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材料成型與控制工程的模具制造技術(shù)論文
[摘要]：模具素有“工業(yè)之母”的美稱(chēng)，其在各行各業(yè)都有著(zhù)廣泛的應用。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及工業(yè)實(shí)力的快速提升，對于模具的需要也越來(lái)越多，做好模具的加工已經(jīng)成了經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。為確保模具的機械加工質(zhì)量，應當積極做好各種新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)和應用，做好模具加工工藝的優(yōu)化，通過(guò)對模具加工中的加工設備、加工工藝以及材料等各個(gè)環(huán)節做好優(yōu)化，從而最大限度的提升模具的加工質(zhì)量與加工效率。
[關(guān)鍵詞]：材料成型；控制工程；模具；制造技術(shù)
導言：模具在工業(yè)成型領(lǐng)域有著(zhù)極為廣泛的應用，現今其多通過(guò)數控加工設備來(lái)完成制備，隨著(zhù)工業(yè)的發(fā)展對于模具的加工精度要求越來(lái)越高，為確保模具的加工質(zhì)量除了做好模具加工工藝的編制和刀具的控制外還應當積極做好模具加工設備的應用�，F今，隨著(zhù)各種模具加工設備應用的增多，做好模具加工設備在模具加工的應用對于提升模具的加工質(zhì)量和加工效率有著(zhù)極為重要的意義。
1我國模具制造業(yè)發(fā)展現狀
模具行業(yè)的產(chǎn)品屬于生產(chǎn)過(guò)程中的中間產(chǎn)品，其需求依賴(lài)于下游各行業(yè)的發(fā)展需求，因此，世界經(jīng)濟的發(fā)展對模具行業(yè)的發(fā)展有著(zhù)重要的作用。從 2003 年起世界模具業(yè)一直處于穩步上升態(tài)勢，到 2014年市場(chǎng)規模為 1025 億美元，2015 年為 1070 億美元。預計到 2016 年將在 1200 億美元左右。
近年來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)、消費電子、家用電器等行業(yè)的快速發(fā)展，我國模具制造規模日漸增大。我國國家統計局的數據表明，近 10 年來(lái)，除 2008 年受?chē)H金融危機影響增速有所下滑外，中國模具工業(yè)一直保持著(zhù)快速發(fā)展的態(tài)勢。我國模具的制造能力已從改革開(kāi)放初期的數十億元增加到2015年的2100億元，從業(yè)人員從幾萬(wàn)人增加到百萬(wàn)人，其中銷(xiāo)售額超過(guò) 1700 億元，2005-2014 年行業(yè)總產(chǎn)值年均增速保持在20% 以上。我國模具行業(yè)的不但基本滿(mǎn)足我國制造業(yè)對模具數量、品種和質(zhì)量的要求，而且具備了幾乎所有模具品種的批量出口能力 2015年我國的模具出口額達到 50.8 億美元。
塑料模具是模具行業(yè)的重要組成部分，主要包括注塑成型模具、擠出模具、吹塑模具、吸塑模具、吸附模具、發(fā)泡模具、搪塑模具等模具類(lèi)型，并被廣泛應用于家電、汽車(chē)、鐵路交通、航空航天、軍工等領(lǐng)域的塑料零件生產(chǎn)。隨著(zhù)汽車(chē)、家電、電子通信行業(yè)的迅速發(fā)展，塑料模具具有良好的發(fā)展前景。據中國模具工業(yè)協(xié)會(huì )統計，我國塑料模具銷(xiāo)售總額占整個(gè)模具市場(chǎng)銷(xiāo)售總額的 45% 左右，塑料模具銷(xiāo)售額由 275 億元增長(cháng)至 735 億元，年復合增長(cháng)率約 12%。
2 影響模具加工質(zhì)量的影響因素分析
在模具的加工過(guò)程中對于模具加工質(zhì)量的影響根據其影響途徑大致可以分為三個(gè)主要的方面：人為因素、機械加工設備因素以及加工工藝等。通過(guò)對模具加工缺陷的影響因素進(jìn)行統計分析后發(fā)現，人為因素和模具加工工藝和加工程序所導致的模具加工質(zhì)量問(wèn)題占據著(zhù)整個(gè)影響因素的近 9 成�，F今，隨著(zhù)各種高速加工設備應用的增多，做好高速加工設備在模具加工的應用對于提升模具的加工質(zhì)量和加工效率有著(zhù)極為重要的意義。
3金屬材料成型與控制工程模具制造技術(shù)
目前制造行業(yè)出現了前所未有的繁榮，促進(jìn)了工業(yè)的整體進(jìn)步與發(fā)展，其中材料成型與控制工程模具開(kāi)始引發(fā)人們的關(guān)注，人們不僅關(guān)注這方面人才的培養，同時(shí)還將目光聚焦在了該領(lǐng)域出現的新技術(shù)與新工藝上。
3.1高速加工在模具加工中的應用要點(diǎn)分析
在模具的高速加工中模具的加工效率和加工質(zhì)量都會(huì )得到較大的提升，但是其對于加工工藝的要求也越發(fā)嚴格。高速加工在模具加工應用中要求更高的過(guò)切保護，在模具加工工藝的編制中應當加強 CAD/CAM 技術(shù)的應用，通過(guò)更多的仿真模擬來(lái)確保高速加工的加工質(zhì)量。此外，在模具的高速加工工藝編制中，應當對模具的幾何結構有著(zhù)一個(gè)清晰的認識并對加工過(guò)程中所需要的各種刀具有著(zhù)深入的了解，以便能夠對高速加工中所使用的刀具和加工工序進(jìn)行合理的安排，并在加工工藝的編制中注意做好過(guò)切的防護及模具高速加工軌跡的連續性和光滑性。
在模具高速加工的過(guò)程中會(huì )涉及到多種刀具的應用，為確保模具高速加工的效率和安全性應當選用硬質(zhì)合金刀具，硬質(zhì)合金刀具具有良好的機械性和熱穩定性，硬質(zhì)合金刀具除了采用硬質(zhì)合金材料制備外普遍在刀具的表面覆蓋有一層氮化鈦或是氮化鋁鈦材質(zhì)的涂層，這一技術(shù)的應用使得硬質(zhì)合金刀具在模具高速加工的過(guò)程中取得了良好的加工特性。在模具高速加工還需要注意做好對于刀具參數的選擇，以圓刀片和球頭銑刀為例，在刀具的選取中應當注意有效刀具直徑的選取，在模具高速加工刀具的使用中對于主副切削刃連接處應當修圓或是導角從而增大硬質(zhì)合金刀具的刀尖角，避免在模具高速加工中刀尖處過(guò)熱磨損，對于模具高速加工所使用刀具的選取應當充分結合模具材料及加工工藝進(jìn)行選取。在模具高速加工的過(guò)程中現今多采用的是硬質(zhì)合金刀具，為增強刀具的使用壽命，在刀具的選取上在確保模具高速加工安全和加工要求前提下盡量縮短所使用刀具的懸伸，刀具刀體中央要具有良好的韌性以增強硬質(zhì)合金刀具的剛性。在模具高速加工的過(guò)程中為確保模具高速加工的加工質(zhì)量還應當注意做好對于夾具的選取，模具高速加工能夠極大縮短模具加工時(shí)間的同時(shí)也對加工工藝和加工方法提出了更高的要求，以某模具的加工為例，其在對模具進(jìn)行高速加工時(shí)所耗時(shí)間僅為 1 小時(shí)，而對于模具的裝夾則需要耗費 30 分鐘以上，這種裝夾缺陷極大的影響了模具高速加工的加工效率，為提高模具高速加工的加工效率和加工質(zhì)量可以通過(guò)使用夾具配合模具的加工方式，比如說(shuō)在模具上加裝定位銷(xiāo)的方式來(lái)對其進(jìn)行定位或是在夾具中加設直角邊基準的方式來(lái)實(shí)現模具的定位，通過(guò)上述方式在解決了模具高速加工中對于模具裝夾定位的問(wèn)題外還能夠有效的提高模具的加工質(zhì)量和加工效率。這是由于模具的加工精度減小和模具加工的后續累積誤差，通過(guò)對模具裝夾效率和裝夾精度的改善從而有效的提升了模具高速加工的加工效率和加工質(zhì)量。
在高轉速方面，現今在高速加工設備中隨著(zhù)電主軸設備的發(fā)展成熟，電機主軸的轉速也在飛快的提升，通過(guò)高轉速、高進(jìn)給以及小直徑刀具的結合將會(huì )使得高速加工發(fā)揮出良好的加工效果。在模具的加工過(guò)程中為考慮加工效率問(wèn)題應當盡量在高速加工設備上對模具進(jìn)行一次加工成型，以降低模具粗、精加工之間因模具轉換所帶來(lái)的精度和加工效率以及加工設備等方面的問(wèn)題。
在模具的加工過(guò)程中為考慮加工效率問(wèn)題應當盡量在高速加工設備上對模具進(jìn)行一次加工成型，以降低模具粗、精加工之間因模具轉換所帶來(lái)的精度和加工效率以及加工設備等方面的問(wèn)題。為了使模具能夠在高速加工設備上完成對于模具的粗、精一體化加工，在高速加工的過(guò)程中應當盡量選擇高轉速和高扭矩的主軸電機從而使得不同直徑的刀具在主軸應用中更富有彈性。此外，在高速加工中做好刀具和刀柄的選配將會(huì )使得加工后的模具獲得較高的加工精度和表面光潔度，此外，還能夠有效的降低高加工的時(shí)間并提高模具的使用壽命。
3.2激光疊加技術(shù)的應用
上世紀八十年代，日本利用薄片疊加法制造出了拉伸膜，并于九十年代初，進(jìn)一步推出了模具的激光疊加制造法，基于這一方法的模具制造原理為，利用激光對薄板進(jìn)行切割操作，并將切割后的多層薄板疊加，使其形狀逐漸變化，進(jìn)而獲得所需模具的三維形狀。目前，激光疊加技術(shù)在模具制造方面已進(jìn)入到試用階段，基于這一技術(shù)制造的凹凸模具具有較高的質(zhì)量，且切割厚度大都在 12mm 左右，加工尺寸的精度也高達 0.01m。在經(jīng)過(guò)激光切割處理后，模具切口表層將產(chǎn)生一個(gè) 0.1-0.2mm 且硬度為 800HV 的硬化層，這一硬化層的主要作用為，對厚度為 1mm 的鋼板進(jìn)行沖裁，而僅憑自冷硬化層便能夠完成對 1000 件 1mm 厚鋼板的沖壓。值得一提的是，如果在經(jīng)過(guò)激光切割后再進(jìn)行淬火操作，沖壓的數量可高達 3-5 萬(wàn)件。對基于激光疊加的模具制造進(jìn)行分析可知，因各個(gè)薄板間的連接較為簡(jiǎn)單，因此，可借助疊加法來(lái)進(jìn)一步制成沖模，進(jìn)而降低成本并縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟效益。激光疊加技術(shù)在模具制造領(lǐng)域中的另一突出應用還體現在基于激光切割與模具 CAD 結合的 CAD/CAM 系統方面，利用這一系統，能夠實(shí)現板料切割的柔性制造，對于小批量、多品種的模具生產(chǎn)具有較強的適應性。
3.3快速成型制造技術(shù)的應用
快速成型制造技術(shù)是 20 世紀 80 年代末出現的一項制造技術(shù)，現階段，該技術(shù)已發(fā)展了十余種工藝形式，其中，以激光技術(shù)為依托的一類(lèi)典型技術(shù)變式選擇性激光燒結技術(shù)。這一技術(shù)在模具制造中的應用方法為，將激光器作為能量源，借助紅外激光束使蠟、金屬、陶瓷和塑料等相關(guān)物質(zhì)的粉末能夠均勻地在平面上燒結，在計算機控制下，賦予掃描器一定速度和能量密度，使其按照分層面的數據進(jìn)行掃描。激光掃描的區域，粉末則會(huì )被燒結從而形成具有一定厚度的實(shí)體片層，而未被掃描的區域仍然以松散的粉末狀態(tài)呈現。此時(shí)，通過(guò)對物體截層厚度進(jìn)行判斷來(lái)操作工作臺的升降，而后，當鋪粉滾筒將粉末予以鋪平后，方由激光器展開(kāi)新一層的掃描。反復進(jìn)行上述操作，直到將全部層面掃描為止。最后，將多余粉末予以去除，經(jīng)過(guò)打磨烘干等相關(guān)處理后得到模具。
4提高模具加工精度的應對措施
做好模具機械加工中的精度提升可以從以下幾個(gè)方面入手：（1）做好對于機械加工工藝的優(yōu)化。（2）選用合適的機械加工輔助工具。（3）做好對于模具數控加工設備的精度優(yōu)化。加工工藝是模具加工質(zhì)量的重要保證，在模具的機械加工過(guò)程中合理的選擇加工進(jìn)給速度、加工進(jìn)給量、刀具類(lèi)型以及主軸轉速等的多項加工參數。模具機械加工設備的優(yōu)化主要是需要加強對于加工設備精度的調整以最大限度的降低加工設備的誤差對于模具機械加工精度的影響，從而確保模具的加工質(zhì)量。在模具的機械加工中由于需要加工的機械種類(lèi)眾多加之模具所使用的材質(zhì)的不同，為確保模具的加工質(zhì)量應當針對模具加工的實(shí)際具體情況對加工工藝及加工機械進(jìn)行合理化的選取，通過(guò)選擇適當的加工手段，在確保模具加工質(zhì)量的前提下最大限度的提升模具的加工效率。此外，為最大限度的降低人為因素對于模具加工質(zhì)量的影響，需要加強對于模具機械加工人員的業(yè)務(wù)培訓，提升模具機械加工工作人員的機械水平。據統計，模具加工中所出現的加工誤差多數是由加工操作人員失誤所造成的。因此，在模具的機械加工中應當對人員的操作培訓引起足夠的重視。
結語(yǔ)
文章在分析模具加工質(zhì)量各影響因素的基礎上對加工技術(shù)的特點(diǎn)以及其在模具加工應用中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析介紹。為確保模具的機械加工質(zhì)量，應當積極做好各種新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)和應用，做好模具加工工藝的優(yōu)化，通過(guò)對模具加工中的加工設備、加工工藝以及材料等各個(gè)環(huán)節做好優(yōu)化，從而最大限度的提升模具的加工質(zhì)量與加工效率。
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