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模具設(shè)計制造過程中的各種問題

[來源:天津市天港機械有限公司] | [作者:天港機械] | [日期:09-04-16] | [熱度:]

模具已不僅僅是人類用來澆鑄錢幣和內(nèi)姍機殼的砂箱。今天。它凝聚了各類高技術(shù),能快速精密的直接把材料成型、焊接、裝配成零部件、組件或產(chǎn)品,其效率、精度、流線、超微型化、節(jié)能、環(huán)保,以及產(chǎn)品的性能、外觀等,都是傳統(tǒng)工藝所無與倫比的。展望21世紀,無論電子、生物、材料、汽車、家電等哪個行業(yè),不裝備由計算機、模具和加工中心砌成的生產(chǎn)線,都不可能在制造業(yè)中擔綱支柱產(chǎn)業(yè)。模具是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要裝備,其水平標志著一個國家或企業(yè)的制造水平和生產(chǎn)能力。今后一段時期內(nèi),我國五大支柱產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、批量化成本和包括產(chǎn)業(yè)更新在內(nèi)的技術(shù)進步的關(guān)鍵是模具?,F(xiàn)在全球模具總產(chǎn)值早已超過傳統(tǒng)機械工業(yè)- 機床與工具類產(chǎn)值的總和。
  1 模具的模塊化設(shè)計
  縮短設(shè)計周期并提高設(shè)計質(zhì)量是縮短整個模具開發(fā)周期的關(guān)鍵之一。模塊化設(shè)計就是利用產(chǎn)品零部件在結(jié)構(gòu)及功能上的相似性,而實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化與組合化。大量實踐表明,模塊化設(shè)計能有效減少產(chǎn)品設(shè)計時間并提高設(shè)計質(zhì)量。因此本文探索在模具設(shè)計中運用模塊化設(shè)計方法。
  模具模塊化設(shè)計的實施。
  1.1 建立模塊庫
  模塊庫的建立有三個步驟:模塊劃分、構(gòu)造特征模型和用戶自定義特征的生成。標準零件是模塊的特例,存在于模塊庫中。標準零件的定義只需進行后兩步驟。模塊劃分是模塊化設(shè)計的第一步。模塊劃分是否合理,直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本。每一類產(chǎn)品的模塊劃分都必須經(jīng)過技術(shù)調(diào)研并反復(fù)論證才能得出劃分結(jié)果。對于模具而言,功能模塊與結(jié)構(gòu)模塊是互相包容的。結(jié)構(gòu)模塊的在局部范圍內(nèi)可有較大的結(jié)構(gòu)變化,因而它可以包含功能模塊;而功能模塊的局部結(jié)構(gòu)可能較固定,因而它可以包含結(jié)構(gòu)模塊。模塊設(shè)計完成后,在Pro/E的零件/裝配(Part/Assembly)空間中手工建構(gòu)所需模塊的特征模型,運用Pro/E的用戶自定義特征功能,定義模塊的兩項可變參數(shù):可變尺寸與裝配關(guān)系,形成用戶自定義特征(User-Defined Features,UDFs)。生成用戶自定義特征文件(以gph為后綴的文件)后按分組技術(shù)取名存儲,即完成模塊庫的建立。
  1.2 模塊庫管理系統(tǒng)開發(fā)
  系統(tǒng)通過兩次推理,結(jié)構(gòu)選擇推理與模塊的自動建模,實現(xiàn)模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結(jié)構(gòu),第二次推理最終確定模塊的所有參數(shù)。通過這種途徑實現(xiàn)模塊 "可塑性"目標。在結(jié)構(gòu)選擇推理中,系統(tǒng)接受用戶輸入的模塊名稱、功能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù),進行推理,在模塊庫中求得適用模塊的名稱。
  如果不滿意該結(jié)果,用戶可指定模塊名稱.在這一步所得到的模塊仍是不確定的,它缺少尺寸參數(shù)、精度、材料特征及裝配關(guān)系的定義。在自動建模推理中,系統(tǒng)利用輸人的尺寸參數(shù)、精度特征、材料特征與裝配關(guān)系定義,驅(qū)動用戶自定義特征模型,動態(tài)地、自動地將模塊特征模型構(gòu)造出來并自動裝配。自動建模函數(shù)運用C語言與Pro/E的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT開發(fā)而成。通過模塊的調(diào)用可迅速完成模具設(shè)計。應(yīng)用此系統(tǒng)后模具設(shè)計周期明顯縮短。由于在模塊設(shè)計時認真考慮了模塊的質(zhì)量,因而對模具的質(zhì)量起基礎(chǔ)保證作用。模塊庫中存放的是相互獨立的UDFs文件,因此本系統(tǒng)具有可擴充性。
  2 模具制造過程中的缺陷及防止措施
  2.1 鍛造加工
  高碳、高合金鋼,例如Cr12MoV、W18Cr4V等,廣泛用于制造模具。但這類鋼不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均勻、組織不均勻等缺陷。選用高碳、高合金鋼制造模具,必須采用合理的鍛造工藝來成形模塊毛坯,這樣一方面可使鋼材達到模塊毛坯的尺寸和規(guī)格,一方面可改善鋼的組織和性能。另外高碳、高合金的模具鋼導(dǎo)熱性較差,加熱速度不能太快,且加熱要均勻,在鍛造溫度范圍內(nèi),應(yīng)采用合理的鍛造比。
  2.2 切削加工
  模具的切削加工應(yīng)嚴格保證尺寸過渡處的圓角半徑,圓弧與直線相接處應(yīng)光滑。如果模具的切削加工質(zhì)量較差,就可能在以下3個方面造成模具損,1)由于切削加工不恰當,造成的尖銳轉(zhuǎn)角或圓角半徑過小,會導(dǎo)致模具在工作時產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中。2)切削加工后的表面太粗糙,就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷,它們既是應(yīng)力集中點,又是裂紋、疲芳裂紋或熱疲勞裂紋的萌生地。3)切削加工沒能完全、均勻地切除模具毛壞在軋制或鍛造時產(chǎn)生的脫碳層,就可能在模具熱處理時產(chǎn)生不均勻的硬化層,導(dǎo)致耐磨性下降。
  23 磨削加工
  模具在淬火、回火后一般要進行磨削加工,以降低表面粗糙度值。由于磨削速度過大、砂輪粒度過細或冷卻條件較差等因素的影響,引起的模具表層局部過熱,造成局部顯微組織變化,或引起表面軟化,硬度降低,或產(chǎn)生較高的殘余拉應(yīng)力等現(xiàn)象,都會降低模具的使用壽命選擇適當?shù)哪ハ鞴に噮?shù)減少局部發(fā)熱,磨削后在可能的條件下進行去應(yīng)力處理,就可有效地防止磨削裂紋的產(chǎn)生。防止磨削過熱和磨削裂紋的措施較多,例如:采用切削力強的粗顆粒砂輪或粘結(jié)性較差的砂輪,減少模具的磨削進給量;選用合適的冷卻劑;磨削加工后250一300℃的回火消除磨削應(yīng)力等 。
  2.4 電火花加工
  應(yīng)用電火花工藝加工模具時,放電區(qū)的電流密度很大,產(chǎn)生大量的熱,模具被加工區(qū)域的溫度高達10000℃左右,由于溫度高,熱影響區(qū)的金相組織必將發(fā)生變化,模具表層由于高溫而發(fā)生熔化,然后急冷,很快凝固,形成再凝固層。在顯微鏡下可看到,再凝固層呈白亮色,內(nèi)部有較多顯微裂紋。為了延長模具壽命可以采用以下措施:調(diào)整電火花加工參數(shù)用電解法或機械研磨法研磨電火花加工后的表面,除去異常層中的白亮層,尤其是要除去顯微裂紋.在電火花加工后安排一次低溫回火,使異常層穩(wěn)定化,阻止顯微裂紋擴展。
  根據(jù)上文中所述方法可縮短開發(fā)周期和有效地防止模具制造缺陷,提高模具制造質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。

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