论述塑料模具设计与制造在航天航空领域的应用-

1、论述塑料模具设计与制造在航天航空领域的应用模具在加工业中有重要的地位。模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。对模具的全面要求是:能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;从模具制造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先,模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十

2、分重要的影响。其次,在加工过程中,模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时,应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动,为此,常采用自动开合模自动顶出机构,在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时,模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大,这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具,以降低成本。现代生产中,合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素,尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用,产品的生产和更新都

3、是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大,对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。上世纪30年代以前,一般采用简单工具与设备,形成以手工制造模具的生产方式,也只能制造简单模具,其制造精度与质量完全取决于工人技艺和实际经验。上世纪3070年代后期,是模具工业化生产方式的发展过程。其主要成就与特征有:广泛采用铣削、成形磨削工艺,并实现带精密孔距的圆孔与型孔加工的精密坐标磨削工艺技术;电火花成形加工和NC电火花线切割加工工艺的广泛应用,为高硬材料的型件提供了关键加工技术;实现了模具型件的专业化、系列化和标准化。随着模具标准化的发展,在生产中全面采用标准化进行设计与制

4、造,不仅是模具工业化生产方式的重大成就和特征,也是实现现代化模具生产方式的重要技术基础。随着计算机和机床工业的进步与发展,1980年以来模具CAD/CAM、CAD/CAM/CAE已成为广泛的应用技术,它们与标准化相配合实现了模具设计与制造的信息化、数字化的模具生产方式。80 年代以来,在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均为13%,1999 年我国模具工业产值为245 亿,至2000年我国模具总产值预计为260-270 亿元,其中塑料模约占30%左右。在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在,历经

5、半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。在制造技术方面,CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM 系统,据有关方面预测,模具市场的总体趋热是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具的发展速度将高于其它模具,

6、在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展,对塑料模具提出越来越高的要求是正常的,因此,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展,使各种异型材挤出模具、PVC 塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点,高速公路的迅速发展,对汽车轮胎也提出了更高要求,因此子午线橡胶轮胎模具,特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平;以塑代木,以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;家用电器行业在“十五”期间将

7、有较大发展,特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大;而电子及通讯产品方面,除了彩电等音像产品外,笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展,这些都是塑料模具市场的增长点。研究表明,模具的使用寿命与热处理、选材、结构、机械加工工艺、滑润、设计水平等诸多因素有关。根据对大量失效模具的分析统计,在引起模具失效的各种因素中,热处理不当约占45%,选材和模具结构不合理约占25%,工艺问题约占10%,滑润和设备问题因素约占20%。因此,在模具设计和制造过程中,选材、模具结构、热处理工艺、加工工艺和改善模具的工作条件都能够提高模具的质量和使用寿命。1.合理选用模具材料选用模具材料时,应根据不同的生产批

8、量、工艺方法进行选择。在批量生产中,应选用耐用的模具材料,如硬质合金,高强韧、高耐磨模具钢;小批量或新产品试制可采用锌合金、铋锡合金等模具材料;易变形、易断裂失效的通用模具,需要选用高强度、高韧性的材料;热锻模要选用具有良好的韧性、强度、耐模性和抗冷热疲劳性能的材料;压铸模要采用热疲劳抗力高、高温强度大的合金钢;塑料模具则应选择易切削、组织致密、抛光性能好的材料。此外,在设计凸凹模时,选用不同硬度或不同材料的模具相搭配,模具使用寿命可提高5 6倍。2.合理的模具结构模具设计的原则是保证足够的强度、刚度、同心度、对中性和合理的冲裁间隙,并减少应力集中,以保证由模具生产出来零件符合设计要求。因此,

9、对模具的主要工作零件要求导向精度高、同心度和中性好及冲裁的间隙合理。在模具设计时,应着重考虑:凸模应注意导向支撑和对中保护,特别是设计小孔凸模时采用自身导向结构,可延长模具寿命;对夹角、窄槽等薄弱部位,为了减少应力集中,要以圆弧过渡,圆弧半径R可取35 mm;对于结构复杂的凹模采用镶拼结构,也可减少应力集中;合理增大间隙,改善凸模工作部分的受力状态,使冲裁力、卸件力和推件力下降,凸、凹模刃口磨损减少。3.模具的热处理工艺从模具失效分析得知,45%的模具失效是由于热处理不当造成的。磨损、粘结均发生在表面,疲劳、断裂也往往从表面开始,因此对模具表面的加工质量要求非常高。但实际上由于加工痕迹的存在,

10、热处理时表面氧化脱碳在所难免,模具的表面性能反而比基体差。采用热处理新技术是提高模具性能的有效措施。模具热处理工艺包括基体强韧化和表面强化处理:基体的强韧化在于提高基体的强度和韧度,减少断裂和变形;表面强化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。航空航天为科学研究的发展作出了重要贡献。在很长时间内,人类对自然界的认识全部来自在地球表面进行的生产活动和科学研究。航空技术为人类提供了从空中观察自然界的条件。气球是最早进行对地观测、大气探测的空中运载工具。飞机可以在上万米的高空对地球进行大面积观测。航天揭开了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。人造地球卫星刚一上天就发现了地球辐射带。

11、接着，各种科学 卫星和空间探测器发现了地球磁层、 地冕、 太阳风，基本上了解了 它们的结构及其相互影响，测量了太阳系大多数行星的大气参数、表 面结构和化学成分;在宇宙中发现了大量的 X 射线， 射线和红外天 体，发现了极高能量的粒子以及可能是“黑洞”的天体。载人航天实 现了人在太空的天文观测，并且送人登上了月球，进行实地考察。通 过航天活动获得的有关地球空间、行星际空间、太阳系和遥远宇宙天 体的极其丰富的信息,大大更新了人类对于地球空间、太阳系和整个 宇宙的认识，推动了天文学、空间物理学、高能物理学、生物学的发 展，形成了一些新的学科分支。装有各种遥感器的航天器已经成为观 测和监视地球物理环境的有效工具。卫星气象观测、卫星海洋观测、 卫星资源勘测等新技术推动了气象学、海洋学、水文学、地质学、地 理学、测绘学的发展，产生了卫星气象学、卫星海洋学、卫星测绘学 等一系列新的学科分支。 载人航天器为人类创造了一个具有众多特殊 环境条件 （极高真空、 微重力、 超低温、 强太阳辐射） 的天然实验室， 可借以开展物理、化学、生物、医学、新材料、新工艺等综合研究工 作。例如，在微重力条件下，可以研制和生产高纯度大单晶、超纯度 金属和超导合金以及特种生物药品等。 模具设计与制造在航空航天里的应用包括各种零部件的制造， 由 于航天器是非常高端的东西， 必须用非常耐高温和轻质等具有特殊功 能的功能高