模具機械運動淺析

摘 要：模具由機械零件和機構(gòu)的組成。設(shè)備的動力和傳動機構(gòu)使模具產(chǎn)生多種形式的運動。模具在生產(chǎn)制件時，各種工藝都需要通過機械運動來完成制件的加工。模具的機械運動與模具生產(chǎn)制件的工藝過程是密切相關(guān)的，提高模具生產(chǎn)的工件的質(zhì)量，必須對模具的機械運動合理控制。

關(guān)鍵詞：模具的機械運動；沖裁運動；彎曲運動；開合模運動；側(cè)向抽芯運動

1 模具運動的概念

模具在生產(chǎn)制件的過程中，存在兩種運動形式：第一是外力作用在模具上的零件或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的運動，稱為驅(qū)動；第二是模具作用在制件胚料上的運動，稱為模具的運動。

1.1 模具的運動

模具運動的形式有：平移運動、直線運動、旋轉(zhuǎn)運動、沖擊運動及制件相對模具進行的運動。通過這五種定向的運動及作用于模具的驅(qū)動力，使制件在模具中完成成型過程。

模具中各運動構(gòu)件較多，各種運動關(guān)系也較為復(fù)雜，把這些運動關(guān)系分為主運動、付運動。能較好的處理好各種運動關(guān)系，所謂主運動就是指在模具生產(chǎn)過程中，對模胚加工起主要作用的力的運動關(guān)系，像沖壓過程中的上下運動等。付運動是模具生產(chǎn)過程中處于次要地主的一些運動關(guān)系。例如：斜楔結(jié)構(gòu)的運動關(guān)系，轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)運動關(guān)系等。

模具機械運動在生產(chǎn)制件的過程中始終存在，這些運動影響模具生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。模具設(shè)計必須保證所有運動能準確、穩(wěn)定的實現(xiàn)。設(shè)計的模具要求能完成模具生產(chǎn)工藝所需的運動，因為它直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，所以認識、了解模具機械運動的非常重要，也是在模具設(shè)計中提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)新模具的機械運動也是一條有效的途徑。

1.2 模具的驅(qū)動

模具機械運動的驅(qū)動和驅(qū)動力是由成型加工設(shè)備的動力經(jīng)傳動機構(gòu)提供的。驅(qū)動模具運動和傳遞力作用模具的方式，有三種：機—電驅(qū)動、電—液驅(qū)動、氣壓成型。

機—電驅(qū)動是電動機提供動力和旋轉(zhuǎn)運動以驅(qū)動傳動機構(gòu)，通過滑塊和模具運動部件相連接以驅(qū)動模具的定向運動，并傳遞驅(qū)動力作用于模具，使模具對制件進行成型加工。例如：

沖壓機、壓力機、輥鍛機械等。都是電動機提供動力驅(qū)動。

電—液驅(qū)動是電動機驅(qū)動液壓泵或水泵產(chǎn)生液壓和水壓并經(jīng)液壓轉(zhuǎn)送，產(chǎn)生額定壓力以驅(qū)動模具產(chǎn)生機械運動部，使動模對定模作定向平移運動，材料被壓縮成形加工為制件。

氣壓成型氣壓也型主要是指吸塑和吹塑的成形加工。吸塑是模具固定不作運動，氣泵產(chǎn)生負壓將塑料吸于模具腔內(nèi)型面，形成制件；吹塑是氣泵產(chǎn)生氣壓，吹入熱熔態(tài)塑件或熱熔態(tài)玻璃制件毛胚空腔，使其擴展、變形并附在模具型腔表面上，形成制件。[1]

1.3 模具運動的方向

導(dǎo)向零件控制模具的運動方向。如：在模具設(shè)計中，通常設(shè)計導(dǎo)向零件以保證模具機械運動的準確性。常用的導(dǎo)向零件有上下模及推出機構(gòu)用的導(dǎo)柱導(dǎo)套，塑料注射模側(cè)向抽芯常用的導(dǎo)軌及導(dǎo)滑槽等。

模具機械運動導(dǎo)向的準確性、平穩(wěn)性是影響模具生產(chǎn)的一個重要指標。設(shè)計時必須對導(dǎo)向零件的尺寸精度及形位公差進行控制。一般尺寸精度要控制在5-6級，形位公差主要有垂直度、及平行度等項目的控制，表面粗糙度一般控制在0.8左右。

2 冷沖模的機械運動

冷沖模生產(chǎn)制件是通過壓力機等沖壓設(shè)備實現(xiàn)的。板料或坯料通過壓力機的壓力作用下，產(chǎn)生塑性變形或分離，成型為具有一定形狀、尺寸和性能的制件。它的主運動是壓力機產(chǎn)生的上、下運動，次要運動是模具與板料之間的相對運動以及模具中各零件之間的相對運動。其運動關(guān)系主要為直線運動及旋轉(zhuǎn)運動。沖裁模、彎曲模、拉伸模、級進模的運動又各有其特點。

2.1 沖裁模的機械運動

沖裁模生產(chǎn)時工藝過程，上模座在滑塊的帶動下向下行，卸料板壓緊板料，緊接凸模壓入板料與凹模刃口形成剪切作用，在剪切力作用下，板料成型。

卸料板壓緊板料，凸模壓板料入凹模。壓力機提供卸料板卸料的運動，壓力機設(shè)備上的滑塊通過模具上的模柄帶動模具上、下運動，把動力帶入模具內(nèi)。這些運動的先后順序必須準確的控制好，其中涉及到運動行程、運動時間、運動的速度都是在模具設(shè)計中必須有精確計算進行控制。以保證運動的準確性、平穩(wěn)性及經(jīng)濟性。

設(shè)計落料沖孔模具時，一般采用推出機構(gòu)及頂出機構(gòu)出料。推出機構(gòu)由卸料板及彈簧、彈性橡膠組成。卸料板將成型的制件從凸模上卸下來，是跟隨上模座向上運動時完成。彈簧、彈性橡膠是上模座向下運動時，卸料板壓緊板料，由于彈性力的作用，彈簧、彈性橡膠被壓縮，騰出一定的空間，使凸模有向下運動壓入板料與凹模刃口形成剪切作用的空間，這距離滿足板料厚度及深入凹模距離即可。

2.2 彎曲模具的機械運動

彎曲過程產(chǎn)生的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下行與板料接觸，進入凹模，凸、凹模及板料之間產(chǎn)生相對運動，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，直到完成彎曲運動。卸料板及頂桿的運動是非常關(guān)鍵，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須控制卸料板的運動，使它先于凸模與板料接觸，并且一定要有足夠的壓料力，否則彎曲件尺寸精度差，缺陷多；其次，應(yīng)確保有足夠頂桿力，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件容易變形，并且生產(chǎn)效率低。對于精度要求較高的彎曲件，在彎曲運動中，要有一個運動死點，所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠產(chǎn)生碰死。

工件彎曲形狀較復(fù)雜，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時，需要用到斜楔結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，例如：采用斜楔結(jié)構(gòu)，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)圓筒件的一次成型。

對于有些外殼件，如電腦軟驅(qū)外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間容易產(chǎn)生相對滑動，在彎曲時，很容易因相對滑動擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不好。通常是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭角部處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動改為滾動，由于滾動比滑動的磨擦力小得多，所以不容易擦傷工件。[2]

3 塑料模的機械運動

塑料模的機械運動主要有四大類：開模、合模運動；導(dǎo)向機構(gòu)運動；軸芯機構(gòu)運動；脫模機構(gòu)運動。只有保證了這些機構(gòu)的有效運動，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。因此，有必要加深對塑料模機械運動的認識。

3.1 開模、合模運動

模腔壓力：模腔內(nèi)熔料的壓力。

（1）定義：在注射時，模具不能被模腔壓力所形成的漲模力頂開，必須對模具施以足夠的夾緊力，這種夾緊力就是合模力

P≥MZ×pz

P：鎖模力，Kg；

MZ：制品在模具分型面上的投影面積cm2；

Pz：模腔內(nèi)的壓力，Kg/cm2。

（2）液壓合模的特點：

①.合模力僅同工作油的壓力有關(guān)。

②.移模速度僅取決于油泵的流量。

③.對不同厚度的模具適應(yīng)性好。

3.2 導(dǎo)向機構(gòu)的運動

塑料模的導(dǎo)向機構(gòu)通常是指開、合模導(dǎo)向機構(gòu)。對導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計、制造的要求是：導(dǎo)向準確、運動靈活、平穩(wěn)，具有足夠的強度、剛度及耐磨性。

開、合模導(dǎo)向機構(gòu)的主要作用是：使動模和定模及模具內(nèi)其它零件之間準確配合，以確保塑料制件的尺寸精度，避免模具內(nèi)各零件發(fā)生碰撞和干涉。

開、合模導(dǎo)向機構(gòu)的導(dǎo)向形式主要是導(dǎo)柱、導(dǎo)套式。它的導(dǎo)向副由導(dǎo)柱與導(dǎo)套組成，動模與定模通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套實現(xiàn)相對直線運動。由于要求運動靈活、平隱，所以對于導(dǎo)柱側(cè)面、導(dǎo)套內(nèi)側(cè)面的設(shè)計、制造要求均非常高，一般均有形位公差要求，表面粗糙度Ra均要達到0.4-0.8。

3.3 抽芯機構(gòu)的運動

塑料模成型帶有側(cè)凹或側(cè)孔的制件時，模具必須設(shè)計有側(cè)向分型及側(cè)向抽芯機構(gòu)。根據(jù)動力源不同側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)一般分為機動抽芯、液動（或氣動）抽芯及手動抽芯三大類型。

機動抽芯機構(gòu)的應(yīng)用最為廣泛，它的形式也比較多，主要有斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)、斜滑塊抽芯機構(gòu)及齒輪條抽芯機構(gòu)。

斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)的基本原理：斜導(dǎo)柱固定在定模（或動模）上，開模時，滑塊在斜導(dǎo)柱的作用下，沿導(dǎo)滑槽側(cè)向移動而完成抽芯動作?；瑝K在斜導(dǎo)柱上的運動是直線運動，一般是借助注塑機上的開模力與開模行程帶動滑塊上的型芯完成抽芯過程。這個過程移動的距離要適當，一般為成形側(cè)孔（或側(cè)凹）的深度，再可了考慮2～3mm的安全距離。抽芯的力也有一定的要求，太小或太大都會影響到制件側(cè)孔（或側(cè)凹）的成型。

斜滑塊抽芯機構(gòu)：斜滑塊抽芯機構(gòu)一般是安裝在動模與定模之間。開模時，推桿推動斜滑塊進行抽芯和推出塑件。運動過程中，推桿作直線運動，滑塊在導(dǎo)滑零件的導(dǎo)向下，作復(fù)合直線運動。導(dǎo)滑形式有四種：錐面導(dǎo)滑、斜滑桿導(dǎo)滑、矩形斜導(dǎo)桿導(dǎo)滑、斜桿導(dǎo)滑。

齒輪抽芯機構(gòu)的運動：齒輪抽芯機構(gòu)最常見的是手動齒輪條抽芯機構(gòu)。開模后，手柄帶動齒輪一轉(zhuǎn)動，就帶動齒條工作抽芯動作，銷釘了限位，手柄反轉(zhuǎn)，齒條即復(fù)位。運動過程中，齒輪在外力作用下作旋轉(zhuǎn)運動，齒條作直線運動。齒條的直線運動完成在制件上的抽芯過程。

齒輪抽芯機構(gòu)其它類型包括有彈簧抽芯機構(gòu)、滾輪抽芯機構(gòu)、齒條齒輪抽芯機構(gòu)與三角擺塊組合抽芯機構(gòu)等。

3.4 脫模機構(gòu)的運動

在注射成型的第一個循環(huán)過程中，使塑件從模腔中脫出的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)。一般情況下，塑料模在開模時，制件留在動模邊（即型芯上），利用注射機的開模動作，通過脫模機構(gòu)使制件脫模。

冷沖模、塑料模是模具中應(yīng)用最廣的兩種最主要的類型。它的運動形式各有特點，有直線運動、螺旋運動等單向、多向形式。與運動相關(guān)的作用力大小要求也不相同。從力的大小、方向、作用位置進行控制，能更好的把握它的運動關(guān)系。這是保證模具正常生產(chǎn)及做好模具設(shè)計的關(guān)鍵。

參考文獻

[1]李志剛.中國模具設(shè)計大典.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.1.ISBN7539019484

[2]曾斌.模具設(shè)計與制造基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2015.4，ISBN9787121257315.

[3]曾斌，張文瓊.模具設(shè)計與制造.北京：電子工業(yè)出版社，2015.2，ISBN9787121250989.

作者簡介

曾斌（1963-），男，湖南湘鄉(xiāng)，工學(xué)學(xué)士，副教授，機械工程。