先进制造技术在模具制造中的应用及前景

第18卷　第3期塔　里　木　大　学　学　报Vol.18No.3

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2006年9月JournalofTarimUniversitySep.2006

　　文章编号:1009-0568(2006)03-0091-02

先进制造技术在模具制造中的应用及前景

王旭峰

1,2

　韩勇

3

(1　沈阳农业大学工程学院,辽宁沈阳　110161)(2　塔里木大学农业工程学院,新疆阿拉尔　843300)

(3　农一师八团,新疆阿拉尔　843017)

摘要　本文介绍了目前模具制造业状况,,术在模具制造业中的应用前景。关键词　先进制造技术;模具;应用

中图分类号:T-1onandProspectofAdvancedManufacturingTechnologyinMoldManufacture

WangXufeng　HanYong

1,2

3

(1CollegeofEngineering,ShenyangAgriculturalUniversity,ShenyangLiaoning110161)

(2CollegeofAgriculturalengineering,TarimUniversity,AlarXinjiang843300)

(3No.8Regiment,theFirstDivisionofXinjiangProduction&ConstructionCorps,AlarXinjiang843017)

Abstract　Thisarticleintroducedthepresentsituation,applicationconditionandapplicationprospectofadvancedmoldmanufacturingindustryfromdifferentangles.

Keywords　advancedmanufacturetechnology;mold;application

1　模具制造业的基本状况

模具作为工业生产的基础工艺装备,在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计,75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成形;家用电器行业的80%零件、机电行业的70%以上零件也都要靠模具加工;因此,模具又被称之为“百业之母”。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。截至2005年,我国约有模具生产厂点20000多个,

专业模具厂400多个,从业人员70多万人。总产值约180多亿人民币,年产各类模具300万套(不包括简单模具),使我国在模具数量上成为生产大国。2000年至2005年间,我国模具工业的产值年平均增长18%左右。目前国内模具市场需求巨大,前景广阔。大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长很大。世界模具市场仍然是供不应求,近几年,世界模具市场总量一直保持在700亿～850亿美元之间。

现代工业对模具提出了更新和更高的技术要求,模具行业必须以高度集成化、智能化、柔性化和网络化与之应对。提高产品质量及生产效率,缩短设计及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高

收稿日期:2006-02-22

作者简介:王旭峰(1974-),男,讲师,在读硕士,主要从事机械设计与先进制造业的教学与科研工作。

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模具制造业的应变能力,满足用户需求。模具业和

整个制造业,在当今世界经济的大环境中,如何求生存,如何求发展?当今,“模具就是经济效益”的观念,已被越来越多的人所接受。而在模具制造中,广泛采用各种先进的制造技术并使之不断发展完善,是促进模具工业兴旺发达的必由之路。

模具先进制造技术从广义上讲是模具制造业不断吸取信息技术和现代管理技术的成果,并将其综合应用于模具产品设计、加工、检验、管理、销售、

[1]

使用、服务乃至回收的模具制造全过程,以实现优质、高效、低耗和灵活生产,提高在多变的市场中的适应能力和竞争能力的模具制造技术的总称。模具先进制造技术的一个发展趋势就是:客户化、量和快速交货。

刀具材料有镀膜的和未镀膜的硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基和氧化硅基陶瓷、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等,适合于高速数控加工;刀柄结构要求具有很高的几何精度和装夹重复精度、很高的装夹刚度和高速运转时的完全可靠性;安装刀具的模块化要求有典型的HSK型刀柄及其连接结构、液压膨胀夹头、TRIBOS力胀套夹头等。2.2　高速数控磨削

,可采用机电动、高抗振、高;高速数控磨削砂轮要,高速时完全可靠,外观,结合剂必须具有很高的结合强度和耐磨性以减少砂轮的磨损,高速砂轮采用等强度来设计优化结构和形状;冷却系统要求冷却液具有较高的热容量和热传导率以提高冷却效率,有良好的过滤性、良好的防腐性和高附着力,有较高的稳定性,不起泡,易于清洗,有利于环境保护。2.3　基于CAD/CAM自动化数控编程

2　:高速主轴及高速进给驱动系统机床;高速加工刀具系统;基于CAD/

[2]

CAM自动化数控编程。2.1　高速数控切削

主要是车削和铣削。一般高速数控切削的主轴转速比普通数控切削转速高1～10倍。高速数控切削的另一个内涵是采用高的进给速度。维持切削力不变,提高转速就能够提高切削速度,减少切削时间;维持进给速度在普通切削水平,提高转速就能够减小切削力,可以加工较细或较薄的模具零件。高速主轴是高速数控切削的首要条件。目前主轴转速可达100000转/min,高速切削速度在5～100m/s。完全可以达到模具零件的镜面车削和镜面铣削。2.1.1　高速主轴有以下几种渐变形式

采用液体静压轴承的高速电动主轴,主轴回转

μm以下,转滚达到100000转/min;还可精度在0.2

以采用空气静压轴承的高速电动主轴,主轴回转精

度可在50nm以下,转速可高达200000转/min。正在开发之中。2.1.2　高速数控切削机床的结构特征

进给驱动系统的高速化,即采用大导程滚珠丝杠和高速伺服电机、直线电机和精密直线导轨;进给速度可达60～120m/min;运动部件轻量化和伺服进给控制精密化;已研制出三、四、五轴联动高速数控切削机床。可加工复杂型面的模具。2.1.3　高速数控切削刀具系统

高速数控加工作为模具加工的前沿技术,关键技术之一就是采用先进的CAD/CAM集成设计和制造系统,进行图形交互的自动数控编程,这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查。

3　模具制造的发展要面向先进制造的

特种加工技术

面向先进制造的特种加工技术是在传统的特种加工技术与材料技术、控制技术、微电子技术和计算机技术紧密结合的基础上,随着快速响应市场需求而逐步发展起来的。

3.1基于分步制造思想,利用简单工具实现三维成

型加工的去除型特种加工技术

包括数控电火花仿铣加工技术、数控电化学铣削加工技术和数控超声波加工技术。普通的电火花、电化学、超声波成形加工利用形状复制原理将工具的形状复制到工件上。要得到一定精度的模具三维形状,就需要制作与其形状相同、凸凹相反的工具,并严格控制工作液在加工间隙中的流淌分布。为节省大量的复杂形状工具的制造费用和时间,简化工作液的流动控制,可采用简单形状的工具,依照数控铣削那样依靠机床的成形运动来加工出复杂的

第3期王旭峰等:先进制造技术在模具制造中的应用及前景93

模具三维型面的新型加工工艺技术。这必须解决如下几个技术难题:实现加工过程的稳定控制;具有确定的材料去除规律及工具损耗规律;实现工艺过程建模;研制出相应的CAD/CAM软件。为有效地简化问题的复杂性,将采用类似快速成形的分层制造加工模式,并严格控制每一层的加工余量,确保工具只有底面实现加工,而侧面不参与加工,从而使复杂的模具三维型面加工问题转化为一系列平面加工问题。3.2　三维型腔的精密成形及镜面电火花加工一体化技术

电火花精加工模具零件时,需要采用较小的放电能量和加工间隙。这样当加工面积较大时,,中放电现象,,来增大、增大放电通道的分散性。从而可使排屑好、放电稳定、加工效率提高,并有效降低加工表面的粗糙度。同时使用混粉工作液还可在模具工件表面形成硬度较高的镀层,提高模具型腔表面的硬度和耐磨性,实现模具三维型腔的精密成形及镜面电火花加工一体化。3.3　基于RP技术的特种加工技术,以及面向RP

定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达

μm,寿命达到1亿次以上。其他的多工位级进20

模,也已达到较高的水平。4.2　模具的发展趋向大型化

这是由于用模具成形的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的。4.3　模具的精度将越来越高

μm,现在已十年前,精密模具的精度一般为5

μm。达到1～3

4.4　[4]

,压铸模

。5快速经济模具的前景十分广阔

二十一世纪是多品种小批量生产时代,这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此,一方面是制品使用周期缩短,另一方面式样变化频繁,要求模具的生产周期愈短愈好。因此,开发快速经济模具将越来越引起人们的重视和关注。4.6　气辅模具的应用将越来来广泛

随着塑料成形工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好,耐高压,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性好,模温能准确控制,所以对模具钢的性能要求很严。4.7　热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高

由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节约制件的原材料,因此热流道技术的应用在国外发展很快,许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术,有的厂家使用率达到80%以上,效果十分明显。热流道模具在我国已生产,有些企业使用率上升到20%～30%。

技术的特种加工工艺组合技术

快速成形技术已成为模具制造的有效手段,正以其特有的制造哲理深刻地变革着模具制造领域,未来的模具制造体系必然综合材料增长制造和去除加工两种原理,以实现模具零件的快速制造,使特殊材料(如功能梯度材料)零件的直接制造成为可能,使得人们长期以来设想的按力学、电磁学性能来设计制造新材料零件变为现实。应该探索快速成形技术与电铸、电弧喷涂、等离子喷涂、等离子熔射成形、浇注、精密铸造、电火花等特种加工方法的组合工艺

[3]

技术,为特殊性能材料零件和金属模具的快速制造提供崭新的技术手段。

5　结束语

模具先进制造技术种类繁多,几乎大部分的先进制造技术都可以应用到模具制造中,而且在不断发展之中,在此不可能尽数概述。从我国的国情出发,所有模具企业都尽快采用高速数控加工技术是不现实的,因为设备及技术装备费用昂贵。而适当采用相对廉价的面向快速制造的特种加工技术,而值得某些模具企业考虑。从不同角度讲,除了上述

4　模具及制造技术发展趋势

4.1　模具将向多功能复合型进一步发展

多工位级进模和多功能模具是我国重点发展的精密模具品种。目前,国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。生产的电机

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发展中的模具先进制造技术以外,还有模具反求工

程技术(ReverseEngineering)、模具虚拟制造技术(VirtualManufacruring)、模具柔性制造技术(FMS)和模具集成制造技术(CIMS)等。

参考文献

[1]　许鹤峰,闫光荣.数字化模具制造技术[M],北京:化

[2]　赵波.模具加工的前沿技术———高速加工[J].模具技

术,2000,(2):19～21.

[3]　郭东明.王晓明等.面向快速制造的特种加工技术

[J].中国机械工程,2000,(11):3～5.

[4]　张海鸥.快速模具制造技术的现状及其发展趋势[J].

模具技术,2000,(6):45～56.

学工业出版社,2001:120～123.

(上接第90页)

2.4　多媒体教学的关键在于优化教学设计

教学优化设计是优化教学过程的必要措施,对提高教学质量起着巨大作用。一方面,要对教学内容进行优化。因为教学内容是学生学习的对象,教与学相互作用的中介,、传输、接收与反馈的对象,,,、难点讲解。另一方面,在课件的应用与制作方面,应该根据自己所处环境的客观情况,以自己制作的课件为主。考虑到每一门课程课件制作的工作量大,动画制作的难度大,可以运用“超级链接”将其他媒体,尤其是实体、动画的CAI课件应用到自己的多媒体教学活动中。当然这也需要精心的设计、选取和安排。

的。,

。相反,只有相。南京师范大坚持数学教师自己制作软件”一文中已作了很有说服力的结论。应该认识到,这是我们所处的时代对教师的职业技能要求。这里需要特别强调,在制作课件时,应该计算机技术人员与教师结合,以教师为主。以保证做出好的课件和用好课件。因为只有针对自己学生实际,能体现自己教学风格的课件,才会在教学中取得最好的效果。

参考文献

[1]　杨建场.现代化教学模式———多媒体教学.教育与职

[3]

业,2001,(6):35～36.

3　结束语

多媒体教学在我校近几年的发展已经取得了一

定的进步,在多媒体教学中的教师应该怎样定位,多媒体教学的过程是一个怎样的过程,教学设计应该遵循一些什么样的原则等等,都是有待进一步研究

[2]　祝智庭.多媒体CAI[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,

1997:26～28.

[3]　周保平.关于计算机辅助大学数学教学的几点思考.

塔里木农垦大学学报,2002,4:26～27.