如何确定一个合理的模具零部件的尺寸

在注塑生产中，把模具制造方和使用方有机地联系在一起，形成利润一体化，把投资风险与使用效益紧密地联系起来，把技术与经济、质量与生产效益完全地挂钩在一起，这样也最大限度地体现了模具的价值与风险。

模具是一种比较特殊的产品。严格的说，它应隶属于工装、夹具之类。虽说制造业中如汽车、船泊、机床等等都有其制造标准，但也作为工装类的模具，却没有统一的制造标准。

目前，模架及顶针、推管、水嘴等模具零、配件虽然已实现了标准化，可供我们选择使用，但对模具零部件如何给定一个合理的、正确的尺寸则是一个比较难以解决的问题。

这是因为模具是一种比较特殊性质的产品所决定了的。模具零部件几何形状千姿百态，尺寸也不尽一致，同时模具零部件的尺寸受制约的因素也很多，假设我们要生产一个同一尺寸的产品，由于使用了不同的成型材料，不同的进料方式、浇口的位置，甚至浇口的大小都会导致模具零部件的尺寸不一样。出于上述原因，我们在设计时，如何给定一个合理的模具零部件的尺寸，是一个重要的问题。

我们在对很多注塑件进行检测时发现，有些设计人员或者是模具的制作、生产人员给定的模具零、部件尺寸极不合理，甚至说是十分错误的;对公差的给定其概念也十分模糊;导致了产品的尺寸出现了问题，从而使模具返修，试模(送样)、检测等工作重复进行，造成了很大的浪费。

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在我国机械制造业中，除纺织机械外，基本上采用的都是基孔制。这是因为孔的加工相对来说要难于轴，所以以孔为基准，用轴来匹配是比较符合实际的;同时也可以减小工作(加工)量，降低生产成本。所以，在已颁布的国家标准中，在一定的尺寸范围内给出了孔和轴配合公差的尺寸。但我们发现：在模具零、部件制造时，很难实施和得以应用，也就是说，我们在制作一个模具零、部件时，无法按国家标准所制定的孔和轴配合公差尺寸给定模具零、部件尺寸和公差。

假设我们要制作一个尺寸为200mm×200mm×85mm这样一个镶块。原则上，这样一个镶块应视作为轴，参照现行的国家标准我们选取了G6的配合，其公差值为-0.015，那么，这个镶块的上限尺寸为：200mm×200mm×85mm，下限为：199.985mm×199.985mm×84.985mm。假如我们做到了以上所要求的尺寸，即：199.985mm×199.985mm×84.988mm，按照标准，这个零件是合格的。

而与其相匹配的孔我们取G6的公差，其公差值为+0.044，则这个孔的上限为：200.044mm×200.044mm×85.034mm，下限为：200mm×200mm×85mm。如果我们将这个孔的尺寸做到它的上限200.044mm×200.044mm×85.034mm，按照选定的标准，这个尺寸也是合格的。

现在我们先不去考虑它的几何形状是否符合要求，但我们发现：当“轴”的尺寸在下限时，“孔”的尺寸在上限时，以上二个几何体之间存在着0.059的间隙(其平均值为单边0.03)。假设我们使用的成型材料为PP，而PP料的溢边值是0.02，那么这个间隙就可能会产生“飞边”，从而满足不了要求。何况受到各种困素的影响，而这个理论上的单边0.03的间隙在实际上是无法均衡取得的，这就使得我们在实际操作上带来一系列问题。首先，我们如何给定名义尺寸。如果我们给这个镶块和与其配合的孔都给定为200×200×85，这就是我们通常所说的“零配零”，但我们都知道，实际上这是很难做到的，即使做到了也不一定能适用，这是因为零部件除了名义尺寸的准确外，还有一个几何形状的问题。

我们通常看到的零件图或者是3D造型所提供的数据，多数是“零配零”的尺寸，实际上这是不正确、不合理的。

我们都知道，采用不同的加工手段和采用不同类型加工机床，其结果是不一样的。这个镶块和与其配合的孔可以用CNC、EDM或线切割、普通铣床等加工机床来完成，而不同类型、不同加工手段和不同类型的加工机床会产生不同等级的表面粗糙度，所以必须根据不同类型加工机床和不同的加工手段来考虑加工后应预留精细加工的余量，而这个余留量是很难确定的。

不同类型加工机床、加工工艺、操机人员的技术能力，甚至工件的装、夹是否正确、合理都会对尺寸产生很大的影响，这些问题要想在给定名义尺寸时都考虑得十分周到是非常困难的，何况在我们很多模具制造企业没有工艺部门来制订加工工艺，设计部门或设计人员无法确定到底用哪种设备来加工这个零部件，所以，我们通常都采用加大余留量的办法来解决它，这实际上是一个无可奈何之举;但是，这个无可奈何之举也给后续加工带来了很大的工作量。我们可以看到，钳工经常使用电磨头、角向砂轮、锉刀等手动工具在修正尺寸，这样做的效果是显而易见的，而这种不规范的加工手段既增加了劳动强度，又消耗了工作时间，而效果却十分的差。

综观我们宁海地区的模具，在结构的设计方面是做得比较好的，但是在表面、外观上有一部份产品确实令人不敢恭维，有的制品用“惨不忍睹”来形容也丝毫不为过，而造成这种不良现象的一个重要原因，也是与设计给定的名义尺寸时不能正确、合理的给定配合尺寸、公差有着很大的关系。

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讲到这里，有的人可能会说，这是由于我们的加工机的精度、档次不高所造成的。但我想，这虽是一个重要的方面，但也不尽然。即使我们的某些零部件尺寸精度达到了纳米级，它还会与其相配合的零、部件存在着装配关系。如果我们给不了一个正确、合理的配合尺寸，问题照样会出现，因为我看到有的模具制造企业所拥有的加工设备其精度可以控制到0.01-0.02之间，从理论上说是可以满足一般产品的要求了。但光是一个零部件的尺寸达到了要求，而在装配关系上没有得到合理的处置，而是需要用人工修磨的手段来达到装配要求，同样得不到良好的效果。

所以，有的模具制造企业尽管拥有高精度的加工设备，但在进行模具组装时，仍有人在从事人工修磨的工作。所以说，单凭某个零件尺寸精度达到了要求，还不能完全满足整个模具的功能和产品的要求。

另外还有一个问题就是，如何去判定一个零部件的尺寸是否能满足使用要求?

一般的模具制造企业都配置了检测设备，如三坐标测量仪，它可以检测到小数点后的三位值，它可以检测出一个零部件的尺寸，但很少有人能判定一个零部件的尺寸是否能符合和满足使用要求，这是一个普遍存在的问题。

由于上述问题的存在，也给我们的设计人员提出了一个严峻的问题，就是：如何给模具零部件一个合适的尺寸?这就对模具的设计人员和制造者提出了一个非常高的要求。

以上面所列的镶块为例。这个镶块我们采用线切割来成型，其中高度20mm为栽入部分，斜度取为1°，其余部分为成型面，脱模斜度取1°30′，产品要求表面粗糙度在Ra3.2以上，成型材料为PP。根据要求，达到Ra3.2以上的表面粗糙度，手工抛光时用到800#水砂就基本可以满足，现根据以往的经验，用线切割成型的零件表面的粗糙度一般在Ra12.5左右，要想达到Ra3.2以上的表面粗糙度，零件表面单面应留出0.06-0.08的(抛光)加工余量。

同时，这个镶块在模具上为轴，而在制品上则为孔，我们取GB/T1804-2000中线性尺寸的极限偏差数值中m级所制定的值200mm+0.50mm=200.50mm，65mm+0.30mm=65.30mm。在此，我们取收缩率0.16%，则这个镶块的尺寸为200.82mm×200.82mm×65.31mm，再加上抛光所需的单边0.08mm的加工余量，镶块的尺寸应为200.90mm×200.90mm×65.39mm。同时，我们还要考虑到分子流向所产生的尺寸变异，200.90mm×200.90mm这个尺寸未必是合理的。当然，对一般要求的产品而言，问题还不算太大，但对精度要求很高的产品而言，可能就会满足不了要求。

模具零部件实行标准化，是很多模具制造企业在追求的一个目标。但上述问题的存在又是一个非常突出的而又普遍存在的问题，要实行模具零部件标准化，这是一个必须解决的问题。