模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)淺析

摘 要：模具由機(jī)械零件和機(jī)構(gòu)的組成。設(shè)備的動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使模具產(chǎn)生多種形式的運(yùn)動(dòng)。模具在生產(chǎn)制件時(shí)，各種工藝都需要通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)來完成制件的加工。模具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與模具生產(chǎn)制件的工藝過程是密切相關(guān)的，提高模具生產(chǎn)的工件的質(zhì)量，必須對模具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)合理控制。

關(guān)鍵詞：模具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；沖裁運(yùn)動(dòng)；彎曲運(yùn)動(dòng)；開合模運(yùn)動(dòng)；側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)

1 模具運(yùn)動(dòng)的概念

模具在生產(chǎn)制件的過程中，存在兩種運(yùn)動(dòng)形式：第一是外力作用在模具上的零件或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，稱為驅(qū)動(dòng)；第二是模具作用在制件胚料上的運(yùn)動(dòng)，稱為模具的運(yùn)動(dòng)。

1.1 模具的運(yùn)動(dòng)

模具運(yùn)動(dòng)的形式有：平移運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、沖擊運(yùn)動(dòng)及制件相對模具進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)。通過這五種定向的運(yùn)動(dòng)及作用于模具的驅(qū)動(dòng)力，使制件在模具中完成成型過程。

模具中各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件較多，各種運(yùn)動(dòng)關(guān)系也較為復(fù)雜，把這些運(yùn)動(dòng)關(guān)系分為主運(yùn)動(dòng)、付運(yùn)動(dòng)。能較好的處理好各種運(yùn)動(dòng)關(guān)系，所謂主運(yùn)動(dòng)就是指在模具生產(chǎn)過程中，對模胚加工起主要作用的力的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，像沖壓過程中的上下運(yùn)動(dòng)等。付運(yùn)動(dòng)是模具生產(chǎn)過程中處于次要地主的一些運(yùn)動(dòng)關(guān)系。例如：斜楔結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系等。

模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)在生產(chǎn)制件的過程中始終存在，這些運(yùn)動(dòng)影響模具生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。模具設(shè)計(jì)必須保證所有運(yùn)動(dòng)能準(zhǔn)確、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的模具要求能完成模具生產(chǎn)工藝所需的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗苯佑绊懮a(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，所以認(rèn)識(shí)、了解模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)的非常重要，也是在模具設(shè)計(jì)中提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)新模具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)也是一條有效的途徑。

1.2 模具的驅(qū)動(dòng)

模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力是由成型加工設(shè)備的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的。驅(qū)動(dòng)模具運(yùn)動(dòng)和傳遞力作用模具的方式，有三種：機(jī)—電驅(qū)動(dòng)、電—液驅(qū)動(dòng)、氣壓成型。

機(jī)—電驅(qū)動(dòng)是電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過滑塊和模具運(yùn)動(dòng)部件相連接以驅(qū)動(dòng)模具的定向運(yùn)動(dòng)，并傳遞驅(qū)動(dòng)力作用于模具，使模具對制件進(jìn)行成型加工。例如：

沖壓機(jī)、壓力機(jī)、輥鍛機(jī)械等。都是電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。

電—液驅(qū)動(dòng)是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵或水泵產(chǎn)生液壓和水壓并經(jīng)液壓轉(zhuǎn)送，產(chǎn)生額定壓力以驅(qū)動(dòng)模具產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)部，使動(dòng)模對定模作定向平移運(yùn)動(dòng)，材料被壓縮成形加工為制件。

氣壓成型氣壓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運(yùn)動(dòng)，氣泵產(chǎn)生負(fù)壓將塑料吸于模具腔內(nèi)型面，形成制件；吹塑是氣泵產(chǎn)生氣壓，吹入熱熔態(tài)塑件或熱熔態(tài)玻璃制件毛胚空腔，使其擴(kuò)展、變形并附在模具型腔表面上，形成制件。[1]

1.3 模具運(yùn)動(dòng)的方向

導(dǎo)向零件控制模具的運(yùn)動(dòng)方向。如：在模具設(shè)計(jì)中，通常設(shè)計(jì)導(dǎo)向零件以保證模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。常用的導(dǎo)向零件有上下模及推出機(jī)構(gòu)用的導(dǎo)柱導(dǎo)套，塑料注射模側(cè)向抽芯常用的導(dǎo)軌及導(dǎo)滑槽等。

模具機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性是影響模具生產(chǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)時(shí)必須對導(dǎo)向零件的尺寸精度及形位公差進(jìn)行控制。一般尺寸精度要控制在5-6級，形位公差主要有垂直度、及平行度等項(xiàng)目的控制，表面粗糙度一般控制在0.8左右。

2 冷沖模的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

冷沖模生產(chǎn)制件是通過壓力機(jī)等沖壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。板料或坯料通過壓力機(jī)的壓力作用下，產(chǎn)生塑性變形或分離，成型為具有一定形狀、尺寸和性能的制件。它的主運(yùn)動(dòng)是壓力機(jī)產(chǎn)生的上、下運(yùn)動(dòng)，次要運(yùn)動(dòng)是模具與板料之間的相對運(yùn)動(dòng)以及模具中各零件之間的相對運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)關(guān)系主要為直線運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。沖裁模、彎曲模、拉伸模、級進(jìn)模的運(yùn)動(dòng)又各有其特點(diǎn)。

2.1 沖裁模的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

沖裁模生產(chǎn)時(shí)工藝過程，上模座在滑塊的帶動(dòng)下向下行，卸料板壓緊板料，緊接凸模壓入板料與凹模刃口形成剪切作用，在剪切力作用下，板料成型。

卸料板壓緊板料，凸模壓板料入凹模。壓力機(jī)提供卸料板卸料的運(yùn)動(dòng)，壓力機(jī)設(shè)備上的滑塊通過模具上的模柄帶動(dòng)模具上、下運(yùn)動(dòng)，把動(dòng)力帶入模具內(nèi)。這些運(yùn)動(dòng)的先后順序必須準(zhǔn)確的控制好，其中涉及到運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)的速度都是在模具設(shè)計(jì)中必須有精確計(jì)算進(jìn)行控制。以保證運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性及經(jīng)濟(jì)性。

設(shè)計(jì)落料沖孔模具時(shí)，一般采用推出機(jī)構(gòu)及頂出機(jī)構(gòu)出料。推出機(jī)構(gòu)由卸料板及彈簧、彈性橡膠組成。卸料板將成型的制件從凸模上卸下來，是跟隨上模座向上運(yùn)動(dòng)時(shí)完成。彈簧、彈性橡膠是上模座向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，卸料板壓緊板料，由于彈性力的作用，彈簧、彈性橡膠被壓縮，騰出一定的空間，使凸模有向下運(yùn)動(dòng)壓入板料與凹模刃口形成剪切作用的空間，這距離滿足板料厚度及深入凹模距離即可。

2.2 彎曲模具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

彎曲過程產(chǎn)生的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下行與板料接觸，進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，直到完成彎曲運(yùn)動(dòng)。卸料板及頂桿的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，使它先于凸模與板料接觸，并且一定要有足夠的壓料力，否則彎曲件尺寸精度差，缺陷多；其次，應(yīng)確保有足夠頂桿力，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件容易變形，并且生產(chǎn)效率低。對于精度要求較高的彎曲件，在彎曲運(yùn)動(dòng)中，要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)，所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠產(chǎn)生碰死。

工件彎曲形狀較復(fù)雜，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時(shí)，需要用到斜楔結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，例如：采用斜楔結(jié)構(gòu)，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)圓筒件的一次成型。

對于有些外殼件，如電腦軟驅(qū)外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間容易產(chǎn)生相對滑動(dòng)，在彎曲時(shí)，很容易因相對滑動(dòng)擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不好。通常是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭角部處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動(dòng)改為滾動(dòng)，由于滾動(dòng)比滑動(dòng)的磨擦力小得多，所以不容易擦傷工件。[2]

3 塑料模的機(jī)械運(yùn)動(dòng)

塑料模的機(jī)械運(yùn)動(dòng)主要有四大類：開模、合模運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；軸芯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。只有保證了這些機(jī)構(gòu)的有效運(yùn)動(dòng)，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。因此，有必要加深對塑料模機(jī)械運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

3.1 開模、合模運(yùn)動(dòng)

模腔壓力：模腔內(nèi)熔料的壓力。

（1）定義：在注射時(shí)，模具不能被模腔壓力所形成的漲模力頂開，必須對模具施以足夠的夾緊力，這種夾緊力就是合模力

P≥MZ×pz

P：鎖模力，Kg；

MZ：制品在模具分型面上的投影面積cm2；

Pz：模腔內(nèi)的壓力，Kg/cm2。

（2）液壓合模的特點(diǎn)：

①.合模力僅同工作油的壓力有關(guān)。

②.移模速度僅取決于油泵的流量。

③.對不同厚度的模具適應(yīng)性好。

3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

塑料模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)通常是指開、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造的要求是：導(dǎo)向準(zhǔn)確、運(yùn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)，具有足夠的強(qiáng)度、剛度及耐磨性。

開、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用是：使動(dòng)模和定模及模具內(nèi)其它零件之間準(zhǔn)確配合，以確保塑料制件的尺寸精度，避免模具內(nèi)各零件發(fā)生碰撞和干涉。

開、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向形式主要是導(dǎo)柱、導(dǎo)套式。它的導(dǎo)向副由導(dǎo)柱與導(dǎo)套組成，動(dòng)模與定模通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套實(shí)現(xiàn)相對直線運(yùn)動(dòng)。由于要求運(yùn)動(dòng)靈活、平隱，所以對于導(dǎo)柱側(cè)面、導(dǎo)套內(nèi)側(cè)面的設(shè)計(jì)、制造要求均非常高，一般均有形位公差要求，表面粗糙度Ra均要達(dá)到0.4-0.8。

3.3 抽芯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

塑料模成型帶有側(cè)凹或側(cè)孔的制件時(shí)，模具必須設(shè)計(jì)有側(cè)向分型及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。根據(jù)動(dòng)力源不同側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)一般分為機(jī)動(dòng)抽芯、液動(dòng)（或氣動(dòng)）抽芯及手動(dòng)抽芯三大類型。

機(jī)動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)的應(yīng)用最為廣泛，它的形式也比較多，主要有斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)、斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)及齒輪條抽芯機(jī)構(gòu)。

斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)的基本原理：斜導(dǎo)柱固定在定模（或動(dòng)模）上，開模時(shí)，滑塊在斜導(dǎo)柱的作用下，沿導(dǎo)滑槽側(cè)向移動(dòng)而完成抽芯動(dòng)作。滑塊在斜導(dǎo)柱上的運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)，一般是借助注塑機(jī)上的開模力與開模行程帶動(dòng)滑塊上的型芯完成抽芯過程。這個(gè)過程移動(dòng)的距離要適當(dāng)，一般為成形側(cè)孔（或側(cè)凹）的深度，再可了考慮2～3mm的安全距離。抽芯的力也有一定的要求，太小或太大都會(huì)影響到制件側(cè)孔（或側(cè)凹）的成型。

斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)：斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)一般是安裝在動(dòng)模與定模之間。開模時(shí)，推桿推動(dòng)斜滑塊進(jìn)行抽芯和推出塑件。運(yùn)動(dòng)過程中，推桿作直線運(yùn)動(dòng)，滑塊在導(dǎo)滑零件的導(dǎo)向下，作復(fù)合直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)滑形式有四種：錐面導(dǎo)滑、斜滑桿導(dǎo)滑、矩形斜導(dǎo)桿導(dǎo)滑、斜桿導(dǎo)滑。

齒輪抽芯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)：齒輪抽芯機(jī)構(gòu)最常見的是手動(dòng)齒輪條抽芯機(jī)構(gòu)。開模后，手柄帶動(dòng)齒輪一轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)齒條工作抽芯動(dòng)作，銷釘了限位，手柄反轉(zhuǎn)，齒條即復(fù)位。運(yùn)動(dòng)過程中，齒輪在外力作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒條作直線運(yùn)動(dòng)。齒條的直線運(yùn)動(dòng)完成在制件上的抽芯過程。

齒輪抽芯機(jī)構(gòu)其它類型包括有彈簧抽芯機(jī)構(gòu)、滾輪抽芯機(jī)構(gòu)、齒條齒輪抽芯機(jī)構(gòu)與三角擺塊組合抽芯機(jī)構(gòu)等。

3.4 脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

在注射成型的第一個(gè)循環(huán)過程中，使塑件從模腔中脫出的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。一般情況下，塑料模在開模時(shí)，制件留在動(dòng)模邊（即型芯上），利用注射機(jī)的開模動(dòng)作，通過脫模機(jī)構(gòu)使制件脫模。

冷沖模、塑料模是模具中應(yīng)用最廣的兩種最主要的類型。它的運(yùn)動(dòng)形式各有特點(diǎn)，有直線運(yùn)動(dòng)、螺旋運(yùn)動(dòng)等單向、多向形式。與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的作用力大小要求也不相同。從力的大小、方向、作用位置進(jìn)行控制，能更好的把握它的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。這是保證模具正常生產(chǎn)及做好模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1]李志剛.中國模具設(shè)計(jì)大典.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.1.ISBN7539019484

[2]曾斌.模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，2015.4，ISBN9787121257315.

[3]曾斌，張文瓊.模具設(shè)計(jì)與制造.北京：電子工業(yè)出版社，2015.2，ISBN9787121250989.

作者簡介

曾斌（1963-），男，湖南湘鄉(xiāng)，工學(xué)學(xué)士，副教授，機(jī)械工程。