型腔模具

型腔模具準確來説是模具型腔。模具型腔即：構成產品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產品外表面的零件（模具）稱為型腔。

模具是用來成型物品的工具，這種工具有各種零件構成，不同的模具由不同的零件構成。它主要通過所成型材料物理狀態的改變來實現物品外形的加工。 按所成型的材料的不同，模具可分為金屬模具和非金屬模具。金屬模具又分為：鑄造模具（有色金屬壓鑄，鋼鐵鑄造）、和鍛造模具等；非金屬模具也分為：塑料模具和無機非金屬模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分為：砂型模具，金屬模具，真空模具，石蠟模具等等。其中，隨着高分子塑料的快速發展，塑料模具與人們的生活密切相關。塑料模具一般可分為：注射成型模具，擠塑成型模具，氣輔成型模具等 ^[1]  。

型腔模具，又叫凹模，是成型塑件外表面的工作零件，按其結構可分為整體式和組合式兩類。

（1）整體式

這類型腔由一整塊金屬材料加工而成。特點是結構簡單、強度大、剛性好，不易變形，塑件無拼縫痕跡，適用於形狀簡單的中小型塑件。

（2）組合式

當塑件外形較複雜時，常採用組合式型腔以改善加工工藝性，減少熱處理變形，節省優質鋼材。組合式型腔的結構形式較多，如圖b、c為底部與側壁分別加工後用螺釘聯接或鑲嵌；圖c拼縫與塑件脱模方向一致，有利於脱模。圖d為局部鑲嵌，除便於加工外還方便磨損後更換。如圖1所示。

對於大型複雜模具，可採用圖e所示的側壁鑲拼嵌入式結構，將四側壁與底部分別加工、熱處理、研磨、拋光後壓入模套，四壁以鎖釦形式聯接，為使內側接縫緊密，其聯接處外側應留0.3～0.4mm間隙，在四角嵌入件的圓角半徑R應大於模套圓角半徑r。圖f、g為整體嵌入式，常用於多腔模或外形較複雜的塑件，如塑料齒輪等，整體鑲塊常用冷擠、電鑄或機械加工等方法加工，然後嵌入，它不僅便於加工，且可節省優質鋼材。

模具選材是整個模具製作過程中非常重要的一個環節。模具選材需要滿足三個原則，模具滿足耐磨性、強韌性等工作需求，模具滿足工藝要求，同時模具應滿足經濟適用性。

1．耐磨性

坯料在模具型腔中塑性變性時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產生劇烈的摩擦，從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數量、形態、大小及分佈有關。

2．強韌性

模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的衝擊負荷，從而導致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。

模具的韌性主要取決於材料的含碳量、晶粒度及組織狀態。

3．疲勞斷裂性能

模具工作過程中，在循環應力的長期作用下，往往導致疲勞斷裂。其形式有小能量多次衝擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。

模具的疲勞斷裂性能主要取決於其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。

4．高温性能

當模具的工作温度較高進，會使硬度和強度下降，導致模具早期磨損或產生塑性變形而失效。因此，模具材料應具有較高的抗回火穩定性，以保證模具在工作温度下，具有較高的硬度和強度。

5．耐冷熱疲勞性能

有些模具在工作過程中處於反覆加熱和冷卻的狀態，使型腔表面受拉、壓力變應力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。

6．耐蝕性

有些模具如塑料模在工作時，由於塑料中存在氯、氟等元素，受熱後分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效 ^[2]  。

模具的製造一般都要經過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的製造質量，降低生產成本，其材料應具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；還應具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火變形開裂傾向。

1．可鍛性

具有較低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造温度範圍寬，鍛裂冷裂及析出網狀碳化物傾向低。

2．退火工藝性

球化退火温度範圍寬，退火硬度低且波動範圍小，球化率高。

3．切削加工性

切削用量大，刀具損耗低，加工表面粗糙度低。

4．氧化、脱碳敏感性

高温加熱時抗氧化懷能好，脱碳速度慢，對加熱介質不敏感，產生麻點傾向小。

5．淬硬性

淬火後具有均勻而高的表面硬度。

6．淬透性

淬火後能獲得較深的淬硬層，採用緩和的淬火介質就能淬硬。

7．淬火變形開裂傾向

常規淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規淬火開裂敏感性低，對淬火温度及工件形狀不敏感。

8．可磨削性

砂輪相對損耗小，無燒傷極限磨削用量大，對砂輪質量及冷卻條件不敏感，不易發生磨傷及磨削裂紋 ^[2]  。

模具設計製作的要求是：尺寸精確、表面光潔；結構合理、生產效率高、易於自動化；製造容易、壽命高、成本低；設計符合工藝需要，經濟合理。

模具結構設計和參數選擇須考慮剛性、導向性、卸料機構、定位方法、間隙大小等因素。模具上的易損件應容易更換。對於塑料模和壓鑄模，還需要考慮合理的澆注系統、熔融塑料或金屬流動狀態、進入型腔的位置與方向。為了提高生產率、減少流道澆注損失，可採用多型腔模具，在一模具內能同時完成多個相同或不同的製品。在大批量生產中應採用高效率、高精度、高壽命的模具。

衝壓模應採用多工位級進模，可採用硬質合金鑲塊級進模，以提高壽命。在小批量生產和新產品試製中，應採用結構簡單、製造快、成本低的簡易模具，如組合沖模、薄板沖模、聚氨酯橡膠模、低熔點合金模、鋅合金模、超塑性合金模等。模具已開始採用計算機輔助設計（CAD），即通過以計算機為中心的一整套系統對模具進行最優化設計。這是模具設計的發展方向 ^[2]  。