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1. 模具製造流程
塑膠射出模的加工方法大體可以分為切削機床加工、鉗加工和特殊加工三大類。切削機床加工是指採用不同的切削機床,如車床、銑床、刨床、插床、磨床等進行粗加工或精加工等。鉗加工是指採用銼、鏟、刮、研等手工措施去除切削機床所預留的加工餘量,將模具半成品件加工成符合藍圖要求的尺寸、形狀以及表面粗糙度的合格零件,並通過組裝總裝成為符合要求的模具。當模具零件使用普通機床或人工的傳統方法很難加工或耗時很大時,則往往採用特殊加工的方法,如電火花線切割以及數控機床等。

2. 模具零件加工工藝
(2-1) 坯料
是指模具零件所採用原材料的原始狀態。一般情況下,有從成型的板材切割下來的,或通過鍛造出來的坯料兩種。在有一定規模的企業中,多採用標準規格的、經熱處理調質後而具有適當硬度和便於加工拋光的專用模具用鋼切割成坯料,這種形式加工餘量小,節省了人工和材料用量。但在沒有形成規模的企業多採用鍛造形式,它用料靈活多樣,而通過鍛造可使金屬材料的金相組織密實,對其強度和剛度也有提高。只是應嚴格控制加工餘量,加工餘量過大,會引起材料和加工工時的浪費。
(2-2) 模板的平面加工
(2-2-1) 模板平面的粗加工
平面切削加工是指使用車床、刨床、銑床等對坯料的6個方面進行粗加工。在去掉坯料的加工餘量後,再留出足夠的半精加工餘量,同時對模板上較大的孔也應進行粗加工。
粗加工完了之後,應進行一次退火處理或調質處理,以去除模板的內部應力。使其組織穩定,以防止在模具製造、模具成型或淬火過程中的變形或淬裂。
(2-2-2) 模板平面的半精加工
在經退火而消除內應力之後,模板會產生不同程度的變形。半精加工就是去除其變形量,並給精加工留出適當的加工餘量。
(2-2-3) 模板平面的精加工
通過以上的加工程式,模板已形成了基本輪廓。採用平面磨床磨削模板厚度的兩平面,並達到要求的厚度尺寸和表面粗糙度。這兩個分模面即是z軸方向上的加工基準面。
取任意相鄰的兩個側邊進行高精度的直角加工,並與模板平面相互垂直。這兩個側面即分別為x、y方向上的加工基準面,分別作文字標記,如x、y。當平面的精度要求,特別是平面度公差要求很高時,可以採用研磨的方法,即採用鑄鐵平板作為研具,由很細的金剛砂磨料,施以較小的壓力均勻平衡地去除配合面的餘量,達到多面積的良好接觸。
(2-2-4) 薄板的精加工
當模板較薄或太薄時,在退火填質或淬硬後容易發生彎曲或翹曲變形的現象。在磨削髮生變形的薄板時,應使用薄而寬的擋板,將薄板四周擋住,並將被加工的薄板的凹面向下,然後以很小的磨削量對凸面進行磨削。當磨削部分的長度達到薄板長度的2/3時,將薄板翻面,依然採取輕度磨削的狀態。這樣反復數次,直到翹曲的現象完全消失,才能按常規磨削。
因此,薄板的預留餘量應該加大,以防止達到尺寸要求時局部仍有凹處,而導致薄板報廢的現象。
3. 孔及孔系的加工
在模板平面加工完成之後,在模板上需要加工的部位,包括鑲嵌成型零件的各種形狀的孔、導柱孔、復位杆孔、頂杆孔、側抽芯時的導滑槽、固定楔塊的螺栓孔以及冷卻水道孔、吊鉤孔等,即在模板上需要加工的部位不外乎是進行各種形式的孔及孔系的加工。
塑膠模上的加工方法主要有:鑽孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、磨孔等,這是根據孔的精度等級和表面粗糙度的要求決定的。
塑膠模的同一零件上經常出現有相互位置精度要求的多個孔稱為孔系。對孔系的加工除了要保證孔本身的精度要求和粗糙度要求外,還要保證孔與孔之間的位置精度要求,各平行孔之間的軸線平行度、各同軸孔之間的軸線同軸度以及孔的軸線與轉面之間的平行度和垂直度等等。
孔系的加工在一般情況下是以 x、y、z 為基準面,找出需要加工部位的中心,並劃出與x、y相互垂直的交叉中心線,依照藍圖劃出加工輪廓線來。孔系的加工大體有如下幾種方法。
(3-1) 精密劃線加工
找出中心線後,在中心處用沖頭打窩(定位孔)。首先選用比被加工孔直徑小的鑽頭、鑽孔。鑽孔後,檢驗孔與基準面的相對位置以及各孔之間的相對位置是否滿足位置精度的要求。如果發現偏差可用整形銼(銼刀)修正,然後再擴孔,再檢驗,直到各孔位置達到要求為止。最後進行留有鉸孔餘量的最後擴孔,並進行粗鉸和精鉸。這樣的方法可以使各孔的中心位置精度達到±0.05mm,只在沒有座標鏜的場合採用。
(3-2) 對合加工
當兩塊模板具有相同位置的多個通孔時,可採用兩模板對合在一起的方法加工,如導柱孔以及成型零件的鑲嵌固定孔等。
對於位置和直徑均相同的孔是以x、y各側邊為基準面時,按裝配時的排列順序,將它們裝夾在一起,只需一面劃線,並對模板找平,就可以同時將對應的兩個通孔同時加工出來。各孔的位置不必有嚴格的要求。它們在同一位置加工的,只要按模具的裝配的位置順序組裝,位置度的偏差對整體沒有影響。
對位置相同,但孔的直徑不同的孔,在裝夾兩塊模板時,在其中間平行墊起一個進刀距離的平行墊板2,並將帶大孔的模板1放置在上部劃線,同時加工出底部的小孔後,再對大孔進行擴孔,同樣達到以上的效果,如(圖2)所示。

(3-3) 座標鏜床加工
這是目前最常用的加工孔系方法,座標鏜床(圖3)是具有二維座標的高精度機床。它是通過帶有誤差補償裝置的精密絲杠,或帶有遊標的精密直尺以及作為準確讀數的光學裝置來控制工作臺,精確移動座標尺寸,並通過有精密回轉工作臺等附件,保證在二維座標的任意空間,完成各相對位置的精確定位及精密加工。因此,兩塊模板上的相對應的孔即使分別加工,也能達到組裝的精度要求。在採用座標鏜床加工孔系時,重要的是模板的正確定位。其中包括:
- (a) 模板的分模面應與座標鏜床的工作臺平行。
- (b) 模板上的x、y基準面應正確納入座標鏜床的坐標系統中,即x、y的兩個基準面,分別與座標鏜床工作臺的運動方向平行。
- (c) 分別找出並準確測定出模板x、y方向的基準面的座標。
模板正確定位後,便可按藍圖要求求出各孔的座標點,分別加工各孔。由於座標鏜床是精密設備,當孔的直徑大於20mm時,應在其他機床上先加工出預留孔,留出鏜加工餘量。當孔的直徑較小時,可以在鏜床上直接鑽孔。為防止鑽頭的偏擺,在鑽孔前先用剛度大,刃磨正確的中心鑽,鑽出中心底孔。
當孔距精度公差大於±0.015mm時,鑽孔後,即可直接鉸孔。當孔距精度要求較高時,應採用精鏜加工。

4. 導柱導套的孔加工
導柱導套組成了塑膠模的導向裝置。導向裝置除具有模板的導向作用外,還有模板間相互移動的定位作用以及承受一定側壓力的作用。導柱導套分別安裝在動模板(公模板)和定模板(母模板)上。當不設置導套時,模板一側是導柱固定孔,另一側則是導向孔。
它的相對位置誤差一般要求在0.01mm 範圍內。因此導柱導套的孔可以在座標鏜床上分別加工。也可採用對合加工的方法,將動模板(公模板)和定模板(母模板)按裝配位置的排列順序裝夾在一起同時加工。
導柱導套的孔安排在什麼時候加工,根據具體情況決定。
(4-1) 先加工導柱導套孔
如(圖4-a)的情況,定模(母模)和動模(公模)上固定成型零件的孔均為通孔,可以首先安排加工導柱導套的孔。在加工成型零件固定孔時,可以利用導柱導套孔作為定位(有兩個以上不相鄰的孔定位即可),採用如(圖2)合加工的方法,在同一工位元,將兩塊模板上的固定孔加工出來。
(4-2) 先加工成型固定孔,後加工導柱孔
在動定模(公母模)之間設有定位裝置的模具結構,如(圖4-b)所示,在合模時,它們能夠正確定位時,可採用後加工導柱導套孔的方式。成型零件加工完畢後,組裝合模裝夾在一起同時加工導柱孔。

這裡順便提一下,與(圖4-b)相似的高型腔的模具,導柱伸出分型面的長度L1應大於型芯的高度 L2,即L1>L2,這時在特殊情況下,保障型芯和型腔不發生碰撞的安全措施。
模具各部工藝的安排是多種多樣的,只能根據具體情況衡量利弊的大小和主次後確定。
5、成型零件的加工
塑件的外表面是在型腔中成型的。型腔的製造品質直接影響塑件的品質,它是塑膠模中主要和關鍵的大部件。由於塑件的外形是多種多樣的,型腔的製造工藝也頗為複雜。目前常用的型腔加工方法大體有以下幾種。
(5-1) 通用機床和手工結合的方法
這種方法是利用現場的通用設備,如普通車床、立式銑床、臥式銑床、工具銑床等設備,對坯料進行粗加工或半精加工,然後由鉗工銼削、刮削、拋光等手段加工型腔的。這種方法主要依靠工人的熟練技術及精心製作來完成的。在小型企業中往往在沒有專用設備的情況下,因地制宜而採用的方法。它的品質取決於技術工人的技能水準,使品質不易保證,而且生產效率低,做模成本也高,在形狀簡單、精度要求不高的場合下多有採用。
(5-2) 專用機床加工方法
目前得到應用的專用機床有:仿形銑床、數控銑床(CNC銑床)、數控線切割機床、座標鏜床、電火花機床(放電機)、仿形磨床或座標磨床等精密加工機床。首先在通用機床上進行粗加工或半精加工,然後在精密機床上做精加工、成型型腔、再進行拋光工序,完成型腔加工的。
型腔加工最常用的形式是電火花(放電)加工。電火花(放電)加工是機床的脈衝發生器產生的脈衝電流,在電極與工件的間隙距離間脈衝放電時的電腐蝕現象,它逐漸將工件表面的多餘留量腐蝕掉,從而形成與電極形狀相對的型腔。其工作原理如(圖5)所示。

型腔3和電極1以一定的間隙相對放置於絕緣的工作介質2(一般為煤油)中,並分別與直流電源E的正、負極相連接。脈衝發生器5由限流電阻R和電容器C組成。它是利用電容器C的充電和放電,把電源E的直流電轉變為脈衝電流。當通入100~250V的直流電後,通過限流電阻R使電容器C充電和放電,於是電容器兩端的電壓由零按指數曲線逐漸增高,工件與工作電極之間的 電壓也同步升高。這時工件與工作電極在工作介質的作用下,電阻很大,成絕緣狀態。當電壓升高到等於該間隙的擊穿電壓時,該間隙被擊穿而產生火花放電。電容器將所儲存的能量暫態在工件與電極之間放出,形成脈衝電源。
由於放電時間很短,所以能量高度集中,放電區的電流密度很大溫度也很高,一般高達1000°C左右,由此引起型腔表面的熔化或汽化。這樣,在電、熱和流體動力的綜合作用下,熔化或汽化了的金屬微粒被拋入工作液中冷卻後,形成球狀小顆粒,工件表面和電極被腐蝕成密麻的小凹坑。這時型腔3與電極1之間的電阻迅速減少到幾乎為零。電容器的能量瞬間釋放完畢,電壓也迅速降至接近於零。
工作介質使間隙區域恢復到絕緣狀態,從而切斷間隙電流。此後電容器再次充電,放電周而復始。由於若干次放電的積累和工作電極的逐漸下降,金屬表面被不斷腐蝕。這樣,電極的輪廓形狀便可複製在工件上,而達到成型型腔的目的。
電極一般用純銅(紫銅)或石墨等材料製成。純銅電極適用於小型腔或高精度型腔的加工 ,石墨電極適用於各種型腔的加工。用電火花(放電機)的方法加工型腔有如下優點:
- (a) 加工的範圍廣。只要能製作電極,就可以採用電加工 。
- (b) 在電腐蝕過程中,自然形成脫模斜度,有利於塑件脫模。
- (c) 電加工的型腔表面形成一層硬化層,提高型腔的表面硬度。
- (d) 電火花加工是無切削力的加工,即無反作用力,所以對帶有窄槽、加強筋的成型零件,只要採用簡單的電極,即可對較為複雜的形狀進行加工,使加工簡單化。
採用電火花(放電機)加工型腔應注意以下問題。
- (a) 為了節約電火花的加工時間,在待加工的部位採用通用機床去除的多餘部分,只留出適量、均勻的電火花加工餘量。一般加工餘量為單邊0.8~1.5 mm。對尺寸較小、深度較淺或結構複雜的型腔,亦可直接進行電火花加工。
- (b) 電火花加工前,應確定和修整型腔板的基準面,並按x、y、z方向的各基準面找正定位。
- (c) 電極的製造精度應高於型腔精度的1~2級,電極的製造公差應取型控制造公差的1/3~1/2。
- (d) 對精度要求較高或深度較大的型腔,應採取二次或多次電加工的工作程序,分別加工出粗工作電極和精加工電極。在電加工中電極也有一定的損耗。但各個部位的損耗是不相同的,角部位的損耗大於邊部位的損耗,而邊部位的損耗又大於端面的損耗。因此在粗加工中,電極損耗的不均衡,引起型腔各部尺寸和形狀的誤差。採用精加工電極進行修正,提高型腔的尺寸精度和表面粗糙度。另一種常用的專用機床數控線切割機床。
線切割的基本原理與電火花的成型加工一樣,也是利用脈衝放電的腐蝕作用,實現加工目的的。所不同的是線切割加工不需要製作成形的電極,而是採用細金屬絲作為遊動電極的。線切割加工的特點如下。
- (a) 由於不需要製作成型電極,故簡化了模具的加工過程。
- (b) 加工範圍廣泛,可方便地加工成型零件的內外表面,並可加工出脫模斜度來。另外,還可加工較厚的工件或微小的窄縫部位,還可將拼塊(鑲件)結構做成整體形式。
- (c) 可在長時間內穩定地進行作業,提高了加工的速度。
在較淺的大型腔加工時,往往採用數控銑床,其尺寸外形的精確度都有很大提高。
6. 鉗加工與裝配
(6-1) 鉗加工的工作內容
鉗加工的工作內容大體分為去除機械加工餘量,使零件達到尺寸和形狀要求;測定組合零件間的配合的相對位置,並與以修正以及按要求對成型零件進行拋光處理。鉗加工的具體工作內容如下。
- (a) 在進行鉗加工前應充分瞭解模具的總體結構形式、結構特點以及可能出現的問題,與設計人員溝通,共同商定解決或改動措施。
- (b) 詳細瞭解各主要零件的結構特點、功能、與相關件的配合以及加工和組裝難點等問題,並反復探討,做到心中有數。
- (c) 測定成型零件的鉗加工餘量,並進行修整加工,達到圖紙要求的尺寸。
- (d) 圓弧和平面的連接要平滑,應無明顯的連接痕跡。圓弧的大小應內外有別,型腔上的圓弧應趨大,型芯上的圓弧應趨小,以便給修整留有空間。
- (e) 當成型零件因形狀所限,某部尺寸難以直接測量時,需預先分別做出測量型腔和型芯的樣板,在主要斷面處測量並修正尺寸,使型腔和型芯達到合適的成型精度。
- (f) 對各成型零件均進行拋光處理。拋光應按塑件的脫模方向進行。對棱邊處進行拋光時,應注意防止塌角。
(6-2) 模具的組裝與總裝
模具的裝配就是將那些已加工合格的零件,按總裝圖進行裝配及調整。其主要內容如下。
- (a) 測定各零件間的配合部位,修整組裝後的積累誤差,使其達到精度要求。
- (b) 安裝鑲件前,先測定相互配合件的實際配合公差及表面粗糙度是否得當。為便於組裝,在配合件的壓入口部設置導入斜角或導入過渡面。當壓入端不允許有壓入斜角時,可採用預留斜角的方法。如(圖6-a)所示為澆口套壓於模板的情形,為了防止溢料,在模板孔口處不允許有導入斜角,為此,將澆口的壓入端預留帶斜角的高度h,澆口套壓入後磨平即可。

- (c) 壓入鑲件時,應擺正鑲件。在用手工壓裝時,將鑲件放在固定孔上面,先輕輕敲擊站穩後,在鑲件相鄰兩側用角尺測量與平面的垂直度,並輕輕敲擊調整,直到兩側完全垂直時,再平行用力壓入,如(圖6-b)所示。長距離配合時,應採用潤滑油潤滑,防止拉傷配合面。當尺寸較大或過盈配合的鑲件,可應用熱脹冷縮的原理,將鑲件放在液氮中,進行冷處理,使其尺寸縮小,再放入或壓入則更為方便。
- (d) 當幾個零件需要先行重疊組裝時,應根據模具總裝圖的要求,對各零件尺寸進行檢測調整。
- (e) 在拋光前,按圖紙上的塑件壁厚的要求,對型腔(公模)和型芯(母模)分別進行測量。當發現塑件壁厚過薄或過厚時,應與設計人員商討補救措施。一般情況下,應以修整型芯為宜,保證在模具用時,使塑件的壁厚為負公差。
- (f) 測塑件厚度除了其厚度達到要求外,還有塑件厚度均勻的問題。為此,將鉛條等軟金屬壓入型腔周邊或把石蠟注入型腔中進行試成型,仔細測定成型件各部的厚度,必要時應進行修整,達到壁厚均勻。
- (g) 在進行分型面配研加工時,由於它兼有排氣的作用,它們的配研間隙應調整到0.02mm以下,達到既不產生飛邊(毛邊),又能排氣的效果。必要時應在適當的部位開設排氣槽。
- (h) 在側分型的結構中,應使側滑塊與導滑槽配合間隙達到技術要求,並在相互移動時運動自如。當側分型面相互接觸後,側滑塊與主分型面相接的部位應有0.02mm以下的間隙。側型芯的定位和鎖緊裝置應準確可靠。
- (i) 頂出系統各部應間隙配合適當。在不發生溢料的前提下,各部都應運動自如,無卡滯、歪扭現象,特別是在採用推件板頂出形式時,應使相互配合的端口的配合間隙均勻適當,防止偏置現象。修整復位桿(回味銷)與頂杆(頂針)的閉模探出高度,應分別與分型面和型芯的高度一致。
- (j) 冷卻水道應確保無漏水現象。
7. 燕秀模具加工流程影片
以下影片是我看過的模具加工影片裡,比較完整的模具加工流程,不過影片就是舊了一點,已經有十幾年了。這是燕秀為了模具設計課程所做的模具加工流程影片,讓那些沒有現場實務經驗的人有些模具加工概念。
基本上,對於沒有機械背景但希望轉行或學習技術的人,我一直持開放的態度,只要有決心和毅力就可以了。這十多年來,我遇到過好幾位背景非工程的女性轉行至設計領域,有些甚至在代工廠擔任模具工程主管(圖7)。人生道路充滿各種選擇,不止一條途徑可以走。
這些影片其實已經有些人已經分享在網路上,只不過有些不齊全或是比較零散,以下的影片內容是整個燕秀模具加工流程,提供給各位參考。

(7-1) 影片01
(7-2) 影片02
(7-3) 影片03
(7-4) 影片04
(7-5) 影片05
(7-6) 影片06
(7-7) 影片07
(7-8) 影片08
(7-9) 影片09
(7-10) 影片10
(7-11) 影片11
☆ 其他參考資料及文章
★【燕秀工具箱】(按圖超連結)
