華航HKHT外殼體沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維UG+文檔】
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文 獻(xiàn) 綜 述
前言
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志,因?yàn)槟>咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和開(kāi)發(fā)能力。隨著我國(guó)加入WTO,我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前全世界的模具年產(chǎn)值在650億美元左右,我國(guó)的模具年產(chǎn)值為40億美元左右,據(jù)估計(jì)到2005年我國(guó)模具產(chǎn)值將達(dá)到460億人民幣。目前我國(guó)一般模具的30%,中高檔模具的一半以上還依賴進(jìn)口(其中注塑模占有很大的比例)。由此可見(jiàn),模具(特別是注塑模具)制造業(yè)的落后在某種程度上已經(jīng)成為阻滯我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸所在[11]。開(kāi)發(fā)和引進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)是改變我國(guó)注塑模具制造業(yè)相對(duì)落后和市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)的重要途徑。隨著工業(yè)國(guó)家或地區(qū)將制造業(yè)紛紛轉(zhuǎn)移到我國(guó),大批海外企業(yè)涌人,使我國(guó)模具行業(yè)迎來(lái)發(fā)展的良好機(jī)遇。在技術(shù)方面,我國(guó)模具的精密度、復(fù)雜程度和壽命都有很大提高。
此外模具總的發(fā)展趨勢(shì)是:高效化、精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、集成化和全球化。模具產(chǎn)品要達(dá)到:功能(Function)、交貨期(Timetomarket)、質(zhì)量(Quality)、價(jià)格(Cost)、和服務(wù)(Service)均優(yōu)良,即FTQCS五要素缺一不可。
1 模具在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用
模具是成形金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等制件的基礎(chǔ)工藝裝備,是工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)展和實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工技術(shù)不可缺少的工具。如汽車、電器、電機(jī)、儀器儀表、電子等行業(yè)有60%~80%的零件需要模具加工,輕工日用品的生產(chǎn)需要模具更多,螺釘、螺母、墊圈等標(biāo)準(zhǔn)件,沒(méi)有模具就無(wú)法大量生產(chǎn)。因此,模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的主要生產(chǎn)裝備。模具是一種高效率的工藝裝備,用模具進(jìn)行各種材料成形,可實(shí)現(xiàn)高速度的大批量生產(chǎn)并能保證制件的質(zhì)量、節(jié)約原材料。因此,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,模具的應(yīng)用日益廣泛,是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高,在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。模具工業(yè)的水平和發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)被認(rèn)為是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一[1]。
2 模具制造
1.模具生產(chǎn)的特點(diǎn)[1]
模具是工業(yè)生產(chǎn)的主要裝備之一。一套模具制出后,可通過(guò)它生產(chǎn)數(shù)十萬(wàn)件制件或零件,但對(duì)于模具本身的制造只能是單件生產(chǎn),主要生產(chǎn)工藝特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:
1.1模具零件的毛胚制造一般采用木模、手工造型、砂型鑄造或自由鍛造加工而成,其毛胚精度較低,加工余量較大。
1.2模具零件除采用普通機(jī)床,如車床、萬(wàn)能銑床、內(nèi)外圓磨床、平面磨床加工外,還需要采用高效、精密的專用加工設(shè)備和機(jī)床加工,如電火花穿孔機(jī)床、線切割加工機(jī)床、成型磨床、電解加工機(jī)床等。
1.3模具零件的加工,一般多采用通用夾具,由劃線和試切法來(lái)保證尺寸精度,為了降低成本,很少采用專用夾具加工。
1.4一般模具廣泛采用配合加工方法,對(duì)于精密模具應(yīng)考慮易損零件的互換性。
1.5模具生產(chǎn)專業(yè)廠一般都實(shí)現(xiàn)了零部件和工業(yè)技術(shù)及其管理的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化,把單件生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)。
2.模具材料的選用
沖壓鍛模具各項(xiàng)性能要求有時(shí)是相互矛盾的,一般硬度越高,耐磨性就越高。在同樣的硬度下,鋼材含碳量越高,耐磨性就越高。熱穩(wěn)定性與加入合金元素的種類及數(shù)量有關(guān),只有在高合金含量的情況下,才能達(dá)到我們要求的抗軟化能力。韌性則與前二者相反。碳化物中合金元素增加,鋼材變脆。這樣就形成耐磨性與韌性之間以及穩(wěn)定性和韌性之間的兩對(duì)基本矛盾。在選擇模具材料時(shí),要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)鋼材的淬透性。要按照模具截面的大小,選擇合適的淬透性。鋼材模具除了表面具有足夠的硬度外,心部也要具備足夠的強(qiáng)度。大型模具采用淬透性差的鋼材時(shí),表面淬硬層下與心部若不能獲得馬氏體淬火組織,在回火時(shí)就能得到高的強(qiáng)度和韌性。形狀簡(jiǎn)單的小模具也常用淬透性較高的結(jié)構(gòu)鋼制造,這是為了淬火后能獲得均勻的應(yīng)力狀態(tài)。
(2)材料強(qiáng)度和韌度要有良好配合。許多模具要受載荷沖擊力如冷沖壓模,除了要求鋼材具有較高的強(qiáng)度外,還要有足夠的韌性。高碳鋼中含V就有這種優(yōu)異性能。采用水淬方式,可獲得一定深層淬火硬度,而心部仍保持韌性組織。由于淬火硬度中形成壓力,使抗疲勞性能有所提高,適當(dāng)淬火降低鋼的含碳量,就可以提高淬火模具心部的韌性。
(3)防止開(kāi)裂和變形。不宜用淬透性差的鋼材。一些含碳量高的合金元素的鋼材,由于淬透性很好,可以采用比較緩和的淬火冷卻以避免開(kāi)裂和減少變形。
(4)耐磨性和耐腐蝕性。具有均勻韌性組織的鋼材,耐磨性能一般都不高,韌性組織上布滿的硬質(zhì)碳化物粒子才能提高它的耐磨性,如Cr12、Cr12MoV等可做冷作模具[9]。
國(guó)內(nèi)模具鋼近期發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)在下列幾個(gè)方面:
2.1提高冶金質(zhì)量,增加品種規(guī)格,壞料制品化、精品化:采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),采用先進(jìn)的冶金方法和工藝,如爐外精煉,電渣重熔,真空處理,多向鍛軋,精鍛、精軋,生產(chǎn)純凈度的優(yōu)質(zhì)鋼材;增加生產(chǎn)高均勻性、高等向性的模塊、扁鋼、方鋼、板材等。
2.2 研制、推廣應(yīng)用新型模具鋼:鑒于新型模具鋼能大幅度提高模具使用壽命,能解決模具設(shè)計(jì)、制造、使用、修復(fù)中的生產(chǎn)和技術(shù)難題,能獲得巨大綜合效益,應(yīng)大力推廣應(yīng)用新型模具鋼,可望新型模具鋼應(yīng)用量逐年增加。同時(shí)也要重視老鋼種的使用,通過(guò)合理選材,采用新工藝,揚(yáng)長(zhǎng)避短,發(fā)揮其更大效用。
2.3 建立模具選材用材專家系統(tǒng):隨著產(chǎn)品品種多樣化,模具工況條件復(fù)雜化,合理選材用材更顯重要和迫切。已有的研究工作積累了大量數(shù)據(jù)資料,在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充完善鋼種性能數(shù)據(jù),總結(jié)國(guó)內(nèi)外在模具材料技術(shù)領(lǐng)域的最新成果和經(jīng)驗(yàn),借助日益廣泛普及應(yīng)用的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),建立具有指導(dǎo)性強(qiáng)、先進(jìn)、可靠、實(shí)用的模具鋼選材用材專家系統(tǒng)勢(shì)在必行。
2.4 建立塑料模具鋼系列:我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展很快,塑料制品廣泛用于農(nóng)業(yè)、機(jī)械、化工、建筑、玩具、日用品、汽車、燈具,家用電器等,需求量大,質(zhì)量要求高,與之相應(yīng),塑料模具鋼需求量急速增加,對(duì)鋼的使用性能、工藝性能也提出了更高要求。但目前塑料模具選材比較混亂,無(wú)章可循,隨意性大,影響了模具使用壽命,也影響了塑料制品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,急需通過(guò)研制、引進(jìn)、補(bǔ)充完善鋼種,建立適合我國(guó)的塑料模具鋼系列,使塑料模具鋼冶煉、質(zhì)量控制、供貨、選材、加工和使用水平上一個(gè)新的臺(tái)階。
2.5加強(qiáng)表面處理技術(shù)的應(yīng)用:表面處理能在保持模具心部原有成分和性能的基礎(chǔ)上,賦予模具表面特殊使用性能(主要是耐磨性、耐蝕性等),大幅度提高模具使用壽命,拓寬了模具鋼應(yīng)用范圍,還可以價(jià)格低的模具鋼取代價(jià)格高的模具鋼,因此有廣闊應(yīng)用前景,受到世界各國(guó)的重視。我國(guó)應(yīng)大力加強(qiáng)表面處理基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究,采用先進(jìn)設(shè)備和技術(shù),以期多種類、高質(zhì)量的表面處理在模具上廣泛應(yīng)用。
3.快速模具制造技術(shù)
隨著多品種小批量時(shí)代的逐步來(lái)臨和企業(yè)要求模具能保證新產(chǎn)品快速占領(lǐng)市場(chǎng),開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具越來(lái)越引起人們的重視,例如用環(huán)氧聚脂或其中混入金屬、陶瓷、玻璃等增強(qiáng)材料制作的快速軟模,可用于上百件注塑成形以及汽車覆蓋件試制。其主要特點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、價(jià)格便宜。但由于材料的導(dǎo)熱性和機(jī)械性能不高,這種模具難以用于快頻率的批量注塑成形以及金屬拉延件批量成形。水泥、陶瓷制作的汽車覆蓋件模具還有待進(jìn)一步改善。相比之下,由于金屬材料具有優(yōu)良的綜合性能,金屬模具低成本快速制造成為RPN技術(shù)的努力目標(biāo)。世界先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家的RPM技術(shù)在經(jīng)歷了模型與零件試制、快速軟模制造階段后,目前正向快速硬模即金屬模具制造(RMT)方向發(fā)展,RMT已成為國(guó)際RPN技術(shù)應(yīng)用研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
3.1間接制模法:在直接制模法尚不成熟的情況下,目前具有競(jìng)爭(zhēng)力的RMT技術(shù)主要是粉末燒結(jié)、電鑄、鑄造和熔射等間接制模法。
在我國(guó),關(guān)于金屬模具間接快速制造技術(shù)的研究受到高度重視,清華大學(xué)、華中理工大學(xué)在鑄造模方面取得了許多研究成果;上海交大用精密鑄造法快速翻制出汽車輪胎等金屬模具。
上述各種間接法都具有快速經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。但相比之下,鑄造法和粉末燒結(jié)法尺寸變化大,制模精度不高。電鑄復(fù)制精度雖高,但制模時(shí)間長(zhǎng)、受電鑄材料種類限制且需處理廢液污染。熔射法具有模具材料種類和制模尺寸規(guī)格限制小、復(fù)制精度高等優(yōu)點(diǎn)。與直接法相比,間接法目前雖在實(shí)用化方面占有優(yōu)勢(shì),但由于中間工序較多且受材料性質(zhì)和制造環(huán)境溫度的影響,導(dǎo)致精度控制難度大。因此,開(kāi)發(fā)尺寸穩(wěn)定性好的制模材料及少工序間接制模法、實(shí)現(xiàn)工作環(huán)境的安定化是提高精度的關(guān)鍵,同時(shí)必須加快開(kāi)發(fā)短流程直接制造金屬模具的方法。
3.2直接制模法:直接法尤其是直接快速制造金屬模具方法在縮短制造周期、節(jié)能省資源、發(fā)揮材料性能、提高精度、降低成本方面具有很大潛力,從而受到高度關(guān)注。目前的DRMT技術(shù)研究和應(yīng)用的關(guān)鍵在于如何提高模具的表面精度和制造效率以及保證其綜合性能質(zhì)量,從而直接快速制造耐久、高精度和表面質(zhì)量能滿足工業(yè)化批量生產(chǎn)條件的金屬模具。目前已出現(xiàn)的DRMT方法主要有:以激光為熱源的選擇性激光燒結(jié)法和激光生成法;以等離子電弧等為熱源的熔積法;噴射成形的三維打印法。
然而,上述方法都是基于堆積成形的原理,不可避免要產(chǎn)生側(cè)表面階梯效應(yīng),致使精度低、表面質(zhì)量差,且存在綜合力學(xué)性能不高等方面的問(wèn)題,目前尚多用于金屬零件的制造。但現(xiàn)有RPMT技術(shù)尚不能直接快速制造能滿足工業(yè)化批量生產(chǎn)要求的高精度、高性能、高表面質(zhì)量的復(fù)雜形狀金屬模具。因此,要解決直接快速制造復(fù)雜形狀金屬模具的精度、表面質(zhì)量和綜合力學(xué)性能的問(wèn)題,有必要探索新的直接快速精細(xì)制模方法。
3 結(jié)束語(yǔ)
目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快,但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上,與德國(guó)、美國(guó)、日本的發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢(shì)下,隨著資本、技術(shù)和勞動(dòng)力市場(chǎng)的重新整合,我國(guó)裝備制造業(yè)在加入WTO以后,將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中,無(wú)論哪一行業(yè)的工程裝備,都越來(lái)越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求,模具工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來(lái)加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,滿足各行各業(yè)對(duì)模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求,以實(shí)現(xiàn)我國(guó)模具工業(yè)的跨越式發(fā)展。
中國(guó)沖壓模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率之外,今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高。由企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展,向進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的改進(jìn),中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)、多功能復(fù)合模具和復(fù)合加工及激光技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展。
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