拉深模具的设计

    拉深模按其工序顺序可分为首次拉深模和后续各工序拉深模,它们之间的本质区别是压边圈的结构和定位方式上的差异。按拉伸模使用的冲压设备又可分为单动压力机用拉深模、双动压力机用拉深模及三动压力机用拉深模,它们的本质区别在于压边装置的不同(弹性压边和刚性压边)。按工序的组合来分,又可分为单工序拉深模、复合模和级进式拉深模。此外还可按有无压边装置分为无压边装置拉深模和有压边装置拉深模等。下面将介绍几种常见的拉深模典型结构。

模具设计之滑块设计实例

1一凸模; 2一定位板; 3一凹模; 4一下模座

图 1 无压边装置的首次拉深模

    1.首次拉深模

    (1) 无压边装置的首次拉深模(图1)此模具结构简单,常用于板料塑性好,相对厚度时的拉深。工件以定位板 2 定位,拉深结束后的卸件工作由凹模底部的台阶完成,拉深凸模要深入到凹模下面,所以该模具只适合于浅拉深。

    (2) 具有弹性压边装置的首次拉深模 这是最广泛采用的首次拉深模结构形式(图4.6.2)压边力由弹性元件的压缩产生。这种装置可装在上模部分( 即为上压边 ) ,也可装在下模部分( 即为下压边 ) 。上压边的特征是由于上模空间位置受到限制,不可能使用很大的弹簧或橡皮,因此上压边装置的压边力小,这种装置主要用在压边力不大的场合。相反,下压边装置的压边力可以较大,所以拉深模具常采用下压边装置。

    (3) 落料首次拉深复合模 图 3 为在通用压力机上使用的落斜首次拉深复合模。它一般采用条料为坯料,故需设置导料板与卸料板。拉深凸模 9 的顶面稍低于落料凹模 10 ,刃面约一个料厚,使落料完毕后才进行拉深。拉深时由压力机气垫通过顶杆 7 和压边圈 8 进行压边。拉深完毕后靠顶杆 7 顶件,卸料则由刚性卸料板 2 承担。

模具设计之滑块设计实例

1一凸模; 2一上模座; 3一打料杆; 4一推件块; 5一凹模;

6一定位板; 7一压边圈; 8一下模座; 9一卸料螺钉

图 2 有压边装置的首次拉深模

    (4) 双动压力机上使用的首次拉滦模(图4) 因双动压力机有两个滑块,其凸模 1 与拉深滑块( 内滑块 ) 相连接,而上模座 2(上模座上装有压边圈3) 与压边滑块(外滑块)相连。拉深时压边滑块首先带动压边圈压住毛坯,然后拉深滑块带动拉深凸模下行进行拉深。此模具因装有刚性压边装置,所以模具结构显得很简单,制造周期也短,成本也低,但压力机设备投资较高。

    2.后续各工序拉深模

    后续拉深用的毛坯是已经过首次拉深的半成品筒形件,而不再是平板毛坯。因此其定位装置、压边装置与首次拉深模是完全不同的。后续各工序拉深模的定位方法常用的有三种:第一种采用特定的定位板(图4.6.5) ;第二种是凹模上加工出供半成品定位的凹窝;第三种为利用半成品内孔,用凸模外形或压边圈的外形来定位(图6) 。此时所用压边装置已不再是平板结构,而应是圆筒形结构。

模具设计之滑块设计实例

1-导料板;2-卸料板;3-打料杆;4-凸凹模;5-上模座;

6-下模座;7-顶杆;8-压边圈;9-拉深凸模;10-落料凹模

图 3 落料拉深复合模

模具设计之滑块设计实例

1-凸模;2-上模座;3-压边圈;4-凹模;5-上模座;6-顶件块

图 4 双动压力机上使用的首次拉深模

模具设计之滑块设计实例

图 5 无压边装置的后续工序拉深模

模具设计之滑块设计实例

图 6 有压边装置的后续各工序拉深模

   (1) 无压边装置的后续各工序拉深模(图 5)此拉深模因无压边圈,故不能进行严格的多次拉深,用于直径缩小较少的拉深或整形等,要求侧壁料厚一致或要求尺寸精度高时采用该模具。

    (2) 带压料装置的后续各工序拉深模(图 6)此结构是广泛采用的形式。压边圈兼作毛坯的定位圈。由于再次拉深工件一般较深,为了防止弹性压边力随行程的增加而不断增加,可以在压边圈上安装限位销来控制压边力的增长(参见图 8)。

4.6.2 拉深模工作部分的结构和尺寸

    拉深模工作部分的尺寸指的是凹模圆角半径拉深模具的设计凸模圆角半径拉深模具的设计,凸、凹模的间隙 c ,凸模直径拉深模具的设计,凹模直径拉深模具的设计等,如图 7 所示。

模具设计之滑块设计实例

单顶针板组合二次顶出机构

二次頂出

    一般情況下,從模具中取出成品,無論是採用單一或者是多元件的頂出機構,其頂出動作都是一次完成。但是,由於成品的形狀特殊,或者是量產時的要求,如果在一次頂出後,成品仍然在模穴中,或者是無法自動脫落時,就需要再增加一次頂出動作。這樣的頂出動作設計,稱為二次頂出。

    二次頂出,能夠讓頂出流程順暢化,對於某些頂出行程需求較大的產品,利用二次頂出可以減少頂針在頂出時施加的力量,避免頂出時造成產品上的缺陷。

模具设计之滑块设计实例

    單頂針板組合的二次頂出機構

    所謂單頂針板組合,就是一般常見的單套頂針板組合(上頂針板及下頂針板各一),由於僅有單套的頂針板組合,因此射出機頂出的動作僅提供傳統的一次頂出;另一次頂出就必須配合其他的模具機構設計(例如彈簧)來進行。

    單頂針板的二次頂出機構,可以分成下列幾類:

    1. 公母模板彈開式
    2. 公母模板拉開式
    3. 頂針板組合機構
    4. 浮動模仁

    以下,將根據各種不同的設計,提供參考的設計圖面。

公母模板彈開式二次頂出

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    第一段頂出發生在公母模板開啟時。彈簧將模板(或局部模仁)頂出一小段距離。

模具设计之滑块设计实例

    第二段頂出由頂針板作動,利用頂針將產品頂離模穴。

    利用彈簧完成二次頂出,在模具結構上是最簡單的方法,需要額外加工的部分也很少。但是,彈簧的缺點(彈性疲乏),也是這種頂出方式的缺點。隨時注意彈簧是否能夠順利動作,以及檢查第一段頂出的頂出行程,是避免模具機構失效的安全措施。

    公母模板彈開式二次頂出有幾種變形

1、彈簧推動模板改為彈簧推動『頂出入子』

    上圖所示,是利用彈簧推動整塊模板。實際應用時,可以根據產品的造型,改為推動頂出入子。例如下圖,這樣可以減少彈簧每次推動所需要克服的重量,增加彈簧的壽命。

模具设计之滑块设计实例

2、如果第一段頂出的行程不需要很長,利用優力膠代替彈簧也是一種可行的方法。

    優力膠是一種人工橡膠發泡製成的材料,它的壓縮比例不高,大約只有1/3;不能像線圈彈簧一樣,壓縮比例可以達到1/2。在硬度上它與氣壓彈簧有一點相似,就是越壓到底越硬,但是它在更短的行程內會增加得更硬。它的疲勞強度也不如線圈彈簧,但只要適度的潤滑,仍然可以維持很久。

優力膠比較麻煩的問題是對溫度非常的敏感,在低溫時會變硬,在高溫時會變軟。使用者在使用上必須特別注意其壽命,模具維護時記得檢查並且更換有問題的材料。

公母模板拉開式二次頂出

    雖然利用彈簧,可以在開模後進行脫料板的頂出,但是對於大型模座來說,彈簧的力量是不夠的。因此,有其他的機構來處理這樣的問題。

    這種機構,我們稱為 Tension Links,如下圖

模具设计之滑块设计实例

    機構的組裝非常簡單,動作如下圖所示

模具设计之滑块设计实例

   一般來說,為了避免機構動作出狀況,會有一些額外的機構,來保證原始的機構設計動作順利。

配合 chain link 的機構,就是鍊條。

模具设计之滑块设计实例

    鍊條與 chain link 的搭配動作,如下圖所示

模具设计之滑块设计实例

    一旦脫料板頂出後,再利用頂針機構進行二次頂出。

頂針板組合機構二次頂出 

    二次頂出,還可以利用頂針的變化來完成。

模具设计之滑块设计实例

    至於頂針採用兩截式頂針,只是在於增加頂針的強度,避免頂出時發生撓曲變形。

    採用這種頂針來完成兩段式頂出,在模具結構上是最簡單的,只要在頂針板上動手腳就行了。

此處舉的例子,是利用這種機構,來進行潛伏式澆口的切斷。

模具设计之滑块设计实例

    頂出時,左側的頂針會先動作,直到下固定板頂到右側頂針下方以紅色線條圈起來的頂針頭時,右側的頂針才會開始動作。

    這樣的二次頂出結構,可以避免潛伏式澆口在頂出時,澆口拉離成品時將成品拉傷。

側澆口也可以利用類似的方式頂出,避免在澆口位置拉傷成品。

模具设计之滑块设计实例

    當然,這種頂出方式不僅是用在澆口附近的頂出。由於其第二段頂出行程的起使位置僅需要更改頂針下方的柱狀長度就可以達成,而且在模具製作上的費用又較為低廉,這種頂出方式,也很適合之前所提到的較深的盒狀物的頂出。

模具的种类

一.模具的一般定义;在工业生产中,用各种压力机和装在压力机上的专用工具,通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或产品,这种专用工具统标为模具。

二.模具的种类:(从加工材料来分类)

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行位

    当产品有倒勾,或产品有咬花但脱模角度不够时需通过行位的侧面抽芯来完成:

一.使用时机:

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

二、行位的设计原则:

1.有足够的刚度与强度

2.合理的分型处理(即在运动方向无倒扣等模具异常)

3.运动的平衡与平稳

4.良好的互换性与加工处理工艺

三、斜导柱驱动方式的行位:

模具设计之滑块设计实例

1.斜导柱驱动行位的设计参数

模具设计之滑块设计实例

2.斜导柱的固定方式

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四、拔块驱动的行位

模具设计之滑块设计实例

    拔块驱动式的设计参数

 模具设计之滑块设计实例

五、油缸驱动式的行位

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六、行位的导滑形式及压板形式

1.采用整体式压板

   采用整体式,加工困难,一般适用在模具较小且空间受限制的场合。

模具设计之滑块设计实例

2. 采用矩形的压板

    采用矩形的压板形式,加工简单,强度较好,应用广泛。

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3.采用“7”字形板

     采用“7”字形板,加工简单,强度较好,一般要加销孔定位,较常用。

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4.采用“T”形压板

    当行位导滑装置受模具空间条件限制时可采用

七、行位的限位形式

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八、行位座的种类:

模具设计之滑块设计实例

 

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九、铲基的种类:

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斜顶的设计

    斜顶与行位一样,也用于产品的扣位成型中,但斜顶常用于产品内部较短距离扣位的抽芯

一、斜顶的设计原则

1.根椐产品的扣位确定斜顶角度,一般为30——120 抽芯距一般大于产品扣位3mm。

2.根据斜顶宽度及斜顶所在产品上的位置(主要看有无干涉、斜顶上胶位面落差否很大)来确定斜顶的厚度,一般不小于6.0mm。

3.根据斜顶的长、宽、高来确定其导滑槽的形式。

4.斜顶的导滑部分应开设油槽,后模仁部分的的斜度有效管位应大于20mm以上,否则应做其他机构辅助导向。

5.斜顶杆的材质应采用优质耐磨材料,或做特殊处理(如氮化处理)。

6.对于斜顶被胶位所包紧的产品,在顶出时会由于包紧力的作用,产品会跟斜顶的运动方向走动,影响产品的取出,针对这种情况,可采用在顶针上做一圈胶位,在顶出时可起到定位作用,但需取得客户同意,且顶针直径需大于8mm以上。

7.当斜顶在抽芯方向的型腔构成面低于水平面时,此时固定座的滑道亦需做成低于水平面的斜度,角度大小与斜顶在顶出行程与产品表面构成的斜度相同。

二、斜顶的种类

1.整体式;适合产品大而深,倒勾行程大的产品

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2.两段式:产品倒勾行程不大,产品高度不深,用两段式在后模和顶针板占用面积小、不会使各斜顶产生干涉。

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3.分体式斜顶:对于大型的斜顶,为了节约材料,便于加工及后续维修,可采用分体式结构

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三、导滑板:为了保证斜顶在滑动过程中的导向,在B板底部应设计有斜顶导滑块以确保斜顶在运动中的稳定性。

四、固定座

1.T型座结构:结构简单、加工、安装方便、适合较小型的模具

2.滚轮结构:导向性好.精度要求高,斜度较大的斜顶可考虑

浇注系统

    浇注系统是将熔融的塑料从注塑机引到模具的每一个型腔的机构,因此其参数和形式的差异均会影响到产品的品质。通过本课学习掌握流道和浇口的设计原则及不同流道及浇口的选择。

一.流道

二.浇口

1.浇口的设计原则

A.浇口应开在产品断面较厚的部位、利于浇注

B.浇口位置的选择,应使溶融料充模流程最短、减少压力损失、

C.浇口位置的选择,尽量避免使溶融料直接冲入型腔,否则会产生漩流、在产品上留下螺旋状痕迹

D.浇口位置的选择,应有利于排除型腔内的空气

E.浇口位置的选择,防止在产品表面产生接合线

F.浇口位置的选择,避免正对细小型芯,使其产生变形

G.大型或遍平薄壁件成型,可采用多浇口来防止翘曲、变形、缺胶。

H.浇口应尽量开在不影响产品外观和装配的部位,并尽量易于修整

I.在型腔能注满的前提下,浇口数目是愈少愈好。

2.侧浇口

模具设计之滑块设计实例

    适用于大部塑料、各种侧边允许浇口痕迹的制品,开在制品的边缘或边缘顶面,又分标准入水、搭接入水和扇形入水,下图中t为产品壁厚,L一般为(0.8—1mm)

3.点浇口

     适用于流动性好的塑料,以及不允许侧浇口,只能在产品表面进胶的产品 ,也可用于

一模多腔的模具 

模具设计之滑块设计实例

4.潜水浇口

    适用于外观不允许浇口痕迹及要求自动去除料把的模具

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 弯钩形(又称香蕉形或牛角尖形)浇口

    适用于要求自动去除料把:外观不允许浇口痕迹 ; 对一些特殊需要的产品(如产品的内表面没有位置加骨位或骨位不够深)对PMMA等较硬透明料不适用

6.直接浇口:对大型单一型腔产品(如盆、桶、电视机后壳、复印机前后盖等 )成型效果非常好。

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三.唧咀

1.普通

模具设计之滑块设计实例

2.斜唧咀

模具设计之滑块设计实例

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3.细水口用唧咀 模具设计之滑块设计实例

四.热唧咀

    借助加热装置使浇注系统中的塑料不会凝固,也不会随产品脱模,所以又称无流道模。

1.热流道的优点:

A.无废料

B.压力损耗小

C.可缩短成型周期

D.提高产品的质量

2.热流道的不足:

A.模具高度增加

B.成本高

C.存在热膨胀,需计算

a。T.E.=A×B×C=预热膨胀补偿

其中A:热咀尺寸

B:温差,即热咀内的料温减模温

C:膨胀系数和钢材的关系:0.00000736cm/℃

b.A1=A+T.E.

其中:A:室温下热咀的长度

T.E.:膨胀长度

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五.定位圈

1.定位圈的尺寸参数

 模具设计之滑块设计实例模具设计之滑块设计实例模具设计之滑块设计实例

2.定位圈与唧咀的安装标准

模具设计之滑块设计实例模具设计之滑块设计实例

适用于两板模           适用于三板模

模具冷却系统

    模具的温度对熔融塑料充满、流动、固化成型,生产效率,产品形状尺寸精度都有重要影响. 

一.冷却系统的设计原则:

1、在保证钢料强度的前提下,冷却水道尽量设置在靠近型腔(型芯)表面、且彼此与型腔距离尽量一致、在加强冷却的同时,使模温均匀、进出水温差控制在5℃以内。

2、在保证钢料强度的前提下,冷却水道尽量排紧密

3、同条水路的直径保证一致,防止压力损失

3、产品壁厚部位以及浇口部位要加强冷却

4、一模多腔时,尽量使各腔水路独立、便于控制

5、较大斜顶、行位也应设冷却水道

6、当冷却水无法到达而又必须加强冷却时,可用铍铜镶件等热传导性好的材料来散热

7、在模具设计时冷却系统的布置要先于脱模机构。比如顶针与冷却水道发生于涉时,要优先考顶针移位。

8、冷却水道进出口尽量设计在模具的非操作侧。

二.具体要求:

1、冷却水到产品边最少保证10mm以上

2、冷却水到顶针、镶件最少要保持3mm

3、“O”形圈到顶针、镶件最少要保持2mm

4、水道与模面距离一般要大于2倍水径

5、水道与模仁边距离一般要大于水塞长宽加5mm

6、水道直径常为6 mm,8 mm,10 mm,12mm

7、冷却回路长度应在1.2——1.5以下

三.常见水道形式

1.直通式水道

模具设计之滑块设计实例

2.圆圈式水道

 模具设计之滑块设计实例

3.水井水道

模具设计之滑块设计实例

4.螺旋式水道

模具设计之滑块设计实例

5.喷泉式水道

模具设计之滑块设计实例

6.导热棒式水道

模具设计之滑块设计实例

四.水道的密封形式

1.采用“O”环密封圈

 模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    “O”形密封圈及其密封沟槽尺寸

模具设计之滑块设计实例

2.采用水孔塞或螺栓

模具设计之滑块设计实例

3.采用铜棒的过盈配合

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

六.行位中水道的冷却形式

1.整体式行位的冷却形式

模具设计之滑块设计实例

2.拼镶式行位的冷却形式

模具设计之滑块设计实例

七.斜顶中水道的冷却形式

模具设计之滑块设计实例模具设计之滑块设计实例

模具的顶出系统设计

    在注射型过程中,产品由模具中脱出,脱出产品的机构称之为顶出机构:

一、顶出系统的设计原则

1.顶出过程中在要保证顶出绝对平均、顶出平稳。

2.顶出元件选择及大小应尽可能统一、尽量单一化、以便加工及降低成本

3.顶出元件直接作用于产品表面,顶出力量要足够大、顶出元件应尽量做大,使顶出力平均、平稳。

4.结构复杂的产品无法保证一次顶出时、则考虑设计成二次顶出

5.顶出时,要保证型芯侧不形成真空背压、不可干涉其他成型元件,如有形成真空背压,则作吹气顶出。

6.顶出元件头部有碰穿成型时、应在元件的底部做垃圾钉。

二、顶出部位的选择

1.顶出部位首先应从产品四周考虑设置,并采取较大面积的顶出元件,然后再考虑中央部位辅助顶出、也须优先采用大的顶出元件,除非迫不得已,小的顶针原则上不给予考虑。

2.产品的非外观面.依客户要求(如走纸面、滑轨面等)不能设置顶出

3.顶出位置应尽可能设置在产品粘模力较大的地方、如筋位、柱位

4.顶出位置尽可能设置在产品强度.刚度最大部位、以避免顶出时损坏产品面。如:凸缘、角落、筋底部等、但不考虑布置于斜面上、如迫不得以、须在顶出元件顶面加工防滑槽

5.如产品表面不允许有顶出的痕迹,可以考虑做垃圾料辅助顶、脱模后加工将垃圾料去掉。

三、顶出行程的确定

1.要顺利取出产品、必须保证足够的顶出行程、一般选择全产品顶出。顶出行程=产品高度+余量(15-20mm)

2.特殊情况、(比如产品很高)可以考虑非全产品顶出

四、顶出元件的种类、

1.顶针

(1)、标准¢1- ¢2级数为0.1mm1- ¢2级数为0.5mm长度一般为50mm一级  

(2) 形式

A.单节式:

B.变节式(托针):¢3以下顶针为防止因强度不够而导致顶出时变形,一般做成变节式、一般要求托为顶针的两倍。

模具设计之滑块设计实例

C.顶针的限位(即防转)

 模具设计之滑块设计实例

D.顶针的置后顶出(即延迟顶出):防止个别顶针正常顶出时顶出不良、造成顶白。置后量一般为0.5-1mm

 模具设计之滑块设计实例

2.扁顶:用于较深的加强筋处、置于筋的底部(附图3D)

 模具设计之滑块设计实例

3.司筒(又称推管):一般用于较深的螺丝孔的成型顶出,司筒的筒壁厚一般不应小于1mm、若太薄可做成变节式(即托针)注意其针和筒的组装方式如图:

模具设计之滑块设计实例模具设计之滑块设计实例

 

4.直顶:部分产品的筋位比较深,如果此时用扁顶、由于扁顶一般较薄、强度有限,顶出行程太大时会变形甚至损坏,此时多用直顶

 模具设计之滑块设计实例

5.顶块:一般用于较大面积的外观筋边沿处或较深产品有内部顶出时

(1)顶出块上一部分为碰穿、一部分为成型部分、边界应有0.2-0.3距离、防止切伤成型面

(2)顶块在周围环境允许的条件下,都须设计有顶了斜度30-50的如果不能做斜度,一般5mm下做油槽并将顶块特殊处理(如氮化处理)

(3)顶块应有足够的导向长度、保证顶块顶出后不能脱开导滑面

模具设计之滑块设计实例

6.推板:一般用于深腔产品(如:桶、颜料盒等)及圆筒形产品

(1)、推板与型芯的接触面需做30-50斜度、防止工作时过热导致烧蚀

(2)、推板的封胶边应比型芯的成型面大0.2-0.3防止顶出时切伤成型面

模具设计之滑块设计实例

7.气顶:当产品内侧在正常顶出过程中产生背压、包风。产品包在型芯上、而产品内侧不允许有任何顶出迹象时、考虑用空气顶出

模具设计之滑块设计实例

 

经典模具设计案例

【产品结构】

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    从上图中可以看出,此套模的看点在于三个斜柱外侧部分的脱模结构设计,如果按照常规方法不论从哪个方向进行斜抽芯滑块与滑块之间都会产生干涉, 怎么办呢?

    我们经常会聊到一些“旋转抽芯”,“滑块两次抽芯”等等这类较为复杂的模具结构,那为什么我们不能够做“旋转开模”或者是“滑块两次旋转开模”呢? 其实就是“旋转开模”,成就了这个三叉接头!

【模具结构】

    首先确定一个旋转中心并绘制出第一组滑块。

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    滑块往两侧旋转对开,但在这之前必须将内孔的入子先抽出来。

模具设计之滑块设计实例

    单个滑块示意图:

模具设计之滑块设计实例

    旋转整列后的效果:

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    在开模时 A组旋转35°后B组再旋转15°合模时先合B组,再合A组,两者不能同时运动。具体运动步骤如下面的动态演示:

模具设计之滑块设计实例

    其实,模具结构也不是唯一的,来看看另外一个出模方案。

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    运动步骤动态演示:

模具设计之滑块设计实例

模具设计之滑块设计实例

    此案例的第一种结构式在N年接触过的,依自己的印象像重新绘制了出来,大体的结构方案雷同,对于类似产品可以供大家借鉴参考。