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模具专业英语 黄义俊主编 王伟副主编 清华大学出版社目录第一章 模具材料和热处理1.1 概论1.2 模具材料1.2.1 碳钢1.2.2 合金钢1.2.3 模具钢1.2.4 典型模具钢的选择1.3 模具材料的热处理1.3.1 热处理的目的1.3.2 热处理的类型第二章 模具设计2.1 概论2.2 板料成型2.2.1 板料变形方式2.2.2金属板料成型特点2.3 冲孔模2.3.1 冲孔模处理2.3.2 冲孔模设计2.4 冲裁模设计2.4.1 在模具切割过程中的剪断动作2.4.2 压力中心2.4.3 间隙2.4.4 冲裁模设计2.5 弯曲模设计2.6 拉深模设计2.6.1 拉深模2.6.2 拉深模设计2.7 复合模设计第三章 塑料模具设计3.1 概论3.2 塑料3.2.1 塑料的分类3.2.2 塑料的属性3.2.3 塑料填充物3.3 塑性材料成型3.3.1 压缩模3.3.2 压注模3.3,.3注塑模3.4 热塑性模具设计3.5 热固性模具设计第四章 模具的部件4.1 概论4.2 模具部件4.2.1 挡料装置 4.2.2 导向装置 4.2.3 卸料装置 4.2.4 打料杆 4.2.5标准模座4.3 注塑模部件4.3.1注塑模部件4.3.2 成型零件设计指导4.4 压铸模模具部件4.4.1 压铸模4.4.2 模具型芯4.5 热塑性部件缺陷的消除4.5.1 缩形4.5 .2 焦痕、条纹、银痕4.5.3焊接线 熔化线4.5.4 注射4.5.5 空气条纹和空气沟4.6 热固性部件缺陷的消除4.6.1 水泡4.6.2 裂缝4.6.3 白斑4,6.4 多孔4.6.5 橙色外壳第五章 成型装备5.1 概论5.2 成型装备5.2.1 压力机类型5.2.2 一台压力机主要组成部件5.3 模具装备5.3.1 注塑模机器5.3.2 注塑模机器5.3.3 注塑模类型5.3.4 注塑模产品5.3.5 注塑模产品的经济效益5.4 装备的分类5.4.1压力机分类5.4.2 注塑模机器分类第六章 数控制造和编程6.1 概论6.2 数控机器的应用6.2.1 数控机器的定义6.2.2 数控机器的分类6.2.3 数控技术的应用6.2.4 数控装备的类型6.2.5 控制工具进给的控制系统6.2.6 控制工具移动的系统的类型6.3 加工中心6.4 数控机器的优缺点6.5 数控机器的操作板6.6 数控系统的坐标系统6.7 数控系统的部件6.7.1 数控机器的构成6.7.2 数控机器的部件6.8 数控编程6.8.1 数控机器控制的基本要求6.8.2 启动步骤6.8.3 调试程序6.8.4 手动操作部分程序6.8.5 电脑协助编程6.9 加工中心的主要分类6.10 电化学腐蚀机6.11 电火花切割机第七章 CAD|CAM|CAE|CAPP7.1 概论7.2 CAD|CAM的发展历史7.3 CAD|CAM7.4 CAD|CAM的应用7.4.1 计算机辅助设计模具的应用 7.4.2 CAD|CAM在注塑模设计中的应用 7.4.3 7.4.4 计算机集成制造 7.4.5 计算机集成制造在制模中的应用 7.4.6 过程计划和计算机集成制造 7.4.7 计算机辅助工艺设计 7.4.8 制造资源计划和计算机集成制造 7.4.9 计算机辅助制造 7.4.10 计算机辅助数控部分编程7.5 CAD|CAM硬件7.6 CAD|CAM软件7.7 CAD系统例子 7.7.1 ProEngineering 7.7.2AutoCAD7.8 CAD CAM选择标准7.9 CAE 7.9.1 CAE 用于多功能处理7.9.2 CAE的应用第八章 先进制造技术8.1 概论8.2 快速成形制造8.2.1 快速成型技术的应用领域8.2.2 快速成型技术的特点8.2.3 去除材料成型8.2.4 加材料成型8.2.5 虚拟成型8.3 用于特殊用途的制造技术8.3.1 超声波加工装置8.3.2 激光切割装置8.3.3 电子素切割机8.3.4 慢走丝线切割加工机床8.4 成组技术8.5 柔性加工系统8.6 机器人技术 正文 第一章1.1 概论 这一章主要介绍用于制造模具的材料及材料的热处理过程，选取包括以下部分的典型的模具钢，等等：1. 碳钢2. 合金钢3. 冷作模具钢和热作模具钢4. 选择典型的模具钢5. 热处理材料的目的6. 热处理材料的类型1.2 模具材料1.2.1碳钢碳钢被广泛的用在模具的部件中。碳钢只含有铁和碳还有少量的其他合金元素。 碳钢是应用最广泛也是用来做模具最便宜的材料。三种用于做模具的最基本的三种钢是低碳钢，中碳钢，高碳钢。低碳钢含碳量在0.05%-0.3%之间。中碳钢含碳量在0.3%-0.7%之间。高碳钢含碳量在0.7%-1.5%之间。金属在热处理中碳钢中的含碳量越高，钢的强度，韧性，硬度也会增加。 低碳钢较软，韧性好，比较容易机加工处理和焊接。由于低碳钢的性能，这种钢不能够被强化除非在被淬火强化的情况下。低碳钢适用于下列应用：不重要的模具部分，上模座和下模座，还有类似在强度和耐磨性不作要求的情形下。 中碳钢一般用于较强的强度要求和韧性要求情况下。因为中碳钢有一个比较高的含碳量，因此它通过被热处理用于制作部件如螺栓，轴，螺母。这种钢较之低碳钢更加昂贵同时机加工更加困难，焊接也更加困难。 高碳钢是碳钢中最硬的钢，在制作零件过程中当耐磨性是一个重要的影响因素时，高碳钢被人们广为应用。其他的应用如在导正销钉衬套，导正销钉，冲头和耐磨垫圈。由于它的含碳量如此之高，由它制作的部件难以机加工和焊接。1.2.2 合金钢 合金钢是以碳钢为基础的情况下加入另外的元素以改变钢的特性，带来一个可以预测的合金金属的力学性能的改变。在合金钢中通常添加的合金元素有：锰，镍，钼，铬。它们通常根据在合金钢中的特定合金元素被命名为锰钢，镍钢，钼钢，铬钢。 虽然合金钢中含有元素如铬，钼，钒，但是在热处理中有两种元素是必不可少的：铁，在金属图像学中被命名为铁素体，铁和碳结合形成渗碳体，即最硬的化合物碳化三铁。这两种组成成分来自共析结构珠光体，当钢冷却得足够慢的时候能达到平衡，但是快速冷却的时候则会被硬化。当这种淬火钢回火的时候，一种力学性能介于慢慢冷却和淬火情况下的钢就形成了。 在铁碳合金相图的帮助下，这些年我们对于在热处理过程中复杂的结构变化有了更近一步的认识。通过这些图表的使用我们能更好的控制热处理周期，反过来又确定了一些最佳的特性以及得到了最大的模具寿命。 不锈钢这个词汇常常用来描述高铬和镍铬钢。这些钢常常用于那些能抵御高温和耐腐蚀环境的模具。有些高铬钢能够通过热处理得到强化，它也能用于能抵御磨损，腐蚀的地方。典型的应用是强化的不锈钢用于注塑模。这里高铬含量的钢让钢高度抛光并且可以防止热和腐蚀带来的损坏发生。1.2.3 模具钢 为特殊模具选定的特定的材料通常由适合该模具操作的力学特性来决定。这些材料只有通过仔细的研究和评估了工具的功能和需要才能够被选用。在大多数的应用中，不止一种材料满足要求，最后的决定通常由有需求的客户来选择要哪种模具，例如模具的表现和经济性方面的考虑。 用于模具的基本材料分为两个主要的种类：冷作模具钢，热作模具钢，例如碳钢，合金工具钢，碳工具钢，高速钢，高合金钢，高碳钢，低碳钢，抗冲击工具钢，等等。为了合理的选择一种模具材料，这里有几种物理和力学特性你应该理解，这样你就知道你选择的材料如何影响模具的功能和表现。 物理和力学性能指的是那些材料的特性它们将决定材料在特定的情况下会有怎样的反应。物理特性指的是那些特性它们自然存在于材料，不能被改变除非改变材料本身。 这些特性包括重量，热量和导电性，膨胀热率和熔点。材料的力学特性指的是能够通过热处理和力学处理永久的改变。这些特性包括强度，硬度，耐磨性，韧性，脆性，塑性，延展性和可锻性。 从实用的观点看，模具钢是用于使基本材料例如钢和塑料形成期望的形状。从不实用的观点看来，模具钢是能被硬化，回火，耐磨，高硬度，有足够的抗冲击性能的材料。模具钢能被硬化，回火和热处理，耐腐蚀，耐磨损。 模具钢是相对特殊的产品，它们在模具产品中有一个很重要的应用，例如拉深模，冲压模，挤压模具，冲孔模，弯曲模，压铸模，成形模，冲裁模，热塑性和热固性模。它们在模具工业中扮演着一个越来越重要的作用。 1.2.4 典型模具钢的选择 为了成型塑料而发展的处理过程和不同的处理塑料的特点将会导致不同的载荷，这些不仅要在设计中而且要在模具需要的材料选择中必须被考虑其中的。钢有理想的保证，因为它的特性能被合金，特殊生产过程，热处理修改而且它能够被调整以适应各种需求。对于模具钢来说最重要的需求是： 即使在高温时也有高的抗压应力 耐磨性 好的韧性 耐蚀性和好的热导性 而且模具市场希望它有以下的特性： 好的机械成型性 好的模压能力 在热处理过程中的尺寸稳定性 最后，模具钢应该随时都可以被利用，它要求需要一个标准的尺寸和统一的适合的类型的钢。 考虑到到模具钢能承受的不同的应力，我们可以理解不是所有的情况下适应一种情况的钢。多年以来，钢的生产者和消费者的紧密合作导致的模具钢的发展能够分为以下几种：氮化钢，表面淬火钢，表面硬化钢，全硬化钢，耐腐蚀钢，特高强度钢硬材料合金。1.3 模具钢的热处理 模具材料热处理的主要目的是通过改变特定金属或合金使其加热到一定的温度以及以不同的速率冷却，以此改变改变特定金属或合金的结构，改变它们的性能。这种将加热和控制冷却结合在一起不仅决定了本质而且决定了微观成分的分布，反过来不仅决定了材料的特性，而且决定了材料内部晶粒的大小。 热处理应该针对服务需要来提高合金和金属的性能。一些热处理的需求如下：1. 例如在锻造，磨削这种冷加工后的去应力2. 例如在弯曲，伸长或焊接时产生的内应力的去除3. 提高材料的硬度和耐磨性4. 提高机加工性5. 例如在正火过程中提高材料的性能6. 退火过程中软化材料7. 例如在抗蚀性，抗热性或者其他需要中对材料特性的改变1.3.2 热处理的类型退火退火的过程包括将钢加热一定的时间，然后通常慢慢使其冷却。退火是为了同化，建立普通的平衡的状态和相应的特性。通常认为模具钢是在退火后才会被购买，有时候需要重新硬化模具然后通过退火完成最后的处理。 钢被轻微的加热在一定的幅度然后慢慢的冷却。 正火包括加热材料到大概在55-100摄氏度这个幅度间以上然后空冷。这大概比通常的硬化温度高55摄氏度。 正火的目的通常是使锻造后粗糙的晶粒结构得以改变。对于多数中碳锻造钢，合金，回火是在锻造和机加工后非常好的一种方式以得到同化的结构，更多的情况下提高了机加工性能。 高合金空冷钢不能正火，因为这样做会导致它们硬化从而违背了初衷。 回火这个过程是加热淬火，硬化钢和合金到低于临界温度以减少硬化过程中产生的内应力。硬化 这个过程通过加热到临界温度以上然后快速冷却到临界温度以下以硬化钢。表面硬化添加碳到钢的表面然后硬化操作是热处理中重要的操作。这个过程可能包括软化钠氰化物，添加了活性液体材料例如木炭，气，或者渗碳剂干燥氰化物的打包渗碳剂。 球化处理它是一种退火方式，在加热和冷却钢的过程中，产生一种圆形或者球形的碳化物钢中硬的组成成分。 钢通常通过球化处理提高其机加工性。这是通过将碳钢加热温度到749-760摄氏度间或者更高的温度来处理合金钢来完成的，保持温度一到四个小时，然后表面冷却。应力消除这种过程是通过一种释放钢在成型，冷加工和焊接与机加工后的冷却过程中产生的内应力的方法。这是最简单的一种热处理方法而且它的完成仅仅通过加热到649-732摄氏度然后通过空气或者表面冷却。 大型模具通常是粗加工，然后消除应力，最后完成机加工 。这将使形状的改变，不仅在机加工的过程中而且在最后的热处理的过程中得到最小化。 焊接部分通常会有内应力，这是由不同热和冷循环的结合和交接部分的改变形成的。这种应力是机加工操作中值得考虑的应力运动。 表面处理在过去二十年，几种方法已经被介绍用于提高钢的表面硬度。有一些方法已经发展成表面碳化和表面氮化，以更少的时间得到更好的可控的环境以及提高的性能。很多种盐浴处理已经被采用，现在一些很广泛的新方法也已经可以利用。 在铸模工业表面处理应用于钢以提高管口，型芯，喷射栓，注射套管的性能，以提供最大化的抗腐蚀。模具的处理只得到有限的认可，因为在大型模具上复杂的热量类型的产生导致足够高的可以打破很薄的表面处理层的内应力产生，从而导致产品很早就夭折。在锻造中的经验表明他们的表面处理不是特别成功。 第二章2.1概论 这章主要介绍不同模具的设计，模具成型步骤以及过程，还有模具成型过程的方法，等等，它们包括以下部分： 1金属板料成形 2. 冲模 3.冲裁模 4.弯曲模 5.拉深模 6.复合模2.2 金属板料成形2.2.1板料成形中的成型方法 种类众多的用于自动和电子工业的金属板料部件产生于大量的可以归结为一般的金属板料成形的过程。金属板料成形通常被搬到几百英尺长的工厂。 很难想象它们的大小和花费，如果没有参观过这样的一个自动化工厂，站在这些巨型机器的旁边，你能感觉到地板在颤动，观看重物操作者将部件从一台机器搬到另外一台。我敢确定，一个录影带或者电视不能表达今天的自动生产线的规模。另外一个因素，一个人站在这种生产线旁边看到的是不同的板料成型操作由自动的仪器板来完成。冲裁是通过简单的剪切创造的，但是从那时起一个更广泛的范围，弯曲，拉深，伸长，切断，修剪取代了它，每一种方法都需要一种特别的传统制作的模具。 尽管这种广泛的亚处理方式，每一种情况要通过不同的成型方式完成，如我们所知的拉深，伸长和弯曲。三种方式都可以通过考虑到成型最小的处于不同的板料平面应力状态的板料单元来说明。图2-2考虑到一个最简单的成型过程，即从一个圆的冲裁件生产圆柱体杯子。 拉深在冲裁边缘被观察到因为它水平的通过模具冲孔的下行动作拉深。板材边沿的单元向径向伸长，向圆周方向接触，板材的厚度保持近似不变。 伸长是这样的一个词语，它是用来形容成型时一个单元的板材被在两个方向的板平面上拉伸。一种拉伸的特殊成型方式，在大多数成型操作中都会用到的是平面应力拉伸。在这种情况下一个平板单元只在一个方向拉伸，而没有尺寸大小的变化，但是在厚度上有改变，即变薄了。 弯曲是一种成型模式，即当板料用于检查一副模具或者冲孔半径，因此经历了一个方向上的改变。成型就是一个平面应力伸长和接触的例子。 2.2.2 金属板成型过程特征 所有主要的板料成形过程和所有用于制作金属板料产品的装备描述如表格2-1 2.3 冲孔模2.3.1冲孔模工作过程中，剪切时冲击力迅速增大，因为整个厚度被同时剪断。被剪切区域的位置随时可以通过冲孔和模具表面被控制（见图2-3）。几何形状和纸冲孔相似，你能通过近距离观察冲孔边缘看到。拔模斜度特别适合剪切厚板，以为在开始击打时它就减少的力；它也减少了操作噪声。2.3.2 冲孔模设计 完整的用来在板料的一次压力机的冲击下切一个孔或者多孔的压力工具，它们被一个大的制造商分类和标准化了如表格2-4. 模具是任何完整的压力工具，即由一对匹配的生产压力部件组成，包括所有的支持和实现机器的单元。压力机终端通常定义了任何完整压力工具作为模具的副部件。 导向销或者导正杆被固定在凹模中。凸模包括在导正销上滑动的衬套。凸模和凹模在导正销和衬套的组合下构成模具装置。模具装置在很多尺寸和设计中商业性很好。导向销如图2-4所示。 安装在上模座上的凸模固定装置固定两个圆形凸模（模具中的突出部分），这两个圆形凸模通过插入在卸料板上的模套进行导向。轴套，或者衬套包围了一个凸模以阻止它在压力机凸缘压力的作用下扣住。在穿透工作材料后，两个凸模进入模具衬套一点距离。 副部件，或者凹模由两个模具衬套插在模具块中组成。由于压力机凸模孔要与直径需求配套，凸模的直径要比有误差的冲孔的直径大。 由于工作材料块或者说工件能待在上行的凸模上，它可能需要将在凸模上的材料拿下。弹力卸载器使工件固定使其与模具块方向相反，直到凸模脱离模具孔。一个工件被冲孔通常固定和定位在一个网里。材料台通过销钉、材料台或者其他类型的用于固定的步骤来在凸缘下行之前固定在模具上。2.4 冲裁模设计2.4.1模具剪切操作中的剪切 金属板料制件做成之前，一个适当尺寸的板料首先要通过剪切大的板料制成，即，板料通过剪切应力剪切板料，典型的在凸模和凹模中发展完成。在以下的图2-5中剪切操作呈现出来。 图2-5（a）展现了图解说明通过凸凹模剪切，指出了一些过程的变量。图2-5（b）和（c）指出了凸模孔和栓的特征的特点。说明两个图的范围是不同的。 在模具部件中切割金属是一个剪切过程，金属在两个切割边缘的应力下剪切到破碎点或者超过其强度。 金属由拉应力和压应力支配，拉伸到塑性极限出现时，然后塑性成型，减少面积，最后，裂纹通过平面间隙的形式开始于减少面积的区域，然后完成。 基本的剪切和切割的步骤表现在图2-6.。凸模施加在金属上的压力倾向于使其成型于开式模。当塑性限制被更多的载荷超过，金属的一部分将会在力的作用下压入开式模以压纹版的形式在材料较低的表面上。一个相应的压力发生在较高的表面，如表格2-6（a）指出。当载荷继续增加时，凸模将会穿透金属一定的深度而且会施加力到一个相等部分厚度的金属压入到模具中，在图2-6（b）中指出。穿透出现在裂纹出现之前，通过切割完成时减少金属交错部分区域。裂纹将会开始在上下切削边缘减少的区域，如图2-6（c）和（d）图指出。如果误差适合于材料的切割，这些裂纹将会互相传播，最后相遇，导致最后的分离。凸模的进一步运动将会通过切模块将切割部分送到开式模。2.4.2 压力中心 如果板料的轮廓被不规则的改变，剪切力在缘的中心的一边的总和将会极大的超过另一边的力。这种不规则导致弯曲瞬间在压力凸缘，不期望的反应和不协调。因此需要找到一个点关于总结剪切力的对称性。这个点叫做压力中心，是板材的圆周的重力重心。它不是这块区域的重力重心。 压力工具将会设计成当工具固定在压力机上时，压力中心将会在压力机凸缘的轴线上。2.4.3 间隙 一个模具装置的匹配部分间的空间是间隙。切割边缘间的合理间隙保证了破断的完成。剪切边缘的破断部分将会有一个好的间隙。切割边缘的最佳值的完成，合适的间隙是需要的也是这种功能的类型，厚度，和调和工作材料。间隙，切割和破裂在图2-7中所现。2.4.4 冲裁模具设计在图2-8中的一个小的冲裁模的设计和图2-4中冲孔模一样除了一个模具取代了模具轴套和两个冲孔凸模被一个冲裁凸模取代。一个模块步被包括取代网状平板。设计使废料可以通过，因此完成的板料可以通过凹模落下和压力机。大的板通常由转换的板料模生产（图2-9），凹模固定在上模座，凸模固定在下模座。通过垫板的大的板料常不实用但是它的尺寸需要部分设计（图2-10）在转换模具的草图，或者角度间隙是不必要的因为板料不需要通过它。为了方便建造，重新磨削和强化每个切边的每个部分不能包括点和修剪的直的轮廓。图2-10中一二部分列出包括整个半圆直的轮廓也包括在其他六个部分中。弹簧载荷卸料版固定在凹模座上；它在来自凸模块上的卸料版移动上行固定在下模座。卸料栓固定并且导向卸料版的移动。在凸缘的上行过程中，上端部打料杆击打压力机框的一边，力使杆较低的末端下行，通过凹模使完成的凹模从型腔中出来。一个步垫圈保留杆，限制它们的运动。2.4.5不同剪切操作的定义在剪切过程中几种操作方法被呈现出来。我们先定义两个词语。在冲孔中，剪切的料被丢弃。在板料中，料是工件，其余的是废料。下面描述的很多操作能被搬到电脑数控操作机器上用快换工具完成。这种机器在制作那些需要几种操作的板料原型部件特别有用。模具切割是一个剪切过程包括以下操作（图2-11（b）A：打孔在板料上冲一些孔B：分离剪切板料至两块或者更多块C：冲缺口把碎片从边缘移走D：切块不离开材料的情况下剥离小片附件 图或者表格图21 板料成型一个简单的杯图22 板料成型模式图23 冲孔过程的例子 图24 典型的冲孔单工序模图25 通过凹模剪切的说明图26 剪切金属的步骤 （a）塑性成形 （b）减少 （c），（d）断裂图27 凸模误差，剪切金属的充入和断裂图28 一个简单的冲裁模图29 一个倒置的冲裁模图210 模具八个部分的展示图211 不同的剪切操作22