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編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
（譯文）
院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 戴瑤
學(xué) 號(hào)： 1000110401
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名： 楊曉清
職 稱： 講師
2014年 5 月 24 日
模具的制造
Taylan Altan”(1),布萊恩Lillg Y.C.Yen
制造工程技術(shù)研究中心
包括工業(yè)部門、焊接、和系統(tǒng)工程
俄亥俄州立大學(xué)哥倫布,俄亥俄州,美國(guó)，Taylan Altan(1),哥倫布,俄亥俄州,美國(guó)。
摘要
設(shè)計(jì)及制造模具代表著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)閹缀跛械拇笠?guī)模生產(chǎn)離散部分是生產(chǎn)過程中形成的模具。因此,質(zhì)量、成本和加工完成的模具生產(chǎn)中很大的影響經(jīng)濟(jì)及批量生產(chǎn)零件。特別是在汽車行業(yè)。因此,模具制造商被迫制定和實(shí)施的最新技術(shù)，和一部分工藝設(shè)計(jì)包括建模、快速原型制造、快速工具,優(yōu)化刀具軌跡生成高速切削和加工、機(jī)械和切割工具、表面涂層和修復(fù)以及EDM和ECM。本文從ClRP中查找資料，試模過程。是在這個(gè)領(lǐng)域的重大進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:模具；制造
桂林電子科技大學(xué) 第39頁/共38 頁
引言
作者要感謝那些在這次審查論文中做回應(yīng)的所有同事,即Klocke教授——WZL亞琛,教授。Tonshoff IFW漢諾威,韋特海姆教授,伊斯卡有限公司(以色列),教授。Kruth和Lauwers——天主教大學(xué)魯汶教授拉?！餐芈『漳?蓋革和教授恩格爾-融通的埃朗根博士,教授。維內(nèi)特-在多特蒙德,利奧波德博士——GFE開,雷茨尼克先生——擠壓磨練Corp . Gunasekera -俄亥俄大學(xué)教授,教授綠色大蘋果——英國(guó)巴斯大學(xué)、布埃諾教授——Fundacion Tekniker弗勞恩霍夫IWU Neugebauer和朗博士,教授開。也由于我們同事和感謝ERCINSM以及Klocke教授的同事IFW WZL,Tonshoff教授,他幫助我們收集數(shù)據(jù)的引用和準(zhǔn)備。此外,我們感謝我們收到的許多參與者的2001機(jī)械模具會(huì)議
1背景
工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要生產(chǎn)離散sub-assembled和組裝，組裝為子產(chǎn)品準(zhǔn)備好客戶。幾乎所有制造的的大批量生產(chǎn)的模具和離散零件要求所使用的模具生產(chǎn)過程如鍛造，沖壓，鑄造，注塑成型。因此,設(shè)計(jì)和制造模具和模具代表整個(gè)生產(chǎn)鏈的一個(gè)非常重要的方面。這可以如下觀測(cè)所示:
類似于機(jī)床,模具和模具可能相比于整體，整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的價(jià)值代表一個(gè)小投資。然而,他們是至關(guān)重要的。如機(jī)床，在確定鉛倍，質(zhì)量和離散零件成本。
制造和嘗試新的模具的關(guān)鍵是在確定的可行性和整個(gè)生產(chǎn)程序的時(shí)間。例如,在制造汽車通過inmold內(nèi)部組件紋理復(fù)雜的模具,使用costup到050萬美元,可能需要6到9個(gè)月的試演和健壯的使用生產(chǎn)過程開發(fā)設(shè)備?？紤]到OEM的要求樣品部分,在生產(chǎn)設(shè)備(不生產(chǎn)原型),6 - 9個(gè)月之前開始生產(chǎn)(SOP)的一個(gè)新的汽車模型,模具的重要性使變得明顯。
該模具的質(zhì)量直接影響到生產(chǎn)的零部件質(zhì)量。杰出的例子是用于注塑透鏡的模具或模具，用于汽車傳動(dòng)部件精密鍛造。
1.1技術(shù)的意義
上面列出的觀察說明,模具和模具制造的一個(gè)關(guān)鍵位置組件在幾乎所有的產(chǎn)業(yè),但特別是在運(yùn)輸、消費(fèi)電子產(chǎn)品和消費(fèi)品行業(yè)。模具制造影響整個(gè)生產(chǎn)周期的有效性,在整個(gè)生產(chǎn)鏈中必須考慮這種技術(shù)這是一個(gè)非常重要環(huán)節(jié)。
模和模具制造涵蓋了范圍廣泛的活動(dòng),包括:a)制造新模具和夾具。b)制造模具的維護(hù)和修改。c)技術(shù)援助和為客戶制造原型,圖1[1]。過程開發(fā)和模具試驗(yàn)以及模具維護(hù)尤為重要,因?yàn)樗鼈冋加冒嘿F的生產(chǎn)設(shè)備和影響交貨期。這些活動(dòng)必須有非常嚴(yán)格的計(jì)劃和完成期限。這種需求使調(diào)度在制模車間是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。汽車行業(yè)不斷試圖減少對(duì)新車型的開發(fā)時(shí)間給模具制造商帶來巨大的壓力,這樣就需要新的生產(chǎn)系統(tǒng)[2]。
1.2各類模具
利用模具和模具的四個(gè)主要過程a）需要不同的技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。b)使用不同的術(shù)語,圖2[3]。例如,壓鑄模具有更多的深度和薄的肋腔,無法輕易比注塑模具加工。結(jié)果5倍電火花機(jī)用于壓鑄行業(yè)比注塑行業(yè)。另一個(gè)例子是，近50%，為電火花線切割機(jī)的使用在沖裁模只有5%的這些機(jī)器用于制造擠壓模具。
如圖2所示,大型拉深和沖壓模具是由加工鑄鐵或鋼結(jié)構(gòu),而鍛造模具,壓鑄和塑料成型是由工具鋼塊,涉及相當(dāng)大的粗加工操作。注塑模具和壓鑄模具允許相當(dāng)復(fù)雜零件的生產(chǎn)與削弱空洞的幾何圖形。因此,這些工具通常有多個(gè)運(yùn)動(dòng)幻燈片和沖頭及冷卻通道,使生產(chǎn)過程復(fù)雜化。模具是由功能（腔，插芯，沖頭）和支持組件(導(dǎo)銷，支架，模板）。常常支持組件和許多洞只需要二維或2% D加工,但可能需要50 - 60%的總生產(chǎn)時(shí)間。這一事實(shí)常被忽視,但必須考慮有效加工操作的計(jì)劃。
而金屬切削和電火花的主要方法是用于模具和模具制造、擠壓、微機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕方法也用于制造模具為各種應(yīng)用程序。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)
工藝布局模具開發(fā)
模具制造
產(chǎn)品調(diào)試，使用和回收
3D-CAD
過程模擬
過程模擬
激光切削
有限元模擬
快速模具
CAD/CAM系統(tǒng)
端組件
虛擬樣機(jī)技術(shù)
逆向工程
加工策略
質(zhì)量控制
快速原型
反向同步
強(qiáng)大的模具開發(fā)模具
逆向工程
基于特征的加工鏈的輪廓
同步工程
圖1:模具和模具加工產(chǎn)品的位置生命周期[1]。
1.3模具制造的經(jīng)濟(jì)學(xué)
根據(jù)最近的一項(xiàng)調(diào)查[4],在所有工業(yè)化國(guó)家的模具制造中面臨著類似的重大問題,即:
1． 由于價(jià)格和利潤(rùn)率的下降,以至于需要強(qiáng)大力度的控制和降低成本。
2． 要求比以前（少約50%）的時(shí)間建立模具。
3． 需要擴(kuò)展的客戶服務(wù)包括(數(shù)據(jù)處理、建議原型零件,在過程開發(fā)援助)。
4． 缺乏熟練工人成本,導(dǎo)致需要向員工提供新技術(shù)的培訓(xùn)。
5． 全球化導(dǎo)致增加外國(guó)競(jìng)爭(zhēng),尤其是來自發(fā)展中國(guó)家技能水平增加,工資相對(duì)較低的情況。
優(yōu)先級(jí)根據(jù)國(guó)家不同調(diào)查;例如在北美和德國(guó)模具制造商主要關(guān)心外國(guó)的競(jìng)爭(zhēng),日本企業(yè)集中精力開發(fā)新市場(chǎng)。在所有國(guó)家,然而,接受“新技術(shù)”被公認(rèn)為是一個(gè)必要的組件,可能導(dǎo)致創(chuàng)新和集成,驗(yàn)收至關(guān)重要。[5]。據(jù)悉,不僅包括新技術(shù)制造技術(shù)(高速銑削,硬加工、自動(dòng)化、流程建模等等)而且預(yù)處理和制造后,如成本估算與控制、文檔、培訓(xùn)和運(yùn)營(yíng)管理。因此,兩個(gè)基本組件實(shí)現(xiàn)模具行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)地位:a）能力的人員。b)利用161年優(yōu)化和創(chuàng)新的生產(chǎn)技術(shù)。
邊界條件消隱工具
材料
X155CrVMo12-1
高幾何比率
HS6-5-3(PM
小的幾何形狀和厚度薄的特點(diǎn)
HM K40
質(zhì)量要求高
硬度 57-63HRC
通過線切割或坐標(biāo)成型磨削生產(chǎn)
注塑模具和壓鑄磨具
材料
高深度/小半徑
40CrMnMo7
非常高的質(zhì)量要求
X38CrMoV5-1
使用細(xì)而長(zhǎng)銑刀
伸強(qiáng)度R=1000-1500N/MM2
主軸轉(zhuǎn)速和控制器的性能有很高要求
硬度48-58HRC
銑削和電火花加工
拉深模
材料
扁平的幾何形狀/大半徑
GG25CrMo
未知匹配許可
GGG-70
上主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)料速率和控制器的性能高要求
鋅基壓鑄合金
硬度 220-270 B30
通過銑削可能悉數(shù)加工
圖2:在模具和模具工件特征[3]。
對(duì)于一個(gè)成功的制模操作，成功的模具制造商的建議，它是必要的：
1、建立量化成本估算的方法。在這個(gè)行業(yè)成本估算通?；凇斑^去的經(jīng)驗(yàn)”和“感覺”的模具制造商,與“相似的”模具。由于估計(jì)的準(zhǔn)確性,可能決定利潤(rùn)或損失,可能在20%以下[7]。
2、確定模具制造的整個(gè)過程鏈,從調(diào)查到交貨給客戶。
3、識(shí)別所有成本參數(shù)和量化成本因素,最終通過回顧歷史(數(shù)據(jù)收集對(duì)工作時(shí)間、合同、成本會(huì)計(jì))。
4、建立一個(gè)合同的基礎(chǔ)上,項(xiàng)目合同不只是提供額外費(fèi)用[8]。為了保持期限,關(guān)注合同的初始化,而不是模具的裝配,涉及到相當(dāng)多的人力和很難改變一個(gè)時(shí)間表
5、向客戶提供服務(wù)主要在年初數(shù)據(jù)管理和生產(chǎn)過程中,也在過程開發(fā)復(fù)雜的模具,可能需要相當(dāng)多的試驗(yàn)時(shí)間。
成功的模具制造商質(zhì)量是給定的。工作的時(shí)間進(jìn)度,或存儲(chǔ)時(shí)間,可以較低的批量生產(chǎn)的一個(gè)重要因素,如模具。在這個(gè)應(yīng)用程序中據(jù)估計(jì),70%的“總生產(chǎn)時(shí)間”由存儲(chǔ)時(shí)不添加到產(chǎn)品價(jià)值。這種情況只能通過提高加工能力,提高機(jī)器利用率,奧蘭德提高部分的效率處理操作[9]。減少工作的時(shí)間,許多商店已經(jīng)分離無干涉刀位軌跡生成高技術(shù)死于工程和模具的設(shè)計(jì)。而后者是工程部門完成的,刀位軌跡生成完成車間的機(jī)器上的操作員。
2模具和流程設(shè)計(jì)
在使用模具或模具制造離散部分,這部分設(shè)計(jì)必須符合這一過程以保證生產(chǎn)高質(zhì)量的零件在低成本和短交貨期。因此,同時(shí)部分和過程的設(shè)計(jì),這通常是在實(shí)踐中并非如此。這個(gè)目標(biāo)只能通過設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品之間良好的溝通工具,可以在不同的公司(OEM和供應(yīng)商)位置。
原始設(shè)備制造商 一級(jí)供應(yīng)商 下級(jí)供應(yīng)商
圖3:CAD系統(tǒng)擴(kuò)散鏈(10)。
使用不同的CAD系統(tǒng)和供應(yīng)商溝通在供應(yīng)鏈進(jìn)一步復(fù)雜化。圖3中,來自(10),顯示了CAD系統(tǒng)的擴(kuò)散在前三層的北美汽車工業(yè)。因?yàn)槟＞吆湍＞咧圃炱髽I(yè)往往是三或四線供應(yīng)商,可靠地將CAD數(shù)據(jù)的“互操作性問題”之間的公司在這個(gè)行業(yè)尤為突出。
眾所周知，設(shè)計(jì)實(shí)際上只占一小部分，5到15%的一部分，總的生產(chǎn)成本。然而，在設(shè)計(jì)階段作出的決定已在制造和生命周期成本的一個(gè)產(chǎn)品的深遠(yuǎn)影響。除了滿足功能要求，該部分的設(shè)計(jì)必須考慮：a）選定的制造工藝及其局限性，b）設(shè)備和模具的要求，c）過程的能力，如尺寸，幾何形狀，公差，和生產(chǎn)速率，和d）處理?xiàng)l件下的物料特性。通常的設(shè)計(jì)需要一個(gè)新的現(xiàn)有的流程工具、改性發(fā)展。在這種情況下模具發(fā)展和嘗試可以長(zhǎng)或更長(zhǎng)的時(shí)間，為模具制造所需的時(shí)間。
組裝準(zhǔn)備幾何部分,通常以電子形式,必須用于開發(fā)模具或模具幾何圖形以及選擇工藝參數(shù)。圖4所示,使用鍛造為例,信息的流動(dòng)和活動(dòng)在計(jì)算機(jī)輔助模具和工藝設(shè)計(jì)[11]。過程,如沖壓、熱、冷鍛可能需要幾個(gè)操作從最初簡(jiǎn)單的鋼坯或空白表,直到完成一部分。因此,可能需要幾個(gè)模具。在流程,傳入的材料是無形的,如粉末壓實(shí)、注塑、壓鑄、一套模具或模具設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一種體驗(yàn)式的活動(dòng)。然而,很明顯增強(qiáng)利用流程建模技術(shù):
1、 估計(jì)材料流動(dòng)和模具應(yīng)力。
2、 建立最佳工藝參數(shù)（機(jī)和擠壓速度，模具和材料溫度，保持壓力，時(shí)間等）。
3、 模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，有必要執(zhí)行過程（鍛造，草圖在沖壓，壓料面和拉延筋在注射成型中的澆口和分流道和壓鑄）。
4、 確定產(chǎn)品和模具尺寸的預(yù)測(cè)和消除缺陷，而一個(gè)強(qiáng)大的過程中獲得調(diào)整工藝參數(shù)。
過程建模中的應(yīng)用，采用三維有限元法為基礎(chǔ)的軟件，現(xiàn)在被認(rèn)為是常規(guī)的（i）永久模具和壓鑄，（ii）注射，注氣，壓縮和吹塑，和（iii）金屬板材成形。在鍛造，而二維模擬被廣泛的應(yīng)用，三維應(yīng)用程序被引入先進(jìn)技術(shù)公司。研究正在進(jìn)行“反向模擬法”設(shè)計(jì)的鍛坯[ 12 ]。有限元仿真結(jié)果的例子是在鍛造和沖壓[圖6 11 5圖見]。在金屬切削有限元模擬中的應(yīng)用已受到許多公司介紹，但它仍然是在RBD的階段。最有可能的是，這個(gè)應(yīng)用程序?qū)⒈粡V泛接受，在接下來的兩到四年，還擴(kuò)展到了金屬切削操作完整的三維模擬。之前，他們可以應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中，仿真過程中必須進(jìn)一步發(fā)展。a)復(fù)合聚合物成型（模內(nèi)層壓，玻璃纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的壓縮成型）。b）的夾心板的金屬材料。復(fù)合材料的變形規(guī)律的公式表征代表相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)和仍在發(fā)展階段。
3原型和快速模具
3.1添加劑制造和快速成型模具和模具生產(chǎn)
添加劑的制備方法通常被稱為“快速原型（RP）類”或“實(shí)體自由成形制造”（SFF）過程有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展在過去的十年。雖然他們最初銷售作為輔助設(shè)計(jì)的可視化和成型技術(shù)，近年來這些技術(shù)的最有前途的應(yīng)用已經(jīng)在凈形模具快速制造領(lǐng)域過程。一個(gè)優(yōu)秀的評(píng)論是在第四十八次大會(huì)[ 13 ] CLRP主題的論文。
圖4：產(chǎn)品流程圖，模具和工藝設(shè)計(jì)（例如：鍛造）[ 11 ]
圖5：汽車曲軸鍛造三維有限元軟件模擬[ 11 ]。
所有的當(dāng)前使用的過程遵循相同的基本序列步驟構(gòu)建一個(gè)組件。這一過程始于CAD實(shí)體模型的一個(gè)部分或工具插入,這通常是轉(zhuǎn)移到RP機(jī)器STL格式。這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)減少了實(shí)體模型定義一組三角形面表面的部分。這個(gè)STL文件然后“切片”電機(jī)控制器軟件,最初是一個(gè)三維對(duì)象轉(zhuǎn)化為二維層的有序集合。然后是重建的,一次一層~[14]
圖6:在沖壓有限元仿真的例子。通過優(yōu)化壓邊力(BHF)控制,有可能形成一個(gè)無皺紋的一部分[11]。
RP工藝不同形式構(gòu)建材料使用的特定方法,以及構(gòu)建材料本身。到目前為止,最常見的建設(shè)材料是液體(有限元),一個(gè)擠壓固體(熔融燒結(jié))。用于形狀的原材料的技術(shù)通常使用laser-activated化學(xué)變化(有限元),激光燒結(jié)(鏡頭,SLS),擠壓(FDM),或一個(gè)粘合劑粘結(jié)劑(3 d打印)。]
RP工藝不同，使用特定的方法形成的建筑材料，以及在構(gòu)建材料本身。到目前為止，最常見的建筑材料是液體（SL），擠出的固體（熔融燒結(jié)）。該技術(shù)用于形狀的原材料通常使用激光激活化學(xué)變化（SL），激光燒結(jié)（鏡頭，SLS），擠壓成型（FDM），或粘合劑（3D印刷）。
3.2設(shè)計(jì)和可視化工具:新發(fā)展
在RP市場(chǎng)的主要推力是低成本的3D打印機(jī)”的發(fā)展，這是專為辦公使用，并專為可視化輔助部分設(shè)計(jì)師。所有這些過程的目的是為低成本成型方法生產(chǎn)相對(duì)脆弱的部分，允許一部分設(shè)計(jì)師產(chǎn)生一個(gè)快速設(shè)計(jì)迭代步數(shù)，并以較低的成本。這些過程不是目前能夠生產(chǎn)零件能夠承受重大壓力。
3.3快速生產(chǎn)模具
快速模具和模具使用添加劑的生產(chǎn)流程可以減少時(shí)間和成本將新產(chǎn)品引入市場(chǎng)的大幅減少設(shè)計(jì)迭代和成型周期。添加劑過程也有其他優(yōu)勢(shì),比如建立保形冷卻線在模具型腔的能力,和一些系統(tǒng)的定制材料屬性的一部分,因?yàn)樗墙ⅰ?
“快速工具”的概念包括三個(gè)不同階段:原型工具,“橋”的工具,工具有限公司生產(chǎn)運(yùn)行。原型工具正是其名稱所暗示的:死亡或模具設(shè)計(jì)來測(cè)試一個(gè)新的組件設(shè)計(jì),新材料,或者一個(gè)新進(jìn)程。在這種情況下,工具本身并不打算生產(chǎn)超過幾百個(gè)零件、刀具壽命,循環(huán)時(shí)間,一部分彈射通常不是設(shè)計(jì)問題。慢得多周期和手動(dòng)彈射通常用來簡(jiǎn)化工具設(shè)計(jì)和節(jié)省寶貴的時(shí)間和生產(chǎn)原型工具。因?yàn)樵凸ぞ叩某杀究梢圆⑷肟偧庸こ杀竞蛿備N在整個(gè)產(chǎn)品生命的最終產(chǎn)品,成本不是一個(gè)主要關(guān)心的。另一方面,產(chǎn)品開發(fā)約束要求的時(shí)間生產(chǎn)工具必須很短,通常只有數(shù)天或數(shù)周。
“橋工具”是應(yīng)用于模具和模具設(shè)計(jì)成持續(xù)或許成千上萬的產(chǎn)品周期。這些工具允許一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)初期,雖然仍在制造生產(chǎn)工具。雖然這些工具不需要生產(chǎn)工具的耐用性,并且可能不是優(yōu)化的工藝參數(shù),它們必須能夠承受數(shù)千周期,同時(shí)生產(chǎn)級(jí)公差。同樣,這些工具的成本可以并入整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行的總加工成本。
最后，最苛刻的應(yīng)用工具的短期生產(chǎn)運(yùn)行。與精益生產(chǎn)和大規(guī)模定制的到來，需要制作工具，可以在小批量生產(chǎn)的質(zhì)量部分，這樣做的成本效益，已經(jīng)成為許多行業(yè)的一個(gè)重大問題。通常它是不清楚是否是更好的建立一個(gè)單一的模具或模具生產(chǎn)數(shù)量有限的部分，在過去的幾年里傳播，還是建立更便宜，不耐久的工具，拋棄它在每個(gè)生產(chǎn)周期的結(jié)束，并建立一個(gè)新的工具，當(dāng)另一個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃。這第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，“模具數(shù)據(jù)”：作為CAD模型轉(zhuǎn)向功能的工具變得越來越復(fù)雜和耗時(shí)少的方法，有一點(diǎn)是要從一個(gè)非常昂貴的工具獲得生產(chǎn)數(shù)量有限的部分。更好更便宜的工具和丟棄另建，每一次新的生產(chǎn)運(yùn)行是必要的。為本的理念成為更廣泛的接受，工業(yè)部件建造小很多，如軍事和航空航天，可能更傾向于采用凈成形過程。
Rosochowski和Matuszak[15]提出了快速模具的分類過程,如圖7所示,基于實(shí)際使用的工具,而不是使用特定的流程。他們快速加工過程劃分為三個(gè)主要群體:那些用于鑄造生產(chǎn)模式,這些用于生產(chǎn)模式對(duì)軟、硬工具(“間接”工具),和那些生產(chǎn)生產(chǎn)工具直接由RP方法(“直接”工具)。很好地概述當(dāng)前的工業(yè)用途數(shù)中給出了這些技術(shù)[16]。
鑄件圖樣
雖然為鑄造生產(chǎn)模式不是一般被視為“快速工具”,事實(shí)上,幾個(gè)RP工藝應(yīng)用于模式砂鑄造、熔模鑄造、包括FDM(熔融沉積造型),SLS(選擇性激光燒結(jié))和LOM(分層物體制造)。模式通常是蠟,但復(fù)雜的模式從聚碳酸酯的SLS燒結(jié)過程也被使用[15]
最近,一種新的方法開發(fā)生產(chǎn)大型(1.5 * 0.75 m3)砂快速模具和核心。這種技術(shù)使用一個(gè)噴墨技術(shù)噴砂粘合劑層,其次是反應(yīng)物,放下選擇性,導(dǎo)致一個(gè)精確,強(qiáng)壯,砂型或核心。這個(gè)過程比選擇性激光燒結(jié),據(jù)說快十倍,還可以創(chuàng)建對(duì)熔模鑄造蠟?zāi)Ｐ蚚17]。
RP方法也被用來形成模具生產(chǎn)泡沫模式低泡沫鑄造過程。相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)在汽車行業(yè)生產(chǎn)模具用于聚苯乙烯泡沫模式利用LOM、RTV硅膠,高溫鋁填充環(huán)氧樹脂。LOM和RTV硅相結(jié)合產(chǎn)生了一個(gè)模型，給出了一個(gè)復(fù)雜的部分[ 18 ]優(yōu)良的表面細(xì)節(jié)。
間接方法
在注射成型中的RP工藝是最常用的生產(chǎn)的模具插入模式，與流道幾何連接。該模具插入填充硅，這就允許固化。硅正然后用于鑄造環(huán)氧工具，它通?？梢猿惺軒装僮⑸涑尚椭芷凇?
由于環(huán)氧模具的部分，他們可以提供數(shù)量有限，有找到其他技術(shù)來鑄造的工具來自RP方法大師在行業(yè)很感興趣。一種方法是由一個(gè)汽車制造商發(fā)展到陶瓷模具噴熔工具鋼，這是從RP模型制作。到目前為止這個(gè)方法是用來產(chǎn)生比較?。?00毫米×600mm）的工具集。然而，工作正在取得進(jìn)展，擴(kuò)大汽車車身板[ 17 ]生產(chǎn)鈑金工藝模具。
另一個(gè)相關(guān)的方法被稱為快速凝固。它包括噴涂熔融金屬，在這種情況下H13工具鋼，對(duì)陶瓷大師。那所得到的工具鋼殼顯示出優(yōu)良的強(qiáng)度，硬度的方法，要求開發(fā)商，和表面光潔度。第一個(gè)工具產(chǎn)生的這個(gè)過程是由于去2001 [ 19 ]在七月在線。
其他幾個(gè)技術(shù)使用SC稱為“間接”方法在金屬制品的工具集。這些方法幾乎都被應(yīng)用于注塑模具，由于相對(duì)良性的生產(chǎn)環(huán)境。安斯利和龔在滑鑄造不銹鋼模具采用RP大師的模具[ 20 ]的方法報(bào)告。韋弗等人。報(bào)告在法生產(chǎn)工具的模型集。有機(jī)硅樹脂作為中間材料，與金屬粉末和聚合物泥漿再鑄全硅。固化后，該工具是脫脂和燒結(jié)，產(chǎn)生一個(gè)工具集的性質(zhì)接近硬化工具鋼[ 21 ]。一個(gè)類似的過程中已經(jīng)使用了好幾年。它使用一個(gè)專有的三種金屬混合材料，使硅酮大師。這種技術(shù)細(xì)節(jié)可在[ 22 ]。
直接的方法
這些過程都使用RP技術(shù)制作的模具或模具直接從CAD模型，而無需使用額外的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。直接加工最常用的方法涉及一個(gè)“綠色”的一部分，是通過選擇性激光燒結(jié)（SLS）或三維打?。?DP）方法。SLS [ 23 ]沉積一層覆膜金屬粉末，然后用激光選擇性燒結(jié)。隨著三維印刷一層粉末首先被沉積，然后粘合劑，粘合劑的選擇應(yīng)用?；诜勰┑闹饕獌?yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的，粉的，不是用來形成部分提供了懸掛結(jié)構(gòu)支持。在這種方式中，隨形冷卻通道和削弱可以創(chuàng)建不需要額外的支持材料。一個(gè)很好的概述最近的工作削弱可以創(chuàng)建沒有額外的各種直接加工方法需要在[ 24 ]。
在最近的概述的發(fā)展直接工具使用SLS加工過程,Klocke指出精密的百分之的毫米現(xiàn)在是可能的,以實(shí)現(xiàn)表面裝飾(經(jīng)過后處理)R,= 15點(diǎn)或更好。相當(dāng)復(fù)雜的部分可以用這些工具[25]。
大量的工作已經(jīng)進(jìn)入了選擇性激光燒結(jié)（SLS）作為一個(gè)過程建立模具直接從CAD模型。細(xì)節(jié)可用于板材成形模具[ 26 ]，DTM快速鋼過程[ 27 ]和快速模具的過程[ 28 ]。此外，RBD的發(fā)展進(jìn)一步提高SLS過程本身，特別是對(duì)粉末沉積[ 29 ]和影響的激光功率和掃描速度對(duì)表面沉積[ 30 ]孔隙微觀結(jié)構(gòu)。
全面實(shí)用的快速原型和快速模具的審查在最近的一次發(fā)布[14]。
4凹、凸模/芯加工
參與制造注塑模具的典型步驟如圖8 [ 31 ]。一個(gè)注塑件的成本構(gòu)成圖9中給出的。這個(gè)例子說明了相當(dāng)大的成本降低的潛力存在于粗、精模具加工。
4.1刀具路徑的生成和優(yōu)化
今天幾乎所有的模具制造商使用高速切削加工（HSC或HSM）在凹、凸模制造。HSM不僅需要特定的機(jī)床（剛性，高主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度高，軟件與前瞻能力，較高的加速和減速）和切割工具（各種復(fù)合涂層，刀具刃的幾何形狀，高性能的刀具材料，即PCBN陶瓷超細(xì)碳化物）而且專用數(shù)控刀具路徑編程策略。這是目前公認(rèn)的不僅是研究機(jī)構(gòu)也通過各種CAM系統(tǒng)供應(yīng)商。
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?設(shè)計(jì)（塑料零件的幾何形狀）通過OEM或注射腐朽
?過程模擬（模具）的注塑機(jī)或模具制造
?對(duì)模具鋼塊先粗加工，通過鋼供應(yīng)商
?型腔的粗加工（銑，鉆）的模具制造
?半精加工和精加工（銑，電火花加工的模具制造商）
?拋光和裝配，模具制造商
?嘗試完成模具，由模具制作
?預(yù)生產(chǎn)資格，由模具制作，注塑機(jī)和OEM
圖8:操作參與制定一個(gè)典型模具[31]。
圖9:成本組件(%)制造汽車注塑部分的一個(gè)例子(假設(shè)250000個(gè)零件生產(chǎn)在一個(gè)鋼模具)[31]。
芯片負(fù)載和切割速度常數(shù)
關(guān)于這一主題的早期研究集中在工具的優(yōu)化路徑的三維銑削雕刻表面與球頭鋼廠?；痉椒ㄊ潜３智懈钏俣群托酒?fù)載大約持續(xù)通過控制主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率。計(jì)算機(jī)代碼開發(fā),基于這一原則,允許減少銑時(shí)間20 - 30%,根據(jù)模具幾何同時(shí)增加銑刀刀具壽命(32、33)。最近,過程模擬和加料速度保持恒定的芯片采用負(fù)載已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用于五軸數(shù)控加工雕刻表面使用環(huán)以及球頭立銑刀刀具(34、35)。特別是在粗銑操作進(jìn)給速率采用有助于避免不可接受過度工具撓度和偏離理論設(shè)計(jì)圖面。五軸銑削仿真允許操作員檢查不同的銑削策略的影響和改進(jìn)過程的可靠性,同時(shí)降低加工時(shí)間。
五軸銑削數(shù)控程序優(yōu)化的模具和模具也建議[36]。在這種方法中使用多個(gè)流程模型的技術(shù)優(yōu)化數(shù)控程序。一個(gè)軟件模塊開發(fā),擴(kuò)展了商業(yè)CAD / CAM系統(tǒng)的功能。數(shù)控五軸加工的刀具軌跡生成也被優(yōu)化的一個(gè)研究小組[37]。這種“擴(kuò)展CAM系統(tǒng)”對(duì)多軸銑集刀具軌跡生成、轉(zhuǎn)換和軸數(shù)控仿真。每個(gè)生成的系統(tǒng)執(zhí)行立即驗(yàn)證刀具位置,以防發(fā)生碰撞時(shí)(如機(jī)器和部分之間),它需要適當(dāng)?shù)牟僮鬟\(yùn)用避碰算法。因此,五軸加工的系統(tǒng)便于使用,并允許工具的變化傾向在刀具軌跡生成期間為了實(shí)現(xiàn)最佳的組合扇貝身高、工件精度、表面粗糙度和加工成本[38]。
切割速度的影響和超前角在球頭銑削刀具磨損也調(diào)查在最近的一項(xiàng)研究[39]策略優(yōu)化數(shù)控程序也進(jìn)行了綜述。結(jié)果表明,通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)挠层娂庸げ呗?可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)30%的成本節(jié)省。
一些刀具路徑的優(yōu)化策略正在實(shí)施的HSC機(jī)床[ 40 ]控制器。在球頭立銑刀銑削，恒定的主軸轉(zhuǎn)速可以產(chǎn)生各種表面速度取決于對(duì)工件的刀具接觸點(diǎn)。有效的刀具半徑（Ri和RZ）和接觸角的變化，（切削速度在恒定轉(zhuǎn)速的影響），如圖10所示。特征的建筑cncmachine控制器可以計(jì)算基于刀具路徑的角度球接觸半徑和覆蓋的主軸轉(zhuǎn)速保持恒定的切削速度在三維銑削。因此，主軸速度伺服控制的參數(shù)，如X，Y，和2個(gè)運(yùn)動(dòng)。此外，進(jìn)給速度進(jìn)行修正以保持恒定的切削載荷，類似于R& D的研究進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)室前。該控制器的功能允許程序指定一個(gè)所需的切割速度，讓控制表面速度目標(biāo)不斷的計(jì)算工具的工作。
圖10:切割速度的原理說明球頭銑刀與接觸角的變化[40]
所謂“切角”的能力被認(rèn)為是在發(fā)展的最新階段，將允許一個(gè)加工中心銑出一個(gè)“尖銳”的角落里，只能通過電火花產(chǎn)生的今天。如圖11所示，為主軸旋轉(zhuǎn)，位置，即軸位置，主軸的不斷變化，配合在X和Y的一種特殊的三角形的機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割操作的必要。
圖11示意圖的旋轉(zhuǎn)序列的“切角刀（使用一個(gè)特殊的三角形工具和中心線的位置是在工具旋轉(zhuǎn)連續(xù)變化的）[ 40 ]。
刀具路徑策略
在最近的研究中，對(duì)鍛造和沖壓模具，注塑模具已經(jīng)制造使用的高速應(yīng)用的“循環(huán)”策略在型腔加工，如圖12 [ 41 ]看到。在這里，該工具是從一個(gè)側(cè)面交替移動(dòng)（AB）的加工槽的另一邊（CD）表示，隨著主軸軸線的路徑。因此，減少工件的刀具接觸時(shí)間和工具允許冷卻。TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀具，圓柱頭端的粗切削（6，8和10毫米直徑的4齒）以及加工球頭（2，4，和10毫米的我2和4齒），用于機(jī)床鑄鐵（GG 25）和三個(gè)不同的工具鋼（38 HRC 48）使用高速銑床（24000 rpm主軸）。這項(xiàng)研究的結(jié)果同意與已知的加工策略在HSM在切割過程中所產(chǎn)生的熱量被丟棄的芯片和工具冷卻因?yàn)橐粋€(gè)單一的旋轉(zhuǎn)過程中與工件接觸有限。
圖12：生成的刀具路徑軌跡為圓形戰(zhàn)略”[ 41 ]。
良好的硬銑審查策略[42]。作者指出,在HSM硬模和模具鋼材的硬質(zhì)合金工具,對(duì)于一個(gè)給定的刀具半徑,R,接觸弧,一個(gè),是由徑向?qū)挾葴p少,,。因此,“a”的增加而增加,和銑刀的切削刃保持更長(zhǎng)時(shí)間的減少,導(dǎo)致熱量建立和刀具壽命減少。因此,有推薦值,這取決于銑刀直徑和工件硬度。所謂HSM皮策略用于銑槽到工件材料。如圖13所示,通過維護(hù)一個(gè)有限的徑向?qū)挾葴p少(,),工具和工件之間的接觸弧降低[42]。結(jié)合適當(dāng)?shù)娘暳虾退俣?直徑推薦工具,工件硬度和槽尺寸)、端銑刀可以刪除大量的材料沒有產(chǎn)生過多的熱量,增加刀具磨損。在圖13中,為便于說明被夸大了。這個(gè)圖顯示了一個(gè)視圖向槽的平面由機(jī)器主軸。
高速切削螺旋策略，如圖14所示，是廣泛用于立式銑床為材料，即開始從一塊粗糙型腔加工模具鋼的使用對(duì)于一個(gè)給定的孔的直徑和材料硬度刀具直徑和軸向切削深度/革命的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的價(jià)值觀。在斜坡，即在銑槽形成材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須從上方的部分，一定的值被推薦為斜坡的角度和軸向切深，ap，這取決于材料的硬度。
數(shù)控程序的修改策略也已經(jīng)被開發(fā)出來,這樣工具撓度銑雕刻表面可以彌補(bǔ)。因此,復(fù)雜表面的幾何定義可以保持在接近公差。作為一個(gè)例子,一個(gè)軟件模塊開發(fā)和集成的多軸加工程序[43]。這個(gè)軟件預(yù)測(cè)切削力,估計(jì)工具撓度和對(duì)數(shù)控程序執(zhí)行必要的修正。因此,這種方法特別有用在銑削瘦和長(zhǎng)時(shí)間的工具。
圖13：“削”策略來降低弧通過維持一個(gè)有限的徑向接觸切削寬度，[42]。
4.2高速硬切削-概述
在傳統(tǒng)的模具制造業(yè)務(wù)，型腔加工一般約0.3毫米超大尺寸。模具然后硬化，這可能會(huì)導(dǎo)致一些失真，然后加工到最終尺寸。今天在dielmold制造趨勢(shì)是難加工，在粗加工和精加工，電火花加工和更換沒盡可能。因此，減少必要的機(jī)組UPS的數(shù)目和增加吞吐量。高速銑削淬硬模具鋼，使這一趨勢(shì)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。
圖14：高速切削螺旋立銑成策略工件材料[ 42 ]。
高速淬硬模具加工的主要目的是通過改善表面光潔度和變形減小臺(tái)階。因此，提高質(zhì)量和降低成本。高速加工淬硬模具（40至62 HRC）具有近似范圍內(nèi)，如下要求和特點(diǎn)：
進(jìn)給率；15 rnfmin或更高時(shí)，適當(dāng)?shù)膲嚎s空氣或冷卻液霧的設(shè)置，通常通過主軸。
主軸轉(zhuǎn)速；10000至50000取決于刀具直徑。
表面切削速度：300米/分鐘到1000米/分鐘，這取決于模具鋼的硬度和切削負(fù)載。
高速度控制與高速數(shù)據(jù)和期望數(shù)據(jù)能力避免匱乏。期待能力軌道表面的幾何形狀，使機(jī)器加速和減速，有效保持規(guī)定的表面輪廓。
在0.8的范圍內(nèi)的機(jī)床高加速和減速能力1.2米/秒。
4.3模具沖壓加工
大型模具對(duì)板料成形制造的粗糙和精加工鑄鐵或鋼死結(jié)構(gòu)。在鑄鐵的加工,涂涂碳化物、立方氮化硼,罪和碳化物是最常用的工具。最近,各種立方氮化硼的成績(jī)和涂層的性能研究了碳化物[44]。銑削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選取高速臥式加工中心。工具幾何形狀和刀具規(guī)格如圖15所示。使用鍍錫硬質(zhì)合金工具代替裸硬質(zhì)合金工具提升25%的生產(chǎn)力的切割速度等工具增加了500%以上。此外,鈦鍍膜插入了至少三倍長(zhǎng)錫——或者TiCN-鍍膜插入無論切割速度,圖16。然而,PCBN插入超過了涂層硬質(zhì)合金插入。測(cè)試是流產(chǎn)后= 1.6平方米的表面積是加工和PCBN刀具磨損2測(cè)量VBmax = 60點(diǎn)和PCBN 0 VBmax = 85點(diǎn)。磨損和熱疲勞是主要的磨損機(jī)制。高CBN含量和高硬度表現(xiàn)出良好的耐磨性。
. 4.4加工模具和模具工具鋼塊
一般模具的注塑成型，吹塑成型和壓縮成型，以及壓鑄模具，鍛造管件液壓成形，是從一塊工具鋼制造的（在特殊情況下的模具也由鋁或銅合金）。在這些應(yīng)用中，大量的材料必須由粗加工去除。因此，工具鋼的切削加工性，加上高速銑削硬和許多不同的方面，是一個(gè)重要的問題，尤其是粗加工。在最近的研究中，三模具鋼的切削加工性與硫的含量不同，但相同的硬度（HB 300）是由不同的切削條件[ 31 ]研究。它被發(fā)現(xiàn)的）影響銑削過程的主要參數(shù)（使用硬質(zhì)合金插在一個(gè)40毫米的圓環(huán)面刀具）是切削速度和每齒，徑向和軸向切深進(jìn)給，b）硫?qū)δ＞咪摰募尤霂砑s在刀具壽命增加了50%，和c）時(shí)在高的進(jìn)給速度加工中刀具壽命增加75%可以得到。
高速原理和硬加工仍部分理解。各實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行了解基本的物理現(xiàn)象,確定芯片形成、切削速度和溫度的影響。加工硬化鋼,提高切割速度芯片形成從連續(xù)的鋸齒狀的芯片形式變化。因此,減少部隊(duì)可能降低,刀具壽命可能增加提供工具邊緣的溫度可以保持在允許的范圍內(nèi)[45]。評(píng)價(jià)切削功率的切割速度的函數(shù)(100年至3000年mlmin)顯示,似乎有一個(gè)材料特定的切割速度,切割功率達(dá)到最大值。以增加速度超過該值時(shí),切削力仍約常數(shù)和切割速度的功率線性增加(46)。
圖16:總結(jié)所有刀具壽命實(shí)驗(yàn)的珠光體鑄鐵(符號(hào)解釋在圖15)[44]。
一個(gè)很好的例子：硬化模具銑削加工是在最近的研究討論了[ 47 ]。調(diào)查的重點(diǎn)是鍛造渦輪和壓氣機(jī)葉片模具（模具材料1.2343熱處理53 HRC 1600的NLMM的極限強(qiáng)度），185×125毫米和600×330毫米的表面尺寸。本次調(diào)查的結(jié)果說明了許多方面的高速銑削在工業(yè)實(shí)踐中所面臨的，即：
模具制造商提供了大量的信息對(duì)刀具壽命試驗(yàn)結(jié)果。然而，這個(gè)信息是很難適用于特定的條件，不知道具體的測(cè)試條件，即料，速度，進(jìn)給，傾角，等。
成功的高速銑削加工中的應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)（三維設(shè)計(jì)工程師合作，數(shù)控銑床操作員）和文件（除了程序文件包括銑削策略，銑床和工作參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果）是必不可少的。
它是投資更多的工程時(shí)間的重要（計(jì)算，編程）開始生產(chǎn)一種新模來確定“最佳”的加工條件。因此，它可能是不保守和使用低進(jìn)給率導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間加工時(shí)間。
在粗加工中最好使用較小的刀具直徑和增加的進(jìn)給率。因此，更均勻的加工余量是左，這有利于精銑。作為一個(gè)結(jié)果，所需的時(shí)間，可能需要增加但粗加工完成時(shí)間將使總加工時(shí)間可降低降低。
粗加工的預(yù)硬化模具塊需要比加工在軟狀態(tài)更多的時(shí)間。不過，當(dāng)粗、精加工硬化狀態(tài)，一種新的工具，建立了。
對(duì)于難加工的決定必須為每個(gè)應(yīng)用程序單獨(dú)，在目前的情況下，在硬化狀態(tài)的HSC銑削可以做上粗加工和精加工，采用全硬質(zhì)合金球頭米爾斯和插入，如圖17。
這方面的經(jīng)驗(yàn)是，許多先進(jìn)的鍛造技術(shù)在北美國(guó)和日本的商店非常相似。提高耐磨性及模具壽命，模具往往表面高溫合金的焊接。在過去，這種表面焊接模具加工，新的或修復(fù)后，進(jìn)行了電火花加工。最近，專門設(shè)計(jì)的PCBN刀片的刀具進(jìn)行高速焊接表面加工等[ 48，39 ]。不同刀具材料證明研究具體的PCBN等級(jí)（適當(dāng)?shù)墓ぞ哌吘壷苽浜图庸げ呗裕┨峁┝撕荛L(zhǎng)的壽命和成本的硬焊表面的有效加工。
加工注塑模具和壓鑄模具目前的特別的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些應(yīng)用程序有多薄，深腔加工。在過去的生產(chǎn)模具的戰(zhàn)略包括粗加工，精加工的電火花加工硬化。為了節(jié)省設(shè)置時(shí)間和減少總的制造時(shí)間，它是理想的粗糙和一設(shè)置在硬化狀態(tài)完成機(jī)。因此，有必要開發(fā)技術(shù)的銑削深腔使用長(zhǎng)的硬質(zhì)合金銑刀和適當(dāng)?shù)那邢鳁l件。研究，進(jìn)行加工硬化模具（1400到1500 N / mm的強(qiáng)度）鑄造，說明了許多的困難和救濟(jì)具有長(zhǎng)而薄的銑刀銑削相關(guān)。一個(gè)軟件模塊的開發(fā)為選定的刀具的幾何形狀，[ 49 ]刀具條件估計(jì)。研究和其他研究表明，適當(dāng)?shù)膮?shù)選擇的電火花加工過程，可以在許多應(yīng)用程序取代[ 43 ]。
圖17:開發(fā)和減少加工時(shí)間一個(gè)鍛模[46]。
4.5機(jī)床和刀具
機(jī)床
眾所周知,高速銑床,加工必須硬,有很高的加速和減速功能。這是特別重要的在小模具,模具加工,是罕見的大,相對(duì)平坦表面減少。因此,該工具必須不斷加速和減速機(jī)指定的輪廓。例如,一個(gè)典型的高速銑床的反應(yīng)(牧野),用于模具和模具制造、加工時(shí)測(cè)量特定的表面雕刻。20米/分鐘的編程進(jìn)給速率所需的機(jī)器幾乎70毫米達(dá)到thedesired速度。說,溫和的飼料利率在5米/分鐘,itneeded大約4毫米送達(dá)到目標(biāo)速度[50]。而加速和減速芯片負(fù)載不能維護(hù)和減少,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)機(jī)器,主軸繼續(xù)以同樣的速度旋轉(zhuǎn),這可能會(huì)導(dǎo)致“摩擦”行動(dòng)的工具,增加刀具磨損。在選定的雕刻加工表面,結(jié)果表明,增加了名義上的進(jìn)給速率可能不會(huì)導(dǎo)致比例減少加工時(shí)間,因?yàn)閷?shí)際的進(jìn)給速率是由機(jī)器動(dòng)力學(xué)。如圖18所示,加倍的名義進(jìn)給速率對(duì)加工時(shí)間有不同的影響,根據(jù)考慮范圍。當(dāng)然,這一結(jié)果只適用于特定的加工幾何,但說明了機(jī)器慣性總加工時(shí)間的重要性。類似的研究表明機(jī)械慣性和模具幾何的重要性減少加工時(shí)間(45)
圖18：實(shí)際的和計(jì)算（使用軟件OPTIMILL）對(duì)選定的加工時(shí)間曲面[ 49 ]。
直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使用在大型銑床,用于生產(chǎn)汽車沖壓模具,已經(jīng)是眾所周知的。這一趨勢(shì)似乎在增加線性驅(qū)動(dòng)器在銑床中的應(yīng)用。機(jī)器使用并行運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)提供了工具昆蟲的概念正在評(píng)估在不同的實(shí)驗(yàn)室。雖然這些機(jī)器似乎適合模具和模具制造,沒有證明這樣的機(jī)器工業(yè)模具制造的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐。
最近一個(gè)機(jī)床創(chuàng)新的概念已開發(fā)的大型沖壓模具的快速修復(fù)[ 39,51 ]。本加工單元可以不以死亡為修復(fù)帶來的新聞，從而提供“現(xiàn)場(chǎng)加工能力。提供多軸力與剛架，該機(jī)具有混合并行和串行運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)，圖[ 19 ]。原型本機(jī)具有五軸力和實(shí)用模具修理?xiàng)l件下評(píng)價(jià)，圖20。
圖19:移動(dòng)式加工單元的概念(39)
圖20:移動(dòng)式銑床用于模具修復(fù)(51)
刀具的幾何形狀
此外，該機(jī)床的特點(diǎn)，影響成功的因素是高速銑削刀具材料的選擇，涂層和幾何形狀，根據(jù)切削條件。
例如,工具硬加工圓角半徑是5到30點(diǎn)的范圍。在粗加工的鍛模8毫米直徑球頭立銑刀每齒飼料fz = 0.087毫米,平均芯片厚度“h”,是下午5.7[51]。在逐漸增加加料速度和飼料每齒0.12毫米和芯片負(fù)載到8.2點(diǎn),可以提高生產(chǎn)效率約為40%。這實(shí)現(xiàn)了,因?yàn)橛行У那懈钏俣?基于深度削減”;而跨過的距離”,“,通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所選擇的切削速度,基于主軸轉(zhuǎn)速和刀直徑。在硬銑工具圓角半徑的尺寸(約30點(diǎn)粗,10點(diǎn)完成),芯片的厚度(大約25到50點(diǎn)粗和已經(jīng)成立10點(diǎn)完成)非常小。因此,它是必要的估計(jì)與實(shí)際切削速度和工作,這估計(jì)是對(duì)名義切削速度的1.8倍,為了確定一個(gè)可靠的工藝窗口,如圖21。因此,基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成槽加工硬化工具鋼,典型的切削速度vc = 300 rdmin,可以增加了風(fēng)險(xiǎn)投資= 500 rdmin。在另一個(gè)例子,通過增加芯片負(fù)載估計(jì)h = 1點(diǎn)切割速度翻倍,可以四生產(chǎn)力(52)。
圖21：幾何條件和比例”的數(shù)值隨切削速度，V，因素，功能跨越距離”[ 52 ]。
應(yīng)用的高速硬銑削加工要求粗)必須進(jìn)行一個(gè)大型金屬去除率和b)結(jié)果的機(jī)械加工面很近終點(diǎn)幾何和葉子一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的完成機(jī)械加工余量(0.05到0.5毫米)。因此,有效的應(yīng)用HSM替代插入幾何圖形。工具與圓形或八角形的插入,可比深處的大幅削減,雕刻表面輪廓比圓柱銑刀反過來最有效的侵吞和開槽[53]。輪插入提供最大力量和代表一個(gè)優(yōu)秀的解決方案不同的銑削條件[54]。這些插入的芯片厚度隨深度削減和加料速度必須達(dá)到合適的芯片厚度增加,金屬去除率。應(yīng)用的高速硬銑削加工要求粗)必須進(jìn)行一個(gè)大型金屬去除率和b)結(jié)果的機(jī)械加工面很近終點(diǎn)幾何和葉子一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的完成機(jī)械加工余量(0.05到0.5毫米)。因此,有效的應(yīng)用HSM替代插入幾何圖形。工具與圓形或八角形的插入,可比深處的大幅削減,雕刻表面輪廓比圓柱銑刀反過來最有效的侵吞和開槽[53]。輪插入提供最大力量和代表一個(gè)優(yōu)秀的解決方案不同的銑削條件[54]。這些插入的芯片厚度隨深度削減和加料速度必須達(dá)到合適的芯片厚度增加,金屬去除率。
模具加工需要廣泛的選擇，為大型和小型面對(duì)刀具地區(qū)，加工深墻和肩膀，以及加工長(zhǎng)，既深且窄槽[ 55 ]。因此，工具是必要的投入或斜坡下操作，銑，以及鉆井包括深鉆，鉸孔，攻絲、倒角。
主要結(jié)構(gòu)面，肩，和銑槽包括平坦的正面插入，插入地面和模制芯片機(jī)和螺旋，與改性前、后面臨的非平面的插入，并提供改進(jìn)的性能。工具生產(chǎn)商提供端與米爾斯不同的仿形銑床操作可互換的頭。螺旋切削刃的概念，最近開發(fā)的，用于固體銑刀以及插入，如圖22。該幾何體和螺旋曲線刃以及彎曲的前、后面臨的工具上的恒定的耙和間隙結(jié)果在銑削。此外，每個(gè)切削刃逐漸滲入與切削力逐漸增加工件。平方，多用螺旋刀片適用于90度肩，面對(duì)開槽[55]。
圖22：螺旋刃的概念[55]。
八角插入、圖23為鐵道部經(jīng)濟(jì)面臨提供切削刃,承擔(dān),開槽,開槽倒角的應(yīng)用程序。這些插入基于“增大化現(xiàn)實(shí)”技術(shù)可提供一系列的蕭條減少芯片之間的接觸面積和插入傾斜面,插入a)減少熱流,b)減少摩擦,c)提高刀具壽命。圖23展示了示意圖的熱量流入和工具。熱產(chǎn)生的摩擦和變形從卷曲芯片流入工具和水平箭頭所示。蕭條的工具減少工具/工件接觸和熱流的工具。此外,斜箭頭所表示的示意圖,對(duì)流熱損失的工具也增加。據(jù)稱,積極的傾角,結(jié)合這些蕭條也會(huì)降低切削力,提高芯片流。如圖24所示,八邊形和圓形插入可用于各種銑削應(yīng)用程序。
通常約8毫米直徑,球鼻銑削刀具由亞微米襯底提高韌性和PVD涂層(TiCN TiAIN)硬度和高耐磨性。對(duì)于大直徑銑刀,插入和越來越多的使用。高速銑削切削速度較高,通常建議固體銑削刀具。然而,在某些情況下,螺旋夾緊或葉片類型插入也可以使用。
工具材料和涂料
工具范圍從12毫米到35毫米直徑，硬質(zhì)合金刀片的工具被證明是有效的。TiCN涂層有足夠的加工模具鋼小于42 HRC，TiAlN涂層用于42 HRC以上。對(duì)于直徑12毫米的工具而下，亞微米硬質(zhì)合金與8至12%的鈷TiAlN涂層是最適合的。它也注意到，由不同的供應(yīng)商提供的工具之間的質(zhì)量差異已經(jīng)減少[ 9]。
圖23：槽型芯片供改善刀具壽命[ 55 ]。
圖24：用八角形和圓形刀片[ 55 ]多功能銑選項(xiàng)。
其他的調(diào)查中得到了相似的結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用TiAlN涂層，刀具壽命增加然后減少與增加的Ti / Al比。鈦/鋁的最佳組合為0.35（Ti）到0.65（鋁）。該涂層（鈦0.35鋁0.65 N）提供了更好的刀具壽命比類似的高速銑削條件下加工57 HRC模具鋼TiCN，圖25 [ 52 ]。
CBN硬車削的應(yīng)用是眾所周知的。過程有可能降低制造成本通過消除或減少研磨和通過消除潤(rùn)滑劑的使用。為了實(shí)現(xiàn)PCBN的潛力,努力將必須考慮的各個(gè)方面,包括機(jī)床、保持工作,工具補(bǔ)償,插入材料等級(jí)和邊緣質(zhì)量和穩(wěn)定性[56]。這些問題以及可實(shí)現(xiàn)的表面完整性和準(zhǔn)確性形式綜述了最近出版[57]。
工具持有人
在高速銑削主軸轉(zhuǎn)速高，刀柄平衡是避免刀具過早失效和獲得良好的表面光潔度很重要。用完的建議是小于5時(shí)。經(jīng)驗(yàn)表明，每個(gè)晚上10點(diǎn)跳動(dòng)，一般來說，刀具壽命降低約百分之50。因此，熱縮持有人是最好的，容易平衡而液壓卡盤在中等轉(zhuǎn)速的[ 58 ]是可以接受的。此外，它是必要的，刀片和刀柄具有更好的尺寸公差。該工具的長(zhǎng)度影響刀具的動(dòng)態(tài)行為，尤其是在刀桿的長(zhǎng)徑比超過三比一。因此，隨著刀具的柄長(zhǎng)刀具壽命降低。顯然，刀柄應(yīng)盡可能的短。插入的形狀也影響振動(dòng)通過改變切削刃角工作。輪插最易產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致45”角振動(dòng)[ 54 ]最傾向的插入。
圖25：粗銑刀具磨損TiCN 57 HRC模具鋼（左）和TiAlN涂層（右）[ 52 ]。
建模的加工操作
最近它出版的回顧和總結(jié)了無數(shù)的建模技術(shù)來預(yù)測(cè)力，溫度和車削切屑形成，銑削，和其他金屬切削操作[ 59 ]。所有可用的模型中，基于有限元方法的金屬切削過程建模似乎對(duì)加工工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)提供了巨大的潛力。這種方法還處于發(fā)展階段，它是可行的今天只有二維芯片流分析，它的溫度，流屑，刀具磨損估計(jì)有很大的潛力，在加工過程中的殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)的變化。
作為一個(gè)例子，最近的研究，應(yīng)用有限元分析二維加工預(yù)測(cè),A）連續(xù)的鋸齒形切屑的形成[60，61]。B）的制備包括鋒利邊緣的影響，磨練和天朗的邊緣，C）在工件的溫度，不同的切削條件下切屑與刀具。D）估計(jì)與未涂層硬質(zhì)合金刀具刀具磨損和切削力。E）。圖26顯示了計(jì)算特定切削條件下的溫度分布。（工件：P20鋼（30 HRC），工具：未涂層硬質(zhì)合金WC，VC = 150米/分鐘，F(xiàn) = 0.105毫米/轉(zhuǎn)，傾角= O”，后角= 6”，邊緣半徑= 0.020mm）圖27說明了刀具刃口半徑在磨練工具應(yīng)力狀態(tài)的影響。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明切削有限元模擬可以預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單的切削條件下，工藝參數(shù)。此外，初步三維模擬過程，但需要大量的計(jì)算資源，表明有限元法將很快成為一個(gè)非常強(qiáng)大的過程仿真工具，選擇最佳的切削條件下，刀具材料和涂層刀具的磨損，以及復(fù)雜的銑削操作中所遇到的模具制造。
圖26：預(yù)測(cè)的溫度分布的有限元模擬-最大刀具溫度為605 C，最大工件溫度為601C [ 61 ]
圖27：在一個(gè)邊緣鋒利的工具，有效應(yīng)力對(duì)刀具邊緣制備的影響，通過有限元模擬[ 61 ]估計(jì)。
4.6激光在模具和模具制造中的應(yīng)用
激光表面處理已被使用在許多工業(yè)應(yīng)用，提高模具的磨損特性[ 62 ]。在這項(xiàng)技術(shù)中，在模具表面的有限區(qū)域熔化，利用高能激光輻射?！奥窂健笔怯上鄬?duì)于激光束的工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造了。幾個(gè)軌道鋪設(shè)在一起。一系列不同的材料，選擇所涉及的特定的應(yīng)用程序可以用粉末狀硬化和涂層的模具的特定部分，如圖28所示。適用于合金的應(yīng)用材料，如碳化鎢/鈷合金，WC／Cr，TiC和VC。鈷和鎳的合金，通常用在涂料中的應(yīng)用。合金的深度，可以實(shí)現(xiàn)的范圍從0.3到0.8毫米，允許激光加工模具精加工。
激光表面處理技術(shù)已被應(yīng)用于修復(fù)，恢復(fù)，和模具的需要較小的表面改性使用直接金屬沉積過程重構(gòu)。一種工業(yè)激光與粉末材料是用于創(chuàng)建和配置的完全致密的部分或?qū)又苯訌腃AD文件[ 63 ]。
激光模具的維護(hù)和改進(jìn)不僅包括模具表面修復(fù)和應(yīng)用改性也是局部激光淬火，表面涂層和激光合金化和分散[ 39 ]
激光技術(shù)也適用于小模具制造。一個(gè)100 W YAG上切割機(jī)提供了一個(gè)直徑為0.1mm的激光束，可以精確地控制在范圍廣泛的材料，機(jī)腔，包括陶瓷[ 64 ]。使用專用軟件，激光脈沖控制蒸發(fā)約5層的材料，導(dǎo)致表面光潔度在1到2點(diǎn)。材料去除率為13000毫米/分鐘的工作包絡(luò)線約為406毫米×305毫米×559毫米（X，Y，Z）。最大加工深度為10毫米。另一個(gè)模型（15千瓦，12000轉(zhuǎn)主軸）結(jié)合激光粗加工逆銑精銑。
圖28：激光表面處理[ 62 ]。
5模具表面和模具壽命
傳統(tǒng)的制造工藝（電火花加工，激光束的材料去除（LBM），高速切削和硬切削(HSCIHSM）極大地影響制造模具或模具的表面完整性，即：
1。宏觀和微觀表面質(zhì)量，精度和粗糙度
2。次表面微觀結(jié)構(gòu)和組成
3。次表面殘余應(yīng)力,
4。表面和次表面顯微硬度。
這些問題已經(jīng)在一個(gè)很好的研究準(zhǔn)備CLRP [ 65 ]。
條件（表面形貌，傳熱，摩擦）在模具/材料界面不僅影響表面和成品的外觀也影響的工藝條件，特別是在金屬成形，即鍛造和沖壓件。因此，模具的表面光潔度和涂層是非常關(guān)鍵的潤(rùn)滑和金屬流動(dòng)以及模具壽命。最近的一項(xiàng)研究調(diào)查了準(zhǔn)分子激光治療鑄鐵、陶瓷表面的影響，為板料成形模具，在摩擦學(xué)行為[ 66 ]。研究表明，采用該技術(shù)產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)，提高了對(duì)陶瓷表面的潤(rùn)滑條件而不是金屬。然而，幾何（廣度和深度）的紋理的強(qiáng)烈影響的結(jié)果。
冷鍛模具壽命和可靠性是影響過程的經(jīng)濟(jì)非常重要的兩個(gè)因素。硬質(zhì)合金刀片的使用，在行業(yè)內(nèi)沖頭和涂層是降低冷鍛加工中刀具磨損的標(biāo)準(zhǔn)程序。使用過程中的金屬流動(dòng)和工具估算技術(shù)建模強(qiáng)調(diào)今天可能設(shè)計(jì)冷鍛模具使應(yīng)力集中，消除模具和沖頭的疲勞壽命。有限元建模的冷鍛的生產(chǎn)應(yīng)用錐齒輪和等速萬向節(jié)（CVJ）組件已在早期的出版物描述[ 67 ]。最近，一個(gè)所謂的SVL（強(qiáng)度與負(fù)載）的概念相結(jié)合的證明方法與統(tǒng)計(jì)分析過程數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的刀具壽命[ 68 ]。的概念已被應(yīng)用，已被證明是提供合理的結(jié)果。它也表明，刀具壽命預(yù)測(cè)精度取決于可用性和輸入?yún)?shù)的質(zhì)量，為實(shí)施必要的實(shí)驗(yàn)室方法。
在熱鍛模具壽命是以磨粒磨損導(dǎo)致。 A）主要影響好的表面光潔度 。B）的鍛造零件公差尺寸。因此，了解和控制在熱鍛模具的磨損在確定的熱精鍛工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性是非常關(guān)鍵的。廣泛的調(diào)查，對(duì)這一課題進(jìn)行了，有助于獲得可觀的洞察這個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象在熱、溫鍛[ 69 ]刀具磨損。
模具的磨損可以減少模具的壽命可以通過表面處理技術(shù)的改進(jìn)。傳統(tǒng)的方法，如火焰淬火，滲氮，滲硼，和表面的高溫合金模具表面焊接是眾所周知的[ 48 ]
激光加工產(chǎn)生的表面層，在第4.7節(jié)中討論的，還生產(chǎn)耐磨表面是冶金結(jié)合的表面。激光表面處理的其他應(yīng)用包括無失真的激光淬火，表面合金化，和功能層使用激光涂層的一代。這些技術(shù)提供了潛在的。a）結(jié)合表面處理成模具的生產(chǎn)鏈，從而降低了總的生產(chǎn)時(shí)間[ 70 ]。b）進(jìn)行模具快速修復(fù)，這在保持生產(chǎn)和保持方面是非常重要的處理設(shè)備運(yùn)行[ 39 ]。
模具拋光是勞動(dòng)密集和費(fèi)時(shí)。高速銑削操作減少模具拋光在某種程度上，在某些應(yīng)用中的需要，主要是在鍛造和沖壓模具。注塑模具和冷鍛和擠壓模具，然而，仍然必須拋光，獲得理想的金屬流動(dòng)和指定的表面光潔度對(duì)成型和鍛造產(chǎn)品。為模具自動(dòng)拋光極好的過程就是所謂的“磨粒流”的過程[ 71 ]，,用于模具和模具在世界各地的商店。
高速銑削加工中的應(yīng)用可以獲得良好的表面光潔度，在一個(gè)可接受的加工時(shí)間。然而，仍有應(yīng)用在模具的手工整理是必要的。在這樣的應(yīng)用三軸或五軸數(shù)控模具的表面磨削是更符合成本效益比手工加工，圖29。一個(gè)研究結(jié)果自動(dòng)研磨模具可總結(jié)出3軸磨削接觸條件下，磨削力的大小，質(zhì)量地面和砂帶磨削大型模具相對(duì)較大的表面曲率的應(yīng)用[ 72，73 ]
圖29:數(shù)控磨削的雕刻表面[72]。
6非傳統(tǒng)加工模具
而高速工具鋼的加工硬化繼續(xù)引起人們極大的興趣，電火花加工仍然是一個(gè)在模具制造業(yè)中不可缺少的過程。電火花加工和其他非接觸過程如ECM和混合過程的繼續(xù)發(fā)展，無論是在加工效率及其對(duì)難加工金屬和幾何形狀產(chǎn)生精確的模具的幾何形狀的能力。
在過去的十年中，增加的電火花加工過程控制具有更高的加工精度提供了，隨著對(duì)工件的損壞，降低和減少加工時(shí)間。同時(shí)，電火花加工工藝已成為集成在總的模具制作流程更緊密，從而增加了使用中的“燈線割放電加工出”模式[ 74 ]。
6.1先進(jìn)的電火花
在電火花加工將永遠(yuǎn)無法在去除率切削金屬的競(jìng)爭(zhēng)，近年來計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)有了很大的提高切削速度的線割放電加工。電火花線切割的切割速度已超過在過去的20