材料成型與控制工程的模具制造技術(shù)

王贊

[摘要]：模具素有“工業(yè)之母”的美稱，其在各行各業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及工業(yè)實力的快速提升，對于模具的需要也越來越多，做好模具的加工已經(jīng)成了經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。為確保模具的機械加工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)積極做好各種新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)和應(yīng)用，做好模具加工工藝的優(yōu)化，通過對模具加工中的加工設(shè)備、加工工藝以及材料等各個環(huán)節(jié)做好優(yōu)化，從而最大限度的提升模具的加工質(zhì)量與加工效率。

[關(guān)鍵詞]：材料成型；控制工程；模具；制造技術(shù)

導(dǎo)言：模具在工業(yè)成型領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)今其多通過數(shù)控加工設(shè)備來完成制備，隨著工業(yè)的發(fā)展對于模具的加工精度要求越來越高，為確保模具的加工質(zhì)量除了做好模具加工工藝的編制和刀具的控制外還應(yīng)當(dāng)積極做好模具加工設(shè)備的應(yīng)用?，F(xiàn)今，隨著各種模具加工設(shè)備應(yīng)用的增多，做好模具加工設(shè)備在模具加工的應(yīng)用對于提升模具的加工質(zhì)量和加工效率有著極為重要的意義。

1我國模具制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

模具行業(yè)的產(chǎn)品屬于生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品，其需求依賴于下游各行業(yè)的發(fā)展需求，因此，世界經(jīng)濟的發(fā)展對模具行業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。從 2003 年起世界模具業(yè)一直處于穩(wěn)步上升態(tài)勢，到 2014年市場規(guī)模為 1025 億美元，2015 年為 1070 億美元。預(yù)計到 2016 年將在 1200 億美元左右。

近年來，隨著汽車、消費電子、家用電器等行業(yè)的快速發(fā)展，我國模具制造規(guī)模日漸增大。我國國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)表明，近 10 年來，除 2008 年受國際金融危機影響增速有所下滑外，中國模具工業(yè)一直保持著快速發(fā)展的態(tài)勢。我國模具的制造能力已從改革開放初期的數(shù)十億元增加到2015年的2100億元，從業(yè)人員從幾萬人增加到百萬人，其中銷售額超過 1700 億元，2005-2014 年行業(yè)總產(chǎn)值年均增速保持在20% 以上。我國模具行業(yè)的不但基本滿足我國制造業(yè)對模具數(shù)量、品種和質(zhì)量的要求，而且具備了幾乎所有模具品種的批量出口能力 2015年我國的模具出口額達(dá)到 50.8 億美元。

塑料模具是模具行業(yè)的重要組成部分，主要包括注塑成型模具、擠出模具、吹塑模具、吸塑模具、吸附模具、發(fā)泡模具、搪塑模具等模具類型，并被廣泛應(yīng)用于家電、汽車、鐵路交通、航空航天、軍工等領(lǐng)域的塑料零件生產(chǎn)。隨著汽車、家電、電子通信行業(yè)的迅速發(fā)展，塑料模具具有良好的發(fā)展前景。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國塑料模具銷售總額占整個模具市場銷售總額的 45% 左右，塑料模具銷售額由 275 億元增長至 735 億元，年復(fù)合增長率約 12%。

2 影響模具加工質(zhì)量的影響因素分析

在模具的加工過程中對于模具加工質(zhì)量的影響根據(jù)其影響途徑大致可以分為三個主要的方面：人為因素、機械加工設(shè)備因素以及加工工藝等。通過對模具加工缺陷的影響因素進(jìn)行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，人為因素和模具加工工藝和加工程序所導(dǎo)致的模具加工質(zhì)量問題占據(jù)著整個影響因素的近 9 成?，F(xiàn)今，隨著各種高速加工設(shè)備應(yīng)用的增多，做好高速加工設(shè)備在模具加工的應(yīng)用對于提升模具的加工質(zhì)量和加工效率有著極為重要的意義。

3金屬材料成型與控制工程模具制造技術(shù)

目前制造行業(yè)出現(xiàn)了前所未有的繁榮，促進(jìn)了工業(yè)的整體進(jìn)步與發(fā)展，其中材料成型與控制工程模具開始引發(fā)人們的關(guān)注，人們不僅關(guān)注這方面人才的培養(yǎng)，同時還將目光聚焦在了該領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)與新工藝上。

3.1高速加工在模具加工中的應(yīng)用要點分析

在模具的高速加工中模具的加工效率和加工質(zhì)量都會得到較大的提升，但是其對于加工工藝的要求也越發(fā)嚴(yán)格。高速加工在模具加工應(yīng)用中要求更高的過切保護，在模具加工工藝的編制中應(yīng)當(dāng)加強 CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用，通過更多的仿真模擬來確保高速加工的加工質(zhì)量。此外，在模具的高速加工工藝編制中，應(yīng)當(dāng)對模具的幾何結(jié)構(gòu)有著一個清晰的認(rèn)識并對加工過程中所需要的各種刀具有著深入的了解，以便能夠?qū)Ω咚偌庸ぶ兴褂玫牡毒吆图庸すば蜻M(jìn)行合理的安排，并在加工工藝的編制中注意做好過切的防護及模具高速加工軌跡的連續(xù)性和光滑性。

在模具高速加工的過程中會涉及到多種刀具的應(yīng)用，為確保模具高速加工的效率和安全性應(yīng)當(dāng)選用硬質(zhì)合金刀具，硬質(zhì)合金刀具具有良好的機械性和熱穩(wěn)定性，硬質(zhì)合金刀具除了采用硬質(zhì)合金材料制備外普遍在刀具的表面覆蓋有一層氮化鈦或是氮化鋁鈦材質(zhì)的涂層，這一技術(shù)的應(yīng)用使得硬質(zhì)合金刀具在模具高速加工的過程中取得了良好的加工特性。在模具高速加工還需要注意做好對于刀具參數(shù)的選擇，以圓刀片和球頭銑刀為例，在刀具的選取中應(yīng)當(dāng)注意有效刀具直徑的選取，在模具高速加工刀具的使用中對于主副切削刃連接處應(yīng)當(dāng)修圓或是導(dǎo)角從而增大硬質(zhì)合金刀具的刀尖角，避免在模具高速加工中刀尖處過熱磨損，對于模具高速加工所使用刀具的選取應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合模具材料及加工工藝進(jìn)行選取。在模具高速加工的過程中現(xiàn)今多采用的是硬質(zhì)合金刀具，為增強刀具的使用壽命，在刀具的選取上在確保模具高速加工安全和加工要求前提下盡量縮短所使用刀具的懸伸，刀具刀體中央要具有良好的韌性以增強硬質(zhì)合金刀具的剛性。在模具高速加工的過程中為確保模具高速加工的加工質(zhì)量還應(yīng)當(dāng)注意做好對于夾具的選取，模具高速加工能夠極大縮短模具加工時間的同時也對加工工藝和加工方法提出了更高的要求，以某模具的加工為例，其在對模具進(jìn)行高速加工時所耗時間僅為 1 小時，而對于模具的裝夾則需要耗費 30 分鐘以上，這種裝夾缺陷極大的影響了模具高速加工的加工效率，為提高模具高速加工的加工效率和加工質(zhì)量可以通過使用夾具配合模具的加工方式，比如說在模具上加裝定位銷的方式來對其進(jìn)行定位或是在夾具中加設(shè)直角邊基準(zhǔn)的方式來實現(xiàn)模具的定位，通過上述方式在解決了模具高速加工中對于模具裝夾定位的問題外還能夠有效的提高模具的加工質(zhì)量和加工效率。這是由于模具的加工精度減小和模具加工的后續(xù)累積誤差，通過對模具裝夾效率和裝夾精度的改善從而有效的提升了模具高速加工的加工效率和加工質(zhì)量。

在高轉(zhuǎn)速方面，現(xiàn)今在高速加工設(shè)備中隨著電主軸設(shè)備的發(fā)展成熟，電機主軸的轉(zhuǎn)速也在飛快的提升，通過高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給以及小直徑刀具的結(jié)合將會使得高速加工發(fā)揮出良好的加工效果。在模具的加工過程中為考慮加工效率問題應(yīng)當(dāng)盡量在高速加工設(shè)備上對模具進(jìn)行一次加工成型，以降低模具粗、精加工之間因模具轉(zhuǎn)換所帶來的精度和加工效率以及加工設(shè)備等方面的問題。

在模具的加工過程中為考慮加工效率問題應(yīng)當(dāng)盡量在高速加工設(shè)備上對模具進(jìn)行一次加工成型，以降低模具粗、精加工之間因模具轉(zhuǎn)換所帶來的精度和加工效率以及加工設(shè)備等方面的問題。為了使模具能夠在高速加工設(shè)備上完成對于模具的粗、精一體化加工，在高速加工的過程中應(yīng)當(dāng)盡量選擇高轉(zhuǎn)速和高扭矩的主軸電機從而使得不同直徑的刀具在主軸應(yīng)用中更富有彈性。此外，在高速加工中做好刀具和刀柄的選配將會使得加工后的模具獲得較高的加工精度和表面光潔度，此外，還能夠有效的降低高加工的時間并提高模具的使用壽命。

3.2激光疊加技術(shù)的應(yīng)用

上世紀(jì)八十年代，日本利用薄片疊加法制造出了拉伸膜，并于九十年代初，進(jìn)一步推出了模具的激光疊加制造法，基于這一方法的模具制造原理為，利用激光對薄板進(jìn)行切割操作，并將切割后的多層薄板疊加，使其形狀逐漸變化，進(jìn)而獲得所需模具的三維形狀。目前，激光疊加技術(shù)在模具制造方面已進(jìn)入到試用階段，基于這一技術(shù)制造的凹凸模具具有較高的質(zhì)量，且切割厚度大都在 12mm 左右，加工尺寸的精度也高達(dá) 0.01m。在經(jīng)過激光切割處理后，模具切口表層將產(chǎn)生一個 0.1-0.2mm 且硬度為 800HV 的硬化層，這一硬化層的主要作用為，對厚度為 1mm 的鋼板進(jìn)行沖裁，而僅憑自冷硬化層便能夠完成對 1000 件 1mm 厚鋼板的沖壓。值得一提的是，如果在經(jīng)過激光切割后再進(jìn)行淬火操作，沖壓的數(shù)量可高達(dá) 3-5 萬件。對基于激光疊加的模具制造進(jìn)行分析可知，因各個薄板間的連接較為簡單，因此，可借助疊加法來進(jìn)一步制成沖模，進(jìn)而降低成本并縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟效益。激光疊加技術(shù)在模具制造領(lǐng)域中的另一突出應(yīng)用還體現(xiàn)在基于激光切割與模具 CAD 結(jié)合的 CAD/CAM 系統(tǒng)方面，利用這一系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)板料切割的柔性制造，對于小批量、多品種的模具生產(chǎn)具有較強的適應(yīng)性。

3.3快速成型制造技術(shù)的應(yīng)用

快速成型制造技術(shù)是 20 世紀(jì) 80 年代末出現(xiàn)的一項制造技術(shù)，現(xiàn)階段，該技術(shù)已發(fā)展了十余種工藝形式，其中，以激光技術(shù)為依托的一類典型技術(shù)變式選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。這一技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用方法為，將激光器作為能量源，借助紅外激光束使蠟、金屬、陶瓷和塑料等相關(guān)物質(zhì)的粉末能夠均勻地在平面上燒結(jié)，在計算機控制下，賦予掃描器一定速度和能量密度，使其按照分層面的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描。激光掃描的區(qū)域，粉末則會被燒結(jié)從而形成具有一定厚度的實體片層，而未被掃描的區(qū)域仍然以松散的粉末狀態(tài)呈現(xiàn)。此時，通過對物體截層厚度進(jìn)行判斷來操作工作臺的升降，而后，當(dāng)鋪粉滾筒將粉末予以鋪平后，方由激光器展開新一層的掃描。反復(fù)進(jìn)行上述操作，直到將全部層面掃描為止。最后，將多余粉末予以去除，經(jīng)過打磨烘干等相關(guān)處理后得到模具。

4提高模具加工精度的應(yīng)對措施

做好模具機械加工中的精度提升可以從以下幾個方面入手：（1）做好對于機械加工工藝的優(yōu)化。（2）選用合適的機械加工輔助工具。（3）做好對于模具數(shù)控加工設(shè)備的精度優(yōu)化。加工工藝是模具加工質(zhì)量的重要保證，在模具的機械加工過程中合理的選擇加工進(jìn)給速度、加工進(jìn)給量、刀具類型以及主軸轉(zhuǎn)速等的多項加工參數(shù)。模具機械加工設(shè)備的優(yōu)化主要是需要加強對于加工設(shè)備精度的調(diào)整以最大限度的降低加工設(shè)備的誤差對于模具機械加工精度的影響，從而確保模具的加工質(zhì)量。在模具的機械加工中由于需要加工的機械種類眾多加之模具所使用的材質(zhì)的不同，為確保模具的加工質(zhì)量應(yīng)當(dāng)針對模具加工的實際具體情況對加工工藝及加工機械進(jìn)行合理化的選取，通過選擇適當(dāng)?shù)募庸な侄?，在確保模具加工質(zhì)量的前提下最大限度的提升模具的加工效率。此外，為最大限度的降低人為因素對于模具加工質(zhì)量的影響，需要加強對于模具機械加工人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提升模具機械加工工作人員的機械水平。據(jù)統(tǒng)計，模具加工中所出現(xiàn)的加工誤差多數(shù)是由加工操作人員失誤所造成的。因此，在模具的機械加工中應(yīng)當(dāng)對人員的操作培訓(xùn)引起足夠的重視。

結(jié)語

文章在分析模具加工質(zhì)量各影響因素的基礎(chǔ)上對加工技術(shù)的特點以及其在模具加工應(yīng)用中需要注意的問題進(jìn)行了分析介紹。為確保模具的機械加工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)積極做好各種新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)和應(yīng)用，做好模具加工工藝的優(yōu)化，通過對模具加工中的加工設(shè)備、加工工藝以及材料等各個環(huán)節(jié)做好優(yōu)化，從而最大限度的提升模具的加工質(zhì)量與加工效率。

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