模具制造與新技術(shù)會碰撞出怎樣的火花？- 副本

模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電子電器、汽車、航空航天、農(nóng)業(yè)和國防等行業(yè)，被稱為“工業(yè)之母”。借助模具生產(chǎn)能夠達(dá)到節(jié)約材料、降低產(chǎn)品成本和提高生產(chǎn)效率的目的，尤其是在大批量的生產(chǎn)模式中，更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。隨著社會的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們逐漸對產(chǎn)品的性能、功能和外觀有了更強(qiáng)、更全、更時尚的追求，意味著產(chǎn)品零部件向著更精巧、更輕便和更美觀的方向發(fā)展，追本溯源，零部件的發(fā)展決定了模具的精密程度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜以及使用壽命更長，對模具的制造技術(shù)提出了更高的要求。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，新材料、新設(shè)備及新工藝層出不窮，促使模具制造技術(shù)也發(fā)展得越來越快。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)當(dāng)今模具的發(fā)展趨勢愈來愈趨向于高精度、功能多樣化，模具結(jié)構(gòu)也是愈來愈復(fù)雜，這對模具的設(shè)計提出了更高的要求。對于現(xiàn)在模具的高速發(fā)展態(tài)勢，傳統(tǒng)的設(shè)計手段就顯得相形見絀了，需要有更高級的設(shè)計手段來適應(yīng)模具的發(fā)展。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)基于CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)，利用計算機(jī)軟件來完成模具產(chǎn)品的設(shè)計與制造。它借助計算機(jī)軟件的強(qiáng)大功能對模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，對設(shè)計出的模具在顯示器上進(jìn)行直觀的觀察和修改調(diào)整，將最優(yōu)的設(shè)計結(jié)果進(jìn)行仿真并生成加工程序，傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，數(shù)字化設(shè)計能夠有效地減少設(shè)計和制造周期、降低模具生產(chǎn)成本以及提高模具的制造精度。虛擬制造技術(shù)是CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)發(fā)展的更高階段。它融合了計算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠把模具從設(shè)計到制造，直至裝配、檢驗的全過程，在計算機(jī)上全部模擬完成，根據(jù)設(shè)計出的模具產(chǎn)品模型，利用軟件的強(qiáng)大功能，在計算機(jī)上模擬出實際加工過程以及各個零件最后裝配過程中的情況，對加工或裝配過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的修正，避免把問題帶到實際生產(chǎn)中。虛擬制造技術(shù)最突出的特點，是能夠模擬出模具最后裝配的情況，不需要加工實體模型，利用計算機(jī)建造的虛擬環(huán)境，可視化地觀察模具裝配過程中各個零件的干涉情況，并及時進(jìn)行修正。而傳統(tǒng)模具裝配過程中，必須用實體模型進(jìn)行反復(fù)的修改和調(diào)試，耗費大量的人工和時間，有時還難免出現(xiàn)零件報廢的情況，與之相較，虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢不言而喻。高硬度材料加工技術(shù)現(xiàn)代模具追求高的使用壽命，以平衡其較高的制造成本，獲得更高的性價比。使用高硬度材料來制造模具的關(guān)鍵零部件，是提高模具使用壽命最直接的方法。高速切削技術(shù)（HSC）是近十年來迅速崛起的一項先進(jìn)制造技術(shù)。高速切削技術(shù)基于高速切削理論，認(rèn)為對于每一種零件材料，在常規(guī)的加工速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增加而升高，如果用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)切削速度范圍的速度來加工的話，切削溫度反而會降低。20世紀(jì)20年代末德國物理學(xué)家薩洛蒙博士首次提出高速切削加工的概念。借助于集成了高速電主軸、高速伺服系統(tǒng)、高精度的快速進(jìn)給系統(tǒng)和高性能控制系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的高速切削機(jī)床，配備硬質(zhì)合金、聚晶金剛石（PCD）及聚晶立方氮化硼（PCBN）甚至陶瓷等新型材料刀具，高速切削可以加工硬度達(dá)60HRC甚至更高硬度材料的零件。因此，高速切削能直接加工經(jīng)熱處理硬化的工件，粗、半精和精加工只需要在機(jī)床上裝夾一次即可完成，還能省去熱處理后的電火花加工，簡化了工件的工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本。不僅如此，得益于高速切削機(jī)床很高的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和較小的切削力，高速切削具有很高的加工精度和加工效率。同常規(guī)切削方式相比，高速切削單位時間的材料切除率可提高3～6倍，而切削力卻降低了30%左右，工件和刀具熱變形都能得到有效控制，所以可以達(dá)到很高的加工精度和很小的表面粗糙度值，切削較硬材料時能達(dá)到表面粗糙度值Ra=0.2μm，切削較軟材料也能達(dá)到Ra=0.4μm，對于某些工件來說，可以直接省去最后的修磨拋光工序。高速切削技術(shù)具有諸多優(yōu)點，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到廣泛的應(yīng)用。高速切削技術(shù)在模具制造方面除了應(yīng)用于高硬度材料模具型腔的直接加工外，在電火花加工（EDM）、快速樣件制作和模具快速修復(fù)等方面也得到了大量應(yīng)用。電火花加工技術(shù)是適用于高硬度材料加工的另一項技術(shù)。其實電火花加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用歷史比高速切削長得多。電火花加工原理是利用放電產(chǎn)生的電蝕作用蝕除需要去除的金屬，直至達(dá)到需要的形狀。電火花加工不同于一般的機(jī)械切削加工，它最大的特點是加工過程中沒有切削力，只要能導(dǎo)電，幾乎能加工任何硬度的材料，所以在高速切削技術(shù)出現(xiàn)以前的模具制造過程中，電火花加工技術(shù)在高硬度材料加工領(lǐng)域基本上是獨領(lǐng)風(fēng)騷。盡管高速切削技術(shù)近年來在一定程度上有取代電火花加工的趨勢，但是受限于刀具的長度和直徑等因素，所能加工的模具型腔底部圓角最小半徑為0.3mm。在加工一些具有小深孔、尖角和窄槽等結(jié)構(gòu)的復(fù)雜模具時，高速切削還是顯得有些力不從心。另外，對于一些超硬材料，高速切削也很難加工。所以在一些小型精密注射模具或超硬材料工件的加工方面，電火花加工技術(shù)仍然占有一席之地。其實電火花加工技術(shù)從產(chǎn)生至今，并不是墨守成規(guī)地一成不變，尤其是近期，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，電火花加工也取得了長足的進(jìn)步。現(xiàn)代的高精密電火花加工技術(shù)融合了標(biāo)準(zhǔn)化夾具快速精密定位、混粉加工法、搖動加工法以及多軸聯(lián)動加工技術(shù)等多項先進(jìn)的加工工藝，可以對復(fù)雜的模具型腔進(jìn)行精密加工以及極小半徑的清角加工，能夠加工出表面粗糙度值Ra=0.08μm的精密表面，配備合適的工裝和電極，甚至可以加工超硬材料零件的高精度內(nèi)螺紋。電火花創(chuàng)成加工是近年來興起的一種加工技術(shù)，又被稱為電火花銑削，它可以看做是電火花加工和精密多軸數(shù)控機(jī)床相結(jié)合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)電火花加工必須使用與零件形狀相適應(yīng)的復(fù)雜電極不同，電火花創(chuàng)成加工只需要簡單的電極（一般采用圓柱棒狀電極），像銑刀一樣在數(shù)控系統(tǒng)控制下按預(yù)設(shè)的軌跡來加工工件。電火花創(chuàng)成加工可以加工具有形狀非常復(fù)雜的空間自由曲面而采用高硬度、高強(qiáng)度和高脆性等材料制作的模具。不過電火花創(chuàng)成加工對編程的要求較高，不僅要進(jìn)行幾何尺寸的編程，還要考慮不同加工條件下電火花順利加工的工藝編程，比如電火花的電源參數(shù)等?？焖俪尚渭夹g(shù)快速成形（RP）技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家的制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?？焖俪尚渭夹g(shù)將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)數(shù)字控制（CNC）、激光技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)及新材料技術(shù)融為一體，其制造原理與傳統(tǒng)的加工方法截然不同。快速成形技術(shù)屬于“增材制造”。傳統(tǒng)的加工方法是將大的毛坯一點一點削減為零件，而快速成形技術(shù)則是用原料一點一點堆積疊加形成零件。根據(jù)成形原理和系統(tǒng)特點以及所用成形材料的不同，快速成形技術(shù)分為3DP噴墨技術(shù)、FDM熔融層積成形技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù)、SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)和DLP激光成形技術(shù)等多種類型。盡管快速成形有多種技術(shù)類型，但它們的基本原理都一樣，就是“分層制造、逐層疊加”，就像一臺“立體打印機(jī)”，因此，形象地把快速成形稱為“3D打印”技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)在生產(chǎn)前期不需要準(zhǔn)備刀具、工裝等，它可以快速地將設(shè)計者的想法迅速轉(zhuǎn)化為看得見、摸得著的三維樣品，因此它非常適用于新模具投產(chǎn)之前的樣品試制或小批量生產(chǎn)，這樣可大幅提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率，縮短新產(chǎn)品研發(fā)時間，降低模具的成本。如果利用網(wǎng)絡(luò)將設(shè)在不同地點的設(shè)計系統(tǒng)與3D打印設(shè)備連接起來，還可以進(jìn)行異地產(chǎn)品的打印?？焖俪尚渭夹g(shù)制造的零件，力學(xué)和物理性能往往不能直接滿足產(chǎn)品要求，需進(jìn)行進(jìn)一步的處理，通過精密鑄造、金屬噴涂制模、硅膠模鑄造、快速EDM電極和陶瓷精密鑄造等配套制造技術(shù)對其進(jìn)行物理性質(zhì)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了結(jié)合了鍛造技術(shù)的