模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢PPT課件.ppt

1 模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2 主要內(nèi)容 一 前言二 模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向三 模具加工技術(shù)的發(fā)展方向四 模具制造綜合技術(shù)的發(fā)展方向五 模具材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)六 國內(nèi)模具發(fā)展趨勢結(jié)束語 3 一 前言 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)模具工業(yè)是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志模具工業(yè)是技術(shù)轉(zhuǎn)化成果的基礎(chǔ) 可編輯 4 一些國家對模具工業(yè)的評價 在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家被稱為 點鐵成金 的 磁力工業(yè) 美國工業(yè)界認(rèn)為 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 德國則認(rèn)為是所有工業(yè)中的 關(guān)鍵工業(yè) 日本模具協(xié)會也認(rèn)為 模具是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力 可編輯 5 近年來的世界模具市場 美國 日本 法國和瑞士等國每年出口的模具約占其模具總產(chǎn)值的l 3左右 日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值超過日本機(jī)床總產(chǎn)值 如今 世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興的電子工業(yè) 可編輯 6 我國模具工業(yè) 我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位 僅次于日本和美國 近年來 我國的模具工業(yè)一直以每年13 左右的增長速度快速發(fā)展 可編輯 7 中國模具工業(yè)現(xiàn)狀 精密加工設(shè)備還很少大型 精密 復(fù)雜和長壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出許多先進(jìn)的技術(shù)如CAD CAE CAM技術(shù)的普及率還不高 可編輯 8 中國模具產(chǎn)業(yè)的進(jìn)出口 近幾年來 我國每年進(jìn)口模具約占市場總量的20 左右 成為世界上最大的模具進(jìn)口國其中塑料與橡膠模具占全部進(jìn)口模具的50 以上 沖壓模具占全部進(jìn)口模具約40 中 高檔模具進(jìn)口比例占市場總量的40 以上 9 二 模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向 技術(shù)支持 模具設(shè)計資料庫和知識庫系統(tǒng)統(tǒng)一技術(shù) 模具及零件的標(biāo)準(zhǔn)件化在理論研究方面 要進(jìn)一步探討新型材料大彈塑性變形本構(gòu)關(guān)系 表面摩擦特性等沖壓模金屬成形過程的模擬 缺陷預(yù)測 起皺 破裂 及回彈分析等 彈性 E 塑性 E1 可編輯 10 壓鑄成形流動模擬 熱傳導(dǎo)及凝固分析等鍛件成形過程模擬及金屬流動和充填分析等模具剛性 強(qiáng)度 流道及冷卻通路的設(shè)計計算機(jī)輔助工藝設(shè)計 CAPP 發(fā)展方向 續(xù)1 可編輯 11 塑料模具塑料成形過程的各種模擬分析 如塑料充模 熱傳導(dǎo) 冷卻 凝固 翹曲 收縮等模擬分析計算澆注系統(tǒng)及模腔的壓力場 溫度場 速度場分布等 澳大利亞Moldflow公司和美國AC Tech公司 發(fā)展方向 續(xù)2 12 三 模具加工技術(shù)的發(fā)展方向 模具加工方法主要有 精密鑄造金屬切削加工電火花加工電化學(xué)加工激光及其他高能波束加工復(fù)合加工數(shù)控和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使它們在模具加工方法中得到了越來越廣泛的應(yīng)用 可編輯 13 1 高速銑削 HSM 技術(shù) 銑削加工是型腔模具加工的重要手段高速數(shù)控加工是模具加工的前沿技術(shù)其關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用先進(jìn)的CAD CAM集成設(shè)計和制造系統(tǒng) 進(jìn)行圖形交互的自動數(shù)控編程 可編輯 14 高速銑削優(yōu)點 工件溫升低熱變形小 切削力小加工平穩(wěn) 加工質(zhì)量好加工效率高 為普通銑削加工的5 10倍 可加工硬材料 60HRC 等 可編輯 15 高速銑削迅速發(fā)展的體現(xiàn) 高精度化 定位精度2 5 m 全程 加工精度2 5 m 所以高速銑削進(jìn)入了精密切削領(lǐng)域 高速化 主軸轉(zhuǎn)速40000 60000r min 切削進(jìn)給速度1 6m min 快速進(jìn)給速度30 40m min 換刀時間1 2s 從而加工效率提高了5 10倍實現(xiàn)硬材料 36 60HRC 的加工 可編輯 16 高速銑削不足 對刀具提出了很高的要求采用與銑削材料相適應(yīng)的特殊刀具材料 如新型刀具有金屬陶瓷刀具 CBN具 PCD刀具 PCBN刀具 涂層硬質(zhì)合金刀具等 適合于比較平坦的淺型腔加工 對深型腔加工有一定困難對于具有內(nèi)清角的型腔模具 表面有花紋或圖案的模具 具有深槽或窄縫的模具的加工也都存在一定困難 高速銑削機(jī)床造價高 可編輯 17 高速銑削在國內(nèi)的應(yīng)用 在一定時間內(nèi) 我國模具企業(yè)進(jìn)口的高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速仍將以10000 20000r min為主 少數(shù)會達(dá)到40000r min左右 近年來我國模具制造業(yè)中的一些骨干重點企業(yè)先后進(jìn)口了高速銑床和高速加工中心 它們已在模具加工中發(fā)揮了很好的作用 可以預(yù)計 我國模具企業(yè)將會越來越多地應(yīng)用高速銑削技術(shù) 可編輯 18 2 電火花加工技術(shù) 電火花加工 EDM 雖然已受到高速銑削的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 但高速銑削不能完全替代之 在模具的復(fù)雜型面 深窄小型腔 尖角 窄縫 溝漕 深坑等處的加工 將是今后EDM應(yīng)用的重點 但成本要比EDM高得多 對于60HRC以上的高硬材料 EDM要比HSM成本低 同時較之銑削加工 EDM更易實現(xiàn)自動化 可編輯 19 電火花銑削加工技術(shù) 它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極 應(yīng)用CAD CAM技術(shù)作三維或二維輪廓加工 像數(shù)控銑一樣 EDM銑削的最大特點是簡化電極制造 不需要加工成形電極 可選用標(biāo)準(zhǔn)電極 在電極庫中進(jìn)行電極自動交換 AEC 用以補(bǔ)償電極損耗 提高加工精度 在高精度微細(xì)加工方面 這種方式具有良好的前景 國外已在模具加工中應(yīng)用使用這種技術(shù) 可編輯 20 低速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床 低速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床 LWEDM 發(fā)展的水平已相當(dāng)高 功能相當(dāng)完善 自動化程度已達(dá)到無人看管運(yùn)行的程度 其加工工藝水平也令人稱道 最大切割速度已達(dá)300mm2 min 加工精度可達(dá)到 0 5 m 加工表面粗糙度Ra0 1 0 2 m 直徑0 03 0 1mm細(xì)絲精密切割技術(shù)的開發(fā) 可實現(xiàn)凹 凸模一次切割完成 并可進(jìn)行0 04mm的窄槽及半徑0 02mm內(nèi)圓角的切割加工 已能進(jìn)行30 以上錐度的精密加工 可編輯 21 混粉加工等鏡面光亮加工技術(shù) 采用在普通煤油工作液中添加固體微細(xì)粉末的方法 來增大精加工的極間距離 減小電容效應(yīng) 增大放電通道的分散性 從而可使排屑好 放電穩(wěn)定 加工效率提高 并有效降低加工表面的粗糙度 使用混粉工作液還可在模具工件表面形成硬度較高的鍍層 提高模具型腔表面的硬度和耐磨性 可編輯 22 3 快速原型制造 RPM 快速成形 原型 制造技術(shù)RPM RapidPrototyping Manufacturing 是美國首先推出的 它是伴隨著計算機(jī)技術(shù) 激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的 是一種全新的制造技術(shù) 被公認(rèn)為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命 RPM基于它是基于新穎的離散 堆積 即材料累加 成形思想 根據(jù)零件的三維計算機(jī)CAD模型 不借助任何加工工具 快速自動完成復(fù)雜的三維實體 模型 制造 而與零件的幾何復(fù)雜程度絲毫無關(guān) 可編輯 23 RPM方法與應(yīng)用 應(yīng)用RPM技術(shù) 從模具的概念設(shè)計到制造完成 僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的l 3和成本的l 4左右 因而具有廣闊的發(fā)展前景 國內(nèi)的一些大企業(yè)集團(tuán) 如海爾 春蘭 科龍和華寶等公司已經(jīng)運(yùn)用激光快速成形于新產(chǎn)品開發(fā)等方面 并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益RPM模具制造技術(shù) 由快速原型或其他實物模型復(fù)制金屬模具的間接法 以及直接由RP系統(tǒng)無模制造金屬模具的直接法兩大類 可編輯 24 直接快速模具制造 指利用不同類型的快速原型技術(shù)直接制造出模具本身 然后進(jìn)行一些必要的后處理和機(jī)加工以獲得模具所要求的機(jī)械性能 尺寸精度和表面粗糙度 目前能夠直接制造金屬模具的RP工藝包括 激光選區(qū)燒結(jié) SLS 三維打印 3D P 形狀沉積制造 SDM 三維焊接 3D Welding 等 可編輯 25 間接快速模具制造 首先是通過立體光固化 SLA 疊層實體制造 LOM 激光選區(qū)燒結(jié) SLS 三維打印 3D P 熔融沉積成形 FDM 等不同方法得到制件原型然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模RMT RapidManufacturingTooling 方法 主要有精密鑄造 粉末冶金 電鑄 表面沉積 旋轉(zhuǎn)鑄造 用熱硬化橡膠做模具 和熔射 熱噴涂 等方法 獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具 可編輯 26 RPM的缺陷及發(fā)展趨勢 兩弱點限制了它的工業(yè)應(yīng)用推廣 不適合于大批量生產(chǎn)同時其所用材料基本上不屬于工業(yè)產(chǎn)品所常用材料目前正向快速制造金屬硬模RHMT RapidHardMetalTooling 尤其是鐵系金屬硬模方向發(fā)展 可編輯 27 國內(nèi)快速成型設(shè)備性能比較表 可編輯 28 4 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù) RTM 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)RTM 或迅速模具制造RapidTooling Manufacuring 具有制模周期短 成本較低的特點 精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求 是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù) 非常適用于新產(chǎn)品開發(fā) 樣品試制 工藝驗證或中 小批量生產(chǎn)的需要 故近幾年在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展 可編輯 29 RTM技術(shù)種類 擠壓成形制模技術(shù)超塑成形制模技術(shù) 表面成形制模技術(shù)電弧噴徐成形制模技術(shù)電鑄成形技術(shù)型腔表面精細(xì)花紋成形的蝕刻技術(shù)等模具毛坯快速制造技術(shù)干砂實型鑄造負(fù)壓實型鑄造樹脂砂實型鑄造失蠟精鑄等其它技術(shù)如快速換模技術(shù)沖壓單元組合技術(shù)等 可編輯 30 澆鑄成形制模技術(shù) 秘錫合金制模技術(shù)鋅合金制模技術(shù)樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)硅橡膠制模技術(shù)等 可編輯 31 澆鑄成形制模技術(shù)應(yīng)用實例 一汽模具制造公司設(shè)計并制造了12套樹脂模具 均為大型復(fù)雜內(nèi)外覆蓋件的拉深模具 用于全新小紅旗轎車的改型試制 其主要特點是模具型面以CAD CAM加工的主模型為基難 采用高強(qiáng)度樹脂澆注而成 凸 凹模間隙采用專用蠟片準(zhǔn)確控制模具尺寸精度高 制造用期可縮短l 2 2 3 制造費(fèi)用節(jié)省近千萬元 可編輯 32 5 超精 微細(xì)和復(fù)合加工技術(shù) 目前超精加工已可穩(wěn)定達(dá)到亞微米級 納米精度的超精加工技術(shù)也已被應(yīng)用到生產(chǎn)中 國外已有用波長僅0 5nm的輻射波制造出納米級塑料模具 復(fù)合加工是指在1臺機(jī)床上進(jìn)行2種或2種以上不同加工工藝的復(fù)合 以實現(xiàn)不同加工工藝的揚(yáng)長避短作用 可編輯 33 復(fù)合加工技術(shù)發(fā)展方向之一 銑削加工與激光加工復(fù)合技術(shù) 銑削加工 包括高速銑削加工 后 采用附加的激光頭在型腔表面進(jìn)行花紋 圖案等雕刻或激光頭按銑削加工的運(yùn)動方式進(jìn)行激光精加工 去掉型腔表面的銑削痕 據(jù)國外報道 已開發(fā)出這類復(fù)合加工機(jī)床 機(jī)床的激光頭采用Q 5WITCHYAG激光器 功率100w 光束直徑0 1 m 加工效率20m3 min 采用一層一層加工方法 每層加工5 m 最大加工深度為10mm 表面粗糙度只Ra值為1 3 m 可編輯 34 復(fù)合加工技術(shù)發(fā)展方向之二 銑削加工與EDM復(fù)合技術(shù) 同銑削加工與激光加工復(fù)合相似 附加的EDM主軸頭可進(jìn)行型腔表面的花紋 圖案加工及局部精密加工 與激光加工復(fù)合不同的是能進(jìn)行局部深型腔加工 深槽窄縫等加工 并可實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)共享 可編輯 35 3 6模具研磨拋光技術(shù) 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命 制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響 但模具表面的光整加工是模具加工中至今未能很好解決的難題之一 德國66 日本 美國30 的模具采用自動拋光機(jī)拋光 拋光加工可達(dá)到鏡面 生成軌跡的自動拋光機(jī)是拋光加工的發(fā)展方向 可編輯 36 國內(nèi)的鏡面拋光技術(shù) 我國已進(jìn)口了可實現(xiàn)三維曲面模具自動研拋的數(shù)控研磨機(jī) 仿人智能自動拋光技術(shù)也已有成果 但應(yīng)用很少 預(yù)計會得到發(fā)展 目前國內(nèi)可拋至Ra0 05 m的鏡面 正在研究開發(fā)拋至Ra0 025 m的設(shè)備 國內(nèi)對于透明度要求高的注塑模 如相機(jī) CD VCD光盤等注塑模仍需依靠進(jìn)口 可編輯 37 鏡面加工定義 把表面租糙度只Ra0 1 0 2 m的加工稱為鏡面加工電火花加工中的混粉EDM加工 可實現(xiàn)Ra0 1 0 2 m的大面積鏡面加工磨削加工最好的表面租糙度可達(dá)到Ra0 04 m 達(dá)到了鏡面加工要求 可編輯 38 LWEDM鏡面加工 主要方法為壓縮放電時間 電流脈寬為ns級 并增大峰值電流 達(dá)幾百A以上 使在放電加工時材料迅速汽化蝕除 這種方法不但避免了裂紋的產(chǎn)生 而且使表面粗極度達(dá)到Ra0 1 0 2 m 可編輯 39 研磨與拋光復(fù)合方法 應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光復(fù)合方法 以提高模具表面質(zhì)量 擠壓研磨電化學(xué)拋光超聲拋光復(fù)合拋光 40 四模具制造綜合技術(shù)的發(fā)展方向 傳統(tǒng)的模具制造技術(shù) 主要是根據(jù)設(shè)計圖紙 用仿型加工 成形磨削以及電火花加工方法來制造模具 而現(xiàn)代模具不同 它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 而且技術(shù)要求更高 用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造 必須采用先進(jìn)制造技術(shù)才能達(dá)到它的技術(shù)要求 可編輯 41 傳統(tǒng)模具與現(xiàn)代模具制造技術(shù)水平比較 可編輯 42 模具制造綜合技術(shù)的現(xiàn)狀 國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具業(yè)已廣泛采用現(xiàn)代模具設(shè)計與制造技術(shù) 模具CAD CAE CAM集成化 三維設(shè)計制造技術(shù)模具激光快速成形 BPM 技術(shù)模具的精密成形技術(shù)模具的超精密加工技術(shù)模具成形過程動態(tài)模擬與仿真技術(shù)模具表面工程技術(shù)模具綠色制造技術(shù)等 可編輯 43 1 模具CAD CAE CAM一體化技術(shù) 模具CAD CAE CAM技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個里程碑 模具行業(yè)普及CAD CAM的條件已經(jīng)成熟 今后必將有很快的發(fā)展 目前 世界上汽車的改型換代一般約需48個月 而美國僅需30個月 這主要得益于在模具業(yè)中應(yīng)用了CAD CAE CAM和三維實體汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件 模具CAD CAE CAM一體化及軟件的宜人化 集成化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化將是今后的發(fā)展方向 可編輯 44 美國參數(shù)技術(shù)公司PTC的集成化系統(tǒng)Pro EngineeringUnigraphicsSolutions公司開發(fā)的軟件Unigraphic UG 美國SDRC公司開發(fā)的I DEAS以色列Cimatron公司的三維CAD CAM軟件Cimatron法國達(dá)索Dassault公司開發(fā)的CATIA法國DATAVISION公司的集成化軟件EUCLIB真正的Window軟件SOLIDEGE美國CV公司軟件CADDS5北京航空航天大學(xué)開發(fā)的CAD CAM軟件CAXA CADEM大型軟件 可編輯 45 模具CADEM主要軟件 澳大利亞Moldflow公司的注塑模CAE分析軟件Moldflow 英國DELCAM公司的軟件PowerSHAPE系統(tǒng) 是面向模具制造的模具總裝設(shè)計專家系統(tǒng) 可自動為復(fù)雜注塑模 吹塑模創(chuàng)建模具結(jié)構(gòu)及抽芯機(jī)構(gòu) 自動產(chǎn)生分模面 加工信息被自動封裝 并可直接輸出到PowerMILL模塊 自動產(chǎn)生加工程序 日本UmsYs株式會社推出的專用于塑料模設(shè)計和制造系統(tǒng)CADCEUS 該系統(tǒng)綜合了從產(chǎn)品形狀設(shè)計 模具設(shè)計到模具生產(chǎn)所需要的全部功能 重點放在三維設(shè)計與二維視圖的關(guān)聯(lián) 可編輯 46 模具CADEM主要軟件 日本造船信息系統(tǒng)株式會社的三維CAD CAM系統(tǒng)Space E中也增加了專用于注塑模的設(shè)計模塊美國AC TECH公司的注塑模C MOLD德國公司開發(fā)的的鑄造過程流動及凝固分析軟件MAGMASOFT德國IKV研究所的CAD CAE軟件CADMold華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室的注塑模CAD CAE CAM集成系統(tǒng)HSC3 1鄭州工業(yè)大學(xué)注塑模CAE分析軟件Z MOLD等 2020 2 6 47 可編輯 48 模具CADEM發(fā)展方向 2l世紀(jì)模具制造業(yè)的基本特征是高度集成化 智能化 柔性化 網(wǎng)絡(luò)化 追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率 縮短設(shè)計周期及制造周期 降低生產(chǎn)成本 最大限度的提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力 模具CAD CAE CAM正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 可編輯 49 集成化舉例 國外 Cimatron軟件系統(tǒng)括幾何造型 模具專家 逆向工程 模架庫 NC加工及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)美國SDRC公司集成化軟件I DEAS在曲面設(shè)計 實體造型 仿真分析 制造 測試和并行工程等方面具有強(qiáng)大的功能 Delcom公司最近推出的集成化系統(tǒng)PowerSolution覆蓋了幾何建模 逆向工程 工業(yè)設(shè)計 工程制圖 仿真分析 快速原型 數(shù)控編程 測量分析等方面 美國PTC的集成化系統(tǒng)Pro E將設(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起 讓所有的用戶能夠同時進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計制造工作 即實現(xiàn)所謂的并行工程 可編輯 50 集成化舉例 國內(nèi) 上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD CAM系統(tǒng)北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD CAE CAM系統(tǒng) 其主要功能有板料沖壓過程模擬 預(yù)示成形缺陷 壓機(jī)速度分析 坯料形狀優(yōu)化和各向異性 回彈預(yù)測等 可編輯 51 國內(nèi)使用CADEM現(xiàn)狀 國內(nèi)一些大型模具企業(yè) CAD CAM應(yīng)用狀況多停留在從國外購買先進(jìn)的CAD CAM系統(tǒng)和設(shè)備 但在其上進(jìn)行的二次開發(fā)較少 資源利用率低 國內(nèi)一些中小型模具企業(yè) 它們的CAD CAM應(yīng)用很少 有些僅停留在以計算機(jī)代替圖板繪圖 國外的一些CAD CAM系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大 但價格昂貴 一般企業(yè)難以支付 而國內(nèi)優(yōu)秀的CAD CAM系統(tǒng)很少 可編輯 52 三維化舉例 國外 澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers Pro E UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化 基于特征 全相關(guān)等特點 從而使模具并行工程成為可能 以色列Cimatron公司的Moldexpert Delcam公司的Ps mold及日立造船的Space E mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計軟件 可進(jìn)行交互式3D型腔 型芯設(shè)計 模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計 可編輯 53 三維化舉例 國內(nèi) 些大的模具企業(yè)正大力推進(jìn)模具CAD CAE CAM技術(shù) 如江南模塑公司 美的模具公司及海爾模具有限公司等在實現(xiàn)產(chǎn)品建摸與數(shù)控加工全三維化之后 正將模具結(jié)構(gòu)設(shè)計逐步轉(zhuǎn)化為全三維 實現(xiàn)從產(chǎn)品到編程的全三維化 做到設(shè)計過程的無圖紙化 上海交通大學(xué)開發(fā)的塑性成形三維有限元仿真系統(tǒng) 北航海爾軟件公司的CAXA三維電子圖板2000和制造工程師2000能進(jìn)行3D零件設(shè)計和NC加工 其特點是基于3D參數(shù)化特征設(shè)計 實現(xiàn)了實體 曲面和NC加工的協(xié)調(diào) 華中科技大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4 5F鄭州工業(yè)大學(xué)的Z mold軟件 可編輯 54 模具軟件的智能化舉例 如Cimatrom公司的注塑模專家軟件能 根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔 實現(xiàn)模架零件的全相關(guān)自動產(chǎn)生零件明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定 加工結(jié)果較驗等 可編輯 55 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了可行的信息載體 為模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計 敏捷制造技術(shù)實現(xiàn)異地設(shè)計和異地制造提供可能 由于CAD CAM技術(shù)日趨成熟 可應(yīng)用于越來越大的項目 需要多人 多企業(yè)在多臺計算機(jī)上協(xié)作完成 各地區(qū)可根據(jù)自己的設(shè)計水平及生產(chǎn)設(shè)備選擇適合于自己設(shè)計及生產(chǎn)的零部件 通過Internet相互通信 協(xié)同設(shè)計 共同完成模具產(chǎn)品的設(shè)計與制造 這種網(wǎng)絡(luò)化的動態(tài)制造體系 能夠充分發(fā)揮各地區(qū)的資源優(yōu)勢 并能協(xié)調(diào)工作 各盡所長 達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)的最優(yōu)化配置 模具軟件的網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同化 可編輯 56 2 精密測量及高速掃描數(shù)字化系統(tǒng) 隨著模具日益精密 高效精密 復(fù)雜 大型模具的發(fā)展 對檢測設(shè)備的要求越來越高 現(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2 3 m 數(shù)控加工過程中的在線激光測量不但有利于保證工件的加工質(zhì)量 而且大大提高了NC機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)安全 高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能 可大大縮短模具制造周期 可編輯 57 精密測量舉例 目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利 美國 日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī) 并具有數(shù)字化掃描功能 東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mmx3250mm三坐標(biāo)測量機(jī) 還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀 率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影 光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段 從而實現(xiàn)了從測量實物一建立數(shù)學(xué)模型一輸出工程圖紙一模具制造全過程 成功實現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用 可編輯 58 設(shè)備舉例 英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀CYCLONSeries2 可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ) 激光掃描精度為0 05mm 接觸式測頭掃描精度達(dá)0 02mm 已在我國200多個廠家得到了應(yīng)用 德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀日本羅蘭公司的PIX 30 PIX 4臺式掃描儀英國泰勒 霍普森公司的TALYSCANl50多傳感三維掃描儀分別具有高速化 廉價化和功能復(fù)合化等特點 可編輯 59 激光測量機(jī)最新進(jìn)展及應(yīng)用 剛誕生不久的4D激光測量機(jī)可以自標(biāo)定 不但能進(jìn)行3D測量 而且可以得出質(zhì)量指標(biāo) 說明每個測量點的精確性 CAD CAM的反向工程可以縮短模具設(shè)計 制造周期 特別對于型腔復(fù)雜 造型因難的模具 采用反向工程的數(shù)字化掃描系統(tǒng)具有重要意義 反向工程和并行工程將在今后的模具生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用 可編輯 60 3 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 有人把粗加工和精加工集中在同一臺機(jī)床上完成的機(jī)床稱為模具加工系統(tǒng) 隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展 國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng) 可編輯 61 模具自動加工系統(tǒng)特征 多臺機(jī)床合理組合配有隨行定位夾具或定位盤有完整的夾具 刀具數(shù)據(jù)庫有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng) 可編輯 62 4模具虛擬制造技術(shù) VM 計算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使虛擬技術(shù)VM VirtualManufacturing 成為現(xiàn)實 虛擬技術(shù)是以計算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提 對設(shè)計 加工 裝配等工序統(tǒng)一建模 形成虛擬的空間環(huán)境 虛擬的裝配 虛擬合作研發(fā) 虛擬的產(chǎn)品 虛擬的企業(yè) 虛擬現(xiàn)實VR VirtualReality 是人造的計算機(jī)環(huán)境 人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺 并強(qiáng)調(diào)人的介入操作 可編輯 63 5 反求技術(shù) RE 一般而言 反求工程RE ReverseEngineering 是指 對難以用CAD建立數(shù)據(jù)模型 而只能通過對實物進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描 測量的方法采集數(shù)據(jù) 在CAM軟件系統(tǒng)中利用測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實物的CAD幾何模型的重新構(gòu)造 建立數(shù)學(xué)模型 建立了CAD幾何模型后 就可以依據(jù)這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作 如實物CAD模型的修改 零件的重新設(shè)計 有限元分析 誤差分析 最后生成NC程序 控制數(shù)控加工中心進(jìn)行模具制造的過程 可編輯 64 RE的應(yīng)用 反求工程能夠縮短從設(shè)計到制造的周期 是幫助設(shè)計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代概念的一種強(qiáng)有力的工具 目前在工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用 目前主要應(yīng)用于新零件的設(shè)計 已有零件的復(fù)制 損壞或磨損零件的還原 模具精度的提高等方面 一汽鑄造模具廠應(yīng)用反求工程較成功地完成了對缸蓋進(jìn) 排氣道熱芯盒模具的制造 探索了按一般的設(shè)備和加工技術(shù)對沒有尺寸和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的模具無法加工的成功經(jīng)驗 可編輯 65 6 其它模具先進(jìn)制造技術(shù) 適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點的模具柔性制造技術(shù) FMS 模具集成制造技術(shù) CIMS 等 而有人提出 下一代的先進(jìn)制造技術(shù)采用可重構(gòu)和可擴(kuò)展的制造設(shè)備和系統(tǒng) 知識供應(yīng)鏈和獨立制造島等 可編輯 66 7 新管理理念和新模式 管理是一個系統(tǒng)工程 是一項十分重要的技術(shù) 機(jī)械行業(yè)中常說的 三分技術(shù)七分管理 的話說明了管理的重要性 模具企業(yè)中 現(xiàn)代企業(yè)制度和各項創(chuàng)新機(jī)制的建立和運(yùn)行是管理技術(shù)的核心 也是模具制造成功和企業(yè)發(fā)展的保證 可編輯 67 新理念及新模式 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高 在模具行業(yè)出現(xiàn)的一些新管理理念和新模式逐步得到了認(rèn)同 創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊精神 精益生產(chǎn)全球敏捷制造 網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件 通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計與制造等 68 五 模具材料 先進(jìn)表面處理技術(shù) 模具工業(yè)要上水平 材料應(yīng)用是關(guān)鍵因選材和用材不當(dāng) 致使模具過早失效 大約占失效模具的45 以上 對策 一是研究新型模具材料 冷作 熱作 鋼結(jié)硬質(zhì)合金二是采用表面工程技術(shù)對材料進(jìn)行改性 可編輯 69 冷 熱作模具鋼 常用冷作模具鋼有CrWMn Cr12 Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2 火焰淬火鋼 日本的AUX2 SX105V 7CrSiMnMoV 等 常用熱作模具鋼5CrMnMo 5CrNiMo 3Cr2W8V 新型熱作模具鋼有美國H13 瑞典QRO80M QRO90Supreme等 可編輯 70 常用塑料模具鋼 預(yù)硬鋼 如美國P20 時效硬化型鋼 如美國P21 日本NAK55等 熱處理硬化型鋼 如美國D2 日本PD613 PD555 瑞典 勝白136等 粉末模具鋼 如日本KAD18和KAS440 等 可編輯 71 冷沖壓模具鋼 覆蓋件拉延模常用HT300 QT60 2 Mo Cr Mo V鑄鐵等大型模架用HT250多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等 可編輯 72 近期模具用鋼的開發(fā)動向 易加工 拋光性能好的材料 塑料模具用預(yù)硬鋼 減少因淬火變形耐蝕鋼 塑料成形防腐 馬氏體時效鋼 高的強(qiáng)度 韌性 耐磨性 低的熱膨脹系數(shù) 廣泛用于壓鑄模 也用于注塑模粉末高速鋼 耐磨 高韌性 長壽命 復(fù)雜 高速沖裁用硬質(zhì)合金模具 若施以表面TiN涂層等表面強(qiáng)化 韌性上再提高一步 應(yīng)用前景廣闊 可編輯 73 表面處理技術(shù)的發(fā)展趨勢 由高溫向中 低溫滲入發(fā)展由大氣熱處理向低真空 高真空熱處理發(fā)展由單純的化學(xué)熱處理向復(fù)合熱處理發(fā)展由滲入單一元素向多元素共滲 碳 氮 復(fù)合滲發(fā)展由一般的擴(kuò)散滲技術(shù)向化學(xué)氣相沉積 CVD 物理氣相沉積 PVD 物理化學(xué)氣相沉積 PCVD 又稱等離子化學(xué)氣相沉積法 離子滲入 離子注入等方向發(fā)展 可編輯 74 激光表面處理技術(shù) 激光以高能量密度快速掃描鋼材表面 鋼材瞬時吸收光能 使作用區(qū)的溫度急劇上升 在低于融化溫度情況下 形成奧氏體 在冷態(tài)基體與加熱區(qū)之間產(chǎn)生極高的溫度梯度 104 105K cm 掃描后 加熱區(qū)表面層驟然冷卻 106 108 S 而自冷淬火 獲得相變硬化 可編輯 75 稀土表面工程技術(shù) 而稀土表面工程技術(shù)和納米表面工程技術(shù)的進(jìn)展必將進(jìn)一步推動模具制造的表面工程技術(shù)的發(fā)展例如應(yīng)用于模具型腔表面的超硬TiN膜 加入稀土元素 使模具型腔表面呈現(xiàn)出高硬度 低摩擦系數(shù) 高有耐磨性 耐磨性是45鋼調(diào)質(zhì)的5 6倍 和良好的化學(xué)穩(wěn)定性 滲層深度可以明顯增加 改善了膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度 提高了模具的使用壽命 可編輯 76 納米表面工程技術(shù) 納米表面工程是以納米材料為基礎(chǔ) 通過特定的加工技術(shù) 加工手段 對固體表面進(jìn)行強(qiáng)化 改性 超精細(xì)加工 或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程 極具應(yīng)用前景和市場潛力 納米模具的解釋主要有兩種 精度以及尺寸達(dá)到納米級的模具稱之為納米模具 例如碳納米管CNT 巴基管 納米塑料模具采用涂敷 粘結(jié) 吸附等方式將納米材料附加到模具型腔表面以增強(qiáng)模具強(qiáng)度 減少磨損 延長使用壽命 可編輯 77 碳納米管CNT制模 CNT機(jī)械強(qiáng)度是鋼的100倍 質(zhì)量僅為鋼的六分之一 由于碳納米管是中空的 且可以被 溶解 所以可以作為納米模具 這也是CNT的主要應(yīng)用之一 利用合適金屬灌滿碳納米管 然后把碳層腐蝕掉 可以制備出用作電子連接器的納米導(dǎo)線和具有高速選擇性的 分子篩 目前 除此之外無其他可靠的方法來得到納米尺度的金屬導(dǎo)線 78 六 國內(nèi)模具發(fā)展趨勢 為了適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期 高精度 低成本的迫切要求 未來我國的模具將呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢 可編輯 79 1 模具日趨大型化 方面是由于用模具生產(chǎn)的零件日漸大型化 另一方面也是由于高生產(chǎn)率要求而發(fā)展多工位模具 多腔模具 現(xiàn)在有的注塑模已達(dá)幾百腔 所致 新型轎車的大尺寸覆蓋件成形 大功率汽車的六拐曲軸成形 可編輯 80 2 模具的精度越來越高 10年前 精密模具的精度一般為5 m 現(xiàn)在已達(dá)2 3 m 不久1 m精度的模具都將上市 隨著零件微型化及精度要求的提高 有些模具的加工精度要求在1 m以內(nèi) 超精密加工已進(jìn)入納米 0 1 m 100nm 級精度階段大致可分3個層次 一是用于汽車 飛機(jī) 精密機(jī)械的微米 m 級精密加工 二是用于磁盤 磁鼓制造的亞微米 0 1 m 級精密加工 三是用于超精密電子器件的毫微米 0 001 m 級精度加工 這就要求發(fā)展超精加工 并對模具的加工設(shè)備 檢測技術(shù) 研磨拋光工藝等提出更高的要求 可編輯 81 3 壓鑄模及塑料模的比例將不斷提高 隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化方向發(fā)展 壓鑄模具的比例將不斷提高 同時對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度將提出更高的要求隨著以塑代鋼 以塑代木的進(jìn)一步發(fā)展 塑料模的比例也將不斷提高 可編輯 82 4 擠壓模及粉末成形模將增多 由于汽車 車輛和電機(jī)等產(chǎn)品和輕量化發(fā)展 以鋁代鋼 高分子材料 復(fù)合材料 工程陶瓷 超硬材料的成形加工技術(shù) 新型材料的采用 不僅改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能 而且使生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本變革 相應(yīng)地出現(xiàn)了液態(tài) 半固態(tài)擠壓模具及粉末鍛模 金屬粉末鍛造成形 金屬粉末超塑性成形 粉末注射成形 粉末噴射和噴涂成形大大擴(kuò)充了現(xiàn)代精密塑性成形的應(yīng)用范圍 可編輯 83 5 多功能復(fù)臺模具將進(jìn)一步發(fā)展 級進(jìn)組合沖壓模已在美國汽車工業(yè)中普遍應(yīng)用 加工轉(zhuǎn)子 定子板或者插接件 其優(yōu)點是生產(chǎn)率高 模具成本低 不需要板料剪切 如集成電路引線框架的20 30工位的級進(jìn)模 工位數(shù)量最多已達(dá)160個 自動沖切 疊壓 鉚合 計數(shù) 分組 轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜和安全保護(hù)等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具 這種多功能復(fù)合模具生產(chǎn)出來的不再是單個零年 而是成批的組件 可大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)及裝配周期 可編輯 84 6 熱流道技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)大 采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量 并能大幅度節(jié)約制件的原材料 在國