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模具六大重要制造技术

作者:上海交通大学塑性工程系 洪慎章     来源:     发表时间:2008-04-02     浏览次数:    字号:    

在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中一个非常中重要的行业,许多新产品的开发和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航空等行业中尤显重要。模具工业发展的关键是模具技术的进步,模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。因此,与时俱进,制造业也迅速促进了很多先进的模具制造技术,其中六大重点技术分别介绍如下。

1数控加工技术(NCMT

所谓的数控加工,就是利用数控机床根据一定的程序指令来加工零件的一种工艺方法。与普通机床相比,数控加工有如下特点:

(1)自动化程度高、生产率高

数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务的,操作者除了安放控制介质及操作键盘、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运动情况外,不需要进行繁重的重复性手工操作,因此自动化程度很高,管理方便。同时,由于数控加工能有效减少加工零件所需要的机动时间和辅助时间,因而加工生产率比普通机床高很多。

(2)加工精度高、产品质量稳定

目前,中、小型数控机床的定位精度普遍可达±0.01mm,重复定位精度为±0.005mm,故其加工精度高。而且,数控机床的自动加工方式还可以避免生产者的人为操作误差,产品尺寸一致,质量稳定。加工零件形状愈复杂,这种特点就愈显著。

(3)适应性强

当工作改变时,只需要重新编制程序,更换控制介质或者人工输入程序即可。这就为单件、小批量生产提供了很大的便利条件。

2CAD/CAE/CAM

现代化的模具制造加工业,应以使用模具CAD/CAE/CAM技术来实现优质、高效、低成本的产品生产为目标,以适应用户对产品个性化的追求。从CAD/CAE/CAM一体化的角度来说,其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化,其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业,以便充分发挥各单元的优势和功效。应用发展有:

(1)模具软件功能集成化

模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全,同时各功能模块采用同一数据模型,以实现信息的综合管理与共享,从而支持模具设计、制造、装配、检测、测试及生产管理的全过程,来达到实现最佳效益之目的。该集成化模块适用于多品种,小批量市场需求,能有效的缩短生产周期,强化人、生产和经营管理联系,减少在制品压缩流动资金,提高企业的整体效益。

(2)模具软件的智能化

新一代模具软件要求模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿,而是在先进设计理论指导下,充分运用模具专家的丰富知识和成功经验,来克服具体设计、工艺人员的经验局限,通过人工智能等方法,实现设计的合理性和先进性,逐步达到从设计、分析评估到制造过程的完全自动化。

(3)模具设计、分析及制造的三维化

传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具,所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评估和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。

(4)模具软件应用的网络化

随着模具在企业竞争、合作、生产和管理的全球化、国际化,以及计算机软件技术的迅速发展,使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要,又有可能。

3柔性制造技术(FMT

柔性制造技术是数控机床与自然物料传输装置相结合,由计算机控制的加工综合体,能自主地同时完成多品种中小批量生产任务。

它包括三个主要组成部分:①多工位的数控加工系统;②自动化的物料传输和储存系统;③计算机控制信息系统。

在柔性制造技术中,最具代表性的应用是柔性制造系统(FMS),它是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控制,故能自动调整并实现一定范围的多种工件的成批高效生产,即具有“柔性”。

按FMS的规模大小可分为柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性制造生产线(FMPC)和柔性制造工厂(FMW)4类。其优点是:机床利用率高、柔性大、辅助时间短、有利于提高市场的响应能力、可缩短生产周期、减少库存量、有利于提高产品质量、降低劳动强度、改善生产、明显降低生产成本,适应市场需求。

4超高速加工(UHSMT

超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。

对于不同的加工和不同的加工材料,超高速切削的切削速度各不相同。通常人为超高速切削各种材料的切削速度范围是:铸铁为900~5000m/min;钢达600-3000m/min;铝合金为2000~7500mm/min。对于加工工种而言,超高速切削的车削速度为700~7000m/min;钻削为200~1100m/min;铣削为300~6000m/min;磨削为250m/s以上。

超高速切削用刀具材料要求强度高,耐热性好。常用的刀具材料有:带涂层的硬质合金、氮化硅陶瓷材料、超细晶粒硬质合金、立方氮化硼及聚晶金刚石刀具等。

超高速切削技术主要有以下几方面优点:

(1)缩短生产时间  切削速度和进给速度的成倍提高,大大提高金属切除量。空运时间减少,整体铣削加工效率有显著的提高,加工时间明显缩短。

(2)降低制造成本  与常规切削加工相比,明显减少机加工工时及手工抛光时间,即更快的生产力必然引起制造成本的下降。

(3)高速铣削吸收能量  因高速铣削热大部分有切削带走,大大减少了工件在加工过程中的发热,使工件发热少。

(4)改善工件的加工质量  由于高速铣削减少切削力及减少振动,使工件的加工精度和切削表面质量大大提高,减少人工后加工及辅助工时。

5特种加工及复合加工技术(SMT&CMT

特种加工技术是将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上,从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统的加工方法。

其主要特点是:

(1)不是主要依靠机械能  加工过程中与工件的硬度、强度等力学性能无关,故可以加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

(2)属于非接触加工  这种加工形式,可使得刚性极低的元件和弹性元件进行加工。

(3)属于微细加工  加工后,工件表面质量高。

(4)不存在加工中的机械应变或大面积的热应变,可获得较小的表面粗糙度。其热应力、残余应力、冷作硬化等比较小,尺寸稳定性好。

(5)两种或两种以上不同类型的能量可以互相组合形成新的复合加工,其综合加工效果明显,且便于推广使用。应用较多的是电解磨削、超声电解复合抛光和超声电火花复合抛光。

6表面工程技术(SET

表面工程技术是一种通过改变固体金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构,以获得所需要表面性能的系统工程。

主要有如下三大类:

(1)表面改性技术  采用等离子体、激光、电子束、高密度太阳能等方法,使离子注入,从而获得表面改性。

(2)表面覆层技术  它是指利用表面工程的各种手段,在产品表面制备各种特殊功能的覆层,用极少量的材料就能引起大量的昂贵的整体材料所能起到或是难以起到的作用,同时极大的降低了制件的加工制造成本。该技术的主要特点是具有很强的适用性,其方法有热喷涂、电火花涂敷、塑料粉末涂敷、真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、分子束外延、离子束合成薄模技术等。

(3)复合表面技术  将两种或两种以上的表面处理工艺方法用在同一工件的处理,不仅可以发挥各种表面处理技术的各自特点,更能显示出组合使用的突出效果。主要应用有复合表面化学处理、表面热处理与表面化学热处理的复合强化处理、热处理与表面形变强化的复合处理工艺、镀覆层与热处理的复合处理工艺、覆盖层与表面冶金化的复合处理工艺、离子辅助涂敷、激光、电子束复合气相沉积和复合涂镀层以及离子注入与气相沉积复合表面改性。

总之,模具先进制造技术种类繁多,几乎大部分的先进制造技术都可以应用到模具制造中,而且在不断发展之中,在此不可能尽数叙述。

 

 

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