模具數(shù)字化制造技術相關知識培訓

3.6模具數(shù)字化制造技術3.6.1模具的高速切削加工技術3.6.2大面積電子束的模具精加工技術3.6.3基于逆向工程的模具AD/CAM/DNC技術3.6.4快速模具制造技術及其應用3.6.5模具設計和加工技術的發(fā)展方向3.6.1模具的高速切削加工技術（1）高速切削加工技術的特點加（2）工模具的高速切削機床（3）高速切削模具的刀具技術（4）高速切削模具的工藝技術（1）高速切削加工技術的特點 高速切削加工模具是利用機床的高轉速和高進給速度,以切削方式完成模具的多個生產(chǎn)工序。高速切削加工模具的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： ①高速切削粗加工和半精加工,大大提高金屬切除率。 ②采用高速切削機床、刀具和工藝,可加工淬硬材料。對于小型模具,在材料熱處理后,粗、精加工可以在一次裝夾中完成;對于大型模具,在熱處理前粗加工和半精加工,熱處理淬硬后精加工。 ③高速高精度硬切削代替光整加工,減少大量耗時的手工修磨,比電火花加工提高效率50%。④硬切削加工最后成型表面,提高表面質量、形狀精度(不僅表面粗糙度低,而且表面光亮度高),用于復雜曲面的模具加工更具優(yōu)勢。⑤避免了電火花和磨削產(chǎn)生的脫碳、燒傷和微裂紋現(xiàn)象,大大減少了模具精加工后的表面損傷,提高模具壽命20%。⑥工件發(fā)熱少、切削力減小,熱變形小,結合CAD/CAM技術用于快速加工電極,特別是形狀復雜、薄壁類易變形的電極。高速精加工的高表面質量模具形狀復雜、薄壁類易變形的電極（2）工模具的高速切削機床(1)要求機床主軸功率大、轉速高,滿足粗、精加工。精加工模具要用小直徑刀具,主軸轉速達到15000～20000rmp以上。主軸轉速在10000rpm以下的機床可以進行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生產(chǎn)中同時滿足粗、精加工,則所選機床最好具有兩種轉速的主軸,或兩種規(guī)格的電主軸。(2)機床快速進給對快速空行程要求不太高。但要具有比較高的加工進給速度(30～60m/min)和高加減速度。(3)具有良好的高速、高精度控制系統(tǒng),并具有高精度插補、輪廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。(4)選用與高速機床配套的CAD/CAM軟件,特別是用于高速切削模具的軟件。（3）高速切削模具的刀具技術高速切削加工需配備適宜的刀具。硬質合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具的應用使得刀具同時兼具高硬度的刃部和高韌性的基體成為可能,促進了高速加工的發(fā)展。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的硬度可達3500～4500HV,聚晶金剛石(PCD)硬度可達6000～10000HV。近年來,德國SCS、日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具,不僅有高速切削普通結構鋼的刀具,還有直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。一般來說,要求刀具以及刀夾的加速度達到3g以上時,刀具的徑向跳動要小于0.015mm,而刀的長度不大于刀具直徑的4倍。據(jù)SANDVIK公司的實際統(tǒng)計,在使用碳氮化鈦(TICN)涂層的整體硬質合金立銑刀(58HRC)進行高速銑削時,粗加工刀具線速度約為100m/min,而精加工和超精加工時,線速度超過了280m/min。據(jù)國內高速精加工模具的經(jīng)驗,采用小直徑球頭銑刀進行模具精加工時,線速度超過了400m/min。這對刀具材料(包括硬度、韌性、紅硬性)、刀具形狀(包括排屑性能、表面精度、動平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。因此,在高速硬切削精加工模具時,不僅要選擇高速度的機床,而且必須合理選用刀具和切削工藝。在高速加工模具時,要重點注意以下幾個方面:①根據(jù)不同的加工對象,合理選擇硬質合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結層刀具。②采用小直徑球頭銑刀進行模具表面精加工,通常精加工刀具直徑<10mm。根據(jù)被加工材料以及硬度,所選擇的刀具直徑也不同。在刀具材料的選用方面,TiAIN超細晶粒硬質合金涂層刀具潤滑條件好,在切削模具鋼時,具有比TiCN硬質合金涂層刀具更好的抗磨損性能。③選擇合適的刀具參數(shù),如負前角等。高速加工刀具要求比普通加工時抗沖擊韌性更高、抗熱沖擊能力更強。④采取多種方法提高刀具壽命,如合適的進給量、進刀方式、潤滑方式等,以降低刀具成本。⑤采用高速刀柄。目前應用最多的是HSK刀柄和熱壓裝夾刀具,同時應注意刀具裝夾后主軸系統(tǒng)的整體動平衡。（4））高速速切削削模具具的工工藝技技術高速加加工模模具工工藝處處理應應該遵遵循以以下原原則:①采用用小直直徑刀刀具精精加工工時,切削削速度度隨著著材料料硬度度的增增加而而降低低。②保持持相對對平穩(wěn)穩(wěn)的進進給量量和進進給速速度,切削削載荷荷連續(xù)續(xù),減減少突突變,緩進進緩退退。避避免直直接垂垂直向向下進進刀而而導致致崩刃刃:斜斜線軌軌跡進進刀的的銑削削力逐逐漸加加大,對刀刀具和和主軸軸的沖沖擊小小,可可明顯顯減少少崩刃刃;螺螺旋式式軌跡跡進刀刀切入入,更更適合合型腔腔模具具的高高速加加工。。③小進進給量量、小小刀紋紋切削削。通通常進進給量量小于于銑刀刀直徑徑10%,進給給寬度度小于于銑刀刀直徑徑40%。。④保留留均勻勻精加加工余余量。。⑤保持持單刃刃切削削。內拐角角以圓圓弧過過渡螺旋線線進給給切削削直線斜斜向進進給切切入螺旋線線進給給切入入螺旋線線進給給加工工平面面高速銑銑削加加工孔孔在等平平面上上加工工輪廓廓以螺旋旋線或或擺線線路徑徑進給給加工工槽大面積積電子子束的的模具具精加加工技技術（1））電子子束鏡鏡面加加工裝裝置的的規(guī)格格（2））加工工特性性（1））電子子束鏡鏡面加加工裝裝置的的規(guī)格格（2)加工工特性性照射前前后表表面粗粗糙度度的比比較電子束束的去去除量量不同加加工面面對電電子束束照射射表面面層的的影響響鹽水噴噴霧試試驗電子束束鏡面面加工工裝置置表面面精加加工特特性電子束束照射射能降降低表表面粗粗糙度度值。。電子束束照射射只是是在最最表面面層上上進行行均勻勻地地予以以去除除。電子束束照射射能使使表面面生成成非晶晶化層層。電子束束照射射能大大幅度度提高高耐蝕蝕性。。電子束束照射射能增增強防防水性性。電子束束照射射能在在模具具精加加工中中實現(xiàn)現(xiàn)新的的、高高效率率無需需手工工拋光光工序序。3.6.3基基于逆逆向工工程的的模具具CAD/CAM/DNC技技術數(shù)字化化CAD/CAM/DNC逆逆向工工程一一般可可分為為5個個階段段:(1)零件件原型型的數(shù)數(shù)字化化,通通常采采用三三坐標標測量量機或或激光光掃描描等測測量裝裝置來來獲取取零件件原型型表面面點的的三維維坐標標值。。(2)從測測量數(shù)數(shù)據(jù)中中提取取零件件原型型的幾幾何特特征,按按測量量數(shù)據(jù)據(jù)的幾幾何屬屬性對對其進進行分分割,采用用幾何何特征征匹配配與識識別的的方法法來獲獲取零零件原原型所所具有有的設設計與與加工工特征征。(3)零件件原型型CAD模模型的的重建建,將將分割割后的的三維維數(shù)據(jù)據(jù)在CAD系統(tǒng)統(tǒng)中分分別做做表面面模型型的擬擬合,并通通過各各表面面片的的求交交與拼拼接獲獲取零零件原原型表表面的的CAD模模型。。(4)重建建CAD模模型的的檢驗驗與修修正,采用用根據(jù)據(jù)獲得得的CAD模型型重新新測量量和加加工出出樣品品的方方法來來檢驗驗重建建的CAD模型型是否否滿足足精度度或其其它試試驗性性能指指標的的要求求,對對不滿滿足要要求者者重復復以上上過程程,直直至達達到零零件的的設計計要求求。(5)在建建立模模具全全數(shù)字字化三三維模模型的的基礎礎上,實現(xiàn)現(xiàn)模具具型腔腔的數(shù)數(shù)控加加工。。基于逆逆向工工程的的CAD/CAM/DNC一一體化化環(huán)境境應用流流程在模具具CAD/CAM/DNC一一體化化集成成環(huán)境境的支支持下下,進進行復復雜模模具計計算機機輔助助設計計與數(shù)數(shù)控加加工(CAD/CAM/DNC)的的基本本流程程如下下:(1)根據(jù)據(jù)加工工模具具的結結構形形狀及及設計計要求求,利利用Pro/E軟件件的三三維造造型(實體體和曲曲面)設計計建立立完整整、準準確的的模具具三維維實體體(曲曲面)模型型。(2)在模模具三三維主主模型型的基基礎上上,利利用MasterCAM軟件件的加加工模模塊擬擬定模模具加加工工工藝(粗、、精加加工),選選擇相相應的的加工工參數(shù)數(shù)及有有關選選項。。(3)生成成模具具數(shù)控控加工工的刀刀位文文件。。(4)利用用MasterCAM軟軟件進進行數(shù)數(shù)控加加工的的實體體加工工仿真真模擬擬,檢檢查刀刀位文文件的的合理理性及及有效效性,以代代替實實際試試切過過程。。(5)根據(jù)據(jù)具體體加工工機床床進行行刀位位文件件的后后處理理,生生成成該機機床的的數(shù)控控加工工指令令(加加工代代碼)。(6)將模模具的的數(shù)控控加工工代碼碼,采采用DNC方式式,控控制數(shù)數(shù)控機機床(加工工中心心)的的在線線加工工。應用流流程電話機機外殼殼特征征曲線線電話機機外殼殼造型型型腔板板和型型芯模具型型腔的的實體體加工工仿真真模擬擬3.6.4快速速模具具制造造技術術及其其應用用(1)樹脂脂模具具(2)低熔熔點合合金模模具(3)硅橡橡膠模模具(4)其他他快速速制模模技術術(1)樹脂脂模具具在航空空及汽汽車工工業(yè)中中，應應用環(huán)環(huán)氧樹樹脂及及聚氨氨酯系系列制制作模模具與與鋼模模相比比有很很多突突出優(yōu)優(yōu)點：：只需需很少少設備備及幾幾分之之一的的時間間；重重量輕輕，而而且具具有非非常好好的機機械及及熱學學性能能、很很好的的尺寸寸穩(wěn)定定性、、高強強度和和高耐耐腐蝕蝕性。。制作樹脂模具具的基本方法法拉延模凹模壓邊圈凸模汽車覆蓋件樹樹脂模具（2）低低熔點合金模模具用于快速制模模的材料有鉍鉍錫合金、鋅鋅基合金。用用低熔點合金金材料快速制制作轎車大型型覆蓋件模具具的優(yōu)點有：：1）設計制作作時間短，鑄鑄后型腔一般般無須再機械械加工和鉗工工研磨，對于于大面積凹面面、曲面的修修整較為方便便，模具的工工作部分無須須熱處理，因因而制作周期期只有鋼模的的1/7；2）成本低只只有鋼模的1/10，失失效后可重新新熔化再制，，是一種綠色色材料；3）具有抗粘粘結性和自潤潤滑性能，因因而用于覆蓋蓋件的沖壓成成形時不會損損傷制件；4）其不僅可可用于成形、、拉伸和彎曲曲模，還可采采用在適當部部位鑲鋼的方方法，制成沖沖裁模和切邊邊模。金屬薄板成形件低熔點合金上模架加熱管低熔點合金模模制作方法之之一1首先先在金屬薄板板成形件上，，適量地鉆?2.5~??3mm的工藝孔，用于液態(tài)金屬屬流入；2用加熱熱管加熱低熔熔點合金，經(jīng)經(jīng)2小時，溫度上上升至150℃合金充分熔化；3啟動壓壓機，使上模模架與金屬薄薄板成形件一起緩緩慢下降壓入入液態(tài)金屬中，低熔點點合金從工藝藝孔流入金屬薄板成形形件，充滿后后停止加熱，讓金屬冷冷卻；43小小時后，溫度度下降到65℃以下時，啟動壓壓機拔出凸模模。對凸凹模稍加修修整，一套低低熔點合金模即制作作完成。新車型的快速速小批量生產(chǎn)產(chǎn)解決方案計算機三維設設計成形加工成形原型件用低熔點合金金或樹脂制作凸凸凹模制作模具小批量生產(chǎn)(3)硅橡膠膠模具在新產(chǎn)品開發(fā)發(fā)過程中，利利用LOM技技術加工原型型件，通過真真空注塑機制制造硅橡膠模模具，可用于于試制少量新新產(chǎn)品。其過過程如下：LOM原型經(jīng)經(jīng)過表面處理理，可作為硅硅橡膠模具的的母樣，在真真空注型機中中制成硅橡膠膠軟模。用硅硅橡膠軟模，，在真空注型型機中可以澆澆注出高分子子材料制件，，供新產(chǎn)品試試制使用。汽車燈具LOM原型件、硅橡橡膠軟模及高分子材料料制件圖8HZ型真空注型設設備（4）其他快速制模技術術A.采用薄材疊層層制件與轉移移涂料技術制制作鑄件和鑄鑄造用金屬模模具薄材疊層制件件可代替木模模直接用于砂砂型鑄造。模具原型（左左）和鑄件（（右）電機薄材疊層層鑄造模型薄材疊層模型型及經(jīng)轉移涂涂料法鑄造的的金屬鑄造模模具B.用薄材疊層方方法制作鑄造造用汽化模薄材疊層原型件、汽化化模模具及金金屬零件C.制造石蠟件的的蠟模壓制石蠟原型型的模具3.6.5模模具設計和加加工技術的發(fā)發(fā)展方向模具設計技術術的發(fā)展方向向模具設計資料料庫和知識庫庫系統(tǒng)；模具工程規(guī)劃劃及方案設計計；模具材料和標標準件的合理理選用；模具剛性、強強度、流道及及冷卻通路的的設計；塑料模具成形形過程的各種種模擬