模具设计概论

模具设计概论

第一章、冲压加工概述与冲压设备

一、什么是冷冲压？冷冲压分为哪两类？

答：⑴冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。

⑵冷冲压概括起来可以分为分离工序和变形工序两大类

二、什么是分离工序和变形工序？

答：分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓相互分离；变形工序是在材料不产生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，形成所需的形状及尺寸的制件。

三、常用的冷冲压设备有哪些？曲柄压力机的工作原理是什么？

答：⑴在冷冲压生产中，为了适应不同的冲压工作需要，所采用的设备为各种不同类型的压力机。压力机的类型很多，按传动方式的不同可以分为机械压力机和液压压力机两大类。

⑵工作原理、详细见课本4—5页。

四、什么是双点压力机？什么是双动压力机？

答：⑴按连杆的数目分，可以分为单点、双点和四点压力机。双点压力机是指有两个连杆的压力机。

⑵按滑块的数目分，可以分为单动压力机、双动压力机三动压力机等，其中有两

个滑块的压力为双动压力机。

五、设计模具需要考虑压力机的哪些技术参数？

答：（压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺性能、所能加工的零件的尺寸范围以及生产率等的指标，也是模具设计中选择冲压设备、确定模具结构的重要依据）

主要包括：①标称压力（公称压力）②滑块行程③滑块每分钟行程次数④压力机的装模高度⑤压力机工作台面尺寸⑥漏料孔尺寸⑦模柄孔尺寸⑧压力机的电动机功率。

第二章、冲裁工艺

一、冲裁的概念？

答：使板料分离的冲压工艺称为冲裁。

二、冲裁过程可分为哪几个变形过程？

答：①弹性变形过程②塑性变形过程③剪裂阶段。

三、冲裁件的断面有哪几个特征？

答：冲裁件的断面有四个特征区：

①圆角带：又称榻角，产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面，是由于板料受弯

曲、拉伸作用而形成的。材料塑性越好，凸、凹模之间的间隙越大，形成的榻角也就越大。

②光亮带：紧挨着榻角，是由于凸模切入板料，板料被挤入凹模而产生塑性剪切变

形所形成的。材料的塑性越好，凸、凹模之间的间隙越小，光亮带的高度就越高。

③断裂带：紧挨着光亮带，是由冲裁时所产生的裂纹扩张而形成的。断裂带表面粗

糙，并带有4°~6°的斜度。凸、凹模之间的间隙越大则断裂带高度越大，且斜度

也增大。

④毛刺：紧挨着断裂带的边缘，是由于裂纹的产生不是正对着凸模和凹模的刃口而

是靠在刃口的侧面。

四、冲裁件的质量包括哪几方面？

答：应该保证一定的尺寸精度、良好的断面质量和无明显的毛刺。

五、什么是冲裁间隙？冲裁间隙有什么重要性？

答：冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间的工作部分的尺寸之差。

冲裁间隙是保证合理冲裁过程的最主要的工艺参数，对冲裁件的质量有着决

定性的作用。

第三章、冲裁模的结构与设计

一、冲裁模的凹、凸尺寸计算的原则有哪些？

答：计算原则主要有

①落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模为设计准则；冲孔件的尺寸是由凸模决定的，因此应以冲孔凸模为设计基准。

②凸模和凹模应考虑磨损规律。

③凸模和凹模之间应保证有合理间隙。

④凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸相适应。

⑤尺寸计算要考虑模具的设计特点。

二、模具的制造方法有哪几种？

答：

三、降低冲裁力的措施有哪些？

答：降低冲裁力的措施主要有①加热冲裁②斜刃冲裁③阶梯冲裁

四、什么是模具的压力中心？

答：冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。

五、什么是冲裁排样？什么是结构废料？什么是工艺废料？

答：冲裁件在条料上的布置方法称为排样。冲孔所产生的废料即为结构废料，结构废料是由工件的形状所决定的。条料上的料头、料尾及边缘部分均为工艺废料，工艺废料是由冲压方式与排样方式所决定的。

六、搭边有什么作用？

答：搭边的作用有：

⑴起补偿条料的剪裁误差、送料步距误差以及补偿由于条料与导板之间有间隙所造成的送料歪斜误差的作用；

⑵使凹、凸模刃口双边受力；

⑶对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。

七、什么是工艺零件？有哪些？

答：工艺零件是直接参与完成冲压工艺过程并和坯料直接发生作用。包括工作零件（直接对毛坯进行加工的成形零件），定位零件（用以确定加工中毛坯正确位置的零件），压料、卸料及出件零件。

八、什么是结构零件？有哪些？

答：结构零件是不直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接发生作用，只对

模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用。包括导向零件

（保证上、下模之间的正确相对位置），固定零件（用以承装模具零件或将模具安装固定到压力机上），紧固及其它零件。

九、凹模洞口

答：凹模洞口的形式基本上有直壁式、斜壁式以及凸台式三种。

十、冲裁模有几种卸料形式？

答：冲裁模的卸料形式主要有刚性卸料、弹性卸料以及废料切刀卸料。

十一、根据导柱的布置将模架分为哪几种？

答：根据导柱的布置可以将模架分为后侧导柱模架、中间导柱模架、对角导柱模架以及四导柱模架。

第四章、塑料基础知识

一、塑料与树脂的关系？

答：塑料的概念是：以树脂为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成形的高分子有机材料。树脂的概念是：指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。

二、塑料的成分有哪些？各自作用如何呢？

答：塑料的成分主要有树脂和添加剂

树脂的作用是：决定塑料的类型和基本性能，可以胶粘其它成分材料，赋予塑料可塑性和流动性；

添加剂中的

⑴填充剂：是塑料的重要的但非必不可少的成分，可以减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料的某些性能，扩大塑料的应用范围。

⑵增塑剂：提高塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺

性能和使用性能。

⑶主要作用是阻缓材料的变质。其中包含：

①热稳定剂：抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解

②光稳定剂：阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）

③抗氧化剂：延缓或抑制塑料抗氧化速度。

⑷润滑剂：可以防止塑料在成形过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度。

⑸着色剂：起装饰美观的作用，某些着色剂还能够提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。

三、塑料按物理化学性质可以分为几种？

答：塑料按物理化学性能可以分为热塑性塑料和热固性塑料两种。

四、热塑性塑料和热固性塑料的主要区别是什么？

答：热塑性塑料是指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构；热固性塑料是指在受热和其它条件下能固化成不熔不溶性物质的材料，其分子结构最终为体型结构。

五、合成树脂与天然树脂的区别是什么？

答：天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物，如松香、琥珀、虫胶等；合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。

六、塑料按性能和用途可以分为几种？

答：塑料按性能和用途可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三类。

七、热塑性塑料的工艺性能有哪些？热固性塑料的工艺性能有哪些？

答：热塑性塑料的工艺性能主要有收缩性、流动性、结晶性以及其它工艺性如热敏性、水敏性、吸湿性、应力敏感性和各种热能性。

热固性塑料的工艺性能主要有收缩率和流动性。

第五章、塑料的成型工艺

一、塑料的成型工艺主要有哪些？

答：塑料的成型工艺主要包括：塑料的成型原理、注射成型工艺以及塑料制品的设计。

二、注射成型工艺过程包括哪几个阶段？

答：主要包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等步骤。实质上主要是

塑化、流动与冷却定型两大过程。

三、注射成型的工艺参数主要有哪些？

答：注射成型的工艺参数主要有：温度、压力和时间。

四、从满足注射成型工艺的角度出发，在设计塑料制品的形状和壁厚等方面时应注意哪些问题？

答：设计形状时，应该注意尽量避免侧壁凹槽或制品脱模方向垂直的孔，可避免瓣合分型或侧抽芯等复杂模具结构和使分型面上留下飞边。设计壁厚时，主要决定于制品的使用条件，但壁厚大小对成型影响很大，过小会导致

流动阻力大，冲模难，不能保证强度和刚度；过大会导致浪费原料，增加成本，且增加成型时间，降低生产率，还易出现气泡、缩孔等，壁厚应求均匀，否则会产生内应力。

第六章、塑料注射模具设计

一、何为模具的分型面？选择分型面的基本原则主要有哪些？

答：模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。

分型面的选择原则是：

①分型面应尽量选在制品断面轮廓最大的部位；

②因推出机构一般设置在动模一侧，分型面应尽量选在应使制品留在动模内的地方；

③保证制件的精度要求；④满足塑件的外观质量要求；

⑤便于模具加工制造；⑥减少塑件在合模分型面上的投影面积；

⑦排气效果好；⑧对侧向抽芯的影响。

二、按分型面的特征注射模具应分为哪几类？不同模具的动作原理是什么？

答：按分型面的特征，注射模具可以分为单分型面注射模具、双分型面注射模具以及活动镶块式注射模具。

热固性模具的动作原理主要是压缩、传递和注射；热塑性模具的动作原理主要是吹塑、气动成型以及注射。

三、塑料注射模具由哪几部分组成？、

答：塑料注射模具主要由合成零件、合模导向机构、浇注系统以及定向分型与

四、注射模具设计时需要校核哪些注射机的工艺参数？

答：需要校核的注射机的工艺参数主要有：

①最大注射量的校核；②注射压力的校核；③锁模力的校核及型腔数的校核；④模具闭合高度H和平面尺寸的校核；⑤模具的平面尺寸应小于注射机模板尺寸。五、普通流道浇注系统的组成是什么？各部分的作用是什么？

答：普通流道浇注系统的组成主要包括主流道、分流道、浇口、冷料穴以及

排气槽。

*主流道的作用是：连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁；熔融塑料进入模具最先经过的地方；主流道的大小影响塑料进入型腔的速度和充型时间。

*分流道的作用是：在压力损失最小的情况下，通过截面积的变化和流向变换，平稳地将来自主流道的熔融塑料以较快的速度送到浇口处冲模，同时分流道内残留的塑料最少，以减少冷料的回收。

*浇口的作用：浇口可以分为限制性浇口和非限制性浇口两种。非限制性浇口起着引料、进料的作用；限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使塑料熔体产生加速度，提高剪切速率，迅速而均衡地充满型腔；另一方面改善熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满。同时起着封闭型腔，防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与制品分离的作用。

*冷料穴的作用是：具有容纳冷料的作用，还具有在开模时将主流道和分流道的冷凝料钩住，将其保留在动模一侧，便于脱模的功能。

*排溢系统的作用：解决形成气泡、接缝、便面轮廓不清及充填缺料等缺陷；

解决气体受压、体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦的问题；

解决存积的气体由于产生反向压力而降低冲模速度的问题。

六、常用的浇口有哪几种类型？各适合用于何种制品上？

答：常用的浇口主要有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、环形浇口、点浇口、潜伏浇口。

直接浇口适用于单型腔、沈腔壳性和箱型等大型塑料制品；

侧浇口适用于中小型塑料件的多型腔模具；

扇形浇口适用于成型横向尺寸较大的薄片状塑件、平面面积较大的扁平零件

环形浇口适用于成型圆柱形塑件，开设在塑件的外侧；

盘形浇口类似于环形浇口，只不过它的浇口开设在塑件的内侧；

点浇口适用于薄壁塑件以及聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料的成型；

潜伏浇口又称剪切浇口，是由点浇口演变而成的。

七、何谓冷料穴？有何作用？

答：在注射机完成一次注射循环的间隔期，在喷嘴最前端地熔融塑料的温度较低，形成冷料渣，为了集存冷料渣，在进料口末端的动模上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。

冷料穴除了具有容纳冷料的作用外，同时还具有在开模时将主流道和分流道的冷凝料钩住，将其保留在动模一侧，便于脱模的功能。

八、模具设计排溢系统的必要性是什么？

答：①形成气泡、接缝、便面轮廓不清及充填缺料等缺陷；

②气体受压、体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦；

③存积的气体由于产生反向压力而降低冲模速度。

九、成型零件包括哪些零件？

答：成型零件是指模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，包括凹模、凸模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。

十、组合式凹模设计的基本原则是什么？

答：⑴拼块件数应该少；⑵拼缝接线应尽量与制品的脱模方向一致；

⑶拼块应无锐角；⑷拼块之间应采用凹凸模嵌接；

⑸个别凹凸模易磨损部位，应制成独立件；

⑹设计拼块和镶件时，尽量把复杂的内形变为外形加工；

⑺为使接缝面正确配合，并减少磨削加工量，应减少接缝面的长度；

⑻制品上的外形圆弧部分应单独制成一块。

十一、导向机构的作用是什么？

答：⑴定位作用（合模时保证模具的正确位置，保证型腔形状和尺寸精度；在装配时也起定位作用）

⑵导向作用（合模时首先是导向零件接触，引导模具准确闭合，避免型

芯先进入型腔，造成成型零件损坏）

⑶承受一定的侧向压力（熔体充型时可能产生单向侧压力，或因为成型

设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大时，需增设锥面定位机构）

十二、导向机构的类型有什么？

答：导向机构的类型主要有导柱导向机构和锥面定位机构两种形式。

十三、推出机构的组成？各零部件的作用是什么？

答：

十四、推出机构的类型有几种？

答：推出机构主要有推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶件及凹模推出机构、综合推出机构、动定模双向推出机构、顺序推出机构、二级推出机构、以及带螺纹塑件的脱模机构。

十五、推出机构的复位方式是什么？

答：推出机构的复位方式主要有：

⑴复位杆复位（合模与复位同时完成，对推件板机构，不必另设复位杆。也可利用推杆兼做复位杆）、

⑵弹簧复位（先于合模完成定位）

十六、什么是双向推出机构？

答：有一些塑件，开模后，即可能留在动模一侧，也可能留在定模一侧。为了使其顺利脱模，需考虑动、定模两侧都设置推出机构，这种机构就是双向推出机构。

十七、什么是顺序推出机构？

答：在双分型面和多分型面的模具中，模具的各分型面的打开必须按一定的顺序进行，满足这种分型要求的机构称为顺序推出机构。

十八、脱螺纹机构的类型？

答：强制脱模机构、手动脱模机构以及机动脱模机构。

十九、侧向分型与抽芯机构分为哪几种？

答：⑴机动侧向分型与抽芯机构；⑵液压或气动侧向分型与抽芯机构；

⑶手动侧向分型与抽芯机构。

二十、什么是抽芯距？

答：抽芯距是指侧型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置时该型芯或固定该芯的滑块在抽芯方向所移动的距离。

二十一、斜导柱侧向分型与抽芯机构主要包括哪些部分？

答：主要包括：与开模方向成一定角度的的斜导柱、侧型腔或型芯滑块、导滑槽、楔紧块和侧型芯或型芯滑块定距限位装置。

二十二、斜导柱的倾斜角如何确定？

答：斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角，用α表示。

经计算推导，α取22°33′比较理想，一般设计时α＜25°，最常用的为

12°≤α≤22°。

二十三、何为干涉现象？如何避免？

答：所谓干涉现象是指在合模过程中侧滑块的复位先于推杆的复位而导致活动侧型

芯与推杆相碰撞，造成活动侧型芯推杆损坏的事故。

避免干涉现象产生的措施有：

⑴在模具结构允许时，应尽量避免侧型芯在分型面的投影范围内设置推杆。

⑵如果收到模具结构的限制而在侧型芯下一定要设置推杆时，应首先考虑是否能使推杆推出一定距离后仍低于侧型芯的最低面。

⑶当以上不能满足时，就必须分析产生干涉的临界条件和采取措施使推出机构先复位，然后才允许侧型芯滑块的复位，这样才能避免干涉。

二十四、斜导柱的几种应用形式各有何特点？

答：⑴斜导柱固定在定模、侧滑块安装在定模；

这是斜导柱侧向分型与抽芯机构的模具中应用最广泛的形式，它既可适于单分型面注射模，也适于双分型面注射模。

⑵斜导柱固定在动模、侧滑块安装在定模；

此形式的结构特点是侧抽芯与脱模不能同时进行，或是先侧抽芯后脱模，或是先脱模后侧抽芯。

⑶斜导柱与侧滑块同时安装在定模；

在定模座板与定模板之间增加一个分型面，需要采用定距顺序分型机构；不需要设置侧滑块的定位装置。

⑷斜导柱与侧滑块同时安装在动模；

此形式一般可以通过推件板推出机构来实现斜导柱与侧型芯滑块的相对运动；不需要设置侧滑块定位装置；主要适合于抽拔距和抽芯力均不太大的场合。⑸斜导柱的内侧抽芯；

二十五、设计模具加热与冷却系统的必要性？

答：⑴因为温度的调节会对塑件的质量产生影响；

⑵模具的温度对生产率也会产生影响（模具温度与生产率的关系主要由冷却时间来体现。塑料在模内停留冷却的时间与型腔内塑料和型壁的温差成反比关系。若要缩短塑件在模内停留冷却时间来提高生产率，就必须在工艺条件允许的情况下尽量增大温差。只能靠温度调节系统来保证）

二十六、冷却系统的设计原则是什么？

答：⑴冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大；⑵冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等；⑶浇口处要加强冷却，冷却水的入口设置在浇口附近；⑷冷却水道出、入口温差应尽量小；⑸冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置；

⑹尽量避免接近熔焊部位；⑺易于加工清理，一般水道的孔径为10㎜左右；⑻要防止泄露。