模具数字化制造技术

3.6模具数字化制造技术3.6.1模具的高速切削加工技术3.6.2大面积电子束的模具精加工技术3.6.3基于逆向工程的模具AD/CAM/DNC技术3.6.4快速模具制造技术及其应用3.6.5模具设计和加工技术的发展方向3.6.1模具的高速切削加工技术（1）高速切削加工技术的特点加（2）工模具的高速切削机床（3）高速切削模具的刀具技术（4）高速切削模具的工艺技术（1）高速切削加工技术的特点 高速切削加工模具是利用机床的高转速和高进给速度,以切削方式完成模具的多个生产工序。高速切削加工模具的优越性主要表现在以下几个方面： ①高速切削粗加工和半精加工,大大提高金属切除率。 ②采用高速切削机床、刀具和工艺,可加工淬硬材料。对于小型模具,在材料热处理后,粗、精加工可以在一次装夹中完成;对于大型模具,在热处理前粗加工和半精加工,热处理淬硬后精加工。 ③高速高精度硬切削代替光整加工,减少大量耗时的手工修磨,比电火花加工提高效率50%。④硬切削加工最后成型表面,提高表面质量、形状精度(不仅表面粗糙度低,而且表面光亮度高),用于复杂曲面的模具加工更具优势。⑤避免了电火花和磨削产生的脱碳、烧伤和微裂纹现象,大大减少了模具精加工后的表面损伤,提高模具寿命20%。⑥工件发热少、切削力减小,热变形小,结合CAD/CAM技术用于快速加工电极,特别是形状复杂、薄壁类易变形的电极。高速精加工的高表面质量模具形状复杂、薄壁类易变形的电极（2）工模具的高速切削机床(1)要求机床主轴功率大、转速高,满足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具,主轴转速达到15000～20000rmp以上。主轴转速在10000rpm以下的机床可以进行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加工,则所选机床最好具有两种转速的主轴,或两种规格的电主轴。(2)机床快速进给对快速空行程要求不太高。但要具有比较高的加工进给速度(30～60m/min)和高加减速度。(3)具有良好的高速、高精度控制系统,并具有高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。(4)选用与高速机床配套的CAD/CAM软件,特别是用于高速切削模具的软件。（3）高速切削模具的刀具技术高速切削加工需配备适宜的刀具。硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为可能,促进了高速加工的发展。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片的硬度可达3500～4500HV,聚晶金刚石(PCD)硬度可达6000～10000HV。近年来,德国SCS、日本三菱(神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名刀具公司先后推出各自的高速切削刀具,不仅有高速切削普通结构钢的刀具,还有直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。一般来说,要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以上时,刀具的径向跳动要小于0.015mm,而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实际统计,在使用碳氮化钛(TICN)涂层的整体硬质合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀具线速度约为100m/min,而精加工和超精加工时,线速度超过了280m/min。据国内高速精加工模具的经验,采用小直径球头铣刀进行模具精加工时,线速度超过了400m/min。这对刀具材料(包括硬度、韧性、红硬性)、刀具形状(包括排屑性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高的要求。因此,在高速硬切削精加工模具时,不仅要选择高速度的机床,而且必须合理选用刀具和切削工艺。在高速加工模具时,要重点注意以下几个方面:①根据不同的加工对象,合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工,通常精加工刀具直径<10mm。根据被加工材料以及硬度,所选择的刀具直径也不同。在刀具材料的选用方面,TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具润滑条件好,在切削模具钢时,具有比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损性能。③选择合适的刀具参数,如负前角等。高速加工刀具要求比普通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。④采取多种方法提高刀具寿命,如合适的进给量、进刀方式、润滑方式等,以降低刀具成本。⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具,同时应注意刀具装夹后主轴系统的整体动平衡。（4））高速速切削削模具具的工工艺技技术高速加加工模模具工工艺处处理应应该遵遵循以以下原原则:①采用用小直直径刀刀具精精加工工时,切削削速度度随着着材料料硬度度的增增加而而降低低。②保持持相对对平稳稳的进进给量量和进进给速速度,切削削载荷荷连续续,减减少突突变,缓进进缓退退。避避免直直接垂垂直向向下进进刀而而导致致崩刃刃:斜斜线轨轨迹进进刀的的铣削削力逐逐渐加加大,对刀刀具和和主轴轴的冲冲击小小,可可明显显减少少崩刃刃;螺螺旋式式轨迹迹进刀刀切入入,更更适合合型腔腔模具具的高高速加加工。。③小进进给量量、小小刀纹纹切削削。通通常进进给量量小于于铣刀刀直径径10%,进给给宽度度小于于铣刀刀直径径40%。。④保留留均匀匀精加加工余余量。。⑤保持持单刃刃切削削。内拐角角以圆圆弧过过渡螺旋线线进给给切削削直线斜斜向进进给切切入螺旋线线进给给切入入螺旋线线进给给加工工平面面高速铣铣削加加工孔孔在等平平面上上加工工轮廓廓以螺旋旋线或或摆线线路径径进给给加工工槽大面积积电子子束的的模具具精加加工技技术（1））电子子束镜镜面加加工装装置的的规格格（2））加工工特性性（1））电子子束镜镜面加加工装装置的的规格格（2)加工工特性性照射前前后表表面粗粗糙度度的比比较电子束束的去去除量量不同加加工面面对电电子束束照射射表面面层的的影响响盐水喷喷雾试试验电子束束镜面面加工工装置置表面面精加加工特特性电子束束照射射能降降低表表面粗粗糙度度值。。电子束束照射射只是是在最最表面面层上上进行行均匀匀地地予以以去除除。电子束束照射射能使使表面面生成成非晶晶化层层。电子束束照射射能大大幅度度提高高耐蚀蚀性。。电子束束照射射能增增强防防水性性。电子束束照射射能在在模具具精加加工中中实现现新的的、高高效率率无需需手工工抛光光工序序。3.6.3基基于逆逆向工工程的的模具具CAD/CAM/DNC技技术数字化化CAD/CAM/DNC逆逆向工工程一一般可可分为为5个个阶段段:(1)零件件原型型的数数字化化,通通常采采用三三坐标标测量量机或或激光光扫描描等测测量装装置来来获取取零件件原型型表面面点的的三维维坐标标值。。(2)从测测量数据中中提取零件件原型的几几何特征,按测量量数据的几几何属性对对其进行分分割,采用用几何特征征匹配与识识别的方法法来获取零零件原型所所具有的设设计与加工工特征。(3)零件件原型CAD模型的的重建,将将分割后的的三维数据据在CAD系统中分分别做表面面模型的拟拟合,并通通过各表面面片的求交交与拼接获获取零件原原型表面的的CAD模模型。(4)重建建CAD模模型的检验验与修正,采用根据据获得的CAD模型型重新测量量和加工出出样品的方方法来检验验重建的CAD模型型是否满足足精度或其其它试验性性能指标的的要求,对对不满足要要求者重复复以上过程程,直至达达到零件的的设计要求求。(5)在建建立模具全全数字化三三维模型的的基础上,实现模具具型腔的数数控加工。。基于逆向工工程的CAD/CAM/DNC一体化化环境应用流程在模具CAD/CAM/DNC一体化化集成环境境的支持下下,进行复复杂模具计计算机辅助助设计与数数控加工(CAD/CAM/DNC)的基本本流程如下下:(1)根据据加工模具具的结构形形状及设计计要求,利利用Pro/E软件件的三维造造型(实体体和曲面)设计建立立完整、准准确的模具具三维实体体(曲面)模型。(2)在模模具三维主主模型的基基础上,利利用MasterCAM软件件的加工模模块拟定模模具加工工工艺(粗、、精加工),选择相相应的加工工参数及有有关选项。。(3)生成成模具数控控加工的刀刀位文件。。(4)利用用MasterCAM软件进进行数控加加工的实体体加工仿真真模拟,检检查刀位文文件的合理理性及有效效性,以代代替实际试试切过程。。(5)根据据具体加工工机床进行行刀位文件件的后处理理,生成成该机床的的数控加工工指令(加加工代码)。(6)将模模具的数控控加工代码码,采用DNC方式式,控制数数控机床(加工中心心)的在线线加工。应用流程电话机外壳壳特征曲线线电话机外壳壳造型型腔板和型型芯模具型腔的的实体加工工仿真模拟拟3.6.4快速模具具制造技术术及其应用用(1)树脂脂模具(2)低熔熔点合金模模具(3)硅橡橡胶模具(4)其他他快速制模模技术(1)树脂脂模具在航空及汽汽车工业中中，应用环环氧树脂及及聚氨酯系系列制作模模具与钢模模相比有很很多突出优优点：只需需很少设备备及几分之之一的时间间；重量轻轻，而且具具有非常好好的机械及及热学性能能、很好的的尺寸稳定定性、高强强度和高耐耐腐蚀性。。制作树脂模模具的基本本方法拉延模凹模压边圈凸模汽车覆盖件件树脂模具具（2）低低熔点合合金模具用于快速制制模的材料料有铋锡合合金、锌基基合金。用用低熔点合合金材料快快速制作轿轿车大型覆覆盖件模具具的优点有有：1）设计制制作时间短短，铸后型型腔一般无无须再机械械加工和钳钳工研磨，，对于大面面积凹面、、曲面的修修整较为方方便，模具具的工作部部分无须热热处理，因因而制作周周期只有钢钢模的1/7；2）成本低低只有钢模模的1/10，失效效后可重新新熔化再制制，是一种种绿色材料料；3）具有抗抗粘结性和和自润滑性性能，因而而用于覆盖盖件的冲压压成形时不不会损伤制制件；4）其不仅仅可用于成成形、拉伸伸和弯曲模模，还可采采用在适当当部位镶钢钢的方法，，制成冲裁裁模和切边边模。金属薄板成形件低熔点合金上模架加热管低熔点合金金模制作方方法之一1首首先在金属属薄板成形形件上，适适量地钻Ø2.5~Ø3mm的工艺孔，，用于液态金金属流入；；2用加加热管加热热低熔点合合金，经2小时，温度度上升至150℃合金充分熔化；3启动动压机，使使上模架与与金属薄板板成形件一起起缓慢下降降压入液态态金属中，低熔熔点合金从从工艺孔流流入金属薄板成成形件，充充满后停止止加热，让金属属冷却；43小时后，，温度下降降到65℃以下时，启动动压机拔出出凸模。对对凸凹模稍加加修整，一一套低熔点点合金模即制制作完成。。新车型的快快速小批量量生产解决决方案计算机三维维设计成形加工成形原型件件用低熔点合合金或树脂制作作凸凹模制作模具小批量生产产(3)硅橡橡胶模具在新产品开开发过程中中，利用LOM技术术加工原型型件，通过过真空注塑塑机制造硅硅橡胶模具具，可用于于试制少量量新产品。。其过程如如下：LOM原型型经过表面面处理，可可作为硅橡橡胶模具的的母样，在在真空注型型机中制成成硅橡胶软软模。用硅硅橡胶软模模，在真空空注型机中中可以浇注注出高分子子材料制件件，供新产产品试制使使用。汽车灯具LOM原型件、硅硅橡胶软模模及高高分分子子材材料料制制件件图8HZ型真真空空注注型型设设备备（4））其其他他快速速制制模模技技术术A.采用用薄薄材材叠叠层层制制件件与与转转移移涂涂料料技技术术制制作作铸铸件件和和铸铸造造用用金金属属模模具具薄材材叠叠层层制制件件可可代代替替木木模模直直接接用用于于砂砂型型铸铸造造。。模具具原原型型（（左左））和和铸铸件件（（右右））电机机薄薄材材叠叠层层铸铸造造模模型型薄材材叠叠层层模模型型及及经经转转移移涂涂料料法法铸铸造造的的金金属属铸铸造造模模具具B.用薄薄材材叠叠层层方方法法制制作作铸铸造造用用汽汽化化模模薄材材叠叠层层原型型件件、、汽汽化化模模模模具具及及金金属属零零件件C.制造造石石蜡蜡件件的的蜡蜡模模压制制石石蜡蜡原原型型的的模模具具3.6.5模模具具设设计计和和加加工工技技术术的的发发展展方方向向模具具设设计计技技术术的的发发展展方方向向模具具设设计计资资料料库库和和知知识识库库系系统统；；模具具工工程程规规划划及及方方案案设设计计；；模具具材材料料和和标标准准件件的的合合理理选选用用；；模具具刚刚性性、、强强度度、、流流道道及及冷冷却却通通路路的的设设计计；；塑料料模模具具成成形形过过程程的的各各种种模模拟拟分分析析；；冲压压模模金金属属成成形形过过程程的的模模拟拟、、起起皱皱及及破破裂裂分分析析、、应应力力应应变变和和回回弹弹分分析析等等；；压铸铸模模压压铸铸件件成成形形流流动动模模拟拟、、热热传传导导及及凝凝固固分分析析等等；；锻模模锻锻件件成成形形过过程程模模拟拟及及金金属属流流动动和和填填充充分分析析等等；；提高高设设计计和和分分析析软软件件的的快快速速性性、、智智能能化化和和集集成成化化水水平平，，并并强强化化它它们们的的功功能能，，以以适适应应模模具具的的不不断断发发展展。。模具具加加工工技技术术的的发发展展方方向向高速速铣铣削削技技术术的的进进一一步步发发展展及及其其推推广广应应用用；；电火