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    論模具零部件尺寸如何敲定更科學?

    作者:handler發布時間:2021-04-08 14:19點擊:106

    模具是一種比較特殊的產品。嚴格的說,它應隸屬于工裝、夾具之類。雖說制造業中如汽車、船泊、機床等等都有其制造標準,但也作為工裝類的模具,卻沒有統一的制造標準。

    目前,模架及頂針、推管、水嘴等模具零、配件雖然已實現了標準化,可供我們選擇使用,但對模具零件如何給定一個合理的、正確的尺寸則是一個比較難以解決的問題。

    這是因為模具是一種比較特殊性質的產品所決定了的。模具零件幾何形狀千姿百態,尺寸也不盡一致,同時模具零件的尺寸受制約的因素也很多,假設我們要生產一個同一尺寸的產品,由于使用了不同的成型材料,不同的進料方式、澆口的位置,甚至澆口的大小都會導致模具零件的尺寸不一樣。出于上述原因,我們在設計時,如何給定一個合理的模具零件的尺寸,是一個重要的問題。

    我們在對很多注塑件進行檢測時發現,有些設計人員或者是模具的制作、生產人員給定的模具零件尺寸極不合理,甚至說是十分錯誤的;對公差的給定其概念也十分模糊;導致了產品的尺寸出現了問題,從而使模具返修,試模(送樣)、檢測等工作重復進行,造成了很大的浪費。

    在我國機械制造業中,除紡織機械外,基本上采用的都是基孔制。這是因為孔的加工相對來說要難于軸,所以以孔為基準,用軸來匹配是比較符合實際的;同時也可以減小工作(加工)量,降低生產成本。所以,在已頒布的國家標準中,在一定的尺寸范圍內給出了孔和軸配合公差的尺寸。但我們發現:在模具零件制造時,很難實施和得以應用,也就是說,我們在制作一個模具零件時,無法按國家標準所制定的孔和軸配合公差尺寸給定模具零件尺寸和公差。

    假設我們要制作一個尺寸為200mm×200mm×85mm這樣一個鑲塊。原則上,這樣一個鑲塊應視作為軸,參照現行的國家標準我們選取了G6的配合,其公差值為-0.015,那么,這個鑲塊的上限尺寸為:200mm×200mm×85mm,下限為:199.985mm×199.985mm×84.985mm。假如我們做到了以上所要求的尺寸,即:199.985mm×199.985mm×84.988mm,按照標準,這個零件是合格的。而與其相匹配的孔我們取G6的公差,其公差值為+0.044,則這個孔的上限為:200.044mm×200.044mm×85.034mm,下限為:200mm×200mm×85mm。如果我們將這個孔的尺寸做到它的上限200.044mm×200.044mm×85.034mm,按照選定的標準,這個尺寸也是合格的。

    現在我們先不去考慮它的幾何形狀是否符合要求,但我們發現:當“軸”的尺寸在下限時,“孔”的尺寸在上限時,以上二個幾何體之間存在著0.059的間隙(其平均值為單邊0.03)。假設我們使用的成型材料為PP,而PP料的溢邊值是0.02,那么這個間隙就可能會產生“飛邊”,從而滿足不了要求。何況受到各種困素的影響,而這個理論上的單邊0.03的間隙在實際上是無法均衡取得的,這就使得我們在實際操作上帶來一系列問題。首先,我們如何給定名義尺寸。如果我們給這個鑲塊和與其配合的孔都給定為200×200×85,這就是我們通常所說的“零配零”,但我們都知道,實際上這是很難做到的,即使做到了也不一定能適用,這是因為零部件除了名義尺寸的準確外,還有一個幾何形狀的問題。

    我們通常看到的零件圖或者是3D造型所提供的數據,多數是“零配零”的尺寸,實際上這是不正確、不合理的。

    我們都知道,采用不同的加工手段和采用不同類型加工機床,其結果是不一樣的。這個鑲塊和與其配合的孔可以用CNC、EDM或線切割、普通銑床等加工機床來完成,而不同類型、不同加工手段和不同類型的加工機床會產生不同等級的表面粗糙度,所以必須根據不同類型加工機床和不同的加工手段來考慮加工后應預留精細加工的余量,而這個余留量是很難確定的。不同類型加工機床、加工工藝、操機人員的技術能力,甚至工件的裝、夾是否正確、合理都會對尺寸產生很大的影響,這些問題要想在給定名義尺寸時都考慮得十分周到是非常困難的,何況在我們很多模具制造企業沒有工藝部門來制訂加工工藝,設計部門或設計人員無法確定到底用哪種設備來加工這個零部件,所以,我們通常都采用加大余留量的辦法來解決它,這實際上是一個無可奈何之舉;但是,這個無可奈何之舉也給后續加工帶來了很大的工作量。我們可以看到,鉗工經常使用電磨頭、角向砂輪、銼刀等手動工具在修正尺寸,這樣做的效果是顯而易見的,而這種不規范的加工手段既增加了勞動強度,又消耗了工作時間,而效果卻十分的差。

    綜觀寧海地區的模具,在結構的設計方面是做得比較好的,但是在表面、外觀上有一部份產品確實令人不敢恭維,有的制品用“慘不忍睹”來形容也絲毫不為過,而造成這種不良現象的一個重要原因,也是與設計給定的名義尺寸時不能正確、合理的給定配合尺寸、公差有著很大的關系。

    講到這里,有的人可能會說,這是由于我們的加工機的精度、檔次不高所造成的。但我想,這雖是一個重要的方面,但也不盡然。即使我們的某些零部件尺寸精度達到了納米級,它還會與其相配合的零、部件存在著裝配關系。如果我們給不了一個正確、合理的配合尺寸,問題照樣會出現,因為我看到有的模具制造企業所擁有的加工設備其精度可以控制到0.01-0.02之間,從理論上說是可以滿足一般產品的要求了。但光是一個零部件的尺寸達到了要求,而在裝配關系上沒有得到合理的處置,而是需要用人工修磨的手段來達到裝配要求,同樣得不到良好的效果。

    所以,有的模具制造企業盡管擁有高精度的加工設備,但在進行模具組裝時,仍有人在從事人工修磨的工作。所以說,單憑某個零件尺寸精度達到了要求,還不能完全滿足整個模具的功能和產品的要求。

    另外還有一個問題就是,如何去判定一個零部件的尺寸是否能滿足使用要求?

    一般的模具制造企業都配置了檢測設備,如三坐標測量儀,它可以檢測到小數點后的三位值,它可以檢測出一個零部件的尺寸,但很少有人能判定一個零部件的尺寸是否能符合和滿足使用要求,這是一個普遍存在的問題。

    由于上述問題的存在,也給我們的設計人員提出了一個嚴峻的問題,就是:如何給模具零件一個合適的尺寸?這就對模具的設計人員和制造者提出了一個非常高的要求。

    以上面所列的鑲塊為例。這個鑲塊我們采用線切割來成型,其中高度20mm為栽入部分,斜度取為1°,其余部分為成型面,脫模斜度取1°30′,產品要求表面粗糙度在Ra3.2以上,成型材料為PP。根據要求,達到Ra3.2以上的表面粗糙度,手工拋光時用到800#水砂就基本可以滿足,現根據以往的經驗,用線切割成型的零件表面的粗糙度一般在Ra12.5左右,要想達到Ra3.2以上的表面粗糙度,零件表面單面應留出0.06-0.08的(拋光)加工余量。同時,這個鑲塊在模具上為軸,而在制品上則為孔,我們取GB/T1804-2000中線性尺寸的極限偏差數值中m級所制定的值200mm+0.50mm=200.50mm,65mm+0.30mm=65.30mm。在此,我們取收縮率0.16%,則這個鑲塊的尺寸為200.82mm×200.82mm×65.31mm,再加上拋光所需的單邊0.08mm的加工余量,鑲塊的尺寸應為200.90mm×200.90mm×65.39mm。同時,我們還要考慮到分子流向所產生的尺寸變異,200.90mm×200.90mm這個尺寸未必是合理的。當然,對一般要求的產品而言,問題還不算太大,但對精度要求很高的產品而言,可能就會滿足不了要求。

    模具零件實行標準化,是很多模具制造企業在追求的一個目標。但上述問題的存在又是一個非常突出的而又普遍存在的問題,要實行模具零件標準化,這是一個必須解決的問題。

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