眾所周知，人類所使用的絕大多數有固定形狀的產品（商品、用品）或其組成零件，大多數都是採用模具來成型的。而模具的設計結構和加工方法，則是根據該產品或零件的形狀、結構精度要求和生產批量來確定的。對於大批量生產的產品或零件，為了高效率、低成本、大批量地產出，就需要設計製造出高效率、高精度、高壽命的模具；對於新產品研製、老產品改型、單件或小批量生產的產品或零件，則要相應地設計製造出結構比較簡單、設計製造周期短。不使用或少使用高檔、大型加工設備、成本低、壽命適合的模具。
基本介紹
- 中文名：簡易模具
- 外文名：low-cost die
- 優點：成本低、結構簡單
- 適用範圍：新產品研製、小批量衝壓件等
基本定義,簡易模具種類,優缺點,地位和作用,套用範圍,意義與途徑,
基本定義
所謂簡易模具，是相對於適應大批量產品或零件的生產要求及高精度要求，用傳統的設計製造方法來設計製造的常規鋼質模具而言的一類模具。換言之，是為了適應新產品試製、老產品改型、單件或小批量生產需要而另闢蹊徑，在成型原理、模具結構形式、模具材料、加工方法等方面擺脫了前述常規鋼質模具的傳統設計思想、概念，摸索出來的設計製造工藝都比較簡單、起步容易、不使用高檔加工設備、設計製造周期短、成本低，有一定使用壽命的模具。國外將其稱作快速經濟模具。
簡易模具種類
國內外使用的簡易模具，有簡易冷沖模、鋅基合金簡易模具、低熔點合金簡易模具、鋁合金簡易模具、聚胺酯橡膠簡易模具、天然橡膠簡易模具、環氧樹脂簡易模具、鈹銅合金簡易模具、陶瓷簡易模具、石膏簡易模具、矽橡膠簡易模具、合金堆焊模、金屬粉末燒結模、噴鍍金屬模、電鑄模等等。
簡易冷沖模
所謂簡易冷沖模，是相對常規的金屬冷沖模而言的一種結構相對簡單、設計製造周期短很多、成本大大降低，加工工藝簡便，不需要高精尖的加工設備，使用的材料檔次低的一類冷沖模。
簡易冷沖模適用的範圍是：新產品研製、老產品更新、單件或小批量、中批量的尺寸和形位精度要求不很嚴格的被加工材料厚度在8mm以下的產品（零件）。
簡易冷沖模與常規金屬冷沖模比較，以鋼帶沖模的統計數字為例，它有如下特點：
(1)因為結構簡單，又選用通用模架，有些還不用導柱、導套，簡單的產品只需畫凸、凹模零件圖或畫簡單的模具草圖，所以設計時間大為縮短，約為常規金屬模的1/10～1/4；
(2)制模用鋼材大為節約，一般僅為常規金屬模的1/6～1/30；
(3)凸、凹模所用鋼材的檔次、價格比常規金屬模低很多，熱處理也比較簡單；
(4)模具重量一般為常規金屬模具的1/20～1/6，這就使操作和搬運變得輕便省力；
(5)制模不需要高檔的機械加工、電加工設備，因而起步快，適用面廣；
(6)制模時間大為縮短，一般為常規金屬模具的1/5～1/2；
(7)沖裁鋼板厚度一般在5mmI以下，一般不適用高硬度、高強度合金鋼板的衝壓；
(8)尺寸和形位公差要求很精密的零件，一般也不使用簡易冷沖模。
低熔點合金簡易模具
低熔點合金簡易模具是採用低熔點合金、用鑄造方法製造模具工作零件如冷沖模的沖切刃口和型腔模的型面零件（包括它與鋼相結合的）以及鋼質工作零件（切刀、型面）的基體的模具。它是一種套用得很早的金屬模具。
低熔點合金模具是人類繼陶土模、木質模之後發明和套用得最早的金屬模具，曾經在人類歷史上發揮過重要作用。由於低熔點合金的原料易得、價格較低、熔化溫度低(150～320℃)、與鋼鐵不粘結、凝固時產生膨脹，又可採用鑄造方法澆鑄各種模具零件毛坯，易於切削加工，所以被國內外廣泛用來製造各種簡易模具或粘接模具零件。其中用鋅基合金製造的模具及鋅合金超塑成型模具還被國內外的模具科技人員發展成為生產大型和複雜的塑膠件的模具。由於它有其他模具無可比擬的優越性，故受到世界各國的重視。
隨著科技的飛速進步，世界經濟正在走向一體化，市場瞬息萬變，產品更新換代日益加快，如何加快新產品的試製，使新產品早日占領市場，就成為全球開發商考慮的重要問題，而採用低熔點合金簡易模具，就是其中一個很好的舉措。低熔點合金簡易模具具有下列優點：
(1)容易起步，制模快捷。因為低熔點合金模具是用鑄造方法取代機械加工方法來製造，故可以節省大量的工時，大大縮短制模周期（比常規鋼模縮短60%～80%），特別是它可用樣件直接鑄造出某些機械加工方法難以加工的複雜的異形型腔面，甚至可在型箱內一次鑄造出拉深、成型模的凸凹模或小型模具的整體上下模，而且表面復映性又非常好，在簡易模具的快速制模工藝中，可以說是獨具特色。
(2)配製低熔點合金的材料來源廣，除鉍和錫以外，多數材料價格低，熔化溫度低，配製工藝簡單。而用鑄造方法製造模具的工藝也相對機械加工、電加工工藝來說簡單很多，要求的技術熟練程度也不高。
(3)模具的工作零件或基體材料採用低熔點合金，可節省大量的貴重模具鋼材，一般可節省60%～80%的鋼材。
(4)由於低熔點合金具有在冷凝時產生膨脹的特性，用它鑄造的凸、凹模之間的間隙小，固化後體積不變，精度好，能夠保證工作零件或基體的尺寸和形位精度。
(5)廢舊模具中的低熔點合金可多次回收重熔並鑄造新的低熔點合金模具，特別是那些第一次使用後到第二次使用時間間隔很長的模具就可不必長時間保存模具，而只需保存好樣件和模板即可。由於可隨時按樣件翻鑄，這樣，既可避免模具的長期油封、保管、節省倉庫面積、節省員工，又利用了低熔點合金作其他用途。
由上述情況可知，低熔點合金模具不但製造快，材料省，而且成本低（一般為同類鋼模的40%～10%。
(6)低熔點合金的密度比石膏、塑膠、陶瓷、橡膠、木材等制模材料大，用作拉深、落料模時，壓緊力、錘擊力大，沖件不易起縐；比鋼、鐵、銅等小，用之做的模具，搬運、裝拆輕便。
(7)低熔點合金的熱傳導率和熱容量都比石膏、陶瓷、橡膠、木材等制模材料好，用其製作壓蠟模、鑄造模、玻璃和塑膠的成型模，使用時冷卻快、蠟料、金屬、玻璃和塑膠等結晶、成型好。
(8)低熔點合金的硬度比鋼鐵、合金低，而韌性又比鋼鐵、合金好，用其製作的冷沖模所壓制的工件表面粗糙度小，明顯的劃痕少或根本沒有劃傷和劃痕。
低熔點合金模具的缺點是：
(1)由於低熔點合金的強度、硬度都比較低，又足採用傳統的重力鑄造法制模，這就使低熔點合金模具的結構不能複雜，精度及耐磨性能也不會比常規鋼模高，因而不能作為精度要求高、形狀複雜零件的模具。
(2)由於低熔點合金的強度、硬度都比鋼、鐵、銅和鋁合金低，用其製作的模具的使用壽命也就比較低。
(3)加熱時容易產生變形，會影響大型凸、凹模等工作零件之間的間隙。
(4)用於配製低熔點合金的個別原材料（如鉍等）價格比較貴。
鋅基合金簡易模具
鋅基合金簡易模具是使用鋅基合金（簡稱鋅合金），並採用鑄造方法製造冷沖模的工作零件、型腔模的成型件或鋼質工作零件、型腔成型件的基體的模具。
鋅基合金模具之所以日益受到國內外模具行業的重視，是因為它具有如下特點：
(1)制模工藝簡單，技術容易掌握，不用高檔機械、電加工設備，設計製造周期短，鋅基合金又可重複使用，所以其成本低(僅為常規鋼模具的1/7左右)，經濟效益好。
(2)模具的機械、物理性能比其他低熔點合金模具好，其強度約為錫鉍低熔點合金的3～4倍，硬度也比其他低熔點合金高，它的熱傳導率也比其他低熔點合金高，達100w/m·K。鋅基合金的熔點在380℃左右，鑄造性能好，採用傳統的重力鑄造方法即可鑄造出大型複雜型面的拉延一成型模、沖裁模、塑膠模、橡膠模、熔模精密鑄造壓蠟模、鑄造模等模具，其適用面很廣。
(3)由於鋅基合金有適中的強度、硬度、韌性、塑性和超塑性，使它具有適合各種模具的工藝性能，如將其用在沖裁模上，便有獨特的補償磨損的性能；把它用在拉延一成型模上，又具有獨特的自潤性和耐磨、耐燒粘的特性；把它用在塑膠模、橡膠模、精鑄壓蠟模、鑄造模等型腔模上，又具有很好的鑄造工藝性能——流動性、復映（印）性，易於獲得十分複雜的型面和光潔的型腔。更為獨特的是，最近10多年來，國外利用其超塑性【所謂超塑性，是指金屬或合金在特定的溫度和應變速率下，以極小的變形力（鋅基合金為1～4MPa）獲得巨大的伸長力（鋅基合金可達50%～60%），而不發生局部縮頸和斷裂的現象】，採用擠壓成型的辦法，擠壓出具有複雜花紋、圖案、文字的塑膠凹模。
(4)鋅基合金的成分中都沒有貴重的鉍金屬，各種組成材料都易得，且價格便宜。
鋅基合金的缺點是：①在凝固冷卻時有0.85%左右的體積收縮；②Zn、Al都是化學活潑性金屬，抗腐蝕能力差，與某些呈酸性的塑膠會產生化學反應；③軟化溫度低。這些都限制了它的適用範圍，這也是在設計製造鋅基合金模具時應注意和應考慮採取對策之處。
優缺點
(1)結構相對簡單或獨特，設計和製造簡易，不需高檔的機械和電加工設備；
(2)設計、製造周期短，一般僅為機械加工、電加工法所制模具的1/3～1/10；
(3)使用貴重的模具材料少，因而模具的重量比同類常規鋼質模具輕很多；
(4)設計、製造成本低，僅為機械加工、電加工的同類模具的幾十分之一；
(5)可生產(或複製)常規鋼質模具無法生產的複雜異形型面及圖案的產品或零件；
(6)可為採用機械加工、電加工法製造複雜、大型常規鋼質模具預先摸索經驗，減少或避免這類模具在設計製造中的風險，提高或確保其成功率；
(7)適用面廣，各行各業都可根據自己的產品要求及條件來選擇採用；
(8)這類模具的剛性一般較差，強度和硬度較低，長期使用容易產生蠕變變形；
(9)表面粗糙度比較高，形位、尺寸精度都比較低，加上長期使用中的磨損，對產品的表面粗糙度和精度有一些影響；
(10)使用壽命一般都比常規金屬模具短；
(11)有的模具不能與某些設備配用，如石膏壓蠟模不能安裝在高壓壓蠟機上使用。
地位和作用
在科學技術飛速發展，人類已進入資訊時代，在商品經濟高度發達、市場瞬息萬變、競爭日益激烈的當今社會，為避開常規金屬模具設計製造複雜、周期長、成本高的弊端，發揮簡易模具的獨特優勢，贏得時間，搶得進度，使老產品早日更新換代，新產品早日研製成功，占領市場，採用簡易模具就是許多廠商選擇的好辦法。所以簡易模具的歷史地位和作用不但不會消失，還在不斷地發展和顯露。別說發展中的國家，就是當今科技和經濟發達的工業化國家，如美國、英國、日本、德國等國家，從國防工業到民用工業，從地上地下跑的，水上水下游的，到天上和太空飛的產品，從成人用的產品，到小孩玩的玩具，人們衣食住行、遊玩閒樂等產品、用品，都離不開簡易模具在研製、改型、生產中的作用。
所以，隨著科技和經濟的日益發展，社會的不斷進步，市場競爭的日益加激，預計簡易模具今後會有進一步的發展，發揮著日益重要的作用。
套用範圍
根據簡易模具本身的結構、選用的材料及加工方法等方面的特點，其套用範圍是：①新產品研製、試製、維修件、補充件及非通用備件的製造；②結構形狀比較簡單、比較規則的產品（零件）的生產；③形位和尺寸精度、表面光潔度要求不高的產品（零件）的生產；④小批量、多品種的衝壓件、鑄件、塑膠件的試製和生產；⑤家電、日用五金、小商品、塑膠用品的生產；⑥工藝美術品、古玩、文物、金銀首飾、玩具、雕塑等產品及其零件的鑄（制）造；⑦玻璃、有機玻璃、塑膠板等板材的彎曲成型或校型；⑧環保、建築及公共設施上一些產品或零件的鑄造、成型等。
意義與途徑
研究和發展簡易模具，對促進各類工業產品、工藝美術品、文物複製品、金銀首飾製品、雕塑等產品的更新換代，開發新產品，提高生產技術水平，降低產品成本，都有重要的經濟和社會意義。研究和發展簡易模具的方向和途徑是：
(1)根據產品的結構形狀、尺寸、精度及生產批量，在保證達到質量要求的前提下，選用最佳的成型方法和儘可能簡化的模具結構；
(2)在保證模具使用性能和壽命的條件下，儘可能選用價格低廉的模具材料或新的模具材料，或回收再生的模具材料；
(3)根據模具的使用條件和要求，儘可能簡化模具的製造工藝，採用最簡便易行的加工方法（如能採用鑄造方法，儘量採用此法來製造，能採用聚胺酯橡膠或低熔點合金或鋅基合金等材料取代的模具零件，應儘可能採用這些材料替代），以加快模具的製造進度，並降低製造成本；
(4)儘可能考慮採用標準化設計，常規金屬模具設計製造中採用的一些標準件、通用模架（如導柱、導套、銷釘、推桿等）應儘可能選用，以簡化加工、加速模具製造進度；
(5)儘量採用現代科技手段來進行模具的設計和製造，如CAD、CAM等技術，減少設計製造時間，加快模具製造進度，提高模具的技術水平和質量；
(6)吸收或引進國外的設計製造技術；
(7)注重學科技術交叉，努力探索，把其他學科方面的技術原理或新材料、新工藝，引用到簡易模具的設計製造上來，研製開發出新的簡易模具；
(8)研究和探索各種提高簡易模具壽命、降低設計製造成本的方法。
