模具材料與制造

1、模具模具材料與制造材料與制造 授課教師：胡雙鋒聯(lián)系方式： 緒緒 論論主要內(nèi)容：n 模具及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位、作用n 模具制造技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)n 模具制造的要求、特點(diǎn)、過(guò)程和方法n 本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求1 1、模具（、模具（mouldmould）及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位、作用）及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位、作用 n 用以限定生產(chǎn)對(duì)象的形狀和尺寸的一種裝備。 n 簡(jiǎn)而言之，模具是用來(lái)成型物品的工具，這種工具由各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過(guò)所成型材料物理狀態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)物品外形的加工。有些也涉及化學(xué)轉(zhuǎn)變。 模具概念：分類(lèi)分類(lèi)n 采用加工的工藝性質(zhì)和使用對(duì)象為主的綜

2、合分類(lèi)方法，分為十大類(lèi)：n 沖壓模具n 塑料成型模具n 壓鑄模n 鍛造成形模具n 鑄造用金屬模具n 粉末冶金模具n 玻璃制品模具n 橡膠成型模具n 陶瓷模具n 經(jīng)濟(jì)模具模具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的模具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位、地位、作用作用n 模具成型方法在現(xiàn)代工業(yè)的主要部門(mén)，如機(jī)械、電子、輕工、交通和國(guó)防工業(yè)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。例如70以上的汽車(chē)、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表零件，80以上的塑料制品，70以上的日用五金及耐用消費(fèi)品零件，都采用模具成型的方法來(lái)生產(chǎn)。因此德國(guó)把模具稱(chēng)為“金屬加工中的帝王”，把模具工業(yè)視為“關(guān)鍵工業(yè)”；美國(guó)把模具稱(chēng)為“美國(guó)工業(yè)的基石”，把模具工業(yè)視為“不可估量其力量的工業(yè)

3、”；日本把模具說(shuō)成是“促進(jìn)社會(huì)富裕繁榮的動(dòng)力”，把模具工業(yè)視為“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”。我國(guó)將模具工業(yè)視為整個(gè)制造業(yè)的“加速器”。 n 由此可見(jiàn)，利用模具生產(chǎn)零件的方法已成為工業(yè)上進(jìn)行成批或大批生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對(duì)于保證制品質(zhì)量，縮短試制周期，進(jìn)而爭(zhēng)先占領(lǐng)市場(chǎng)，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都具有決定性意義。n 模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志之一。n 模具工業(yè)在我國(guó)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。n 因此，要使國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)獲得高速發(fā)展，盡快縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，加速實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化步伐，惟一的出路就是必須盡快將模具工業(yè)搞上去，使模具生產(chǎn)形成一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，從

4、而充分發(fā)揮模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵作用2 2、模具制造技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀、模具制造技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展趨勢(shì)鉗工加工成形磨削電火花加工電火花線切割數(shù)控加工快速成型熱處理歷史與現(xiàn)狀歷史與現(xiàn)狀 近年來(lái)，我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步主要表現(xiàn)在：(1)研究開(kāi)發(fā)了模具新鋼種及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等新材料，并采用了一些新的熱處理工藝，延長(zhǎng)了模具的使用壽命。(2)開(kāi)發(fā)了一些多工位級(jí)進(jìn)模和硬質(zhì)合金模等新產(chǎn)品，并根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要研制了一批精密塑料注射模。(3)研究開(kāi)發(fā)了一些模具加工新技術(shù)和新工藝。如三維曲面數(shù)控、仿形加工；模具表面拋光、表面皮紋加工及皮紋輥制造技術(shù)；模具鋼的超塑性成型技術(shù)和各種快速成型技術(shù)

5、等。(4)模具加工設(shè)備已得到較大發(fā)展，國(guó)內(nèi)已能批量生產(chǎn)精密坐標(biāo)磨床、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)銑床、CNC電火花線切割機(jī)床和高精度電火花成型機(jī)床,精雕機(jī)床等。(5)模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(模具CAD/CAM/CAE)已在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。 我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步我國(guó)模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步 我國(guó)的模具技術(shù)雖然得到了較大的發(fā)展，但仍然不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要，還需花費(fèi)大量資金從國(guó)外進(jìn)口模具，其原因是:1. 專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化程度低；2. 模具品種少，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益較差；3. 模具生產(chǎn)制造周期長(zhǎng)，精度不高，制造技術(shù)落后；4. 模具壽命短，新材料使用量少；5. 模具生產(chǎn)力量分散，管理落

6、后。根據(jù)我國(guó)模具技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，今后的發(fā)展方向是：根據(jù)我國(guó)模具技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，今后的發(fā)展方向是：1. 開(kāi)發(fā)和發(fā)展精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的模具，以滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要；2. 加速模具的標(biāo)準(zhǔn)化和商品化，以提高模具質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期;3. 大力開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用模具CAD/CAM/CAE技術(shù)，提高模具制造自動(dòng)化水平；4. 積極開(kāi)發(fā)模具新工藝、新技術(shù)和新材料，如表面處理，熱處理工藝；5. 逆向工程技術(shù)的應(yīng)用存在存在的的問(wèn)題問(wèn)題3、模具制造的要求、特點(diǎn)、過(guò)程和方法模具制造的要求、特點(diǎn)、過(guò)程和方法n1.1.模具制造的基本要求模具制造的基本要求n 在模具生產(chǎn)中，除了正確進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、采用合理的

7、模具結(jié)構(gòu)外，還必須以先進(jìn)的模具制造工藝作為保證。制造模具時(shí)，應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求。n (1)制造精度高 為了生產(chǎn)合格的產(chǎn)品和發(fā)揮模具的效能，設(shè)計(jì)、制造的模具必須具有較高的精度。模具的精度主要是由模具零件精度和模具結(jié)構(gòu)的要求來(lái)決定的。為了保證制品精度，模具工作部分的精度通常要比制品精度高24級(jí)；模具結(jié)構(gòu)對(duì)上、下模之間的配合有較高要求，因此組成模具的零件都必須有足夠的制造精度。n (2)使用壽命長(zhǎng) 模具是比較昂貴的工藝裝備，其使用壽命長(zhǎng)短直接影響產(chǎn)品成本的高低，因此，除了小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制等特殊情況外，一般都要求模具有較長(zhǎng)的使用壽命。在大批量生產(chǎn)的情況下，模具的壽命是先決條件。n (3)制造

8、周期短 n (4)模具成本低 上述四項(xiàng)指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，片面追求模具精度和使用壽命必然會(huì)導(dǎo)致制造成本的增加。當(dāng)然，只顧降低成本和縮短制造周期而忽視模具精度和使用壽命的做法也是不可取的。在設(shè)計(jì)與制造模具時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作全面考慮，即在保證制品質(zhì)量的前提下，選擇與制品生產(chǎn)量相適應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)和制造方法，使模具成本降低到最低限度。2.特點(diǎn)特點(diǎn)n 模具制造屬于機(jī)械制造范疇，但與一般機(jī)械制造相比，它具有許多特點(diǎn)。 單件生產(chǎn) 用模具成型制品時(shí)，每種模具一般只生產(chǎn)12副，所以模具制造屬于單件生產(chǎn)。每制造一副模具，都必須從設(shè)計(jì)開(kāi)始，制造周期比較長(zhǎng)。 制造質(zhì)量要求高 模具制造不僅要求加工精度高，而且還

9、要求加工表面質(zhì)量好。一般來(lái)說(shuō)，模具工作部分制造公差應(yīng)控制在0.01mm；工作部分的表面粗糙度Ra要求小于0.8m。 形狀復(fù)雜 模具的工作部分一般都是二維或三維復(fù)雜曲面，而不是一般機(jī)械的簡(jiǎn)單幾何體。 材料硬度高，耐腐蝕 模具實(shí)際上相當(dāng)于一種機(jī)械加工工具，硬度要求高，一般采用淬火工具鋼或硬質(zhì)合金等材料，采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法制造有時(shí)十分困難。 3.模具制造的工藝過(guò)程n 模具制造的工藝過(guò)程如圖1.1所示，首先根據(jù)制品零件圖或?qū)嵨镞M(jìn)行工藝分析，然后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、零件加工、裝配調(diào)整、試模，直到生產(chǎn)出符合要求的制品。n (1) 分析估算 在接受制造模具的委托時(shí)，首先根據(jù)制品零件圖樣或?qū)嵨锓治鲅芯坎捎檬裁礃?/p>

10、的成型方案、確定模具套數(shù)、模具結(jié)構(gòu)及主要加工方法，然后估算模具費(fèi)用及交貨期等。n (2)模具設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)認(rèn)真的工藝分析，然后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。n 裝配圖設(shè)計(jì) 模具設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)確定后，就可繪制裝配圖。n 零件圖設(shè)計(jì) 根據(jù)裝配圖拆繪零件圖，使其滿足裝配關(guān)系和工作要求，并注明尺寸、公差、表面粗糙度，熱處理等技術(shù)要求。n (3)零件加工 每個(gè)需要加工的零件都必須按照?qǐng)D樣制定其加工工藝，然后分別進(jìn)行毛坯準(zhǔn)備、粗加工、半精加工、熱處理及精加工或修研拋光。n (4)裝配調(diào)整 裝配就是將加工好的零件組合在一起構(gòu)成一副完整的模具。除緊固定位用的螺釘和銷(xiāo)釘外，一般零件在裝配調(diào)整過(guò)程中仍需一定的人工修研或機(jī)械加工。n

11、(5)試模 裝配調(diào)試好的模具，需要安裝到機(jī)器設(shè)備上進(jìn)行試模。檢查模具在運(yùn)行過(guò)程中是否正常，所得到的制品是否符合要求。如有不符合要求的則必須拆下模具加以修正，然后再次試模，直到能夠完全正常運(yùn)行并能加工出合格的制品。 4.模具零件的主要加工方法n 模具零件絕大多數(shù)為金屬材料，主要的加工方法有機(jī)械加工、特種加工和表面精加工等。n (1)機(jī)械加工 機(jī)械加工(即傳統(tǒng)的切削與磨削加工)與現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工，是模具制造中不可缺少的一種重要加工方法。 機(jī)械加工方法加工形狀復(fù)雜的工件時(shí)，其加工速度很慢，高硬度材料難以加工。n (2)特種加工 電火花成型加工、電火花線切割加工、超聲波加工、激光加工、化學(xué)加工等。n

12、特種加工是有別于傳統(tǒng)機(jī)械加工的加工方法，因?yàn)樗皇怯昧M(jìn)行加工的，所以不要求工具的硬度大于工件的硬度。它是直接利用電能、聲能、光能、化學(xué)能等來(lái)去除工件上的余量，以達(dá)到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法。四、本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求四、本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求n 本課程是模具專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課。n 在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)修完了“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程，并開(kāi)始學(xué)習(xí)“冷沖壓與塑料成型機(jī)械”、“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)”、“塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)”等有關(guān)課程，對(duì)模具設(shè)計(jì)已有初步的了解。n 由于模具設(shè)計(jì)與制造工藝之間有著密切的關(guān)系，作為一個(gè)模具設(shè)計(jì)人員如果不熟悉模具制造工藝知識(shí)，甚至連自己設(shè)計(jì)出來(lái)的模具都不知道

13、應(yīng)該用什么方法制造，那么不管其設(shè)計(jì)的模具功能多全，精度多高，我們?nèi)匀徊豢梢哉f(shuō)這是一副好的模具，因?yàn)樗O(shè)計(jì)的模具未必是合理的，可能不僅工藝性和經(jīng)濟(jì)性很差，甚至無(wú)法加工。 因此，作為模具設(shè)計(jì)人員，在掌握設(shè)計(jì)知識(shí)后還必須熟悉模具制造方面的工藝知識(shí)，只有這樣才能避免理論脫離實(shí)際，也只有這樣，才能成為一個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)師，即“一個(gè)好的設(shè)計(jì)師首先必須是一個(gè)好的工藝師”。 本課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握模具設(shè)計(jì)與制造必備的工藝知識(shí)，提高合理設(shè)計(jì)模具的能力。 由于工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和金屬成型新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)模具制造技術(shù)的要求越來(lái)越高，使之趨于復(fù)雜化和多樣化。模具的制造方法已不再是過(guò)去的手工作業(yè)和傳統(tǒng)的一般機(jī)械加工，而是廣泛采用電火花成