模具精定位什么材质_超精密模具定位结构

目录：

• 1、注塑模具的结构
• 2、精密塑胶模具主要要求在那些方面？
• 3、精密模具有什么特点?
• 4、精密超精密加工机床关键技术分析

注塑模具的结构

注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射成型机的移动模板上，定模安装在注射成型机的固定模板上。在注射成型时动模与定模闭合构成浇注系统和型腔，开模时动模和定模分离以便取出塑料制品。

注塑模具依成型特性区分为热固性塑胶模具、热塑性塑胶模具两种；依成型工艺区分为传塑模、吹塑模、铸塑模、热成型模、热压模（压塑模）、注射模等，其中热压模以溢料方式又可分为溢式、半溢式、不溢式三种，注射模以浇注系统又可分为冷流道模、热流道模两种；以按装卸方式可分为移动式、固定式两种。

注塑模具是一种生产塑胶制品的工具;也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。注塑成型是批量生产某些形状复杂部件时用到的一种加工方法。具体指将受热融化的塑料由注塑机高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品。

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。

浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。典型塑模结构。

精密塑胶模具主要要求在那些方面？

塑料模具结构

一.设计注射模具应考虑的问题:

1.了解塑料熔体的流动行为,考虑塑料在流道和型腔各流动的阻力,流动速度,校验最大流动长度.根据塑料在模具内流动方向(即充模顺序),考虑塑料在模具内重新熔合和模腔原有空气导出的问题.

2.考虑冷却过程中塑料收缩及补缩问题.

3.通过模具设计来控制塑料在模具内结晶.取向和改善制品的内应力.

4.进浇点分型面的选择问题

5.制件的横向分型抽芯及顶出的问题.

6.模具的冷却或加热问题.

7.模具有关尺寸与所用注射机的关系,包括与注射机的最大注射量.锁模力.装模部分的尺寸等的关系.

8.模具总体结构和零件形状要简单合理,模具应具有适当的精度.光洁度.强度和刚度,易於制造和装配

二.注射模具的典型结构

1.成型零件

型腔是直接成型,塑料制件的部分通常由公模仁,母模仁组成.

2.浇注系统.

将塑料由少射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统,由主流道.分流道.浇口.冷料井所组成.

3.导向部分

为确保动模与定模合模时准确对中面设导向零件.通常有:导柱(GP).定位块.顶出导柱(EGP)等

4.分型抽芯机构

带有外侧凹或侧孔塑件在被顶出之前,必须先进行侧向分型,才能顺利脱模.常见机构有:滑块(包括母模抽芯滑块,母模爆炸式滑块),斜销等.

5.顶出装置

在开模过程中,将塑件从模具中顶出的装置.常见机构有:顶针.顶管.顶出块.斜销等.

6.冷却加热系统

为了满足注射工艺对模具温度的要求,模具设有冷却或加热系统.一般在模具内开设冷却水道,加热或油类物质.

※水孔直径选取Φ4.Φ6.Φ8.Φ10.Φ12.Φ16… …

※”○”型环(见图6 )

A内压式 B外压式

水路的形式(见图7)

＊ 一般隔板式用图(见图7a)

用于小型模具(见图7b)

用于成品模腔很深的模具(见图7c)

7.排气系统

为了在注射过程中将型腔内原有的空气排,常在分型面处开设排气槽,但有时小型塑件排气排气量不大,可直接利用分型面排气.许多模具的顶杆或入子与模具的配合间隙,均可起排气作用.(见图8/9)

8.支撑柱

对於较大或大型模具,为防止公模板变形而加设支撑柱.一般要求支撑柱高出模脚0.10~~0.15mm以补偿支撑柱本身受压变形.

9.回位机构

为使上下顶出板回位面设有回位机构

回位机构除回位销(RP)外,还有强制拉回的机构,急回机构

(1)通常RP上装有弹簧(见图#) 装此弹簧的作用就是在弹簧弹力的作用下让上下顶出板迅速回位

弹簧规格一般选轻小荷重或轻重荷重

(2)有时当斜销有靠破或顶针有靠破时而加弹簧於回位销底部.目的是保护顶针或斜销, 或者顶针和斜销碰伤母模面(见图2)选择型号一般为中荷重或重荷重

(3)当模具结构中没有斜销机构时一般都要加顶出板来装强制拉回机构以防止斜销运动不畅,对於大型模具而言,一定要加设拉回机构(见图#)

(4)模具的滑块机构底下有顶针时,为保护顶针而加设急回机构,常见急回机构如图.(见图4)

10.标准模座

(1).我们的模座全部由外协厂订做,所以模座的选取及规格的要求不是很严格.(通常我们模座规格采用富德巴标准模座)

(2).二板模模座的构成(见图5)

通常二板模由上固定板.下固定板.母模板.公模板.上顶出板.下顶出板

有时也会出现以下两种情况:

a当为增加母模板强度加厚母模板,而省掉上固定板

b当有时增加热流板

三.二板模之结构及各零件的名称:

四.部分标准零件的配置要求

※GP的配置要求

1 ‧GP的作用：

1. 使固定侧与可动侧精确定位。

2. 支承模具重量。

3. 保护模仁

2‧GP材质SUJ2； 热处理HRC60°±2(高频淬火)。

3．GP规格及配合要求。(超连结GP标准件)

4．GP直径及位置的选取。(超连结GP直径及位置)

5．GP配置形式及使用场合。(如下图)

使用A型衬套 使用B型衬套 公模板深及大型 便于取成品

一般场合下 模板深减小衬 模具 母模仁落差大

套配合长度 增加模具强度 防止导注油污沾上成品

6．GP长度的确定。(如下图)

高出成品面 15~25MM左右 高出斜撑销10~15MM左右

※RP的配置要求：(RP的作用：使顶出板回位)

1. 模具需自动生产时一般要在RP下装弹簧，如图一所示：弹簧规格为TR型。(超连结TR弹簧规格)

注：弹簧安装要求

A‧在作动前状态下，弹簧预压量取5~10MM。

B‧如需先回位情况下，弹簧预压量取10MM以上。

2. 模具有斜销机构且斜销无靠破时，RP下可不装弹簧，以防止成品被

斜销拉回。如图二所示：

3. 模具有斜销机构且斜销有靠破时，RP底部装弹簧以保护斜销靠破面。

如图三所示：

4. 模具装有顶板导柱(EGP)时，RP在各板之间均逃料。如图四所示：

3‧RP材质------SUJ2； 热处理HRC60°±2(高频淬火)。

4‧RP规格(超连结RP标准件)。

图一 图二 图三 图

※EFP的配置要求

1‧EGP的作用：

导向顶出板运动，防止顶出板受力不均而顶出不平衡。

2‧EGP的材质------SUJ2； 热处理HRC60°±2(高频淬火)。

3‧EGP规格及配合要求。(超连结EGP标准件)

4‧EGP直径的选取。

EGP直径大小与RP直径大小一致。

5‧EGP的装配形式及使用场合。(如下图)

一般模具 小模具 模温高及压铸模

6‧当模具装有EGP时，RP在各模板均逃料。(超连结RP配置要求)

※STP的配置要求

1‧STP的作用。

1. 减少顶出板与下固定板接触面积，易条整顶出板平面度。

2. 防止顶出板与下固定板直接接触。

2‧STP材质-----S45C， 热处理HRC40°~45°

3‧STP规格(超连结)。

4‧STP位置的确定。

A回位梢(RP)下必装STP，因受力最大，防止变形。(如图一)：

B STP避免与其它零件干涉，如SP、EGP、K.0孔及顶管。

5‧STP数量的确定。(如图二)

图1 图2 图三

L长度 数量

L200 4支

200L400 6支

400L 8支以上

注：大型模具需在中间加STP，以增加下顶出板的支点，防止顶板变形。(如图三)

6‧STP安装形式。(如下图)：

易取下，可 单独加工， 不易取下，一般用在小

大型模具建义使用此STP 。 型模具中可整体加工。

※KO孔的规格

1‧K.O孔平面布置图如下：

注：A型K.O孔=Φ40； B型K.O孔=Φ60

2‧K.O孔的中心位置要与注口中心一致。

3‧模具较大且斜销时要装拉回机构

五.三板模

1. 三板模结构介绍(见附图)

2. 三板模的开模顺序

合模 射出成型 保压 开模 B与C分开 A与B分开 C与D分开.

3. 小拉杆的行程确定

4. 大拉杆的行程确定

精密模具有什么特点?

产品尺寸要求严格.产品一致性好,光洁度要求高,结构复杂而又要耐用,这都是精密模具的基本要求公差达+-0.001。

模具（mú jù），工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。素有“工业之母”的称号。

参考精密模具制造工艺》：本书主要介绍模具制造工艺规程编制、模具材料及热处理、模具零件毛坯准备、模具零件的机械加工、数控机床加工、各种特种加工与电化学加工、模具计算机辅助制造、加工中心程序编制、模具装配工艺、模具检验与模具高速切削技术等。

精密超精密加工机床关键技术分析

超精密加工机床的关键部件技术

哈尔滨工业大学 盖玉先 董申

1 引言

超精密加工机床的研制开发始于20世纪60年代。当时在美国因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，因而急需开发制作反射镜的超精密加工技术。以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密加工机床应运而生。1980年美国在世界上首次开发了三坐标控制的M-18AG非球面加工机床，它标志着亚微米级超精密加工机床技术的成熟。日本的超精密加工机床的研制开发滞后于美国20年。从1981～1982年首先开发的是多棱体反射镜加工机床，随后是磁头微细加工机床、磁盘端面车床，近来则是以非球面加工机床和短波长X线反射镜面加工机床为主。德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床技术也都处于世界先进水平。我国的超精密加工机床的研制开发工作虽起步比较晚，但经过广大精密工程研究人员的不懈努力，已取得了可喜的成绩。哈尔滨工业大学精密工程研究所研制开发的HCM-Ⅰ超精密加工机床，主要技术指标达到了国际水平。国外部分超精密加工机床和HCM-Ⅰ超精密加工机床的性能指标如表1所示。本文主要论述超精密加工机床的关键部件技术。 表1 国内外典型超精密车床性能指标汇总 型号(生产厂家) HCM-Ⅰ

(中国哈工大) M-18AG

(莫尔特殊机床,美国) Ultraprecision CNC machine

(东芝,日本) Ultraprecision Lathe

(IPT，德国)

主轴 径向跳动(μm) ≤0.075 ≤0.05(500r/min) ≤0.048

轴向跳动(μm) ≤0.05 ≤0.05(500r/min)

径向刚度(N/μm) 220 100

轴向刚度(N/μm) 160 200

导轨 Z向(主轴)直线度 ＜0.2μm/100mm ≤0.5μm/230mm 0.044μm/80mm

X向(刀架)直线度 ＜0.2μm/100mm ≤0.5μm/410mm 0.044μm/80mm

X、Z向垂直度(") ≤1 1

重复定位精度(μm) 1(全程)

0.5(25.4mm)

加工

工件

精度 形面精度(μm) 圆度：0.1 平面度：0.3 ＜0.1(P-V值) 0.1

表面粗糙度(μm) Ra0.0042 0.0075(P-V值) Ra0.002 0.002～0.005RMS

位置反馈系统分辨率(μm) 25 2.5 10

温控精度(℃) ≤0.004 ±0.006 ±0.1

隔振系统固有频率(Hz) ≤2 2

加工范围(mm) 320 356 650×250

2 主轴系统

超精密加工机床的主轴在加工过程中直接支持工件或刀具的运动，故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。因此可以说主轴是超精密加工机床中最重要的一个部件，通过机床主轴的精度和特性可以评价机床本身的精度。目前研制开发的超精密加工机床的主轴中精度最高的是静压空气轴承主轴(磁悬浮轴承主轴也越来越受到人们的重视，其精度在迅速得到提高)。空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度。主轴振摆回转精度是除去轴的圆度误差和加工粗糙度影响之外的轴心线振摆，即非重复径向振摆，属于静态精度。目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05μm，最高可达0.03μm，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度。例如主轴的回转精度大约可以达到轴和轴套等轴承部件圆度的1/15～1/20。日本学者研究表明，当轴和轴套的圆度达到0.15～0.2μm的精度时，可以得到10nm的回转精度，并通过FFT测定其所制造的精度最高的空气轴承主轴的回转精度为8nm。HCM-Ⅰ超精密加工机床的密玉石空气轴承主轴的圆度误差≤0.1μm。另外，空气轴承主轴还具有动特性良好、精度寿命长、不产生振动、刚性/载荷量具有与使用条件相称的值等优点。但是在主轴刚度、发热量与维护等方面需要做细致的工作。要做到纳米级回转精度的空气轴承主轴，除空气轴承的轴及轴套的形状精度达到0.15～0.2μm，再通过空气膜的均化作用来实现外，还需要保持供气孔流出气体的均匀性。供气孔数量、分布精度、对轴心的倾角、轴承的凸凹、圆柱度、表面粗糙度等的不同，均会影响轴承面空气流动的均匀性。而气流的不均匀是产生微小振动的直接原因，从而影响回转精度。要改善供气系统的状况，轴承材料宜选用多孔质材料。这是因为多孔质轴承是通过无数小孔供气的，能够改善压力分布，在提高承载能力的同时，改善空气流动的均匀性。多孔质材料的均匀性是很重要的。因为多孔质供气轴承材料内部的空洞会形成气腔，如不加以控制会引起气锤振动，为此必须对表面进行堵塞加工。 3 直线导轨

作为刀具和工件相对定位机构的直线导轨，是仅次于主轴的重要部件。对超精密加工机床的直线导轨的基本要求是：动作灵活、无爬行等不连续动作；直线精度好；在实用中应具有与使用条件相适应的刚性；高速运动时发热量少；维修保养容易。超精密加工机床中的常用导轨有V-V型滑动导轨和滚动导轨、液体静压导轨和气体静压导轨。传统的V-V型滑动导轨和滚动导轨在美国和德国的应用都取得了良好的效果。后两种都属于非接触式导轨，所以完全不必担心爬行的产生。从精度方面来考虑后两种也是最适宜的导轨。液体静压导轨由于油的粘性剪切阻力而发热量比较大，因此必须对液压油采取冷却措施。另外液压装置比较大，而且油路的维修保养也麻烦。气体静压导轨由于支承部是平面，可获得较大的支承刚度，它几乎不存在发热问题，如�畛醯纳杓坪侠恚�蛟诤笮�奈�薇Q�矫婕负醪换岱⑸�裁次侍狻5�匦胱⒁獾脊烀娴姆莱尽？掌�脊斓募湎督鑫��肝⒚祝��匀绱舜笮〉某景H庋凼强床坏降模�庋�某景＜词故墙嗑皇乙膊荒芡耆����景B淙肟掌�脊烀婺诨嵋�鸬脊烀娴乃鹕恕W芴蹇蠢矗�掌�惭沟脊焓悄壳白詈玫牡脊欤��舨荒鼙Vし莱咎跫��蛐敫挠靡禾寰惭沟脊臁D壳翱掌�惭怪毕叩脊斓闹毕叨瓤纱?.1～0.2μm/250mm。

HCM-Ⅰ超精密加工机床上使用的即是空气直线导轨，其气浮面上的压力分布如图1所示。

图1 气浮面上的压力分布

通过安装调整空气静压导轨得出如下结论：(1)必须保证足够的排气通道，否则溜板将产生位置扰动，扰动量有时达数微米。(2)从理论上讲减小节流孔径和气膜厚度，可以提高溜板刚度，但带来工艺上的困难。用传统机械加工手段很难加工出＜f0.15mm的小孔，需探求其它加工手段，也对防止小孔堵塞提出了更高的要求。(3)T型导轨的侧气浮块和下气浮块均由螺钉紧固，形成悬臂结构，当用螺钉紧固和有空气压力作用时，有可能产生变形，使气膜厚度不均匀以致于影响其性能。但经过计算证明，使用长螺钉时，气浮块和螺钉变形均稍大；使用短螺钉时，气浮块和螺钉的变形都在亚微米级，可忽略不计。

4 进给与微量进给系统

进给系统中最常用的是各种进给丝杠，在超精密加工机床中滚珠丝杠因其反向间隙小、传动效率高而得到了广泛的应用。精度更高的静压丝杠和摩擦驱动装置也逐渐用于超精密加工机床。

超精密加工机床的滚珠丝杠一般的精度等级为C0级。由于是闭环控制，利用最好等级的滚珠丝杠，可获得现行最高水平0.01μm的定位精度。滚珠丝杠不需要静压丝杠所必需的附属装置，是使用极为方便的丝杠。但作为亚微米级超精密加工机床的进给丝杠必须考虑到由于滚珠的转动和滚珠间的接触滑动有微小的振动及与滑动丝杠等相比较振动衰减特性差等问题。HCM-Ⅰ超精密加工机床采用的滚珠丝杠，在严格保证伺服电动机与丝杠、丝杠和螺母与底座和溜板的联接装配的基础上，加大溜板气浮面积、提高其气浮刚度，从而减小由于丝杠的误差对溜板运动精度的影响。并且丝杠螺母与溜板采用了浮动连接结构，从而减小了溜板起伏造成滚珠丝杠受压波动而引起的丝杠瞬间或永久的变形。同时也避免了由于滚珠丝杠本身弯曲引起的因丝杠旋转而造成的溜板运动误差，因此实现了运动的最小位移分辨率≤0.01μm。

静压丝杠副的丝杠与螺母由于不直接接触，而是有一层高压液体膜相隔，所以没有由于摩擦而引起的爬行和反向间隙，因此可以长期保持精度，进给分辨率更高；又由于油膜具有均化作用，可以提高进给精度，在较长的行程上可以达到纳米级的定位分辨率。但是静压丝杠装置较大，且必须有油泵、蓄压器、液体循环装置、冷却装置和过滤装置等众多的辅助装置，另外还存在环境污染问题。

摩擦驱动是通过摩擦把伺服电动机的回转运动转换成从动杆的直线运动，实现无间隙传动，其工作原理如图2所示。从微观上看，压紧轮与从动杆之间的油膜处于液体润滑状态，润滑油的剪断特性决定牵引系统。因而要选择系数较高的润滑油。压紧轮滚动时实现进给，进给分辨率取决于伺服电动机回转一周的步进数。采用摩擦驱动进给的一个重要问题是预压，若预压力过小，则接触面有可能产生滑动；若预压力过大，由于弹性变形，则很难实现正确的驱动。另外由于预压力的存在，还容易产生磨损问题。新的研究表明，用扭曲滚轮摩擦驱动可以实现埃(?)级定位。

图2 摩擦驱动原理图

各种进给丝杠及摩擦驱动特性如表2所示。

超精密加工机床中还广泛应用微量进给机构，以满足对更高定位精度和进给分辨率的要求。常用的方法有采用滚动丝杠进给和弹性进给并用的方法和由粗调和微调压电元件组合的方法。HCM-Ⅰ超精密加工机床采用的是压电式微量进给刀架。 表2 各种进给机构特性表 种类 优点 缺点 定位精度

进给丝杠 滑动

丝杠 制造容易，但需有研磨加工技术，衰减性好 需注意爬行 经仔细研磨加工后定位精度为0.01μm

前加工需达到0.1μm

滚珠

丝杠 已有规格化，容易搞到(C0)级 衰减性不好，

需注意爬行，

注意微小振动 最高可达0.01 μm

前加工需达到0.1μm

液体静

压丝杠 精度高，衰减性小 装置大，辅助设备多和维护难，油污染 相当好的定位精度为0.01μm，通常是

0.03 μm

气体静

压丝杠 精度高，维护容易 加工难 0.01μm

摩擦驱动 精度高，结构简单 需要适宜的预压和管理 当前的目标是0.01μm

压电元件 超微细的分辨率(亚纳米，nm) 行程微小(几微米～十几微米) nm，

5 环境条件

超精密加工的环境条件有三。其一是污染，超精密加工机床必须置于洁净的超净室内才能充分发挥其优势。室内的洁净度以一立方英尺中0.5μm以上的灰尘的数量表示。作为超精密加工机床的工作环境应为20000～3000级以下。

其二是振动。环境振动的干扰不仅会引起机床本体的振动，更主要的是会引起切削刀具与被加工零件间的相对振动位移，后者将直接反映到被加工零件的精度和表面质量上。因此超精密加工机床必须设置性能优异的隔振装置。目前国外超精密加工机床中，大多数采用以空气弹簧为隔振元件的隔振系统，并取得了较好的隔振效果。这主要是因为空气弹簧在具有较大承载能力的同时，具有较低的刚度。弹簧的低刚度可使隔振系统获得较低的固有频率，远离环境干扰频率，提高隔振效果。经理论分析研究和计算比较，HCM-Ⅰ超精密加工机床采用了直筒约束膜式结构，并取内、外变角均为0°。这样不仅弹簧刚度的线性度好，而且结构简单，便于模具的制造以及装置的安装和调整。

表3 提高超精密加工精度的计划目标 误差原因 日本精度(μm) POMA计划值(μm)

位置检测精度

定位精度

偏摆、俯仰、倾斜

直线度

轴向跳动

径向跳动

主轴的延伸

主轴驱动

热的影响

工件的装夹

形状精度(综合精度) 0.005

0.005

(0.05")

0.02

0.005

0.005

0.025

0.01

0.025

0.025

0.05 0.05

0.01

0.02

0.02

0.02

0.02

0.05

0.01

0.05

0.05

0.1

注：POMA是在将直径为800mm的大型非球面反射镜的形状精度提高到0.1μm的前提下出来的。

p其三是温度。超精密加工机床的加工必须在恒温室内进行，加工过程中温度的变化，会造成机床运动精度下降，不能获得所定的加工精度。为了解决这一问题，通常从两个方面入手，一是选择合适的部件材料，超精密加工机床中使用的和候选的材料有氧化铝陶瓷、铸铁、钢、殷钢、花岗岩、树脂混凝土和零膨胀玻璃。从实际出发，HCM-Ⅰ超精密加工机床几乎全部采用花岗岩。二是保持温度的恒定控制。在总结国内外经验之后，哈尔滨工业大学提出了“有效冷流速率”的概念，在此基础上进行的超精密恒温供油系统的温控精度达到了世界先进水平。

6 结束语

亚微米级超精密机床HCM-Ⅰ的诞生，标志着我国的超精密加工研究跨入了国际行列。但它毕竟还没有走出实验室，没有商品化，要赶上国际先进水平还需加倍的努力。表3列出的是美国POMA的精度目标值和日本学者认为的今后精度目标值。

图形请参照此网站。

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