面具厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
面具厂家
热门搜索:
行业资讯
当前位置:首页 > 行业资讯

机械网--模具的数字化设计与快速制造技术

发布时间:2021-11-18 15:04:53 阅读: 来源:面具厂家

模具是现代化工业生产中的重要技术之1,其设计和制造水平的高低成为衡量1个国家综合制造能力的重要标志[1]。其中,数字化设计和快速制造是决定模具制造周期和本钱的两大核心技术,成为提升模具技术水平的关键因素。 在模具的数字化设计中,利用C A D / C A E 等先进技术来实现模具的结构设计与优化。相对传统的手工和计算机平面绘图,这些技术可将模具的设计周期由原来的数月降落为数周,乃至是数天,且人力、物力和财力可以大幅降落。另外,这些技术可实现模具的3维可视化建模,有益于设计、制造和终端利用各环节相互之间的沟通与交换,使模具的设计延伸至模具的制作环节。 模具结构复杂,加工工序繁琐,利用传统的机加工包括数控技术制造1套模具周期长且本钱高。随着市场全球化和竞争的不断加重,产品更新换代日益加快,多品种小批量已成为模具行业的重要生产方式[2]。为了适应这类需求变化,对模具的快速制造提出了更高要求。因此,快速制模技术(Rapid Tooling, RT)显现了生机勃勃的发展趋势。快速成型(Rapid Prototyping, RP)技术特别适合复杂结构零件的成型,因此在快速制模领域显示出了强大的技术优势。在美国,DTM 公司成功利用选择性激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS)技术制造出注塑模,其强度到达587MPa,寿命约为10 万件[ 3 ]; P O M 公司采取分层实体制造(Laminated Object Manufacturing, LOM)技术制造出锌、铝等材质的注塑模[ 4 ]; M I T 成功利用3维印刷(Three Dimensional Printing,3DP)技术制造出工具钢材质的注塑模,硬度到达HRC26~30[5]。除美国外,英国的利兹大学一样成功地利用SLS 技术制造出实用化的注塑模[6]。最近几年来,国内1些单位开始关注该项技术,并发表了1些综述性文章[2,7,8]。 在所有类型的模具中,注塑模需求量大、触及面广,具有高效、节能和便宜等优点。据不完全统计,目前国内注塑模约占所有模具的38.2%,世界范围内注塑模约占塑料制造模具的50%以上[9]。有鉴于此,本文以注塑模为例,结合本课题组已完成和正在进行的相干研究,对模具的数字化设计与快速制造两大关键技术进行详细论述。 利用传统方法设计注塑模,主要特点是仰仗设计人员的经验,从最初的产品结构分析到模具的布局设计、型腔设计、模架设计、标准件设计等环节都需要进行大量计算,翻阅技术手册,选定技术参数,最后手工绘制出模具的2维零件图和总装图,全部进程交互性差,不利于各环节技术人员的交换沟通,导致设计进程中模具修改频繁,延长了设计周期和增加了设计费用。 本课题采取改进的数字化设计方法征收经济林的补偿标准,利用计算机技术来辅助注塑模的结构设计。在3维造型软件(U G /ProE)平台下,由设计人员输入1些参数后直接构成注塑模的3维模型,为所见即所得的设计模式。 以本课题组自主开发的滴灌用新型涡流灌水器为例,滴灌产品关键功能部位的特点尺寸只有1 m m 左右,成型精度高达± 0.01mm,属于精密注塑范畴。为了保证滴灌产品注塑件的成型精度,提高模具设计与制造的1次成功率,采取的注塑模具数字化设计线路具体进程为:首先,根据产品的CAD 模型,利用注塑模具计算机辅助设计系统完成灌水器的注塑模具结构的设计,这里采取了1模8腔的非自然平衡流道的设计,利用这类所见即所得的方法设计注塑模,所需工作量只有2~3人/天,提高了模具设计的效率。在完成注塑模设计以后,如果直接进行制造常常还存在1定的风险违章建筑法律定义,可能带来很大的经济和时间损失。为此,有必要利用计算机模拟技术,利用已设计好的模具进行注射进程模拟,预测可能产生的缺点,如充型不充分、各型腔注射进程不1致等问题。本课题利用华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室自主开发的华塑CAE 系统,对上述新型涡流灌水器进行了注射模拟。充型结果显示,从各时间点的流道前沿可以看出各型腔的冲型进程基本1致,模具设计公道。 本文主要介绍本课题组研究的可用于模具快速制造的3种SLS金属零件的间接制造工艺,并扼要介绍本课题组正在研究的选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术。 1 SLS 成型/ 烧结/ 浸渍 利用华中科技大学自行研发的SLS 设备,采取以下的工艺线路制造致密金属零件: (1)利用SLS 烧结铁粉与高聚物的混合物,成型任意复杂形状的低强度型坯; (2)对型坯进行脱脂处理,去除高聚物,构成多孔型坯; (3)进行2次烧结,提高型坯强度; (4)浸渍铜/ 树脂,构成致密零件。从纯铁SLS 烧结、渗铜后的微观组织可以看出,纯铁颗粒中出现了Fe-Cu 共析组织,促进了合金元素的分散,从而改进了型坯的机械性能。除处理渗金属外,从纯铁SLS烧结后浸渍树脂的微观形貌可以看出,浸渍前型坯内有许多孔隙,导致型坯强度较低,而浸渍树脂后孔隙被树脂填充,且树脂与金属颗粒紧密粘结,构成密实的网络结构,强度大幅提高。本课题组利用该工艺成功制造出高性能的金属零件,其中以复杂结构小叶轮为典型代表。SLS 烧结金属覆膜金属粉末工艺线路SLS 烧结后渗铜合金的部分机械性能 2 SLS成型覆膜金属粉末 该工艺具有制造速度快、本钱低的特点,所制造的金属零件热导性和力学性能良好,其步骤以下: (1)由尼龙12 粒料、Cu 粉制备尼龙12 覆膜Cu 粉的复合粉末材料; (2)利用SLS 烧结尼龙12 覆膜Cu 粉复合粉末材料,成型任意复杂形状的零件型坯; (3)浸渗低粘度、耐高温环氧树脂,密封型坯的表面孔隙,提高其强度和耐热性。 3 SLS成型与冷等静压(Cold Isostatic Pressing,CIP)/ 热等静压(Hot Isostatic Pressing, HIP)复合工艺 利用华中科技大学自行研发的SLS 设备,采取以下的工艺线路制造致密金属零件:(1)利用SLS 技术烧结金属粉末与高聚物的混合物,成型具有复杂结构的低强度型坯;(2)进行脱脂,去除高聚物,构成多孔型坯;(3 )进行CIP/HIP,构成高性能的致密零件。SLS 型坯经过CIP后,型坯粉末颗粒间构成的烧结颈被破坏,粉末颗粒靠CIP进程的压力作用“冷焊合”在1起,没有到达冶金结合,所以CIP 后需进行烧结处理,其机械性能可得到进1步提高。从SLS 成型的齿轮零件经CIP 处理前后的形状对比可看出,其体积变小15%~20%,没有产生变形。SLS 型坯经过C I P处理后,零件致密度到达80%以上,但还难以满足模具的性能要求,因此提出了SLS 与HIP 的结合工艺,本课题组正在进行相干研究,初步表明HIP 后各项性能均有提高。SLS 烧结+CIP/HIP 工艺线路SLS 烧结型坯浸渗树脂前后的部分机械性能对比 4 SLM 直接成型制造 上述3种工艺均是建立在S L S技术的基础之上,实现任意复杂结构金属零件的间接制造技术。为了克服SLS技术成型零件时面临的工艺繁琐和零件致密度低的问题,我们提出并自主研发了选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)装备,并初步研究了利用SLM 法直接制造致密金属零件。通过分析SLS 与SLM成型的FeCuC 合金材料的金相组织微观S E M 形貌可知,SLS/ 渗铜后的金相组织为珠光体和a-Cu,SLM 制件的金相组织为针状马氏体和残余奥氏体。经显微硬度测试,S L M 制件的显微硬度到达HB350,与SLS 间接法制件的硬度相比有明显提高。在本课题组利用SLM制造的实验样件中,复杂网状结构样件的外形尺寸为20mm× 20mm × 10mm,内含孔直径唯12 m m ,细微结构清晰,具有较高的成型精度。 上述的数字化设计与多种快速制造技术为模具的快速制造提供了成套的解决方案。以SLS烧结/浸渍工艺为例,具体介绍本课题组研制成功的具有随形冷却水道的注塑模的利用实例。 经过数字化设计以后,得到模具的3维C A D 图形。采取复合粉末(Fe8Cu4Ni0.5C)作为粉末原料,利用SLS技术得到模具镶块的型坯。随后,对型坯进行脱脂、烧结和浸渍处理,以提高其致密度和强度。通过渗铜和浸渍树脂2种工艺得到注塑模实物。对快速制造的模具镶块进行简单的打磨和抛光处理后,装配到模架当中,进行塑料制件的批量生产。资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章