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现代十大模具制造技术（2）

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:38:15

5.金属切削刀具
在传统的模具制造工艺中，切削加工只是模具预加工的主要工艺。随着模具工业的崛起和切削技术的进步，切削加工的比例在迅速增加，应用范围由预加工扩大至半精加工、精加工，大量用于加工较大面积的、形状由光滑曲面组成的、敞开式的模腔和相应的冲模，以及对电极廓形的铣削加工。此后，模具工业的发展和模具制造技术的进步与切削技术的发展和进步有着更加密切的关系。
高速切削和硬切削新工艺，由于其在提高切削加工效率和质量方面的显著优越性，使其迅速在模具行业中得到应用，并创造了模具高速铣削新工艺和淬硬模具硬切削新工艺。与传统的成型表面电火花工艺相比，由CNC机床的柔性、耐磨的刀具材料和表面涂层、新型的刀具结构构成的高速切削技术免去了电极的准备和相对低效的电火花加工，可提高生产效率30%～50%，并还能减少手工抛光工作量的60%～100%，从而把整个模具的生产周期降低了2/3，缩短了交货周期，提高了企业的竞争力。
各种各样的球头铣刀是模具加工应用最广的刀具，用于加工模具成形表面，可获得光滑连接和平滑过渡的模具廓形，给后序的半精加工留下较少的余量。小规格的球头铣刀(直径2～20mm)通常用整体硬质合金制作，用于加工小型模具的模腔及雕刻成形表面。刀具经涂层处理后，可以达到很高的切削速度。法国Fraisa公司的立铣刀，加工硬度52～56HRC的淬硬钢，切削速度可达300m/min，进给速度为1000～4000mm/min。目前，我国可以生产供应模具工业的各种整体硬质合金铣刀包括球头立铣刀。这类刀具还包括焊接式或整体烧结式的PCD刀具或金刚石涂层的整体硬质合金立铣刀，用于高效加工铝材模具和石墨电极，以及加工大型铸铁模具或淬硬模具的CBN球头铣刀。
由于在模具的加工中铣削加工的工作量很大，为了提高加工效率，不希望频繁地换刀。为此，刀具制造商开发了多功能的可转位面铣刀。日本三菱公司的OCTACUT多功能面铣刀作业，包括铣平面、铣斜面、钻孔、镗孔、铣槽、倒角等多种工序，而且可用于安装圆刀片或八角形刀片，适应不同加工的需要，节省刀具的费用。
Walter公司的模块式模具铣刀，以模块式的柔性和通用性，适应模具的单件、小批量生产方式和产品的多样化；用有限的刀柄，借助更换切削模块完成不同工序的加工，减少刀柄数量，节省刀具费用，降低制造成本。
大型模具的模腔的粗加工，金属切除量大，刀具悬伸又长，如果用通常的铣削加工，效率很低。采用“钻铣刀”或“插铣刀”，改沿径向的走刀为轴向的“钻”或“插”，大大地提高了刀具承载的能力和金属的切除量，从而显著地提高了加工效率。
牧野机床高速加工手机壳模，使用Ra0.3mm球头刀，主轴转速20000r/min，进给速度300mm/min，加工材料硬度HRC52，加工表面粗糙度Ra0.4mm，且换刀无接刀痕。
为了使高速铣削这项新工艺在模具行业获得良好的应用效果，除了正确选择刀具以外，还必须掌握高速铣削的应用技术，如刀具的装夹、刀具的动平衡、加工策略及刀具路径的编程技术等。
6.数控雕刻机
随着高速电主轴技术、高速刀具技术、逆向工程RE技术、CAD/CAM技术、激光加工技术的发展，国内外厂商展出的展品显示出数控雕刻机已从应用于文字标牌面板、印刷滚筒、压纹压花滚筒、铸币模具、轮胎模具、鞋模模具的加工发展到对石墨电极进行加工，并向高精度、高速度、高自动化方向发展。数控雕刻机还融入了新的加工技术——激光加工、超声振动加工，倍受模具制造业的关注。
本届模展上，德国LANG公司展出了IMPALA400S高速数控雕刻机，其主轴转速为60000r/min，主轴功率为2.6kW，可加工硬度为HRC64的硬质钢模具。该机的定位精度为±0.003mm，重复定位精度为±0.002mm，并配有刀库5～96把可选和用于检测刀具长度、刀具直径和刀具破损的非接触激光对刀测头。为增强市场竞争力，该公司还生产专用型、经济型数控雕刻机及激光雕刻机以适应不同用户的需求。
意大利VENTUKE公司展出了BLACKSTONE 5轴联动数控雕刻机，其主轴转速为60000r/min，主轴功率2.6kW，刀库容量为7把，带有可倾斜±90°和旋转360°的工作台，可实现5轴加工。
德国DMG公司展出了适用于深度雕刻的DML40激光雕刻机。该机采用功率为100W的YAG激光器，Q开关装置发出的激光脉冲功率可达200kw。激光束的直径为0.04mm，可加工槽宽为0.04mm的深槽。机床还配有CCD摄像头，用于工件定位。DMG公司还展出了用于对玻璃、陶瓷、硬质合金等难加工材料进行零件加工的DMS35 ultrasnic超声振动加工机。其超声振动功率为1.5kW，频率为17.5～21.5kHz。表面粗糙度Ra＜0.2mm。
北京精雕科技有限公司展出了两台雕刻机，其主轴转速为24000r/min。该公司的JD Paint精雕软件具有丰富的功能，使其具有高效的特点。
洛克机电系统工程上海有限公司展出了三台啄木鸟雕刻机，其主轴转速为24000r/min。
台湾全量工业股份有限公司展出了CL系列高速数控雕刻机，其主轴转速为50000r/min，主轴功率为1.5kW，刀库容量为14把。
7.三坐标测量机
本届模展上，英国LK公司展出了evolution系列高精度三坐标测量机。该机采用比一般工业陶瓷刚度质量比更高的单晶陶瓷材料制作横梁和主轴，配置SP25M点测和扫描一体化的测头，采用自动温度补偿技术、测头动态补偿技术，使其可在15～30℃温度范围内实现高精度的点接触和扫描测量。
德国蔡司ZEISS公司展出了Prismo Vario三坐标测量机。该测量机的三个轴均采用防倾斜和防扭曲的四面环抱式空气轴承，主轴和横梁均用陶瓷材料制作，使其具有更高的刚度和精度。测量机可配置VAST XT点接触和扫描一体化的测头，还可配RDS旋转装置。RDS旋转装置的二个旋转轴均可旋转360°，在旋转装置上可安装接触式测量的RST-P、TP6、TP20、TP200测头和非接触式测量的Viscan光学影像测头、DTS二极管光学测头，扩大了三坐标测量机应用范围。
美国Gidding & Lewis Sheffield公司展出了Endeanor系列三坐标测量机。该测量机采用直线电机直接驱动，减少由传动引起的误差，采用全自动温度补偿技术使其在环境温度变化±5℃的范围内仍能保证测量精度。
日本三丰精密测量仪公司展出了Beyond-Crysta系列高精度三坐标测量机。该测量机的温度补偿系统由安装在各坐标轴尺上的温度传感器和安装在工件上的温度传感器组成，独特的结构设计使测量机在温度偏离20℃时，在测量空间上有相似的变形，从而使测量机在16～26℃温度范围内保证空间测量精度。其测量精度为2.5L/250mm，测量速度探针接触工件的速度为480mm/min。
国内著名的海克斯康测量技术青岛有限公司展出了PMM-C系列德国LEITZ公司、GLOBL IMAGE系列意大利DDEA公司、MICRO-HITE 3D瑞士TESA公司的三坐标测量机。GLOBL IMAGE可配置触发式测头来完成箱体类零件的单点测量，也可配置扫描测头和非接触式光学测头完成复杂轮廓曲面的扫描测量。PMM-C 600P超高精度三坐标测量机的测量精度MPEE为0.6L/600mm。
青岛雷顿数控设备有限公司展出了可配置RENISHAW公司全系列接触式测头，LS系列激光线扫描测头，激光点扫描测头和高分辨率CCD光学影像测头的NC系列复合式测量机。测量机配有可支撑以上各种测头的ULTRA-DMIS测量软件,可直接读取CAD数据,生成工件检测程序,完成箱体类零件和复杂零件的轮廓形状及自由区面的检测。LeaderSoft Gear齿轮测量软件使三坐标测量机也可用于检测渐开线圆柱齿轮的周节误差、齿形误差和齿向误差，展示了现代测量机的多功能复合化。
8.便携式CMM、便携式扫描仪、激光跟踪仪
本届模展上，美国FARO公司、CIMCORE公司、德国GOM公司、法国ROME公司分别展出了用于生产现场测量的便携式CMM、便携式扫描仪。值得指出的是，我国中测院测量仪器研究所展出了填补国内空白的LSC便携式CMM。
比利时KPYPTON公司展出了采用红外线发光二极管摄像技术的K600-CMM便携式CMM，测量精度为0.07mm。
美国API自动精密工程公司、FARO公司分别展出了适用于大型工件现场测量的激光跟踪仪。其中API公司展出了配有数码摄像机的第三代激光跟踪仪。新增加的数码摄像机用来帮助操作人员确定远距离的测点目标，操作人员只要用鼠标点击摄像图形中的测点目标，控制智能软件会自动搜索测点目标并对其进行测量，使仪器的操作更简易、快捷。
纵观本届模展上测量仪器采用新技术的成果，显示出测量仪器随着高分辨率CCD摄像装置、激光线扫描测头、激光点扫描测头等非接触式测量的测头技术、图像处理技术以及支持各种测头的测量软件技术的发展，不断向高精度、高速度、高效率、多功能复合化方向发展，这也为我国对非接触式测量技术、图形处理技术、测量软件技术的研究开发提供了借鉴。
9.CAD/CAM/CAE技术
参加本届模展的CAD/CAM/CAE软件开发厂商主要有英国DELCAM中国有限公司、法国Missler Software公司、以色列Cimatron公司、日软信息科技上海公司、美国Neil soft公司、澳大利亚Mold flow公司、华中科技大学模具技术国家重点实验室等，其参展项目基本上代表了当前国外和国内的先进水平与发展趋势。
随着模具工业的飞速发展以及CAD/CAM技术的重要性被模具界所认可，针对各类模具的模具专用系统更加宜人化、集成化和智能化。例如Cimatron公司，其集成的CAD/CAM产品5.1版本包括的软件功能十分齐全，能为模具行业的整个工作流程提供一个完整、全面的解决方案。该产品能在统一的系统环境下，使用统一的数据库，完成产品设计、生成实体模型、自动生成凸凹模、进行模具的结构设计并方便地对模具的工作部位进行数控加工。英国的PowerSHAPE软件中的PS-Moldmaker模块，可自动地产生模具分模面、进行模具结构的设计，其加工信息被自动封装，可直接输出到PowerMILL模块进行高速数控加工。法国Missler software公司在其三维实体造型系统中加入了用于注塑模和级进模设计制造的软件Top Mold和Top Progress，能方便地用于注塑模和冷冲级进模的三维设计和制造。
近几年来，模具界对CAD/CAM/CAE系统的要求已从单纯的建模工具转变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。
10.新型模具材料
本届模展的模具材料展商约30家，其中有几家展商是国际上知名的模具钢研究和生产企业。本届模展基本反映了当前模具材料的先进水平及发展趋势，也在一定程度上反映了我国模具企业的模具用材水平。
在本届模展上申请参加评定的150余套模具中，使用的模具材料有塑料模具钢2738，NAK80，P20，718，GS718，S316等；冷作模具材料O1，D2，D6，7CrSiMnMoV，Cr12MoV，ASP23，ASP30和V10等；压铸模具钢W302-2000，H13等，国外牌号占绝大多数。上述材料基本上是近十年来开发或已在大力推广的具有良好使用性能的模具材料。因此，与上届相比，本届参加评定的模具在用材水平上有新的提高。
模具材料系列日趋完善与细化，系列化程度已越来越高。模具材料的分类已不仅是按热作、冷作、塑料等大类分成系列，而且在同一大类中，还按使用性能或用途的不同有进一步细化的趋势。
瑞典一胜百ASSAB的塑料模具材料中，根据用途不同，又将耐腐蚀塑料模具钢进一步细化成6个品种，有色金属塑料模具材料则有硬铝ALUMEC，铍铜MM30、MM40和PT18。大同特殊钢株式会社的热作模具钢系列中，铝镁压铸模具钢又有DHA、DH2F、DH21和DH31-S四个钢种，前两种钢用于一般用途，后两种钢则用于大量压铸生产的场合。按硬度高低从低到高将塑料模具钢分档，已成为许多模具钢生产和销售企业细化塑料模具钢品种的常规做法。
根据模具对使用性能的新要求，通过调整材料成份，或借助先进的工艺方法和工艺手段，不断开发出具有特殊使用性能的新型模具材料。乐嘉文BOHLER采用粉末冶金工艺方法生产高碳高合金模具钢又有新进展，在本届模展上推出了新型粉末高速钢S290，使其粉末高速钢的数量增加到了5种。与S390相比，S290的Co含量提高到了11%左右，使钢的硬度达到了69～70HRC。S290主要用于不锈钢精冲模。
对于大部分模具材料使用企业来说，尤其在制造精密、复杂、长寿命的模具时，模具材料的性能、质量及其质量和性能的稳定性已成为选材时考虑的主要因素。不断提高产品质量与性能，已成为模具材料生产企业的普遍追求。材料的质量与性能得到了模具材料生产和使用单位的普遍重视。对于模具钢生产企业来说，尽管各自最终达到的质量和性能的优良程度仍存在差异，有时甚至这种差异还很大，但无论是国外还是国内企业，都在通过不断改进或更新工艺方法和工艺手段，来进一步提高材料的纯净度、致密度、均匀性、等向性及质量的稳定性，进而提高材料的使用性能。这也是模具材料发展的大趋势。相对而言，本届模展展示的模具钢质量和性能，都处于较高水平。完

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