单元化设计之概念冲压模具整体构造可分成二大部分：(1).共通部分(2).依制品而变动的部分。共通部分可加以标准化或规格化，依制品而变动的部分是难以规格化。模板之构成及规格1.模板之构成冲压模具之构成将依模具种类及构成及相异，有顺配置型构造与逆配置型构造二大类。前者是最常使用的构造，后者构造主要用于引伸成形模具或配合特殊模具。从事的主要工作包括：（1）数字化制图－－将三维产品及模具模型转换为常规加工中用的二维工程图；（2）模具的数字化设计－－根据产品模型与设计意图，建立相关的模具三维实体模型；（3）模具的数字化分析仿真－－根据产品成形工艺条件，进行模具零件的结构分析、热分析、疲劳分析和模具的运动分析；（4）产品成形过程模拟－－注塑成形、冲压成形；（5）定制适合本公司模具设计标准件及标准设计过程；（6）模具生产管理。2.模具之规格(1).模具尺寸与锁紧螺丝模板之尺寸应大于工作区域，并选择标准模板尺寸。模板锁紧螺丝之位置配置与模具种类及模板尺寸有关。其中单工程模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角，最标准形式工作区域可广大使用。长形之模具及连续模具最常使用锁紧螺丝配置于四边角及中间位置。(2).模板之厚度模板之厚度选择与模具之构造、冲压加工种类、冲压加工加工力、冲压加工精度等有绝对关系。依据理论计算决定模具之厚度是困难的，一般上系由经验求得，设计使用的模板厚度种类宜尽量少，配合模具高度及夹紧高度加以标准化以便利采购及库存管理。模板之设计连续模具之主要模板有冲头固定板、压料板、母模板等等，其构造设计依冲压制品之精度、生产数量、模具之加工设备与加工方法、模具之维护保养方式等有下列三种形式：(1)整块式，(2)轭式，(3)镶入式。1.整块式整块式模板亦称为一体构造型，其加工形状必须是封闭的。整块式模板主要用于简单结构或精度不高的模具，其加工方式以切削加工为主(不需热处理)，采用热处理之模板必须再施行线切割加工或放电加工及研磨加工。模板尺寸长(连续模具)之场合将采用两块或多块一体型并用之。2.轭式轭式模板之中央部加工成凹沟状以组装块状品。其构造依应用要求，凹沟部可以其他模板构成之。此轭式模板构造之优点有：沟部加工容易，沟部宽度可调整之，加工精度良好等。但刚性低是其缺点。轭式模板之设计注意事项如下：(1).轭板构部与块状部品之嵌合采中间配合或轻配合方式，如采强压配合将使轭板发生变化。(2).轭板兼俱块状部品之保持功能，为承受块状部品之侧压及面压，必须具有足够的刚性。还有为使轭板沟部与块状部品得到密着组合，其沟部角隅作成逃隙加工，如轭板沟部角隅不能作成逃隙加工，则块状部品须作成逃隙加工。(3).块状部品之分割应同时考虑其内部之形状，基准面必须明确化。为使冲压加工时不产生变形，亦要注意各个块状部品之形状。(4).轭板组入许多件块状部品时，由于各块状部品之加工累积误差使得节距产生变动，解决对策是中间块状部品设计成可调整方式。(5).块状部品采并排组合之模具构造，由于冲切加工时块状部品将承受侧压使各块状部品间产生间隙或造成块状部品之倾斜。此现象是冲压尺寸不良、冲屑阻塞等冲压不良之重要原因，因此必须有充分的对策。(6).轭板内块状部品之固定方法，依其大小及形状有下列五种：A.以锁紧螺丝固定，B.以键固定，C.以揳形键固定，D.以肩部固定，E.以上压件(如导料板)压紧固定。3.镶入式模板中加工圆形或方形之凹部，将块状部品镶合嵌入于模板中，此种模板称为镶入式构造，此构造之加工累积公差少、刚性高，分解及组立时之精度再现性良好。由于具有容易机械加工、加工精度由工作机械决定、最后调整之工程少等优点，镶入式模板构造已成为精密冲压模具之主流，但其缺点是需要高精度的孔穴加工机。连续冲压模具采用此模板构造时，为使模板具有高刚性要求，乃设计空站。镶入式模板构造之注意事项如下所述：(1).嵌入孔穴之加工：模板之嵌入孔穴加工使用立式铣床(或治具铣床)、综合加工机、治具镗床、治具磨床、线割放电加工机等。嵌入孔穴之加工基准，使用线割放电加工机时，为提高其加工精度乃进行二次或以上之线割加工。(2).嵌入件之固定方法：嵌入件固定方法之决定因素有不变动其加工的精度、组立及分解之容易性、调整之可能性等。嵌入件之固定方法有下列四种：A.以螺丝固定，B.以肩部固定，C.以趾块固定，D.其上部以板件压紧。母模板之嵌入件固定方法亦有采用压入配合，此时应避免因加工热膨胀而产生的松弛结果，使用圆形模套嵌入件加工不规则孔穴时应设计回转防止方法。(3).嵌入件组立及分解之考量：嵌入件及其孔穴加工精度要求高以进行组立作业。为得到即使有稍微的尺寸误差亦能于组立时加以调整，宜事先考虑解决对策，嵌入件加工之具体考虑事项有下列五项：A.设有压入导入部，B.以隔片调整嵌入件之压入状态及正确位置，C嵌入件底面设有压出用孔穴，D.以螺丝锁紧时宜采用同一尺寸之螺丝，以利锁固及松开，E.为防止组立方向之失误，应设计防呆倒角加工。单元化之设计1.模具对准单元模具对准单元亦称为模具刃件之对合引导装置。为确实保持上模与下模之对准及缩短其准备时间，依制品精度及生产数量等条件要求，模具对准单元主要有下列五种：(1).无导引型：模具安装于冲床时直接进行其刃件之对合作业，不使用引导装置。(2).外导引型：此种装置是最标准的构造，导引装置装设于上模座及下模座，不通过各模板，一般称为模座型。(3).外导引与内导引并用型(一)：此种装置是连续模具最常使用之构造，冲头固定板及压料板间装设内导引装置。冲头与母模之对合利用固定销及外导引装置。内导引装置之另一作用是防止压料板倾斜及保护细小冲头。(4).外导引与内导引并用型(二)：此种装置是高精密度高速连续模具之使用构造，内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等。内导引装置本身亦有模具刃件对合及保护细小冲头作用。外导引装置之主要作用是模具分解及安装于冲床时能得到滑顺目的。(5).内导引型：此构造不使用外导引装置，内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等，正确地保持各块板之位置关系性以保护冲头。2.导注及导套单元模具之导引方式及配件有导注及导套单元之种类有两种：(A).外导引型(模座型或称主导引)，(B).内导引型(或称辅助引)。另行配合精密模具之要求，使用外导引与内导引并用型之需求性高。(1).外导引型：一般上使用于不要求高精密度之模具，大多与模座构成一单元贩卖之，主要作用是模具安装于冲床时之刃件对合，几乎没有冲压加工中之动态精度保持效果。(2).内导引型：由于模具加工机之进展，最近急速普及。主要作用除了模具安装于冲床时之刃件对合外，亦有冲压加工中之动态精度保持效果。(3).外导引与内导引并用型：一副模具同时使用外导引与内导引装置。3.冲头与母模单元(圆形)(1).冲头单元：圆形冲头单元依其形状(肩部型及平直型)、长度、维修之方便性，使用冲头单元宜与压料板导套单元配合。(2).母模单元：圆形母模单元亦称为母模导套单元，其形式有整块式及分开式，依生产数量、使用寿命及制品或冲屑之处理性，母模单元之组合系列有：(A).使用模板直接加工母模形状，(B).具有二段斜角之逃隙部，(C).是否要使用背板，(D).不规则母模形状必须有回转防止设计。4.压料螺栓与弹簧单元(1).压料螺栓单元：压料板螺栓之种类有：(A).外螺丝型，(B).套筒型，(C).内螺丝型。为保持压料板于指定位置平行状态，压料螺栓之停止方法(肩部接触部位)：(A).模座凹穴承受面，(B).冲头固定板顶面，(C).冲头背板顶面。(2).压料弹簧单元：可动式压料板压料弹簧单元可大致分为：(A).单独使用型，(B).与压料螺栓并用型选择压料弹簧单元时最好考虑下列要点再决定之：(A).确保弹簧之自由长度及必要的压缩量(压缩量大之弹簧宜置于压料板凹穴)。(B).初期的弹簧压缩量(预压缩量)或荷重之调整有无必要。(C).考量模具组立或维护保养之容易性。(D).考量与冲头或压料螺栓长度之关系。(E).考量安全性(防止弹簧断裂时之飞出)。5.导引销单元(料条送料方向之定位)(1)..导引销单元：导引销之主要作用是连续冲压加工时得到正确的送料节距。冲压模具用导引单元有间接型(导引销单独使用)及直接型(导引销装设于冲头内部)两种形式。(2).导引销之组装方式与冲孔冲头有相同(装设于冲头固定板)。利用弹簧将其受制于冲头固定板。(3).导引销另外装设于压料板之形式，由于要求导引销突出于压料板之量达到一定及防止模具上升时之容易带上被加工材料，压料板之刚性及导引形式有必要注意之。(4).导引销单元有直接型，其装设于冲头内，主要用于外形冲切(下料加工)或引伸工程之切边加工，其位置定位系利用制品之孔及引伸部内径。6.导料单元(1).外形冲切(下料加工)或连续冲压加工时，为使被加工材料之宽度方向受到导引及得到正确的送料节距，乃使用导料单元。(2).料条宽度方向之导引装置，导引方式有：(A).固定板导引销型，(B).可动导引销型，(C).板隧道导引型(单块板)，(D).板导引型(两块构成)，(E).升料销导引型(有可动式、固定式及两者并用之。(3)