模具制造技術的發(fā)展前景及對機床設備要求

當前，工業(yè)生產(chǎn)面臨產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈的挑戰(zhàn)，為降低成本，提高企業(yè)競爭力，主機廠對模具制造技術革新和機床設備工裝改造提出了新的要求。

熱流道模具

模具工業(yè)直接為高新技術產(chǎn)業(yè)化服務，其自身又大量采用高新技術。顯然，模具工業(yè)已成為高新技術產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，兩者之間互動頻繁，相輔相成。深圳市模具技術學會副秘書長羅百輝表示，衡量模具產(chǎn)品水平的高低，主要依據(jù)其制造精度、表面粗糙度、復雜程度、使用壽命和制造周期等。盡管目前，我國機床工具行業(yè)已能提供成套的高精度加工設備，但在加工和定位精度，加工表面粗糙度，機床剛性、穩(wěn)定性、可靠性，刀具和附件的配套性及精度保持性等方面，和國外相比仍有一定差距。

模具制造技術的發(fā)展趨勢

我國工業(yè)生產(chǎn)面臨產(chǎn)品種類多、更新快和市場競爭激烈的挑戰(zhàn)，模具制造必須滿足交貨期短、精度高、質(zhì)量好、價格低等要求。深圳市模具技術學會副秘書長羅百輝認為，當前我國模具技術發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面。

1.模具CAD/CAM/CAE技術全面普及

由於模具CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項較成熟的共性技術，近年來此項技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度。有條件的企業(yè)應積極做好此項技術的深化應用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPP→PDM→CIMS→VR，逐步深化和提高。

2.快速原型制造及相關技術獲得更好發(fā)展

快速原型制造（RPM）技術是集精密機械制造、計算機、NC技術、激光成形技術和材料科學最新發(fā)展的高科技技術。該技術可直接或間接用於模具制造，從模具的概念設計到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術與快速原型制造技術的結合，將是傳統(tǒng)快速制模技術進一步發(fā)展的方向。

3.高速銑削加工得到更廣泛應用

高速銑削加工與傳統(tǒng)切削加工相比，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。使用高速銑削，可縮短模具制造周期，降低成本。

4.模具高速掃描技術作用愈加顯著

模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)在逆向工程中發(fā)揮了更大作用。高速掃描機和模具掃模系統(tǒng)已在我國200多個模具廠點得到應用，取得良好效果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，在很大程度上縮短了模具的研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上。高速掃描機掃描速度最高可達3m/min。

5.電火花銑削加工技術將成發(fā)展趨勢

電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它采用高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造復雜的成型電板，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用，預計這一技術將進一步得到發(fā)展。

6.超精加工和復合加工應用前景可期

隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展，加工精度超過1μm的超精加工技術和集電、化學、超聲波、激光等技術綜合在一起的復合加工將大有用武之地。

7.熱流道技術開始推廣

由於采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。國外熱流道技術的發(fā)展很快，塑料模具已有一半用上了熱流道技術，有的廠甚至已達80%以上，效果十分明顯。國內(nèi)近幾年來已開始推廣應用，但總體還達不到10%，個別企業(yè)已達到30%左右。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道技術的關鍵。

8.氣體輔助注射技術和高壓注射成形等工藝進一步發(fā)展

氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝，它具有注射壓力低、制品翹曲變形小、表面質(zhì)量好以及易於成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點，可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。國外已比較成熟，國內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。

氣體輔助注射成形包括塑料熔體注射和氣體（一般均采用氮氣）注射成形兩部分，比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且氣體輔助注射常用於較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成形流動分析軟件，顯得十分重要。為了確保塑料件精度，將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成形工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具。

9.模具液壓成形技術進一步開拓應用

液壓成形工藝是模具漲形技術采用的一種工藝手段，過去在皮帶輪等類似產(chǎn)品上應用頗廣，現(xiàn)已拓展到汽車行業(yè)，用於零部件制造。該方法簡化了模具結構和減少了副數(shù)，克服了常規(guī)成形過程中材料嚴重變薄的狀況，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時大幅降低了生產(chǎn)成本。但由於成形工藝的限制，對某些沿縱軸截面彎曲變化大的構件尚不適用。另外，把成形介質(zhì)（高壓油）傳輸?shù)桨宀幕蚬芗g的引入問題，也尚未得到很好的解決。因此，有待進一步發(fā)展該工藝，以在更多領域得到開拓應用。

10.模具標準化程度不斷提高

我國模具標準化程度在不斷提高，估計目前模具標準件使用覆蓋率已達到35%左右國外發(fā)達國家一般約80%）。模具標準化工作必須進一步強化，模具標準化程度的提高必將利於模具標準件的生產(chǎn)和銷售。

11.優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術受到重視

在整個模具價格構成中，材料所占比重不大，一般在10%—30%之間。因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。

12.模具研磨拋光向自動化、智能化方向發(fā)展

模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響。因此，研究拋光的自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。此外，由於模具型腔形狀復雜，任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應注意發(fā)展特種研磨與拋光方法，如擠壓研磨、電化學拋光、超聲拋光以及復合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。

13.模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展

隨著各種新技術的迅速發(fā)展，國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng)。這也是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有如下特徵：多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。

14.微銑削技術將成為高速銑削的未來

微型系統(tǒng)、微型模具和微型銑削對於微型零件的大量生產(chǎn)都是新穎且令人激動的技術。微銑削（Micro-milling）使用非常小的刀具（直徑小於0.1mm）并能獲得非常小的曲面公差和高質(zhì)量的曲面精度，通用的NC軟件是不能達到這個精度的，所以制造商不得不面對以下巨大的挑戰(zhàn)：零件變形，復雜程度增加，必須以極高的精度加工微小特徵的工件，以及使用微米級的特殊刀具。微銑削是高速銑削的未來，精通微精模具的公司將會擁有更強競爭力。

虛擬技術

15.虛擬技術得到發(fā)展

計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使虛擬技術成為可能。虛擬技術可以形成虛擬空間環(huán)境，實現(xiàn)虛擬合作設計、制造，合作研究開發(fā)，及至建立虛擬企業(yè)。

16.汽車車身模具制造技術促進行業(yè)整體水平提升

隨著汽車朝著輕量化、高速、舒適、風格化發(fā)展，汽車車身模具要適應新型車身制造材料（如鋁合金、塑料等），向著大型化、復雜化和高精度方向發(fā)展。為了更好的與車身生產(chǎn)相結合，模具生產(chǎn)部門除了模具設計制造外，還必須同時搞好開發(fā)、協(xié)調(diào)車身設計、樣車制造、工藝設計等各個環(huán)節(jié)，模具企業(yè)整體素質(zhì)和綜合水平也因此得到提高。

工裝改造裝備高效優(yōu)質(zhì)模具

模具在制造業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、創(chuàng)新和生產(chǎn)中所具有的獨特的重要地位，使得模具制造能力和水平的高低成為國家創(chuàng)新能力的重要標志。模具制造裝備是否精良直接關系到模具技術水平的高低。模具裝備行業(yè)的發(fā)展促進了模具工業(yè)的進步，後者也對加工設備提出了更多要求。羅百輝指出，隨著模具制造更趨精細化，隨著高速、復合、智能、環(huán)保等成為當前世界機床制造的主流趨向，模具制造對裝備、工藝提出了更高要求。要求數(shù)控機床滿足高速、高動態(tài)精度、高剛性、熱穩(wěn)定性、高可靠性，網(wǎng)絡化以及與之配套的控制系統(tǒng)均有個性化的特點，各種先進軟件對機床整體運行實現(xiàn)開放性、兼容性。

當前機床設備制造企業(yè)圍繞以下幾方面進行了相應的工裝改造，滿足模具的精密化和自動化趨勢的發(fā)展要求。

1.機床大型化

模具成型零件的日漸大型化和零件的高生產(chǎn)率要求一模多腔，致使模具日趨大型化，大噸位的大型模具可達100噸，一模幾百腔、上千腔，要求模具加工設備具有大工作臺，同時加大Y軸Z軸行程，且具有大承重、高剛性，高一致性。

2.機床剛性高

模具加工的模具鋼材料硬度高，為了確保零件的加工精度和表面質(zhì)量，用於模具制造的高速機床必須有很高的動、靜剛度，以提高機床的定位精度、跟蹤精度和抗振能力。

3.突出復合加工性能

對復雜型腔和多功能復合模具，隨著制件形狀的復雜化，必須要提高模具的設計制造水平，多種溝槽、多種材質(zhì)在一套模具中成形或組裝成組件的多功能復合模具，就要求加工編程程序量大，具有高深孔腔綜合切削能力和高穩(wěn)定性，提高了加工難度。

為了達到對3D曲面的高精度、高速度和高穩(wěn)定性加工，多軸聯(lián)動，有良好的深孔腔綜合切削能力的機床采用了五軸聯(lián)動加工中心，除了三個坐標的直線運動外，還有兩個旋轉(zhuǎn)坐標的進給運動。銑頭或工作臺可以多軸聯(lián)動進行連續(xù)回轉(zhuǎn)進給，從而適用於加工具有復雜型腔曲面的模具零件。

復合加工是模具加工的發(fā)展方向之一。雖然加工中心已能將許多機加工工序復合在一臺機床上實現(xiàn)，但這仍不能完全適應模具加工，將機械加工與電、化學、超聲波等不同原理加工方法進行復合，兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點的復合加工在今後的模具制造中將有廣闊的應用前景。

4.具有高速銑削能力

模具加工的精細化使高轉(zhuǎn)速和大功率高速加工成為發(fā)展方向，高速銑削在模具加工中已顯示了極大優(yōu)越性。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次裝夾中完成，故主軸功率要大，中等尺寸模具銑床和加工中心的主軸功率常為10~40kW，有的甚至更高。高速銑削具有的可加工高硬材料、加工平穩(wěn)、切削力小、工件升溫變形小等諸多優(yōu)點，也使得模具企業(yè)對高速加工日益重視。

5.動態(tài)精度高安全環(huán)保

高動態(tài)精度。機床的高剛性、熱穩(wěn)定性、高可靠性、高動態(tài)精度以及高品質(zhì)的控制系統(tǒng)的配合實現(xiàn)了模具的三維曲面高精度加工。

加工技術與綠色產(chǎn)品技術的結合將在企業(yè)采購設備時納入考慮范圍內(nèi)。電加工機床的輻射、介質(zhì)選用將是安全、環(huán)保影響的因素，電火花銑削技術會在未來模具加工領域得到發(fā)展。

來源：價值中國 作者：羅百輝

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