模具制造工藝學(xué)概論

1、模具制造工藝學(xué)模具制造工藝學(xué)主編李振平參編劉京華王懷亮第一章概論第一章概論第一節(jié)模具技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)模具技術(shù)的發(fā)展一、模具制造技術(shù)的發(fā)展歷史一、模具制造技術(shù)的發(fā)展歷史 模具，是一種古老的成型工具。利用“型”或“?！钡母拍?，以制造器件，可追溯到陶器、銅器時(shí)代。形成“模具”的概念，即作為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的成型工具，則是近100150年之間逐步形成的。形成模具工業(yè)化生產(chǎn)，大致有以下幾個(gè)階段，即：手工制造階段，主要工具為鋸、銼、鑿和錘；機(jī)械化、半機(jī)械化制造階段，此時(shí)，車床、刨床已成為模具制造的主要工具。當(dāng)應(yīng)用銑床、磨床制造模具時(shí)，則模具已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的初始階段；工業(yè)化生產(chǎn)階段，約于20世紀(jì)30年代初，出

2、現(xiàn)了專門為汽車工業(yè)制造沖模的模具廠。 此后，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的模具材料品種，如高速工具鋼、冷作模具用鋼、硬質(zhì)合金等；同時(shí)還研發(fā)成功了電火花加工與成形磨削加工配套工藝；還制定了模具零部件標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成了模具標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)體系；20世紀(jì)80年代以后，由于計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)床的發(fā)展，逐步形成以模具標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)的、模具設(shè)計(jì)與制造一體化的現(xiàn)代模具生產(chǎn)體系，普及了模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，建立起了數(shù)萬個(gè)模具廠或與之相關(guān)、相配的材料、標(biāo)準(zhǔn)件、機(jī)床等工業(yè)體系。 我國(guó)模具制造技術(shù)起步較晚，20上世紀(jì)50年代以前，我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱，大部分工業(yè)品不能自行生產(chǎn)，因而所需要的模具很少，也談不上模具工業(yè)和模

3、具技術(shù)。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)需要的少數(shù)模具，只有少數(shù)企業(yè)可以仿制，主要依靠模具鉗工憑著個(gè)人技藝制造一些簡(jiǎn)單的模具，如電話機(jī)聽筒之類的模具。 20世紀(jì)50年代以后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)高潮的到來，各種工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)所需的模具日益增多。 自1959年起，電火花成形機(jī)床開始應(yīng)用于模具生產(chǎn)，采用成形磨削方法加工凸模和電極。改革開放以來，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展推動(dòng)了模具技術(shù)和模具工業(yè)的新發(fā)展，模具的品種、精度和數(shù)量有了很大的發(fā)展，模具對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的影響也越來越大，模具也更加引起了人們的關(guān)注， 進(jìn)入本世紀(jì)以來，我國(guó)模具工業(yè)獲得了飛速發(fā)展，模具制造水平有了較大提高。大型、精密、復(fù)雜、高效和長(zhǎng)壽命模具的制造水平又上了一個(gè)新臺(tái)階。

4、大型復(fù)雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表。二、模具在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的作用二、模具在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的作用 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門都越來越多地依靠模具來進(jìn)行生產(chǎn)加工。當(dāng)前世界上正在進(jìn)行著新一輪的產(chǎn)業(yè)調(diào)整，一些模具的制造逐漸向發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，中國(guó)成為世界企業(yè)巨頭在全球范圍內(nèi)尋求低成本的模具加工中心和研發(fā)中心的首選地之一，正在成為世界模具大國(guó)。三、我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。因此模具制造質(zhì)量的提高和生產(chǎn)周期的縮短顯得尤為重要，誰占有優(yōu)勢(shì)，誰就將占領(lǐng)市場(chǎng)，促使模

5、具技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)以下趨勢(shì)。1.在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù) 模具CAD/CAM/CAE技術(shù),是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明,模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為全面普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件。用于模具設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)軟件,將向智能化、集成化方向發(fā)展。2.快速原型制造(RPM)及相關(guān)技術(shù)將得到更快的發(fā)展 快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國(guó)首先推出的。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的,是一種全新的制造技術(shù),

6、是基于新穎的離散/堆積(即材料累加)成形思想,根據(jù)零件CAD模型,快速自動(dòng)完成復(fù)雜的三維實(shí)體(模型)制造。RPM技術(shù)是集精密機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù),被公認(rèn)為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。3.高速銑削加工將得到更加廣泛的應(yīng)用 國(guó)外近年來發(fā)展的高速銑削加工,主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000100000r/min,快速進(jìn)給速度可達(dá)到3040m/min,換刀時(shí)間可縮短到12s。這樣就大幅度提高了加工效率, 并可獲得Ra1m的加工表面粗糙度。另外,還可以加工硬度達(dá)60HRC的模塊,形成了對(duì)電火花成 高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比還具有溫升低(加工工件只升高3)、

7、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削必須與相應(yīng)的軟件、加工工藝、刀具及其夾緊頭相配合。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了模具加工技術(shù)的發(fā)展,特別是對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具的制造注入了新的活力。4.模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大作用 該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能,大大縮短了模具的研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上,用雷尼紹的SP21掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集,采集的數(shù)據(jù)通過軟件可自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序及不同格式的CAD數(shù)據(jù),用于模具制造業(yè)的“逆向工程。高速掃描機(jī)掃描

8、速度最高可達(dá)3m/min,大大縮短了模具制造周期。5.電火花銑削加工技術(shù)將得到發(fā)展 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù),這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù),它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控鏡一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。6.超精加工和復(fù)合加工將得到發(fā)展 航空航天等部門已應(yīng)用納米技術(shù),必須要有超高精度的模具制造超高精度的零件。隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展,加工精度超過1m的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加

9、工將得到發(fā)展。兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點(diǎn)的復(fù)合加工技術(shù)在今后的模具制造中將有廣闊的前景。7.熱流道技術(shù)將得到推廣 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。國(guó)外熱流道技術(shù)的發(fā)展很快,許多塑料模具廠生產(chǎn)的模具已有一半用上了熱流道技術(shù),有的廠甚至已達(dá)80%以上,效果十分明顯。國(guó)內(nèi)近幾年來已開始推廣應(yīng)用,但總體還達(dá)不到10%,個(gè)別企業(yè)已達(dá)到30%左右。制定熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件,是發(fā)展熱流道技術(shù)的關(guān)鍵。8.氣體輔助注射技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展氣體輔助注射成型是一種塑料成型的新工藝,它具有注射壓力低、

10、制品翹曲變形小、表面質(zhì)量好以及易于形成壁厚差異較大的制品等優(yōu)點(diǎn),可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,大幅度降低成本。此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已比較成熟。國(guó)內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正在逐步推廣使用。氣體輔助注射成型包括塑料熔體注射成型和氣體(一般均采用氮?dú)?注射成型兩部分,比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且氣體輔助注射常用于較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大,因此,開發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件,顯得十分重要。9.模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高 我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高,估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般為80%左右。為了適應(yīng)模具工業(yè)發(fā)展,模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必

11、將加強(qiáng),模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高,模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必將得到發(fā)展。10.優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中,材料所占比重不大,一般為10%30%,因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。例如：采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料、復(fù)合材料等。另外,模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化,盡量縮短供貨時(shí)間亦是重要方向。11.模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工是模具加工中的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低(約占整個(gè)模具

12、周期的1/3),而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī),可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。另外,由于模具型腔形狀復(fù)雜,任何一種研磨拋光方法都有一定的局限性。12.模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展,國(guó)外已出現(xiàn)了模具自動(dòng)加工系統(tǒng)。這也是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征:多臺(tái)機(jī)床合理組合;配有隨行定位夾具或定位盤;有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù);有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng);有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。第二節(jié)模具制造的工藝過程第二節(jié)模具制造的工藝過程一、模具的生產(chǎn)過程一、模具的生產(chǎn)

13、過程 模具的生產(chǎn)過程和其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程一樣，都是指由原材料開始經(jīng)過加工轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜窟^程。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程系統(tǒng)包括有：生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過程、基本生產(chǎn)過程、輔助生產(chǎn)過程、生產(chǎn)服務(wù)過程。以上這些過程又具體體現(xiàn)在：技術(shù)準(zhǔn)備工作；生產(chǎn)準(zhǔn)備工作；原材料的采購(gòu)、運(yùn)輸、保管；毛坯的再加工和改制；產(chǎn)品零、組件的加工和檢驗(yàn)；產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢驗(yàn)；產(chǎn)品的裝飾、包裝、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌?現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也是人力、物力、財(cái)力、信息的轉(zhuǎn)化過程。任何一個(gè)產(chǎn)品的形成，在非模具專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，模具作為工藝裝備的一部分，在基本產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)中，模具屬于輔助生產(chǎn)過程，是保證基本產(chǎn)品生產(chǎn)不可缺少的組成部分。在模具專業(yè)生產(chǎn)

14、企業(yè)中，模具作為企業(yè)的基本產(chǎn)品，模具的生產(chǎn)過程始終貫穿于企業(yè)的全部生產(chǎn)過程之中。 模具的種類很多，包括沖壓模、塑料模、鍛造模、鑄造模、粉末冶金模、橡皮模、無機(jī)材料成型模(玻璃成型模、陶瓷成型模)、拉絲模等等。每種模具的結(jié)構(gòu)、要求和用途不同，它們都有特定的生產(chǎn)過程。但是同屬模具類，它們的生產(chǎn)過程具有共性的特點(diǎn)。因此模具的生產(chǎn)過程又可以劃分為五個(gè)階段：即生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備，材料的準(zhǔn)備，模具零、組件的加工，裝配調(diào)試和試用鑒定五個(gè)階段。它們的關(guān)系和內(nèi)容如圖1-1所示。 在上述生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備階段是整個(gè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對(duì)于模具的質(zhì)量、成本、進(jìn)度和管理都有重大的影響。生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備階段工作包括模具圖樣的設(shè)計(jì)、

15、工藝技術(shù)文件的編制、材料定額和加工工時(shí)定額的制定、模具成本的估價(jià)等等。 在模具加工過程中，毛坯、零件和組件的質(zhì)量保證和檢驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)，在模具生產(chǎn)中通過“三檢制”的實(shí)施，保證合格制件在生產(chǎn)線上流轉(zhuǎn)。在模具加工過程中，相關(guān)工序和車間之間的轉(zhuǎn)接是生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行所必要的，在轉(zhuǎn)接中間和因加工不均衡所造成的等待和停歇是模具生產(chǎn)中的突出問題，作為模具生產(chǎn)組織者應(yīng)該將這部分時(shí)間降低到最少，同時(shí)在確定生產(chǎn)周期上要予以充分考慮。二、模具工藝工作二、模具工藝工作在模具生產(chǎn)過程中，直接改變模具的形狀、尺寸、精度、性能和裝配關(guān)系的生產(chǎn)過程稱為工藝過程。工藝技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)模具的特點(diǎn)和要求、模具生產(chǎn)具體條件和工藝規(guī)律

16、等編制工藝技術(shù)文件和指導(dǎo)生產(chǎn)。1.模具工藝工作的主要內(nèi)容(1)編制工藝文件模具工藝文件主要包括模具零件加工工藝規(guī)程、模具裝配工藝要點(diǎn)或工藝規(guī)程、原材料清單、外購(gòu)件清單和外協(xié)件清單等。模具工藝技術(shù)人員應(yīng)該在充分了解模具結(jié)構(gòu)、工作原理和要求情況下，結(jié)合本企業(yè)冷、熱加工設(shè)備條件，本企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)狀態(tài)等條件編制模具零件和裝配等工藝文件。(2)二類工具的設(shè)計(jì)和工藝編制 二類工具(二級(jí)工具)是指加工模具和裝配中所用的各種專用工具。這些專用的二類工具，一般都由模具工藝技術(shù)人員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和工藝編制(特殊的部分由專門技術(shù)人員完成)。二類工具的質(zhì)量和效率對(duì)模具質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度起著重要的作用。在客觀條件允許的情況下，可

17、以利用通用工具改制，注意應(yīng)該將二類工具的數(shù)量和成本降低到客觀允許的最小程度。經(jīng)常設(shè)計(jì)的二類工具有：非標(biāo)準(zhǔn)的鉸刀和銑刀、各型面檢驗(yàn)樣板、非標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)、仿形加工用靠模、電火花成形加工電極、型面檢驗(yàn)放大圖等。(3)處理加工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問題處理模具零件加工和裝配過程中出現(xiàn)的技術(shù)、質(zhì)量和生產(chǎn)管理問題是模具工藝技術(shù)人員的經(jīng)常性工作之一，如解釋工藝文件和進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)、調(diào)整加工方案和方法、辦理尺寸超差和代料等。在處理加工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問題時(shí)，既要保證質(zhì)量又要保證生產(chǎn)進(jìn)度。(4)參加試模和鑒定工作各種模具在裝配之后的試沖和試壓是模具生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，模具工藝技術(shù)人員和其他有關(guān)人員通過試沖和試壓，分析技術(shù)問題和提出解決方案，并

18、對(duì)模具的最終技術(shù)質(zhì)量狀態(tài)做出正確的結(jié)論。2.模具工藝文件的編制模具零件加工工藝規(guī)程的常用格式如表1-1所示。模具裝配工藝規(guī)程的編制，對(duì)于一般模具來說只編制裝配要點(diǎn)、重要技術(shù)要求的保證措施以及在裝配過程中需要機(jī)械加工和其他加工配合加工的要求，而模具的具體裝配程序多由模具裝配鉗工自行掌握。只有對(duì)于大型復(fù)雜模具才編制較詳細(xì)的裝配工藝規(guī)程。一般模具加工工藝規(guī)程的程序如圖1-2所示，其中有些工作可以交叉進(jìn)行。(1)模具工藝性分析應(yīng)該在充分了解模具結(jié)構(gòu)、用途、工作原理和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上分析各種零件在模具中的作用和技術(shù)要求，分析模具材料、零件形狀、尺寸精度要求等工藝性是否合理，找出加工的技術(shù)難點(diǎn)，提出合理加

19、工方案和技術(shù)保證措施。(2)確定毛坯形式根據(jù)零件的材料類別、零件的作用和要求等確定哪些零件分屬于自制件、外購(gòu)件和外協(xié)件，分別填寫外購(gòu)件清單和外協(xié)件清單。對(duì)于自制件確定毛坯形式，如原型材、鑄造件、鍛造件、焊接件和半成品件等，并填寫毛坯備料清單。(3)二類工具的設(shè)計(jì)和工藝編制專用二類工具的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該符合模具生產(chǎn)的特點(diǎn)。(4)工藝規(guī)程內(nèi)容的填寫模具工藝規(guī)程內(nèi)容的填寫，應(yīng)該文字簡(jiǎn)潔、明確、符合工廠用語(yǔ)。對(duì)于重要關(guān)鍵工序的技術(shù)要求和保證措施、檢驗(yàn)方法做出必要的說明。根據(jù)需要畫出工序加工簡(jiǎn)圖。三、三、 模具的生產(chǎn)和工藝特點(diǎn)模具的生產(chǎn)和工藝特點(diǎn)1.模具的生產(chǎn)特點(diǎn)模具作為一種高壽命的專用工藝裝備具有以下生產(chǎn)

20、特點(diǎn)：(1)屬于單件、多品種生產(chǎn)模具是高壽命專用工藝裝備，每副模具只能生產(chǎn)某一特定形狀、尺寸和精度的制件，這就決定了模具生產(chǎn)屬于單件、多品種生產(chǎn)規(guī)程的性質(zhì)。(2)客觀要求模具生產(chǎn)周期短當(dāng)前由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，客觀上要求模具生產(chǎn)周期越來越短。模具的生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)和工藝工作都應(yīng)該適應(yīng)客觀要求。(3)模具生產(chǎn)的成套性當(dāng)某個(gè)制件需要多副模具來加工時(shí)，各副模具之間往往互相牽連和影響。只有最終制件合格，這一系列模具才算合格，因此在生產(chǎn)和計(jì)劃安排上必須充分考慮這一點(diǎn)。(4)試模和試修由于模具生產(chǎn)的上述特點(diǎn)和模具設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)性，模具在裝配后必須通過試沖或試壓，最后確定是否合格。同時(shí)有些部位需要試修才能最后確定。因此在生產(chǎn)進(jìn)度安排上必須留有一定的試模周期