材料成型與控制工程模具制造技術(shù)初探

張志國 周環(huán)宇 沈陽中光電子有限公司

世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，企業(yè)為了保持活力，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和其領(lǐng)先的產(chǎn)品性能，不斷研究和開發(fā)新產(chǎn)品。企業(yè)家們今后將把超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的開發(fā)周期和降低新產(chǎn)品開發(fā)成本作為主要目標(biāo)。因此，企業(yè)界高度重視在20 世紀(jì)80 年代的快速原型制造技術(shù)，也成為一個(gè)熱門的研究課題在國內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)。然而，由于使用材料的限制的快速成型制造方法，還不能完全替代最終產(chǎn)品。在新產(chǎn)品投放市場(chǎng)試運(yùn)行后，其功能測(cè)試和獲得用戶的反饋準(zhǔn)確的信息方面，還需要通過實(shí)際的材料制成的產(chǎn)品。

一、模具制造過程中應(yīng)注意的問題

1.模具鋼的材料：①熱加工工具鋼，它能承受模鑄、鍛造和擠壓時(shí)的相對(duì)高的溫度；②冷加工工具鋼，它用于下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形；③塑料，一些塑料會(huì)產(chǎn)生腐蝕性副產(chǎn)品，例如PVC 塑料。長(zhǎng)時(shí)間的停工引起的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲(chǔ)存條件等因素也會(huì)產(chǎn)生腐蝕。在這些情況下，推薦使用不銹鋼材料的模具鋼。

2.模具尺寸：大尺寸模具常常使用預(yù)硬鋼。整體淬硬鋼常常用于小尺寸模具。

3.模具使用次數(shù)：長(zhǎng)期使用（＞100 萬次）的模具應(yīng)使用高硬度鋼，其硬度為48-65HRC。中等長(zhǎng)時(shí)間使用（10 萬到100 萬次）的模具應(yīng)使用預(yù)硬鋼，其硬度為30-45HRC。短時(shí)間使用（＜10 萬次）的模具應(yīng)使用軟鋼，其硬度為160-250HB。

4.表面粗糙度：許多塑料模具制造商對(duì)好的表面粗糙度感興趣。當(dāng)添加硫改善金屬切削性能時(shí)，表面質(zhì)量會(huì)因此下降。硫含量高的鋼也變得更脆。

5.影響材料可切削性的主要因素：①鋼的合金成分越高，就越難加工；②鋼的結(jié)構(gòu)對(duì)金屬切削性能也非常重要；③硬度也是影響金屬切削性能的一個(gè)重要因素；④非金屬參雜一般對(duì)刀具壽命有不良影響。例如Al2O3（氧化鋁），它是純陶瓷，有很強(qiáng)的磨蝕性；⑤殘余應(yīng)力，它能引起金屬切削性能問題。常常推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。

6.切削工藝中最重要的因素。切削過程中一個(gè)最重要的目標(biāo)是在每一個(gè)工序中為每一種刀具創(chuàng)建均勻分布的加工余量。這就是說，必須使用不同直徑的刀具（從大到?。?，特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時(shí)候主要的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是在每個(gè)工序中與模具的最終形狀盡可能地相近。

二、非金屬材料的初步制作和控制工程

模具再次加工工藝首先，非金屬材料的制作和控制是一個(gè)比較復(fù)雜的工作，同時(shí)它也有非常強(qiáng)的系統(tǒng)性，對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行分類的話就會(huì)發(fā)現(xiàn)其類別是非常多的，一類是注射成型的技術(shù)，在實(shí)際的操作中就是使用專門的注射器，之后對(duì)其進(jìn)行加熱，使其達(dá)到一定的溫度，這樣就可以使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部的材料在物理形態(tài)上發(fā)生了非常明顯的轉(zhuǎn)變，最終使其呈現(xiàn)出液態(tài)的狀態(tài)，之后要選取一種具有高溫高壓性質(zhì)的材料當(dāng)做一種重要的輔料，在助力融化之后的坯料要注入到模具的型腔之內(nèi)，靜置一段時(shí)間之后，觀察其狀態(tài)，等到材料徹底冷卻之后，從模具當(dāng)中取出器件，就可以得到預(yù)想的元件。這種方法看起來很麻煩的方法在使用的過程中能夠體現(xiàn)出非常大的優(yōu)勢(shì)，它產(chǎn)量高，同時(shí)在這一過程中也體現(xiàn)出了非常高的效率。在低能耗的自動(dòng)化操作中能夠體現(xiàn)出非常大的優(yōu)勢(shì)，它也會(huì)可以生產(chǎn)和制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜性比較強(qiáng)的器件，基于上述特點(diǎn)，這種方法非常適合使用在大型工廠當(dāng)中進(jìn)行流水線生產(chǎn)。

其次，還有一種方法是通過物理方式的擠出成型。旋塞和螺桿在此起到了至關(guān)重要的作用，旋塞的擠壓效用以及螺桿的切割效用，它們一起作用在形態(tài)固定的坯料上，并對(duì)其經(jīng)行融化和再次融合的過程，施加相應(yīng)壓力穿過模具，等待其冷卻凝固以后，就能夠獲取所需元件。這種方式可以簡(jiǎn)稱為擠出成型，而它與眾不同的是可以連續(xù)不斷地提供生產(chǎn)動(dòng)力，生產(chǎn)的效率也高于普通技術(shù)，更為難得的一點(diǎn)在于在“量”的滿足上還可以保證“質(zhì)”，可以說是一種保質(zhì)保量的方法，其使用的覆蓋面也不單一，對(duì)設(shè)備器材沒有太多嚴(yán)苛的限制。如果企業(yè)從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)，這種技藝是一種投資相對(duì)較少，而成效立竿見影的選擇，“性價(jià)比”不俗。

再次，還有一種不同于以上兩種技術(shù)的方式，是把需要的材料放置在密封關(guān)閉的模型器具環(huán)境里，在壓強(qiáng)的增加過程中，再輔以固體化的技術(shù)，遂材料完整成型。這種方法可以一個(gè)工作流程下完成制作若干數(shù)量的元器件，生產(chǎn)出來的成品形態(tài)較為固定，有效地克服了收縮性這個(gè)元件頑疾，還攻克了以往元器件變形的通病，性能較為優(yōu)良，即使有如此不可取代的優(yōu)勢(shì)，缺陷也十分明顯，生產(chǎn)制作的相對(duì)周期較之同類型技術(shù)而言同期拉長(zhǎng)了許多，生產(chǎn)的效率自然而言地有所降低。

三、結(jié)語

在時(shí)代發(fā)展日新月異的今天，科學(xué)技術(shù)正不斷發(fā)展，科學(xué)生產(chǎn)力在人類社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的背景下，成為一個(gè)不得不讓人重視的因素?？茖W(xué)技術(shù)在生活中體現(xiàn)得淋漓盡致，促使社會(huì)穩(wěn)步向前，人們生活水平提高，選擇廣泛的同時(shí)帶來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，高度重視科學(xué)技術(shù)的研發(fā)是企業(yè)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的不二法門。材料成形技術(shù)在度過一個(gè)蛻變的過程，如何有效地提升生產(chǎn)效率，改良升級(jí)加工工藝不僅是企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，更是社會(huì)前進(jìn)的需要。