模具技术

模具技术1.模具的定义2.模具制造技术模具作为工业生产的基础工艺装备,在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计,75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成形;家用电器行业的80%零件、机电行业的70%以上零件也都要靠模具加工;因此,模具又被称之为“百业之母”。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。手机外壳装饰品1.模具的定义模具是一种专用工具，用于装在各种压力机上，通过压力把金属或非金属材料制造成为所需要零件的形状制品，这种专用工具统称为模具。（1）根据加工产品的形状，来设计不同的模具。（2）硬度要大。（3）既可以选择金属材料，也可以选择非金属材料。模具制造与普通的机械产品制造有着很大的区别，以下是模具加工的几个特点：(1)模具的制造是单件生产。每一副模具都是一个新的项目，有着不同的结构特点，每一个模具的开发都是一项创造性的工作。(2)模具的开发并非最终产品，而是为新产品的开发服务。(3)型腔、型芯的形状往往比较复杂。(4)模具制造要快速。(5)模具结构不确定。模具需要按制件的形状和结构要素进行设计，同时由于模具所成形的产品往往是新产品，所以在模具开发过程中常常有更改，或者在试模后，对产品的形状或结构作调整，而这些更改需要进行重新加工。(6)模具加工的制造精度要求高，材料难加工。2.1模具制造技术的特点2.模具制造技术①效率高，操作简单，易实现机械化、自动化。（比如在高速冲床上用级进模生产空调散热片，采用电脑控制自动化生产，自动送料、出料。三菱重工有一套冲冷凝器散热片的冲模，采用36列排料，每冲一次生产36个零件，每分钟能冲2000件散热片。）2.2用模具生产零件的优点②质量稳定，可成形形状复杂的零件。（比如汽车车门，形状较复杂，如果不用模具生产，用手制作，质量是无法保证的，用模具生产则能保证质量。象电视机外壳这样复杂的塑料件，只能用模具生产。）③零件的一致性和互换性好。（比如电机定子是由几十片硅钢片叠起来的，用模具冲压就能保证每一片硅钢片都是一样大小。）④节省原材料和能源。（比如螺钉用冷镦模生产，材料能全部利用，如果用切削加工，则材料利用只有一半左右，并且消耗能源多。）因此，模具成型方法在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。例如70％以上的汽车、拖拉机、电机、电器、仪表零件，80％以上的塑料制品，70％以上的日用五金及耐用消费品零件，都采用模具成型的方法来生产。⑤生产成本低。（用模具生产的零件一般都是批量生产，每个零件分摊的模具费很少，由于模具生产零件效率高，质量好，省料省能源，因此零件的生产成本很低。比如缝衣针、大头针等用品价格之所以如此便宜，是因为采用模具大批量专业化生产。）制品原型分析估算工艺及模具设计零件加工装配调整试模成品外购热处理返回2.3模具的生产过程(1)模具设计在接受制造模具的委托时，首先根据制品零件图样或实物分析研究采用什么样的成型方案、确定模具套数、模具结构及主要加工方法，然后估算模具费用及交货期等。经过认真的工艺分析，然后进行模具设计。①装配图设计模具设计方案及结构确定后，就可绘制装配图。②零件图设计根据装配图拆绘零件图，使其满足装配关系和工作要求，并注明尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求。(2)零件加工每个需要加工的零件都必须按照图样制定其加工工艺，然后分别进行毛坯准备、粗加工、半精加工、热处理及精加工或修研抛光。(3)装配调整装配就是将加工好的零件组合在一起构成一副完整的模具。除紧固定位用的螺钉和销钉外，一般零件在装配调整过程中仍需一定的人工修研或机械加工。(4)试模装配调试好的模具，需要安装到机器设备上进行试模。检查模具在运行过程中是否正常，所得到的制品是否符合要求。如有不符合要求的则必须拆下模具加以修正，然后再次试模，直到能够完全正常运行并能加工出合格的制品。2.4模具零件的主要加工方法模具零件绝大多数为金属材料，主要的加工方法有机械加工、特种加工和表面精加工等。(1)机械加工机械加工(即传统的切削与磨削加工)与现代数控机床加工，是模具制造中不可缺少的一种重要加工方法。即使采用其他方法加工制造模具，机械加工也常作为零件粗加工和半精加工的主要方法。机械加工的主要特点是加工精度和生产效率高，通用性好，用相同的设备和工具可以加工出各种形状和尺寸的工件。但是，用机械加工方法加工形状复杂的工件时，其加工速度很慢，高硬度材料难以加工。(2)特种加工特种加工是有别于传统机械加工的加工方法，因为它不是用力进行加工的，所以不要求工具的硬度大于工件的硬度。它是直接利用电能、声能、光能、化学能等来去除工件上的余量，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法，其中包括电火花成型加工、电火花线切割加工、超声波加工、激光加工、化学加工等。模具制造一般要经过设计、零件加工、装配调整、试模四个流程。模具零件加工可分为备料、粗加工、热处理、精加工四个过程。模具零件备料时，尽量利用标准模坯，对整套模具的主要零件进行同时备料，并列好备料清单。模具零件的热处理方法有淬火、回火、正火、退火、和表面热处理，它们的作用是改变材料机械性能。在模具零件精加工时，表面光洁度要求高，且硬度高。一般采用磨削加工和电加工。在粗加工时，为了去除模具精加工前大部分的加工余量。一般采用车、刨、铣、磨、镗、钳工等加工。2.5模具技术的经济指标1.模具精度及刚度:模具工作零件的精度和相关部位的配合精度。影响因素:模具零件的精度、模具加工技术手段的水平、模具装配钳工的技术水平等。2.模具的生产周期:从接受模具订货任务开始到模具试模鉴定后交付合格模具所用的时间。影响因素:模具技术和生产的标准化程度、模具企业的专门化程度、模具生产技术手段的现代化等。3.生产成本:企业为生产和销售模具支付费用的总和。影响因素:模具结构的复杂程度和功能的高低﹑模具精度的高低﹑模具材料的选择﹑模具加工设备﹑模具的标准化程度企业生产的专门化程度。4.模具寿命:模具在保证产品零件质量的前提下，所能加工的制件的总数量。影响因素:模具结构﹑模具材料﹑模具加工质量﹑模具工作状态﹑产品零件状况。3.模具材料3.1模具材料在模具工业中的地位“模具是工业之母”，模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。而模具材料与热处理、表面处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。所以，目前世界各国都在不断地开发模具新材料，改进热处理工艺和表面强化技术。3.2模具材料的分类模具材料的品种繁多、分类方法也不尽相同。由于模具钢是制造模具的主要材料，所以我们可将材料分类如下：模具材料模具钢其它模具材料冷作模具钢塑料模具钢热作模具钢铸铁非金属材料硬质合金有色金属及其合金根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类:1.冷作模具钢2.热作模具钢3.塑料模具钢。（1）在冷作模具钢方面：开发了一批高性能的新钢种，如7CrSiMnMoV(CH-1)、Cr12Mo1V1(D2)钢等。（2）在热作模具钢方面：研制新钢种，如4CrMnSiMoV、这些钢具有高的热稳定性、高温强度、热疲劳性及耐磨性。（3）塑料模用钢方面：开发了如预硬钢3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo(718)等，时效硬化钢25CrNi3MoAl(25CrNi3)；耐蚀钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)；镜面塑料模具钢10Ni3CuAlMoS（PMS）等。这些钢种强韧性适当，热处理工艺较简便，变形小，易于切削加工。3.3模具材料的应用状况及发展趋势（1）强度:表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。（2）硬度:衡量材料软硬程度的性能指标，实际上它是表征着材料对变形和接触应力的抗力。（3）塑性:衡量模具钢塑性通常采用断后伸长率δ和断面收缩率ψ两个指标。（4）韧性:材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的特性，反映了模具的脆断抗力。（5）疲劳抗力：材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。3.4模具材料的主要性能指标2、热作模具材料主要用于制造高温状态的金属进行热成形的模具，如:热锻模具、热挤压模具、压铸模具等.3、塑料模具材料碳素结构钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢等。3.5常用模具材料及性能1、冷作模具材料主要用于制造冷状态条件下进行压制成形的模具。如：冷冲压模具、冷挤压模具、冷拉伸模具、冷镦模具等。碳素工具钢：含碳量范围为0.7-1.4％牌号有T7、T7A、T8、T8A、T10、T10A、T12、T12等。价格低廉，切削性能好，淬火后有较高的硬度和耐磨性，但淬透性较低，淬火变形开裂倾向大，回火稳定性差，红硬性低，用于尺寸较小、形状简单、负荷较小的冷作模具。通常于淬火和低温回火后使用。随牌号数字的增加，含碳量增加，热处理后强度、硬度增加，塑性、韧性下降.低合金工具钢淬透性、淬硬性较好，耐磨性、红硬性较高，热处理变形小，回火稳定性好。模具中使用的有:CrWMn、9Mn2V、9SiCr(制作要求变形小、形状复杂的各种中、小型冷作模具)5CrMnMo、5CrNiMo(用于热锻模及热态下工作的弯曲模、切边模等)。3.6模具选材原则(一).满足工作条件要求(1)．耐磨性(2)．强韧性(3)．疲劳断裂性能(4)．高温性能等(二).满足工艺性能要求良好的锻造性、切削加工性与热处理持性。对尺寸较大、精度较高的重要模具，还要求有较大的淬透性、较小的过热敏感性以及氧化脱碳和淬火变形倾向。(三).满足经济性要求价格低廉、资源丰富、供应方便等。不重要零件可采用普通碳素结构钢，如45钢，Q235等4.现代模具的特点4.1现代模压技术的优点（1）生产率高普通压力机每分钟可实现几十次到上百次冲击，一台压力机下班产量可达数万件。采用高速冲床及多工位级进模，产量更大。（2）质量好模压产品成形性能好，制件形状几何尺寸一致性高。（3）材料消耗低少或者无切屑加工（4）成本低，用途广许多产品中，模压件占90%以上。（1）高精度比传统模具高出一个数量级。（2）长寿命传统模具50～100万次，现代模具一般在500万次以上，硬质合金多工位级进模可达2亿～6亿次。（3）高生产率（4）型腔形状和模具结构复杂塑料注射模、汽车覆盖件模具。4.2现代模具的特点4.3汽车大型覆盖件模具（1）CAD/CAM/CAE技术的运用水平不断提高a)在CAD方面，进行3D-LD图的设计。b)开始采用CAE技术。（2）检测技术和逆向工程技术取得新发展。实物——建立数学模型——出工程图纸——模具制造（3）现代模具制造技术进一步得到推广应用。a)新技术、新工艺、新设备、新材料更广泛地得到推广应用。b)数控加工技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术日趋成熟。(4)模具的制造周期逐步缩短4.4塑料模（1）CAD/CAM/CAE技术应用水平上了一个新台阶。a)产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工编程等已成为精密、大型塑料模设计生产的主要手段。b)实现无图化加工。通过CAE技术对注塑过程进行流动模拟分析，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等。应用电子信息工程技术，提高了塑料模的设计制造水平。通过客户提供的产品三维信息和网上产品电子信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等。5.国外模具工业现状1高新技术在模具企业中得到广泛应用(1)广泛应用CAD/CAE/CAM技术a)超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，3D设计已达到了70～80%。b)PRO/E、UG、CIMATRON等软件普遍应用。c)数控机床的普遍应用，保证了模具零件的加工精度和质量。d)CAE技术已逐渐成熟（意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上）。(2)普遍采用高速切削加工技术a)特征：以高切削速度、高进给速度、高加工质量。b)加工效率：比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍。c)转速：15000～30000r/min。d)效益：大大缩短制模时间。（3）普遍应用快速成型技术与快速制