模具制造技术的现状
模具是现代生产中制造各种工业产品的重要工艺装备,它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。由于模具成形具有优质、高产、省料和成本低等特点,所以在国民经济各个部门,特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工等工业部门得到极其广泛的应用。如在汽车生产中,一个车型的轿车,约需4 000多套模具,包含冷冲压模、锻模、塑料模、橡皮模等。采用模具生产的零、部件具有生产效率高、质量稳定、一致性好、节省原材料和能源、生产成本低等优点,现在已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向之一。现代工业产品的发展和生产效益的提高,在很大程度上取决于模具的发展和技术水平。模具已成为衡量一个国家、一个地区、一家企业制造水平的重要标志之一。模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高,并能获得极大的经济效益,因而引起了各个国家的高度重视。在日本,模具被誉为“进入富裕社会的原动力”,在德国则冠之以“金属加工业中的帝王”,在罗马尼亚被视为“模具就是黄金”。我国将模具工业视为整个制造业的“加速器”。因此,随着工业生产的迅速发展,模具工业在国民经济中的地位日益提高。
随着改革开放的不断深入,技术的不断进步,及经济的快速发展,目前,我国已经可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具了。例如,在冲压模具方面,我国设计和制造的电动机定转子硅钢片硬质合金多工位自动级进模和电子、电器行业用的50余工位的硬质合金多工位自动级进模等,都达到了国际同类模具产品的技术水平。凹模镶件的重复定位精度<0.005mm,步距精度<0.005mm,模具成形表面粗糙度达0.4~0.1汕m。零件可以互换,模具寿命可达l亿冲次。级进冲裁和叠铆原理相结合的技术已在高速冲床上使用,具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、记数分组及安全保护功能。在塑料模具方面,能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模,大型彩色电视机、洗衣机和电冰箱等精密、大型注射模。
随着社会经济的发展,人们对生活必需品的数量、品种、质量的要求越来越高。为了满足人们的这种需求,世界各发达工业国家都十分重视模具技术的开发,在模 具行业重点投资,制模水平有了很大的提高,并取得了可观的经济效益。
模具的好坏与模具制造技术有直接的关系,模具制造技术发展到今天主要与以下因素有关。
1.制造设备水平
模具制造技术随着制造设备水平的提高而提高。随着先进、精密和高自动化程度的模具加工设备的应用,如数控仿形铣床、数控加工中心、精密坐标磨床、连续轨迹数控坐标磨床、高精度低损耗数控电火花成型加工机床、慢走丝 精密电火花线切割机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和检测设备的应用,拓展了可进行机械加工模具的范围,提高了加工精度,降低了制件的表面粗糙度,大大提高了加工效率,推进了模具设计制造一 体化的发展。
2.模具新材料的应用
模具制造技术随着模具新材料的应用而提高。模具材料是影响模具寿命、 质量、生产效率和生产成本的重要因素。必须有充足的、高质量的、品种系列齐全的模具用材料,模具工业才能赶上世界先进水平。目前我国模具的寿命仅为国外模具寿命的1/5~1/3,在造成这一差距的因素中,模具材料和热处理方 面的影响占60%以上。经过多年努力,我国已经开发了一些专用模具材料,实践证明,这些材料(如65Nb、LDl、HM.1、GR等钢)具有良好的使用效果。
目前,材料研究生产部门还在继续开发生产塑料模具钢、压铸模具钢、高强韧、高耐磨优质模具钢等。在实际生产中,为促进模具制造技术的提高,模具设计和制造者应大力推广应用新型和高级模具材料。
热处理是提高模具钢的强韧性和表面性能,发挥模具钢潜力的有效措施。 为了提高模具基体的强度、刚度和韧性,应进一步完善和推广使用组织预处理、高淬低回、低淬低回、低温快速退火等热处理工艺。为使模具表面强化,即提高模具表面的强度、润滑性、耐蚀性,应推广化学热处理(氮化、硫化)、渗金属、化学沉积、电镀、涂层及电火花强化等技术。
3.标准化程度
模具制造技术随着标准化程度的提高而提高。模具的标准化是代表模具工 业与模具技术发展的重要标志。到目前为止,已经制定了冲压模、塑料模、 压铸模和模具基础技术等数十项国家标准,几百个标准号,基本满足了国内猡豢囔具生产技术发展的需要。商品化程度是以标准化为前提的,随着标准的颁奄实施,模具的商品化程度也大大提高。商品化推动了专业化生产,降低了割造成本,缩短了制造周期,提高了标准件的内外部质量,也促进了新型材辞的应用。
4.模具现代设计与制造技术
模具制造技术随着模具现代设计与制造技术的发展而提高。随着计算机技术的发展与应用,我国的模具设计与制造正朝着数字化方向发展,国内外一些通用或专用软件已经有了比较普遍的应用,特别是模具成形零件方面的软件。今岳,模具现代设计与制造技术必将大大推进模具的设计与制造水平。
5.专业化生产
模具专业化生产是实现高质量、低成本、短生产周期的重要手段,发达国家的经验表明,要加快模具技术的发展,必须要实现专业化生产。目前,美国模具专业化程度已达80%~90%,日本为70%~80%,而我国仅为20%左右。
模具制造技术的发展趋势
随着我国社会主义市场经济的不断发展,工业产品的品种增多,产品更新换代加快,市场竞争日益激烈。因此,模具质量的提高和生产周期的缩短尤为重要,模具制造技术的发展呈现以下趋势。
1.模具粗加工向高速加工技术发展
高速加工具有生产效率高、切削抗力小等特点,可以大大改善模具表面的质量状况,降低加工成本。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具零件外形表面粗加工发展的方向。世界各国竞相研究高速切削加工设备,美国Jngersoll公司研制生产的HVM600型卧式加工中心,主要技术参数:最高主轴转速达20 000r/rain,快速移动速度、最高进给速度均为’76m/min,加(减)速度为(1~1.5)g,换刀时间(切削一切削)为4s,托板交换时间为8s。日本日立精机生产的}tG400Ⅲ型加工中心主轴最高转速达36 000—40 000r/min,工作台快速移动速度为36~40m/min。目前主轴转速在20 000~40 000r,/rain的加工中心越来越普及,一些欧洲的高速加工中心的主轴转速已经达到60 000r/min,转速高达100 000r,/min以上超高速主轴也正在研制开发中。毛坯下料设备出现了高速锯床、阳极切割和激光切割等高速、高效率加工设备,还出现了高速磨削设备和强力磨削设备等。
2.成型表面的加工向精密、自动化方向发展
成型表面的加工正不断向微细化、高效化、精密化、自动化及智能化等方向发展,主要是通过计算机控制和高精度加工来实现。目前,数控加工中心、数控电火花成型加工设备、计算机控制连续轨迹坐标磨床和配有(;NC修整装备与精密测量装置的成型磨削加工设备等的推广使用,是提高模具制造技术水平的关键。
3.光整加工技术向自动化方向发展
模具成型表面的研磨和抛光质量决定了制件质量与模具寿命,但目前企业的光整加工大多仍然以手工作业为主,不仅花费工时多,而且劳动强度大、表面质量低。发达工业国家正在研制由计算机控制、带有磨料磨损自动补偿装置的光整加工设备,可以对复杂型面的三维曲面进行光整加工,并开始在模具加工上使用,大大提高了光整加工的质量和效率。
4.逆向模具制造工程技术的发展
逆向模具制造工程技术以三坐标测量机和快速成型制造技术为代表,是20世纪80年代以来制造技术的又一重大突破,对模具制造具有重大的影响,对缩短模具制造周期,进而提高产品的市场竞争能力有重要意义。这种技术特别适用于多品种、小批量用模具,而多品种、小批量生产方式又占工业生产的。75%左右。因此,逆向模具制造工程技术将有极大的发展前途。
5.模具CAD/’CAM/CAE技术的应用发展
模具cAD/cAM/CAE技术在模具设计、制造和分析上的优势越来越明显,它是模具技术的又一次革命。目前,国内外一些通用或专用软件在我国模具制造行业已经得到了比较普遍的应用,这种技术采用cAD,进而将数据交换到加工制造设备上,实现cAM,或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。cAD不仅提高了设计速度,还可以实现模具工作状况的模拟。实践证明,采用模具cAD/cAM/cAE技术将大大缩短模具的制造周期,提高模具的设计与制造质量,大大普及和提高模具CAD/CAM/CAE技术的应用。