现代模具技术的特点及其发展趋势

压铸件.粉末冶金零件以及非金属零件"如塑料.陶瓷. 模具寿命只有现代模具的 3,6.3,3%/
橡胶玻璃等制品都是用模具成型的/用模具使制件成
!&’生 产 率 高 现 代 模 具 生 产 效 率 比 传 统 模 具 高
型"生 产 效 率 高.产 品 质 量 好.材 料 消 耗 低.生 产 成 本 得多"其主要原因是现代模具有多工位.多模腔甚至多
工 精 细+产 品 属 精 密 工 具 范 畴+很 多 模 具 还 附 有 控 压% 控 温 和 各 种 测 量 元 件 ! 模 具 标 准 化 %系 列 化 %通 用 化 程 度高!
模 具 加 工 方 法 的 发 展 主 要 表 现 为 采 用 更 先 进%更 成 熟 的 表 面 处 理 工 艺 以 及 高 速%高 精 度 切 削 加 工 技 术 和 快 速 制 模 技 术 的 广 泛 应 用 +其 最 新 进 展 主 要 有 3
"#$快 速 成 型 技 术 "789:;<=>?>?@9:AB+简 称 7<$ 和等 离 子 喷 镀 快 速 成 型 技 术 7<技 术 被 称 为 自 数 控 技 术 以 来 的 又 一 次 革 命+尤 其 对 模 具 业 的 发 展 起 到 极 大 的 推 动 作 用 ! 它 是 一 项 集 激 光 %材 料 %信 息 及 控 制 等 技 术 于 一 体 的 先 进 制 造 技 术+其 突 出 特 点 就 是 能 直 接 根据产品的 &’(数据+采用面迭加形成三维实体快捷 地 制 造 出 具 有 一 定 结 构 和 功 能 的 原 型 "甚 至 产 品 $+而 不 需 要 任 何 工 装 夹 具 ! 7<技 术 发 展 非 常 迅 速 +已 有 数 十种工艺问世!
冲 压 件 和 精万方密数塑据料 件 都 要 求 模 具 高 精 度"尤 其 是 那 些 * 收稿日期(#%%24%24%6 全拼嵌.全互换的长寿命的多工位级进模的精度更高/ 作者简介(田福祥!36634’"男"吉林德惠人"教授/
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低/模具技术直接影响制造业的发展.产品更新换代和 功能/例如"高生产率级进模有 6%多个工位"塑胶鞋模
产品竞争能力/
有 35个工位/一套多能模具除了冲压成形外"还担负
模具工业潜力很大"前景广阔/近十多年来"美国. 叠装.铆接.锁紧等组装任务"可直接生产组合件/一模
日 本.德 国 等 发 达 国 家 的 模 具 总 产 值 已 超 过 机 床 总 产 多 腔 的 注 塑 模 和 叠 层 模 具 可 达 每 模 一 次 生 产 数 十 件"
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"4$模 具 零 件 的 高 速 加 工 这 是 一 种 以 高 主 轴 转 速 %快 速 进 给 %较 小 的 切 削 深 度 和 间 距 为 加 工 特 征 的 高 效 %高 精 度 数 控 加 工 方 式 +可 以 极 大 地 提 高 模 具 表 面 的 加 工 质 量! 例 如 用 直 径 4566 球 头 刀+切 削 间 距 为 5.#66进行走刀+留在工件表面上的理论残留 高度 仅 为 5.55466+在 这种 情 况 下+对 预 覆 盖 件 模 具 则 无 需 打 磨 +对 预 塑 料 模 +除 数 控 加 工 不 到 位 的 凹 圆 角 需 电 火 花 加 工 外 +型 腔 的 型 面 部 分 稍 做 抛 光 处 理 +就 可 以 进 行 试模!
技 术 在 模 具 设 计 和 制 造 领 域 的 应 用 .发 展 和 展 望 /
关键词(集成化技术0模具 )*+,)*-0快速成形0)*+,)*- 集成化
中 图 分 类 号 (12#2
文 献 标 识 码 (*
文 章 编 号 (3%%34&532!#%%2’%54%%664%&
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流 道 技 术 的 成 功 应 用+大 大 扩 充 了 现 代 精 密 塑 性 加 工 和 模 具 技 术 的 应 用 范 围0研 究 出 多 种 新 型 模 具 钢 和 表 面 热 处 理 技 术0针 对 不 同 批 量%不 同 原 材 料%不 同 零 件 形 状 尺 寸 和 不 同 生 产 条 件 +研 制 出 各 种 特 殊 模 具 结 构 % 模 具 材 料 和 制 造 方 法 +如 粉 末 冶 金 陶 瓷 模 %低 熔 点 合 金 模 %激 光 切 割 的 多 层 组 合 模 %等 温 锻 模 和 超 塑 性 成 形 模 等! -.- 模具加工设备的进展
3 现代模具和模具工业的特点
-’- 现代模具的特点 现 代 模 具 的 特 点 是 (精 度 高 .寿 命 长 .生 产 率 高 .型
腔形状和模具结构复杂/ !3’精 度 高 现 代 模 具 要 求 的 精 度 比 传 统 模 具 高
出 一 个 数 量 级 / 多 工 位 级 进 模 .精 冲 模 .精 密 塑 料 模 的 精 度已达 %’%%&zz"甚至更高/一些高精度.无毛刺的
业在世界各国经济发展中具有极其重要的地位/模具 腔日益复杂/例如"一台大型复合材料成形模具"其结
技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之 构 复 杂 程 度 和 价 格 超 过 一 台 精 密 机 床0一 些 大 型 覆 盖
一/
件 成 形 模 具 "不 仅 型 腔 形 状 复 杂 "而 且 模 具 配 套 性 要 求
1热加工工艺2 /334年第 5期
技术论坛
00
现代模具技术的特点及其发展趋势
田福祥
!青岛理工大学 机电学ห้องสมุดไป่ตู้"山东 青岛 #$$%&&’
摘 要(论 述 了 现 代 模 具 和 模 具 工 业 特 点"模 具 材 料 和 模 具 加 工 设 备 的 进 展"以 及 快 速 成 形 和 )*+,)*- 等 高 新
极 高 "要 求 多 个 相 关 模 具 型 腔 协 调 一 致 "用 传 统 加 工 方 法无法达到其质量要求/ -’/ 现代模具工业的特点
当 代 模 具 工 业 特 点 是(独 立 的 工 业 体 系.技 术.人 才 资 本 密 集 .产 值 和 附 加 值 高 /
!3’独立的工业体系 模具的标准化.专业化水平 高"具 备 模 具 标 准 件 和 优 质 模 具 材 料 的 生 产 与 供 应 系
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在 联 邦 德 国"模 具 被 冠 之 以 +金 属 加 工 业 中 的 帝 王 ,之 形 状.尺 寸 精 度.整 体 性 及 生 产 效 率 等 要 求 的 提 高"以
称"在罗马尼亚"有+模具就是黄金,之说/可见模具工 及 许 多 新 材 料 工 艺 的 广 泛 应 用"现 代 模 具 的 结 构 和 型
在 设 计 制 造 方 法 上+现 代 模 具 中 心 广 泛 采 用 计 算 机 辅 助 设 计 与 制 造 "&’()&’*$+设 计 过 程 程 序 化 和 自 动 化+使 用 程 序%模 拟 成 形 过 程%采 用 交 互 式 设 计 方 法 +发 挥 人 和 计 算 机 的 各 自 特 长 !数 据 库 和 计 算 机 网 络 技 术 使 设 计万人方员数据拥 有 大 量 资 料 和 信 息 ! 设 计 与 制 造 之 间的直接传输很便于设计中的反复修改!现代模具加
研 究 高 效 高 精 度 的 模 具 制 造 技 术 和 加 工 设 备+如 三 坐标测量仪%1&"数 控$和 &1&"计 算 机数 控$机 床+ 高 精 度 坐 标 磨 床 +机 电 结 合 的 电 火 花 加 工 %数 控 线 切 割 加工及各类特种加工已成为现代模具加工的基本手
段 ! 高 精 度 数 控 坐 标 磨 床 %数 控 光 学 曲 面 %慢 走 丝 高 精 度 线 切 割 机%多 功 能 数 控 电 加 工 中 心 等 先 进 机 床 已 成 为必备设备! -.2 先进设计制造技术在模具工业中的应用
统!模具行业已成为工业体系的一个基础工业! "#$技术%人才和资本密集 模具已从传统的劳动
密 集 型 产 业 转 变 为 技 术 密 集%人 才 密 集 和 资 本 密 集 的 产业!技术密集体现在模具的 &’()&’*!而先进的 设 计 制 造 手 段 和 设 备 必 然 需 要 高 素 质 的 从 业 人 员+形 成 人 才 密 集 !模 具 企 业 投 资 大 +设 备 先 进 +制 模 水 平 高 + 形成资本密集!
",$产 值 高 工 业 先 进 国 家 的 模 具 年 总 产 值 超 过 机 床 的 总 产 值 +模 具 行 业 人 均 产 值 也 高 于 一 般 工 业 !当 前 模 具 制 造 技 术 正 朝 着 高 速 %高 精 %高 效 及 高 寿 命 方 向 迈 进 +正 以 超 过 机 械 制 造 总 体 发 展 速 度 的 步 伐 前 进 !先 进 的 设 计 方 法 加 工 工 艺 的 应 用+使 模 具 制 造 业 成 为 一 项新兴的高附加值的朝阳产业!
值/模具技术进步极大地促进了工业产品生产发展"因 塑封模每模一次生产数百件/生产塑料汽水瓶的四工
而深受赞誉/美国工业界认为+模具工业是美国工业的 位注塑模"生产率达 5千件,小时/
基 石 ,"在 日 本 "模 具 被 誉 为 +进 入 富 裕 社 会 的 原 动 力 ,"
!2’型 腔 形 状 和 模 具 结 构 复 杂 随 着 人 们 对 产 品
7<技 术 结 合 等 离 子 喷 镀 法 的 快 速 制 造 技 术 的 原 理 是 依 据 计 算 机 上 构 成 的 三 维 设 计 模 型+沿 其 一 定 方 向离散成一系列有序的二维层片得到各层截面的二维
轮 廓 "即 分 层 $+根 据 每 层 轮 廓 信 息 进 行 工 艺 规 划 +选 择 加 工 参 数 +自 动 形 成 数 控 代 码 +在 计 算 机 控 制 下 快 速 成 型机的成型头选择性地固化一层层的等离子喷镀层+ 形 成 各 截 面 轮 廓 +并 逐 步 顺 序 叠 加 成 三 维 工 件 实 体 !利 用 这 种 方 法 制 造 的 模 具 寿 命 长+制 作 周 期 一 般 为 传 统 数控切削方法的 4)CD4)45+成本仅为 4),D4)C+特别 适 合 于 注 射 模 %发 泡 成 型 模 %玻 璃 模 %橡 胶 模 %压 铸 模 及 板料拉延模的快速制造!
模 具 是 现 代 工 业 "特 别 是 汽 车 .拖 拉 机 .航 空 .无 线
!#’寿命长 现代冲模寿命一般在 6%%万次以上"
电.电机.电器.仪器.仪表.兵器.日用品等工业必不可 硬 质 合 金 多 工 位 级 进 模 可 达 #千 万 . $千 万 次"注 塑
少的工艺装备/几乎所有的金属零件"如锻件.冲压件. 模具 2%万.$%万件"压铸模 6%万.3%%万件"而传统
# 模具技术的新发展
-./ 成形材料%模具材料和模具结构的进展 用 模 具 加 工 零 件 +对 模 具 的 设 计 制 造 %模 具 材 料 及
其 热 处 理%模 具 的 使 用 与 维 护 等 提 出 了 一 系 列 特 殊 要 求 !这 些 方 面 的 研 究 取 得 了 许 多 新 进 展 !例 如 +改 进 原 材 料 的 成 分 和 组 织 +提 高 其 成 形 性 能 0研 究 材 料 的 成 形 性 能 及 其 影 响 因 素+以 提 高 工 艺 分 析 和 模 具 设 计 的 可 靠 性0在 金 属 粉 末 超 塑 性 成 形%粉 末 注 射 成 形%粉 末 喷 射和喷涂成形以及塑料注射成形中气体辅助技术和热