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1 模具技术现状与发展趋势 2 主要内容 一 前言二 模具设计技术的发展方向三 模具加工技术的发展方向四 模具制造综合技术的发展方向五 模具材料及先进表面处理技术六 国内模具发展趋势结束语 3 一 前言 模具工业是国民经济的基础工业模具工业是衡量一个国家工业水平的重要标志模具工业是技术转化成果的基础 4 一些国家对模具工业的评价 在欧美等工业发达国家被称为 点铁成金 的 磁力工业 美国工业界认为 模具工业是美国工业的基石 德国则认为是所有工业中的 关键工业 日本模具协会也认为 模具是促进社会繁荣富裕的动力 5 近年来的世界模具市场 美国 日本 法国和瑞士等国每年出口的模具约占其模具总产值的l 3左右 日本模具产业年产值超过日本机床总产值 如今 世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业 6 我国模具工业 我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位 仅次于日本和美国 近年来 我国的模具工业一直以每年13 左右的增长速度快速发展 7 中国模具工业现状 精密加工设备还很少大型 精密 复杂和长寿命模具的产需矛盾十分突出许多先进的技术如CAD CAE CAM技术的普及率还不高 8 中国模具产业的进出口 近几年来 我国每年进口模具约占市场总量的20 左右 成为世界上最大的模具进口国其中塑料与橡胶模具占全部进口模具的50 以上 冲压模具占全部进口模具约40 中 高档模具进口比例占市场总量的40 以上 9 二 模具设计技术的发展方向 技术支持 模具设计资料库和知识库系统统一技术 模具及零件的标准件化在理论研究方面 要进一步探讨新型材料大弹塑性变形本构关系 表面摩擦特性等冲压模金属成形过程的模拟 缺陷预测 起皱 破裂 及回弹分析等 弹性 E 塑性 E1 10 压铸成形流动模拟 热传导及凝固分析等锻件成形过程模拟及金属流动和充填分析等模具刚性 强度 流道及冷却通路的设计计算机辅助工艺设计 CAPP 发展方向 续1 11 塑料模具塑料成形过程的各种模拟分析 如塑料充模 热传导 冷却 凝固 翘曲 收缩等模拟分析计算浇注系统及模腔的压力场 温度场 速度场分布等 澳大利亚Moldflow公司和美国AC Tech公司 发展方向 续2 12 三 模具加工技术的发展方向 模具加工方法主要有 精密铸造金属切削加工电火花加工电化学加工激光及其他高能波束加工复合加工数控和计算机技术的不断发展使它们在模具加工方法中得到了越来越广泛的应用 13 1 高速铣削 HSM 技术 铣削加工是型腔模具加工的重要手段高速数控加工是模具加工的前沿技术其关键技术之一就是采用先进的CAD CAM集成设计和制造系统 进行图形交互的自动数控编程 14 高速铣削优点 工件温升低热变形小 切削力小加工平稳 加工质量好加工效率高 为普通铣削加工的5 10倍 可加工硬材料 60HRC 等 15 高速铣削迅速发展的体现 高精度化 定位精度2 5 m 全程 加工精度2 5 m 所以高速铣削进入了精密切削领域 高速化 主轴转速40000 60000r min 切削进给速度1 6m min 快速进给速度30 40m min 换刀时间1 2s 从而加工效率提高了5 10倍实现硬材料 36 60HRC 的加工 16 高速铣削不足 对刀具提出了很高的要求采用与铣削材料相适应的特殊刀具材料 如新型刀具有金属陶瓷刀具 CBN具 PCD刀具 PCBN刀具 涂层硬质合金刀具等 适合于比较平坦的浅型腔加工 对深型腔加工有一定困难对于具有内清角的型腔模具 表面有花纹或图案的模具 具有深槽或窄缝的模具的加工也都存在一定困难 高速铣削机床造价高 17 高速铣削在国内的应用 在一定时间内 我国模具企业进口的高速加工机床主轴最高转速仍将以10000 20000r min为主 少数会达到40000r min左右 近年来我国模具制造业中的一些骨干重点企业先后进口了高速铣床和高速加工中心 它们已在模具加工中发挥了很好的作用 可以预计 我国模具企业将会越来越多地应用高速铣削技术 18 2 电火花加工技术 电火花加工 EDM 虽然已受到高速铣削的严峻挑战 但高速铣削不能完全替代之 在模具的复杂型面 深窄小型腔 尖角 窄缝 沟漕 深坑等处的加工 将是今后EDM应用的重点 但成本要比EDM高得多 对于60HRC以上的高硬材料 EDM要比HSM成本低 同时较之铣削加工 EDM更易实现自动化 19 电火花铣削加工技术 它是用高速旋转的简单的管状电极 应用CAD CAM技术作三维或二维轮廓加工 像数控铣一样 EDM铣削的最大特点是简化电极制造 不需要加工成形电极 可选用标准电极 在电极库中进行电极自动交换 AEC 用以补偿电极损耗 提高加工精度 在高精度微细加工方面 这种方式具有良好的前景 国外已在模具加工中应用使用这种技术 20 低速走丝数控电火花线切割机床 低速走丝数控电火花线切割机床 LWEDM 发展的水平已相当高 功能相当完善 自动化程度已达到无人看管运行的程度 其加工工艺水平也令人称道 最大切割速度已达300mm2 min 加工精度可达到 0 5 m 加工表面粗糙度Ra0 1 0 2 m 直径0 03 0 1mm细丝精密切割技术的开发 可实现凹 凸模一次切割完成 并可进行0 04mm的窄槽及半径0 02mm内圆角的切割加工 已能进行30 以上锥度的精密加工 21 混粉加工等镜面光亮加工技术 采用在普通煤油工作液中添加固体微细粉末的方法 来增大精加工的极间距离 减小电容效应 增大放电通道的分散性 从而可使排屑好 放电稳定 加工效率提高 并有效降低加工表面的粗糙度 使用混粉工作液还可在模具工件表面形成硬度较高的镀层 提高模具型腔表面的硬度和耐磨性 22 3 快速原型制造 RPM 快速成形 原型 制造技术RPM RapidPrototyping Manufacturing 是美国首先推出的 它是伴随着计算机技术 激光成形技术和新材料技术的发展而产生的 是一种全新的制造技术 被公认为是继NC技术之后的一次技术革命 RPM基于它是基于新颖的离散 堆积 即材料累加 成形思想 根据零件的三维计算机CAD模型 不借助任何加工工具 快速自动完成复杂的三维实体 模型 制造 而与零件的几何复杂程度丝毫无关 23 RPM方法与应用 应用RPM技术 从模具的概念设计到制造完成 仅为传统加工方法所需时间的l 3和成本的l 4左右 因而具有广阔的发展前景 国内的一些大企业集团 如海尔 春兰 科龙和华宝等公司已经运用激光快速成形于新产品开发等方面 并取得显著的经济效益RPM模具制造技术 由快速原型或其他实物模型复制金属模具的间接法 以及直接由RP系统无模制造金属模具的直接法两大类 24 直接快速模具制造 指利用不同类型的快速原型技术直接制造出模具本身 然后进行一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的机械性能 尺寸精度和表面粗糙度 目前能够直接制造金属模具的RP工艺包括 激光选区烧结 SLS 三维打印 3D P 形状沉积制造 SDM 三维焊接 3D Welding 等 25 间接快速模具制造 首先是通过立体光固化 SLA 叠层实体制造 LOM 激光选区烧结 SLS 三维打印 3D P 熔融沉积成形 FDM 等不同方法得到制件原型然后通过一些传统的快速制模RMT RapidManufacturingTooling 方法 主要有精密铸造 粉末冶金 电铸 表面沉积 旋转铸造 用热硬化橡胶做模具 和熔射 热喷涂 等方法 获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具 26 RPM的缺陷及发展趋势 两弱点限制了它的工业应用推广 不适合于大批量生产同时其所用材料基本上不属于工业产品所常用材料目前正向快速制造金属硬模RHMT RapidHardMetalTooling 尤其是铁系金属硬模方向发展 27 国内快速成型设备性能比较表 28 4 快速经济制模技术 RTM 缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一 快速经济制模技术RTM 或迅速模具制造RapidTooling Manufacuring 具有制模周期短 成本较低的特点 精度和寿命又能满足生产需求 是综合经济效益比较显著的模具制造技术 非常适用于新产品开发 样品试制 工艺验证或中 小批量生产的需要 故近几年在国内得到了迅速发展 29 RTM技术种类 挤压成形制模技术超塑成形制模技术 表面成形制模技术电弧喷徐成形制模技术电铸成形技术型腔表面精细花纹成形的蚀刻技术等模具毛坯快速制造技术干砂实型铸造负压实型铸造树脂砂实型铸造失蜡精铸等其它技术如快速换模技术冲压单元组合技术等 30 浇铸成形制模技术 秘锡合金制模技术锌合金制模技术树脂复合成形模具技术硅橡胶制模技术等 31 浇铸成形制模技术应用实例 一汽模具制造公司设计并制造了12套树脂模具 均为大型复杂内外覆盖件的拉深模具 用于全新小红旗轿车的改型试制 其主要特点是模具型面以CAD CAM加工的主模型为基难 采用高强度树脂浇注而成 凸 凹模间隙采用专用蜡片准确控制模具尺寸精度高 制造用期可缩短l 2 2 3 制造费用节省近千万元 32 5 超精 微细和复合加工技术 目前超精加工已可稳定达到亚微米级 纳米精度的超精加工技术也已被应用到生产中 国外已有用波长仅0 5nm的辐射波制造出纳米级塑料模具 复合加工是指在1台机床上进行2种或2种以上不同加工工艺的复合 以实现不同加工工艺的扬长避短作用 33 复合加工技术发展方向之一 铣削加工与激光加工复合技术 铣削加工 包括高速铣削加工 后 采用附加的激光头在型腔表面进行花纹 图案等雕刻或激光头按铣削加工的运动方式进行激光精加工 去掉型腔表面的铣削痕 据国外报道 已开发出这类复合加工机床 机床的激光头采用Q 5WITCHYAG激光器 功率100w 光束直径0 1 m 加工效率20m3 min 采用一层一层加工方法 每层加工5 m 最大加工深度为10mm 表面粗糙度只Ra值为1 3 m 34 复合加工技术发展方向之二 铣削加工与EDM复合技术 同铣削加工与激光加工复合相似 附加的EDM主轴头可进行型腔表面的花纹 图案加工及局部精密加工 与激光加工复合不同的是能进行局部深型腔加工 深槽窄缝等加工 并可实现数控系统共享 35 3 6模具研磨抛光技术 模具表面的质量对模具使用寿命 制件外观质量等方面均有较大的影响 但模具表面的光整加工是模具加工中至今未能很好解决的难题之一 德国66 日本 美国30 的模具采用自动抛光机抛光 抛光加工可达到镜面 生成轨迹的自动抛光机是抛光加工的发展方向 36 国内的镜面抛光技术 我国已进口了可实现三维曲面模具自动研抛的数控研磨机 仿人智能自动抛光技术也已有成果 但应用很少 预计会得到发展 目前国内可抛至Ra0 05 m的镜面 正在研究开发抛至Ra0 025 m的设备 国内对于透明度要求高的注塑模 如相机 CD VCD光盘等注塑模仍需依靠进口 37 镜面加工定义 把表面租糙度只Ra0 1 0 2 m的加工称为镜面加工电火花加工中的混粉EDM加工 可实现Ra0 1 0 2 m的大面积镜面加工磨削加工最好的表面租糙度可达到Ra0 04 m 达到了镜面加工要求 38 LWEDM镜面加工 主要方法为压缩放电时间 电流脉宽为ns级 并增大峰值电流 达几百A以上 使在放电加工时材料迅速汽化蚀除 这种方法不但避免了裂纹的产生 而且使表面粗极度达到Ra0 1 0 2 m 39 研磨与抛光复合方法 应注意发展特种研磨与抛光复合方法 以提高模具表面质量 挤压研磨电化学抛光超声抛光复合抛光 40 四模具制造综合技术的发展方向 传统的模具制造技术 主要是根据设计图纸 用仿型加工 成形磨削以及电火花加工方法来制造模具 而现代模具不同 它不仅形状与结构十分复杂 而且技术要求更高 用传统的模具制造方法显然难于制造 必须采用先进制造技术才能达到它的技术要求 41 传统模具与现代模具制造技术水平比较 42 模具制造综合技术的现状 国际上工业发达国家的模具业已广泛采用现代模具设计与制造技术 模具CAD CAE CAM集成化 三维设计制造技术模具激光快速成形 BPM 技术模具的精密成形技术模具的超精密加工技术模具成形过程动态模拟与仿真技术模具表面工程技术模具绿色制造技术等 43 1 模具CAD CAE CAM一体化技术 模具CAD CAE CAM技术是模具技术发展的一个里程碑 模具行业普及CAD CAM的条件已经成熟 今后必将有很快的发展 目前 世界上汽车的改型换代一般约需48个月 而美国仅需30个月 这主要得益于在模具业中应用了CAD CAE CAM和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件 模具CAD CAE CAM一体化及软件的宜人化 集成化 智能化 网络化将是今后的发展方向 44 美国参数技术公司PTC的集成化系统Pro EngineeringUnigraphicsSolutions公司开发的软件Unigraphic UG 美国SDRC公司开发的I DEAS以色列Cimatron公司的三维CAD CAM软件Cimatron法国达索Dassault公司开发的CATIA法国DATAVISION公司的集成化软件EUCLIB真正的Window软件SOLIDEGE美国CV公司软件CADDS5北京航空航天大学开发的CAD CAM软件CAXA CADEM大型软件 45 模具CADEM主要软件 澳大利亚Moldflow公司的注塑模CAE分析软件Moldflow 英国DELCAM公司的软件PowerSHAPE系统 是面向模具制造的模具总装设计专家系统 可自动为复杂注塑模 吹塑模创建模具结构及抽芯机构 自动产生分模面 加工信息被自动封装 并可直接输出到PowerMILL模块 自动产生加工程序 日本UmsYs株式会社推出的专用于塑料模设计和制造系统CADCEUS 该系统综合了从产品形状设计 模具设计到模具生产所需要的全部功能 重点放在三维设计与二维视图的关联 46 模具CADEM主要软件 日本造船信息系统株式会社的三维CAD CAM系统Space E中也增加了专用于注塑模的设计模块美国AC TECH公司的注塑模C MOLD德国公司开发的的铸造过程流动及凝固分析软件MAGMASOFT德国IKV研究所的CAD CAE软件CADMold华中科技大学模具技术国家重点实验室的注塑模CAD CAE CAM集成系统HSC3 1郑州工业大学注塑模CAE分析软件Z MOLD等 47 模具CADEM发展方向 2l世纪模具制造业的基本特征是高度集成化 智能化 柔性化 网络化 追求的目标是提高产品质量及生产效率 缩短设计周期及制造周期 降低生产成本 最大限度的提高模具制造业的应变能力 模具CAD CAE CAM正向集成化 三维化 智能化和网络化方向发展 48 集成化举例 国外 Cimatron软件系统括几何造型 模具专家 逆向工程 模架库 NC加工及产品数据管理系统美国SDRC公司集成化软件I DEAS在曲面设计 实体造型 仿真分析 制造 测试和并行工程等方面具有强大的功能 Delcom公司最近推出的集成化系统PowerSolution覆盖了几何建模 逆向工程 工业设计 工程制图 仿真分析 快速原型 数控编程 测量分析等方面 美国PTC的集成化系统Pro E将设计至生产全过程集成到一起 让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作 即实现所谓的并行工程 49 集成化举例 国内 上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD CAM系统北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD CAE CAM系统 其主要功能有板料冲压过程模拟 预示成形缺陷 压机速度分析 坯料形状优化和各向异性 回弹预测等 50 国内使用CADEM现状 国内一些大型模具企业 CAD CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD CAM系统和设备 但在其上进行的二次开发较少 资源利用率低 国内一些中小型模具企业 它们的CAD CAM应用很少 有些仅停留在以计算机代替图板绘图 国外的一些CAD CAM系统虽然功能强大 但价格昂贵 一般企业难以支付 而国内优秀的CAD CAM系统很少 51 三维化举例 国外 澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers Pro E UG和CATIA等软件具备参数化 基于特征 全相关等特点 从而使模具并行工程成为可能 以色列Cimatron公司的Moldexpert Delcam公司的Ps mold及日立造船的Space E mold均是3D专业注塑模设计软件 可进行交互式3D型腔 型芯设计 模架配置及典型结构设计 52 三维化举例 国内 些大的模具企业正大力推进模具CAD CAE CAM技术 如江南模塑公司 美的模具公司及海尔模具有限公司等在实现产品建摸与数控加工全三维化之后 正将模具结构设计逐步转化为全三维 实现从产品到编程的全三维化 做到设计过程的无图纸化 上海交通大学开发的塑性成形三维有限元仿真系统 北航海尔软件公司的CAXA三维电子图板2000和制造工程师2000能进行3D零件设计和NC加工 其特点是基于3D参数化特征设计 实现了实体 曲面和NC加工的协调 华中科技大学研制的同类软件HSC3D4 5F郑州工业大学的Z mold软件 53 模具软件的智能化举例 如Cimatrom公司的注塑模专家软件能 根据脱模方向自动产生分型线和分型面生成与制品相对应的型芯和型腔 实现模架零件的全相关自动产生零件明细表和供NC加工的钻孔表格能进行智能化加工参数设定 加工结果较验等 54 网络技术提供了可行的信息载体 为模具行业应用虚拟设计 敏捷制造技术实现异地设计和异地制造提供可能 由于CAD CAM技术日趋成熟 可应用于越来越大的项目 需要多人 多企业在多台计算机上协作完成 各地区可根据自己的设计水平及生产设备选择适合于自己设计及生产的零部件 通过Internet相互通信 协同设计 共同完成模具产品的设计与制造 这种网络化的动态制造体系 能够充分发挥各地区的资源优势 并能协调工作 各尽所长 达到设计生产的最优化配置 模具软件的网络化与协同化 55 2 精密测量及高速扫描数字化系统 随着模具日益精密 高效精密 复杂 大型模具的发展 对检测设备的要求越来越高 现在精密模具的精度已达2 3 m 数控加工过程中的在线激光测量不但有利于保证工件的加工质量 而且大大提高了NC机床的运转安全 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能 可大大缩短模具制造周期 56 精密测量举例 目前国内厂家使用较多的有意大利 美国 日本等国的高精度三坐标测量机 并具有数字化扫描功能 东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mmx3250mm三坐标测量机 还拥有数码摄影光学扫描仪 率先在国内采用数码摄影 光学扫描作为空间三维信息的获得手段 从而实现了从测量实物一建立数学模型一输出工程图纸一模具制造全过程 成功实现了逆向工程技术的开发和应用 57 设备举例 英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪CYCLONSeries2 可实现激光测头和接触式测头优势互补 激光扫描精度为0 05mm 接触式测头扫描精度达0 02mm 已在我国200多个厂家得到了应用 德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪日本罗兰公司的PIX 30 PIX 4台式扫描仪英国泰勒 霍普森公司的TALYSCANl50多传感三维扫描仪分别具有高速化 廉价化和功能复合化等特点 58 激光测量机最新进展及应用 刚诞生不久的4D激光测量机可以自标定 不但能进行3D测量 而且可以得出质量指标 说明每个测量点的精确性 CAD CAM的反向工程可以缩短模具设计 制造周期 特别对于型腔复杂 造型因难的模具 采用反向工程的数字化扫描系统具有重要意义 反向工程和并行工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用 59 3 模具自动加工系统的发展 有人把粗加工和精加工集中在同一台机床上完成的机床称为模具加工系统 随着各种新技术的迅速发展 国外已出现了模具自动加工系统 60 模具自动加工系统特征 多台机床合理组合配有随行定位夹具或定位盘有完整的夹具 刀具数据库有完整的数控柔性同步系统有质量监测控制系统 61 4模具虚拟制造技术 VM 计算机和信息网络的发展正使虚拟技术VM VirtualManufacturing 成为现实 虚拟技术是以计算机支持的仿真技术为前提 对设计 加工 装配等工序统一建模 形成虚拟的空间环境 虚拟的装配 虚拟合作研发 虚拟的产品 虚拟的企业 虚拟现实VR VirtualReality 是人造的计算机环境 人处在这种环境中有身临其境的感觉 并强调人的介入操作 62 5 反求技术 RE 一般而言 反求工程RE ReverseEngineering 是指 对难以用CAD建立数据模型 而只能通过对实物进行数据扫描 测量的方法采集数据 在CAM软件系统中利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造 建立数学模型 建立了CAD几何模型后 就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作 如实物CAD模型的修改 零件的重新设计 有限元分析 误差分析 最后生成NC程序 控制数控加工中心进行模具制造的过程 63 RE的应用 反求工程能够缩短从设计到制造的周期 是帮助设计者实现并行工程等现代概念的一种强有力的工具 目前在工程上正得到越来越广泛的应用 目前主要应用于新零件的设计 已有零件的复制 损坏或磨损零件的还原 模具精度的提高等方面 一汽铸造模具厂应用反求工程较成功地完成了对缸盖进 排气道热芯盒模具的制造 探索了按一般的设备和加工技术对没有尺寸和技术标准的模具无法加工的成功经验 64 6 其它模具先进制造技术 适应模具单件生产特点的模具柔性制造技术 FMS 模具集成制造技术 CIMS 等 而有人提出 下一代的先进制造技术采用可重构和可扩展的制造设备和系统 知识供应链和独立制造岛等 65 7 新管理理念和新模式 管理是一个系统工程 是一项十分重要的技术 机械行业中常说的 三分技术七分管理 的话说明了管理的重要性 模具企业中 现代企业制度和各项创新机制的建立和运行是管理技术的核心 也是模具制造成功和企业发展的保证 66 新理念及新模式 随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高 在模具行业出现的一些新管理理念和新模式逐步得到了认同 创造最佳管理和效益的团队精神 精益生产全球敏捷制造 网络制造等新的生产哲理广泛采用标准件 通用件的分工协作生产模式适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等 67 五 模具材料 先进表面处理技术 模具工业要上水平 材料应用是关键因选材和用材不当 致使模具过早失效 大约占失效模具的45 以上 对策 一是研究新型模具材料 冷作 热作 钢结硬质合金二是采用表面工程技术对材料进行改性 68 冷 热作模具钢 常用冷作模具钢有CrWMn Cr12 Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2 火焰淬火钢 日本的AUX2 SX105V 7CrSiMnMoV 等 常用热作模具钢5CrMnMo 5CrNiMo 3Cr2W8V 新型热作模具钢有美国H13 瑞典QRO80M QRO90Supreme等 69 常用塑料模具钢 预硬钢 如美国P20 时效硬化型钢 如美国P21 日本NAK55等 热处理硬化型钢 如美国D2 日本PD613 PD555 瑞典 胜白136等 粉末模具钢 如日本KAD18和KAS440 等 70 冷冲压模具钢 覆盖件拉延模常用HT300 QT60 2 Mo Cr Mo V铸铁等大型模架用HT250多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等 71 近期模具用钢的开发动向 易加工 抛光性能好的材料 塑料模具用预硬钢 减少因淬火变形耐蚀钢 塑料成形防腐 马氏体时效钢 高的强度 韧性 耐磨性 低的热膨胀系数 广泛用于压铸模 也用于注塑模粉末高速钢 耐磨 高韧性 长寿命 复杂 高速冲裁用硬质合金模具 若施以表面TiN涂层等表面强化 韧性上再提高一步 应用前景广阔 72 表面处理技术的发展趋势 由高温向中 低温渗入发展由大气热处理向低真空 高真空热处理发展由单纯的化学热处理向复合热处理发展由渗入单一元素向多元素共渗 碳 氮 复合渗发展由一般的扩散渗技术向化学气相沉积 CVD 物理气相沉积 PVD 物理化学气相沉积 PCVD 又称等离子化学气相沉积法 离子渗入 离子注入等方向发展 73 激光表面处理技术 激光以高能量密度快速扫描钢材表面 钢材瞬时吸收光能 使作用区的温度急剧上升 在低于融化温度情况下 形成奥氏体 在冷态基体与加热区之间产生极高的温度梯度 104 105K cm 扫描后 加热区表面层骤然冷却 106 108 S 而自冷淬火 获得相变硬化 74 稀土表面工程技术 而稀土表面工程技术和纳米表面工程技术的进展必将进一步推动模具制造的表面工程技术的发展例如应用于模具型腔表面的超硬TiN膜 加入稀土元素 使模具型腔表面呈现出高硬度 低摩擦系数 高有耐磨性 耐磨性是45钢调质的5 6倍 和良好的化学稳定性 渗层深度可以明显增加 改善了膜与基体的结合强度 提高了模具的使用寿命 75 纳米表面工程技术 纳米表面工程是以纳米材料为基础 通过特定的加工技术 加工手段 对固体表面进行强化 改性 超精细加工 或赋予表面新功能的系统工程 极具应用前景和市场潜力 纳米模具的解释主要有两种 精度以及尺寸达到纳米级的模具称之为纳米模具 例如碳纳米管CNT 巴基管 纳米塑料模具采用涂敷 粘结 吸附等方式将纳米材料附加到模具型腔表面以增强模具强度 减少磨损 延长使用寿命 76 碳纳米管CNT制模 CNT机械强度是钢的100倍 质量仅为钢的六分之一 由于碳纳米管是中空的 且可以被 溶解 所以可以作为纳米模具 这也是CNT的主要应用之一 利用合适金属灌满碳纳米管 然后把碳层腐蚀掉 可以制备出用作电子连接器的纳米导线和具有高速选择性的 分子筛 目前 除此之外无其他可靠的方法来得到纳米尺度的金属导线 77 六 国内模具发展趋势 为了适应市场对模具制造的短交货期 高精度 低成本的迫切要求 未来我国的模具将呈现几大发展趋势 78 1 模具日趋大型化 方面是由于用模具生产的零件日渐大型化 另一方面也是由于高生产率要求而发展多工位模具 多腔模具 现在有的注塑模已达几百腔 所致 新型轿车的大尺寸覆盖件成形 大功率汽车的六拐曲轴成形 79 2 模具的精度越来越高 10年前 精密模具的精度一般为5 m 现在已达2 3 m 不久1 m精度的模具都将上市 随着零件微型化及精度要求的提高 有些模具的加工精度要求在1 m以内 超精密加工已进入纳米 0 1 m 100nm 级精度阶段大致可分3个层次 一是用于汽车 飞机 精密机械的微米 m 级精密加工 二是用于磁盘 磁鼓制造的亚微米 0 1 m 级精密加工 三是用于超精密电子器件的毫微米 0 001 m 级精度加工 这就要求发展超精加工 并对模具的加工设备 检测技术 研磨抛光工艺等提出更高的要求 80 3 压铸模及塑料模的比例将不断提高 随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展 压铸模具的比例将不断提高 同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出更高的要求随着以塑代钢 以塑代木的进一步发展 塑料模的比例也将不断提高 81 4 挤压模及粉末成形模将增多 由于汽车 车辆和电机等产品和轻量化发展 以铝代钢 高分子材料 复合材料 工程陶瓷 超硬材料的成形加工技术 新型材料的采用 不仅改变产品结构和性能 而且使生产工艺发生了根本变革 相应地出现了液态 半固态挤压模具及粉末锻模 金属粉末锻造成形 金属粉末超塑性成形 粉末注射成形 粉末喷射和喷涂成形大大扩充了现代精密塑性成形的应用范围 82 5 多功能复台模具将进一步发展 级进组合冲压模已在美国汽车工业中普遍应用 加工转子 定子板或者插接件 其优点是生产率高 模具成本低 不需要板料剪切 如集成电路引线框架的20 30工位的级进模 工位数量最多已达160个 自动冲切 叠压 铆合 计数 分组 转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具 这种多功能复合模具生产出来的不再是单个零年 而是成批的组件 可大大缩短产品的生产及装配周期 83 6 热流道技术的应用扩大 采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量 并能大幅度节约制件的原材料 在国外热流道技术的应用发展较快 许多塑料模具厂所生产