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文獻綜述
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專 業(yè)
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姓 名
學 號
模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的工藝裝備之一，也是發(fā)展工業(yè)的基礎。模具是成形金屬、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等制件的基礎工藝裝備，是工業(yè)生產中發(fā)展和實現(xiàn)少無切屑加工技術不可缺少的工具。模具是一種高效率的工藝設備，用模具進行各種材料的成型，可實現(xiàn)高速度的大批量生產，并能在大量生產條件下穩(wěn)定的保證制件的質量、節(jié)約原材料。因此，在現(xiàn)代工業(yè)生產中，模具的應用日益廣泛，是當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。
一、模具加工制造的方法
將金屬材料加工成模具的方法，主要有機械加工、特種加工、塑性加工、鑄造和焊接等。
1、機械加工
機械加工（即傳統(tǒng)的切削與磨削加工）是模具制造不可缺少的一種重要的加工方法，即使是用其他加工方法制造模具，也需要用切削或磨削加工來完成某些工作。例如模架加工、模坯加工、模具型面加工以及孔類加工等。
機械加工的明顯特點是加工精度高、生產效率高，而且用相同的機床和工具可以加工出各種形狀和尺寸的工件。但是，用機械加工方法加工復雜的形狀時，其加工速度很慢，硬的材料也難于加工；材料的利用率不高；而且還要求有熟練的操作工人。盡管如此，在模具制造過程中機械加工仍然是主要的加工手段。
2、特種加工
特種加工是有別于傳統(tǒng)機械加工方法的非傳統(tǒng)加工方法，也稱電加工。從廣義上來說，特種加工是指那些不需要用比工件更硬的工具，也不需要在加工過程中施加明顯的機械力，而是直接利用電能、化學能、聲能、光能等來除去工件上的多余部分，以達到一定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法，其中包括電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、電化學拋光、電解磨削、電鑄、化學蝕刻、超聲波加工、激光加工等。
特種加工相對于傳統(tǒng)的機械加工，有如下特點：
1）加工情況與工件的硬度無關，可以實現(xiàn)以柔克剛。
2）工具與工件一般不接觸，加工過程不必施加明顯的機械力。
3）可加工各種復雜形狀的零件。
4）易于實現(xiàn)加工過程自動化。
正因為特種加工有上述這些可貴的特點，所以特種加工在模具制造中得到越來越廣泛的應用，并成為模具加工中的一種重要方法。
3、塑性加工
塑性加工主要是冷擠壓制模法，即將淬火過的成形模（原陽模）強有力地壓入未進行硬化處理的模坯（鋼或其他軟質材料）內，使原陽模的形狀復印在被壓的模坯上，制成所需要的模具。
冷擠壓制模法所成形的模具完全不需要將型面進行精加工，它制模速度快、省料，可以制成各種復雜型面的模具，且形狀精確，利于用一套原模制作多副相同模具。這種制模法一定要事先制作一個成形的原陽模，而且壓制后的模具在淬火時會引起變形。
4、鑄造
對于一些精度和使用壽命要求不高的模具，人們往往會用簡單方便的鑄造法快速制成。
1）鑄鐵 像加工汽車外殼等大件且不規(guī)則形狀的模具，一般都用鑄造方法制成。
鑄鐵模在制造上的優(yōu)點是，可以很容易鑄出復雜的形狀，尺寸不受限制，便于進行機械加工，而且價格低，潤滑性好，膠著少。它的缺點是耐磨性差，精度差。
2)鋅基合金 鋅基合金是一 種用鑄造法制造簡易模具的典型材料，其熔點低，可鑄性好，所以鑄造精度相對較高，而且還具有軟鋼那樣的強度、耐磨性和潤滑性。用低熔點材料鋅基合金鑄造模具，也我快速制模法，其制模速度快，制成形狀復雜的模具，但模具的材質較軟，耐熱性差，所以模具壽命短，多用于試制和小批量生產的場合。
3）合成樹脂 鑄造法制模也有用合成樹脂的，主要有酚醛樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂等。
合成樹脂模的優(yōu)點是容易快速制模，輕而無銹，復制和維修都比較簡單。但耐磨性差，遇熱變形大，且強度不高、易疲勞老化。
5、焊接
焊接法制模是將分散加工好的模塊焊接在一起，形成所需的模具。這種制模方法與整體加工相比，加工簡單、快速、省料、尺寸大小不受限制。但精度難以保證，易殘留熱應變及內部應力，承受沖擊的能力差。主要用于精度要求不高的大型模具的制造，或者用于模具的修復。
二、模具加工的材料
塑料模具的組成零件按其用途可分為兩大類: 一類為結構零件, 包括澆注系統(tǒng)、導向件、定( 動) 模板、頂出機構件、支承件等, 選用材料一般為中、低碳的碳素結構鋼或合金結構鋼和碳素工具鋼; 另一類為成型零件, 包括型腔、型芯、成型鑲嵌件等, 是直接成型塑料制件的關鍵零部件, 這些材料的選用決定了模具的性能(加工能力) 、壽命( 耐久性) 和成本的級別, 塑料加工的技術進步使模具結構日益復雜, 成型零件的模具材料在整副模具中可能只占重量的少部分, 但卻是性能和成本的決定性因素。
成型零件結構復雜、要求尺寸精確、接縫密合和表面光滑, 所用材料必須具備以下的特定性能要求:①具有一定的綜合力學性能。成型零件在工作過程中要承受溫度、壓力、侵蝕和磨損, 因而要求具有一定的強度和塑、韌性; ②切削加工性好。塑料模形狀往往比較復雜, 切削加工成本常占到模具的絕大部分( 一般約75%) , 因而要求具有良好的切削加工性; ③具有良好的導熱性和低的熱膨脹系數(shù), 并具有良好的熱加工工藝性; ④有些還要求有良好的耐蝕性和一定的耐熱性。在眾多的模具用鋼中, 如何根據(jù)塑料制品的要求和模具鋼特定性能, 合理地選擇塑料模具用鋼是一項非常重要的工作。
我國過去無專用塑料模具用鋼, 近年在引進國外塑料模具用鋼的同時, 自行研制和開發(fā)出一些新的塑料模具專用鋼。這些材料能滿足塑料品種在性能上的差異及制品的形狀尺寸、質量、精度要求, 其模具材料具有適當?shù)木C合力學性能, 比較好的耐磨性, 良好的切割加工性能、拋光性能、花紋圖案光蝕性能、耐蝕性及焊接性能。目前, 塑料模具材料仍以模具鋼為主, 但根據(jù)成型工藝的不同, 也可采用非鐵合金、鋼結硬質合金、低熔點合金等材料。
1、 模具鋼
塑料模具鋼可分為滲碳型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼、非調質塑料模具鋼等五種。目前用得最多的是滲碳型塑料模具鋼、預硬型
塑料模具鋼和時效硬化型塑料模具鋼。
1.1、 滲碳型塑料模具鋼
滲碳型塑料模具鋼的含碳量一般在0.10%～0.25%的范圍內。退火后硬度低、塑性好, 冷加工硬化效應不明顯。可用冷擠壓的方法加工模具型腔, 也稱冷擠壓鋼。成形后經(jīng)滲碳、淬火、回火可獲得較高的表面硬度。常用的鋼號有DT1、20、20Cr、10Cr5、10Cr2NiMo、12CrNi2、12CrNi3A、12Cr2Ni4、18CrNiW、20Cr2Ni4、20CrNiMo 及最近研制的LJ 鋼( 0Cr4NiMoV) 等。形狀簡單、尺寸小、多型腔的塑料模具最適合用冷擠壓方法制造,可有效地縮短制造周期, 減少制造費用, 提高制造精度。
1.2 預硬型塑料模具鋼
預硬型塑料模具鋼是調質處理到一定硬度( 分別為10HRC、20HRC、30HRC、40HRC 四個等級) 供貨的鋼材, 有較好的切削加工性能, 可直接進行型腔加工。加工后直接使用, 不再進行熱處理。因省略了熱處理及后續(xù)的精加工, 降低了成本,并縮短制造周期。常用的預硬型塑料模具鋼有3Cr2Mo( P20) 、3Cr2NiMo( P4410) 、40CrMnVBSCa ( P20BSCa) 、SM1( Y55CrNiMnMoV)鋼等。預硬型塑料模具鋼適用于制造成型批量大、以及有鏡面要求的模具, 硬度范圍一般在32～40HRC。
3Cr2Mo 是國內較早開發(fā)的塑料模具鋼, 與AISIP20 相當,目前已在許多鋼廠生產, 一般是先進行預硬處理, 然后再進行切削加工。該鋼適用于制造大、中型精密塑料模具, 如: 電視機、洗衣機殼體等塑料模具, 并已獲得較多應用。3Cr2Mo 鋼為預硬型塑料模具專用鋼, 淬火溫度為830～870℃, 回火溫度為550～600℃, 預硬至30～35HRC。
為了改善預硬型塑料模具鋼的切削加工性能, 可加入易切削元素, 成為易切削預硬型塑料模具鋼, 我國研制了一些含硫易切削預硬型塑料模具鋼和S- Ca 復合易切削預硬型塑料模具鋼, 如8Cr2MnWMoVS 和5CrNiMnMoVSCa( 5NiSCa) 。5NiSCa鋼采用了S- Ca 復合易切削系和噴射冶金技術, 改善了硫化物的形態(tài)、分布和各向異性, 在大截面中硫化物的分布比較均勻。5NiSCa 鋼具有高的淬透性, 在860～900℃淬火和575～650℃回火后, 硬度為35～45HRC, 可順利進行各種加工, 用于制造大、中、小型塑料模具。
1.3 時效硬化型塑料模具鋼
時效硬化型塑料模具鋼適用于制造預硬化鋼的硬度滿足不了要求, 又不允許有較大熱處理變形的模具。這種鋼在調質狀態(tài)進行切削加工, 加工后通過數(shù)小時的時效處理, 硬度等力學性能大大提高, 時效處理的變形相當小, 一般僅有0.01%～0.03%的收縮變形。若采用真空爐或輝光時效爐進行時效處理, 則可在鏡面拋光后再進行時效處理。時效硬化鋼有低鎳時效鋼和馬氏體時效鋼兩類。
我國現(xiàn)有的低鎳時效硬化鋼有25CrNi3MoAl 鋼、SM2 鋼( Y20CrNi3IMnMo) 、PMS 鋼( 10Ni3MnCuAl) 和06 鋼( 06Ni6Cr-MoVTiAl) 等。
06 鋼采用850℃×8h 固溶處理后, 硬度為20～28HRC, 切削性能和拋光性能都很好, 經(jīng)500～550℃×4h 時效處理后, 硬度為43～48HRC, 時效處理的變形很小, 適用于制作高精度塑料模具、透明塑料模具等。
PMS 鋼具有優(yōu)良的鏡面加工性能, 模具表面粗糙度可達Ra0.05μm, 適用于制造要求高鏡面、高精度的各種塑料模具,如光學鏡片模具, 磁帶內外殼和電話機、石英鐘、車輛燈具等塑料殼體模具等。SM2 鋼, 含0.1%左右的硫, 切削加工性能得到了改善, 是一種易切削型時效塑料模具鋼。
馬氏體時效鋼是以鎳為主要合金成份的微碳高合金鋼, 這種鋼的奧氏體很穩(wěn)定, 經(jīng)固溶處理后即可獲得微碳Fe- Ni 板條馬氏體, 硬度為30HRC 左右。無冷加工硬化效應, 有良好的切削加工性能, 加工成形后, 在480℃進行時效處理, 硬度為50HRC 左右, 在高強度下能保持較高的韌性, 且有較高的抗氧化、耐腐蝕性能。用于制造要求高耐磨、高精度、超鏡面、型腔復雜的塑料模具。屬于這類鋼的有18Ni ( 250) 、18Ni( 300) 、18Ni( 350) 。但馬氏體時效鋼含有大量的鈷和鎳, 不僅價格昂貴, 且資源受到限制, 我國極少使用。
1.4 耐腐蝕型塑料模具鋼
加工聚氯乙烯塑料、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品時, 分解出的腐蝕性氣體對模具有腐蝕作用, 要求模具材料有一定的耐蝕性, 為此需在模具表面鍍鉻或直接選用3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、0Cr17Ni7Al 等不銹鋼, 但Cr13 系不銹鋼的熱處理變形較大, 切削加工性能差, 使用范圍小。國內近年開發(fā)的PCR( 0Cr16Ni4Cu3Nb) 鋼屬馬氏體沉淀硬化不銹鋼, 在1050℃固溶空冷后得到單一的板條馬氏體, 硬度為32～35HRC, 可以進行切削加工, 經(jīng)460～480℃時效后,硬度為42～44HRC, 有較好的綜合力學性能和抗蝕性能, 在含氟、氯等離子的腐蝕性介質中耐蝕性明顯優(yōu)于不銹鋼, 適用于制造含氯、氟或加入阻燃劑的熱塑性塑料的注射模具。
1.5 非調質塑料模具鋼
非調質塑料模具鋼在鍛、軋后即可達到預硬, 不需再進行調質處理, 有利于節(jié)約能源、降低成本、縮短生產周期。為改善其切削加工性, 可加入P、S、Ca 等易切削元素。國內對非調質塑料模具鋼的開發(fā)較晚, 25CrMnVTiSCaRE( FT) 、2Cr2MnMoVS和2Mn12CrVCaS 是近年開發(fā)的新鋼種, 鍛、軋空冷后得到下貝氏體, 直徑!100mm 的FT 鋼硬度可達到30～35HRC。
2 非鐵合金
2.1 銅合金
用作塑料模具材料的銅合金主要是鈹青銅, 如ZCuBe2、ZCuBe2.4 等。一般采用鑄造方法制模, 不僅成本低, 周期短, 而且還可制出形狀復雜的模具。鈹青銅可進行固溶- 時效處理,在固溶處理后, 材料的塑性好, 易于切削加工。經(jīng)時效處理后,硬度可達40～42HRC。鈹青銅可用于制造吹塑模、注塑模。福建二輕工業(yè)研究所研制的析出硬化型銅基合金, WTi =3.5%～6.0%、WNi < 0.2% , 經(jīng)固溶處理后冷壓成型, 再時效硬化, 模具型腔質量好。
2.2 鋁合金
鋁合金的密度小, 熔點低, 切削加工性能和導熱性能都優(yōu)于鋼, 其中鑄造鋁硅合金還具有優(yōu)良的鑄造性能。因此, 用鑄造鋁合金來制造塑料模具, 可縮短制模周期, 降低制模成本。常用的鑄造鋁合金有ZL101、ZL201、ZL302 等, 主要用于制造要求高導熱率、形狀復雜、耐蝕的塑料模具。
2.3 鋅合金
用于制造塑料模具的鋅合金大多為Zn- 4Al- 3Cu 共晶型合金, 用鑄造方法可以加工出光潔而復雜的模具型腔, 并可降低制模費用、縮短制模周期。鋅合金的不足之處是高溫強度較差, 且合金易于老化, 因此, 鋅合金塑料模具在長期使用后, 易出現(xiàn)變形甚至開裂, 這類鋅合金適合于制造注塑模和吹塑模。河北省二輕工業(yè)研究所研制的鑄造鋅基合金,WAl=4%、WCu=3%、WMg=0.05%, 制模后可在模具表面直接電鍍硬鉻,制模周期短、成本低。用于制造型腔復雜的吹塑、吸塑模具。
3 鋼結硬質合金
鋼結硬質合金是以鋼為粘結相, 以碳化鈦、碳化鎢等碳化物為硬質相, 用粉末冶金方法生產的復合材料, 其微觀組織是細小的硬質相, 彌散均勻地分布于鋼的基體中。作為粘結相的鋼基體, 可以是碳素鋼、合金鋼等。由于粘結相的鋼種不同, 賦于鋼結硬質合金一系列不同的性能, 如高強度、抗沖擊、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等。我國生產的模具用鋼結硬質合金的典型牌號有GT35、R5、T1、D1、TLMW50、GW50、GJW50 等。
4 低熔點合金
利用低熔點合金澆鑄吹塑模具的型腔, 不僅可以縮短模具的制造周期, 節(jié)約大量鋼材, 而且還節(jié)省勞力。低熔點合金的種類很多, 目前使用較簡單的一種是WBi=58%、WSn=42%的鉍錫合金。
前不久, 由北京高科偉業(yè)科技開發(fā)中心參考國際上先進配方工藝, 結合國內實際情況研制開發(fā)的一種新型模具材料問世, 經(jīng)國家化學建材測試中心檢測, 各項指標優(yōu)良。據(jù)專家介紹, 這種新型模具材料在繼承傳統(tǒng)模具材料的優(yōu)點之外, 也對傳統(tǒng)模具材料的不足做了很大改進。該材料使用極為方便, 操作簡單,無毒環(huán)保, 成本較低。使用該材料制造的模具光滑如鏡, 耐酸堿、耐腐蝕、耐高低溫, 抗老化、防水防壓、不變形、不粘膜。該模具材料用途極廣, 可制造各式有造型的產品模具, 適用于石膏產品、水泥制品、仿瑪瑙制品、仿玉石制品、砂巖制品、樹脂制品、菱鎂制品等各種可固化的產品模具制造。
三、模具加工的發(fā)展
近年來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持下和改革及開放方針引導下，我國的塑料模具制造業(yè)有了快速的發(fā)展和進步，無論是設計水平、制造水平、加工能力還是產品檔次都有了很大的提高，每年創(chuàng)造的產值有上百個億，但即使這樣我們與一些發(fā)達國家還是有很大的差距，許多關鍵部件及精度復雜大型的模具仍需進口。為了改變這種現(xiàn)象，模具應不斷提升自身水平，使其朝著短交貨期、標準化、高精度、長壽命及三維化調整加工等未來模具的發(fā)展方向發(fā)展。這必然對模具的加工方法提出要使精密度更高、廢料更少、周期更短，對模具材料的數(shù)量、質量、品種和性能等方面提出了更高、更新的要求。
（一）運用新的加工方法，新的加工技術，就是一條出路。
1、調整切削作為一種新型的加工手段，以其加工平穩(wěn)、效率高、精度高、切削硬度高（>＝60HRC）、切削力小、加工質量平穩(wěn)而越來受到重視和推崇，現(xiàn)在許多加工中心定位精度可達5um，轉數(shù)達30000轉以上，曲面加工精度可達0.01mm,而且加工表面能獲得近乎鏡面的光潔度，因此在未來的模具加工中調整切削必將點到主導地位。
2、CAM等現(xiàn)代化的加工技術在未來的模具加工中亦會繼續(xù)應用。利用仿真加工軟件，大大縮短產品生產周期、提升產品的質量、減低生產成本。
（二）模具材料的發(fā)展工作
1、 加速模具鋼生產的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化。
我國模具鋼的品種規(guī)格較少, 模具鋼生產的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。80%以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠要求在模具設計完成后, 模具鋼供應廠商能迅速提供所需鋼材, 減少庫存鋼材數(shù)量, 縮短制模周期。但中國鋼材生產企業(yè)目前尚不適應這一商品市場機制, 這是進口模具鋼材在中國日益擴大的重要原因。
2、 大力推廣應用性能優(yōu)良的新型模具鋼, 不斷完善模具鋼鋼種系列。
我國已開發(fā)出性能優(yōu)異, 達到或超過國外同類水平的特色新型模具鋼, 但這些新鋼的推廣數(shù)量和應用范圍不夠大, 有選擇地開發(fā)先進模具鋼, 例如開發(fā)粉末冶金模具鋼, 多元易切削系塑料模具鋼, 建立玻璃、陶瓷, 耐火磚和地磚等成形模具用鋼, 完善中國的模具鋼系列。
3、 進一步提高模具鋼的質量。
我國某些特殊鋼廠已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等生產模具鋼, 模具鋼的質量有大幅度提高, 如D2、P20等, 出口產品的質量可以達到國際先進水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔, 進一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性, 減少偏析。我國還需要在這方面進一步開展工作
4、 加強先進模具熱處理技術的推廣與應用。
模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應進一步得到發(fā)展, 一些行之有效的模具表面熱處理技術, 應完善其工藝, 加強其推廣和應用。提高裝備和工藝材料的制造水平, 加強熱處理專業(yè)廠的建設。
四、結語
隨著中國經(jīng)濟在國際份額中的不斷增大，中國將成為世界裝備制造業(yè)的基地，各行各業(yè)對模具需求將會越來越大，對模具加工的要求也會越來越高，模具行業(yè)為造就市場需要，將會朝著短交貨期、高品質、高精度、低價格的方向發(fā)展，就需要運用更新的加工技術與手段和更新的加工材料，使模具工業(yè)的發(fā)展和進步更快快步向前。
總之，我們要緊記：作為制造業(yè)的重要基礎性工藝設備, 模具技術被認為是衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一， 我國雖已成為模具生產大國, 卻遠非模具制造強國,我們的路還很長。
參考文獻
[1]楊俊秋.模具新材料在塑料模中的應用及展望.《模具制造》，2007 年第3 期，64-66
[2]李明亮.CAD/CAM技術在模具行業(yè)中的應用與發(fā)展趨勢.《大眾科技》，2007.9[97]，140-141
[3]黃毅宏，李明輝。模具制造工藝.北京：機械工業(yè)出版社，1999.6。