模具设计知识总结
模具，工业制造中用于注塑成型、吹塑成型、挤出成型、压铸成型、锻压成型、冶炼加工、冲压成型等工艺获取目标物件的各类模具及辅助器具。此处提供模具设计要点梳理，内容详实，敬请参考阅读。
体积在塑性变形时保持恒定，物体发生塑性形变，其体积改变量同平均应力之间存在直接关联。主应变模式可分为三种情况：第一种，其中包含一个正值应变和一个负值应变；第二种，其中含有一个负值应变和两个正值应变；第三种，其中一个主应变为零，剩余两个应变数值相同但符号不同。
冲压工艺中的一种核心步骤是通过模具促使板材发生断裂，这种工艺是所有冲压方法的基础。它涵盖了多个具体操作，例如将材料裁切成所需形状、在板材上打孔、分割材料、去除多余边缘、形成特定角度以及改变材料形状等。通常情况下，主要指的是切割材料以形成所需轮廓和制作孔洞这两个过程。
冲裁过程涉及不同变形阶段，首先是弹性变形，此时变形区材料承受的力未超过其屈服强度；接着进入塑性变形，变形区材料承受的力已经超过其屈服强度；最后是断裂分离，变形区材料承受的力达到了其强度极限。
4.冲裁断面可分为明显的四个部分：塌角、光亮、毛面和毛刺。
冲裁件品质，包含断面形态、尺寸准确度和轮廓偏差。在决定冲裁件品质的各种成分里，间隙是关键因素之一。冲裁件的断面品质，关键在于塌陷的角度、亮面在板材厚度中的占比、粗糙面的倾斜程度以及毛边等。当缝隙大小适宜，冲切时上下刀口形成的断裂纹路会大致吻合，此时光亮面大概占据板材厚度的一半到三分之一，断面处的塌陷角度、边缘粗糙度和倾斜度都十分轻微，基本能够符合普通冲裁零件的标准。当间隙非常狭窄，凸模边缘的裂缝会较合理间隙时向外偏移一段；当间隙十分宽裕，凸模边缘的裂缝会较合理间隙时向内偏移一段，材料的弯曲与拉伸会加剧，拉应力会增强，塑性变形阶段会提前终止，导致截面平滑部分会缩小，塌陷角度与倾斜程度会增大，形成体积庞大且难以清除的拉伸毛边，并且冲裁件的反翘问题会非常突出，妨碍生产流程的顺畅。材料越薄，弹性形变越小，所以工件准确度越高。冲裁件尺寸越微，构造越单纯，那么精准度也越高。
冲裁件尺寸的测量和加工都以光面为参照标准。落料件的光面由凹模刃口挤压材料形成，孔的光面则由凸模刃口挤压材料形成。计算刃口大小时，需要分开考虑落料和冲孔两种情形，具体规则如下：对于落料，成品的光滑表面大小要和凹模的规格一样，因此要以凹模的规格作为参考依据；凹模的基本规格应该取工件尺寸允许偏差中较小的那个数值；而对于冲孔，工件光滑表面的孔洞大小要和凸模的规格一致，所以要以凸模的规格作为参考基准。由于冲裁的孔径会因凸模的损耗而出现收缩现象，因此冲孔用的凸模基本规格应当选用零件上孔的公差值中偏高的那个数值；3，对于工件上需要制作多个孔的情况，各个孔的中心位置之间的精确度是由凹模上孔的中心位置来确定的
冲模刃口加工容许度：凸模凹模刃口尺寸的确定要能确保零件的精确度标准，要保证恰当的凹凸模配合间隙，要确保模具有足够的耐用性。零件尺寸的允许偏差与冲模刃口尺寸的制造误差通常都按“包容”规则标示为单边偏差。不过对于磨损后尺寸不变的规格，一般标示为双边偏差。
冲裁件在条料、带料或板料上的安排方式称为排样，冲裁件占用实际面积与所用板料面积的比率称作材料利用率，这是评估材料使用合理性的技术经济指标。
冲裁产生的边角料有两种类型，一种是构造性的边角料，它源于冲裁零件的几何特征，另一种是工艺性的边角料，它由零件与零件之间的连接部分，零件与条料侧面的连接部分，以及材料切割下来的头尾和边缘部分共同构成。
9.排样方法：有废料排样、少废料排样、无废料排样。
排样时，冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间会预留一些工艺废料，这部分称为搭边，它有两个作用，一是可以弥补定位误差和剪板误差，从而保证冲裁出合格的零件，二是能够增强条料的刚性，使条料送进更加顺畅，进而提升生产效率。
冲模压力中心如何找到：冲压力合力的着力点就是模具的压力中心，这个中心点应当与压力机滑块的中心线对齐。
冲裁模具可以分成几类，第一种是单工序模，包括没有导向的单工序冲裁模，带有导板的单工序冲裁模，以及带有导柱的单工序冲裁模；第二种是级进模，这种模具在压力机一个工作循环里，能在不同位置上同时进行多个冲压步骤，例如利用固定挡料销和导正销来定位的级进模，或者依靠测刃来定距的级进模；第三种是复合模，这种模具在压力机一个工作循环里，能在同一个位置上完成多个冲压步骤，根据凸模和凹模的安装方式，可以分为正装复合模和倒装复合模。
模具强度对排样有具体要求：孔距狭窄的冲件，其孔需分阶段冲制，工位间凹模壁薄时，要增加空位，形状繁复的冲件，也应分阶段冲制，以便简化凸模和凹模构造，提升其刚性，方便加工和组装，测量刃的位置，要尽量防止凸模和凹模局部工件造成刃口破损。
通过对比正装式与倒装式复合模具结构，可以发现它们各有不同的长处和短处。正装式比较适合冲压材质较软的或者板料较薄的，且对平直度要求高的冲裁件，同时也能够冲压孔边距离小的冲裁件。倒装式不适合冲裁孔边距离小的工件，但倒装式复合模构造简单，能直接借助压力机打杆装置工作，卸料稳定，操作方便，为机械化取件创造便利，因此使用非常普遍，总之复合模加工效率高，冲裁件内孔和外周的位置准确度高，板材定位标准比级进模宽松，冲裁的图形大小较小。但复合模构造繁复，加工标准严苛，造价昂贵。此类模具主要应用于大规模制造，且对零件精度有较高标准。
开始安装定位设备：在连续模里，为了处理头件定位的难题，必须配置初始挡料部件。
卸料设备：首先有固定式卸料设备，其次有弹压式卸料设备，这种设备兼具卸料和压料功能，冲压效果更佳，平整度也更高，适合对质量要求严格的冲压作业以及薄板加工，最后还有废料切割设备。
弯曲是一种使板料、棒料、型材或管料等形成特定形状和角度的冲压加工方法，属于零件成型工艺的一种。
在发生缩短和伸长形变的两个区域之间，必定存在一个金属纤维层，该层在形变过程中长度没有发生变化。
弯曲变形区域内板料横截面轮廓发生改变，具体表现为：当较宽的板材进行弯曲操作时，其横截面形态几乎维持原状，依旧呈现为矩形特征
窄板在发生弯曲时，其原本呈矩形形态的截面会转变为扇形状态，而工业制造过程中通常以宽板进行弯曲加工。
20.r/t指的是板材弯曲时的参照半径，是衡量板材弯曲变形状况的关键数值。参照半径数值越小，表明弯曲变形状况越严重。
板料在塑性弯曲过程中呈现如下变形特征：首先，应变中性层位置会向内侧移动，其次，在发生形变的区域，板料会出现厚度减薄和面积增大的现象。
3.变形区板料剖面的畸变、翘曲和破裂。
弯曲件外表面纤维保持完整时，工件内表面能达到的最小圆角半径，定义为最小弯曲半径，该值用于衡量材料弯曲时的成形能力。
决定最小弯曲半径的关键点包括，材料的机械特性，零件弯曲中心角度，板料轧制方向和弯曲线之间的夹角，板料表面状况以及冲裁断面的优劣，材料宽厚比，板料厚度
24.回弹现象：回弹现象产生于弯曲变形结束后的卸载过程。
回弹的大小受多种条件制约，首先与材料的内在属性相关，其次取决于弯曲半径和壁厚的比例，再次弯曲时形成的中心角度数也有重要作用，此外弯曲的具体方法以及施加的校正力度不容忽视，工件本身的构造特征同样会影响回弹，最后模具之间的空隙大小也是一个关键因素。
拉深是一种冲压技术，通过模具将平面的初始材料加工成带开口的空心工件。
27.起皱和拉裂是影响拉深过程的两个主要因素：
起皱是拉深时的一种现象，毛坯凸缘在切向压应力影响下，容易发生塑性失稳，导致拱起，从而形成褶皱。
起皱缘由在于毛坯边缘承受的切向压力超出正常范围，这种压力在边缘最外侧达到峰值，因此褶皱通常最先从最外侧出现。
摩擦阻力的形成受多种条件制约，其中主要因素包括，施加的压力大小，接触面圆角的尺寸差异，以及是否存在润滑介质，这些都会对摩擦阻力产生作用。
4.凸凹模间隙的影响;5.表面粗糙度的影响。
拉深系数，用来衡量圆筒形零件在单次拉深过程中的尺寸变化，具体为拉深完成后的零件直径，与拉深操作开始时的毛坯直径之间的比值，通常用字母m来表示这个比率。
极限拉深系数是指，在确保材料能够顺利拉深成型，同时避免其发生断裂的情况下，所能够采用的最小拉深系数值。
决定拉深系数大小的主要方面：首先，材料的力学性质起作用，其次，材料的相对厚度有关，再次，拉深次数有影响，另外，压边力也起作用，同时，模具工作部分的圆角半径和间隙也有关。
塑料的归类方式：依据合成材料在受热时的特性以及分子构造，可分为两大类：一类是受热后可变形的热塑性材料，另一类是受热后不可再变形的热固性材料。
2.按塑料应用范围分类：通用塑料、工程塑料、特种塑料。
聚合物的热力学性质：聚合物的物理特性、力学指标跟温度关联紧密，温度波动时，材料承受外力的反应随之改变，显现出不同的力学形态，具备分阶段的力学特征。在低温阶段（低于某个界限值），曲线形态平稳，形变量微乎其微。随着温度升高，曲线转为陡峭变化，迅速变得平缓。倘若温度持续攀升，转变会急剧进行，弹性系数迅速降低，高分子材料发生粘性移动，转变为粘性形态，这种情形下转变无法逆转，物体最终变成液体。
注塑流程通常涵盖多个步骤，首先是原料的投入，接着是物质熔化塑形，然后进行注塑操作，随后进入冷却阶段，最后完成脱模。
制作完成的产品需要经过特定步骤的后续加工，包括缓慢加热和调整，目的是增强产品的综合能力，并确保其形状更加稳定可靠。
压力有两种类型，分别是塑化压力和注射压力。塑化压力也叫做背压，是当注射机螺杆顶部熔体在螺栓不后退的情况下产生的压力。注射压力的作用是克服熔体从料筒流向型腔时遇到的流动阻力，同时保证充模速度并对熔体进行压实。
按照工艺的规范，需要尽量让制品各个部分的厚度保持一致，防止出现某些地方过厚或过薄的情况，不然，在成型过程中，由于收缩不一致，可能会导致制品发生扭曲，或者出现缩孔、凹陷以及填充不充分等问题。
40.注射模由动模与定模两大部分组成。
依据模具内部各部件所起作用的不同，注塑模具能够分解为七个体系及构造，分别是，构成产品形状的组件，
注塑模架组件包括浇注系统，包括导向与定位机构，包括脱模机构，包括侧向分型与抽心机构，包括温度调节系统，包括排气系统。
依据模具整体构造差异，可分为以下类型：首先，是仅含单一分型面的注塑模具，其次，是具备两个分型面的注塑模具，再者，是融合侧向分型与抽芯功能的注塑模具，此外，是装配可动成型组件的注塑模具，还有，是采用自动脱螺纹装置的注塑模具，最后，是无流道设计的注塑模具。
分型面是模具中一个可以分开的部分，它用来取出塑件，也用来排出浇注系统中的冷凝料。
选择分型面的依据：主要准则，分型面要设置在塑件横截面形状最宽的地方，这样有利于取出塑件。设计分型面时，要确保产品能够顺利取出，同时使模具构造变得简单；选择分型面时，必须顾及产品的技术条件；分型面最好设置在不会破坏产品外观的部位；分型面的确定需要有利于空气排出；分型面的选取应方便模具零件的制造；分型面的决定还需结合注塑机的性能指标。
注塑系统包含多个部分，具有特定功能，具体如下：它负责将熔融的塑料从机器喷嘴输送至模具型腔，这个过程通过专门的通道完成。它的主要任务有两个，一是确保塑料完全填满型腔，二是将施加的压力均匀分布到型腔的每一个角落，最终目的是制造出内部结构紧密，外形轮廓分明，表面光滑且尺寸准确的塑料制品。
浇注系统包含多个部分，包括主干通道，分支通道，进料口，以及冷却料穴，冷却料穴可以安放在主干通道的尽头，也可以布置在分支通道的转折位置，还可以设置在型腔内物料的终点处。
流道构造方面，主通道通常做成锥状形态，其锥度范围大致在两度到四度之间，内壁的粗糙程度被控制在0.4的数值上
直径约为0.8微米；为了确保主流道与注塑机喷嘴紧密贴合，避免材料泄漏，通常将主流道与喷嘴的连接部位设计成球面凹陷形状，该凹陷的曲率半径，其最小宽度；凹陷的深度一般设定在3到5毫米之间；为了降低熔融物料冲模时产生的压力损耗和塑料原料的消耗，需要尽可能减小主流道的总长，其长度通常被限制在60毫米以下。
凹模的构造规划：凹模亦称作型腔或凹模型腔，其作用是塑造成品的外部形态，依据构造形态的差异，可以划分为四种类型，分别是整体式，整体嵌入式，拼合组合式以及瓣合式。
凸模和型心的构造方式有：单一构成、一体嵌入、拼合组合、可调式等。
导向机构的功能在于，注射模具的导向与定位装置，关键在于确保动模和定模这两大组件，以及模内所有零件，能够实现精准的装配和稳固的分离，目的是防止模内零件之间产生撞击和相互阻碍，同时还要保证成型产品的外观形态和规格参数的准确性。
导向机构的功能包括确保方向正确,实现位置固定,以及能够承担一定的横向压力。导柱导向机构通过导柱和导柱孔之间的间隙配合,来维持模具的闭合准确度。这种机构通常采用导柱和导套的组合方式来实现。
脱模装置的归类：首先是推杆，其作用是顶出塑件，其次是推杆固定板，用于锁紧推杆，再者是推板导套，它为推板的活动提供方向，还有推板导柱，同样为推板的运动指引路径，接着是拉料杆，它负责将浇注系统的残留物从模腔中移出，最后是推板。
7.支承钉;8.复位杆 使推板在顶出塑件后复位。
脱模装置的构思要点：首先，该装置的运作动力通常由注塑机的顶出装置提供，因此一般安装在注塑模具的移动模部分；其次，装置需要确保塑件在顶出时不会发生变形或破损；再者，塑件必须在顶出与开模期间始终位于配备顶出结构的移动模内部；此外，装置的设计应力求简洁可靠，并具备恰当的顶出行程；最后，如果塑件需要保留在移动模中，那么脱模装置就应设置在固定模部分。
常见的脱模装置类型包括，用推杆实现推出，或用推管进行推出，还可以借助推件板推出，采用推块推出，也可以组合多种方式推出，还能利用压缩空气完成推出动作。
复位装置的规划：确保后续循环的加工，顶出组件在执行塑件推出任务后，务必复位至起始状态。常见的复位构造：弹簧复位（在顶板与动模承板之间配置压缩弹簧）以及复位杆复位。顶出方式：板式顶出、杆式顶出、管式顶出，通常必须配备复位装置。
斜导柱抽芯机构可分为四种类型，第一种是斜导柱设置在定模上，滑块位于动模上，第二种是斜导柱和滑块都安装在定模上，第三种是斜导柱布置在动模上，滑块安放在定模上，第四种是斜导柱和滑块都设置在动模上。
斜导柱的倾斜角度，当抽拔力Q保持不变，倾斜角度变小，倾斜柱承受的弯曲力P也会随之降低；然而，若导柱的有效工作长度固定，倾斜角度减小会导致抽心距离S缩短，这对抽心操作是不利的。因此，在设定斜导柱的倾斜角度时，需要同时考虑抽心距离和倾斜柱承受的弯曲力。通常情况下，倾斜角度会选取在15°到20°之间，并且一般不会超过25°。
压紧块的楔角，这个角度，一般比斜导柱的倾斜角度要大两度到三度。这样做是为了确保，在模具开启的瞬间，压紧块能够与滑块分离，否则，斜导柱将没法驱动滑块进行侧向抽芯运动。
59.复位装置构思：模具构造里的一种状况，当侧向型芯和推杆在开模时，它们垂直方向的投影相互交叉，闭合时，侧向型芯有可能与推杆接触，这种情况在模具构造里被称为“干涉”。
防止推杆影响，要尽量不把推杆设置在侧向型心在垂直于开模方向平面上的投影区域里，推杆的推出距离要小于活动型心最低面，如果结构条件不允许，需要确保h-scot大于0.5毫米。当h比scot稍小些时，可以调整角度来防止冲突；若这两种方法都不适用，则应使用推杆先复位装置，先让推杆回归原位，再让滑块回到初始位置。
