超精密加工、微細加工和復合加工技術
隨模具向精密化和大型化方向發展,超精密加工、微細加工和集電、化學、超聲波、激光等技術於一體的復合加工將得到發展。目前超精密加工已穩定地達到亞微米級,納米精度的超精密加工技術也被應用到生產。電加工、電化學加工、束流加工等多種加工技術,已成為微細加工技術的重要組成部分,國外更有用波長僅0.5納米的輻射波制造出的納米級塑料模具。在一臺機床上使激光銑削和高速銑削相結合,已使模具加工技術得到新發展。
先進表面處理技術
模具熱處理和表面處理,是能否充分發揮模具材料性能的關鍵。真空熱處理、深冷處理、包括PVD和CVD技術的氣相沉積(TiN、TiC等)、離子滲入、等離子噴涂及TRD表面處理技術、類鉆石薄膜覆蓋技術、高耐磨高精度處理技術、不沾粘表面處理等技術已在模具制造中應用,并呈現良好的發展前景。模具表面激光熱處理、焊接、強化和修復等技術及其他模具表面強化和修復技術,也將受到進一步重視。
模具研磨拋光
模具的研磨拋光目前仍以手工為主,效率低、勞動強度大、質量不穩定。中國已引進了可實現三維曲面模具自動研拋的數控研磨機,自行研究的仿人智能自動拋光技術已有一定成果,但目前的應用很少,預計會得到發展。今後應繼續注意發展特種研磨與拋光技術,如擠壓珩磨、激光珩磨和研拋、電火花拋光、電化學拋光、超聲波拋光以及復合拋光技術與工藝裝備。
模具造技術包括設計和加工,本文從這兩方面分析中國模具業的技術發展方向。文章首先指出CAD/CAE、CAPP和KBE為模具設計技術的主要趨勢;接探討模具加工技術的發展方向,例如高速銑削、電火花加工、快速原型造、快速模等。最後分析模具造綜合技術的前景。
從技術角度來看,模具制造(包括設計和加工)技術大致可分為五個發展階段:手工操作階段、手工操作加機械化(普通通用機床與工具)階段、數字控制階段、計算機化階段和CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化階段。
中國幅員遼闊,模具制造企業眾多,技術發展水平參差不齊,各個階段同時并存,但目前主要以數字控制階段為主,有些骨干重點企業已發展到計算機化階段。但同時還有不少企業仍停留在手工操作加機械化階段。純粹手工操作階段基本上已成為歷史,CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化階段初露端倪。就大多數模具制造企業而言,今後的發展方向應以提高數控化和計算機化水平為主,積極采用高新技術,逐步走向CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化。模具無紙化制造將逐漸替代傳統的設計和加工。
模具設計技術的發展方向
模具設計長期以來依靠人的經驗和機械制圖來完成。自從二十世紀八十年代中國發展模具計算機輔助設計(CAD)技術以來,這項技術已獲得認可,并且得到來快的發展。九十年代開始發展的模具計算機輔助工程分析(CAE)技術,現在也為許多企業應用,它對縮短模具制造周期及提高模具質量有顯著的作用。一些工業發達國家的模具企業應用CAD技術,已從二維設計發展到三維設計,三維設計已達70%以上。中國大部分企業還停留在二維設計的水平上,能進行三維設計的企業還不到20%。CAE軟件在國外應用已較普遍,國內應用還比較少,用於預測零件成形過程中可能發生缺陷的水平還比較低。
模具設計技術及CAD和CAE軟件,今後應提高在下列幾方面的水平:
*模具設計資料庫和知識庫系統;
*模具工程規劃及方案設計;
*模具材料和標準件的合理選用;
*模具剛性、強度、流道及冷卻通路的設計;
塑料模具塑料成形過程的各種模擬分析(注塑成形,包括塑料充模、保壓、冷卻、翹曲、收縮、纖維取向等模擬分析)、熱傳導和冷卻過程的分析、凝固及結構應力分析等。計算澆注系統及模腔的壓力場、溫度場、速度場、剪切應變速率場和剪切應力場的分布并分析其結果,是非常復雜和費時的。這一模擬技術已從中面流技術發展到雙面流技術,不久即可發展到既正確又快速的實體流技術,產生滿足塑料件虛擬制造要求的三維注塑流動模擬軟件;
*壓模金屬成形過程的模擬、起皺及破裂分析、應力應變和回彈分析等;
*壓鑄模壓鑄件成形流動模擬、熱傳導及凝固分析等;
*鍛模鍛件成形過程模擬及金屬流動和充填分析等;
提高設計和分析軟件的快速性、智能化和集成化水平,并強化它們的功能,以適應模具的不斷發展。
除了模具CAD/CAE技術之外,模具工藝設計也非常重要。計算機輔助工藝設計(CAPP)技術已開始在中國模具企業中應用。由於大部分模具都是單件生產,其工藝規程有別於批量生產的產品,因此應用CAPP技術難度較大,也難以有適合各類模具和不同模具企業的CAPP軟件。為了較好地應用CAPP技術,模具企業必須做好開發和研究。雖然CAPP技術應用和推廣的難度比CAD和CAE為高,但也必須重視這一發展方向。
基於知識的工程(KBE)技術是面向現代設計決策自動化的重要工具,已成為促進工程設計智能化的重要途徑,近年來受到重視,將對模具的智能、優化設計產生重要的影響。