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薄壁复杂结构件半固态模锻模具设计

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软件简介

 很多人对模具不了解,什么是模具?模具是能生产出具有一定形状和尺寸要求的零件的一种生产工具。也就是通常人们说的模子,比如电视机、电话机的外壳、塑料 桶等商品,是把塑料加热软化注进模具冷却成型生产出来的。蒸饭锅也是由金属平板用模具压成这样的形状。任何商品都是用模具制造出来的。可以说没有模具就没 有产品的生产。那么模具又是怎样做出来的呢?首先它由模具设计人员根据产品(零件)的使用要求,把模具结构用计算机设计软件设计出来,绘出图纸,再由技术 工人按图纸要求通过各种机械的加工(如车床、刨床、铣床、磨床、电火花、线切割)做好模具上的每个零件,然后组装调试,直到能生产出合格的的产品,所以模 具工需要掌握很高很全面的知识和技能,模具做的好,产品质量好,模具结构合理,生产效率高。工厂效益好。正因如此,模具师傅在外打工的工资都非常的高。少 则每月几千元,多则上万元,所以学好模具的设计和制造,前途一片光明。但必须下苦功哟!模具行业被称之为“永不衰退的行业”。
模具加工制造技术及发展情况和趋势
 模具,是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,60%—80%的零部件都依靠模具成形,模具质量的高低决定着产品质量的高低,因此,模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。 ??模具生产的工艺水平及科技含量的高低,已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力,决定着一个国家制造业的国际竞争力。 ??我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表,已能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面,已从电机、电器铁芯片模具,扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在大型塑料模具方面,已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K g大容量洗衣机全套塑料模具,以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面,国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。其他类型的模具,例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等,也都达到了较高的水平,并可替代进口模具。 ??根据国内和国际模具市场的发展状况,有关专家预测,未来我国的模具经过行业结构调整后,将呈现十大发展趋势:一是模具日趋大型化;二是模具的精度将越来越高;三是多功能复合模具将进一步发展;四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高;五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展;六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛;七是快速经济模具的前景十分广阔;八是压铸模的比例将不断提高,同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求;九是塑料模具的比例将不断增大;十是模具技术含量将不断提高,中高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。
 当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下,用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此,模具工业的发展的趋势是非常明显的。
 模具产品发展将大型化、精密化
 模具产品成形零件的日渐大型化,以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。 
  随着零件微型化,以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加,其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5μm提高到2~3μm,今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下,这就要求发展超精加工。
 多功能复合模具将进一步发展
 新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了冲压成形零件外,还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种多劝能模具生产出来的不再是单个零件,而是成批的组件。如触头与支座的组件,各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。
 半固态加工技术及成形方法
 半固态加工技术中的一个关键问题就是如何获得优质的半固态组织(非枝晶组织),目前,用于非枝晶组织坯料生产的工艺主要有:机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发融化激活法和半固态等温热处理法等。机械搅拌法是最早采用的方法,其设备构造简单,分为间歇式和连续式两种。可以通过控制搅拌温度、搅拌速度和冷却速度等工艺参数,使初生树枝晶破碎而成为颗粒结晶。但由于工艺参数不易控制,容易卷入气体,搅拌器与熔体接触易造成熔体污染,重现性差,很难保证产品质量的一致性。并且,坯料的晶粒尺寸较大,一般为200μm。因此,工业生产中很少采用这种方法。
 电磁搅拌法按搅拌金属液的流动方式可分为水平式和垂直式两种。电磁搅拌制备的铸锭晶粒尺寸一般可达60μm,为球状等轴晶组织。由于加工过程的局限性,通常认为,直径大于150mm的铸坯不宜采用电磁搅拌法生产。该方法克服了机械搅拌的缺点,且可实现连铸,生产率高,是目前工业化中应用最广泛的一种方法。
 应变诱发熔化激活法(Strain-Induced Melt Activation,简称SIMA)是将合金原材料进行足够的预变形,然后再加热到固相线和液相线之间的某一温度,即加热到半固态温度。在加热过程中,先发生再结晶,然后部分熔化,使初生相转变为颗粒状,形成半固态金属材料,少了一个熔体处理步骤,但多了一道预变形工序,且只能制备直径小于60mm的坯料。
 半固态等温热处理法(Semi-Solid Isothermal Heat-Treatment,简称SSIT)。是20世纪90年代中期新发明的一种方法,它省略了半固态非枝晶坯料制备的步骤,而是在半固态成形前的二次加热过程中实现半固态非枝晶化,其工艺过程简单、成本低廉。国内甘肃工业大学的李元东等人[3-4]研究了等温热处理温度和保温时间等工艺参数对AZ91D镁合金半固态组织演变和成形性的影响,通过实验获得了AZ91D镁合金成形所需的最佳工艺条件。李元东等还研究了未变质处理和变质处理的AZ91D镁合金在半固态等温热处理过程中的组织演变,并对其组织演变机理进行了探讨。
    目前技术上及应用上最成功的是美国Dow Chemical公司开发的注射成形技术。该方法是压铸与塑料注射成形融合的产物,其工作原理是由普通铸锭利用专用的装置以机械的方法切成3~6mm左右的粒状或片状,在室温下通过料斗送入高温螺旋混合机加热,加热能量由感应线圈和电阻加热元件提供,在加热区内同时受机器剪切与加热,采用惰性气体Ar作为保护气体。在金属加热到半固态后进入定量触变浆料收集器,达到定量后以混料螺旋为活塞,通过喷嘴高速射入压铸模具内,经充填凝固得到制品。特点是从固体坯料到制作在一个装置内完成,省去了外部融合金属的处理及运输工序,但由于工艺于设备的局限性,该工艺材料的选择性较小,常用的只有AZ91D,AM50A和AM60B等几种,而目前最成功的是AZ91D。
国内外模具工业的发展情况
 自20世纪80年代以来,我国的经济逐渐起飞,也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后,大陆的工业发展十分迅速,模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币,1994年增长到130亿元人民币,1999年已达到245亿元人民币,2000年增至260~270亿元人民币。今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。
 目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。其中,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如,浙江宁波和黄岩地区,从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家,成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东,一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,为了提高其产品的市场竞争能力,纷纷加入了对模具制造的投入。例如,科龙,美的,康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区,现已有几千家。
 在模具工业的总产值中,企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。其中,冲压模具约占50℅,塑料模具约占33℅,压铸模具约占6℅,其他各类模具约占11。
 我国加入WTO之后,给国内模具制造业既带来冲击,又带来机遇,总体来说是机遇大于挑战。为什么这样说,因为,我国加入WTO以前,模具进口业务基本上是属于免税产品,国内的模具企业长期以来就不依赖关税壁垒的保护,存活下来的企业很早就经受了全球经济一体化竞争的考验。而且,加入WTO以后,对国内企业在选择国外进口生产装备和钢材方面提供了更宽泛的选择余地和价格下调空间,为国内模具制造业在提高品质、降低成本、提高市场竞争力方面创造了有利的条件。
 当然,我们也不能忽视随着一些跨国公司和国际知名企业集团纷纷进驻国内办厂,使我们最为依重的廉价劳动力市场因素将不复存在;知识产权保护力度加大也使我们在进入高、精、尖模具制造领域过程中要付出更大的代价。
 回顾我国模具行业这几年来的发展,我们国内的模具制造业总体发展水平良好,企业加工水平得到很大提高,出口创汇能力大大增强,既在国内市场抵抗住境外厂商的挤压,又在国际市场上表现出较强的竞争力。但同时,国内模具企业在发展过程中也暴露出一些问题,一是规模偏小;二是技术偏低;三是涉及领域狭窄;四是对相关行业的影响带动能力不大。综合以上因素,国内模具制造业总体效益还没有发挥最好水平,其在国民经济中的基础性作用尚不明显,为了扭转以上情况,笔者认为,国内模具制造业要想在国际市场发挥更大影响,心须加强全行业技术和资源的整合。
目  录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 模具的意义 1
1.2 模具加工制造技术及发展情况和趋势 1
1.2.1 模具产品发展将大型化、精密化 2
1.2.2 多功能复合模具将进一步发展 2
1.2.3 半固态加工技术及成形方法 2
1.3 国内外模具工业的发展情况 3
1.4 模具制造在国民经济中的重要地位 5
1.5 本章研究的主要内容 6
第2章 锻造工艺的分析及工艺过程的确定 7
2.1 锻造工艺分析 7
2.2 工艺方法的确定 7
2.3本章小结 7
第3章 模具整体结构设计 8
3.1锻件加工余量、公差以及系数的确定 8
3.2凸凹模的设计及固定 9
3.2.1凸模的固定 9
3.2.2 凸模的设计 10
3.2.3凹模的固定 11
3.2.4凹模的设计 11
3.3凹模垫板设计 12
3.4凹模套设计 13
3.5凹模固定板以及凹模压板的设计 14
第4章 模具设计和工艺过程 16
4.1模锻工步的选择 16
4.2毛胚规格尺寸的计算 16
4.3工艺过程 16
4.3.1加工前的准备工作 16
4.4生产工艺过程 16
4.5本章小结 17
结论 18
致谢 19
参考文献 20

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