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設(shè)計用紙
在沖壓過程模擬 - 產(chǎn)品和工藝設(shè)計最新應(yīng)用
摘 要
工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計仿真都是目前正在實行產(chǎn)業(yè)。然而,一個變量數(shù)目會對
輸入的準(zhǔn)確性和計算機預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進行一項有關(guān)沖壓模擬能力評估預(yù)測的特點和其工藝條件部分的復(fù)雜形面形成了復(fù)合、工業(yè)零件的研究。
在工業(yè)應(yīng)用中,下面是沖壓過程的進行模擬測試達到的兩個目標(biāo):(1)通過分析在產(chǎn)品設(shè)計階段、成形性及預(yù)測來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計;(2)在模具設(shè)計的前期階段減少試模時間和在沖壓加工過程中降低生產(chǎn)成本。為了達到這兩個目標(biāo),有兩種方法可以選擇:一種是Pam-Stamp應(yīng)用法,一種是Int'l工程系統(tǒng)有限元增量的動態(tài)程序法。很明顯第二個目標(biāo)方法比較好,因為它可以處理的實際沖壓中的大多數(shù)參數(shù)。FAST_FORM3D,一個單步有限元程序的成型技術(shù),匹配第一個目標(biāo),因為它只需零件幾何形狀復(fù)雜的過程,而不是信息。
在以往的研究表明,這些兩個沖壓守則也適用于制造汽車和工程機械所使用的復(fù)雜形狀部件。對在沖壓成形性預(yù)測問題的能力進行了評價。本文回顧了這一研究結(jié)果,并總結(jié)了有限元模擬程序所取得結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。
在另一項研究中,對控制壓邊力(BHF)在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響進行了研究。高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜—高質(zhì)量鋼(AKDQ),以及如高強度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認(rèn)不同的壓邊力可以改善圓頂杯的應(yīng)變分布。
關(guān)鍵詞:沖壓;過程刺激;工藝設(shè)計
1.簡介
對于形狀復(fù)雜的板材(如汽車覆蓋件金屬沖壓件的設(shè)計過程,包括決策的許多階段)的設(shè)計過程是一個非常昂貴和耗時的過程。在目前的工業(yè)上,許多工程決策是基于工作人員的經(jīng)驗和他們的知識,這些決策通常是經(jīng)過軟工裝模具成??型階段和硬模選拔賽驗證階段后才做出的。很多時候軟、硬工具必須重新編制,甚至重新設(shè)計和提供的零件到達可接受的質(zhì)量水平。
現(xiàn)在將最好的設(shè)計過程列在圖1中。在這個設(shè)計過程中,經(jīng)驗豐富的產(chǎn)品設(shè)計人員會使用一個稱為一步有限元法的專門設(shè)計的軟件來估計其設(shè)計成形性。這將使產(chǎn)品的設(shè)計者在確定設(shè)計路線之前,以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來之前做必要的修改。一步法有限元法特別適合用于產(chǎn)品分析,因為它不需要粘結(jié)劑、附錄、甚至絕大多數(shù)工藝條件。通常方法不可用在產(chǎn)品設(shè)計階段。一步法有限元法也很容易掌握,計算速度快,這使得設(shè)計人員能夠發(fā)揮“如果”沒有太多的時間投資。
圖- 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計過程。
一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計和經(jīng)過驗證,開發(fā)項目將進入“零時間”階段,并傳遞到模具設(shè)計階段。模具設(shè)計人員會確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計并進行必要的設(shè)計變更,甚至優(yōu)化工藝參數(shù),確保不只是最低的可接受的零件質(zhì)量,而是最高達到的質(zhì)量。這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量,而且增加過程的成品率。增量有限元法特別適合于模具設(shè)計分析,因為它確實需要粘合劑,附錄,以及已知的模具設(shè)計或渴望被人知道的過程。
驗證制造模具的設(shè)計后就會直接進入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗證階段,在此期間,將與物理原型零件對比著進行,試用時間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗證。重新設(shè)計和成型,由于不可預(yù)見的問題,再制造模具應(yīng)該是過去的事情。試用時間減少和消除重新設(shè)計/再制造所用的時間應(yīng)該超過彌補進行數(shù)值驗證、試模、加工過程所用的時間。
對于薄板沖壓件生產(chǎn)商而言,沖壓工藝的優(yōu)化也是非常重要的。通過適度增加壓力機設(shè)備的投資、并使用模具成型、一個人可以控制多個沖壓過程。據(jù)記載,壓邊力是板料成形過程中最敏感的工藝參數(shù)之一,因此可用于精確控制變形過程。
通過控制壓邊力在功能和壓應(yīng)力的位置等有效措施,提高粘結(jié)劑的外圍的應(yīng)變分布的小組提供了新增的強度和剛度,降低了面板和殘余應(yīng)力的回彈程度,提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。
通過控制作為壓應(yīng)力和周圍的粘結(jié)劑邊緣位置的函數(shù)壓邊力,可以提高面板強度和剛度,減少面板回彈和殘余應(yīng)力應(yīng)變分布,提高產(chǎn)品質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。一種廉價的工業(yè)質(zhì)量體系,目前正在制定在緊急救濟協(xié)調(diào)員/ NSM采用了液壓和氮的結(jié)合,如圖—2所示。使用壓邊力控制也可以允許工程師設(shè)計更具有侵略性的板窗利用所提供的增加壓邊力控制成形性。
圖2. 壓邊力控制系統(tǒng)和模具正在開發(fā)的ERC / NSM實驗室
1.對設(shè)計過程的三個獨立階段研究進行了研究
將會在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計階段,其中一個步驟是有限元程序FAST_FORM3D(成型技術(shù))的驗證,作為實驗室和工業(yè)的一部分,用來預(yù)測毛坯最佳形狀的研究。第4節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計階段,其中一個實際的工業(yè)平板是用來驗證的增量有限元程序的PAM –Stamp系統(tǒng)(國際工程系統(tǒng))的研究。第5節(jié)覆蓋了在實驗室研究壓邊力控制應(yīng)變分布在深沖、半球形、圓頂平底杯的影響。
2 產(chǎn)品仿真 - 應(yīng)用
這項調(diào)查的目的是為了驗證FAST_FORM3D系統(tǒng),確定FAST_FORM3D對毛坯形狀預(yù)測的能力,并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計過程中是怎么實施的。成型技術(shù)提供了他們的一步法有限元代碼和培訓(xùn)中心的FAST_FORM3D / NSM為目的的基準(zhǔn)和研究。FAST_FORM3D并不等同于變形歷史。相反,它將項目上一個平面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點和元素,直至達到最低能量狀態(tài)。這個過程是計算速度比就像是PAM –Stemp的增量模擬,也使得假設(shè)增多。FAST_FORM3D能評價和估計最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu),也是一個強有力的工具,產(chǎn)品設(shè)計師由于其速度和使用的安逸性,但是在這時期的幾何是不可用的。
為了驗證FAST_FORM3D,我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測預(yù)報方法的毛坯形狀。該零件的幾何形狀如圖3所示是一個長15英寸、寬5英寸、深12英寸有一個1英寸直角法蘭盤英寸。表1列出了工藝條件下使用,圖4顯示了使用Romanovski零件毛坯形狀的實證法和滑移線場的方法來預(yù)測毛坯形狀的原理。
圖. 3 矩形幾何用于FAST_FORM3D驗證
表1 為FAST_FORM3D矩形驗證過程中使用參數(shù)
圖4。使用手工計算毛坯長方形盤的外形設(shè)計。
(一)Romanovski的經(jīng)驗方法;(二)滑移線場分析方法。
圖5(a)給出了預(yù)測從Romanovski法,滑移線場方法,幾何形狀和FAST_FORM3D空白。空白形狀同意在角落里地區(qū),但不同的側(cè)面區(qū)域很大。圖5(二)- (c)顯示抽簽中模式后的矩形繪制過程。
平移由Pam-Stemp模擬預(yù)測空白的每個形狀。抽簽中地區(qū)在彎道很好匹配所有三個長方形盤模式。滑移線場方法,雖然沒有達到目標(biāo)區(qū)域在身邊1英寸法蘭,而Romanovski和FAST_FORM3D方法實現(xiàn)了1英寸法蘭在身邊地區(qū)相對較好。此外,只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/側(cè)過渡區(qū)。此外,F(xiàn)AST_FORM3D毛坯比Romanovski具有較好的應(yīng)變分布和更低的峰值應(yīng)變比,由圖6中可以看到。
圖5 各種毛坯形狀預(yù)測和帕姆印花仿真結(jié)果為長方形鍋。
(一)三預(yù)測空白形狀;(二)變形滑移線領(lǐng)域的毛坯;(三)畸形Romanovski毛坯;(四)畸形FAST_FORM3D毛坯
圖6 比較應(yīng)變泛用長方形的PAM –Stemp形狀分布的各種毛坯。
(一)變形Romanovski毛坯;(二)畸形FAST_FORM3D毛坯。
若要繼續(xù)此驗證研究,從小松制作工業(yè)部分被選中,并在圖7(a)所示。我們預(yù)計的一個最優(yōu)幾何FAST_FORM3D空白的實驗裝置,正如所見,毛坯很相似,但有一些差異,最終的零件毛坯形狀,如圖7(b)。
圖7 儀器FAST_FORM3D模擬結(jié)果包括最終驗證。
(一)FAST_FORM3D成形性能的比較;(二)預(yù)測與實驗的毛坯形狀比較。
接下來,我們模擬了沖壓的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp實驗毛坯。我們通過比較兩者的計算機輔助設(shè)計(CAD)預(yù)測的零件幾何形狀 (圖8),發(fā)現(xiàn)FAST_FORM3D是更精確的。一個不錯的特征是,FAST_FORM3D能顯示“失敗”的部分情節(jié)的輪廓曲線,對失敗限制示于圖7(A)??傊? FAST_FORM3D在預(yù)測的實驗室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯。這表明,F(xiàn)AST_FORM3D可以成功地用于評估產(chǎn)品設(shè)計成形性的問題。在儀器的覆蓋情況下,審判和錯誤實驗多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
圖 8。比較FAST_FORM3D和實驗儀器的零件形狀。
(一)實驗開發(fā)毛坯形狀和CAD幾何;(二)優(yōu)化毛坯形狀和FAST_FORM3D的CAD幾何。
3 模具和工藝模擬- 應(yīng)用
為了在研究模具設(shè)計過程中緊密合作,一個由日本小松制作所和ERC/ NSM組成的小組。與形成問題的一個生產(chǎn)小組選擇了小松。該面板是挖掘機的駕駛室左側(cè)內(nèi)板,如圖9所示。是的幾何簡化為一個實驗實驗室死亡,同時保持該小組的主要特征。在實驗進行過程中小松使用表2所示的條件。一個成形極限圖(FLD)研制了用于繪圖品質(zhì)采用穹頂鋼和視覺測試應(yīng)變測量系統(tǒng),并在圖10所示。在實驗中使用三壓邊力分別是(10,30,50噸)以確定其效果。每個模擬實驗條件進行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。
圖9 挖掘機的駕駛室,左側(cè)內(nèi)板
表2機艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查
圖10 在機艙內(nèi)調(diào)查所使用的繪圖優(yōu)質(zhì)鋼成形極限圖。
在10噸的條件下發(fā)生起皺的實驗部分,如圖11所示。在30噸條件下發(fā)生皺紋被淘汰,如圖12所示。對這些實驗結(jié)果進行了PAM –Stemp模擬預(yù)測,如圖13所示。 30噸壓力的測量小組以確定材料畫中的模式。這些測量結(jié)果進行了比較與預(yù)測材料繪制在圖14研究。效果是非常良好,只有10毫米,最大的錯誤。一個輕微的頸部,觀察小組的30噸,如圖13所示。在50噸時,面板上會出現(xiàn)明顯的骨折起皺。
圖11 皺褶實驗室機艙內(nèi)板,壓邊力= 10噸
圖12 壓邊力=30噸機艙內(nèi)的實驗室和頸縮變形階段。 (一)實驗毛坯;(二)實驗小組,形成了60%;(三)實驗小組,完全形成;(四)實驗小組,縮頸細(xì)節(jié)。
圖13 預(yù)測和在實驗室客艙內(nèi)消除皺紋。
(a)預(yù)期的幾何形狀,壓邊力= 10噸;(二)預(yù)測的幾何形狀,壓邊力= 30噸
圖14 在實驗室內(nèi)艙預(yù)測與實測比較所得出的結(jié)果,壓邊力= 30噸。
應(yīng)變測量系統(tǒng)測量了每個小組的結(jié)果,其結(jié)果如圖15所示。從每個小組有限元模擬的預(yù)測在圖16所示。這些預(yù)測和測量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布,不同的壓邊力對結(jié)果的影響不大。雖然趨勢是代表,壓邊力的影響往往在模擬的壓力更多的本地化的方式相比,測量。然而,這些預(yù)測表明, PAM –Stemp正確預(yù)測了頸縮和斷裂在30和50噸時發(fā)生。關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進行了研究,如圖17模擬圖所示。
圖 15 機艙內(nèi)的實驗室試驗應(yīng)變測量。
(一)測量應(yīng)變,壓邊力= 10噸(面板皺)(二)測量應(yīng)變,壓邊力= 30噸(面板頸);(三)測量應(yīng)變,壓邊力=50噸(面板裂縫)。
圖。16。機艙內(nèi)的實驗室應(yīng)變有限元預(yù)測。
(a)預(yù)期的壓力,壓邊力= 10噸;(二)預(yù)測的壓力,壓邊力= 30噸;(三)預(yù)測的壓力,壓邊力= 50噸。
圖17 實驗室內(nèi)預(yù)測效應(yīng)摩擦機艙內(nèi),壓邊力= 30噸。
(a)預(yù)期的壓力,μ=0.06;(二)預(yù)測應(yīng)變,μ=0.10。
它們的比較結(jié)果摘要列于表3中,此表顯示,模擬預(yù)測了在實驗條件下每一株測量系統(tǒng)實驗觀測結(jié)果。這表明,PAM-Stemp可以用來評估成形模具設(shè)計相關(guān)的問題。
表3客艙內(nèi)的研究結(jié)果摘要
4. 壓邊力控制- 應(yīng)用
這次調(diào)查的目的是確定各種高性能材料在半球狀,圓頂平底,深拉杯深沖性能(見圖18),并探討不同時間的變壓邊力上進行了拉伸試驗,以確定這些材料進行分析和模擬輸入到流動應(yīng)力和各向異性特征(見圖 19和表5)。在被調(diào)查的材料包括AKDQ鋼、高強度鋼、烘烤硬鋼、鋁6111(見表4)。
圖18 巨形杯模具的幾何形狀
表4用于材料研究的圓頂杯
圖19 鋁6111,AKDQ,強度高,烤硬鋼的拉伸試驗結(jié)果。
(一)拉伸試樣裂隙;(二)應(yīng)力/應(yīng)變曲線。
表5 鋁6111、AKDQ、烤硬鋼的高強度拉伸試驗數(shù)據(jù)
值得注意的是流動應(yīng)力和AKDQ烤硬鋼曲線非常類似,但是在5%的時候伸長率減少類似烤硬。雖然高強度鋼和鋁6111的伸長率很相似,但是其N值比鋁6111的值大兩倍。此外, AKDQ的R值遠遠大于1,而烤硬接近1,鋁6111遠小于1。
在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時間變量中包含常數(shù),線性減少,脈動(見圖20)。為AKDQ鋼的實驗條件進行了模擬使用的PAM -Stemp增量代碼。斷裂、皺紋的例子,和良好的實驗室杯圖21所示以及對模擬圖像皺杯。
圖20.用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時間。
(一)固定壓邊力;(二)斜壓邊力;(三)脈動壓邊力。
圖 21。模擬實驗和圓頂杯。
(一)實驗好杯;(b)實驗裂隙杯;(三)實驗皺杯;(四)模擬皺杯
對深沖性能進行了實驗研究限制使用固定壓邊力。這項研究的結(jié)果顯示在表6 此表顯示,AKDQ的沖壓性能最大,而鋁的最小而烤硬、高強度鋼的性能中等。對AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動壓邊力進行了比較實驗圖22,模擬圖23。這兩個模擬和實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn),斜坡的壓邊力軌跡對于提高應(yīng)變分布情況是最好的。不僅減少了骨折的可能性降低峰值高達5%,而且還降低應(yīng)變地區(qū)的增加。這種應(yīng)變分布的改善,提高產(chǎn)品的剛度和強度,減少回彈和殘余應(yīng)力,提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性。
表6。恒定壓邊力限制的頂燈杯的沖壓性能
圖22。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的實驗
圖23。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實驗
脈動壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi),未發(fā)現(xiàn)有對應(yīng)變分布的影響。這可能是由于這一事實的脈動頻率進行了測試只有1赫茲。從其他研究人員以前的實驗可知,適當(dāng)?shù)念l率范圍是從5到25赫茲。AKDQ從模擬和實驗載荷行程曲線比較圖24所示。良好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)的情況下μ=0.08。這表明,有限元模擬可以用來評估成形性,可以通過使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善。
圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實驗與模擬負(fù)載沖程曲線
5 結(jié)論和未來工作
在本文中,我們評價一個復(fù)雜的沖壓件的改進設(shè)計過程中,涉及消除了軟模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗證使用單步和增量有限元模擬。此外,改進工藝,提出了壓邊力控制實施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成
三個獨立的調(diào)查分析,總結(jié)其在設(shè)計過程的各個階段。首先,產(chǎn)品設(shè)計階段進行了調(diào)查與實驗室和一個步驟有限元程序FAST_FORM3D和評估的能力,在產(chǎn)品設(shè)計成形性問題所涉及的工業(yè)驗證。 FAST_FORM3D在預(yù)測中矩形工業(yè)儀表盤和蓋形狀最佳空白成功。在儀器的覆蓋情況下,審判和錯誤實驗多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
其次,模具設(shè)計階段進行了調(diào)查實驗室和增量代碼的PAM –Stemp系統(tǒng)的工業(yè)驗證和評估的能力,形成與模具設(shè)計有關(guān)的問題。這項調(diào)查表明,PAM的郵票可以預(yù)測應(yīng)變分布,起皺,頸縮和斷裂,至少一個遠景以及應(yīng)變各種條件下的實驗測量系統(tǒng)。
最后,工藝設(shè)計階段的調(diào)查,對質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實現(xiàn)實現(xiàn)改善的實驗研究。在此調(diào)查,半球狀,圓頂平底高峰株,杯子的拉伸值都被減少了5%,從而減少了皺折的可能性,并降低了應(yīng)變區(qū)強度。這種應(yīng)變分布的改善,提高產(chǎn)品的剛度和強度,減少回彈和殘余應(yīng)力,提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的穩(wěn)定性??梢灶A(yù)計,深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強。此外,在實驗測量和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負(fù)載行程曲線,表明有限元模擬可以用來評估成形性,可控制壓邊力技術(shù),使用得到改善。
1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具,是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。
采用模具生產(chǎn)零部件,具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點,用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?,F(xiàn)代經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高,很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平,因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中,把模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備),確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。1997年以來,又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),從1997年到2000年,對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策,以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些,都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元,日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè),從1997年開始,我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。
據(jù)統(tǒng)計,在家電、玩具等輕工行業(yè),近90%的零件是綜筷具生產(chǎn)的;在飛機、汽車、農(nóng)機和無線電行業(yè),這個比例也超過60%。例如飛機制造業(yè),某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套,其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。從產(chǎn)值看,80年代以來,美、日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行業(yè),并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測,到2000年,產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50%將由模具完成;金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成,50%以上的金屬板材、80%以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。
2模具的歷史發(fā)展
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造,但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。
19世紀(jì),隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展,沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后,隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展,它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看,當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進技術(shù),如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù),大多起源于美國;而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù),蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。50年代,模具行業(yè)工作重點是根據(jù)訂戶的要求,制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計多憑經(jīng)驗,參考已有圖紙和感性認(rèn)識,對所設(shè)計模具零件的機能缺乏真切了解。從1955年到1965年,是壓力加工的探索和開發(fā)時代——對模具主要零部件的機能和受力狀態(tài)進行了數(shù)學(xué)分橋,并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實際,使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計原則,并使得壓力機械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新,并向?qū)嵱没姆较蛲七M,從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達別多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機—彎曲機。在此期間,日本站到了世界最前列——其模具加工精度進入了微米級,模具壽命,合金工具鋼制造的模具達到了幾千萬次,硬質(zhì)合金鋼制造的模具達到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù),小型壓力機通常為200至300次,最高為1200次至1500次。在此期間,為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要,各種經(jīng)濟型模具,如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說是計算機輔助設(shè)計、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高,生產(chǎn)周期不斷加快,模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備,憑經(jīng)驗和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來,機械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合,發(fā)展了NC機床,如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計算機自動編程、控制的CNC機床提高了數(shù)控機床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計算機以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機床的NNC系統(tǒng)。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,計算機也逐步進入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,包括設(shè)計、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測,到2000年,作為設(shè)計和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計的最根本點是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實際經(jīng)驗為中心所組成的設(shè)計方法,就必須把過去的經(jīng)驗和思考方法,進行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化,作為設(shè)計準(zhǔn)則儲存到計算機中。因為模具構(gòu)成元件也干差萬別,要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大,模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律,放可總結(jié)歸納,為自動設(shè)計提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進模設(shè)計與制造,其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等,所用時間由手工的20%、工時減少到35小時;從80年代初日本就將三維的CAD/CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前,在實體件的掃描輸入,圖線和數(shù)據(jù)輸入,幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程,產(chǎn)生效控機床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達到較高水平;計算機仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上,CAD/CAM/CAE集成的,即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的,可以互相直接傳輸信息.實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前.國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
3我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征,我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間,處于本廠的配套地位,自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。生產(chǎn)效率不高,經(jīng)濟效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂,跨行業(yè)、投資密集,專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計,全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間(分廠)近17000家,約60萬從業(yè)人員,年模具總產(chǎn)值達200億元人民幣。但是,我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60%左右,還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前,國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計,1997年進口模具價值6.3億美元,這還不包括隨設(shè)備一起進口的模具;1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力,是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
??按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分,我國模具基本分為10大類,其中,沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算,目前我國沖壓模占50%左右,塑料成形模約占20%,拉絲模(工具)約占10%,而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40%以上。
??我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等,精沖模,精密多工位級進模還為數(shù)不多,模具平均壽命不足100萬次,模具最高壽命達到1億次以上,精度達到3~5um,有50個以上的級進工位,與國際上最高模具壽命6億次,平均模具壽命5000萬次相比,處于80年代中期國際先進水平。
??我國的塑料成形模具設(shè)計,制作技術(shù)起步較晚,整體水平還較低。目前單型腔,簡單型腔的模具達70%以上,仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模,多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右,主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等,注射模精度已達到5um以下,最高壽命已突破2000萬次,型腔數(shù)量已超過100腔,達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊,懸殊較大。從總體上來講,與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比,還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計與制造模具方面,無論是應(yīng)用的廣泛性,還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計模具方面,僅有約10%的模具在設(shè)計中采用了CAD,距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走;在應(yīng)用CAE進行模具方案設(shè)計和分析計算方面,也才剛剛起步,大多還處于試用和動畫游戲階段;在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面,一是缺乏先進適用的制造裝備,二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備(包括近10多年來引進的先進設(shè)備)或因計算機制式(IBM微機及其兼容機、HP工作站等)不同,或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等,聯(lián)網(wǎng)率較低,只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項工作;在應(yīng)用CAPP技術(shù)進行工藝規(guī)劃方面,基本上處于空白狀態(tài),需要進行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作;在模具共性工藝技術(shù),如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計算機輔助技術(shù)的軟件開發(fā),尚處于較低水平,需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊,在役期長、精度差、效率低,至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具,熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐,操作憑工人的經(jīng)驗,設(shè)備簡陋,能耗高。設(shè)備更新速度緩慢,技術(shù)改造,技術(shù)進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設(shè)備,但過于分散,或不配套,利用率一般僅有25%左右,設(shè)備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人,尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員,只占從業(yè)人員的8%~12%左右,且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化,知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要;而80年代以后從業(yè)的人員,專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏,動手能力差,不安心,不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降,而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層,青黃不接,使得模具設(shè)計、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料,標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??近10多年來,特別是“八五”以來,國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè),研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等,并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定,缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù),規(guī)格品種較少,大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上,解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾,尚未得到有效的解決。另外,國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點,但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響,目前推廣應(yīng)用不多。
??模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用,但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù),大多仍還處于試驗摸索階段,如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力,走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護。
? 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn),80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn),模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%,從市場上能配到的也只有約30個品種,且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng),模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢,精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國的模具工業(yè)相對較落后,至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類:專業(yè)模具廠,專業(yè)生產(chǎn)外供模具;產(chǎn)品廠的模具分廠或車間,以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù);三資企業(yè)的模具分廠,其組織模式與專業(yè)模具廠相類似,以小而專為主;鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè),與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多,模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具,沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃,集中攻關(guān),跨行業(yè),跨部門管理困難很多。
? 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn),而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時,中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi),技術(shù)改造后不能很快收回其投資,甚至負(fù)債累累,影響發(fā)展。
? 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強,設(shè)備條件較好,生產(chǎn)的模具水平也較高,但設(shè)備利用率低。
? 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào),造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小,社會效益大”的現(xiàn)象?!案赡>叩牟蝗绺赡>邩?biāo)準(zhǔn)件的,干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正常現(xiàn)象存在。
4模具的發(fā)展趨勢
4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
(1)模具軟件功能集成化
? 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全,同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型,以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享,從而支持模具設(shè)計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程,達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計高級渲染、塑料模設(shè)計專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括:Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng);北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件;吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
(2)模具設(shè)計、分析及制造的三維化
??傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計模具,所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點,從而使模具并行工程成為可能。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專業(yè)注塑模設(shè)計軟件,可進行交互式3D型腔、型芯設(shè)計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面,生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔,實現(xiàn)模架零件的全相關(guān),自動產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格,并能進行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗等。
(3)模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢
? 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化,以及計算機軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)既有必要,也有可能。美國在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出,到2006年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案,使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。
4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
(1)模具檢測設(shè)備的日益精密、高效
? 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展,對檢測設(shè)備的要求越來越高?,F(xiàn)在精密模具的精度已達2~3μm,目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機,并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標(biāo)測量機,還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀,率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段,從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程,成功實現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括:英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補,激光掃描精度為0.05mm,接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀,日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點。
(2)數(shù)控電火花加工機床
? 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
(3) 高速銑削機床(HSM)
??銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5~10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心,其機床定位精度可達8μm,自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸,最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床,其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm,轉(zhuǎn)速達20500r/min,切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工,如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工,其曲面加工精度可達0.01mm。
4.3 快速經(jīng)濟制模技術(shù)
??縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比,快速經(jīng)濟制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點,精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求,是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術(shù),具體主要有以下一些技術(shù)。
?? (1)快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ;疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ;激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ;熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。
?? (2)表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。
?? (3)澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。
?? (4)冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。
?? (5)無模多點成形技術(shù)。
?? (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。
(7)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實型鑄造、負(fù)壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。
?? (8)其他方面技術(shù)。如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
?4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
??模具工業(yè)要上水平,材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng),致使模具過早失效,大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面,常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2,火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等;常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等;常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2,日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等;覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等,大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面,其主要趨勢是:由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展;由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展;可采用的鍍膜有:TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等,同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外,目前對激光強化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強化等技術(shù)也日益受到重視。
4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
??在成形工藝方面,主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面,隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高,在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有:適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點的柔性制造技術(shù);創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神,精益生產(chǎn);提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理;廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式;適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計與制造等。