模具先进制造

11、绪论1.1模具与模具工业1.2模具制造技术发展趋势1.3模具先进制造技术1.4我国模具先进制造技术的发展21.1模具与模具工业模具工业发展的关键是模具技术的进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家创造水平的重要标志之一。现代化生产中，60％~90％的工业产品需要使用模具加工。31.2模具制造技术的发展趋势1.2.1模具制造的基本要求（1）制造精度高（2）使用寿命长（3）制造周期短（4）模具成本低41.2.2传统模具制造向现代模具制造的过渡传统模具制造技术主要根据设计图样用仿形加工、成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。现代模具制造利用CAD/CAE/CAPP/CAM技术和数控加工技术有效地对整个设计制造过程进行预测评估，迅速获得样品，有利于争取订单、赢得客户，同时节省大量的模具试制材料费用，减少模具返修率，缩短生产周期，大大降低了模具成本。51.2.3现代模具制造的特点1）质量依赖于物化因素，再现能力强，整体水平容易控制。2）采用并行方式进行。设计和制造基于共同的数学模型。可以在模具总体工艺方案指导下通过公共数据库并行通信，相互协调，共享信息，重复劳动少，加工周期短。61.3模具先进制造技术1.3.1先进制造技术的特征与内涵1、实用性2、综合性3、先进性4、创新性5、系统性6、敏捷性7、可持续性71.3.2先进制造技术的范畴1、现代设计技术2、先进制造工艺技术3、综合自动化技术4、现代系统管理技术81.3.3模具先进制造技术的应用1、信息技术在现代模具制造中的应用1）CAD技术6）虚拟现实2）CAE技术7）计算机网络通信技术3）CAPP技术8）多媒体技术4）CAM技术9）智能化技术5）仿真技术91.3.3模具先进制造技术的应用2、自动化技术在现代模具制造中的应用1）数控机械加工技术：如数控车、铣、超高速切削技术等。2）数控电加工技术：数控电火花加工技术、数控线切割技术等。3）数控特种加工技术：泛指新兴的、应用还不太广的各种数控加工技术。如快速原型制造技术。101.3.3模具先进制造技术的应用3、现代系统管理技术在现代模具制造中的应用1）集成化思想2）并行化思想3）协同设计思想与团队精神111.4我国模具先进制造技术的发展1.4.1我国制造业的现状我国的制造技术与国际先进水平差距具体表现为：1）产品开发设计方法手段落后2）小而全、大而全的“庄园式企业”严重制约了制造业发展3）管理落后4）产品质量有待进一步提高5）制造工艺与技术设备陈旧落后121.4.2我国模具工业的现状我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。近年来，我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。131.4.3模具先进制造技术的发展对策1、三分技术、七分信息、十二分人才2、单一化组织与协作团队3、模糊的经验与信息的精确表达4、全球化与区域经济142、现代模具加工方法概述根据对模具材料的作用方式不同，把现代模具加工方法归纳为1、成形法2、累加法3、去除法152.1成形法2.1.1铸造法制模铸造工艺可分为四种类型1、砂型铸造：用于制造达3t以上的模具。2、陶瓷铸造：制造对精密表面的复制性要求较高的模具或型腔嵌件。3、压力铸造：制造对尺寸精度较高、尺寸较小的模具及型腔嵌件。4、实型铸造：如泡沫塑料实型铸造。162.1.2挤压法制模1、热压印法：将模块加热到锻造温度后，用预先准备好的模芯压入模块而挤压出型槽的方法。2、冷挤压法：是一种不需去除材料而进行模具或型腔加工的工艺。3、超塑性挤压法：利用材料在超塑性状态下，以成形冲头将型腔挤压成形的方法。172.2累加法2.2.1金属喷涂在高温及低温下的金属喷涂，可用于小型实验性模具。1、高温喷涂：是将固化金属加入到氧—乙炔火焰中熔融（火焰喷涂）。2、低温喷涂：是将低熔点合金放人喷枪，在电热元件作用下液化，并喷涂在模型表面。182.2.2电铸法电铸法也称电解沉积，即利用在模型上电解沉积金属的办法得到所要求的型腔嵌件。电铸工艺示意图1—悬挂线2—阴极3—工件4—电极5—电解液192.2.3快速原型法快速原型法是一种基于离散和堆积原理的崭新制造技术。快速模具制造工艺的特点在于用快速原型技术与传统技术结合，互相补充，使模具的设计和制造周期缩短。快速制模从模具的概念设计到出模所需的时间约为传统模具加工方法所需时间的1/3左右。202.3去除法2.3.1机械加工1、切削传统机加工切削手段车、铣、刨、钻削等用于模具加工。利用主模型或靠模的仿形加工方法也常常用于模具制造。现代切削主要以数控铣削加工中心为重。2、磨削3、研磨及抛光212.3.2电加工1、电火花线切割加工是利用火花放电使金属熔化或气化，并把熔化或气化了的金属去除掉，从而实现各种形状金属零件的加工。2、型腔电火花加工是利用工具电极和工件之间在一定工作介质中产生脉冲放电的电腐蚀作用而进行的一种加工方法。2223242.3.2电加工3、电解加工电解加工是基于电解作用原理对导体或半导体工件材料加以溶解，即将作为阳极的工件相机床上的阴极插入电解液，在电流的作用下，阳极和阴极之间发生电荷和材料的交换，其结果使工件溶解。25262.3.3化学腐蚀加工化学腐蚀加工的原理是基于金属在酸、碱、盐溶液中的可溶性。金属材料由于其材料微观区域之间的能差或创料与腐蚀溶剂之间的能差而发生溶解。腐蚀工艺有两种：浸渍腐蚀：难去除反应物喷涂腐蚀：易去除反应物273、数控加工技术与CAM编程1、数控加工技术2、数控编程技术3、CAM自动编程技术283.1数控加工技术3.1.1数控机床的特点与分类1、数控机床的特点1）自动化程度高2）加工精度高3）加工稳定性好4）生产效率高5）生产准备周期短6）便于实现网络化制造292、数控机床的分类数控机床种类很多，分类方法不一。最直观的就是根据传统金属切削机床的类目法来区分数控机床。数控机床至少可分为十六大类：数控车床（含有铣削功能的车削中心）、数控铣床（含铣削中心）、数控镗床、以铣镗削为主的加工中心、数控磨床（含磨削中心）、数控钻床（台钻削中心）、数控拉床、数控刨床、数控切断机床、数控齿轮加工机床、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、数控电火花加工机床（含电加工中心）、数控钣材成形加工机床、数控管料成形加工机床、其他数控机床。30数控立式铣床31数控立式铣床32数控立式铣床33数控立式铣床（升降台式）34数控立式铣床（升降台式）35数控龙门式铣床36数控龙门式铣床37数控龙门式铣床38数控卧式铣床39立卧两用数控铣床40加工中心结构41加工中心结构42卧式加工中心43立式加工中心443.1.2数控机床的结构1）输入装置2）控制系统：数控系统包括数控装置及强电控制装置。3）进给系统：包括伺服驱动系统以及机床上的执行部件和机械传动部件。4）数控机床的辅助装置45数控机床的信息处理及结构46数控系统(CNC)的硬件组成47数控（CNC）系统的主要功能48进给传动系统示意49进给传动系统503.1.3模具数控加工的工艺要求1、数控加工工艺的基本要求2、模具数控加工工艺规划的影响因素3、粗加工原则——“多快好省”4、精加工原则——“保证质量，提高效率”51数控铣削刀具加工示意52数控铣削刀具加工示意53数控铣削刀具加工示意543.2数控编程技术3.2.1数控编程基础1、编制工艺文件1）零件的名称、图号、材料；2）加工程序的文件代号；3）所用数控设备型号及控制机型号；4）图示工件相对于机床的坐标方向和位置以及程序原点位置；5）数控加工顺序及加工内容；6）刀具形状参数和规格以及刀具代码、半径补偿代码、长度补偿代码、刀具辅具等；7）切削用量；8）一些需要特别说明的问题；9）验收要点及量检器具。552、加工坐标系的确定编程时，工件坐标原点（程序原点）的选择原则是：1）尽量使程序原点与工件的设计基准重合；2）使编程运算最简单，避免出现尺寸链计算误差；3）加工误差最小；4）如果不和设计基准相悖，程序原点应选在容易找正、在加工中便于测量的位置；5）如果零件的基准很难定位，可考虑将程序原点设定在夹具基准面或机床加工范围的其一点上。563、刀具补偿刀具半径补偿57刀具长度补偿583.2.2数控加工程序的结构程序段格式：593.3CAM自动编程技术3.3.1自动编程自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单，加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。603.3.2CAM软件用于数控自动加工编程的CAM软件平台较多，比较常用的有UGNX、CATIA、Pro/E、PowerMill、Cimatron、MasterCAM、CAXA、SurfCAM。虽然各自应用流程略有差别，但是各系统提供的基本数控编程功能都比较相似。不同企业产品对象不同，使用的CAM软件有有所不同。6162634、模具快速成型制造技术1、快速成型制造技术应用基础2、典型的快速成型工艺与系统644.1快速原型制造技术的应用基础4.1.1快速原型制造技术概念快速原型制造技术(RPM)在20世纪80年代后期源于美国，是近20年来世界制造技术领域的一次重大突破、RPM是机械上程、计算机技术、数控技术及材料科学等技术的集成，它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。654.1.2快速原型制造技术的特征1、高度柔性2、技术的高度集中3、设计制造一体化4、快速性5、自由形状制造6、材料的广泛性664.2典型的快速成型工艺与系统4.2.1光固化立体成形（SLA）用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。67681、光固化成型法是最早出现的快速原型制造工艺，成熟度高，经过时间的检验。2、由CAD数字模型直接制成原型，加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具。3、可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具。4、使CAD数字模型直观化，降低错误修复的成本。5、为实验提供试样，可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核。6、可联机操作，可远程控制，利于生产的自动化。SLA的优势691、SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高。2、SLA系统是要对液体进行操作的精密设备，对工作环境要求苛刻。3、成型件多为树脂类，强度，刚度，耐热性有限，不利于长时间保存。4、预处理软件与驱动软件运算量大，与加工效果关联性太高。5、软件系统操作复杂，入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉。6、立体光固化成型技术被单一公司所垄断。SLA的缺点704.2.2叠层实体制造法（LOM）LOM法是利用背面带有粘胶带箔材或纸材通过相互粘结成形的。LOM工艺成形速度快，成形材料便宜，无相变，无热应力，形状和尺寸精度稳定，但成形后废料剥离费时，适合于航空、汽车等行业中体积较大的制件。71721）由于只需使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无需扫描整个断面，所以这是一个高速的快速原型工艺，零件体积越大，效率超高。2）加工后零件可以直接使用，无需进行后矫正。3）无需设计和构建支撑结构。4）易于使用，无环境污染。LOM的优势731）可供应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，例如纸、塑料、陶土以及合成材料。但目前常用的只是纸，其他箔树尚在研制开发中。2）纸制零件很容易吸潮，必须立即进行后处理、上漆。3）难以构建精细形状的零件，即仪限于结构简单的零件。4）由于难以（虽然并非不可能）去除里面的废料，该工艺不宜构建内部结构复杂的零件。5）当加工室的温度过高时