模具制造技术的发展趋势
1.模具CAD/CAE, CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展
. (1)模具软件功能集成化
模具软件功能的集成化要求软件的功能模块 比较齐全,同时各功能模块采用同一数据模型, 以实现信息的综合管理与共享,从而支持模具设 计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过 程,达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公 司的系列化软件就包括了由面/实体几何造型、 复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模 设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻 自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测 量系统等。集成化程度较高的软件还包括: Prof ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学 金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM 系统:北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软 件:吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/ CAE/CAM系统等。
(2)模具设计、分析及制造的三维化
传统的二维模具结构设计己越来越不适应现 代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、 制造的三维化、无纸化要求新二代模具软件以立 体的、直观的感觉来设计模具,所采用的三维数 字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模 具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信 息的管理与共享。如Pro/ENGINEER、UG和lCATIA 等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点, 从而使模具并行工程成为可能。另外, Cimatran 公司的Moldexpert, Delcam公司的Ps-mold及日 立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软 件,可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三 维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受 到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大 学研制的同类软件HSC3D4. 5F及郑州工业大学的 Z-mold软件。面向制造、基于知识的智能化功能 是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之 →。1日Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱 模方向自动产生分型线和分型面,生成与制品相 对应的型芯和型腔,实现模架零件的全相关,自 动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格,并能 进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。
(3)模具软件应用的网络化趋势
随着模具在企业竞争、合作、生产和管理 等方面的全球化、国际化,以及计算机软硬件技 术的迅速发展,网络使得在模具行业应用虚拟设 计、敏捷制造技术既有必要,也有可能。美国在 其«21世纪制造企业战略》中指出,到2006年要 实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案,使汽车 开发周期从40个月缩短到4个月。
2.横具检测、加工设备向精密、高效和多 功能方向发展
(1)模具检测设备的日益精密、高效
精密、复杂、大型模具的发展,对检测设 备的要求越来越高。现在精密模具的精度己达 2~3μm,目前国内厂家使用较多的有意大利、 美国、日本等国的高精度三坐标测量机,并具有 数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意 大利产3250mm X 3250mm三坐标测量机,还拥有数 码摄影光学扫描仪,率先在国内采用数码摄影、 光学扫描作为空间三维信息的获得手段,从而实 现了从测量实物-建立数学模型→输出工程图纸一模具制造全过程,成功实现了逆向工程技术的 开发和应用。这方面的设备还包括:英国雷尼绍 公司第二代高速扫描仪(CYCLON SERIES2)可实现 激光测头和接触式测头优势互补,激光扫描精度 为O.05mm,接触式测头扫描精度达O.02mm。另外 德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪,日本罗兰公 司的PIX-30、PIX-4台式扫描仪和英国泰勒•霍 普森公司的TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别 具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。
(2)数控电火花加工机床
日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的 AQ325L、AQ550L. LSWEDM具有驱动反应快、传动及 定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的 NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动 编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工 艺、微精加工脉冲电源及模糊控制(FC)等技术。
(3)高速镜削机床(HSM)
铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而 高速镜削具有工件温升低、切削力小、加工平 稳、加工质量好、加工效率高(为普通锐削加工 的5~10倍)及可加工硬材料«60HRq等诸多优 点。因而在模具加工中日益受到重视。瑞士克 朗公司UCP710型五轴联动加工中心,其机床定位 精度可达8μm,自制的具有矢量闭环控制电主 轴,最大转速为42000r / min。意大利RAMBAUDI 公司的高速锐床,其加工范围达2500mm X 5000mm X 1800mm,转速达20500r/min,切削进给速度达 20m/mino HSM一般主要用于大、中型模具加工, 如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加 工,其曲面加工精度可达O.Olmm。
3.快速经济制模技术
缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手 段之一。与传统模具加工技术相比,快速经济制模 技术具有制模周期短、成本较低的特点,精度和寿 命又能满足生产需求,是综合经济效益比较显著的模具制造技术,具体主要有以下一些技术。
(1)快速原型制造技术(RPM)。
它包括激光立体光刻技术(SLA) ;叠层轮 廓制造技术(LOM;激光粉末选区烧结成形技术 (SLS) ;熔融沉积成形技术(FDM;和三维印刷成 形技术(3D-P)等。
(2)表面成形制模技术。
它是指利用喷涂、电铸和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。
(3)浇铸成形制模技术。
主要有钝锡合金制模技术、辞基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。
(4)冷挤压及超塑成形制模技术。 (5)无模多点成形技术。
(6) KEVRON钢带冲裁落料制模技术。
(7)模具毛坯快速制造技术。
主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂 砂实型铸造及失蜡精铸等技术。
(8)其他方面技术。
如采用氨气弹簧压边、卸料、快速换模技 术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸 造冲模刃口镶块技术等。
4.模具材料及表面处理技术发展迅速
模具工业要上水平,材料应用是关键。因选 材和用材不当,致使模具过早失效,大约占失效 模具的45%以上。在模具材料方面,常用冷作模 具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2,火 焰I卒火钢(如日本的AUX2、SXI05V(7CrSiMnMoV) 等:常用新型热作模具钢有美国Hl3、瑞血QRO 80M、QR090SUPREME等:常用塑料模具用钢有预 硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、 日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2, 日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉 末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等;覆盖件拉 延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等,大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结 硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理 方面,其主要趋势是:由渗入单一元素向多元 素共渗、复合渗(如TD法)发展:由一般扩散 向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展;可采用的镀膜有: TiC, TiN, TiCN、 TiAIN、CrN、Cr7C3, W2C等,同时热处理手段由 大气热处理向真空热处理发展。另外,目前对激 光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐 强化等技术也日益受到重视。