模具技术现状与发展趋势.ppt

1模具技术现状与发展趋势2主要内容一、前言二、模具设计技术的发展方向三、模具加工技术的发展方向四、模具制造综合技术的发展方向五、模具材料及先进表面处理技术六、国内模具发展趋势结束语3一、前言模具工业是国民经济的基础工业模具工业是衡量一个国家工业水平的重要标志模具工业是技术转化成果的基础一、前言4一些国家对模具工业的评价•在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”•美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”•德国则认为是所有工业中的“关键工业”；•日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”一、前言5近年来的世界模具市场美国、日本、法国和瑞士等国每年出口的模具约占其模具总产值的l/3左右。日本模具产业年产值超过日本机床总产值。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。一、前言6我国模具工业•我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。•近年来，我国的模具工业一直以每年13％左右的增长速度快速发展一、前言7中国模具工业现状•精密加工设备还很少•大型、精密、复杂和长寿命模具的产需矛盾十分突出•许多先进的技术如CAD／CAE／CAM技术的普及率还不高一、前言8中国模具产业的进出口•近几年来，我国每年进口模具约占市场总量的20％左右，成为世界上最大的模具进口国•其中塑料与橡胶模具占全部进口模具的50％以上，冲压模具占全部进口模具约40％•中、高档模具进口比例占市场总量的40％以上9二、模具设计技术的发展方向1.技术支持－－模具设计资料库和知识库系统2.统一技术－－模具及零件的标准件化3.在理论研究方面，要进一步探讨新型材料大弹塑性变形本构关系、表面摩擦特性等4.冲压模金属成形过程的模拟、缺陷预测，起皱、破裂、及回弹分析等（弹性σ=Eε，塑性σ=E1ε）。二、模具设计技术的发展方向105.压铸成形流动模拟、热传导及凝固分析等6.锻件成形过程模拟及金属流动和充填分析等7.模具刚性、强度、流道及冷却通路的设计8.计算机辅助工艺设计（CAPP）发展方向（续1）二、模具设计技术的发展方向119.塑料模具塑料成形过程的各种模拟分析。10.如塑料充模、热传导、冷却、凝固、翘曲、收缩等模拟分析11.计算浇注系统及模腔的压力场、温度场、速度场分布等（澳大利亚Moldflow公司和美国AC-Tech公司）。发展方向（续2）12三、模具加工技术的发展方向模具加工方法主要有：精密铸造金属切削加工电火花加工电化学加工激光及其他高能波束加工复合加工数控和计算机技术的不断发展使它们在模具加工方法中得到了越来越广泛的应用。三、模具加工技术的发展方向131.高速铣削（HSM）技术•铣削加工是型腔模具加工的重要手段•高速数控加工是模具加工的前沿技术•其关键技术之一就是采用先进的CAD/CAM集成设计和制造系统，进行图形交互的自动数控编程三、模具加工技术的发展方向（HSM）14高速铣削优点工件温升低热变形小、切削力小加工平稳、加工质量好加工效率高（为普通铣削加工的5~10倍）可加工硬材料（＜60HRC）等三、模具加工技术的发展方向（HSM）15高速铣削迅速发展的体现高精度化：定位精度2~5μm/全程，加工精度2~5μm，所以高速铣削进入了精密切削领域。高速化：主轴转速40000~60000r/min；切削进给速度1~6m／min；快速进给速度30~40m/min，换刀时间1~2s，从而加工效率提高了5~10倍实现硬材料（36~60HRC）的加工。三、模具加工技术的发展方向（HSM）16高速铣削不足•对刀具提出了很高的要求•采用与铣削材料相适应的特殊刀具材料（如新型刀具有金属陶瓷刀具、CBN具、PCD刀具、PCBN刀具、涂层硬质合金刀具等）•适合于比较平坦的浅型腔加工，对深型腔加工有一定困难•对于具有内清角的型腔模具、表面有花纹或图案的模具、具有深槽或窄缝的模具的加工也都存在一定困难。•高速铣削机床造价高三、模具加工技术的发展方向（HSM）17高速铣削在国内的应用•在一定时间内，我国模具企业进口的高速加工机床主轴最高转速仍将以10000~20000r／min为主，少数会达到40000r/min左右。•近年来我国模具制造业中的一些骨干重点企业先后进口了高速铣床和高速加工中心，它们已在模具加工中发挥了很好的作用。•可以预计，我国模具企业将会越来越多地应用高速铣削技术。三、模具加工技术的发展方向182.电火花加工技术•电火花加工（EDM）虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但高速铣削不能完全替代之。•在模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟漕、深坑等处的加工（将是今后EDM应用的重点），但成本要比EDM高得多。•对于60HRC以上的高硬材料，EDM要比HSM成本低。•同时较之铣削加工，EDM更易实现自动化。三、模具加工技术的发展方向（EDM）19电火花铣削加工技术•它是用高速旋转的简单的管状电极，应用CAD/CAM技术作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样）。•EDM铣削的最大特点是简化电极制造，不需要加工成形电极，可选用标准电极，在电极库中进行电极自动交换（AEC），用以补偿电极损耗，提高加工精度。•在高精度微细加工方面，这种方式具有良好的前景。国外已在模具加工中应用使用这种技术。三、模具加工技术的发展方向（EDM）20低速走丝数控电火花线切割机床低速走丝数控电火花线切割机床（LWEDM）发展的水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。其加工工艺水平也令人称道。最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到±0.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1~0.2μm。直径0.03~0.1mm细丝精密切割技术的开发，可实现凹、凸模一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。已能进行30℃以上锥度的精密加工三、模具加工技术的发展方向（EDM）21混粉加工等镜面光亮加工技术•采用在普通煤油工作液中添加固体微细粉末的方法，来增大精加工的极间距离、减小电容效应、增大放电通道的分散性，从而可使排屑好、放电稳定、加工效率提高，并有效降低加工表面的粗糙度。•使用混粉工作液还可在模具工件表面形成硬度较高的镀层，提高模具型腔表面的硬度和耐磨性。三、模具加工技术的发展方向223、快速原型制造（RPM）•快速成形（原型）制造技术RPM（RapidPrototyping＆Manufacturing）是美国首先推出的。•它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，被公认为是继NC技术之后的一次技术革命。•RPM基于它是基于新颖的离散／堆积（即材料累加）成形思想，根据零件的三维计算机CAD模型，不借助任何加工工具，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造，而与零件的几何复杂程度丝毫无关。三模具加工技术的发展方向（RPM）23RPM方法与应用•应用RPM技术，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的l／3和成本的l／4左右，因而具有广阔的发展前景。•国内的一些大企业集团，如海尔、春兰、科龙和华宝等公司已经运用激光快速成形于新产品开发等方面，并取得显著的经济效益•RPM模具制造技术：由快速原型或其他实物模型复制金属模具的间接法，以及直接由RP系统无模制造金属模具的直接法两大类。三模具加工技术的发展方向（RPM）24直接快速模具制造•指利用不同类型的快速原型技术直接制造出模具本身，然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度。•目前能够直接制造金属模具的RP工艺包括：•激光选区烧结（SLS）•三维打印（3D-P）•形状沉积制造（SDM）•三维焊接（3D-Welding）等。三模具加工技术的发展方向（RPM）25间接快速模具制造•首先是通过立体光固化（SLA）、叠层实体制造（LOM）、激光选区烧结（SLS）、三维打印（3D-P）、熔融沉积成形（FDM）等不同方法得到制件原型•然后通过一些传统的快速制模RMT（RapidManufacturingTooling）方法，主要有精密铸造、粉末冶金、电铸、表面沉积、旋转铸造（用热硬化橡胶做模具）和熔射（热喷涂）等方法，获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。三模具加工技术的发展方向（RPM）26RPM的缺陷及发展趋势•两弱点限制了它的工业应用推广：•不适合于大批量生产•同时其所用材料基本上不属于工业产品所常用材料•目前正向快速制造金属硬模RHMT（RapidHardMetalTooling）尤其是铁系金属硬模方向发展三模具加工技术的发展方向（RPM）27国内快速成型设备性能比较表三模具加工技术的发展方向（RTM）284、快速经济制模技术（RTM）•缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。•快速经济制模技术RTM（或迅速模具制造RapidTooling&Manufacuring）具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术。•非常适用于新产品开发、样品试制、工艺验证或中、小批量生产的需要，故近几年在国内得到了迅速发展。三模具加工技术的发展方向（RTM）29RTM技术种类•挤压成形制模技术•超塑成形制模技术；•表面成形制模技术•电弧喷徐成形制模技术•电铸成形技术•型腔表面精细花纹成形的蚀刻技术等•模具毛坯快速制造技术•干砂实型铸造•负压实型铸造•树脂砂实型铸造•失蜡精铸等•其它技术•如快速换模技术•冲压单元组合技术等三模具加工技术的发展方向（RTM）30浇铸成形制模技术•秘锡合金制模技术•锌合金制模技术•树脂复合成形模具技术•硅橡胶制模技术等三模具加工技术的发展方向（RTM）31浇铸成形制模技术应用实例一汽模具制造公司设计并制造了12套树脂模具，均为大型复杂内外覆盖件的拉深模具，用于全新小红旗轿车的改型试制。其主要特点是模具型面以CAD／CAM加工的主模型为基难，采用高强度树脂浇注而成，凸、凹模间隙采用专用蜡片准确控制模具尺寸精度高，制造用期可缩短l/2~2/3，制造费用节省近千万元。三模具加工技术的发展方向325、超精、微细和复合加工技术•目前超精加工已可稳定达到亚微米级，纳米精度的超精加工技术也已被应用到生产中。•国外已有用波长仅0.5nm的辐射波制造出纳米级塑料模具。•复合加工是指在1台机床上进行2种或2种以上不同加工工艺的复合，以实现不同加工工艺的扬长避短作用。三模具加工技术的发展方向（超精、细、复合加工））33复合加工技术发展方向之一•铣削加工与激光加工复合技术：铣削加工（包括高速铣削加工）后，采用附加的激光头在型腔表面进行花纹、图案等雕刻或激光头按铣削加工的运动方式进行激光精加工，去掉型腔表面的铣削痕。•据国外报道，已开发出这类复合加工机床：•机床的激光头采用Q-5WITCHYAG激光器，功率100w，光束直径0.1μm，加工效率20m3/min；•采用一层一层加工方法，每层加工5μm，最大加工深度为10mm，表面粗糙度只Ra值为1.3μm。三模具加工技术的发展方向（超精、细、复合加工））34复合加工技术发展方向之二•铣削加工与EDM复合技术：同铣削加工与激光加工复合相似，附加的EDM主轴头可进行型腔表面的花纹、图案加工及局部精密加工。•与激光加工复合不同的是能进行局部深型腔加工、深槽窄缝等加工，并可实现数控系统共享。三模具加工技术的发展方向353.6模具研磨抛光技术•模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响。•但模具表面的光整加工是模具加工中至今未能很好解决的难题之一。•德国66％，日本、美国30％的模具采用自动抛光机抛光，抛光加工可达到镜面。•生成轨迹的自动抛光机是抛光加工的发展方向。三模具加工技术的发展方向（抛磨技术）36国内的镜面抛光技术•我国已进口了可实现三维曲面模具自动研抛的数控研磨机，仿人智能自动抛光技术也已有成果，但应用很少，预计会得到发展。•目前国内可抛至Ra0.05μm的镜面，正在研究开发抛至Ra0.025μm的设备。•国内对于透明度要求高的