1 模具技術現狀與發展趨勢 2 主要內容 一 前言二 模具設計技術的發展方向三 模具加工技術的發展方向四 模具制造綜合技術的發展方向五 模具材料及先進表面處理技術六 國內模具發展趨勢結束語 3 一 前言 模具工業是國民經濟的基礎工業模具工業是衡量一個國家工業水平的重要標志模具工業是技術轉化成果的基礎 可編輯 4 一些國家對模具工業的評價 在歐美等工業發達國家被稱為 點鐵成金 的 磁力工業 美國工業界認為 模具工業是美國工業的基石 德國則認為是所有工業中的 關鍵工業 日本模具協會也認為 模具是促進社會繁榮富裕的動力 可編輯 5 近年來的世界模具市場 美國 日本 法國和瑞士等國每年出口的模具約占其模具總產值的l 3左右 日本模具產業年產值超過日本機床總產值 如今 世界模具工業的發展甚至已超過了新興的電子工業 可編輯 6 我國模具工業 我國模具工業的產值在國際上排名位居第三位 僅次于日本和美國 近年來 我國的模具工業一直以每年13 左右的增長速度快速發展 可編輯 7 中國模具工業現狀 精密加工設備還很少大型 精密 復雜和長壽命模具的產需矛盾十分突出許多先進的技術如CAD CAE CAM技術的普及率還不高 可編輯 8 中國模具產業的進出口 近幾年來 我國每年進口模具約占市場總量的20 左右 成為世界上最大的模具進口國其中塑料與橡膠模具占全部進口模具的50 以上 沖壓模具占全部進口模具約40 中 高檔模具進口比例占市場總量的40 以上 9 二 模具設計技術的發展方向 技術支持 模具設計資料庫和知識庫系統統一技術 模具及零件的標準件化在理論研究方面 要進一步探討新型材料大彈塑性變形本構關系 表面摩擦特性等沖壓模金屬成形過程的模擬 缺陷預測 起皺 破裂 及回彈分析等 彈性 E 塑性 E1 可編輯 10 壓鑄成形流動模擬 熱傳導及凝固分析等鍛件成形過程模擬及金屬流動和充填分析等模具剛性 強度 流道及冷卻通路的設計計算機輔助工藝設計 CAPP 發展方向 續1 可編輯 11 塑料模具塑料成形過程的各種模擬分析 如塑料充模 熱傳導 冷卻 凝固 翹曲 收縮等模擬分析計算澆注系統及模腔的壓力場 溫度場 速度場分布等 澳大利亞Moldflow公司和美國AC Tech公司 發展方向 續2 12 三 模具加工技術的發展方向 模具加工方法主要有 精密鑄造金屬切削加工電火花加工電化學加工激光及其他高能波束加工復合加工數控和計算機技術的不斷發展使它們在模具加工方法中得到了越來越廣泛的應用 可編輯 13 1 高速銑削 HSM 技術 銑削加工是型腔模具加工的重要手段高速數控加工是模具加工的前沿技術其關鍵技術之一就是采用先進的CAD CAM集成設計和制造系統 進行圖形交互的自動數控編程 可編輯 14 高速銑削優點 工件溫升低熱變形小 切削力小加工平穩 加工質量好加工效率高 為普通銑削加工的5 10倍 可加工硬材料 60HRC 等 可編輯 15 高速銑削迅速發展的體現 高精度化 定位精度2 5 m 全程 加工精度2 5 m 所以高速銑削進入了精密切削領域 高速化 主軸轉速40000 60000r min 切削進給速度1 6m min 快速進給速度30 40m min 換刀時間1 2s 從而加工效率提高了5 10倍實現硬材料 36 60HRC 的加工 可編輯 16 高速銑削不足 對刀具提出了很高的要求采用與銑削材料相適應的特殊刀具材料 如新型刀具有金屬陶瓷刀具 CBN具 PCD刀具 PCBN刀具 涂層硬質合金刀具等 適合于比較平坦的淺型腔加工 對深型腔加工有一定困難對于具有內清角的型腔模具 表面有花紋或圖案的模具 具有深槽或窄縫的模具的加工也都存在一定困難 高速銑削機床造價高 可編輯 17 高速銑削在國內的應用 在一定時間內 我國模具企業進口的高速加工機床主軸最高轉速仍將以10000 20000r min為主 少數會達到40000r min左右 近年來我國模具制造業中的一些骨干重點企業先后進口了高速銑床和高速加工中心 它們已在模具加工中發揮了很好的作用 可以預計 我國模具企業將會越來越多地應用高速銑削技術 可編輯 18 2 電火花加工技術 電火花加工 EDM 雖然已受到高速銑削的嚴峻挑戰 但高速銑削不能完全替代之 在模具的復雜型面 深窄小型腔 尖角 窄縫 溝漕 深坑等處的加工 將是今后EDM應用的重點 但成本要比EDM高得多 對于60HRC以上的高硬材料 EDM要比HSM成本低 同時較之銑削加工 EDM更易實現自動化 可編輯 19 電火花銑削加工技術 它是用高速旋轉的簡單的管狀電極 應用CAD CAM技術作三維或二維輪廓加工 像數控銑一樣 EDM銑削的最大特點是簡化電極制造 不需要加工成形電極 可選用標準電極 在電極庫中進行電極自動交換 AEC 用以補償電極損耗 提高加工精度 在高精度微細加工方面 這種方式具有良好的前景 國外已在模具加工中應用使用這種技術 可編輯 20 低速走絲數控電火花線切割機床 低速走絲數控電火花線切割機床 LWEDM 發展的水平已相當高 功能相當完善 自動化程度已達到無人看管運行的程度 其加工工藝水平也令人稱道 最大切割速度已達300mm2 min 加工精度可達到 0 5 m 加工表面粗糙度Ra0 1 0 2 m 直徑0 03 0 1mm細絲精密切割技術的開發 可實現凹 凸模一次切割完成 并可進行0 04mm的窄槽及半徑0 02mm內圓角的切割加工 已能進行30 以上錐度的精密加工 可編輯 21 混粉加工等鏡面光亮加工技術 采用在普通煤油工作液中添加固體微細粉末的方法 來增大精加工的極間距離 減小電容效應 增大放電通道的分散性 從而可使排屑好 放電穩定 加工效率提高 并有效降低加工表面的粗糙度 使用混粉工作液還可在模具工件表面形成硬度較高的鍍層 提高模具型腔表面的硬度和耐磨性 可編輯 22 3 快速原型制造 RPM 快速成形 原型 制造技術RPM RapidPrototyping Manufacturing 是美國首先推出的 它是伴隨著計算機技術 激光成形技術和新材料技術的發展而產生的 是一種全新的制造技術 被公認為是繼NC技術之后的一次技術革命 RPM基于它是基于新穎的離散 堆積 即材料累加 成形思想 根據零件的三維計算機CAD模型 不借助任何加工工具 快速自動完成復雜的三維實體 模型 制造 而與零件的幾何復雜程度絲毫無關 可編輯 23 RPM方法與應用 應用RPM技術 從模具的概念設計到制造完成 僅為傳統加工方法所需時間的l 3和成本的l 4左右 因而具有廣闊的發展前景 國內的一些大企業集團 如海爾 春蘭 科龍和華寶等公司已經運用激光快速成形于新產品開發等方面 并取得顯著的經濟效益RPM模具制造技術 由快速原型或其他實物模型復制金屬模具的間接法 以及直接由RP系統無模制造金屬模具的直接法兩大類 可編輯 24 直接快速模具制造 指利用不同類型的快速原型技術直接制造出模具本身 然后進行一些必要的后處理和機加工以獲得模具所要求的機械性能 尺寸精度和表面粗糙度 目前能夠直接制造金屬模具的RP工藝包括 激光選區燒結 SLS 三維打印 3D P 形狀沉積制造 SDM 三維焊接 3D Welding 等 可編輯 25 間接快速模具制造 首先是通過立體光固化 SLA 疊層實體制造 LOM 激光選區燒結 SLS 三維打印 3D P 熔融沉積成形 FDM 等不同方法得到制件原型然后通過一些傳統的快速制模RMT RapidManufacturingTooling 方法 主要有精密鑄造 粉末冶金 電鑄 表面沉積 旋轉鑄造 用熱硬化橡膠做模具 和熔射 熱噴涂 等方法 獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具 可編輯 26 RPM的缺陷及發展趨勢 兩弱點限制了它的工業應用推廣 不適合于大批量生產同時其所用材料基本上不屬于工業產品所常用材料目前正向快速制造金屬硬模RHMT RapidHardMetalTooling 尤其是鐵系金屬硬模方向發展 可編輯 27 國內快速成型設備性能比較表 可編輯 28 4 快速經濟制模技術 RTM 縮短產品開發周期是贏得市場競爭的有效手段之一 快速經濟制模技術RTM 或迅速模具制造RapidTooling Manufacuring 具有制模周期短 成本較低的特點 精度和壽命又能滿足生產需求 是綜合經濟效益比較顯著的模具制造技術 非常適用于新產品開發 樣品試制 工藝驗證或中 小批量生產的需要 故近幾年在國內得到了迅速發展 可編輯 29 RTM技術種類 擠壓成形制模技術超塑成形制模技術 表面成形制模技術電弧噴徐成形制模技術電鑄成形技術型腔表面精細花紋成形的蝕刻技術等模具毛坯快速制造技術干砂實型鑄造負壓實型鑄造樹脂砂實型鑄造失蠟精鑄等其它技術如快速換模技術沖壓單元組合技術等 可編輯 30 澆鑄成形制模技術 秘錫合金制模技術鋅合金制模技術樹脂復合成形模具技術硅橡膠制模技術等 可編輯 31 澆鑄成形制模技術應用實例 一汽模具制造公司設計并制造了12套樹脂模具 均為大型復雜內外覆蓋件的拉深模具 用于全新小紅旗轎車的改型試制 其主要特點是模具型面以CAD CAM加工的主模型為基難 采用高強度樹脂澆注而成 凸 凹模間隙采用專用蠟片準確控制模具尺寸精度高 制造用期可縮短l 2 2 3 制造費用節省近千萬元 可編輯 32 5 超精 微細和復合加工技術 目前超精加工已可穩定達到亞微米級 納米精度的超精加工技術也已被應用到生產中 國外已有用波長僅0 5nm的輻射波制造出納米級塑料模具 復合加工是指在1臺機床上進行2種或2種以上不同加工工藝的復合 以實現不同加工工藝的揚長避短作用 可編輯 33 復合加工技術發展方向之一 銑削加工與激光加工復合技術 銑削加工 包括高速銑削加工 后 采用附加的激光頭在型腔表面進行花紋 圖案等雕刻或激光頭按銑削加工的運動方式進行激光精加工 去掉型腔表面的銑削痕 據國外報道 已開發出這類復合加工機床 機床的激光頭采用Q 5WITCHYAG激光器 功率100w 光束直徑0 1 m 加工效率20m3 min 采用一層一層加工方法 每層加工5 m 最大加工深度為10mm 表面粗糙度只Ra值為1 3 m 可編輯 34 復合加工技術發展方向之二 銑削加工與EDM復合技術 同銑削加工與激光加工復合相似 附加的EDM主軸頭可進行型腔表面的花紋 圖案加工及局部精密加工 與激光加工復合不同的是能進行局部深型腔加工 深槽窄縫等加工 并可實現數控系統共享 可編輯 35 3 6模具研磨拋光技術 模具表面的質量對模具使用壽命 制件外觀質量等方面均有較大的影響 但模具表面的光整加工是模具加工中至今未能很好解決的難題之一 德國66 日本 美國30 的模具采用自動拋光機拋光 拋光加工可達到鏡面 生成軌跡的自動拋光機是拋光加工的發展方向 可編輯 36 國內的鏡面拋光技術 我國已進口了可實現三維曲面模具自動研拋的數控研磨機 仿人智能自動拋光技術也已有成果 但應用很少 預計會得到發展 目前國內可拋至Ra0 05 m的鏡面 正在研究開發拋至Ra0 025 m的設備 國內對于透明度要求高的注塑模 如相機 CD VCD光盤等注塑模仍需依靠進口 可編輯 37 鏡面加工定義 把表面租糙度只Ra0 1 0 2 m的加工稱為鏡面加工電火花加工中的混粉EDM加工 可實現Ra0 1 0 2 m的大面積鏡面加工磨削加工最好的表面租糙度可達到Ra0 04 m 達到了鏡面加工要求 可編輯 38 LWEDM鏡面加工 主要方法為壓縮放電時間 電流脈寬為ns級 并增大峰值電流 達幾百A以上 使在放電加工時材料迅速汽化蝕除 這種方法不但避免了裂紋的產生 而且使表面粗極度達到Ra0 1 0 2 m 可編輯 39 研磨與拋光復合方法 應注意發展特種研磨與拋光復合方法 以提高模具表面質量 擠壓研磨電化學拋光超聲拋光復合拋光 40 四模具制造綜合技術的發展方向 傳統的模具制造技術 主要是根據設計圖紙 用仿型加工 成形磨削以及電火花加工方法來制造模具 而現代模具不同 它不僅形狀與結構十分復雜 而且技術要求更高 用傳統的模具制造方法顯然難于制造 必須采用先進制造技術才能達到它的技術要求 可編輯 41 傳統模具與現代模具制造技術水平比較 可編輯 42 模具制造綜合技術的現狀 國際上工業發達國家的模具業已廣泛采用現代模具設計與制造技術 模具CAD CAE CAM集成化 三維設計制造技術模具激光快速成形 BPM 技術模具的精密成形技術模具的超精密加工技術模具成形過程動態模擬與仿真技術模具表面工程技術模具綠色制造技術等 可編輯 43 1 模具CAD CAE CAM一體化技術 模具CAD CAE CAM技術是模具技術發展的一個里程碑 模具行業普及CAD CAM的條件已經成熟 今后必將有很快的發展 目前 世界上汽車的改型換代一般約需48個月 而美國僅需30個月 這主要得益于在模具業中應用了CAD CAE CAM和三維實體汽車覆蓋件模具結構設計軟件 模具CAD CAE CAM一體化及軟件的宜人化 集成化 智能化 網絡化將是今后的發展方向 可編輯 44 美國參數技術公司PTC的集成化系統Pro EngineeringUnigraphicsSolutions公司開發的軟件Unigraphic UG 美國SDRC公司開發的I DEAS以色列Cimatron公司的三維CAD CAM軟件Cimatron法國達索Dassault公司開發的CATIA法國DATAVISION公司的集成化軟件EUCLIB真正的Window軟件SOLIDEGE美國CV公司軟件CADDS5北京航空航天大學開發的CAD CAM軟件CAXA CADEM大型軟件 可編輯 45 模具CADEM主要軟件 澳大利亞Moldflow公司的注塑模CAE分析軟件Moldflow 英國DELCAM公司的軟件PowerSHAPE系統 是面向模具制造的模具總裝設計專家系統 可自動為復雜注塑模 吹塑模創建模具結構及抽芯機構 自動產生分模面 加工信息被自動封裝 并可直接輸出到PowerMILL模塊 自動產生加工程序 日本UmsYs株式會社推出的專用于塑料模設計和制造系統CADCEUS 該系統綜合了從產品形狀設計 模具設計到模具生產所需要的全部功能 重點放在三維設計與二維視圖的關聯 可編輯 46 模具CADEM主要軟件 日本造船信息系統株式會社的三維CAD CAM系統Space E中也增加了專用于注塑模的設計模塊美國AC TECH公司的注塑模C MOLD德國公司開發的的鑄造過程流動及凝固分析軟件MAGMASOFT德國IKV研究所的CAD CAE軟件CADMold華中科技大學模具技術國家重點實驗室的注塑模CAD CAE CAM集成系統HSC3 1鄭州工業大學注塑模CAE分析軟件Z MOLD等 2020 2 6 47 可編輯 48 模具CADEM發展方向 2l世紀模具制造業的基本特征是高度集成化 智能化 柔性化 網絡化 追求的目標是提高產品質量及生產效率 縮短設計周期及制造周期 降低生產成本 最大限度的提高模具制造業的應變能力 模具CAD CAE CAM正向集成化 三維化 智能化和網絡化方向發展 可編輯 49 集成化舉例 國外 Cimatron軟件系統括幾何造型 模具專家 逆向工程 模架庫 NC加工及產品數據管理系統美國SDRC公司集成化軟件I DEAS在曲面設計 實體造型 仿真分析 制造 測試和并行工程等方面具有強大的功能 Delcom公司最近推出的集成化系統PowerSolution覆蓋了幾何建模 逆向工程 工業設計 工程制圖 仿真分析 快速原型 數控編程 測量分析等方面 美國PTC的集成化系統Pro E將設計至生產全過程集成到一起 讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作 即實現所謂的并行工程 可編輯 50 集成化舉例 國內 上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統和沖裁模CAD CAM系統北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件吉林金網格模具工程研究中心的沖壓模CAD CAE CAM系統 其主要功能有板料沖壓過程模擬 預示成形缺陷 壓機速度分析 坯料形狀優化和各向異性 回彈預測等 可編輯 51 國內使用CADEM現狀 國內一些大型模具企業 CAD CAM應用狀況多停留在從國外購買先進的CAD CAM系統和設備 但在其上進行的二次開發較少 資源利用率低 國內一些中小型模具企業 它們的CAD CAM應用很少 有些僅停留在以計算機代替圖板繪圖 國外的一些CAD CAM系統雖然功能強大 但價格昂貴 一般企業難以支付 而國內優秀的CAD CAM系統很少 可編輯 52 三維化舉例 國外 澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers Pro E UG和CATIA等軟件具備參數化 基于特征 全相關等特點 從而使模具并行工程成為可能 以色列Cimatron公司的Moldexpert Delcam公司的Ps mold及日立造船的Space E mold均是3D專業注塑模設計軟件 可進行交互式3D型腔 型芯設計 模架配置及典型結構設計 可編輯 53 三維化舉例 國內 些大的模具企業正大力推進模具CAD CAE CAM技術 如江南模塑公司 美的模具公司及海爾模具有限公司等在實現產品建摸與數控加工全三維化之后 正將模具結構設計逐步轉化為全三維 實現從產品到編程的全三維化 做到設計過程的無圖紙化 上海交通大學開發的塑性成形三維有限元仿真系統 北航海爾軟件公司的CAXA三維電子圖板2000和制造工程師2000能進行3D零件設計和NC加工 其特點是基于3D參數化特征設計 實現了實體 曲面和NC加工的協調 華中科技大學研制的同類軟件HSC3D4 5F鄭州工業大學的Z mold軟件 可編輯 54 模具軟件的智能化舉例 如Cimatrom公司的注塑模專家軟件能 根據脫模方向自動產生分型線和分型面生成與制品相對應的型芯和型腔 實現模架零件的全相關自動產生零件明細表和供NC加工的鉆孔表格能進行智能化加工參數設定 加工結果較驗等 可編輯 55 網絡技術提供了可行的信息載體 為模具行業應用虛擬設計 敏捷制造技術實現異地設計和異地制造提供可能 由于CAD CAM技術日趨成熟 可應用于越來越大的項目 需要多人 多企業在多臺計算機上協作完成 各地區可根據自己的設計水平及生產設備選擇適合于自己設計及生產的零部件 通過Internet相互通信 協同設計 共同完成模具產品的設計與制造 這種網絡化的動態制造體系 能夠充分發揮各地區的資源優勢 并能協調工作 各盡所長 達到設計生產的最優化配置 模具軟件的網絡化與協同化 可編輯 56 2 精密測量及高速掃描數字化系統 隨著模具日益精密 高效精密 復雜 大型模具的發展 對檢測設備的要求越來越高 現在精密模具的精度已達2 3 m 數控加工過程中的在線激光測量不但有利于保證工件的加工質量 而且大大提高了NC機床的運轉安全 高速掃描機和模具掃描系統提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能 可大大縮短模具制造周期 可編輯 57 精密測量舉例 目前國內廠家使用較多的有意大利 美國 日本等國的高精度三坐標測量機 并具有數字化掃描功能 東風汽車模具廠不僅擁有意大利產3250mmx3250mm三坐標測量機 還擁有數碼攝影光學掃描儀 率先在國內采用數碼攝影 光學掃描作為空間三維信息的獲得手段 從而實現了從測量實物一建立數學模型一輸出工程圖紙一模具制造全過程 成功實現了逆向工程技術的開發和應用 可編輯 58 設備舉例 英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀CYCLONSeries2 可實現激光測頭和接觸式測頭優勢互補 激光掃描精度為0 05mm 接觸式測頭掃描精度達0 02mm 已在我國200多個廠家得到了應用 德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀日本羅蘭公司的PIX 30 PIX 4臺式掃描儀英國泰勒 霍普森公司的TALYSCANl50多傳感三維掃描儀分別具有高速化 廉價化和功能復合化等特點 可編輯 59 激光測量機最新進展及應用 剛誕生不久的4D激光測量機可以自標定 不但能進行3D測量 而且可以得出質量指標 說明每個測量點的精確性 CAD CAM的反向工程可以縮短模具設計 制造周期 特別對于型腔復雜 造型因難的模具 采用反向工程的數字化掃描系統具有重要意義 反向工程和并行工程將在今后的模具生產中發揮越來越重要的作用 可編輯 60 3 模具自動加工系統的發展 有人把粗加工和精加工集中在同一臺機床上完成的機床稱為模具加工系統 隨著各種新技術的迅速發展 國外已出現了模具自動加工系統 可編輯 61 模具自動加工系統特征 多臺機床合理組合配有隨行定位夾具或定位盤有完整的夾具 刀具數據庫有完整的數控柔性同步系統有質量監測控制系統 可編輯 62 4模具虛擬制造技術 VM 計算機和信息網絡的發展正使虛擬技術VM VirtualManufacturing 成為現實 虛擬技術是以計算機支持的仿真技術為前提 對設計 加工 裝配等工序統一建模 形成虛擬的空間環境 虛擬的裝配 虛擬合作研發 虛擬的產品 虛擬的企業 虛擬現實VR VirtualReality 是人造的計算機環境 人處在這種環境中有身臨其境的感覺 并強調人的介入操作 可編輯 63 5 反求技術 RE 一般而言 反求工程RE ReverseEngineering 是指 對難以用CAD建立數據模型 而只能通過對實物進行數據掃描 測量的方法采集數據 在CAM軟件系統中利用測量數據進行實物的CAD幾何模型的重新構造 建立數學模型 建立了CAD幾何模型后 就可以依據這種數字化的幾何模型用于后續的許多操作 如實物CAD模型的修改 零件的重新設計 有限元分析 誤差分析 最后生成NC程序 控制數控加工中心進行模具制造的過程 可編輯 64 RE的應用 反求工程能夠縮短從設計到制造的周期 是幫助設計者實現并行工程等現代概念的一種強有力的工具 目前在工程上正得到越來越廣泛的應用 目前主要應用于新零件的設計 已有零件的復制 損壞或磨損零件的還原 模具精度的提高等方面 一汽鑄造模具廠應用反求工程較成功地完成了對缸蓋進 排氣道熱芯盒模具的制造 探索了按一般的設備和加工技術對沒有尺寸和技術標準的模具無法加工的成功經驗 可編輯 65 6 其它模具先進制造技術 適應模具單件生產特點的模具柔性制造技術 FMS 模具集成制造技術 CIMS 等 而有人提出 下一代的先進制造技術采用可重構和可擴展的制造設備和系統 知識供應鏈和獨立制造島等 可編輯 66 7 新管理理念和新模式 管理是一個系統工程 是一項十分重要的技術 機械行業中常說的 三分技術七分管理 的話說明了管理的重要性 模具企業中 現代企業制度和各項創新機制的建立和運行是管理技術的核心 也是模具制造成功和企業發展的保證 可編輯 67 新理念及新模式 隨著先進制造技術的不斷發展和模具行業整體水平的提高 在模具行業出現的一些新管理理念和新模式逐步得到了認同 創造最佳管理和效益的團隊精神 精益生產全球敏捷制造 網絡制造等新的生產哲理廣泛采用標準件 通用件的分工協作生產模式適應可持續發展和環保要求的綠色設計與制造等 68 五 模具材料 先進表面處理技術 模具工業要上水平 材料應用是關鍵因選材和用材不當 致使模具過早失效 大約占失效模具的45 以上 對策 一是研究新型模具材料 冷作 熱作 鋼結硬質合金二是采用表面工程技術對材料進行改性 可編輯 69 冷 熱作模具鋼 常用冷作模具鋼有CrWMn Cr12 Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2 火焰淬火鋼 日本的AUX2 SX105V 7CrSiMnMoV 等 常用熱作模具鋼5CrMnMo 5CrNiMo 3Cr2W8V 新型熱作模具鋼有美國H13 瑞典QRO80M QRO90Supreme等 可編輯 70 常用塑料模具鋼 預硬鋼 如美國P20 時效硬化型鋼 如美國P21 日本NAK55等 熱處理硬化型鋼 如美國D2 日本PD613 PD555 瑞典 勝白136等 粉末模具鋼 如日本KAD18和KAS440 等 可編輯 71 冷沖壓模具鋼 覆蓋件拉延模常用HT300 QT60 2 Mo Cr Mo V鑄鐵等大型模架用HT250多工位精密沖模常采用鋼結硬質合金及硬質合金YG20等 可編輯 72 近期模具用鋼的開發動向 易加工 拋光性能好的材料 塑料模具用預硬鋼 減少因淬火變形耐蝕鋼 塑料成形防腐 馬氏體時效鋼 高的強度 韌性 耐磨性 低的熱膨脹系數 廣泛用于壓鑄模 也用于注塑模粉末高速鋼 耐磨 高韌性 長壽命 復雜 高速沖裁用硬質合金模具 若施以表面TiN涂層等表面強化 韌性上再提高一步 應用前景廣闊 可編輯 73 表面處理技術的發展趨勢 由高溫向中 低溫滲入發展由大氣熱處理向低真空 高真空熱處理發展由單純的化學熱處理向復合熱處理發展由滲入單一元素向多元素共滲 碳 氮 復合滲發展由一般的擴散滲技術向化學氣相沉積 CVD 物理氣相沉積 PVD 物理化學氣相沉積 PCVD 又稱等離子化學氣相沉積法 離子滲入 離子注入等方向發展 可編輯 74 激光表面處理技術 激光以高能量密度快速掃描鋼材表面 鋼材瞬時吸收光能 使作用區的溫度急劇上升 在低于融化溫度情況下 形成奧氏體 在冷態基體與加熱區之間產生極高的溫度梯度 104 105K cm 掃描后 加熱區表面層驟然冷卻 106 108 S 而自冷淬火 獲得相變硬化 可編輯 75 稀土表面工程技術 而稀土表面工程技術和納米表面工程技術的進展必將進一步推動模具制造的表面工程技術的發展例如應用于模具型腔表面的超硬TiN膜 加入稀土元素 使模具型腔表面呈現出高硬度 低摩擦系數 高有耐磨性 耐磨性是45鋼調質的5 6倍 和良好的化學穩定性 滲層深度可以明顯增加 改善了膜與基體的結合強度 提高了模具的使用壽命 可編輯 76 納米表面工程技術 納米表面工程是以納米材料為基礎 通過特定的加工技術 加工手段 對固體表面進行強化 改性 超精細加工 或賦予表面新功能的系統工程 極具應用前景和市場潛力 納米模具的解釋主要有兩種 精度以及尺寸達到納米級的模具稱之為納米模具 例如碳納米管CNT 巴基管 納米塑料模具采用涂敷 粘結 吸附等方式將納米材料附加到模具型腔表面以增強模具強度 減少磨損 延長使用壽命 可編輯 77 碳納米管CNT制模 CNT機械強度是鋼的100倍 質量僅為鋼的六分之一 由于碳納米管是中空的 且可以被 溶解 所以可以作為納米模具 這也是CNT的主要應用之一 利用合適金屬灌滿碳納米管 然后把碳層腐蝕掉 可以制備出用作電子連接器的納米導線和具有高速選擇性的 分子篩 目前 除此之外無其他可靠的方法來得到納米尺度的金屬導線 78 六 國內模具發展趨勢 為了適應市場對模具制造的短交貨期 高精度 低成本的迫切要求 未來我國的模具將呈現幾大發展趨勢 可編輯 79 1 模具日趨大型化 方面是由于用模具生產的零件日漸大型化 另一方面也是由于高生產率要求而發展多工位模具 多腔模具 現在有的注塑模已達幾百腔 所致 新型轎車的大尺寸覆蓋件成形 大功率汽車的六拐曲軸成形 可編輯 80 2 模具的精度越來越高 10年前 精密模具的精度一般為5 m 現在已達2 3 m 不久1 m精度的模具都將上市 隨著零件微型化及精度要求的提高 有些模具的加工精度要求在1 m以內 超精密加工已進入納米 0 1 m 100nm 級精度階段大致可分3個層次 一是用于汽車 飛機 精密機械的微米 m 級精密加工 二是用于磁盤 磁鼓制造的亞微米 0 1 m 級精密加工 三是用于超精密電子器件的毫微米 0 001 m 級精度加工 這就要求發展超精加工 并對模具的加工設備 檢測技術 研磨拋光工藝等提出更高的要求 可編輯 81 3 壓鑄模及塑料模的比例將不斷提高 隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發展 壓鑄模具的比例將不斷提高 同時對壓鑄模的壽命和復雜程度將提出更高的要求隨著以塑代鋼 以塑代木的進一步發展 塑料模的比例也將不斷提高 可編輯 82 4 擠壓模及粉末成形模將增多 由于汽車 車輛和電機等產品和輕量化發展 以鋁代鋼 高分子材料 復合材料 工程陶瓷 超硬材料的成形加工技術 新型材料的采用 不僅改變產品結構和性能 而且使生產工藝發生了根本變革 相應地出現了液態 半固態擠壓模具及粉末鍛模 金屬粉末鍛造成形 金屬粉末超塑性成形 粉末注射成形 粉末噴射和噴涂成形大大擴充了現代精密塑性成形的應用范圍 可編輯 83 5 多功能復臺模具將進一步發展 級進組合沖壓模已在美國汽車工業中普遍應用 加工轉子 定子板或者插接件 其優點是生產率高 模具成本低 不需要板料剪切 如集成電路引線框架的20 30工位的級進模 工位數量最多已達160個 自動沖切 疊壓 鉚合 計數 分組 轉子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具 這種多功能復合模具生產出來的不再是單個零年 而是成批的組件 可大大縮短產品的生產及裝配周期 可編輯 84 6 熱流道技術的應用擴大 采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量 并能大幅度節約制件的原材料 在國