1、模具工程技术基础第2版 主编 徐政坤第一章制件成形工艺及设备绪论一、模具工程的基本概念1.模具的概念及分类(1)模具模具是成形产品零件的专用工具,是工业生产中的主要工艺装备。模具与冲压、锻造、铸造等金属材料零件的成形设备配套使用,或与塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料零件的成形设备配套使用,可成形加工各种各样的金属和非金属零件,已成为现代化工业生产的重要加工手段。(2)模具分类总体上说,模具可分为两大类:金属材料制件成形模具,如冲模、锻模、压铸模等;非金属材料制件成形模具,如塑料注射模、压缩模和压注模,橡胶制件、玻璃制件和陶瓷制件成形模具等模具的具体分类方法很多,常用的有:按模具结构形式分,冲模可分
2、为单工序模、复合模、级进模等;塑料模具可分为单分型面注射模、双分型面注射模等。按模具使用对象可分为电工模、汽车模、机壳模、玩具模等。按工艺性质分,冲模可分为冲孔模、落料模、拉深模、弯曲模;塑料模可分为压缩模、压注模、注射模、挤出模、吹塑模等。2.模具工程模具工程是将与模具有关的成形设备、制件及原材料、成形工艺、模具设计与制造、模具材料与成本、模具精度与寿命、模具安装与调试、模具使用和维护以及模具标准化等各方面问题系统地进行研究,分析它们之间的关系,揭示其客观规律。因此,模具工程就是研究模具及相关问题的系统工程。的生产系统要求制订合理而完善的制件生产工艺;而现代大规模的制件生产必然需要模具成形加
3、工。因此,正确的制件成形工艺、高效率的成形加工设备、先进的模具是影响制件生产的三大重要因素。表0-1模具的分类图0-1模具工程系统组成二、模具工业的发展趋势当今模具工业的发展趋势主要表现在如下几个方面。(1)发展及加强成形理论基础和工艺原理的研究通过理论研究,对制件成形工艺方法、成形模具及成形设备进行改进和提高。(2)发展高效率、自动化的成形设备高速自动化的成形设备配合先进的模具是提高制件质量和生产率的有效方法。(3)发展大型、微型和高精度的模具随着制件品种的多样化趋势,制件正向大型、微型和高精度的方向发展,模具也相应地向大型、微型、高精度的方向发展。(4)发展高寿命和简易经济模具为了适应大批
4、量生产,正在从模具结构设计、模具材料及热处理、模具表面强化、模具制造等方面力求提高模具寿命。同时,为了适应小批量生产,正在注意简易经济模具的应用。(5)发展高效、精密、数控自动化模具加工设备及先进工艺现在高效(6)完善模具的标准化及专业化生产(7)发展模具的计算机辅助设计和计算机辅助制造技术第一章制件成形工艺及设备第一节冲压工艺及设备一、冲压及其工序分类1.冲压概念及特点冲压是指在常温下利用安装在压力机上的模具对材料(主要是板料,也可以用块料和条料)施加作用力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种压力加工方法。经冲压加工制得的零件称为冲压制件。冲压与其他加工方法相比较,具有以下一些特
5、点。1)在压力机简单冲击下,能够获得其他的加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的制件。2)加工的制件尺寸稳定,互换性好。3)材料的利用率高、废料少,且加工后的制件强度高、刚度好、重量轻。4)操作简单,生产过程易于实现机械化和自动化,生产率高。5)在大批量生产的条件下,冲压制件成本较低。2.冲压基本工序的分类根据板料在冲压过程中受力以后的变形情况,冲压工序可分为两大类。(1)分离工序主要包括剪裁、冲裁等。其特点是板料受外力后,应力超过抗拉强度Rm,使得板料发生剪裂而分离。(2)成形工序主要包括弯曲、拉深及成形等。其特点是板料受外力后,应力超过下屈服强度ReL,但低于抗拉强度Rm,经塑性变形后成一
6、定形状。部分冲压基本工序的名称和定义见表1-1。部分冲压基本工序的名称和定义见表1-1。二、冲压材料及冲压设备1.冲压材料(1)对冲压所用材料的要求冲压所用材料,不仅要满足制件设计的技术要求,还要满足冲压工艺的要求。冲压的工艺要求主要有:1)应具有良好的塑性。2)应具有光洁平整无缺陷损伤的表面状态。3)材料厚度的公差应符合国家标准的规定。表1-1部分冲压的基本工序表1-1部分冲压的基本工序(2)冲压材料的种类冲压生产最常用的材料是金属板料,有时也用非金属板料。金属板料分钢铁板料和非铁金属板料两种。1)钢铁板料。a.普通碳素结构钢钢板。常用的牌号是Q195、Q215、Q235,这些牌号主要用于平
7、板类制件或变形量小的简单制件。b.优质碳素结构钢钢板。c.电工硅钢。2)非铁金属板料。a.黄铜板(带)。铜锌合金称为黄铜,常用的牌号有H62、H68。其特点是有很好的塑性和较高强度及抗腐蚀性,其中H62适用于冲裁件、弯曲件和浅拉深件,H68适用于深拉深件。b.b.铝板(带)。铝的密度小,导电、导热性好,塑性也好。常用的有1060、1050A、1200。广泛用于航空、仪表和无线电工业,主要用来制作耐腐蚀制件和作为导电材料。2)带料(又称卷料)。宽度在300mm以下,长度可达几十米成卷供应,主要用于薄料,适用于大批量生产的自动送料。3)条料。根据冲裁件的需要,由板料剪裁而成,多用于中小型制件的冲压
8、4)块料。预先加工成一定形状的毛坯再进行冲压加工,仅适用于单件小批量生产和价值昂贵的非铁金属的冲压。1)板料。由轧钢厂以整块板料供应给用户。除了按需要选择不同的厚度外,板料的大小有不同的规格,如800mm1600mm、900mm1800mm、1000mm2000mm、1000mm1800mm等,冲压时按需要剪成一定的宽度使用,多用于大型制件的冲压。(3)冲压用材料的形状和规格2.冲压设备(1)曲柄压力机1)曲柄压力机的基本结构。图1-1和图1-2所示为JB2363型曲柄压力机的外形图和工作原理图。由图可知,曲柄压力机由以下部分组成。a.工作机构。即曲柄滑块机构,它由曲轴7、连杆9、滑块10等工
9、作零件组成,其作用是实现将曲轴的旋转运动转变为滑块的直线往复运动,由滑块带动模具工作。块带动模具工作。图1-1JB2363型曲柄压力机外形图图1-2JB2363型曲柄压力机工作原理图1电动机2小带轮3大带轮4小齿轮5大齿轮6离合器7曲轴8制动器9连杆10滑块11上模12下模13垫板14工作台15机身b.传动系统。包括带传动(由传动带及带轮2与3组成)、齿轮传动(由齿轮4与5组成)等,起能量传递和速度转换作用。c.操纵系统。包括离合器6、制动器8等部件,用以控制工作机构的运转和停止。d.能源部分。包括电动机1、飞轮(由大齿轮5兼用),用以提供动力并储存e.支承部分。主要指机身15,它把压力机所有
10、部件连接成一个整体。2)曲柄压力机的型号及分类。曲柄压力机的型号是按照锻压机械的类别、列别和组别编制的。例如JA23-63A,各符号意义如下:曲柄压力机的列组型号见表1-2。表1-2曲柄压力机的列组型号表1-2曲柄压力机的列组型号 从11至39型号中,凡未列出的序号均留作待发展的型号用。曲柄压力机的分类方法较多,常用的方法有:a.按机身结构形式分。分为开式压力机和闭式压力机,如图1-3所示。开式压力机的机身呈“C”形,如图1-3a、b、c所示,其机身前面和左右均敞开,操作空间大。但机身刚度差,受载后易变形,影响制件精度和模具寿命,因此,只适用于中、小型压力机。开式压力机机身背后有开口的为双柱机
11、身,如图1-3a 所示;背后无开口的为单柱机身,如图 1-3b所示。开式压力机按照工作台的结构特点又可分为可倾台式压力机(图1-3a)、固定台式压力机(图1-3b)、升降台式压力机(图1-3c)。图1-3压力机类型a)开式双柱可倾压力机b)单柱固定台式压力机图1-3压力机类型(续)c)升降台压力机d)闭式压力机闭式压力机的机身为框架结构,如图 1-3d所示。其机身前后敞开,两侧封闭,机身刚度大,适合于大、中型压力机。b.按压力机连杆数量分。图1-4所示为双点压力机的外形及工作原理图。c.按压力机滑块数量和作用分。3)曲柄压力机的技术参数a.公称压力。压力机滑块的压力在全行程中不是一个常数,而是
12、随曲轴转角的变化而不断地变化。图1-5所示为压力机的许用压力曲线。b.b.滑块行程。c.c.滑块行程次数。d.封闭高度及封闭高度调节量。e.其他参数。图1-4双点压力机外形及工作原理图a)外形b)工作原理图图1-5压力机滑块许用压力曲线4)压力机的选用。压力机的选用,主要包括选择压力机类型和确定压力机规格两项内容。a.选择压力机的类型。b.选用压力机规格。(2)其他压力机简介1)精冲压力机。a.精冲压力机的性能特点。b.精冲压力机的类型。2)高速压力机。高速压力机是应大批量的冲压生产需要而产生的。a.高速压力机的性能特点。b.高速压力机的类型。三、主要冲压工艺1.冲裁工艺(1)冲裁过程图1-6
13、所示为冲裁示意图。凸模1与凹模3具有锋利的刃口,且相互之间 使板料产生分离的工艺,称为冲裁工艺。冲裁是冲压工艺中最常见、应用最广的工艺。冲裁工艺种类很多,常用的有剪裁、冲孔、落料、切口、切边等。但一般来说,冲裁工艺主要是指落料和冲孔工序。(1)冲裁过程图1-6所示为冲裁示意图。凸模1与凹模3具有锋利的刃口,且相互之间图1-6冲裁示意图1凸模2条料3凹模4制件板料的分离过程是在瞬间完成的。其变形过程可分为下面三个阶段(图1-7)。1)弹性变形阶段(图1-7a)。2)塑性变形阶段(图1-7b)。3)剪裂阶段(图1-7c)。图1-7冲裁过程(2)冲裁件质量分析1)剪切面的特征。板料冲裁以后,被凸模和
14、凹模剪切的侧面称为冲裁件的剪切面。当凸、凹模间隙合理时,剪切面可分为四个部分(图1-8)。a.塌角A。又称圆角带,是由于板料产生弯曲、拉伸变形形成的。b.光亮带B。又称塑剪带或剪切带,是由于板料挤入凹模或凸模切入板料产生塑性变形而形成的。c.剪裂带C。又称断裂带,是由于冲裁时产生的裂纹扩张而形成的。d.毛刺D。冲裁过程的最后是将板料撕裂开,因此在剪裂带的边缘不可避免地会产生毛刺。2)尺寸精度。冲裁件的剪切面一般以光亮带的尺寸(即冲孔件以孔的最小尺寸,落料件以外形的最大尺寸)作为冲裁件尺寸,如图1-8中的尺寸L、l0。一般普通冲裁公差等级为IT10IT12级,精密冲裁可达IT8IT9级。但用同一
15、副模具冲出来的制件彼此之间相差小,尺寸的一致性好。3)剪切面的表面粗糙度。一般冲裁以后的剪切面分为几个部分,剪切面(3)冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。主要包括以下几个方面:1)冲裁件的形状应简单、对称,适合于排样。冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法称为排样。反映排样的图形称为排样图。图1-9所示为一条形垫片落料时的排样图。在排样图上,制件与制件之间以及制件与条料边缘之间留下的工艺废料称为搭边(图1-9中的a和a1)。2)冲裁件的内外转角处避免尖角,应以圆角过渡。圆角半径R应大于0.25t(t表示板料厚度。本书如不特殊指明,t均表示料厚),以防止模具制造时产生应力集
16、中和使用过程中过早磨损。图1-8冲裁件的剪切面特征a)冲孔件b)落料件A塌角B光亮带C剪裂带D毛刺图1-9垫片制件的排样图a)制件图b)排样图图1-10最小孔距和孔边距4)冲孔时,为保证凸模有足够的强度和刚性,其孔距、孔径、孔边距等尺寸不能过小。一般冲圆形孔时,凸模最小直径为0.61.5t,最小孔距和孔边距可参考图1-10。2.弯曲工艺(1)弯曲过程图1-11所示为弯曲V形件的变形过程。在弯曲的开始阶段,坯料呈自由弯曲;随着凸模的下压,坯料与凹模工作表面逐渐靠紧,弯曲半3)避免冲裁件上有过长的悬壁和窄槽。悬臂和槽的宽度一般应大于1.5t,(2)弯曲变形特点 1)弯曲变形只发生在弯曲件的圆角附近
17、,直线部分不产生塑性变形。2)在弯曲区域内,纤维沿厚度方向变形是不同的,即弯曲后,内侧的纤维受压缩而缩短,外侧的纤维受拉伸而伸长,在内、外侧之间存在着纤维既不伸长也不缩短的中间层。3)从弯曲件变形区域的横断面来看,窄板(B2t)断面仍为矩形,如图1-12所示。图1-11弯曲过程图1-12弯曲区域的断面变化a)窄板(B2t)图1-13弯曲件的回弹现象(3)弯曲件质量分析1)弯裂与最小弯曲半径rmin。弯曲时板料外侧切向受拉伸,当外侧切向伸长变形超过材料的强度极限时,在板料的外侧将产生裂纹,此现象称为弯裂。在板料厚度一定时,弯曲半径r越小,变形程度越大,越容易产生裂纹。在不产生裂纹的条件下,允许弯
18、曲的最小半径称为最小弯曲半径,以rmin表示。当弯曲半径不小于最小弯曲半径时,弯曲时一般不会产生裂纹。2)回弹。回弹是指弯曲时弯曲件在模具中所形成的弯曲角与弯曲半径在出模后会因弹性恢复而改变的现象。回弹也称弹复或回跳,是弯曲过程中常见而又难控制的现象。回弹的程度以回弹角表示。就是弯曲后制件的实际弯曲角0与模具弯曲角的差值=0-(图1-13)。回弹角越大,弯曲件角度变化越大,弯曲件的尺寸精度越低。为了保证弯曲件的质量,可采用校正弯曲、加热弯曲和拉弯等工艺方法来减小回弹。3)偏移。当弯曲件在弯曲过程中沿板料长度方向产生移动,出现使弯曲件两直边的高度不符合图样要求的现象,称之为偏移,如图1-14所示
19、。解决坯料在弯曲过程中的偏移,常采用压料装置(也起顶件作用),也可以用模具上的定位销插入坯料的孔(或工艺孔)内定位等方法。图1-14制件弯曲时偏移现象a)制件要求形状b)坯料产生偏移后的制件形状1)弯曲件的圆角半径不宜小于最小弯曲半径,也不宜过大。因为过大时,受到回弹的影响,弯曲角度与圆角半径的精度都不易保证。2)弯曲件的直边高度h应大于两倍料厚。3)对阶梯形坯料进行局部弯曲时,在弯曲根部容易撕裂。这时,应减小不弯曲部分的长度b,使其退出弯曲线之外(图1-15a)。假如弯曲件的长度不能减小,则应在弯曲部分与不弯曲部分之间加工出槽(图1-15b)。4)弯曲有孔的坯料时,如果孔位于弯曲区附近,则弯
20、曲时孔会产生变形。应使孔边到弯曲区的距离大于12t(图1-15c),或弯曲前在弯曲区内加工一工艺孔(图1-15d),或先弯曲后冲孔。(4)弯曲件的结构工艺性5)弯曲件形状应对称,弯曲半径应左右一致,以保证弯曲时板料受力平衡,防止产生偏移(图1-15e)。图1-15弯曲件的结构工艺性3.拉深工艺 拉深是利用模具使平面坯料变成为开口空心件的冲压方法。(1)拉深过程图1-16所示为将平板坯料拉深成空心筒形件的过程。(2)拉深变形的特点1)变形程度大,而且不均匀,因此冷作硬化严重,硬度、屈服强度提高,塑性下降,内应力增大。2)容易起皱。3)拉深件各处厚度不均。拉深件各处变形不一致,各处厚度也不一致,如
21、图1-18所示。图1-16拉深过程1)拉深件的形状应尽量简单、对称,尽可能一次拉深成形,否则应多次拉深并限制每次拉深程度在许用范围内。2)凸缘和底部圆角半径不能太小,使拉深变形容易。3)凸缘的大小要适当。凸缘过大时凸缘处不易产生变形;凸缘过小,压边圈不易产生作用,拉深时易起皱。(3)拉深件的工艺性拉深过程中,材料要发生塑性流动,故对拉深件应有下列工艺要求:图1-17拉深件的起皱现象图1-18拉深时制件厚度的变化4)拉深件的壁厚是由口部向底部逐渐减薄,因此对拉深件的尺寸标注应只标注外形尺寸(或内形尺寸)和坯料的厚度。5)拉深件的直径公差等级一般为IT12IT15级,高度尺寸为IT13IT16级(
22、公差可按对称公差标注)。当拉深件的尺寸公差等级要求高或圆角半径要求小时,可在拉深以后增加整形工序。4.制订冲压件加工方案的实例现以图1-19所示制件为例说明冲压加工方案的制订方法。图1-19a所示制件形状不对称,弯曲易引起偏斜,所以采用两件成对加工。其加工方案是:外形落料冲孔弯曲切断。图1-19b所示制件为带菱形凸缘的圆筒形拉深件,筒体部分采用拉深成形,凸缘部分在拉深筒体时先拉深成圆凸缘后再切边成菱形;筒体底孔和凸缘上的孔均在拉深后冲出。其加工方案是:毛坯落料拉深(一次或多次)底部冲孔凸缘上冲孔切边。图1-19冲压制件图a)支架(材料:08F,厚度:1.5mm)b)壳体(材料:H62M,厚度:
23、1mm)第二节塑料成形工艺及设备一、塑料及其成形过程1.塑料塑料是以树脂为基本成分,加入其他添加剂的可在一定条件下塑化成形并在一定条件下保持不变的物质。(1)塑料的成分1)树脂。树脂是塑料中主要的必不可少的成分。2)添加剂。添加剂是为改善塑料的某些性能而加入的物质。它主要有:a.填充剂(填料)。b.增塑剂。c.稳定剂。d.固化剂(硬化剂、交联剂)。1)密度小。2)比强度(Rm/)和比刚度(E/)高。3)耐蚀性好。4)优良的减摩、耐磨性。(2)塑料的特性及用途塑料有许多优良特性,应用十分广泛。5)理想的绝缘性能。1)按塑料中树脂的分子结构和热性能分类,可分为热塑性塑料和热固性塑料。a.热塑性塑料
24、。b.热固性塑料。(3)塑料的分类塑料的品种很多,可从不同角度对其进行分类。2)按性能及用途分类,可分为通用塑料、工程塑料、增强塑料和特殊用途的塑料。a.通用塑料是指产量大、价格低、用途广的塑料。b.工程塑料是指在工程技术中作为结构材料的塑料。c.增强塑料。d.特殊用途的塑料是指具有某一方面特殊性能的塑料,如氟塑料、导电塑料、导磁塑料等。(4)塑料的工艺性能1)流动性。2)收缩性。3)固化速度。4)挥发物含量。塑料中的挥发物包括水、氯、氨、空气、甲醛等低分子物质。挥发物的来源如下。a.塑料生产过程中遗留下来及成形之前在运输、保管期间吸收的。b.成形过程中化学反应产生的副产物。2.塑料的成形过程
25、(1)注射成形过程注射成形过程包括加热预塑、合模、注射、保压、冷却定形、开模、推出制件等主要工步。现以螺杆式注射机的注射成形为例予以阐述(图1-20)。1)加料、预塑。由注射机的料斗6落入料筒5内一定量的塑料,随着螺杆4的转动沿着螺杆向前输送。在输送过程中,塑料受加热装置3的加热和螺杆剪切摩擦热的作用而逐渐升温直至熔融塑化成黏流状态,并建立起一定的压力。当螺杆头部的压力达到能够克服注射液压缸8活塞后退的阻力(背压)时,在螺杆转动的同时,逐步向后退回,料筒前端的熔体逐渐增多,当螺杆退到预定位置时,即停止转动和后退。到此,加热塑化完毕,如图1-20c所示。2)合模、注射。加料预塑完成后,合模装置动
26、作,使模具1闭合,接着由注射液压缸带动螺杆按工艺要求的压力和速度,将已经熔融并积存于料筒端部的熔融塑料(熔料)经喷嘴2注射到模具型腔,如图1-20a所示。图1-20注射成形过程a)合模注射b)保压冷却c)加料预塑、开模推出制件1模具2喷嘴3加热装置4螺杆5料筒6料斗7螺杆传动装置8注射液压缸9行程开关图1-20注射成形过程a)合模注射b)保压冷却c)加料预塑、开模推出制件1模具2喷嘴3加热装置4螺杆5料筒6料斗7螺杆传动装置8注射液压缸9行程开关压力(即保压),以阻止塑料的倒流,并向型腔内补充因制件冷却收缩所需要的塑料,如图1-20b所示。在实际生产中,当保压结束后,虽然制件仍在模具内继续冷却
27、,螺杆就可以开始进行下一个工作循环的加料塑化,为下一个制件的成形作准备。4)开模、推件(推出制件)。制件冷却定型后,打开模具,在推出机构的作用下,将制件脱出,如图1-20c所示。此时为下一个工作循环作准备的加热预塑也在进行之中。3)保压、冷却。当熔融塑料充满模具型腔后,螺杆对熔体仍需保持一定(2)压缩成形过程压塑成形过程包括加料、闭模、固化、脱模等主要工步。1)加料。将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入成形温度下的模具加料腔中,如图1-21a所示。2)合模加压。上模向下运动使模具闭合,然后加热、加压,熔融塑料充满型腔,产生交联反应固化成形,如图1-21b所示。3)开模取件。当型腔中的塑料冷却
28、后,打开模具,取出制件,即完成一个成形过程,如图1-21c所示。(3)压注成形过程压注成形过程与压缩成形过程基本相同。如图1-22所示,先将塑料(最好是经预压成锭料和预热的塑料)加入模具的加料腔2内(图1-22a)使其受热成为黏流状态,在柱塞1压力的作用下,黏流塑料经过浇注系统进入并充满闭合的型腔,塑料在型腔内继续受热受压,经过一定时间固化后(图1-22b),打开模具取出制件(图1-22c)。图1-21压缩成形过程a)加料b)合模加压c)开模取件1、5凸模固定板2上凸模3凹模4下凸模6垫板图1-22压注成形过程a)加料b)塑料充满型腔c)开模取出制件1柱塞2加料腔3上模板4凹模5型芯6型芯固定
29、板7垫板二、塑料成形设备对塑料进行成形所用的设备称为塑料成形设备。按成形工艺方法不同,可分为注射机、液压机、挤出机、吹塑机等。这里主要介绍注射机和液压机。1.注射机注射机是注射成形所用的设备,是最常用的塑料成形设备。按成形塑料的种类不同,注射机分为热塑性塑料注射机和热固性塑料注射机。这里只介绍热塑性塑料注射机。图1-23往复螺杆式注射机的组成1合模装置2注射装置3液压传动和电器控制系统(1)注射机的基本组成一台普通型的注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动和电器控制系统组成,如图1-23所示。1)注射装置。2)合模装置。3)液压传动和电器控制系统。(2)注射机的型号及分类1)注射机的规格型号
30、。b.合模力与注射量表示法。例如SZ-63/50注射机,各符号的意义如下:a.注射量表示法。例如XSZY500注射机,各符号的意义如下:2)注射机的分类。按注射机的外形特征分类,可分为如下几种形式。a.卧式注射机。如图1-24a所示,卧式注射机的注射装置与合模装置的轴线呈一线水平排列。b.立式注射机。如图1-24b所示,这种注射机的注射装置和合模装置的轴线呈一线与水平方向垂直排列。c.角式注射机。角式注射机的注射装置和合模装置的轴线呈相互垂直排列。通常有两种形式,如图1-24c、d所示。图1-24注射机的类型a)卧式b)立式c)、d)角式1机身2合模结构3注射装置2)注射压力。(3)注射机的主
31、要技术参数1)公称注射量。公称注射量是指在对空注射的条件下,注射螺杆或柱塞3)注射速率、注射时间与注射速度。4)塑化能力。塑化能力是指单位时内塑化装置所能塑化的物料量。5)锁模力。又称合模力,是指注射机的合模装置对模具所能施加的最大夹紧力。6)合模装置的基本尺寸。图1-25Y23300型塑料万能液压机a本体部分b操纵控制系统c动力部分1工作缸2上横梁3立柱4活动横梁5顶出缸6下横梁1)一次注射成形周期内所需塑料的总体积应小于注射机的最大注出量。2)注射机的最大注射压力必须大于成形制件所需的注射压力,并且锁模力必须大于型腔内熔体将模具沿分型面胀开的力。3)模具的闭合高度必须在注射机允许模具的最大
32、厚度和最小厚度之间;同时,模具的外形尺寸应小于注射机模板尺寸和注射机拉杆间距。4)注射机最大开模行程应能保证制件和浇注系统凝料顺利地从模具上取下来。(4)注射机的选用确定注射机规格时,应从以下几方面考虑。(1)液压机的基本组成图1-25所示为塑料万能液压机的基本结构,主要由本体部分、操纵部分和动力部分三个基本部分组成。1)本体部分a。包括机身(由上横梁2、下横梁6及立柱3组成)、活动横梁4、工作缸1、顶出缸5等,是实现压缩和压注成形的主体部分。2)操纵及液压系统b。这是保证液压机按所需的技术要求和动作程序准确有效地进行工作的部分。3)动力部分c。即高压泵,它将机械能转变为液压能,向液压机的工作
33、缸与顶出缸提供高压液体。2.液压机(2)液压机的规格型号及分类1)液压机的规格型号。例如Y71-63,各符号的意义如下:2)液压机的分类。a.根据液压机机架结构可分为框架式和立柱式。框架式主要用于小、中型液压机;立柱式主要用于中、大型液压机。b.根据液压机工作缸位置和加压方向的不同可分为单压上压式、下压式、双压式。上压式液压机的工作缸位于机架上方,工作台位于下方,如图1-25所示;下压式液压机的工作缸图1-26下压式液压机1上横梁2立柱3活动横梁4活塞杆5工作缸(3)液压机的主要技术参数1)公称压力:是指液压机名义上能产生的最大压力。它反映了液压机的主要工作能力,一般用来表示液压机的规格。2)
34、液体工作压力:是指液压机在工作过程中液压系统中液体的压力。3)回程力:上压式液压机在完成压制后,其活动横梁向上回程时所能产生的最大力。液压机的最大回程力一般为公称压力的20%50%。4)其他参数:液压机的其他参数如升压时间、活动横梁运动速度、最大(4)液压机的选用原则1)液压机的公称压力应大于成形所需的总压力,回程力也应大于开模时所需的开模力。2)液压机的顶料力必须大于制件脱模时所需的脱模力,并且顶杆行程必须保证能可靠地脱出制件。3)液压机上下工作台之间的距离、工作台尺寸及T形槽的位置等应能保证模具的正确安装。1.塑料制件(1)制件的尺寸、精度和表面质量1)制件的尺寸。2)制件的尺寸精度。三、
35、塑料制件及注射成形工艺3)制件的表面质量。(2)制件的结构设计1)形状2)壁厚。制件壁厚必须满足使用要求和工艺要求。3)脱模斜度。4)加强肋。为了确保制件的强度和刚度,并改善制件壁厚,可在制件适当位置上设置加强肋,有时加强肋还能改善成形时熔体的流动状况。图1-30中,图a、图c壁厚大而不均匀,图b、图d采6)制件的花纹、标记、符号和文字。制件上的花纹应易于成形和脱模,便于模具制造。因此,纹向应设计成与脱模方向一致。制件上的标记、符号或文字有三种形式存在:a.在制件上压出凹字(图1-31a),模具型腔上制成凸字,但模具制造困难。b.制件上是凸字(图1-31b),型腔内是凹字,模具制造容易,但字体
36、凸出制件,容易损坏。c.在制件上压出凹坑,在凹坑内压出凸字(图1-31c),模具采用镶块形式5)圆角。总之,制件的结构设计应满足其工艺性。图1-32所示为制件结构修改实例,图中a、b所示的不合理结构其壁厚不均匀,易产生缩孔、翘曲变形,合理结构分别为改进后的情况;图c的修改避免了制件的内侧凹,便于脱模。图d的修改是为了避免侧抽芯,简化模具结构;图e是为了便于抽出型芯。图1-32塑料制件结构工艺性比较图1-27具有侧孔的制件图1-28具有侧凹的制件图1-29制件的壁厚图1-30制件的加强肋图1-31制件上的文字形式图1-32塑料制件结构工艺性比较2.注射成形工艺(1)成形温度成形是将原料加热到一定
37、温度范围内进行的。成形温度是指进行正常成形时所需的温度,它包括以下几部分。1)料筒温度。2)喷嘴温度。3)模具温度。2)注射压力。(3)成型时间(成形周期)完成一次注射成形过程所需的时间称为成形时间(或成形周期),它包括以下几部分。(2)成形压力成形压力包括塑化压力和注射压力两部分。1)塑化压力。1)注射时间。2)保压时间。3)冷却时间。4)其他时间。第三节压铸工艺及设备一、压铸及压铸合金1.压铸概念及特点由于压铸时熔融合金在高压、高速下充填,冷却速度快,因此有以下优点1)压铸件的尺寸精度和表面质量高。2)压铸件组织细密,硬度和强度高。3)可以成形薄壁、形状复杂的压铸件。4)生产率高、易实现机
38、械化和自动化。2.压铸合金(1)对压铸合金的基本要求根据压铸工艺特点,为了满足压铸件的使用要求,保证压铸件质量,对压铸合金提出以下基本要求:1)流动性好,结晶温度范围小,产生气孔、缩松的倾向小。2)线收缩率和裂纹倾向性小,压铸件不易产生裂纹,尺寸精度高。3)强度和硬度高,塑性好。4)熔点低,不易吸气和氧化。5)性能稳定,耐磨和耐蚀性好。6)密度小,导电和导热性好。2)铝合金。3)镁合金。4)铜合金。(2)压铸合金的种类与性能1)锌合金。5)铅合金和锡合金。压铸机主要由合模机构、压射机构、液压及电器控制系统、基座等部分组成,如图1-33所示。(1)合模机构(2)压射机构(3)液压及电器控制系统二
39、、压铸设备压铸机是压铸生产的专用设备,压铸过程只有通过压铸机才能实现。1.压铸机的基本组成(4)基座支承压铸机以上各部分的部件,是压铸机的基础部件。图1-33热压室压铸机结构图图1-34热压室压铸机压铸过程示意图1熔融合金2坩埚3压射冲头4压室5进口6鹅颈管7喷嘴8压铸型2.压铸机的种类压铸机一般分为热压室和冷压室两大类。冷压室压铸机按压室结构和布置方式又分为卧式和立式两种。(1)热压室压铸机热压室压铸机的结构形式如图1-33所示,其压室与坩埚联成一个整体。压铸过程如图1-34所示,压射冲头3上升时,熔融合金1通过进口5进入压室4内,合模后,在压射冲头作用下,熔融合金由压室经鹅颈管6、喷嘴7和
40、浇注系统进入压铸型8的型腔,冷却凝固成形后压射冲头回升,然后由推出机构推出铸件,完成一个压铸循环。(2)冷压室压铸机1)卧式冷压室压铸机。卧式冷压室压铸机的结构形式如图1-35所示,其压室和压射机构处于水平位置,压室中心线平行于模具运动方向。该压铸机的压铸过程如图1-36所示,合模后,熔融合金3浇入压室2,压射冲头1向前推进,熔融合金经浇道7压入模具型腔6,凝固冷却后形成铸件。开模时,余料8借助压射冲头前伸的动作离开压室,同铸件一起取出,完成一个压铸循环。图1-35J1125型卧式冷压室压铸机1合模机构2压射机构3基座4控制系统图1-36卧式冷压室压铸机压铸过程示意图a)合模b)压铸c)开模1
41、压射冲头2压室3熔融合金4定模5动模6型腔7浇道8余斜2)立式冷压室压铸机。立式冷压室压铸机结构形式如图1-37所示。其压室和压射机构处于垂直位置,压室中心线垂直于模具运动方向。压铸机的压铸过程如图1-38所示图1-37立式冷压室压铸机结构图图1-38立式冷压室压铸机压铸过程示意图a)合模b)压铸c)开模1压射冲头2压室3熔融合金4定模5动模6喷嘴7型腔8反料冲头9余料(1)压铸机的型号目前,国产压铸机已经标准化,其型号主要反映压铸机类型和锁模力大小等基本参数。例如,J1113C 各符号意义如下:在国产压铸机型号中,普遍采用的主要有J213B、J1113C、J113A、J116D、J1163等
42、型号。(2)压铸机的主要技术参数3.压铸机的型号和主要技术参数(1)按生产规模及压铸件品种选择压铸机(2)按压铸件的结构和工艺参数选择压铸机压铸件的外形尺寸、质量、壁厚以及工艺参数对压铸机的选用有重大影响,一般应遵循以下原则1)压铸机的锁模力应大于胀型力在合模方向上的合力。2)每次浇入压室中熔融合金的质量不应超过压铸机压室的额定容量。3)压铸机的开、合模距离应能保证铸件在合模方向上能获得所需尺寸,并在开模后能顺利地从压铸模上取出铸件和浇注系统凝料。4)压铸机的模板尺寸应能满足压铸模的正确安装。4.压铸机的选用 三、压铸件与压铸工艺1.压铸件压力铸造的最终产品就是压铸件。压铸件的结构工艺性主要包
43、括以下内容(1)壁厚 在较厚部位可采用增设加强肋以减小壁厚,如图1-39所示。(2)铸造圆角和起模斜度(3)孔和槽(4)图案、文字和标志压铸件的图案、文字和标志应设计为凸体,且避免尖角,图形和笔划应力求简单。总之,压铸件的结构应尽可能满足其工艺性要求。图1-40所示为压铸件结构合理性比较实例,其中图a、b、c中的1分别为轮形、矩形、箱形铸件壁太厚产生气孔的情况,2为合理结构;图d是把尖角改为圆角;图e的结构是为了增大起模斜度。图1-39增设加强肋使压铸件壁厚均匀图1-40压铸件结构工艺性比较1不合理2合理2.压铸工艺压铸生产中影响熔融合金充型的主要工艺参数是压力、速度、温度和时间等,只有对这些
44、工艺参数进行正确选择和调整,才能保证在其他条件良好的情况下,生产出合格的压铸件。(1)压力1)压射力。压铸机压射缸内的工作液作用于压射冲头使其推动熔融合金充填模具型腔的力,称为压射力,它反映压铸机的功率大小。压射力的计算式为F=(1-2)式中 F压射力(N);p压射缸内工作液的压力(MPa);d压射冲头直径(mm)。2)压射比压。压射比压是指压射冲头作用于熔融合金单位面积上的压力。其计算式为p=(1-3)式中 p压射比压(MPa);A压射冲头截面积(mm2);F压射力(N);d压射冲头直径(mm)。通常把填充阶段的比压称填充比压,充型结束时的比压称压射比压。选择比压时,应根据压铸件的强度、致密
45、性和壁厚等确定。一般压铸件要求强度越高,致密性越好,比压就越大;对薄壁压铸件因充型困难,填充比压就要大些;对厚壁压铸件因凝固时间长,故填充比压可小些,但压射比压要大。值得注意的是,由于比压过高会使模具受到熔融合金的强烈冲刷和增加粘模的可能性,降低模具寿命,且模具易胀开。因此,一般在保证压铸件成形和使用要求的前提下,应选用较低的比压(一般比压为3090MPa)。调整压射力和压射冲头直径可调节比压大小。3)胀型力。由于压射比压的作用,使正在凝固的熔融合金将压射比压传递给型腔壁面的压力称为胀型力。其计算式为FZ=pA(1-4)式中 FZ胀型力(N);p压射比压(MPa);A压铸件、浇口和排溢系统在分
46、型面上的投影面积总和(mm2)。(2)速度1)压射速度2)充填速度(3)温度1)浇注温度:2)模具温度:指模具的工作温度。压铸模在压铸前要预热到一定的温度。预热的作用如下:a.避免熔融合金因激冷而充型困难或产生冷隔,或因线收缩加大而使铸件开裂。b.避免模具因激热而胀裂。c.调整模具滑动配合间隙,以防合金液穿入。d.降低型腔中的气体密度,有利于排气。压铸模的预热,一般可采用煤气喷烧、喷灯、电热器和感应加热。在连续生产中,压铸模的温度往往会不断升高。模具温度过高,易产生粘模,导致铸件推出变形,模具局部卡死甚至损坏。因此,当压铸模温度过高时,应采用冷却措施控制其温度。通常用压缩空气或水冷却。模具工作
47、温度按下列经验公式计算tm=tj 25(1-5)式中 tm压铸模工作温度();tj合金浇注温度()。1)充填时间2)保压时间3)留模时间(4)时间1)涂料的作用如下:a.改善模具工作条件。涂料可避免熔融合金直接冲刷型腔和型芯表面。b.改善成形条件,降低模具热导率,保持合金的流动性。c.提高铸件质量和延长模具寿命,减少铸件与模具成形部分的摩擦,并防止粘模(对铝合金而言)。但值得提出的是,涂料使用不当会导致铸件产生气孔和夹渣等缺陷。2)涂料的种类。压铸用涂料的种类很多,常用涂料及配方见表1-3,供选用时参考。(5)涂料表1-3压铸用涂料及配制方法表1-3压铸用涂料及配制方法3)涂料的使用要求如下:a.用量要适当,避免厚薄不均或过厚。b.合模浇注前,必须挥发掉涂料中的稀释剂。c.避免涂料堵塞排气槽。d.在型腔转折、凹角部位不应有涂料沉积。
