模具设计与制造基础知识.pdf

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第一篇模具设计与制造基础知识第一章模具分类与用途第一节模具及其功能与作用一、模具模具是工业产品生产用的工艺装备，主要应用于制造业和加工业。

它是和冲压、锻造、铸造成形机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。

模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推（顶）料（件）机构，检测与安全机构等。

为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。

所以，模具应属于标准化程度较高的产品。

一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达!

#，其工时节约率可达$%#&%#。

二、模具的功能和作用现代产品生产中，模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。

现代工业产品的零件，广泛采用冲压、成形锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其它成形加工方法，和成型模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或坯料成形加工成符合产品要求的零件，或成为精加工前的半成品件。

如汽车覆盖件，须采用多副模具，（第一章模具分类与用途进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳、洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴、连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品坯件的。

高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成型模具，可成形加工几十万件，甚至几千万件产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（!

型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。

适用于多品种、少批量，或产品试制的模具有：

组合冲模，快换冲模，叠层冲模或成型模具，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。

电子、计算机、现代通信器材与设备、电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零、部件越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽、缝、孔尺寸要求在#$%以下，批量生产用模具要求很高。

如高压开关中的多触点零件，宽度仅为&%，却需冲孔、冲槽、弯曲、三层叠压等工序，模具需设计为工位的精密级进冲模。

又如（）机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。

这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。

大型模具，重量在&*以上的已很常见，有些模具重量已达$*。

如大型汽车覆盖件冲模，大型曲轴锻模，大尺寸电视机外壳用塑料注射模等重量都在&*以上。

随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强。

已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。

另外，采用模具进行成形加工，是少、无切屑的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达+,或以上。

第二节模具分类及用途模具的用途广泛，模具的种类繁多，科学地进行模具分类，对有计划地发展模具工业，系统地研究、开发模具生产技术，促进模具设计、制造技术的现代化，充分发挥模具的功能和作用；对研究、制订模具技术标准，提高模具标准化水平和专业化协作生产水平，提高模具生产效率，缩短模具的制造周期，都具有十分重要的意义。

一、模具分类总体上说模具可分为三大类：

金属板材成型模具，如冲模等；金属体积成型模具，如-第一篇模具设计与制造基础知识锻（镦、挤压）模，压铸模等；非金属材料制品用成型模具，如塑料注射模和压缩模，橡胶制品、玻璃制品、陶瓷制品用成型模具等。

模具的具体分类方法很多，常用的有：

按模具结构形式可分为冲模中的单工序模，复合模，级进模等。

塑料成型模具中的压缩模，注射模，挤出模等，按模具使用对象可分为电工模具，汽车模具，电视机模具等。

按模具材料可分为硬质合金模具和钢模等。

按工艺性质可分为冲孔模，落料模，拉深模，弯曲模，塑料成型模具中的吸塑模，吹塑模等。

这些分类方法具有直观、方便等优点，但不尽合理，易将模具类别与品种混用，使种类繁多无序。

因此，采用综合归纳法，将模具分为十大类，各大类模具又可根据其使用对象、材料、功能和模具制造方法，以及工艺性质等，再分成若干小类和品种较为合理，详见表!

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表!

模具种类和用途模具类别模具小类和品种使用对象和成形工艺性质模具类别模具小类和品种使用对象和!

成形工艺性质金属板材成型模具冲模冲裁模：

少、无废料冲模，整修模，光洁冲模，深孔冲模，精冲模等单工序模：

冲孔模，落料模，弯曲模，拉深模，成型模等复合冲模级进冲模（含传递模）汽车覆盖件冲模硅钢片冲模硬质合金冲模微型冲件用精密冲模使用金属（黑色和有色金属）板材，通过冲裁模和精冲模，或根据零件不同的生产批量、冲件精度，采用单工序模、复合模或级进模，等相应的工艺方法。

成形加工为合格的冲件非金属材料制品成形模具塑料成型模具塑料注射模：

立式、卧式、角式注射机用模具，无浇道模具，电视机壳、录音机壳、洗衣机桶、汽车保险杠、录像（音）机盒注射模等压缩模（含压胶模）挤塑模（含传递模）挤出模：

导型材、管件、薄膜挤出模发泡模（含低发泡模）吹（吸）塑模具塑封模滚塑模等使用热固性和热塑性的塑料，通过注射、压缩、挤塑、挤出、发泡、吹塑和吸塑等成形加工为合格塑件的塑件也具有板材和体积成形两种成形工艺非金属材料制品成形模具金属体积成型模具玻璃制品成形模具注压成形模吹吹法成型瓶罐模压吹法成型瓶罐模玻璃器皿模具等用于玻璃瓶、罐、盒、桶，以及工业产品零件的成形加工橡胶制品成型模具压胶模，挤胶模，注射模，橡胶轮胎模（整体和活络模），“#”形密封圈橡胶模等汽车轮胎、“#”形密封圈及其它杂件，与硫化机配套，成形加工为合格的橡胶零件陶瓷模具压缩模；注射模等建筑用的陶瓷构件，陶瓷器皿，及工业生产用陶瓷零件的成形加工压铸模热压室压铸机用压铸模冷压室压铸机用压铸模铝合金压铸模铜合金压铸模锌合金压铸摸黑色金属压铸模等金属零件产品如汽车、摩托汽油机缸体，变速箱体等有色金属零件（锌、铝、铜），通过注入模具型腔的液态金属，加压成形锻造成型模具压力机用锻模摩擦压力机用锻模平锻机用锻模辊锻机用锻模高速锤机用锻模开（闭）式锻模校正模，压印模，切边模，冲孔模、精锻模、多向锻模，胎模，闭塞锻模等冷镦模挤压模拉丝模等采用有色、黑色金属的块料或棒材，丝材，经锻、镦、挤、拉等工艺成形加工成合格零件，毛坯和丝材$第一章模具分类与用途!

模具类别模具小类和品种使用对象和成形工艺性质模具类别模具小类和品种使用对象和!

成形工艺性质金属体积成型模具粉末冶金成型模具成型压模：

实体单向、双向手动压模，手动实体浮动压模，机动大截面实体浮动压模，机动极掌单向压模，套类单向、双向、浮动压模整形模：

分手动和机动模，径向模，带外台阶套类全整形模，带球面件模无台阶实体件自动整形模，轴套拉杆式半自动整形模，轴套通过式自动整形模，轴套全整形自动模，带外台阶与外球面轴套自动全整形模等主要用于铜基、铁基粉末制品的压制成形。

包括机械零件，电器元件（如触头等），磁性零件、工具材料，易热零件，核燃料制件的粉末压制成形金属体积成型模具铸造金属型模易熔型芯用金属型模低压铸造用金属型模金属浇注用金属型模等液态金属或石蜡等易熔材料，经注入模具型腔成形为金属零件毛坯、铸造用型芯，工艺品等通用模具与经济模具组合冲模，薄板冲模，叠层模具，快换冲模环氧树脂模、低熔点合金模等适用于产品试制，多品种、少批量生产二、模具的应用由表!

可见，每一类、每一种模具都有其特定的用途和使用方法及与其相配套的成形加工机床和设备。

模具的功能和应用与模具类别、品种有着密切的关系。

因为，模具和产品零件的形状、尺寸大小、精度、材料、材料形式、表面状态、质量和生产批量等，都需相符合，要满足零件要求的技术条件，即每一个产品零件相对应的生产用模具，只能是一副或一套特定的模具。

为适应模具不同的功能和用途，都需进行创造性设计，造成模具结构形式多变，从而产生了模具类别和品种繁多，并具有单件生产的特征。

尽管如此，由于模具生产技术的现代化，在现代工业生产中，模具已广泛用于电动机与电器产品，电子与计算机产品，仪表、家用电器产品与办公设备，汽车，军械，通用机械等产品的生产中。

其主要原因是由于模具有一系列特点；!

#模具的适应性强针对产品零件的生产规模和生产形式，可采用不同结构和档次的模具与之相适应。

如为适应产品零件的大批量生产，可采用高效率、高精度和高寿命的、自动化程度高的模具；为适应产品试制或多品种、小批量的产品零件生产，可采用通用模具，如组合冲模，快换模具（可用于柔性生产线），以及各种经济模具。

根据不同产品零件的结构、性质、精度和批量，以及零件材料和材料性质、供货形式，可采用不同类别和种类的模具与之相适应。

如锻件则需采用锻模，冲件则需采用冲模，$第一篇模具设计与制造基础知识塑件则需采用塑料成型模具，薄壳塑件则需采用吸塑或吹塑模具等。

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制件的互换性好即在模具一定使用寿命范围内，合格制件（冲件、塑件、锻件等）的相似性好，可完全互换。

常用模具寿命参见表#$#$!

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表#$#$!

常用模具寿命模具各类和名称模具参考寿命%万件说明冲模一般钢冲模#&（&平均寿命电机定转子硬质合金冲模）&*&+形电硬质合金冲模,&#&塑料注射模钢塑料注射模合金钢塑料注射模）&,&#&以上中碳钢制模具采用优质模具钢铸模中小型铝合金件用压铸模#&!

&中大型铝合金件用压铸模-.锻模齿轮精锻模#-一般锤锻模#!

（生产效率高、低耗采用模具成形加工，产品零件的生产效率高。

高速冲压可达#*&次%/01，由于模具寿命和产品产量等因素限制，常用冲模也在!

&,&次%/01范围内。

塑件注射循环时间可缩短在#!

/01内成形，若采用热流道模具，进行连续注射成形，生产效率则更高，可满足塑件大批量生产的要求。

采用高效滚锻工艺和滚锻模，进行连杆锻件连续滚锻成形。

采用塑料异型材挤出模，进行建筑用门窗异型材挤出成形，其挤出成型速度可达）/%/01。

可见，采用模具进行成形加工与机械加工相比，不仅生产效率高，而且生产消耗低，可大幅度节约原材料和人力资源，是进行产品生产的一种优质、高效、低耗的生产技术。

）社会效益高模具是高技术含量的社会产品，其价值和价格主要取决于模具材料、加工、外购件的劳动与消耗三项直接发生的费用和模具设计与试模（验）等技术费用。

后者，是模具价值和市场价格的主要组成部分，其中一部分技术价值计入了市场价格，而更大一部分价值，则是模具用户和产品用户受惠变为社会效益。

如电视机用模具，其模具费用仅为电视机产品价格的#%（&#%-&，尽管模具的一次投资较大，但在大批量生产的每台电视机的成本中仅占极小部分，甚至可以忽略不计，而实际上，很高的模具价值为社会所拥有，变成了社会财富。

模具是现代工业生产中广泛应用的优质、高效、低耗、适应性很强的生产技术，或称成型工具、成型工装产品。

模具是技术含量高、附加值高、使用广泛的新技术产品，是价值很高的社会财富。

.第一章模具分类与用途第二章模具的构造与组成模具的结构及其组合形式，与成形加工对象即产品零件或制件的结构与结构要素相关，与制件材料及材料形式相关，与成形工艺条件（压力、温度、时间等）及加工方式相关。

第一节模具设计的基本条件制件的材料、规格、性能和成形机床，设备的种类、性能和规格是模具设计的两个基本条件。

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制件与制件材料模具成形加工的对象是产品零件或工业产品。

制件材料对成形加工工艺和模具的设计影响很大，是模具设计主要条件之一。

制件材料有金属材料和非金属料两大类。

金属材料和非金属材料用于成形加工的材料形式一般有板材实体块状和棒状材料。

非金属材料也可分为适用于板材成形和体积成形加工的两类材料，见下列分类图：

#第一篇模具设计与制造基础知识常用金属板材牌号及厚度和非金属板材名称及厚度见表!

#、表!

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表!

#常用金属板材材料牌号厚度!

%&优质碳素结构钢（）*+（）*（）!

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*不锈钢!

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*,优质碳紊结构钢,*+,*,*2合金结构钢,2-.,34562,2-.,3456+,2-.,3456!

合金结构钢#-.37806*+#-.3