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我國工業(yè)生產(chǎn)面臨產(chǎn)品種類多、更新快和市場競爭激烈的挑戰(zhàn),模具制造須滿足的交貨期短、精度高、質(zhì)量好、價格低等要求。當前我國模具技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面。
1.模具CAD/CAM/CAE技術(shù)普及
由於模具CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項較成熟的共性技術(shù),近年來此項技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度。有條件的企業(yè)應(yīng)做好此項技術(shù)的深化應(yīng)用工作,即開展企業(yè)信息化工程,可從CAPP→PDM→CIMS→VR,逐步深化和提高。
2.快速原型制造及相關(guān)技術(shù)獲得更好發(fā)展
快速原型制造(RPM)技術(shù)是集精密機械制造、計算機、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學新發(fā)展的高科技技術(shù)。該技術(shù)可直接或間接用於模具制造,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1/3和成本的1/4左右。因此,快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合,將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進一步發(fā)展的方向。
3.高速銑削加工得到更廣泛應(yīng)用
高速銑削加工與傳統(tǒng)切削加工相比,還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。使用高速銑削,可縮短模具制造周期,降低成本。
4.模具高速掃描技術(shù)作用愈加顯著
模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)在逆向工程中發(fā)揮了更大作用。高速掃描機和模具掃模系統(tǒng)已在我國200多個模具廠點得到應(yīng)用,取得良好效果。該系統(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,在很大程度上縮短了模具的研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上。高速掃描機掃描速度可達3m/min。
5.電火花銑削加工技術(shù)將成發(fā)展趨勢
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù),這是一種替代傳統(tǒng)的用成型加工型腔的新技術(shù),它采用高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電板,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機床在模具加工中應(yīng)用,預(yù)計這一技術(shù)將進一步得到發(fā)展。
6.超精加工和復(fù)合加工應(yīng)用前景可期
隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展,加工精度超過1μm的超精加工技術(shù)和集電、化學、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將大有用武之地。
7.熱流道技術(shù)開始推廣
由於采用熱流道技術(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)省制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。國外熱流道技術(shù)的發(fā)展很快,塑料模具已有一半用上了熱流道技術(shù),有的廠甚至已達80%以上,效果十分明顯。國內(nèi)近幾年來已開始推廣應(yīng)用,但總體還達不到10%,個別企業(yè)已達到30%左右。制訂熱流道元器件的國家標準,生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道技術(shù)的關(guān)鍵。
8.氣體輔助注射技術(shù)和高壓注射成形等工藝進一步發(fā)展
氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝,它具有注射壓力低、制品翹曲變形小、表面質(zhì)量好以及易於成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點,大幅度降低成本。國外已比較成熟,國內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。
氣體輔助注射成形包括塑料熔體注射和氣體(一般均采用氮氣)注射成形兩部分,比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且氣體輔助注射常用於較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計和控制的難度較大,因此,開發(fā)氣體輔助成形流動分析軟件,顯得十分重要。將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成形工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具。
9.模具液壓成形技術(shù)進一步開拓應(yīng)用
液壓成形工藝是模具漲形技術(shù)采用的一種工藝手段,過去在皮帶輪等類似產(chǎn)品上應(yīng)用頗廣,現(xiàn)已拓展到汽車行業(yè),用於零部件制造。該方法簡化了模具結(jié)構(gòu)和減少了副數(shù),克服了常規(guī)成形過程中材料嚴重變薄的狀況,提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時大幅降低了生產(chǎn)成本。但由於成形工藝的限制,對某些沿縱軸截面彎曲變化大的構(gòu)件尚不適用。另外,把成形介質(zhì)(高壓油)傳輸?shù)桨宀幕蚬芗g的引入問題,也尚未得到很好的解決。因此,有待進一步發(fā)展該工藝,以在更多領(lǐng)域得到開拓應(yīng)用。
10.模具標準化程度不斷提高
我國模具標準化程度在不斷提高,估計目前模具標準件使用覆蓋率已達到35%左右(國外發(fā)達國家一般約80%)。模具標準化工作須進一步強化,模具標準化程度的提高必將利於模具標準件的生產(chǎn)和銷售。
11.材料及先進表面處理技術(shù)受到重視
在整個模具價格構(gòu)成中,材料所占比重不大,一般在10%—30%之間。因此選用鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。
12.模具研磨拋光向自動化、智能化方向發(fā)展
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。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。因此,研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。此外,由於模具型腔形狀復(fù)雜,任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光方法,如擠壓研磨、電化學拋光、超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備,以提高模具表面質(zhì)量。
13.模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
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)。這也是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特徵:多臺機床合理組合;配有隨行定位夾具或定位盤;有完整的機具、刀具數(shù)控庫;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)。
14.微銑削技術(shù)將成為高速銑削的未來
微型系統(tǒng)、微型模具和微型銑削對於微型零件的大量生產(chǎn)都是新穎且令人激動的技術(shù)。微銑削(Micro-milling)使用非常小的刀具(直徑小於0.1mm)并能獲得非常小的曲面公差和高質(zhì)量的曲面精度,通用的NC軟件是不能達到這個精度的,所以制造商不得不面對以下巨大的挑戰(zhàn):零件變形,復(fù)雜程度增加,須以高的精度加工微小特徵的工件,以及使用微米級的特殊刀具。微銑削是高速銑削的未來,精通微精模具的公司將會擁有更強競爭力。
虛擬技術(shù)
15.虛擬技術(shù)得到發(fā)展
計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使虛擬技術(shù)成為可能。虛擬技術(shù)可以形成虛擬空間環(huán)境,實現(xiàn)虛擬合作設(shè)計、制造,合作研究開發(fā),及至建立虛擬企業(yè)。
16.汽車車身模具制造技術(shù)促進行業(yè)整體水平提升
隨著汽車朝著輕量化、高速、舒適、風格化發(fā)展,汽車車身模具要適應(yīng)新型車身制造材料(如鋁合金、塑料等),向著大型化、復(fù)雜化和高精度方向發(fā)展。為了更好的與車身生產(chǎn)相結(jié)合,模具生產(chǎn)部門除了模具設(shè)計制造外,還須同時搞好開發(fā)、協(xié)調(diào)車身設(shè)計、樣車制造、工藝設(shè)計等各個環(huán)節(jié),模具企業(yè)整體素質(zhì)和綜合水平也因此得到提高。 工裝改造裝備模具
模具在制造業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、創(chuàng)新和生產(chǎn)中所具有的獨特的重要地位,使得模具制造能力和水平的高低成為國家創(chuàng)新能力的重要標志。模具制造裝備是否精良直接關(guān)系到模具技術(shù)水平的高低。模具裝備行業(yè)的發(fā)展促進了模具工業(yè)的進步,後者也對加工設(shè)備提出了更多要求。羅百輝指出,隨著模具制造更趨精細化,隨著高速、復(fù)合、智能、環(huán)保等成為當前世界機床制造的主流趨向,模具制造對裝備、工藝提出了更高要求。要求數(shù)控機床滿足高速、高動態(tài)精度、高剛性、熱穩(wěn)定性,網(wǎng)絡(luò)化以及與之配套的控制系統(tǒng)均有個性化的特點,各種先進軟件對機床整體運行實現(xiàn)開放性、兼容性。
當前機床設(shè)備制造企業(yè)圍繞以下幾方面進行了相應(yīng)的工裝改造,滿足模具的精密化和自動化趨勢的發(fā)展要求。
1.機床大型化
模具成型零件的日漸大型化和零件的高生產(chǎn)率要求一模多腔,致使模具日趨大型化,大噸位的大型模具可達100噸,一模幾百腔、上千腔,要求模具加工設(shè)備具有大工作臺,同時加大Y軸Z軸行程,且具有大承重、高剛性,高一致性。
2.機床剛性高
模具加工的模具鋼材料硬度高,零件的加工精度和表面質(zhì)量,用於模具制造的高速機床須有很高的動、靜剛度,以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。
3.突出復(fù)合加工性能
對復(fù)雜型腔和多功能復(fù)合模具,隨著制件形狀的復(fù)雜化,須要提高模具的設(shè)計制造水平,多種溝槽、多種材質(zhì)在一套模具中成形或組裝成組件的多功能復(fù)合模具,就要求加工編程程序量大,具有高深孔腔綜合切削能力和高穩(wěn)定性,提高了加工難度。
為了達到對3D曲面的高精度、高速度和高穩(wěn)定性加工,多軸聯(lián)動,有良好的深孔腔綜合切削能力的機床采用了五軸聯(lián)動加工中心,除了三個坐標的直線運動外,還有兩個旋轉(zhuǎn)坐標的進給運動。銑頭或工作臺可以多軸聯(lián)動進行連續(xù)回轉(zhuǎn)進給,從而適用於加工具有復(fù)雜型腔曲面的模具零件。
復(fù)合加工是模具加工的發(fā)展方向之一。雖然加工中心已能將許多機加工工序復(fù)合在一臺機床上實現(xiàn),但這仍不能適應(yīng)模具加工,將機械加工與電、化學、超聲波等不同原理加工方法進行復(fù)合,兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點的復(fù)合加工在今後的模具制造中將有廣闊的應(yīng)用前景。
4.具有高速銑削能力
模具加工的精細化使高轉(zhuǎn)速和大功率高速加工成為發(fā)展方向,高速銑削在模具加工中已顯示了優(yōu)越性。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件裝夾中完成,故主軸功率要大,中等尺寸模具銑床和加工中心的主軸功率常為10~40kW,有的甚至更高。高速銑削具有的可加工高硬材料、加工平穩(wěn)、切削力小、工件升溫變形小等諸多優(yōu)點,也使得模具企業(yè)對高速加工日益重視。
5.動態(tài)精度高安全環(huán)保
高動態(tài)精度。機床的高剛性、熱穩(wěn)定性、高動態(tài)精度以及高品質(zhì)的控制系統(tǒng)的配合實現(xiàn)了模具的三維曲面高精度加工。
加工技術(shù)與綠色產(chǎn)品技術(shù)的結(jié)合將在企業(yè)采購設(shè)備時納入考慮范圍內(nèi)。電加工機床的輻射、介質(zhì)選用將是安全、環(huán)保影響的因素,電火花銑削技術(shù)會在未來模具加工領(lǐng)域得到發(fā)展。