什么是模具?

什么是模具?

模具是在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。

模具具有特定的轮廓或内腔形状，具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离，即进行冲裁；内腔形状可以使坯料获得相应的立体形状。（补充一句，国外把模具分两类：MOLD和DIE。MOLD意思是“模子，模腔”，指塑模、铸造模一类的；DIE意思是“金属模子,印模”，指冲模、锻模一类的。分别很简单：一种是把材料加热熔融后灌入模腔，一种是用外力把材料压成所需的形状。）

模具一般分为两个部分：动模和定模，或凸模和凹模，它们可分可合。分开时装入坯料或取出制件，合拢时使制件与坯料分离或成形。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、压制和压塑过程中，分离或成形所需的外力通过模具施加在坯料上；在挤压、压铸和注塑过程中，外力则由气压、柱塞、冲头等施加在坯料上，模具承受的是坯料的胀力。

模具除其本身外，还需要模座、模架、导向装置和制件项出装置等，这些部件一般都是制成通用型，以适用于一定范围的不同模具。

模具的应用极为广泛，大量生产的机电产品，如汽车、自行车、缝纫机、照相机、电机、电器、仪表等，以及日用器具的制造都应用大量模具。

模具基本上是单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。模具的及时供应及其质量，直接影响产品的质量、成本和新产品研制。因此，模具生产的水平是机械制造水平的重要标志之一。

加工金属的模具按所采用的加工工艺分类，常用的有：冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、翻孔模、缩孔模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸模。用于加工非金属和粉末冶金的模具，则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和粉末冶金模等。

冲压模是用于板料冲压成形和分离的模具。成形用的模具有型腔，分离用的模具有刃口。最常用的冲压模只有一个工位，完成一道生产工序。这种模具应用普遍，结构简单，制造容易，但生产效率低。为提高生产率，可将多道冲压工序，如落料、拉深、冲孔、切边等安排在一个模具上，使坯料在一个工位上完成多道冲压工序，这种模具称为复合模。

另有将落料、弯曲、拉深、冲孔和切边等多工序安排在一个模具的不同工位上，在冲压过程中坯料依次通过多工位被连续冲压成形，至最后工位成为制件，这种模具称为级进模，又称连续模。

冲压模的特点是：精度高，尺寸准确，有些冲裁模的凸模与凹模的间隙近于0；冲压速度快，每分钟可冲压数十次至上千次；模具寿命长，有些硅钢片冲裁模寿命在几百万次以上。

煅模是用于热态金属模锻成形的模具。模锻时，坯料往往经过多次变形才能制成锻件，这就需要在一个模块上刻有几个型腔。金属依次送至各个型腔，并在型腔内塑性流动，最后充满型腔，制成锻件。在模锻成形中，坯料很难与终锻时的型腔体积相等，为了避免废品，常选用稍大一些的坯料。为此，在终锻模的上、下模分界面的型腔四周设有飞边槽，以存贮多余的金属，成形后将飞边切去。

锻模的技术特点是：有多个形式复杂的型腔；工作条件恶劣，1000℃以上炽红的钢在模具型腔内变形和流动冲刷；模具要承受锻锤的高速冲击或重负载的压下；在使用过程中常处于急冷、急热和冷热交变状态。因此，模具材料应具有很高的强度、韧性和耐磨性。热锻时还须有较高的温度强度和硬度，并经过强韧化热处理。

挤压模是用于将金属挤压成形的模具。正挤压模有一个静止的凹模和放置坯料的挤压筒，以及对坯料施加压力的冲头。反挤压模的挤压筒为凹模，冲头为凸模。由于金属需要在很大的压强下才能从凹模挤出成形，因此，挤压筒和反挤压的凹模需要有很高的强度，故常采用多层预应力组合结构。冲头和凸模的工作长度宜短，避免在高的压应力下发生不稳和弯曲。

压铸模是安装在压铸机上的，能够将液态金属在高压下注入型腔，并保压至金属凝固、成形的模具。它主要用于铝、锌、铜件，也可用于钢件。压铸模的结构与塑料注射模类似，它由动模与定模构成型腔，用型芯做铸件的孔腔。金属在型腔内冷却、凝固后抽出型芯，分开模具。

压铸件一般壁薄中空，有众多台、筋，形状结构复杂，尺寸要求较精确，表面较光洁。由于金属在熔融的高温下成形，因此压铸模需要采用耐高温的材料制造。

塑料模是用于塑料成形的模具。随着塑料工业的发展，塑料模需求量日益增多，其产量已占各类模具产量的首位。常用的塑料模有注射模、压塑模和挤塑模等。

塑料模工作时，所承受的压力、温度都不高，但制件数量很大，表面要求特别光洁。为此，模具材料可选用预淬硬钢，即先对模具进行热处理，达到一定硬度后再进行切削加工，以防止热处理后变形，最后再进行抛磨加工，以提高表面质量。

橡胶模是主要用于轮胎、汽车蓄电池壳、鞋底等橡胶产品成形的模具。一般是将橡胶材料夹入模具内，经蒸汽加热成形，也有与塑料注射模相似的橡胶注射模。

粉末冶金模是将固体金属粉末压制成形的模具。工作时，将金属粉末定量地倒入下模，然后上模压下、闭合、成形，再用顶料装置顶出预制坯，并送入烧结炉内烧结，遂制成粉末冶金零件。

一般粉末冶金件的空隙很大，占总体积的15％左右，成形压力不大，模具结构较简单，精度、表面粗糙度要求一般，所以对模具无特殊要求。为了减少空隙、提高密度和强度，对烧结后的坯件，再进行一次热锻，通称粉末锻造，所用的模具与模锻模相似。

由于模具是进行成型加工的工具，所以要求尺寸精确、表面光洁、结构合理、生产效率高、易于自动化；并且还要制造容易、寿命高、成本低；另外还要考虑到设计符合工艺需要，经济合理等。

模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素，模具上的易损件应容易更换。对于塑料模和压铸模，还要考虑合理的浇注系统、熔融塑料或金属流动状态，以及进入型腔的位置与方向。为了提高生产率、减少流道浇注损失，可采用多型腔模具，即在一模具内能同时完成多个相同或不同的制品。

模具的生产一般为单件、小批生产，在制造要求严格、精确。因此多采用精密的加工设备和测量装置。按结构特点，模具一般分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。

平面冲裁模可用电火花加工初成形，再用成形磨削、坐标磨削等方法进一步提高精度。坐标磨床一般用于模具的精密定位，以保证精密孔径和孔距。也可用计算机数控连续轨迹坐标磨床，磨削任何曲线形状的凸模和凹模。

型腔模主要用于立体形状工件的成形，因此在长、宽、高三个方向都有尺寸要求，形状复杂，制造难度较大。象冷挤压模、压铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型腔模，型腔模多用仿形铣床加工、电火花加工和电解加工。将仿形铣加工与数控联合应用，和在电火花加工中增加三向平动头装置，都可提高型腔的加工质量。

计算机数控多轴铣床、坐标磨削和加工中心机床，是型腔模加工的重要设备。型腔的表面研磨和抛光一般采用电动或风动工具，配以各种研磨、抛光轮和研磨膏粉，或采用超声波研磨、挤压珩磨、化学抛光等方法。三坐标测量机和光学投影比较仪是模具制造中常用的精密测量设备。

模具是精密工具，价格昂贵，必须尽量提高使用寿命。模具的正常失效形式主要有磨损、塌陷断裂、粘合等，不同用途的模具失效形式也各不相同。提高模具寿命的途径主要是根据应用条件，合理选用模具钢和确定热处理规范。

选用在使用温度下强度高的材料可防止塌陷；提高模具硬度可以减少磨损率；较高的韧性和抗疲劳性能，以及消除电加工的硬化层及加工残余应力，可以阻碍裂纹的产生和发展，防止裂断。

表面处理、润滑和选用抗粘合性能好的模具材料，是延长模具寿命的重要措施。模具工作表面和基体的要求差异很大，很难用一种材料完全合理地满足，但可以在工作部位用镶块、堆焊、喷镀和局部强化的办法提高其综合性能。此外，合理的操作使用，是消除非正常失效、减缓正常失效的另一途径。

工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。