模具机械运动浅析

摘 要：模具由机械零件和机构的组成。设备的动力和传动机构使模具产生多种形式的运动。模具在生产制件时，各种工艺都需要通过机械运动来完成制件的加工。模具的机械运动与模具生产制件的工艺过程是密切相关的，提高模具生产的工件的质量，必须对模具的机械运动合理控制。

关键词：模具的机械运动；冲裁运动；弯曲运动；开合模运动；侧向抽芯运动

1 模具运动的概念

模具在生产制件的过程中，存在两种运动形式：第一是外力作用在模具上的零件或结构产生的运动，称为驱动；第二是模具作用在制件胚料上的运动，称为模具的运动。

1.1 模具的运动

模具运动的形式有：平移运动、直线运动、旋转运动、冲击运动及制件相对模具进行的运动。通过这五种定向的运动及作用于模具的驱动力，使制件在模具中完成成型过程。

模具中各运动构件较多，各种运动关系也较为复杂，把这些运动关系分为主运动、付运动。能较好的处理好各种运动关系，所谓主运动就是指在模具生产过程中，对模胚加工起主要作用的力的运动关系，像冲压过程中的上下运动等。付运动是模具生产过程中处于次要地主的一些运动关系。例如：斜楔结构的运动关系，转销结构运动关系等。

模具机械运动在生产制件的过程中始终存在，这些运动影响模具生产的经济效益。模具设计必须保证所有运动能准确、稳定的实现。设计的模具要求能完成模具生产工艺所需的运动，因为它直接影响生产产品的质量，所以认识、了解模具机械运动的非常重要，也是在模具设计中提高生产效率、创新模具的机械运动也是一条有效的途径。

1.2 模具的驱动

模具机械运动的驱动和驱动力是由成型加工设备的动力经传动机构提供的。驱动模具运动和传递力作用模具的方式，有三种：机—电驱动、电—液驱动、气压成型。

机—电驱动是电动机提供动力和旋转运动以驱动传动机构，通过滑块和模具运动部件相连接以驱动模具的定向运动，并传递驱动力作用于模具，使模具对制件进行成型加工。例如：

冲压机、压力机、辊锻机械等。都是电动机提供动力驱动。

电—液驱动是电动机驱动液压泵或水泵产生液压和水压并经液压转送，产生额定压力以驱动模具产生机械运动部，使动模对定模作定向平移运动，材料被压缩成形加工为制件。

气压成型气压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运动，气泵产生负压将塑料吸于模具腔内型面，形成制件；吹塑是气泵产生气压，吹入热熔态塑件或热熔态玻璃制件毛胚空腔，使其扩展、变形并附在模具型腔表面上，形成制件。[1]

1.3 模具运动的方向

导向零件控制模具的运动方向。如：在模具设计中，通常设计导向零件以保证模具机械运动的准确性。常用的导向零件有上下模及推出机构用的导柱导套，塑料注射模侧向抽芯常用的导轨及导滑槽等。

模具机械运动导向的准确性、平稳性是影响模具生产的一个重要指标。设计时必须对导向零件的尺寸精度及形位公差进行控制。一般尺寸精度要控制在5-6级，形位公差主要有垂直度、及平行度等项目的控制，表面粗糙度一般控制在0.8左右。

2 冷冲模的机械运动

冷冲模生产制件是通过压力机等冲压设备实现的。板料或坯料通过压力机的压力作用下，产生塑性变形或分离，成型为具有一定形状、尺寸和性能的制件。它的主运动是压力机产生的上、下运动，次要运动是模具与板料之间的相对运动以及模具中各零件之间的相对运动。其运动关系主要为直线运动及旋转运动。冲裁模、弯曲模、拉伸模、级进模的运动又各有其特点。

2.1 冲裁模的机械运动

冲裁模生产时工艺过程，上模座在滑块的带动下向下行，卸料板压紧板料，紧接凸模压入板料与凹模刃口形成剪切作用，在剪切力作用下，板料成型。

卸料板压紧板料，凸模压板料入凹模。压力机提供卸料板卸料的运动，压力机设备上的滑块通过模具上的模柄带动模具上、下运动，把动力带入模具内。这些运动的先后顺序必须准确的控制好，其中涉及到运动行程、运动时间、运动的速度都是在模具设计中必须有精确计算进行控制。以保证运动的准确性、平稳性及经济性。

设计落料冲孔模具时，一般采用推出机构及顶出机构出料。推出机构由卸料板及弹簧、弹性橡胶组成。卸料板将成型的制件从凸模上卸下来，是跟随上模座向上运动时完成。弹簧、弹性橡胶是上模座向下运动时，卸料板压紧板料，由于弹性力的作用，弹簧、弹性橡胶被压缩，腾出一定的空间，使凸模有向下运动压入板料与凹模刃口形成剪切作用的空間，这距离满足板料厚度及深入凹模距离即可。

2.2 弯曲模具的机械运动

弯曲过程产生的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下行与板料接触，进入凹模，凸、凹模及板料之间产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，直到完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须控制卸料板的运动，使它先于凸模与板料接触，并且一定要有足够的压料力，否则弯曲件尺寸精度差，缺陷多；其次，应确保有足够顶杆力，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件容易变形，并且生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，在弯曲运动中，要有一个运动死点，所有相关结构件能够产生碰死。

工件弯曲形状较复杂，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，需要用到斜楔结构或转销结构，例如：采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件的一次成型。

对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间容易产生相对滑动，在弯曲时，很容易因相对滑动擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不好。通常是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头角部处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动改为滚动，由于滚动比滑动的磨擦力小得多，所以不容易擦伤工件。[2]

3 塑料模的机械运动

塑料模的机械运动主要有四大类：开模、合模运动；导向机构运动；轴芯机构运动；脱模机构运动。只有保证了这些机构的有效运动，才能生产出高质量的产品。因此，有必要加深对塑料模机械运动的认识。

3.1 开模、合模运动

模腔压力：模腔内熔料的压力。

（1）定义：在注射时，模具不能被模腔压力所形成的涨模力顶开，必须对模具施以足够的夹紧力，这种夹紧力就是合模力

P≥MZ×pz

P：鎖模力，Kg；

MZ：制品在模具分型面上的投影面积cm2；

Pz：模腔内的压力，Kg/cm2。

（2）液压合模的特点：

①.合模力仅同工作油的压力有关。

②.移模速度仅取决于油泵的流量。

③.对不同厚度的模具适应性好。

3.2 导向机构的运动

塑料模的导向机构通常是指开、合模导向机构。对导向机构设计、制造的要求是：导向准确、运动灵活、平稳，具有足够的强度、刚度及耐磨性。

开、合模导向机构的主要作用是：使动模和定模及模具内其它零件之间准确配合，以确保塑料制件的尺寸精度，避免模具内各零件发生碰撞和干涉。

开、合模导向机构的导向形式主要是导柱、导套式。它的导向副由导柱与导套组成，动模与定模通过导柱、导套实现相对直线运动。由于要求运动灵活、平隐，所以对于导柱侧面、导套内侧面的设计、制造要求均非常高，一般均有形位公差要求，表面粗糙度Ra均要达到0.4-0.8。

3.3 抽芯机构的运动

塑料模成型带有侧凹或侧孔的制件时，模具必须设计有侧向分型及侧向抽芯机构。根据动力源不同侧向分型与抽芯机构一般分为机动抽芯、液动（或气动）抽芯及手动抽芯三大类型。

机动抽芯机构的应用最为广泛，它的形式也比较多，主要有斜导柱抽芯机构、斜滑块抽芯机构及齿轮条抽芯机构。

斜导柱抽芯机构的基本原理：斜导柱固定在定模（或动模）上，开模时，滑块在斜导柱的作用下，沿导滑槽侧向移动而完成抽芯动作。滑块在斜导柱上的运动是直线运动，一般是借助注塑机上的开模力与开模行程带动滑块上的型芯完成抽芯过程。这个过程移动的距离要适当，一般为成形侧孔（或侧凹）的深度，再可了考虑2～3mm的安全距离。抽芯的力也有一定的要求，太小或太大都会影响到制件侧孔（或侧凹）的成型。

斜滑块抽芯机构：斜滑块抽芯机构一般是安装在动模与定模之间。开模时，推杆推动斜滑块进行抽芯和推出塑件。运动过程中，推杆作直线运动，滑块在导滑零件的导向下，作复合直线运动。导滑形式有四种：锥面导滑、斜滑杆导滑、矩形斜导杆导滑、斜杆导滑。

齿轮抽芯机构的运动：齿轮抽芯机构最常见的是手动齿轮条抽芯机构。开模后，手柄带动齿轮一转动，就带动齿条工作抽芯动作，销钉了限位，手柄反转，齿条即复位。运动过程中，齿轮在外力作用下作旋转运动，齿条作直线运动。齿条的直线运动完成在制件上的抽芯过程。

齿轮抽芯机构其它类型包括有弹簧抽芯机构、滚轮抽芯机构、齿条齿轮抽芯机构与三角摆块组合抽芯机构等。

3.4 脱模机构的运动

在注射成型的第一个循环过程中，使塑件从模腔中脱出的机构称为脱模机构。一般情况下，塑料模在开模时，制件留在动模边（即型芯上），利用注射机的开模动作，通过脱模机构使制件脱模。

冷冲模、塑料模是模具中应用最广的两种最主要的类型。它的运动形式各有特点，有直线运动、螺旋运动等单向、多向形式。与运动相关的作用力大小要求也不相同。从力的大小、方向、作用位置进行控制，能更好的把握它的运动关系。这是保证模具正常生产及做好模具设计的关键。

参考文献

[1]李志刚.中国模具设计大典.江西科学技术出版社，2003.1.ISBN7539019484

[2]曾斌.模具设计与制造基础.北京：电子工业出版社，2015.4，ISBN9787121257315.

[3]曾斌，张文琼.模具设计与制造.北京：电子工业出版社，2015.2，ISBN9787121250989.

作者简介

曾斌（1963-），男，湖南湘乡，工学学士，副教授，机械工程。