模具制造與新技術(shù)會碰撞出怎樣的火花？- 副本

模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，廣泛應(yīng)用于機械制造、電子電器、汽車、航空航天、農(nóng)業(yè)和國防等行業(yè)，被稱為“工業(yè)之母”。借助模具生產(chǎn)能夠達到節(jié)約材料、降低產(chǎn)品成本和提高生產(chǎn)效率的目的，尤其是在大批量的生產(chǎn)模式中，更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。隨著社會的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們逐漸對產(chǎn)品的性能、功能和外觀有了更強、更全、更時尚的追求，意味著產(chǎn)品零部件向著更精巧、更輕便和更美觀的方向發(fā)展，追本溯源，零部件的發(fā)展決定了模具的精密程度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜以及使用壽命更長，對模具的制造技術(shù)提出了更高的要求。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，新材料、新設(shè)備及新工藝層出不窮，促使模具制造技術(shù)也發(fā)展得越來越快。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)當(dāng)今模具的發(fā)展趨勢愈來愈趨向于高精度、功能多樣化，模具結(jié)構(gòu)也是愈來愈復(fù)雜，這對模具的設(shè)計提出了更高的要求。對于現(xiàn)在模具的高速發(fā)展態(tài)勢，傳統(tǒng)的設(shè)計手段就顯得相形見絀了，需要有更高級的設(shè)計手段來適應(yīng)模具的發(fā)展。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)基于CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)，利用計算機軟件來完成模具產(chǎn)品的設(shè)計與制造。它借助計算機軟件的強大功能對模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工參數(shù)等進行優(yōu)化，對設(shè)計出的模具在顯示器上進行直觀的觀察和修改調(diào)整，將最優(yōu)的設(shè)計結(jié)果進行仿真并生成加工程序，傳輸?shù)綌?shù)控機床進行加工。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，數(shù)字化設(shè)計能夠有效地減少設(shè)計和制造周期、降低模具生產(chǎn)成本以及提高模具的制造精度。虛擬制造技術(shù)是CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)發(fā)展的更高階段。它融合了計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠把模具從設(shè)計到制造，直至裝配、檢驗的全過程，在計算機上全部模擬完成，根據(jù)設(shè)計出的模具產(chǎn)品模型，利用軟件的強大功能，在計算機上模擬出實際加工過程以及各個零件最后裝配過程中的情況，對加工或裝配過程中出現(xiàn)的問題進行及時的修正，避免把問題帶到實際生產(chǎn)中。虛擬制造技術(shù)最突出的特點，是能夠模擬出模具最后裝配的情況，不需要加工實體模型，利用計算機建造的虛擬環(huán)境，可視化地觀察模具裝配過程中各個零件的干涉情況，并及時進行修正。而傳統(tǒng)模具裝配過程中，必須用實體模型進行反復(fù)的修改和調(diào)試，耗費大量的人工和時間，有時還難免出現(xiàn)零件報廢的情況，與之相較，虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢不言而喻。高硬度材料加工技術(shù)現(xiàn)代模具追求高的使用壽命，以平衡其較高的制造成本，獲得更高的性價比。使用高硬度材料來制造模具的關(guān)鍵零部件，是提高模具使用壽命最直接的方法。高速切削技術(shù)（HSC）是近十年來迅速崛起的一項先進制造技術(shù)。高速切削技術(shù)基于高速切削理論，認為對于每一種零件材料，在常規(guī)的加工速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增加而升高，如果用遠遠超過常規(guī)切削速度范圍的速度來加工的話，切削溫度反而會降低。20世紀(jì)20年代末德國物理學(xué)家薩洛蒙博士首次提出高速切削加工的概念。借助于集成了高速電主軸、高速伺服系統(tǒng)、高精度的快速進給系統(tǒng)和高性能控制系統(tǒng)等先進技術(shù)的高速切削機床，配備硬質(zhì)合金、聚晶金剛石（PCD）及聚晶立方氮化硼（PCBN）甚至陶瓷等新型材料刀具，高速切削可以加工硬度達60HRC甚至更高硬度材料的零件。因此，高速切削能直接加工經(jīng)熱處理硬化的工件，粗、半精和精加工只需要在機床上裝夾一次即可完成，還能省去熱處理后的電火花加工，簡化了工件的工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本。不僅如此，得益于高速切削機床很高的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和較小的切削力，高速切削具有很高的加工精度和加工效率。同常規(guī)切削方式相比，高速切削單位時間的材料切除率可提高3～6倍，而切削力卻降低了30%左右，工件和刀具熱變形都能得到有效控制，所以可以達到很高的加工精度和很小的表面粗糙度值，切削較硬材料時能達到表面粗糙度值Ra=0.2μm，切削較軟材料也能達到Ra=0.4μm，對于某些工件來說，可以直接省去最后的修磨拋光工序。高速切削技術(shù)具有諸多優(yōu)點，在工業(yè)發(fā)達國家得到廣泛的應(yīng)用。高速切削技術(shù)在模具制造方面除了應(yīng)用于高硬度材料模具型腔的直接加工外，在電火花加工（EDM）、快速樣件制作和模具快速修復(fù)等方面也得到了大量應(yīng)用。電火花加工技術(shù)是適用于高硬度材料加工的另一項技術(shù)。其實電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用歷史比高速切削長得多。電火花加工原理是利用放電產(chǎn)生的電蝕作用蝕除需要去除的金屬，直至達到需要的形狀。電火花加工不同于一般的機械切削加工，它最大的特點是加工過程中沒有切削力，只要能導(dǎo)電，幾乎能加工任何硬度的材料，所以在高速切削技術(shù)出現(xiàn)以前的模具制造過程中，電火花加工技術(shù)在高硬度材料加工領(lǐng)域基本上是獨領(lǐng)風(fēng)騷。盡管高速切削技術(shù)近年來在一定程度上有取代電火花加工的趨勢，但是受限于刀具的長度和直徑等因素，所能加工的模具型腔底部圓角最小半徑為0.3mm。在加工一些具有小深孔、尖角和窄槽等結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模具時，高速切削還是顯得有些力不從心。另外，對于一些超硬材料，高速切削也很難加工。所以在一些小型精密注射模具或超硬材料工件的加工方面，電火花加工技術(shù)仍然占有一席之地。其實電火花加工技術(shù)從產(chǎn)生至今，并不是墨守成規(guī)地一成不變，尤其是近期，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，電火花加工也取得了長足的進步?，F(xiàn)代的高精密電火花加工技術(shù)融合了標(biāo)準(zhǔn)化夾具快速精密定位、混粉加工法、搖動加工法以及多軸聯(lián)動加工技術(shù)等多項先進的加工工藝，可以對復(fù)雜的模具型腔進行精密加工以及極小半徑的清角加工，能夠加工出表面粗糙度值Ra=0.08μm的精密表面，配備合適的工裝和電極，甚至可以加工超硬材料零件的高精度內(nèi)螺紋。電火花創(chuàng)成加工是近年來興起的一種加工技術(shù)，又被稱為電火花銑削，它可以看做是電火花加工和精密多軸數(shù)控機床相結(jié)合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)電火花加工必須使用與零件形狀相適應(yīng)的復(fù)雜電極不同，電火花創(chuàng)成加工只需要簡單的電極（一般采用圓柱棒狀電極），像銑刀一樣在數(shù)控系統(tǒng)控制下按預(yù)設(shè)的軌跡來加工工件。電火花創(chuàng)成加工可以加工具有形狀非常復(fù)雜的空間自由曲面而采用高硬度、高強度和高脆性等材料制作的模具。不過電火花創(chuàng)成加工對編程的要求較高，不僅要進行幾何尺寸的編程，還要考慮不同加工條件下電火花順利加工的工藝編程，比如電火花的電源參數(shù)等?？焖俪尚渭夹g(shù)快速成形（RP）技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項先進技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)在發(fā)達國家的制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?？焖俪尚渭夹g(shù)將計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數(shù)字控制（CNC）、激光技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)及新材料技術(shù)融為一體，其制造原理與傳統(tǒng)的加工方法截然不同?？焖俪尚渭夹g(shù)屬于“增材制造”。傳統(tǒng)的加工方法是將大的毛坯一點一點削減為零件，而快速成形技術(shù)則是用原料一點一點堆積疊加形成零件。根據(jù)成形原理和系統(tǒng)特點以及所用成形材料的不同，快速成形技術(shù)分為3DP噴墨技術(shù)、FDM熔融層積成形技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)和DLP激光成形技術(shù)等多種類型。盡管快速成形有多種技術(shù)類型，但它們的基本原理都一樣，就是“分層制造、逐層疊加”，就像一臺“立體打印機”，因此，形象地把快速成形稱為“3D打印”技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)在生產(chǎn)前期不需要準(zhǔn)備刀具、工裝等，它可以快速地將設(shè)計者的想法迅速轉(zhuǎn)化為看得見、摸得著的三維樣品，因此它非常適用于新模具投產(chǎn)之前的樣品試制或小批量生產(chǎn)，這樣可大幅提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率，縮短新產(chǎn)品研發(fā)時間，降低模具的成本。如果利用網(wǎng)絡(luò)將設(shè)在不同地點的設(shè)計系統(tǒng)與3D打印設(shè)備連接起來，還可以進行異地產(chǎn)品的打印?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的零件，力學(xué)和物理性能往往不能直接滿足產(chǎn)品要求，需進行進一步的處理，通過精密鑄造、金屬噴涂制模、硅膠模鑄造、快速EDM電極和陶瓷精密鑄造等配套制造技術(shù)對其進行物理性質(zhì)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了結(jié)合了鍛造技術(shù)的