现代快速经济制造模具技术-- 一篇很好的文章

发表于 2002-2-22 18:04:24 显示全部楼层 5 25283

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现代快速经济制造模具技术  
    1引言  
    随着全球经济的发展,新的技术革命不断取得新的进展和突破,技术的飞跃发展已经成为  
推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展,促使工业产品越来越向多品种、小批量、  
高质量、低成本的方向发展,为了保持和加强产品在市场上的竞争力,产品的开发周期、生产  
周期越来越短,于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻。  
    一方面企业为追求规模效益,使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展;另一方面企业  
为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要,要求模具向着制造周期短、成  
本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展,使得快速经济制  
模技术如虎添翼,应用范围不断扩大,类型不断增多,创造的经济效益和社会效益越来越显著。  
2快速经济制模技术类型  
    快速经济制模技术与传统的机械加工相比,具有制模周期短、成本低、精度与寿命又能满  
足生产上的使用要求,是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术,概括起来,有以下几  
种类别。  
    2.1快速原型制造技术  
    快速原型制造技术简称RPM,是80年代后期发展起来的一种新型制造技术。美国、日本、  
英国、以色列、德国、中国都推出了自己的商业化产品,并逐渐形成了新型产业。  
    RPM是电脑、激光、光学扫描、先进的新型材料、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助加  
工(CAM)、数控(CNC)综合应用的高新技术。在成型概念上以平面离散、堆积为指导,在控制上  
以计算机和数控为基础,以最大柔性为总体目标。它摒弃了传统的机械加工方法,对制造业的  
变革是一个重大的突破,利用RPM技术可以直接或间接地快速制模,该技术已被汽车、航空、  
家电、船舶、医疗、模具等行业广泛应用。下面简述一下目前已经商业化的几种典型快速成型  
工艺。  
    2.1.1激光立体光刻技术(SLA)  
    SLA技术是交计算机CAD造型系统获得制品的三维模型,通过微机控制激光,按着确定的  
轨迹,对液态的光敏树脂进行逐层扫描,使被扫描区层层固化,连成一体,形成最终的三维实  
体,再经过有关的最终硬化打光等后处量,形成制件或模具。  
    激光立体光刻技术主要特点是可成型任意复杂形状,成型精度高,仿真性强,材料利用率  
高,性能可靠,性能价格比较高。适合产品外型评估、功能实验、快速制造电极和各种快速经  
济模具。但该技术所用的设备和光敏树脂价格昂贵,使其成本较高。  
    2.1.2叠层轮廓制造技术(LOM)  
    LOM技术是通过计算机的三维模型,利用激光选择性地对其分层切片,将得到的各层截面  
轮廓层层粘结,最终叠加成三维实体产品。  
    其工艺特点是成型速度快,成型材料便宜、成本低,因无相变,故无热应力、收缩、膨胀、  
翘曲等,所以形状与尽寸精度稳定,但成型后废料块剥离较费事,特别是复杂件内部的废料剥  
离。该工艺适用于航空、汽车等和中体积较大制件的制作。  
    2.1.3激光粉末选区烧结成型技术(SLS)  
    SLS技术是将计算机的三维模型通过分层软件将其分层,在计算机控制下,使激光束依据  
分层的切片截面信息对粉末逐层扫描,扫描到的粉末烧结固化(聚合、烧结、粘结、化学反应  
等),层层叠加,堆积成三维实体制件。  
    该技术最大特点是能同时用几种不同材料(聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蜡、尼龙、ABS、  
铸造砂)制造一个零件。  
    2.1.4熔融沉积成型技术(FDM)  
    FDM技术是由计算机控制可挤出熔融状态材料的喷嘴,根据CAD产品模型分层软件确定的  
几何信息,挤出半流动状态的热塑材料沉积固化成精确的实际制件薄层 ,自下而上层层堆积  
成一个三维实体,可直接做模具或产品。  
    2.1.5三维印刷成型技术(3D-P)  
    3D-P技术用微机控制一个连续喷墨印刷头,依据分层软件逐层选择性地在粉末层上沉积  
液体粘结材料,最终由顺序印刷的二维层堆积成一个三维实体,犹如不使用激光的快速制模技  
术。该技术主要应用在金属陶瓷复合材料的多孔陶瓷预成型件上,其目标是由CAD产品模型直  
接生产模具或功能性制作。  
    2.2表面成型制模技术  
    表面成型制模技术,主要是利用喷涂、电铸、化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精  
细花纹的一种工艺技术,实际应用中包括以下几种类型。  
    2.2.1电弧喷涂成型制模技术  
    电弧喷涂成型技术的原理是:利用2根通电的金属丝之间产生电弧的热量将金属丝熔化,  
依靠高压气体将其充分雾化,并给予一定的动能,高速喷射在样模表面,层层镶嵌,形成一金  
属壳体,即型腔的内表面,再用充填基体材料(一般为金属粉粒与树脂的复合材料)加以支撑加  
固,提高其强度和刚性,连同金属模架组合成模具。  
    这种制模技术工艺简单、成本低,制造周期非常短,型腔表面的成型仅需几个小时,节省  
能源和金属材料,一般型腔表面仅2-3mm厚,仿真性极强,花纹精度可达到0.5μm。  
    目前该技术被广泛地用于飞机、汽车的内饰件模具、家电、家俱、制鞋、美术工艺品等表  
面形状复杂及花纹精细的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模  
具中。  
    2.2.2电铸成型技术  
    电铸成型技术的原理同电镀一样,是依样模(现成制品或按制品图纸制成的母模)为基准(阴  
极),置放在电铸液中(阳极),使电铸液中的金属离子还原后一层一层地沉积在样模上,形成  
金属壳体,将其剥离后,与样模接触的表面即为模具的型腔内表面。  
    该技术主要特点是节省材料、模具制造周期短,电铸层硬度可达40HRC,提高了耐磨性和  
寿命,粗糙度、尺寸精度与样模完全一致,适用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、胶木模、玻璃模、  
压铸模等模具型腔及电火花成型电极的制造。  
    2.2.3型腔表面精细花纹成型的蚀刻技术  
    蚀刻技术是光学、化学、机加工综合应用的一种技术,它的基本原理是先把花纹图案制成  
胶片,再把胶片上的花纹图案复制在已涂上光敏材料的模具型腔表面上,经过化学处理,模具  
型腔表面形成不被蚀刻部分的保护层,再根据模具材质,选择相应蚀刻工艺,将花纹图案蚀刻  
在模具内表面上。  
    该技术的主要特点是时间短、费用低,修补破损花纹图案可做到天衣无缝。  
    2.3浇铸成型制模技术浇铸成型制模技术的共同特点是依样件为基准,浇铸出凸、凹模,  
型腔表面不需要机械加工。实际制模中主要有以下几种类型。  
    2.3.1铋锡合金制模技术  
    铋锡合金快速制模技术是经样件为基准,以Bi-Sn(铋锡)二元共晶合金(熔点138℃,胀缩  
率万分之三)为材料,有精密铸造的方法同时铸出凸模、凹模、压边圈的一种技术。该技术的  
特点是制模成本低,合金可重复使用,制造周期短,尺寸精度高,形状、尺寸与样件完全相符,  
一次铸模寿命可达500-3000件,非常适合新产品开发、工艺验证、样品试制及中小批量和平。  
  
    2.3.2锌基合金制模技术  
    这是一种以样件(或样模)为基准,以熔点为380℃左右的锌基合金为材料,分别浇注凸、  
凹模,原则上型腔表面不进行机械加工的一种制模技术。该技术特点是制模成本低、周期短,  
适用于制作薄板大型拉伸模、冲裁模及塑料模。  
    2.3.3树脂复合成型模具技术  
    这是一种以样模(或工艺模型)为基准,以树脂或其复合材料为流体材料,先浇注出凸(凹)  
模,再依据凸(凹)模贴上蜡片(间隙层),浇注凸(凹)模。该技术成型的型腔表面不需机械加工。  
  该技术与CAD/CAM相结合,特点是模具尺寸精度高、制造周期短、成本低,是新产品试制、  
小批量生产工艺装备的新途径。适用于制作大型覆盖件拉伸模(也可局部镶钢)、真空吸塑、聚  
氨酯发泡成型模、陶瓷模、仿型靠模、铸造模等。  
    2.3.4硅橡胶制模技术该技术以制件原型或模型为基准,将柔态硅橡胶制做成块,再靠  
高压力与模型完全吻合。  
    2.4挤压成型技术  
  2.4.1冷挤压成型  
    利用铍铜合金的良好的导热性和稳定性,经固熔时效处理后,采用冷挤压制造模具凹模型  
腔。其特点是制造周期短,型腔精度高(IT7级),表面粗糙度Ra=0.025μm,强度高,寿命可达  
50万次,无环境污染。  
    2.4.2超塑成型制模技术  
    该技术是利用金属材料在细化晶粒、一定成型温度、低变形速率条件下,材料具有最佳超  
塑性时,将事先制作好的凸模,用较小的力便可挤压出凹模的一种快速经济制模技术。超塑成  
型材料的典型代表是Zn-22%AL。  
    2.5无模多点成形技术  
    无模多点快速成形技术是以CAD/CAM/CAT技术为主要手段,利用计算机控制高度可调基本  
体群形成上下成形面,代替传统模具对板料进行三维曲面成形的又一现代先进制造技术。此项  
技术可以随意改变变形路径与受力状态,提高材料的成形极限,可反复成形,以此消除材料内  
部的残余应力,实现无回弹成形。  
    2.6凯维朗(KEVRON)钢带冲裁落料制模技术  
    新型钢带冲裁落料制模技术是一种不同于一般具有凸、凹模结构的钢带模,它是由单刃钢  
带与特制垫板组成的新型快速经济制模技术。这种模具重量轻,一般只有200kg,加工精度为  
±0.35-0.50mm,可适合各种黑色和有色金属的0.5-0.65mm厚的板料加工。寿命可达到5-25  
万次,制造成本低。  
    2.7模具毛坯的快速制造技术—实型铸造  
    由于大量的模具是属于单件或小批量生产,模具毛坯的制造质量和周期及成本对最终的模  
具质量和周期及成本的影响是至关重要的。  
    现代模具毛坯已广泛地采用子实型铸造技术,所谓实型铸造就是利用泡沫塑料(聚苯乙烯—  
PS或聚甲基丙烯酸酯—PMMA)制作代替传统的木模或金属模,造型后不需取出模型,便可以浇  
铸,泡沫塑料模型的高温液体金属作用下,迅速燃烧气化而消失,金属液取代原来泡沫塑料模  
型所占有的位置,冷凝后形成铸件。实型铸造在实际应用中有下列几种情况。  
    2.7.1干砂实型铸造  
    即用55-100目的全干没有任何粘结剂的石英砂造型,用EPS或PMMA泡沫塑料制作的模型  
涂挂0.2-1mm厚透气性良好的耐火涂料层,以提高铸件表面光洁度,防止粘砂或塌箱。  
    2.7.2负压实型铸造  
    负压实型铸造又称V法造型。该技术是使用全干而无粘结剂的石英砂做型砂,用EPS或PMMA  
泡沫塑料做模型,在塑料薄膜的密封条件下,让整个铸型在负压条件下(真空度0.4-0.67MPa)  
进行液体金属浇铸,铸件凝固后解除负压即可得到表面光洁的铸件。  
    2.7.3树脂砂实型铸造  
    利用树脂砂做型砂,用EPS或PMMA泡沫塑料做模型,在常温、常压下进行液体金属浇铸  
而制取铸件。利用实型铸造的技术制造模具毛坯具有尺寸精度高(ISO9级),加工余量小(一  
般在5mm左右),不需要拔模斜度,不需要制型芯与泥芯撑,节省金属材料,节省做木模型的  
木材,制造周期短,成本低。该技术适合大型、复杂、单件模具毛坯的生产。陶瓷型精铸、  
失蜡精铸等技术在提高模具毛坯精度、降低加工工时、缩短制造周期、降低成本等方面也显示  
出其特有的优越性。  
    2.8其它方面技术为了简化模具的结构设计,降低模具成本,缩短模具制造周期,在国  
内外也先后出现了一些其它方面新技术的应用,如快换模架、冲压单元、刃口堆焊、镶块铸造、  
氮气弹簧等。  
    2.8.1氮气弹簧在模具上的应用  
    氮气弹簧是一种新型弹性功能部件,用它代替弹簧、橡胶、聚氨酯或者气垫,它能够准确  
地提供压边力,在较小空间便可产生较大初始弹压力,不需预紧,在模具整个工作过程中弹压  
力基本恒定。弹压力大小及受力点位置可随时、准确、方便地调整,简化模具拉伸、压边、卸  
料等结构,简化模具设计,缩短制模周期,调试模具方便,缩短更换模具时间,提高生产效率。  
  2.8.2快速换模技术  
    由于产品品种的增多,使模具在生产中更换变得十分频繁,于是如何缩短冲压设备的停机  
时间,提高生产效率,快速换模技术受到了人们的关注。  
    目前发达工业国家的一些大公司换模速度达到了惊人的程度,是否具有快速换模技术已成  
为企业技术进步的一项标志。总的趋势就是减少模具在设备上安装、固定、调整的时间,这既  
要在设备结构设计上予以考虑,又要在模具的结构设计、标准化方面予以考虑,将机上的作业  
尽可能地放在机下做。  
    2.8.3冲压单元组合技术  
    冲压单元组合技术是将常规的冲模分解为一个个简单的单元冲模,根据工序件的要求,排  
列组合,在同一次冲程内完成多种冲压工序的新型工艺装备,工作时冲压单元不与冲床滑块联  
接,只需滑块打击即可完成冲压工作。单独使用时它就是1副完整模具。它可以用来加工板料  
或型材的冲孔、落料、切角、切槽、切断及浅拉伸等。具有组装快捷、使用方便、通用性强、  
经济性好等特点,特别适合多品种、中小批量生产。  
    2.8.4刃口堆焊技术  
    在冲模制造中,以普通灰铸铁为基体,在刃口部位堆焊高硬度的合金钢,以代替模具钢镶  
块,这一技术成为世界先进工艺之一。这是一项节省制造工时,节省昂贵的模具钢材,缩短模  
具制造周期的快速经济制模技术。  
    目前熔化极氩弧焊技术的应用,大大地提高了刃口堆焊的速度和质量。这项技术世界各国  
模具行业已广泛采用,取得了良好的经济效益。  
    2.8.5实型铸造冲模刃口镶块技术  
    这是一种用实型铸造的工艺方法制造冲模刃口的方法,即用合金钢铸件镶块代替锻造合金  
钢镶块。目前由于铸造工艺和热处理工艺不断完善和提高,铸造镶块的内在质量有了保证,故  
其应用范围在不断扩大。这项以铸代锻的新技术的突出特点是节省贵重模具钢材,简化模具制  
造工序,由于加工余量小,节省了大量机加工工时,缩短模具制造周期,降低模具成本。  
    2.8.6可加工塑料在模具制造中的应用  
    可加工塑料在发达的工业国家应用较普遍,特别是在汽车、飞机等制造业中,主要代替木  
材或金属制作汽车车身主模型、靠模、检具和铸造模型等。可加工塑料的主要特点是兼备木材  
和金属的优良加工性能,制作工艺简捷(可采用模塑、浇注、拼粘、雕塑等方法)、尺寸稳定性  
好、不变形、耐潮湿、耐腐蚀、易修复、易改型、重量轻、制作周期短、成本低。  
    3结束语  
    快速经济制模技术种类很多,其所具有的特点、应用范围各不相同,本文仅能概括地做一  
些简单介绍,每种技术在具体应用和实施过程中尚有许多具体的工艺过程、工艺参数及其技术  
特性。  
    模具是基础工业之一,在全球化市场经济和各种高新技术的迅猛发展形势下,快速经济模  
具赋予了新的使命和全新的内涵,分类不断增加,快速经济制模材料向着多品种系列化迈进,  
工艺不断有新的创新和突破,与之配套设备相继问世,服务领域在不断地拓宽,创造的经济效  
益越来越显著。随着商品经济的发展,激烈的市场竞争,产品更新换代的加速,对快速经济制  
模技术在缩短周期、降低成本,提高精度和延长寿命方面的要求势必会越来越高。由于它能使  
企业赢得市场,创造显著的经济效益,越来越受到企业家的青睐和有关领导部门的极大关注与  
政策资金的支持。  
    各种快速经济制模技术在推广应用过程中也会不断完善成熟和发展。由于高新技术的发  
展,各种技术的复合与渗透,为适应生产中的不同需求,今后必定会形成一些新型、节约能源、  
节约材料的快速制模技术。摘《模具工业》
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表里如意 发表于 2006-7-18 15:31:17 | 显示全部楼层
科技在进步啊!
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ananzhao 发表于 2006-7-21 09:16:36 | 显示全部楼层
长见识,顶!
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zhangxuechang 发表于 2006-9-28 12:18:57 | 显示全部楼层
顶一下,很长,先看一下。
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liaofuc 发表于 2006-9-29 21:00:50 | 显示全部楼层
先顶
同行shouban1981@126.com
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honsyn 发表于 2007-6-28 08:49:41 | 显示全部楼层
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