模具制造新趋势探究
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作者: 王 欣
【摘要】模具制造有许多新知识新技术,本文简要做一介绍。其中包括:不断发展的工程技术,新型注塑工艺,微型注塑工艺,变温注塑技术,新型钢材提高了精确度,使用多组件模具的注塑装配,新型模具钢具有良好的性能
【关键字】新工艺 新材料
【中图分类号】TG315.2 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0143-01
由于时代的发展模具的产出地和使用地之间的距离变得更大。模具制造商需要合理地生产模具、尽快地装配、和确保世界范围内都有替换零件供应。只有工业化的模具生产才能满足由这样的要求。越来越多的顾客在世界范围内拥有生产网络,只有工业化的模具生产才能满足由这个转变产生的规格要求,模具零件的标准化精密化已取代了手装式嵌件。这样的背景催生了模具制造的新技术新工艺。
1 不断发展的工程技术
不断地引入3D-CAD设计、CAD/CAM、加工中心实现了模具的工业化生产。而且,高速铣削(HSC)和组合工件加工在模具制造领域已成为最新技术。这些新发展已经取代了类似仿形铣削和电火花加工,以及程度不大的线导电火花加工等传统工艺。通过HSC铣削获得的表面质量高,已经令多数费时的表面抛光在电火花加工后不再需要使用。高质量的金属去除生产工艺已经代替了模具嵌件的单独组装和对模,取而代之的是集中装配。
工业化生产的模具嵌件,以及单型腔,多型腔模具的凹模具有统一性和精确度,促进了浇注系统的均衡。
2 新型注塑工艺
模具制造业设计师和生产专家在过去十余年在工艺工程中实现了许多新的注塑工艺。比如有多料和多色注塑、含织物、薄膜或涂漆表面的注塑。另外热流道浇注系统和气体注射方法也得到不断应用。
这些模具制造技术的发展也需要来自顾客(如注塑工厂)、最终使用者、材料和设备生产厂家的紧密合作。日益提高的模具复杂性(型腔数量、不同工艺的结合)也迫使模具制造趋于规范化。
3 微型注塑工艺
微型注塑模具一般轻于1克,但产品所含部件的总重量仅0.01克。这些微注塑件的几何形态同大型注塑件的一样都是多种多样的。
对于成型微型部件,由合模装置、材料准备、注射装置、模具等组成的非标准注塑装置的组合部件。在这种情况下,模具配备了转板,从而可以从模具中取出完整的物件。
4 变温注塑技术
基本原理是在每个循环内,将模具加热至被加工塑料的熔化温,以促进塑料充满模具型腔。一旦模具型腔被充满,它又冷却下来了。为缩短冷却时间,要求尽可能少的凹模嵌件经受温度循环,被加热,在被冷却。余下的模具结构一直保持在脱模温度中。凹模嵌件依靠电加热,它的截面积决定着加热的强度。
冷却模具嵌件相当具有挑战性。因为尺寸细微,很难得有空间来集中冷却腔道。它们的截面积很小,对任何冷却液体都有很高的流动阻力。所以空气是最理想的冷却介质。
应用变温方法,目前注塑可获得15秒的循环时间,尽管凹模嵌件在每个周期中不得不经受200℃-50℃的温度变化。
除了冷却之外,另一个特别的问题是由微注塑过程中的凹模排气引起的。通过凹模嵌件之间的分界线可完成排气。在目前的发展阶段,流道仍然较大。在一个模四腔内,腔内容物制件总质量占了注射总量的30％-50％。还没有适合于微注塑的热流道系统。
5 新型钢材提高了精确度
粉末冶金或HIP(高温均压)方法生产的钢材获得广泛应用,对注塑模具的质量改善做出了重要的贡献。这样在长期运行中仍能保持成品的高精确度,凹模尺寸可以在最大5μm的范围内偏离。为防止溢料,排气缝宽度必须小于5μm。
6 使用多组件模具的注塑装配
多组件模具取代单个元件是模具制造部分的显著特征。注塑模具是生产部门的核心,产品新理念的接受促进了内部技术的结合,导致了应用研究、自动化技术和机械工程部门之间的合作。
用于硬/软复合物的多组件注塑模具占据了特别重要的地位。这些包括带完整密封件的功能组件,以及“软接触”容装件(如牙刷、螺丝批、剃须刀外壳、电器的吸振手柄)
7 新型模具钢具有良好的性能
冷作模具青睐d2等钢种。近年来,日本、瑞典及我国抚钢、长钢分别开发出skd11(d2)、xw-42(d2)、ft32(d)以及a2、01、w3等钢种。这些新钢种基本覆盖了冷作模具用材。由于d2钢的V、Mo含量高于Cr12MoV钢,具有更好的综合性能,因此受到用户欢迎。而老的Cr12MoV钢将逐渐被取代。随着冷冲压制品朝着高精度、高效率、多品种发展,要求模具钢具有较好的耐磨性和韧性。
热作模具开发新钢种。热作模具钢消耗量大,约占模具钢年产量的30%以上。为了提高热作模具钢的热强性,抗回火稳定性和韧性,国内外又开发出新的钢种。如瑞典assab的ar0905,在提高热稳定性与韧性的同时,使合金元素的含量更趋合理,被称为合金含量与成本价格最佳配合的钢种。日本的dh21钢将Mo含量提高2%,适当加入Mn含量,改善了钢的高温力学性能,适应大批量生产铝合金压铸模的需要。上海材料研究所的y10钢,主要用于长寿命铝合金压铸模,y4用于铜合金压铸模,er8是综合性能优异的通用型热模钢。这些模具钢在同类模具的使用中,寿命长,因而逐渐被广大应用。
压铸模推广h13钢。目前压铸模材料有了很大进展,改变了以往单一使用3CrW8V热作工具钢的状况,而普遍采用h13钢(4Cr5MoVSi)。上海交大和上海汽车有色铸造总厂对h13钢生产工艺优化作了研究,模具寿命提高10倍以上,达到意大利同类模具水平。
塑料模具钢发展快、品种多。在发达国家如日本,塑料模具钢已占模具钢产量的首位。由于塑料模具发展迅猛,带动了塑料模具钢的发展。其主要类型有:1.非合金塑料模具钢。一般采用中碳结构钢如s50c,相当于我国50#碳结钢。日本大同特殊钢公司的pxz钢属易切削钢种,主要用于制造通用塑料制品模具。2.强硬型塑料模具钢。受市场喜好的是p20钢或ps20改型钢种,如718(瑞士)和738(德胜),此类钢具有良好的抛光性能,加工工艺简单,成本价格适当,因此用量较大。3.镜面塑料模具钢。要求模具材料高纯净度、高均匀性和高表面硬度,一般多采用时效硬化型钢种。4.耐腐蚀塑料模具钢。主要用于腐蚀性较强塑料成形的模具用钢,一般采用含铬量13%-17%的马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。
特殊用途模具钢。主要指无磁模具,高可焊性模具和玻璃模具的特殊模具钢。日本已研制出px2、px4、px5等钢种,上海也开发出50mn无磁模具钢,并在推广使用。
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