模具设计.docx

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模具设计

1.橡胶模具的概念、组成及分类

答：

（1）概念：

是指利用特定形状的型腔，成形具有一定形状和尺寸精度橡胶制品的工具。

（2）由成型件和结构件组成。

成型件是指与胶料直接接触成型的零件。

如上下模、中模、型芯、镶块等。

结构件是指成型件以外用于组合模具，实现相互配合或自动开启、闭合所需的各种零件。

如：

定位销、导向柱、顶出装置等。

在模具中起安装、定位、导向、装配等作用的零件。

（3）分类:

主要由压模、压铸模、注射模和压出成型模具四种。

2.压制成型模具概念

答：

是指将具有一定可塑性的胶料，经预制成简单的形状后填入模具型腔，经加压、加热硫化后，即可获得所需形状制品的一种模具。

3.压制成型模具的结构种类及主要用途

答:

1）开放式:

适于形状简单，胶料硬度较低，并具有较好流动性胶料的橡胶制品。

2）封闭式:

适于夹布、夹其它织物的制品以及硬度较高，流动性差的制品。

3）半封闭式:

适于上下模带有型腔，制品同轴度要求较高的单腔模具，也适于内夹织物的制品零件的模压生产。

4）铰链式（合页式）:

适于制品件较小或模具中的镶块或镶片暴露在凸模上，操作时容易碰伤的场合。

5）外箍压紧式:

适于夹布胶带、夹锦纶、涤纶丝三角带，凭胶带等夹织物制品。

4.分型面的概念及种类

答：

（1）概念：

根据模压制品的几何形状和质量要求，在模具结构上确定一个或几个分合面和机械加工面的分离面，称为分型面（合模面）。

（2）种类：

常见的分型面有水平分型面、垂直分型面、阶梯分型面、斜分型面以及复合分型面等。

5.分型面选取的原则

答：

（1）保证制品顺利取出与脱模，有利于型腔中气体的排除。

（2）模具的分型面应尽量避开制品的工作面。

（3）分型面应选择制品的边角和圆弧突出点的面上，有利于飞边的修除。

（4）夹布、夹织物制品的分型面选择：

既要考虑胶料与夹布织物的安放与填充，又要考虑胶料与织物的压紧和压实。

常用镶嵌深度一般为H=3～6mm。

（5）橡胶制品中各类套管、防尘罩、橡胶轴承分型面的选择。

（6）保证制品精度，对同轴度要求高的制品的外形或内孔，应尽可能设在同一块模板上，否则由于模板间配合精度不够，定位偏差将影响制品的同轴度。

常用O形圈的分型一般可分为180°与45°分型两种，另外还有90°分型。

180°分型面一般适于固定（静态）密封使用场合；45°分型一般用于往复直线、旋转运动的动态密封场合。

6.模具的定位方式

答：

（1）圆柱面定位、

（2）圆锥面与斜面定位、（3）分型面定位、（4）导柱、导套定位、（5）镶块与挡板定位、（6）哈夫定位机构、（7）螺钉定位、（8）其它定位方式:

平衡定位法、均匀定位法（工艺销定位）、铰链（合页）定位。

7.胶料收缩率的概念、产生原因、影响因素

答：

（1）概念：

是指制品硫化后，从型腔内取出冷却至室温的尺寸与制品对应型腔尺寸之差同制品实际尺寸的百分比。

（2）产生原因：

（1）温度变化引起的收缩

（2）化学反应引起的收缩（3）分子链取向引起的收缩。

（3）影响因素：

（1）含胶率和胶种：

含胶率越高，收缩率越大。

（2）胶料硬度：

胶料硬度越大，收缩率越小。

（3）硫化温度：

硫化温度越高，收缩率就越大。

（4）半成品胶料重量：

半成品胶料重量大于或等于制品重量5％时收缩率比大于等于制品重量20％的收缩率波动范围小。

（5）胶料加工工艺：

胶料的可塑性越好，（可塑性大，胶料容易流动，分子容易变形，不易取向，回缩应力小，收缩率小）停放时间越长，胚料形状越接近制品，收缩率越小。

（6）制品形状大小：

收缩率随制品尺寸的增大而减小。

环状制品的内径收缩率大于外径收缩率，且随直径的增大而减小。

8.胶料收缩率的一般规律

答：

1）胶料压延方向和在模具中流动方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，流动距离越长，收缩率越大。

2）模具型腔中装入半成品胶料越多，制品致密性越高，其收缩率就越小。

3）多孔模腔的模具，中间模腔压出的制品收缩率比边沿模腔压出的制品收缩率要小。

4）注射法成形的制品收缩率比一般模压法压制的制品收缩率略小。

5）薄形制品（断面、厚度小于3mm）的收缩率比厚制品（10mm以上）收缩率大0.2％～0.6％。

6）一般橡胶制品的收缩率随制品的内外径和截面的增大而减小。

7）棉布经涂胶后与橡胶分层贴合的夹布制品的收缩率，一般在0～0.14％，夹布层越多，收缩率越小；织物为涤纶线的制品的硫化收缩率为0.4％～1.5％；含锦纶丝、尼龙布类织物的制品的硫化收缩率一般在0.8％～1.8％。

8）含有金属等硬嵌件的橡胶制品零件的硫化收缩率较小，且向嵌件的几何中心收缩，收缩率一般在0～0.4％。

9）硬质橡胶（邵尔硬度在90以上）含胶量在20％左右时，制品零件的硫化收缩率大约为1.5％左右。

10）橡塑并用制品的收缩率一般为1.1％～1.6％，约比同类橡胶制品小0.1％～0.3％。

9.飞边的概念，以及修除飞边的方法

答：

飞边：

开放模具利用上下模最终吻合时的压力压制制品多余的胶料从分型面外溢，制品有水平方向飞边

方法：

（1）机械修边A冲切B砂轮磨边C圆刀修边

（2）冷冻修边

10.橡胶制品收缩率的计算公式

答：

（1）橡胶制品与模腔相应尺寸的计算公式：

C=L2-L1/L1*100%

C－制品胶料的收缩率（平均值）L1－室温下测得的橡胶制品尺寸

L2－室温下测得的模具型腔尺寸

（2）以邵氏硬度计算制品胶料收缩率的经验公式：

c=（2.8-0.02A）*100%

C－制品胶料收缩率A－硫化胶的平均邵氏硬度。

（3）以橡胶硫化温度计算制品收缩率的一般计算公式：

C=（α-β）ΔT*R*100%

C-制品胶料的收缩率（平均值）α－橡胶的线性膨胀系数

β－模具材料的膨胀系数TΔ－硫化温度与测量温度（室温）之差

R－生胶、硫黄和有机配合剂在橡胶中的体积分数（％）

此外，还可以查手册或经验数据。

11.压铸成型基本原理

答：

在普通模压法生产的橡胶制品模具上，增加压铸塞、加料室两个工件。

其压铸料腔起装填胶料的作用，在压铸料腔底部与相连接的模板或模腔部位开置一定数量的压铸料流道口。

压铸时，在平板硫化机的压力作用下，将力传递至压铸塞，再通过压铸塞传递给胶料促使其压缩、受热、受压的胶料快速挤入料道，充满模具型腔，通过硫化、定型，从而得到模压制品。

12.压铸料腔中进胶流道的结构形式

答：

1）圆柱孔进胶流道：

直径范围为Ф1.5～10mm。

2）分流道：

分流道形状多采用：

直通形－方形制品或模腔数较少的模具、

圆环形－圆形制品或模腔数较多的模具。

3）浇口：

结构形式：

A.内浇口：

矩形B.扇形浇口C.主流道浇口（圆柱形浇口）

D.直压式浇口（无形浇口）

13.何谓工艺间隙？

答：

考虑到成型工艺简便和加料方便，半成品胶料与加料室应保留一定间隙，称为工艺间隙。

14.排气孔位置选择的原则

答：

（1）排气孔开设在远离浇口的流动末端，即气体最终聚集的地方。

（2）靠近嵌件或壁厚最薄处。

（3）多数排气槽开设在模具分型面上。

（4）模具中的活动型芯、镶块、动配合面，其它配合间隙都可以用来排气，一般不必开设排气槽（孔）。

（5）对型腔死角，斜面定位配合面余料逃气槽。

15.注射成型工艺特点

答：

缩短硫化时间，减少生产工序，减轻劳动强度，提高了生产效率，产品质量高，机械化和自动化程度高。

适用于大型、厚壁、薄壁几何形状复杂的橡胶制品。

16.注射硫化工艺对胶料的要求:

必须有较好的抗焦烧性，并有一定的流动性能。

17.橡胶注射流道的特点

答：

由于橡胶注射成型具有方向性强，成型快，高温硫化等特点，所以浇口开设的位置正确与否直接影响到制品的成型和性能。

胶料注射时，在模具中的流动非常复杂，而且胶料在闭模的状态下注入，因而在浇道和模内分流道的形状、截面及长度对胶料的生热影响很大。

18.浇注系统的组成答：

由主流道、分流道、内浇口、冷料穴四个部分组成。

把橡胶注射到型腔的通道称为浇注系统（浇道）

19.冷料穴的作用答：

除去料流中的前锋冷料，并常起到拉料作用。

20.橡胶挤出成型的基本原理

答：

是在压出机中对胶料加热和塑化，通过螺杆的转动，使胶料在螺杆和机筒筒壁之间受到强大的挤压力，不断地向前传递，然后在一定压力作用下，通过橡胶压出成型模（口型模）而制得一定形状断面、连续的型材（半成品）。

21.压出工艺对机头与口型的要求

（1）机头内腔呈流线型

（2）有足够的压缩比。

22.橡胶挤出胀大的规律

答：

（1）硬度较低（邵A50~60度）的胶料，挤出时膨胀变形大，挤出尺寸不稳定。

硬度较高（邵A70度以上）的胶料，压出后膨胀变形小，压出的尺寸较稳定。

（2）可塑性较好的胶料，压出后膨胀变形较小，压出尺寸较稳定。

（3）硅橡胶与其它胶料不同，一般压出制品尺寸形状不膨胀，而稍有收缩。

（4）压出的型材膨胀与制品尺寸大小有关。

在型材断面形状相同、材料相同并在同一工艺条件下压出时，它的膨胀率与型材尺寸大小成正比。

（5）压出的型材膨胀与制品断面形状有关。

一般圆断面的制品压出后因膨胀直径增大或减小，断面形状不变；而其它形状断面的制品，压出后因膨胀而变形。

23.挤出胀大的影响因素

答：

（1）在一定剪切速率下，胶料挤出膨胀率B随口型（毛细管）长径比增大而减小。

（2）在恒定的口型长径比条件下，胶料挤出膨胀率B随温度升高而降低。

（3）降低挤出速度，可以减少挤出膨胀率。

（4）胶料含胶率对B有较大影响，增大填充剂用量能降低挤出膨胀率，并使挤出物表面光滑。

（5）软化剂（增塑剂）可以减小分子间作用力，缩短橡胶大分子松弛时间，也能降低B值。

24.制造模具用钢的基本性能要求

答：

（1）加工性能良好，热处理后变形小

（2）抛光性良好（3）耐磨性良好

（4）较好的淬透性（5）耐腐蚀性好

25.常用模具钢种类

答：

（1）碳素钢:

分碳素结构钢和碳素工具钢，二者都可用作模具材料。

A.碳素结构钢：

正常含锰钢有：

15，20，40，45，50等牌号钢较高含锰量钢有：

15Mn，20Mn，40Mn，45Mn等。

B.碳素工具钢：

优质钢：

常用T7,T8,T9,T10等牌号高级优质钢：

T7A,T8A,T9A,T10A,T12A。

（2）合金钢：

A.合金工具钢：

常用的有：

5CrMnMo,5CrNiMo,3Cr2W8V,CrWMn,9CrWMn,Cr12MoV。

B.合金结构钢:

常用的有：

40Cr，20CrMnTi,12CrMo,38CrMoAlA等。

C.特殊模具用材料:

轮胎外胎：

铸钢（ZG35,ZG45）或铸铝（铸铝拼花块），氯丁胶的硫化压模常用铬镍钢，有较好的抗腐蚀性。

26.模具材料的热处理

答：

模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程，它对模具的如下性能有直接影响：

模具的制造精度：

组织转变不均匀、不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。

模具的强度：

热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强度（硬度）达不到设计要求。

模具的工作寿命：

热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。

模具的制造成本：

作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的制造成本。

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。

常用热处理如下：

预先热处理工艺：

1.正火:

是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

2.完全退火:

是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。

3.高温回火（500~650℃）

主要是为了得到强度、塑性、韧性都好的综合机械性能。

最终热处理工艺：

1.淬火:

是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。

淬火后钢件变硬，但同时变脆。

为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

2最新的模具热处理工艺：

真空热处理技术，它可防止加热氧化和脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高零件的塑性、韧性和疲劳强度，另外热处理后零件变形小。

真空油冷淬火，真空气冷淬火，真空回火。

.调制处理（淬火+高温回火）

27.模具的表面处理

答：

模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。

这些表面性能指：

耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。

模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。

在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。

渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。

模具渗碳的目的，主要是为了提高模具的整体强韧性，即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性，由此引入的技术思路是，用较低级的材料，即通过渗碳淬火来代替较高级别的材料，从而降低制造成本。

硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。

硬化膜沉积技术最早在工具（刀具、刃具、量具等）上应用，效果极佳。

模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。

硬化膜沉积技术（主要是设备）的成本较高，仍然只在一些精密、长寿命模具上应用。

为了提高制品表面质量和模具的耐腐蚀性，模具型腔表面最好镀硬铬，其厚度为0.005～0.01mm，镀铬层不宜太厚，否则易剥落，镀铬前型腔表面粗糙度应不高于Ra1.6μm，镀铬后要抛光。

28.模具常见的机械加工方法

答：

⑴通用机床加工粗加工与半精加工：

铣，工具铣，车精加工：

钳工修正，研磨，抛光特点：

主要靠工人的熟练技术，效率低，质量不易保证成本低，投资少，通用性好⑵数控机床加工粗加工与半精加工：

数控铣、加工中心热处理后的精加工：

高精度成型磨床、坐标磨床检验：

三坐标测量机特点：

对熟练工人的依赖少，效率高，质量好，可加工形状复杂的型腔．一次性投资大⑶特种加工电火花、电解、挤压、精密铸造等

1.成型零件的工作型面的形状外工作型面：

型芯和凸模内工作型面：

型腔和型孔