第 1 章 模具制造技术概述1、模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产 品价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，模具也在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，2、 模具是一种专用工具，用于装在各种压力机上，通过压力把金属或非金属材料制造成为所需要零件的形状制品，这种专用工具统称模具。3、分类（1）冲模 （2）塑料模（3）、压铸模（4）、快速经济制模技术快速制模技术与传统的机械加工相比，具有周期短制造成本低，综合经济效益好等特点。 快速原型制造(RPM)技术是种集CAD、CAM、NCN、激光和材料科学于一体的技术。RPMS 型式的快速原型制造系统，拥有叠层实体制造(SSM)和熔融挤压成型 EME 技术，具有较好的性能价格比。通过陶瓷精铸、电弧喷涂、消失模、熔模等技术可快速制造出各种模具。4、现代模具工业的特点；1 以计算机辅助设计 及应用为中心， 2 设计水平、 3 生产设备先进、 4 供货期短、 5 重视人才培养现代模具企业都广泛采用设计计算机辅助技术、人工智能技 术等进行设计决策、模拟分析和优化，现代具企业的首要特征是以计算机辅助设计及应用为中心。 5、我国模具的发展趋势；特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈，用户对模具制造要求是“ 交贷期短”、 “精度高”、 “质量好”和“ 价格低”。6、我国现代模具制造技术的应用；是以两大技 术的应用为标志的，一是数控加工技术，二是计算机应用技术。1 数控加工技术包括：数控机械加工技术、数控电加工技术和数控特种加工技术。(1)数控机械加工 技术 。模具制造中的数控 车 削技术、数控铣削技术。 (2)数控电加工 技术。如数控电火花加工技术、数控线切害技术。(3)数控特种加工 技术 。通常利用光能声能和超声波等来完成加工的，为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。2 计算机技术； (1) CAD/CAM 技术。 (2) CAE 技术。 (3)仿真技术。(4)网 络技术 4 点。7、我国模具技术与国外的差距1 产需矛盾；一是专业化、标准化程度低；二是 设计和工艺技术落后，模具生产效率不高，周期较长，2 产品水平；主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂度、模具的使用寿命和制造周期等。3工艺装备水平； 加工中心、数控机床、数控仿形铣床、电加工机床、坐标磨床、光曲磨床和三坐标测量机等。8、我国模具技术的发展趋势；对模具制造的要求是交 货期短，精度高，质量好，价格低。1、 模具产品的大型化和精密化： 模具精度由 5um 提高到 2-3um，模具加工精度公差要求 0.1um 以下，这要求发展超精加工2、多功能复合模具 3 新型的热流道模具 4气体 辅助注射模具和高压注射成型工艺模具 、5 快速经济模具； 6 高速铣削加工；主轴转速可达到(40000100000) r/min，快速 进给速度可达到（30-40 ）m/min9、模具市场分析： 冲模、塑料模和压铸模的总和一般占模具总量的 80%左右，在未来的模具市场中， 塑料模墨和压铸模的发展速度将高于冲模，它们在模具总量中的比例将逐步提高。第 2 章模具的加工方法本章主要讲述了模具的成型制模法、堆积制模法 和切除制模法等先进的模具加工制模法。通过本章的学习了解模具的 挤压成型制模法、 铸造成型制模法和超塑成型制模法的加工方法、特点和适用范 围熟悉堆积制模法中的喷涂制模法、电铸制模法和快速原型制模法的工作原理与应用。掌握机加工制模法的优缺点、电加工制模法的加工原理和化学加工制模法的特点。先进的模具加工方法主要有机制模法、堆积制模法 和切除制模法等加工方法，以 20kV 的脉冲电压，通过短时间的连续放电，将多余的材料腐蚀掉，粗加工时为了去除尽量多余的材料，可采用高脉冲能量；修整加工时为2.1 模具的成型制模法2.1.1 挤压成型是指将热熔性材料（ABS 、尼龙或蜡）通过加热器熔化，挤压喷出并堆积成 1 个 3 维实体，采用熔融挤压成型的典型工艺为熔融沉积成型（FDM），模具的 挤压成型加工方法有热挤压成型法和冷挤压成型法。2111 模具的冷挤压成型（凹模、凸模冷挤压 成型）1.型腔的冷挤压成型是在常温下利用装在压力机上的工艺压头，在一定的压力和速度下挤压毛坯金属，使之产生 塑性变形而形成具有一定几何形状和尺寸的模具型腔。（1 ）凹模型腔冷挤压的形式，按型腔成型方式不同，分为开式和闭式两种。A.开式挤压，使金属不受限制地向周围流动。 该 方法简便成型压力小b闭式挤压：金属变形受挤压套的限制，只能向上流动。尺寸精度高。(2）凸模的冷挤压成型：在常温下以一定压力和速度将 经过软化的凸模毛坯压入淬硬的凹模型腔使毛坯产生塑性 变形而形成与凹模腔形状和尺寸一致的凸模，适用于形状复杂、数量较多的同类型凸模的制造。凸模冷挤压工艺的步骤：a.将准备好的模具工装安放在 压力机的工作台上，用压板压牢 b把凸模毛坯插入导向板内，开 动压力机缓慢加压。c压制时用皂化液冷却。d当毛坯 压入凹模挤压。 e.将压好的凸模取下，修整成型并淬硬即可使用。2.1.1.2 模具的热挤压成型法是将毛坯加热到锻造温度用预先准备好的模芯压入毛坯而挤压出型槽的制模方法。 热挤压成型制模法的方法简单，周期短。成本低，所 挤成的模具内部纤维连续，组织致密强度高，耐磨性好，寿命长。故常用于尺寸精度要求不高的小批量锻模制造中。过程 1 模芯准备 2、热挤压成型 3后续加工（退火、机械加工、淬火和磨光等）工序制成模具。2.1.2 模具的铸造成型制模法； 是一种将液体金属或其他液体材料浇注到型腔中，等其冷却凝固后，即可获得相应的铸件。新型材料的铸造成型主要有 锌合金 、钛合金 、金属基复合材料 和 颗粒增强型金属基复合材料 的铸造成型2.1.2.1 锌合金模具的铸造成型； 利用硬材料凸模（凹模）浇注锌合金凹模（凸模）的方法，称为铸造制模工艺。按浇注合金用量的多少，可采用模内浇注法（20kg 以下）、模外烧注法 两种不同的浇注方法2.1.2.2 钛合金的铸造成型；按应用可分为高温钛合金、结构钛合金和功能钛合金 3 种，钛合金的成型方法有 铸 造、 锻 造、超塑和 焊接 等 1.铸造钛合金的熔炼：主要有电子束炉、等离子体炉和真空感应炉等2钛合金的铸造工艺； 一是要求耐火度非常高的造型材料：二是 浇注必须在较高空度或惰性气体的保护下进行，有时还要附以离心力。 其 铸造工艺种类如下： (1)永久铸型 。主要有加工石墨型、金属型（铁铸型、钛铸型）。 (2）一次性铸型按其造型方法捣实石墨砂型和熔模型壳两种。2.1.2.3 金属基复合材料的铸造成型； 金属基复合材料（MMC）具有较好的物理性能和力学性能。其成型工艺主要有 粉末冶金和铸造两种，前者由于工艺复杂，成本高，采用 铸造法成型颗粒增强型金属基复合材料具有工艺简单，成木低 对尺寸和形状没有限制，可大批量连续生产等优点。2.1.2.4 颗粒增强型金属基复合材料的铸造成型主要有如下 6 种；1.液态金属陶瓷颗粒搅拌铸造法 2.熔体浸渗铸造法 3.挤压铸造法。4.高能超声法 5.流变铸造法 6.原位反应铸造法2.1.2.5 塑料模具的铸造成型； 1 制造塑料模具的主要成分是合成树脂，如聚酸树脂、酚醛树脂和环氧树脂等。2铸塑法；就是将配好的液态原料浇入模样，使其按模腔形状和尺寸固化为塑料模具加工方法。主要工艺过程为 ：液态原料配制、模型准备、浇铸成型等2.1.3.1 超塑成型原理； 超塑成型技术是在组织结构上经过处理等离子弧加工 适用于各种金属材料的切割、焊接和 热处理,还可制的金属材料，这种材料具有晶粒直径在 5um 以下的 稳定超细晶粒，具有很小的变形抗力和远远超过普通金属材料的塑性或超塑性，其伸长率可达 100%-2000%，凡伸长率超过100%的材料均称为超塑性材料。2.1.3.2 模具的超塑成型工艺， 超塑成型技术可用来制造各种形状复杂的 冲裁模、注射模、橡胶模和 锻 模 等。其方法是先加工一个形状、尺寸与欲加工模具型腔相吻合的凸模压头），在超塑变形温度及速率范围内用挤压制模法对 超塑性模坯进行压制，加工出凹模型腔。 2.1.3.3 超塑成型所用设备、工装及模具 1.超塑成型设备； 将模具与模坯一起置于压力机上，在超塑温度下以超塑变形速度一次挤压成型。 2超塑成型加热装置 3.模具成型所用模具 4.超塑成型的润滑 当成型温度低于 500时，可选用 硅脂、硅油、胶体石墨、二硫化 钼 等 润 滑 剂 。对 于 工具 钢 ，其成型温度高，常采用 熔融玻璃 润 滑 剂 2.2 堆积制模法 包括喷涂制模法、电铸制模法和快速原型制模法等 3 种2.2.1 喷涂制模法 1 热喷涂设备与材料； 真空等离子、大气等离子、爆炸 喷 涂、等离子堆 焊 、电 弧 喷 涂、火焰粉末 喷 涂和火焰 线 材 喷 涂 设备 ，生 产 金属粉末、陶瓷、金属陶瓷粉未等2热喷涂技术的应用； (1)应 用范 围 大。 (2)采用的工 艺和材料广泛 (3)热喷 涂 应 用的企 业 。 (4)热喷 涂研究2.2.2 电铸制模法 可分为 3 类。 装 饰 性 电镀 （以镀镍一铬、金、银为代表）、 防 护 性 电铸 （以镀锌为代表）和 功能 电镀 （以镀硬铬）。2，电铸法的优点；1) 能 进 行超精密加工（复制精度好）。 (2)能调节 沉 积 金属的物理性 质 。调节 沉 积 金属的硬度、 韧 性和拉伸 强 度等， 还 可以采用多 层电镀 、合金 电镀 、复合 电镀 方法得到好的物理性 质 。 (3）不受制品大小的限制。只要能 够 放入电镀 槽就行。 (4）容易制造复 杂 形状的零件3.电铸方法电铸法也称 电 解沉 积 ，工件与负极端（阴极）相接，在距阴极一定距离的 阳极与 电 源正极端相接 ，阳极金属溶解，以离子的形式通过电解液移向阴极，并以的形式沉淀在模型上。对于 金属模型 ，在浸入电解池以前必须进行除油处并在其表面涂以脱模剂。 而非金属模型 ，必须进行活化处理，使其具有导电性能，采用方法在模型表面极以还原银层 ，这银层对于非金属表面同样起到脱模剂的作用。2.2.3 快速原型制模法 快速模具 (RT)技术是随着快速原型技术RP) 的发展而迅速发展起来的一 门新技术，用RP 系统制造的原型做母模，快速复制 简易模具，用快速原型制件作母模可以复制 蜡模、硅橡胶模、 环 氧 树 脂模或聚氨 酯模等 软 模具 ，此类软模具又可浇铸出 环 氧 树 脂、石膏、陶瓷、低熔点金属 、金属基复合材料等硬模具，可用于各种 铸 造模、注塑模、蜡模的成型模和拉伸模 等。用快速原型制件做母模，通过金属喷涂等方法可快速制造电脉冲机床用电极。2.2.3.2 快速原型制模技术的原理 快速原型制模技术是由CAD 模型 直接驱动的快速制造任意复杂形状 3 维实体的技术总称，它的特征是：(1) 可以制造任意复杂的 3 维几何实体。(2) CAD 模型直接驱动。(3) 成型设备无需专用夹具或工具。(4)成型过程中无 须干预 。快速原型技术采用 离散和堆 积 成型 的原理，其过 程是先由 3维 CAD 软件设计出所需要零件的计算机 3 维曲面或实体模型（电子模型），然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的 3 维电子模型变成 2 维平面信息（截面信息）。即离散的过程：在微机控制下，数控系统以平面加工方式有序地连续加工出每个薄层，并使它们自动黏结而成型，这就是材料堆积过程。2. 2.3.3 快速原型制模技术（简称：RPM）的主要方法(5)单纯超声波加工，加工效率 较低。采用超声复合加工（超声；根据采用材料及对材料处理方式的区别，RPM 技术可归纳为 3 种方法 。1.选择性液体固化 SL；选择性液体固化的原理是将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，使其有 规 律地固化