[科普中國]-型腔模具

型腔模具又叫凹模，是成型塑件外表面的工作零件，按其結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩類。是生產(chǎn)制造業(yè)的模具術(shù)語，構(gòu)成產(chǎn)品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產(chǎn)品外表面的零件稱為型腔模具1。

概述型腔模具準(zhǔn)確來說是模具型腔。模具型腔即：構(gòu)成產(chǎn)品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產(chǎn)品外表面的零件（模具）稱為型腔。

模具是用來成型物品的工具，這種工具有各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過所成型材料物理狀態(tài)的改變來實現(xiàn)物品外形的加工。 按所成型的材料的不同，模具可分為金屬模具和非金屬模具。金屬模具又分為：鑄造模具（有色金屬壓鑄，鋼鐵鑄造）、和鍛造模具等；非金屬模具也分為：塑料模具和無機非金屬模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分為：砂型模具，金屬模具，真空模具，石蠟?zāi)＞叩鹊取Ｆ渲?，隨著高分子塑料的快速發(fā)展，塑料模具與人們的生活密切相關(guān)。塑料模具一般可分為：注射成型模具，擠塑成型模具，氣輔成型模具等1。

類型及特點型腔模具，又叫凹模，是成型塑件外表面的工作零件，按其結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩類。

（1）整體式

這類型腔由一整塊金屬材料加工而成。特點是結(jié)構(gòu)簡單、強度大、剛性好，不易變形，塑件無拼縫痕跡，適用于形狀簡單的中小型塑件。

（2）組合式

當(dāng)塑件外形較復(fù)雜時，常采用組合式型腔以改善加工工藝性，減少熱處理變形，節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。組合式型腔的結(jié)構(gòu)形式較多，如圖b、c為底部與側(cè)壁分別加工后用螺釘聯(lián)接或鑲嵌；圖c拼縫與塑件脫模方向一致，有利于脫模。圖d為局部鑲嵌，除便于加工外還方便磨損后更換。

對于大型復(fù)雜模具，可采用圖e所示的側(cè)壁鑲拼嵌入式結(jié)構(gòu)，將四側(cè)壁與底部分別加工、熱處理、研磨、拋光后壓入模套，四壁以鎖扣形式聯(lián)接，為使內(nèi)側(cè)接縫緊密，其聯(lián)接處外側(cè)應(yīng)留0.3～0.4mm間隙，在四角嵌入件的圓角半徑R應(yīng)大于模套圓角半徑r。圖f、g為整體嵌入式，常用于多腔?；蛲庑屋^復(fù)雜的塑件，如塑料齒輪等，整體鑲塊常用冷擠、電鑄或機械加工等方法加工，然后嵌入，它不僅便于加工，且可節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。

模具選材模具選材是整個模具制作過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。模具選材需要滿足三個原則，模具滿足耐磨性、強韌性等工作需求，模具滿足工藝要求，同時模具應(yīng)滿足經(jīng)濟適用性。

條件要求1．耐磨性

坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導(dǎo)致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。

2．強韌性

模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。

模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態(tài)。

3．疲勞斷裂性能

模具工作過程中，在循環(huán)應(yīng)力的長期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。

模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。

4．高溫性能

當(dāng)模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強度。

5．耐冷熱疲勞性能

有些模具在工作過程中處于反復(fù)加熱和冷卻的狀態(tài)，使型腔表面受拉、壓力變應(yīng)力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導(dǎo)致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應(yīng)具有較高的耐冷熱疲勞性能。

6．耐蝕性

有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效2。

工藝性能模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，其材料應(yīng)具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；還應(yīng)具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向。

1．可鍛性

具有較低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物傾向低。

2．退火工藝性

球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。

3．切削加工性

切削用量大，刀具損耗低，加工表面粗糙度低。

4．氧化、脫碳敏感性

高溫加熱時抗氧化懷能好，脫碳速度慢，對加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點傾向小。

5．淬硬性

淬火后具有均勻而高的表面硬度。

6．淬透性

淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質(zhì)就能淬硬。

7．淬火變形開裂傾向

常規(guī)淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規(guī)淬火開裂敏感性低，對淬火溫度及工件形狀不敏感。

8．可磨削性

砂輪相對損耗小，無燒傷極限磨削用量大，對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷及磨削裂紋2。

制造工藝模具設(shè)計制作的要求是：尺寸精確、表面光潔；結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高、易于自動化；制造容易、壽命高、成本低；設(shè)計符合工藝需要，經(jīng)濟合理。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)選擇須考慮剛性、導(dǎo)向性、卸料機構(gòu)、定位方法、間隙大小等因素。模具上的易損件應(yīng)容易更換。對于塑料模和壓鑄模，還需要考慮合理的澆注系統(tǒng)、熔融塑料或金屬流動狀態(tài)、進入型腔的位置與方向。為了提高生產(chǎn)率、減少流道澆注損失，可采用多型腔模具，在一模具內(nèi)能同時完成多個相同或不同的制品。在大批量生產(chǎn)中應(yīng)采用高效率、高精度、高壽命的模具。

沖壓模應(yīng)采用多工位級進模，可采用硬質(zhì)合金鑲塊級進模，以提高壽命。在小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制中，應(yīng)采用結(jié)構(gòu)簡單、制造快、成本低的簡易模具，如組合沖模、薄板沖模、聚氨酯橡膠模、低熔點合金模、鋅合金模、超塑性合金模等。模具已開始采用計算機輔助設(shè)計（CAD），即通過以計算機為中心的一整套系統(tǒng)對模具進行最優(yōu)化設(shè)計。這是模具設(shè)計的發(fā)展方向2。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

楊明 - 副教授 - 西南大學(xué)