论文发表模具机械运动浅析

　　模具机械运动浅析

　　    摘要: 模具是机械零件和机构的组合。其运动和压力是由成形加工机床和设备的动力和传动机构来驱动和提供。模具的各种工艺的实现都有它的基本运动原理，这种基本的运动运动原理与模具是密切相关的，模具的机械运动合理与否直接影响到模具生产的工件的品质。

　　关键词：模具的机械运动; 冲裁运动; 弯曲运动; 开合模运动; 侧向抽芯运动;

　　1.  模具运动的概念

　　模具在生产过程中，产生两种运动形式：一是外力作用在模具上的零件或结构产生的运动，这种运动称为驱动；还有一种是模具作用在加工模胚上的运动，称为模具的运动。

　　1.1  模具的运动

　　模具运动与模坯材料状态及成形工艺方法有关，一般情况下根据运动的形式不同可分为五种运动：模具运动部分的单向平移运动、模具运动部分的单向和多向冲击运动、单向或多向直线运动、旋转运动、模胚相对模具进行的运动。通过这五种定向的运动形式和作用于模具的驱动力，供材料在模具中加工成合格的产品。

　　模具运动的应用可参见表1-1模具运动与应用。

　　表1-1模具运动与应用

　　模具中各运动构件较多，各种运动关系也较为复杂，把这些运动关系分为主运动、付运动。能较好的处理好各种运动关系，所谓主运动就是指在模具生产过程中，对模胚加工起主要作用的力的运动关系，像冲压过程中的上下运动等。付运动是模具生产过程中处于次要地主的一些运动关系。例如：斜楔结构的运动关系，转销结构运动关系等。

　　在模具生产过程中，机械运动穿始终，这种运动与模具生产密切相关，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现模具生产工艺所需的运动，直接影响到生产产品的质量，所以对模具机械运动的认识非常重要。同时为了达到产品的形状尺寸的要求，提高生产效率在模具设计中不断创新模具的机械运动不失为一条有效的途径。

　　1.2  模具的驱动

　　模具运动的驱动和驱动力（冲压力、锁模力、落锤重力、挤压力等）是由成形加工机床和设备的动力经传动机构提供的。驱动模具运动和传递力作用模具的方式，有三种：机—电驱动、电—液驱动、气压成型。

　　机—电驱动由电动机提供动力和旋转运动以驱动传动机构，并通过滑块和模具运动部分相连接以驱动模具的定向运动，并传递驱动力作用于模具，使模具对模坯进行成型加工。例如：冲压机、摩梭压力机、辊锻机械等。都是电动机提供动力驱动。

　　电—液驱动通过电动机驱动液压泵或水泵产生液压和水压并经液压转送和控制系统，产生额定压力以驱动模具运动 部（如：动模）相连接的液压缸或活塞，驱使动模相对定模作定向平移运动，对材料进行压缩，使材料成形加工为制件。

　　气压成型气压也型主要是指吸塑和吹塑的成形加工。吸塑是指模具处于固定状态，经气泵使产生负压将塑料板吸巾于模具型面，形成制件；吹塑是指经气泵产生气压，吹入热熔态塑件或热熔态玻璃制件毛胚空腔，使其扩展、变形并巾附在模具型腔表面上，形成制件。

　　1.3  模具运动的方向

　　一般采用导向零件控制模具的运动方向。如：导柱、导套、滑槽等进行导向，使其作定向运动。

　　为保证模具定向运动的导向精度，一般都是采用定位导向，冲模的定位导向是采用双套柱导套或四导柱导套，安装在冲床上后，其运动部分又与在冲床导轨上定向运动的滑块相连进行运动，所以通过定位导向，保证模具运动精度是模具结构设计的一个重要环节。

　　2.  冷冲模的机械运动

　　冷冲模的生产是通过压力机等冲压设备实现的，对板料或坯料施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能。它的主运动是由压力机产生的上、下运动。次要运动是模具与板料之间的运动以及模具中各零构件之间的相对运动。这些运动关系体现为直线运动及旋转运动。冲裁模、弯曲模、拉伸模、级进模的运动又各有其特点。

　　2.1  冲裁模的机械运动

　　冲裁模生产时工艺过程，首先是卸料板与板料或坯料接触并压牢。凸模下降与板料下降并继续下降压入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。如图一 落料冲孔复合模。

　　卸料板上板料接触凸模压入凹模。卸料板卸料的运动均是由主运动压力机提供，压力机设备上的滑块上、下运动，通过模具上的模柄把动力带入模具内。凸模压入凹模的运动是付运动中最关键的，它直接影响生产产品的质量，但卸料板与板料接触的这种运动关系也很重要，为保证冲裁质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模接触板料，并且压料力要足够，否则冲裁件的切断面的质量易出现毛边、毛刺等。尺寸精度低、平面度不良、模具寿命减少的问题。

　　设计落料冲孔模具时，冲压后工件与废料边难以分开是要注意的问题。在不影响工件质量的前提下，采用在凸、凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，凸模卸料板再把废料从凸凹模上推落，这样工件与废料自然分开了。

　　对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。

　　有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2~4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。

　　弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如：对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔

　　图一 落料冲孔复合模

　　1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销

　　再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。

　　2.2  弯曲模具的机械运动

　　弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降到与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。如图二 Ｖ形件弯曲模。

　　有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如：采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现 圆筒件一次成型。

　　值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的磨擦力小得多，所以不容易擦伤工件。

　　2.3  拉深模具的机械运动

　　拉深工艺的基本运动是，卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降到与板料接触，并继续下降，进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料体积成形，然后凸、凹模分开，凹模滑块把工件推出，完成拉深运动。如图三 无压边装置的首次拉深模。

　　图二 Ｖ形件弯曲模

　　1－下模板 2、5－圆柱销 3－弯曲凹模 4－弯曲凸模 6－模柄 7－顶杆 8、9－螺钉 10－定位板

　　图三 无压边装置的首次拉深模

　　1-定位板 2-下模板 3-拉深凸模 4-拉深凹模

　　卸料板和滑块的运动非常关键，为了保证拉深件的质量，必须控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则拉深件容易起皱，甚至裂开；其次应确保凹模滑块压力足够，以保证拉深件底面的平面度。

　　拉深复合模设计合理，可以很好地控制结构件的运动过程 ，达到多工序组合的目的。例如：典型的落料拉深切边冲孔复合模具的设计。

　　2.4  连续模具的机械运动

　　连续模具中常常同时包括了冲裁、弯曲和拉深等冲压工艺，因而其冲压过程中的机械运动也包括了这三种工艺的基本运动模式，对连续模具中运动的控制，应分成各基本工艺分别进行控制。

　　通常边疆模具要求不断加快冲压速度，提高生产效率，有些形状复杂、较特别的冲压件，其冲压运动较费时，在连续模具设计中可以分解成效率较高的冲压运动。例如：工程膨胀螺钉圆筒件在连续模具设计中即可将其圆筒成型运动分解为两侧90度圆弧弯曲~中间60度；圆弧弯曲~整体抱圆~圆度校正四个工序，不仅提高效率，亦能保证冲压件圆度。

　　连续模具因为在实际生产中还牵涉到送料机、吹风装置等，在设计中应充分考虑到这些因素，让冲床、模具、送料机和吹风装置的运动在时间上配合好，连续模具才能真正顺利生产。

　　3.  塑料模的机械运动

　　塑料模的机械运动主要有四大类：开模、合模运动；导向机构的运动；轴芯机构的运动；脱模机构的运动。只有保证了这些机构的有效运动，塑料模才能生产出高质量的产品。因此，有必要加深对塑料模机械运动的认识。

　　3.1  开模、合模运动

　　模腔压力：模腔内熔料的压力。

　　（1）定义：在注射时，要使模具不被模腔压力所形成的涨模力顶开，就必须对模具施以足够的夹紧力，该夹紧力就是合模力

　　P≥MZ×pz

　　P：锁模力，Kg；

　　MZ：制品在模具分型面上的投影面积cm2；

　　Pz：模腔内的压力，Kg/cm2。

　　（2）液压合模的特点：

　　①．合模力仅同工作油的压力有关。

　　②．移模速度仅取决于油泵的流量。

　　③．对不同厚度的模具适应性好。

　　3.2  导向机构的运动

　　塑料模的导向机构通常采用开、合模导向机构。对导向机构设计、制造的要求是：导向准确、运动灵活、平稳，具有足够的强度、刚度和耐磨性。

　　开、合模导向机构的主要作用是：使动模和定模及模内其它零件之间准确对合，以确保塑件的开头和尺寸精度，并避免模内各零件发生碰撞和干涉。

　　开、合模导向机构的导向形式主要是导柱、导套式。它的导向副由导柱与导套组成，动模与定模通过导柱、导套实现相对直线运动。由于要求运动灵活、平隐，所以对于导柱侧面、导套内侧面的设计、制造要求均非常高，表面粗糙度Ra均要达到0.4。

　　3.3  抽芯机构的运动

　　塑料模成型带有侧凹或侧孔的制件时，模具必须带有侧向分型或侧向抽芯机构。根据动力源不同侧向分型与抽芯机构一般分为机动抽芯机构、液动（或气动）抽芯机构以及手动抽芯机构三大类型。

　　机动抽芯机构的应用最为广泛，他的形式也比较多，主要有斜导柱抽芯机构、斜滑块抽芯机构及齿轮条抽芯机构。

　　斜导柱抽芯机构:斜导柱固定在定模（或动模）上，开模时，滑块在斜导柱的作用下，沿导滑槽侧向移动而完成抽芯动作，滑块在斜导柱上的运动是直线运动，一般是借助注塑机上的开模力与开模行程带动滑块上的芯模完成抽芯过程，这个过程移动的距离要适当，一般为成形侧孔（或侧凹）的深度，加上2~3mm。抽芯的力也有一定的要求，太小或太大都会影响到制件侧孔（或侧凹）的成形。

　　斜滑块抽芯机构:斜滑块抽芯机构一般是安装在动模与定模之间。开模时，推杆推动斜滑块进行抽芯和推出塑件。运动过程中，推杆作直线运动，滑块在导滑构件的导向下，作复合直线运动。导滑形式有四种：锥面导滑、斜滑杆导滑、矩形斜导杆导滑、斜杆导滑。

　　齿轮抽芯机构的运动:齿轮抽芯机构最常见的是手动齿轮条抽芯机构。开模后，手柄带动齿轮一转动，就带动齿条工作抽芯动作，销钉了限位，手柄反转，齿条即复位。运动过程中，齿轮旋转运动，齿条作直线运动。通过齿条的直线运动完成在制件上的成型。

　　齿轮抽芯机构其它类型还有弹簧抽芯机构、滚轮抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构与三角摆块组合抽芯机构等。

　　3.4  脱模机构的运动

　　在注射成形的第一个循环过程中，使塑件从模腔中脱出的机构称为脱模机构，一般情况下，塑料模在开模时，让制件留在动模边，利用注射机的开模动作，通过脱模机构使制件脱模。

　　冷冲模、塑料模是模具中应用最广的两种最主要的类型。它的运动形式各有特点，有直线运动、螺旋运动等单向、多向形式。与运动相关的作用力大小要求也不相同。从力的大小、方向、作用位置进行控制，能更好的把握它的运动关系。这是保证模具正常生产及做好模具设计的关键。

　　参考文献：

　　[1] 曾斌, 张文琼. 模具设计与制造.北京：电子工业出版社，2015.2, ISBN978-7-121-25098-9.