時(shí)間：2023-05-30 10:56:22
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇模具材料，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
一、鎖具鈑金的設(shè)計(jì)要求
1.1鎖具鈑金模具材料的使用性能①?gòu)?qiáng)度。強(qiáng)度是表征材料變形抗力和斷裂抗力的性能指標(biāo)。冷作鎖具鈑金模具的設(shè)計(jì)和使用，必須保證其具有足夠的強(qiáng)度，以防止鎖具鈑金模具的變形、破裂和折斷。高強(qiáng)度的獲得，主要通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒＂谟捕取ｆi具鈑金模具零件硬度的高低，對(duì)鎖具鈑金模具的使用壽命影響很大，因此也是鎖具鈑金模具設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。③韌性。韌性是材料在沖擊載荷作用下抵抗產(chǎn)生裂紋的一個(gè)特性，是鎖具鈑金模具鋼的一種重要性能指標(biāo)。對(duì)韌性的具體要求，應(yīng)根據(jù)鎖具鈑金模具的工作條件考慮。對(duì)沖擊載荷較大，受偏心彎曲載荷或應(yīng)力集中等的鎖具鈑金模具，都需要足夠的韌性。④耐磨性。耐磨性除影響鎖具鈑金模具壽命外，還影響產(chǎn)品的尺寸精度和表面粗糙度。一般鎖具鈑金模具材料的硬度要求，應(yīng)高于坯料硬度的30％～50％，鎖具鈑金模具材料的金相組織要求，為基體上分布著細(xì)小、彌散的細(xì)顆粒狀碳化物的下貝氏體或回火馬氏體。⑤抗疲勞性。抗疲勞力是反映材料在交變載荷作用下，抵抗疲勞破壞的性能指標(biāo)。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，分為疲勞強(qiáng)度、疲勞裂紋萌生力、疲勞裂紋擴(kuò)展抗力、小能量多沖抗力等。⑥熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性表示鎖具鈑金模具在使用過(guò)程中，工作部位因受熱而保持組織和性能穩(wěn)定的能力。對(duì)于高速?zèng)_裁或劇烈摩擦磨損的冷作鎖具鈑金模具，宜選擇一些具有二次硬化能力的高合金鋼。
1.2鎖具鈑金模具材料的工藝性能①鍛造工藝性能。②切削加工工藝性能。③熱處理工藝性能。熱處理工藝的好壞，對(duì)鎖具鈑金模具質(zhì)量有較大影響。一般要求熱處理變形小，淬火溫度范圍寬，過(guò)熱敏感性小，脫碳敏感性低，特別要有較大的淬硬性和淬透性。淬硬性，保證了鎖具鈑金模具的硬度和耐磨性；淬透性，保證了大尺寸模具的強(qiáng)韌性及斷面性能的均勻性。
二、鎖具鈑金模具材料的種類(lèi)及特性
2.1碳素工具鋼碳素工具鋼的含碳量在0.7%~1.3%范圍內(nèi)，價(jià)格便宜，原材料來(lái)源方便，加工性能好，熱處理后可以得到高硬度和高耐磨性，用于制作尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單、受輕負(fù)荷的鎖具鈑金模具零件。T10A是最常用的鋼材，是性能較好的代表性碳素工具鋼，耐磨性也較高，經(jīng)適當(dāng)熱處理可得到較高強(qiáng)度和一定韌性，合適制作要求耐磨性較高而承受沖擊載荷較小的鎖具鈑金模具。T8A淬透性、韌性等均優(yōu)于T10A，耐磨性也較高，適合制作小型拉伸、擠壓模。
2.2低合金工具鋼低合金工具鋼，是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。這樣可以降低淬火冷卻速度，減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少淬火變形及開(kāi)裂傾向，鋼的淬透性也明顯提高。用于制造鎖具鈑金模具的低合金鋼有CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn27CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)、6CrNiMnSiMoV(代號(hào)GD)等。
2.3高碳高鉻冷作鎖具鈑金模具鋼高碳高鉻冷作鎖具鈑金模具鋼包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號(hào)D2），具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、易淬透、穩(wěn)定性高、抗壓強(qiáng)度高及淬火變形小等優(yōu)點(diǎn)。高碳高鉻鋼經(jīng)鍛造后的毛坯硬度較高（大約在550HB左右），內(nèi)應(yīng)力較大，在室溫下長(zhǎng)期停留會(huì)發(fā)生開(kāi)裂報(bào)廢，為消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，必須進(jìn)行退火處理。
2.4高速鋼高速鋼具有很高的硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性，采用低溫淬火、快速加熱等工藝措施，可以有效地改善其韌性。因此，高速鋼越來(lái)越多地應(yīng)用于要求重載荷、高壽命的冷作鎖具鈑金模具。鎢鉬系高速鋼，因其含碳化物分布較均勻，顆粒細(xì)小其抗彎強(qiáng)度與塑性、沖擊韌性等都相對(duì)較高，而硬度與二次硬化能力都得以保持。
2.5硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金具有高的硬度、高的抗壓強(qiáng)度和高的耐磨性，所以用其制作的鎖具鈑金模具堅(jiān)固耐用，且制品表面質(zhì)量好，故適用于大批量生產(chǎn)，主要用來(lái)制作多工位級(jí)進(jìn)模，大直徑拉深凹模鑲塊。缺點(diǎn)是脆性大，加工困難，不能鍛造及熱處理，且成本高，致使其應(yīng)用受限制。
2.6鋼結(jié)硬質(zhì)合金鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物為硬質(zhì)相，以合金為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種新型鎖具鈑金模具材料，具有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性和高抗壓強(qiáng)度，又具有鋼的可加工性和熱處理性。
三、鎖具鈑金模具材料的選用
鎖具鈑金模具材料的選用，不僅關(guān)系到鎖具鈑金模具的使用壽命，而且也直接影響到鎖具鈑金模具的制造成本，因此是鎖具鈑金模具設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。在沖壓過(guò)程中，選擇鎖具鈑金模具材料應(yīng)遵循如下原則：①根據(jù)鎖具鈑金模具種類(lèi)及其工作條件，選用材料要滿(mǎn)足使用要求，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等；②根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料；③滿(mǎn)足加工要求，應(yīng)具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形小；④滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性的要求。
四、總結(jié)
影響鎖具鈑金模具使用壽命的重要因素是和材料的化學(xué)成分及其材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、熱穩(wěn)定性等有關(guān)，因而，應(yīng)力求按照鎖具鈑金模具的服役條件、性能要求與實(shí)際生產(chǎn)需要，合理選擇高質(zhì)量的鋼材并實(shí)施熱處理工藝，提高鎖具鈑金模具的使用壽命。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞 關(guān)鍵因素；降低模具制造成本；提高模具加工速度；獲得穩(wěn)定；長(zhǎng)壽命模具
中圖分類(lèi)號(hào)：TG162 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）13-0061-01
1 概述
模具材料是現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)、制造的基礎(chǔ)。由于精密成形工述況條件的要求，金屬材料在當(dāng)前及今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是模具材料的主體，其中鋼鐵材料占主導(dǎo)地位，銅及銅合金、鋁及鋁合金等合金材料也開(kāi)始用作模具材料。高品質(zhì)、高性能、低成本將主導(dǎo)未來(lái)模具材料研發(fā)方向，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷高檔模具材料研發(fā)和生產(chǎn)的局面將被打破。
熱處理技術(shù)是提高復(fù)雜、精密、長(zhǎng)壽命模具水平的關(guān)鍵因素。熱處理及表面改性技術(shù)將圍繞最大限度實(shí)現(xiàn)材料特性、降低模具制造成本、提高模具加工速度、獲得穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命模具，在大型無(wú)氧化熱處理裝備技術(shù)，微變形熱處理工藝技術(shù)和高效清潔耐磨的表面改性技術(shù)將在未來(lái)20年內(nèi)得到充分發(fā)展。
2 未來(lái)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品
2008年國(guó)內(nèi)模具材料產(chǎn)量近60萬(wàn)t，到2015年模具鋼的市場(chǎng)需求將不低于100萬(wàn)t。預(yù)計(jì)到2020年，在中高端模具材料市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)完全替代進(jìn)口材料目標(biāo)，模具材料的市場(chǎng)需求將會(huì)達(dá)到150萬(wàn)t。
將材料性能、制備技術(shù)、熱處理技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。長(zhǎng)壽命、低成本、高品質(zhì)、高性能模具材料將具有廣闊的市場(chǎng)需求。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 高壽命專(zhuān)用模具材料的開(kāi)發(fā)與制備技術(shù)
1）現(xiàn)狀。實(shí)際工況中可選用的模具材料范圍很小，基本為通用型模具材料，無(wú)法將材料特點(diǎn)、工況條件、使用壽命綜合考慮，使模具材料無(wú)法充分發(fā)揮性能效率。
2）挑戰(zhàn)。將工況條件、失效特征、壽命指標(biāo)與材料性能特點(diǎn)建立關(guān)系圖，完成材料產(chǎn)品系列化、性能系列化、應(yīng)用系列化；將材料性能與模具工況實(shí)現(xiàn)最佳對(duì)接，實(shí)現(xiàn)材料性能的最佳發(fā)揮、模具壽命的最優(yōu)體現(xiàn)。
3）目標(biāo)。通過(guò)對(duì)模具材料的系列化開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)模具使用條件與材料性能特點(diǎn)的對(duì)接，專(zhuān)材專(zhuān)用，既充分發(fā)揮材料的性能特點(diǎn)，又有效提高模具的使用壽命，還大大降低材料的生產(chǎn)成本。
3.2 高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)模具材料的開(kāi)發(fā)與制備技術(shù)
1）現(xiàn)狀。與國(guó)外模具材料相比較，國(guó)內(nèi)模具材料最大的差距是材料性能的穩(wěn)定性，嚴(yán)重制約國(guó)內(nèi)模具材料在中高端模具中的使用。
2）挑戰(zhàn)。對(duì)材料各向同性、原始晶粒度、成分均勻性提出要求。實(shí)現(xiàn)冶煉、高溫?cái)U(kuò)散、多向鍛造、預(yù)處理全方位研究，結(jié)合生產(chǎn)裝備現(xiàn)代化水平的提高，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)優(yōu)質(zhì)模具材料的生產(chǎn)。
3）目標(biāo)。在高端模具材料制備技術(shù)上全面趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，使國(guó)內(nèi)高、中端模具材料國(guó)產(chǎn)化。
3.3 高性能特種模具材料的開(kāi)發(fā)與制備技術(shù)
1）現(xiàn)狀。極端工況條件下的材料無(wú)合適材料選用。如溫鍛、鎂合金壓鑄、高速鐓鍛、鋼管擠壓頂頭等。
2）挑戰(zhàn)。針對(duì)極端工況條件下模具對(duì)材料性能的苛刻要求，研發(fā)性能特點(diǎn)突出的模具新材料及相應(yīng)的制備和處理技術(shù)。
3）目標(biāo)。高性能特種模具材料全面應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，滿(mǎn)足各種極端工況條件下的模具壽命要求。
3.4 大型、復(fù)雜模具微變形、無(wú)氧化熱處理技術(shù)
1）現(xiàn)狀。在設(shè)備和工藝上已實(shí)現(xiàn)對(duì)中小模具的微變形、無(wú)氧化熱處理。對(duì)于大型模具的熱處理要對(duì)熱處理裝備、工藝開(kāi)展研究。
2）挑戰(zhàn)。大型真空高壓氣淬爐和高精度可控氣氛保護(hù)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜模具的微變形、無(wú)氧化處理創(chuàng)造了條件。實(shí)現(xiàn)裝備、工藝和后續(xù)精加工配套協(xié)調(diào)的大型復(fù)雜模具的快速、經(jīng)濟(jì)制造。
3）目標(biāo)。全面實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜模具熱處理后表面無(wú)氧化，變形小，使后續(xù)精加工做到少切削或無(wú)切削，縮短模具加工周期30%。
3.5 高效、環(huán)保、耐磨表面改性技術(shù)
1）現(xiàn)狀。有效用于模具表面改性提高模具壽命的主要技術(shù)有：氮化（氮碳共滲）技術(shù)、表面滲金屬（TD）、氣相沉積、表面涂覆、離子注入等。
2）挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)高效率、清潔、大型化模具的表面改性技術(shù)，增強(qiáng)表面硬化層與基體的結(jié)合力，大幅度提高模具使用壽命。
3）目標(biāo)。滲層組織、滲層厚度、結(jié)合力、耐磨性能、模具壽命的集成化控制，實(shí)現(xiàn)小鑲塊解決大模具長(zhǎng)壽命問(wèn)題。
3.6 模具材料規(guī)模化精確預(yù)處理技術(shù)
1）現(xiàn)狀。隨著模具加工設(shè)備的自動(dòng)化、多功能化和加工速度的大幅度提高，使模具制造工藝有了根本的變革，許多模具的大型化、復(fù)雜化及短周期制造成為未來(lái)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，要求模具材料產(chǎn)品直接預(yù)處理，滿(mǎn)足模具工作性能要求和組織要求。該項(xiàng)技術(shù)目前只有在塑料模具材料上有一定應(yīng)用。
2）挑戰(zhàn)。如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)格、大批量模具材料的預(yù)硬化處理、組織超細(xì)化處理、組織均勻化處理，其熱處理設(shè)備保障、處理工藝研究技術(shù)和材料性能穩(wěn)定性保障都將是關(guān)鍵難點(diǎn)。
3）目標(biāo)。通過(guò)設(shè)備和工藝研究，對(duì)模具材料進(jìn)行精確預(yù)處理控制并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。為減少或消除模具熱處理后的精加工程序做好鋪墊，從而大大提高模具的制造效率，降低生產(chǎn)成本。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:模具材料 熱處理工藝 合理選擇
中圖分類(lèi)號(hào):TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(b)-0097-01
當(dāng)今社會(huì),是個(gè)工業(yè)極大發(fā)展的社會(huì),大批量的生產(chǎn),使模具也孕育而生。在工業(yè)中的廣泛使用,大大地提高了產(chǎn)量,更好地滿(mǎn)足了人們的需求。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展,模具在我們的生活中越來(lái)越被人們關(guān)注,尤其在工業(yè)生產(chǎn)中得到了最大程度的應(yīng)用。在被廣泛應(yīng)用的過(guò)程中,模具自身得到了極大的發(fā)展,并且為經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步加大籌碼。談及模具,我們不得不聯(lián)想到模具材料,模具材料是模具制造的基礎(chǔ)。
對(duì)于模具材料的分類(lèi),根據(jù)模具服役條件大致可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼三類(lèi)。我們以冷作模具鋼為例,冷作模具包括冷沖壓模,冷擠壓模、冷鐓模和冷沖裁模等,在分離過(guò)程中模具切削刃的發(fā)熱溫度偏高,達(dá)200攝氏度,在加工過(guò)程中常受到拉伸、壓縮、彎曲、沖擊和摩擦等機(jī)械力的作用,因此,會(huì)出現(xiàn)斷裂、變形、磨損等難題。所以,冷模具材料必須具備抗斷裂、抗變形、抗弱化、抗咬和以及耐疲勞等良好的使用性能。由此可見(jiàn),冷作模具鋼其有利也有弊,其他兩大類(lèi)—— 熱作模具鋼、塑料模具鋼亦然。
而生活中和工業(yè)中常見(jiàn)的模具材料有哪些呢？
1 碳素工具鋼
碳素工具鋼在我國(guó)被大量生產(chǎn)和使用。碳素工具鋼的的優(yōu)點(diǎn)是:可鍛性好、退火易軟化、切削加工性好,價(jià)格又便宜。不足之處:淬透性低,需要用水作冷卻介質(zhì),所以,碳素工具鋼更容易變形和斷裂。根據(jù)碳素工具鋼自身的優(yōu)缺點(diǎn),我們可以知道,對(duì)于大型的模具它相當(dāng)不適合,制作尺寸不大、受力較小、形狀簡(jiǎn)單以及變行要求不高的模具顯得更為恰當(dāng),這樣提高了資源的利用率。
2 高碳高鉻模具鋼
高碳高鉻模具鋼具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性,不易變形,為高耐磨微變形模具鋼,承載能力比高速鋼稍低。但碳化物偏析嚴(yán)重,必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔、改鍛,改變碳化物的不均勻性,方能提高使用性能。
3 高速鋼
鉬系高速鋼因其自身的熱塑性高,強(qiáng)韌性高等優(yōu)勢(shì),而得到更廣泛的使用,在冷作模具大批量和精度生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位。
4 超硬高速鋼
超硬高速鋼是為了適應(yīng)難切削材料的需要而發(fā)展起來(lái)的。主要為了進(jìn)一步提高硬度和熱硬度。但另一方面的難題也隨之而出現(xiàn)。它加工困難、韌性差、抗彎曲能力差。超硬高速鋼之所以硬度大,是由于其碳含量高。而碳含量一旦高了,就容易出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象,韌性差等缺陷。
5 基體鋼
何為基體鋼？先看看它的定義:在高速鋼的基本成分上添加少量的其它成分,適當(dāng)增減含碳量,以改善鋼的性能,這樣的鋼種統(tǒng)稱(chēng)為基體鋼。它是一種強(qiáng)韌性冷作模具鋼,具有以上幾種鋼的全部?jī)?yōu)點(diǎn),與此同時(shí),其生產(chǎn)成本也低于高速鋼,基體鋼的出現(xiàn),堪稱(chēng)是模具材料的一重大發(fā)現(xiàn)。
6 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性比其它任何種類(lèi)的模具鋼都高,但它的抗彎強(qiáng)度和韌性都比較差。鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末做粘合劑以碳化鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相,用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼,可以切削、焊接、鍛造和熱處理。
以上六種均屬冷作模具鋼。熱作模具鋼主要用于制造使金屬在高溫下塑性成形的模具。
常見(jiàn)的塑料模具鋼主要有滲碳鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、易切削頂硬鋼、時(shí)效硬化鋼、冷空微變形和耐腐蝕塑料模具鋼。
7 熱處理工藝
模具本身的制造成本高,尤其是一些精密復(fù)雜的冷沖模、塑料模、壓鑄模等。采用熱處理技術(shù)提高模具的使用性能,能夠大幅度提高模具壽命,有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,我國(guó)常用的模具熱處理工藝有以下幾種。
7.1 真空熱處理
模具鋼經(jīng)過(guò)真空熱處理后有良好的表面狀態(tài),變形小。主要原因是在真空加熱時(shí),模具鋼表面呈活性狀態(tài),不脫碳,不產(chǎn)生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱,使鋼的表面有脫氣效果,因而具有較高的力學(xué)性能,爐內(nèi)真空度越高,抗彎強(qiáng)度越高。真空淬火后,鋼的斷裂韌性有一定的提高,模具壽命比常規(guī)工藝提高40%以上,冷作模具真空淬火技術(shù)已在實(shí)際中得到較為廣泛的使用。
7.2 深冷處理
模具鋼經(jīng)深冷處理后,可以提高其力學(xué)性能,從而提高了使用壽命。模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進(jìn)行,也可在淬火回火之后進(jìn)行深冷處理。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。深冷處理不僅用于冷作模具,也可用于熱作模具以及硬質(zhì)合金。
7.3 模具的高溫淬火和降溫淬火
有些熱作模具鋼采用了高于常規(guī)淬火的溫度加熱淬火,可以減少鋼中碳化物的數(shù)量、改善其形態(tài)等,淬火后,延長(zhǎng)了模具使用壽命。
7.4 化學(xué)熱處理
化學(xué)熱處理能提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性等性能。大多數(shù)的化學(xué)熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。采用高溫回火的合金鋼模具,均可在回火的同時(shí)進(jìn)行表面滲氮或氮碳共滲。滲氮工藝目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可縮短滲氮時(shí)間,并可獲得高質(zhì)量的滲層。離子滲氮可提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性等性能。壓鑄模、熱擠壓模經(jīng)氮碳共滲后可提高其熱疲勞性能。氮碳共滲對(duì)冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模等均有較好的應(yīng)用效果。
7.5 滲硼和滲金屬
滲硼,應(yīng)用最多的是固體滲硼,固體滲硼后,表層的硬度很大,耐磨性高,耐腐蝕性和抗氧化性能都較好。滲硼工藝常用于各種冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具壽命可提高數(shù)倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時(shí)可取代高合金鋼制作模具。滲硼也可應(yīng)用于熱作模具,如熱擠壓模等。
7.6 高能束熱處理
高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束等。它們的共同特點(diǎn)是:加熱速度快,加熱面積可根據(jù)需要選擇,工件變形小,不需要冷卻介質(zhì),處理環(huán)境清潔,可控性能好,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理。在提高模具壽命方面獲得了廣泛應(yīng)用。
8 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)模具熱處理的研究開(kāi)發(fā),使一些新的模具熱處理技術(shù)在不同程度上得到推廣和應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)的模具熱處理工藝也將會(huì)越來(lái)越精湛。
參考文獻(xiàn)
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復(fù)合材料轉(zhuǎn)動(dòng)軸根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為整體性和裝配型兩類(lèi)。裝配型傳動(dòng)軸由于其工藝簡(jiǎn)單和力學(xué)性能良好而被廣泛應(yīng)用，本文直升機(jī)尾翼復(fù)合材料傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)采用的是裝配型的設(shè)計(jì)，并采用混合連接即同時(shí)使用膠連接和機(jī)械連接，其具有連接可靠性大大提高，疲勞強(qiáng)度提高，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外最廣泛采用的連接方式。本文復(fù)合材料傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)參數(shù)為：長(zhǎng)1600mm，外徑80mm，壁厚為4mm。
1.1數(shù)學(xué)模型在RTM工藝的模擬計(jì)算中，其數(shù)學(xué)模型假設(shè)制件中的增強(qiáng)材料為剛性體，樹(shù)脂為不可壓縮牛頓流體，其表面張力的影響也被忽略不計(jì)；由于模具的模腔的空隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增強(qiáng)材料間的孔隙，故樹(shù)脂的流動(dòng)可以利用牛頓流體通過(guò)多孔介質(zhì)的達(dá)西定律來(lái)描述，其Darcy方程可寫(xiě)成以下形式：其邊界條件為：在流動(dòng)的前沿，壓力值P=0；在注射口，常壓注塑時(shí)，壓力值P=P0，常流率注射時(shí)V=V0；在模具壁處，。
1.2注射過(guò)程模擬應(yīng)用的RTM仿真軟件為Polyworx公司的RTM-Worx，其是樹(shù)脂注射工藝領(lǐng)域內(nèi)具有世界領(lǐng)先地位的數(shù)字化仿真分析軟件。目前，RTM-Worx已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在世界各地的航空、航天、材料加工、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等各個(gè)行業(yè)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。RTM成型工藝中，工藝參數(shù)如注膠口、注射溫度、注射壓力、樹(shù)脂的性能、真空輔助成型時(shí)的真空度的大小、排氣口的位置和纖維含量和結(jié)構(gòu)等都會(huì)影響到復(fù)合材料產(chǎn)品的性能。因此使用該軟件進(jìn)行注射過(guò)程的仿真分析，可合理地確定注膠口、注射溫度、注射壓力和溢料口，從而大大提高模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，為模具設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考，降低模具設(shè)計(jì)的成本。還可估計(jì)注射的時(shí)間，合理確定各個(gè)工藝參數(shù)，再進(jìn)行小量試驗(yàn)就可以得到高性能的產(chǎn)品。
由于在RTM產(chǎn)品中，模具的設(shè)計(jì)和制造對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程具有非常重要的影響，為了設(shè)計(jì)出合理的模具，僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)是不夠的，因此RTM產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，為了確定和優(yōu)化注射過(guò)程中的工藝參數(shù)，必須在RTM工藝仿真軟件中對(duì)產(chǎn)品的注射過(guò)程進(jìn)行模擬。這樣，通過(guò)對(duì)注射過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可得到很多對(duì)模具設(shè)計(jì)和制造有用的數(shù)據(jù)，則可以對(duì)可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)并制定改進(jìn)方案，故勢(shì)必降低模具設(shè)計(jì)的成本，提高模具的效率和質(zhì)量。
復(fù)合材料傳動(dòng)軸在RTM-Worx中有限元模型如圖1所示。復(fù)合材料傳動(dòng)軸的RTM-Worx注射過(guò)程壓力變化如圖2所示。充模結(jié)束后，采用顏色漸變來(lái)顯示填充時(shí)間的變化，如圖3所示；RTM-Worx還支持多項(xiàng)結(jié)果同時(shí)顯示，圖4是填充時(shí)間和填充壓力共同經(jīng)分析與比較確定了注塑過(guò)程的最佳工藝方案為：注膠口放在傳動(dòng)軸的一端，溢料口放在另一端，注射壓力P=0.1MPa，樹(shù)脂粘度為η=10Pa•s。模擬的注射時(shí)間如圖3所示為50.7s。
2復(fù)合材料傳動(dòng)軸的模具設(shè)計(jì)
2.1模具設(shè)計(jì)的要求RTM工藝中模具的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用和功能齊全的原則。模具的設(shè)計(jì)受到諸多因素的影響，主要需要滿(mǎn)足以下要求：①模具材料應(yīng)該具有良好的機(jī)械和熱學(xué)性能。②為了保證RTM產(chǎn)品的尺寸準(zhǔn)確，模具的加工精度必須得到保證。③模具中注膠口和出膠口應(yīng)該合理配置。④模具應(yīng)具有準(zhǔn)確的定位結(jié)構(gòu)；⑤如果需要，模具應(yīng)該具有供熱和冷卻裝置。⑥為保證模具內(nèi)部的壓力與真空度及防止樹(shù)脂泄漏，模具應(yīng)具有完善的密封結(jié)構(gòu)。⑦RTM模具的制造成本一般較高，故設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能降低模具的成本。
2.2模具材料的選擇制造RTM模具的材料很多，例如鑄鐵、碳鋼、復(fù)合材料和鋁等。模具材料的選擇一般取決于模具的數(shù)量、使用壽命、產(chǎn)品精度和樹(shù)脂的種類(lèi)等因素，而且必須具有以下的機(jī)械和熱學(xué)性能：較佳的耐腐蝕性能，較好的機(jī)械加工、焊接、表面拋光等性能，較高的抗張強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度等，較好的熱學(xué)性能。本文復(fù)合材料的傳動(dòng)軸采用T300的碳纖維作為增強(qiáng)體，樹(shù)脂使用的是中溫固化的環(huán)氧樹(shù)脂。由于熱作模具鋼ZG5CrNiMo與碳纖維預(yù)浸料的熱膨脹系數(shù)最為相近，模具材料選用的是模具鋼ZG5CrNiMo。
2.3型芯的設(shè)計(jì)考慮到模具的制造成本和重量，型芯材料為45鋼，形狀為空心軸，兩端配合連接端以備型芯的定位，空心軸與兩端的連接端以膠連接的方式連接。型芯的結(jié)構(gòu)如圖5所示。
2.4模具分型面設(shè)計(jì)模具分型面的設(shè)計(jì)必須考慮模具機(jī)械加工的難度以及費(fèi)用的高低、產(chǎn)品的精度、操作的便利性和模具的重量等因素。本文的復(fù)合材料傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，故采用對(duì)稱(chēng)的方式由上下兩個(gè)陰模組成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。
2.5注膠口和出膠口位置設(shè)計(jì)RTM模具的注膠口和出膠口的位置直接影響到產(chǎn)品的空隙含量，而空隙含量的多少直接影響到產(chǎn)品的性能，故其位置非常重要，為了降低空隙含量，生產(chǎn)上廣泛采用在模具設(shè)置排氣孔及抽真空技術(shù)。本文綜合考慮了注射時(shí)間、空隙含量和模具的復(fù)雜度，將注膠口和出膠口分別放在模具的兩端，其直徑約為8mm。具體設(shè)計(jì)如圖7所示。由于模具為長(zhǎng)方形，故在注膠口和出膠口設(shè)置一個(gè)圓形的環(huán)槽，目的是為了樹(shù)脂在流動(dòng)的過(guò)程中能平行地向前流動(dòng)，使增強(qiáng)材料得到均勻浸潤(rùn)，產(chǎn)品性能分散性小。如果不設(shè)置樹(shù)脂流動(dòng)的環(huán)形槽，在樹(shù)脂流動(dòng)的過(guò)程中會(huì)形成三角流動(dòng)，出現(xiàn)浸潤(rùn)的死角，使樹(shù)脂的浸潤(rùn)不充分，嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能。環(huán)形槽的設(shè)計(jì)如圖8所示。
2.6模具的密封設(shè)計(jì)為了防止樹(shù)脂的溢出和保證模具內(nèi)部的真空度，上下模之間和兩端的封蓋之間都采用O形密封圈密封，密封槽的大小取決于模具的尺寸的大小，本文取密封槽的寬度為10mm，為了減輕樹(shù)脂沿邊部流動(dòng)、降低夾緊力，應(yīng)使密封槽盡量靠近模具的內(nèi)邊。
2.7模具裝配圖復(fù)合材料傳動(dòng)軸模具的裝配剖面如圖9所示。由圖示可知，環(huán)形槽的作用除了有使樹(shù)脂均勻流動(dòng)的作用外，當(dāng)卸除型芯時(shí)，其所形成的環(huán)形結(jié)構(gòu)可以作為卸除型芯的輔助裝置，其設(shè)計(jì)合理。此模具已經(jīng)完成生產(chǎn)，并進(jìn)行了注塑試驗(yàn)，取得了良好效果。
2.8復(fù)合材料傳動(dòng)軸的制備采用前文RTM-Worx模擬優(yōu)化的工藝方案和設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行了復(fù)合材料傳動(dòng)軸的實(shí)際充模制造，所制備的復(fù)合材料傳動(dòng)軸的內(nèi)外壁表面光滑平整，纖維浸漬完全，沒(méi)有明顯的缺陷，如圖10所示，且實(shí)際充模時(shí)間為1min左右，與模擬結(jié)果吻合得較好。
3結(jié)果與分析
所設(shè)計(jì)的直升機(jī)尾翼傳動(dòng)軸傳遞的最大功率430kW，工作轉(zhuǎn)速為3009r/min。直升機(jī)尾翼傳動(dòng)軸在工作中只承受扭矩作用，在強(qiáng)度計(jì)算中截面的最大工作應(yīng)力必須保證小于復(fù)合材料的強(qiáng)度極限。把傳動(dòng)軸傳遞的最大功率、工作轉(zhuǎn)速、外徑和內(nèi)徑代入公式(5)、(6)、(7)中，可得傳動(dòng)軸承受最大剪切應(yīng)力為39.19MPa，通過(guò)試驗(yàn)得到制備的傳動(dòng)軸的剪切應(yīng)力為52.6MPa，由以上數(shù)據(jù)可得制備的傳動(dòng)軸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：塑料模具設(shè)計(jì)；材料；選用
在我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用起到了重要作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間，尤其計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)的大規(guī)模推廣，解決了塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工中的薄弱環(huán)節(jié)。更在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的選擇是決定模具設(shè)計(jì)時(shí)模具材料選用的重要因素。怎樣選用合適的材料，是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題。
一、塑料制品材料的選用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響
一般來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此，設(shè)計(jì)者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細(xì)測(cè)試這些材料，研究其與各種因素對(duì)成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說(shuō)明問(wèn)題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無(wú)定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類(lèi)材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來(lái)說(shuō)，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件，而無(wú)定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。
（一）根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類(lèi)產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會(huì)影響到成型加工，尤其會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來(lái)替代，而不會(huì)有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動(dòng)方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗(yàn)（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個(gè)測(cè)試條，并在同一個(gè)拉力測(cè)試儀上對(duì)它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較）表明，對(duì)添加了30%玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹(shù)脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動(dòng)方向）低了32%，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43%和53%。
在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來(lái)改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)或數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱，更好的是聽(tīng)取原材料制造廠家的專(zhuān)家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。
（二）考慮濕度對(duì)材料性能影響
一些熱塑性材料，特別是PA6和PA66，吸濕性很強(qiáng)。這可能會(huì)對(duì)它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意這種性能，考慮其對(duì)產(chǎn)品性能的影響。
模具材料的選用取決于制品材料，細(xì)致分析制品材料后，才能在模具設(shè)計(jì)時(shí)選用最為合適的模具材料。
（三）塑料制品模具材料選用
細(xì)致分析塑料制品使用的材料后，選取最為合適的模具材料。目前我國(guó)市場(chǎng)常見(jiàn)的、適合熱縮性材料的模具材料有：非合金型塑料模具鋼（即碳素鋼）、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時(shí)，根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑，添加何種添加劑來(lái)選取適合的模具材料。例如：制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時(shí)，其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼；制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，需要高壽命模具時(shí)刻采用時(shí)效硬化型塑料模具鋼。具體選用時(shí)主要還是要針對(duì)塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期，同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設(shè)計(jì)中，還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)常考慮，其中對(duì)于壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要，壁厚設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)產(chǎn)品影響極大，改變一個(gè)零件的壁厚，對(duì)以下主要性能將有顯著影響：零件重量、在模塑中可得到的流動(dòng)長(zhǎng)度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量，如表面光潔度、翹曲和空隙等。
（一）塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求
在設(shè)計(jì)的最初階段，有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對(duì)注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中，要得到流程長(zhǎng)、而薄，則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃?dòng)熔解）是非常必要的。為了深入了解聚合物熔化時(shí)的流動(dòng)性能，可以使用一種特殊的模具來(lái)測(cè)定流程。
增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能，還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計(jì)中，很重要的一點(diǎn)是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性，根據(jù)零件剛性不同，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問(wèn)題。為取得均勻的，模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙，并減少內(nèi)部壓力，從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔，將使橫截面變窄，內(nèi)應(yīng)力升高，有時(shí)還存在切口效應(yīng)，從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計(jì)時(shí)，模腔的要求也不同，根據(jù)制品的要求，設(shè)計(jì)模具的模腔及脫模斜度，斜度要與塑膠制品在成型的分模或分模面相適應(yīng)；是否會(huì)影響外觀和壁厚尺寸的精度。
（二）熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性，不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用，合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差，較少成本是可以實(shí)現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要求相結(jié)合來(lái)判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差，從而降低制品成本。因此，模具精密度對(duì)制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
結(jié)論：
與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問(wèn)題還有許多，設(shè)計(jì)人員可以參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。總之，在塑料制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素，綜合利弊，選用適合的材料，合理的設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品的性能。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】課堂教學(xué) 轉(zhuǎn)變角色
《材料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》是高職高專(zhuān)模具設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)技術(shù)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性。教學(xué)內(nèi)容包括沖壓成形工藝和沖壓模具設(shè)計(jì)兩大部分。因于受教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件限制，過(guò)去幾乎所有的本科院校和高職高專(zhuān)都是側(cè)重課本的章、節(jié)內(nèi)容，用傳統(tǒng)的黑板式理論教學(xué)，按照章、節(jié)順序由基礎(chǔ)理論到專(zhuān)業(yè)理論，由簡(jiǎn)單理論到復(fù)雜理論進(jìn)行講授，實(shí)踐性環(huán)節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)極少，學(xué)生普遍反映沖壓成形工藝部分理論深?yuàn)W、難懂，沖壓模具設(shè)計(jì)部分內(nèi)容抽象、實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)效率不高，理論知識(shí)和實(shí)踐技能掌握不足，產(chǎn)生“學(xué)與用，理論與實(shí)際應(yīng)用”的嚴(yán)重脫節(jié)。在頂崗實(shí)習(xí)和畢業(yè)后的工作中的實(shí)際效果不佳。因此如何采用多種先進(jìn)的教學(xué)方法及手段，擺脫章節(jié)黑板式講授的傳統(tǒng)習(xí)慣，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生的積極思考，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，是當(dāng)前高職高專(zhuān)教學(xué)中亟待解決的問(wèn)題。更是實(shí)踐性極強(qiáng)的模具專(zhuān)業(yè)的急需解決的問(wèn)題。我們根據(jù)多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從完善和改變教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)課堂教學(xué)方法入手，以實(shí)際動(dòng)手能力為本位，以就業(yè)為導(dǎo)向進(jìn)行課堂教學(xué)改革，依據(jù)一個(gè)或幾個(gè)相關(guān)職業(yè)群對(duì)從業(yè)者的素質(zhì)要求，從眾多知識(shí)、能力之中篩選出可按教學(xué)規(guī)律組織課堂教學(xué)的內(nèi)容。將傳統(tǒng)的章節(jié)式內(nèi)容轉(zhuǎn)換成項(xiàng)目案例式內(nèi)容。取到~半功倍的效果。
一、轉(zhuǎn)化教學(xué)理念，“以人為本”
我們教師面對(duì)的是一個(gè)個(gè)有著豐富、多樣思維的的學(xué)生，課堂上的教學(xué)過(guò)程其實(shí)就是師生情感交流的過(guò)程。就象一個(gè)“人”字的構(gòu)架一樣，“老師”與“學(xué)生”、“教”與“學(xué)”都是相互支撐著，缺一不可，所以，老師和學(xué)生應(yīng)該相互尊重，授課老師應(yīng)該讀懂你所施教的每一個(gè)學(xué)生的個(gè)性和能力，學(xué)生也應(yīng)該充分信任你的老師的職業(yè)道德和執(zhí)教能力。作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)學(xué)科的教學(xué)，教師不僅要通過(guò)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的傳授，讓學(xué)生理解“以人為本”的內(nèi)涵，而且在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師要用自己的實(shí)際行動(dòng)體現(xiàn)“以人為本”，使學(xué)生在潛移默化中形成“以人為本”的理念，為他們將來(lái)終生打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。深入探索以學(xué)生為主體，以發(fā)展為目標(biāo)，以研究過(guò)程為主線，以質(zhì)疑問(wèn)難為標(biāo)志，以教學(xué)民主化為保證，全面優(yōu)化教學(xué)過(guò)程。
二、教學(xué)內(nèi)容用項(xiàng)目模塊化、案例型
針對(duì)《材料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容包括沖壓成形工藝與沖壓模具設(shè)計(jì)兩部分，為克服沖壓成形工藝課堂理論教學(xué)抽象、難懂，沖壓模具設(shè)計(jì)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)形式上進(jìn)行了改革。對(duì)沖壓成形工藝部分，改變重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)沖壓成形工藝在模具設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，淡化對(duì)公式推導(dǎo)過(guò)程等教學(xué)理論的要求。為加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提出將基本理論融入實(shí)踐教學(xué)，課堂教學(xué)中將傳統(tǒng)的章、節(jié)式內(nèi)容轉(zhuǎn)換成項(xiàng)目案例式內(nèi)容，將整個(gè)課程分為“沖壓認(rèn)識(shí)、沖裁工藝及模具設(shè)計(jì)、彎曲工藝及模具設(shè)計(jì)、拉深工藝及模具設(shè)計(jì)、其他成形工藝及模具設(shè)計(jì)、沖壓工藝規(guī)程設(shè)計(jì)” 等六個(gè)大模塊。每個(gè)模塊中又以若干企業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目作為案例進(jìn)行解剖教學(xué)，將原來(lái)的各章節(jié)所要講授的理論知識(shí)融入到各個(gè)具體的項(xiàng)目中，并以多媒體教學(xué)取代傳統(tǒng)黑板教學(xué)，講解深入淺出，條理清楚，重點(diǎn)突出，分析問(wèn)題透徹，注重知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)沖壓加工中設(shè)備動(dòng)作原理、板料毛坯的變形機(jī)理、變形過(guò)程和沖壓模具的設(shè)計(jì)原理、工作過(guò)程，以及由于條件所限無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些沖壓工序進(jìn)行圖片及動(dòng)畫(huà)闡釋?zhuān)瑢⑻摂M和現(xiàn)實(shí)緊密結(jié)合，既直觀、易懂，又真實(shí)、可信，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)了學(xué)生的積極思考，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，收到較好的教學(xué)效果。
三、改變課堂授課方式，增強(qiáng)教學(xué)效果
在整個(gè)課堂授課過(guò)程中，將項(xiàng)目案例具體化、形象化，培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目工程素質(zhì)。對(duì)于由于條件所限無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些沖壓工序進(jìn)行圖片及動(dòng)畫(huà)闡釋?zhuān)瑢⑻摂M和現(xiàn)實(shí)緊密結(jié)合，對(duì)于難以理解的知識(shí)點(diǎn)盡可能地采用實(shí)物進(jìn)行講授，如講解模具的總體結(jié)構(gòu)時(shí)，使用企業(yè)中某個(gè)產(chǎn)品零件的生產(chǎn)模具，將其分解，逐一講述，既直觀、易懂，又真實(shí)、可信，這樣的授課方式能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)了學(xué)生的積極思考，使學(xué)生對(duì)這門(mén)本是枯燥無(wú)味的課程產(chǎn)生了較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，收到良好的教學(xué)效果。
四、因人施教，實(shí)行個(gè)性化的教學(xué)
在教學(xué)過(guò)程中，將每次課（兩課時(shí)）分為三個(gè)階設(shè)來(lái)實(shí)施。
第一階段（大約10～15分鐘）學(xué)生復(fù)習(xí)前次上課的知識(shí)點(diǎn)，每次由4～5人上講臺(tái)講述前次上課的重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)。此方法有兩大目的，其一可從迫使學(xué)生必須在課外時(shí)間復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)，其二上講臺(tái)可以鍛煉學(xué)生在眾人前面回答問(wèn)題的膽量，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。全班同學(xué)人人都要上講臺(tái)，回答不出可以求助其他同學(xué)，但幫助回答的同學(xué)必須要掌握更多的知識(shí)量，并在幫助者回答后，被幫者必須重復(fù)回答并說(shuō)出為什么。同時(shí)根據(jù)回答問(wèn)題的學(xué)生個(gè)體能力，分別提出難易程度不同的問(wèn)題。
第二階段（大約60～70分鐘）講授新的知識(shí)點(diǎn)，將該次授課的所有知識(shí)都融合在項(xiàng)目案例中。每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講授都要讓學(xué)生知道為什么這樣設(shè)計(jì)？還有什么更好的設(shè)計(jì)方法，舉一返三，進(jìn)行比較，選擇最佳。讓學(xué)生充分理解和掌握知識(shí)的應(yīng)用。
第三階段（大約10分鐘）讓學(xué)生上臺(tái)總結(jié)該次課所學(xué)的重點(diǎn)，難點(diǎn)，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)技巧以及企業(yè)的習(xí)慣用法，提高學(xué)生的歸納總結(jié)能力。
這種“因人施教，個(gè)性化的教學(xué)”既能將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用鞏固，同時(shí)又能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人膽量和膽識(shí)及個(gè)人魅力。
五、取消作業(yè)本訓(xùn)練，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙代練
在整個(gè)教學(xué)中，取消了過(guò)去以作業(yè)本做練習(xí)的慣例，完全杜絕用作業(yè)本“一問(wèn)一答”或“計(jì)算題”等枯]的練習(xí)方法，根據(jù)項(xiàng)目中模具裝配結(jié)構(gòu)圖和零件結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)圖作為學(xué)生的學(xué)習(xí)練習(xí)，每講授一個(gè)結(jié)構(gòu)或者是一個(gè)模具零件，讓學(xué)生外課時(shí)間設(shè)計(jì)一張零件圖或結(jié)構(gòu)圖，將所學(xué)的所有知識(shí)點(diǎn)在圖紙上反映出來(lái)。例如設(shè)計(jì)一塊凹模板，就必須要弄懂凸、凹模刃口的計(jì)算原則；凸、凹模的加工工藝和加工方法：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；計(jì)算公式；間隙選用；外形結(jié)構(gòu)尺寸確定；尺寸標(biāo)注；公差配合；表面粗糙度；熱處理規(guī)范；技術(shù)要求及機(jī)械制圖等所有的知識(shí)點(diǎn)和其它相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。從一張圖紙上完完全全反映出該生對(duì)知識(shí)掌握的熟練程度。老師在改圖時(shí)可以及時(shí)的對(duì)每個(gè)學(xué)生的錯(cuò)誤進(jìn)行修正。
通過(guò)對(duì)13級(jí)模具1、2兩個(gè)班近60人的調(diào)查報(bào)告反映，學(xué)生對(duì)該教學(xué)方法評(píng)價(jià)較高，特別是那些平時(shí)不愿意聽(tīng)課或不愿做作業(yè)的同學(xué)產(chǎn)生了積極的作用。
六、考試評(píng)價(jià)
該課的評(píng)價(jià)方式采用駕證式考核方式，
應(yīng)知采用在線平臺(tái)階段式考核。
應(yīng)會(huì)以課程設(shè)計(jì)的形式代替考試，即給定一個(gè)企業(yè)項(xiàng)目產(chǎn)品零件，學(xué)生按照企業(yè)設(shè)計(jì)崗位的工作過(guò)程，從對(duì)產(chǎn)品工藝分析、工藝方案設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、模具裝配總圖設(shè)計(jì)到各零部件設(shè)計(jì)等全過(guò)程手工繪制一整套完整的模具設(shè)計(jì)圖樣，并撰寫(xiě)一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
七、課堂教學(xué)改革的實(shí)際效果
（1）通過(guò)實(shí)物教學(xué)與多媒體課件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，采用“人性化教學(xué)”激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。
個(gè)別其他老師認(rèn)為是“問(wèn)題”學(xué)生，對(duì)該課的積極性也較高，其他課從不交作業(yè)的學(xué)生，對(duì)這門(mén)課的規(guī)定的設(shè)計(jì)圖紙作業(yè)也一次不納，而且圖面質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量一次比一次要好。
（2）整個(gè)課堂教學(xué)通過(guò)革后，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象內(nèi)容具體化、模具動(dòng)態(tài)過(guò)程可視化，采用靈活多樣的教學(xué)方法。
（3）多種素材（實(shí)物、實(shí)樣、照片、PPt演示和動(dòng)漫播放等）輔助教學(xué)，內(nèi)容豐富、教學(xué)過(guò)程生動(dòng)有趣，使課堂氣氛活躍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。
（4）學(xué)生上講臺(tái)，實(shí)現(xiàn)角色轉(zhuǎn)換，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性，增強(qiáng)了學(xué)生的自信力。
（5）取消枯]的作業(yè)本練習(xí)，改用繪圖形式，將所有知識(shí)融化在圖紙中，改變“死記硬背”的傳統(tǒng)，而實(shí)現(xiàn)了“靈活應(yīng)用”的實(shí)際動(dòng)手能力。使學(xué)生掌握了一定的模具設(shè)計(jì)與制造的基本技能，將理論知識(shí)直接遷移到項(xiàng)目中，有效地縮短了與企業(yè)崗位的距離，得到企業(yè)的高度評(píng)價(jià)。同時(shí)提高了學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的支撐能力，以及畢業(yè)后轉(zhuǎn)崗、晉升的后續(xù)能力，為學(xué)生多元化選擇打下了基礎(chǔ)，提供了可能。
課堂教學(xué)改革不是一朝一夕的~，必須要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的摸索和探討，才能真正的探索出一套行之有效的方法。
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關(guān)鍵詞： 壓鑄模具；壽命；超硬化處理技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TG233 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2012）0410140－01
引言
壓鑄模具由于制造精度高、投資大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，所以壓鑄模具的造價(jià)就很高，各一個(gè)壓鑄模具的生產(chǎn)商都希望能夠采取有效的手段來(lái)延長(zhǎng)壓鑄模的使用壽命。但由于一系列內(nèi)外因素，例如機(jī)械加工、材料等的影響，這些影響因素直接導(dǎo)致了壓鑄模具過(guò)早失效而報(bào)廢，造成極大的浪費(fèi)，出現(xiàn)諸如尖角、沖蝕、拐角處開(kāi)裂、劈裂、熱裂紋（龜裂）、磨損等壓鑄模具失效形式。一般來(lái)說(shuō)，材料自身存在的缺陷、熱處理、維修、使用、加工的問(wèn)題造成壓鑄模具失效。那么，如何才可以讓壓鑄模具更多模次地、更長(zhǎng)時(shí)間地，在高精度、低成本、高效率條件下生產(chǎn)出質(zhì)量合格的制件呢？這已經(jīng)越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
1 壓鑄模具材料自身存在的缺陷
一般而言，壓鑄模具的使用都是處于十分惡劣的工作環(huán)境中，我們以鋁壓鑄模為例，眾所周知，鋁液的溫度在通常的使用過(guò)程中一般控制在650℃-720℃，而鋁的熔點(diǎn)最高為740℃，最低為580℃。模具在進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)千次的壓鑄之后，模具表面很容易就會(huì)因?yàn)辇斄训热毕荻l(fā)生失效的問(wèn)題。因此，我們可以看出壓鑄模具的使用條件一般都是屬于急熱急冷。壓鑄模具材料應(yīng)選用特性熱作模具鋼，應(yīng)該要具有熱穩(wěn)定性高、斷裂韌性好、冷熱疲勞抗力的。據(jù)有關(guān)資料介紹，目前應(yīng)用最為廣泛的壓鑄模具材料就是H13，H13材料在國(guó)外80％的型腔都被采用，因此，在合理的生產(chǎn)管理與熱處理?xiàng)l件下，H13材料仍具有滿(mǎn)意的使用性能。在投入出產(chǎn)之前，應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行一系列檢查，常用檢查手段有超聲波檢查、金相檢查、宏觀侵蝕檢查，以防帶缺陷材料，造成加工用度的鋪張和模具早期報(bào)廢。
2 有效提高壓鑄模具壽命的方法對(duì)策
2.1 制定一套完整的、實(shí)用模具出產(chǎn)治理系統(tǒng)
壓鑄模失效形式主要有沖蝕、磨損、熱裂紋（龜裂）、劈裂、拐角處開(kāi)裂、尖角等，造成極大的浪費(fèi)。為了有效地實(shí)現(xiàn)模具產(chǎn)品進(jìn)度治理、計(jì)劃治理、工藝數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)治理的計(jì)算機(jī)信息化治理系統(tǒng)，筆者建議可以制定一套完整的、實(shí)用模具出產(chǎn)治理系統(tǒng)，這樣就能夠使模具輔助信息和制造信息實(shí)現(xiàn)全方位跟蹤治理，貫穿于完工交付、計(jì)劃制定整個(gè)過(guò)程。包括庫(kù)房治理、產(chǎn)品檢修、車(chē)間任務(wù)分派、模具工藝制定、模具設(shè)計(jì)、模具出產(chǎn)計(jì)劃制定等，與此同時(shí)，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)共享、公告、會(huì)議等方法來(lái)建立模具制造、模具設(shè)計(jì)影響分析庫(kù)和失效模式分析庫(kù)，作為日后設(shè)計(jì)和質(zhì)量評(píng)定的有效參考標(biāo)準(zhǔn)。另外，為了確保相關(guān)資源及時(shí)到位，還應(yīng)該建立模具用度表、易損件清單、加工工藝編制，熱處理件明細(xì)表、材料清單、制尺度件明細(xì)表、加工工藝編制、自制件明細(xì)表、尺度件明細(xì)表、外購(gòu)件明細(xì)表、匯總模具零件明細(xì)表。嚴(yán)格規(guī)范檢測(cè)手段，建立質(zhì)檢部分，結(jié)合出產(chǎn)進(jìn)度治理、計(jì)劃治理，消除“差未幾”的僥幸心理，只有這樣才能夠有效地加強(qiáng)設(shè)計(jì)、操縱者的責(zé)任心，確保模具各零配件的精度。
2.2 加強(qiáng)壓鑄模具防銹保養(yǎng)
壓鑄模具防銹劑本產(chǎn)品由石油溶劑、成膜材料和多種優(yōu)質(zhì)防銹添加劑調(diào)制而成，適用于生產(chǎn)及存放中塑膠模具和壓鑄模具的防銹保養(yǎng)，亦適用其它金屬工具及零件的防銹保養(yǎng)。透明軟膜，不會(huì)硬化，在注塑過(guò)程中快速清除，符合環(huán)保和安全標(biāo)準(zhǔn)，具有抗氧化、抗酸、抗腐蝕、防潮、排水等功能，保護(hù)期一年以上，尤其適合經(jīng)常加工透明制品的模具保養(yǎng)。超強(qiáng)滲透性和吸附性能夠在模具表面及各種金屬表面形成獨(dú)有的水分、空氣置換成分有效阻止各種不利因素對(duì)金屬表面的侵蝕，實(shí)現(xiàn)模具的長(zhǎng)時(shí)間和全面的防腐防銹。使用前將需要防銹保養(yǎng)的模具清洗干凈（用綠納模具清洗劑清洗后，再使用綠納模具防銹劑保養(yǎng)，可達(dá)到最佳的保養(yǎng)效果），使用時(shí)將防銹劑搖勻，距模具表面15-20厘米處均勻噴射，形成一層薄膜就能提供足夠的防銹保護(hù)，使用時(shí)保持環(huán)境通風(fēng)，避免存放于陽(yáng)光直射處或暴露超過(guò)50℃的環(huán)境中，避免觸及眼睛。主要性能指標(biāo)：原液外觀：透明；比重：0.78克/立方厘米（DIN51757）；膜層類(lèi)型：蠟狀軟膜；不揮發(fā)含量：29%；適用范圍：適用于所有金屬，對(duì)塑膠和橡膠無(wú)損害；溫度范圍：-20℃～15℃；鹽霧試驗(yàn)：通過(guò)（50℃，72小時(shí)，45＃鋼片）；保護(hù)類(lèi)型：室內(nèi)干燥清爽環(huán)境；環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：符合蒙特利爾協(xié)定，歐盟RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 加大科技投入，提高模具使用壽命
對(duì)于模具使用的壓鑄企業(yè)而言，模具壽命是非常值得關(guān)注的，但是，實(shí)際上絕不僅僅只是模具熱處理和模具型腔材料才影響模具壽命，其實(shí)影響模具壽命的重要因素還有模具強(qiáng)度、模具結(jié)構(gòu)等，模具加工手段、加工工藝同樣對(duì)于模具壽命更為重要。如果模具強(qiáng)度不夠、模具結(jié)構(gòu)不合理也會(huì)大大影響模具壽命。所以，我們必須加大科技投入，提高模具壽命、提高模具設(shè)計(jì)制造水平，為壓鑄企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益提供條件。
我們一方面應(yīng)繼續(xù)在表面處理、熱處理、模具材料、先進(jìn)加工技術(shù)和工藝等方面加大研究力度。我們另一方面要加以改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，提高模具制造水平。目前德國(guó)、日本的模具企業(yè)已開(kāi)始采用先進(jìn)的加工技術(shù)和加工中心，減少模具表面的硬質(zhì)層，硬加工模具型腔，這樣一來(lái)在很大程度上提高了模具壽命。
2.4 正確選用壓鑄模具材料
壓鑄模零件中最重要的零件是與金屬液接觸的成型工作零件，通常用熱作模具鋼制成。按性能分，它屬于高熱強(qiáng)熱模鋼；按合金元素分，它屬于中合金熱模鋼。由于被壓鑄材料的溫度差別較大，因而對(duì)壓鑄模的材料及性能要求也不同。用于制造鋅合金、鎂合金和鋁臺(tái)金的壓鑄模的材料，必須具有高的回火抗力和冷熱疲勞抗力，及良好的摻氮（氮碳共摻）工藝性能：而用于銅合金壓鑄模的工作條件則更為苛刻，其材料還應(yīng)具備高的熱強(qiáng)性以防止變形和開(kāi)裂，以及高導(dǎo)熱性以減少溫度梯度，從而降低熱應(yīng)力。因此，我國(guó)壓鑄界在充分挖掘3Cr2W8V鋼種潛力的同時(shí)，積極開(kāi)發(fā)用于壓鑄模的新鋼種，其中最有代表性的新鋼種為4Cr5MoSiVl。
3 結(jié)束語(yǔ)
總之，我們應(yīng)從有利于壓鑄模具壽命方向出發(fā)，一切替顧客著想，一切從壓鑄生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，提高模具壽命，提高壓鑄生產(chǎn)效率，提高模具使用、維護(hù)的方便性，關(guān)注模具細(xì)節(jié)，提高制造、設(shè)計(jì)水平，這是我們未來(lái)的努力方向和研發(fā)方向，才能提升我國(guó)壓鑄行業(yè)的整體水平，只有這樣才能提升中國(guó)復(fù)雜、精密、大型壓鑄模具水平。
關(guān)鍵詞： 冷沖模；壽命；熱處理；措施
中圖分類(lèi)號(hào)：TG385.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）24-0018-02
0 引言
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈化，現(xiàn)代企業(yè)必須堅(jiān)持成本低、質(zhì)量高、生產(chǎn)周期短的生產(chǎn)模式來(lái)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。冷沖模是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，采用冷沖模生產(chǎn)的零部件，具有生產(chǎn)效率高、周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好及成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。冷沖模作為沖壓生產(chǎn)中最重要的工藝裝備，其自身質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，同時(shí)模具在制造時(shí)占據(jù)生產(chǎn)成本中較大比重，若模具易失效、壽命短、質(zhì)量低不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，也會(huì)造成模具材料、加工工時(shí)等成本浪費(fèi)。因此，提高冷沖模使用壽命，對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率都有顯著影響。
1 冷沖模的失效形式
模具因磨損或其他形式失效，直到不可修復(fù)并報(bào)廢，在此之前所加工的沖壓件數(shù)量稱(chēng)為模具壽命。冷沖模的常見(jiàn)失效形式有磨損失效、斷裂或開(kāi)裂、早期失效等。
1.1 磨損失效
冷沖模在使用過(guò)程中與成形坯料接觸，因二者之間存在摩擦而造成模具的自然磨損。當(dāng)磨損使模具尺寸發(fā)生變化或改變了模具的表面狀態(tài)使之不能繼續(xù)服役時(shí)，稱(chēng)為磨損失效。磨損失效是正常失效方式。冷沖模刃口的自然磨損分為初期磨損、正常磨損和急劇磨損三個(gè)階段。模具使用應(yīng)控制在正常磨損階段內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)急劇磨損應(yīng)立即進(jìn)行刃磨修復(fù)。
1.2 斷裂失效
模具出現(xiàn)較大裂紋或分離為兩大部分和數(shù)部分而喪失工作能力的現(xiàn)象稱(chēng)為斷裂失效。按斷裂性質(zhì)不同，分為塑性斷裂和脆性斷裂。按斷裂機(jī)理不同，分為早期斷裂和疲勞斷裂。早期斷裂指在承受較大變形力或在沖擊載荷作用下，裂紋突然產(chǎn)生并迅速擴(kuò)展造成的斷裂。疲勞斷裂指在較低應(yīng)力下，經(jīng)多次使用裂紋緩慢擴(kuò)展后發(fā)生的斷裂。
1.3 早期失效
模具因某種原因出現(xiàn)崩刃、折斷和碎裂等現(xiàn)象稱(chēng)為早期破壞，導(dǎo)致模具不能繼續(xù)工作而失效。崩刃現(xiàn)象會(huì)在模具工作表面首先出現(xiàn)一些小裂紋，隨著裂紋逐漸長(zhǎng)大最終導(dǎo)致材料成片崩出。對(duì)產(chǎn)生崩刃、折斷和碎裂的模具，須查找原因積極補(bǔ)救。
2 影響冷沖模使用壽命的因素
冷沖模壽命指在保證制件品質(zhì)的前提下，所能沖出的制件數(shù)。影響冷沖模壽命的因素主要有模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具鋼材選用、熱處理與表面處理、模具制造工藝和冷沖模合理使用與維護(hù)保養(yǎng)等。
2.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)壽命的影響
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)冷沖模壽命影響很大，合理的結(jié)構(gòu)使冷沖模工作時(shí)受力均勻，偏載減小，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中。冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的剛度、強(qiáng)度、對(duì)中性及合理的配合間隙，以保證制造出的沖壓件符合要求。設(shè)計(jì)冷沖模凸模時(shí)應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置和保證對(duì)中性。針對(duì)有小孔、窄縫、尖角等薄弱部位，為減小應(yīng)力集中應(yīng)設(shè)計(jì)圓弧過(guò)度。在保證制件質(zhì)量條件下合理增大配合間隙，可在一定程度上提高模具使用壽命，改善模具工作部件的受力情況，降低沖裁力、卸件力，減少刃口磨損。另外，模架應(yīng)有良好的剛性與高精度的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可減小模具變形，降低工作零部件磨損提高使用壽命。
2.2 模具材料對(duì)壽命的影響
冷沖模在工作時(shí)除承受沖擊載荷外，還要承受振動(dòng)、摩擦、拉伸與彎曲扭轉(zhuǎn)等載荷，容易發(fā)生疲勞斷裂、磨損、變形等失效現(xiàn)象。因此，合理選擇模具材料能從材料性能方面提高模具使用壽命。
根據(jù)冷沖模生產(chǎn)類(lèi)型、工作條件和材料性能，盡可能選擇高品質(zhì)材料。選用材料的硬度應(yīng)保證在58～64HRC，并且具有高強(qiáng)度和高耐磨性及足夠韌性，能抵抗熱處理時(shí)產(chǎn)生的變形。材料的工藝和加工性能要盡可能好，具有良好的鍛造性能，淬硬性和淬透性以及機(jī)械切削性能，磨削加工性、熱穩(wěn)定性和耐熱疲勞強(qiáng)度高。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)選擇使用壽命長(zhǎng)的模具材料，如硬質(zhì)合金、高耐磨模具鋼等。
2.3 模具的熱處理與表面處理對(duì)壽命的影響
模具的熱處理對(duì)模具的性質(zhì)與使用壽命影響很大，合理的熱處理有利于提高模具基體的強(qiáng)度、韌性，減少變形與斷裂。將熱處理與冷加工合理配合，可提高模具的使用壽命。
模具表面強(qiáng)化是為了提高模具的耐磨性、耐腐蝕性及性能。常用的冷沖模表面強(qiáng)化方法有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。選用合適的表面強(qiáng)化處理工藝，可使冷沖模使用壽命提高幾倍甚至幾十倍。
2.4 其他方面對(duì)模具壽命的影響
模具制造工藝對(duì)模具的使用壽命關(guān)系很大，切削余量不足易導(dǎo)致模具發(fā)生早期磨損或開(kāi)裂。壓力機(jī)精度不高，也易使沖模損壞。此外，沖模的安裝、操作、保管維護(hù)及使用劑等情況都可影響模具使用壽命。
3 提高冷沖模使用壽命的措施與途徑
3.1 合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)
冷沖模在沖裁板材時(shí)，沖裁輪廓的圓角半徑（r）及板材的厚度（t）對(duì)模具的壽命有極大的影響。當(dāng)r
3.2 合理選用模具材料及熱處理方式
冷沖模工作部分，即凸模與凹模的材料選用有以下要求：模具材料要有高硬度和耐磨性，足夠抗壓、抗彎強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性。在選用材料時(shí)，國(guó)內(nèi)主要選用5CrW2Si、9SiCr鋼等，對(duì)性能要求較高的凸凹模，如制作電位器接觸彈簧片冷沖模，由于該模具的凸模為異形薄長(zhǎng)凸模，選用高速鋼制造壽命較短，易出現(xiàn)崩刃或斷裂造成早期失效，可選用6CrNiSiMnMoV鋼制造凸模，可有效解決崩刃、斷裂、早期失效及壽命短等問(wèn)題。
熱處理時(shí)，一般情況下凹模、沖頭材料選用Cr12，其熱處理加工工藝步驟如下：Cr12鋼加熱到1050～1080℃后空冷；經(jīng)十字鐓鍛、反復(fù)錘打后球化退火并在850～870℃保溫4h；再加熱到960℃～980℃，經(jīng)油冷卻后在200～300℃時(shí)進(jìn)行低溫回火。熱處理工藝參數(shù)的選擇直接關(guān)系模具材料的內(nèi)應(yīng)力、耐磨性、切削加工性等各種性能。采用以上熱處理工藝在生產(chǎn)制造過(guò)程中易產(chǎn)生開(kāi)裂，有時(shí)甚至?xí)诩庸た煲Y(jié)束時(shí)產(chǎn)生裂紋造成很大損失。因此在改進(jìn)中提出：球化退火前先在960℃～980℃進(jìn)行一次正火，以消除網(wǎng)狀二次滲碳體的形成得到良好的“球化體”組織，以獲得好的加工性能；回火時(shí)溫度盡量在150～250℃范圍內(nèi)，以得到最多量的回火馬氏體從而使加工后的零件耐磨性、強(qiáng)度、硬度、韌性等都有所提高進(jìn)而有效提高模具使用壽命。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)改進(jìn)熱處理后凹模、沖頭等零件的開(kāi)裂現(xiàn)象減少，切削加工效果較以前有所提高，忽軟忽硬現(xiàn)象已基本消失且耐磨性與韌性方面的效果得到明顯提高。
3.3 通過(guò)其他方法提高模具壽命
冷沖模刃口狀態(tài)是影響模具壽命不可忽視的重要因素，實(shí)驗(yàn)證明，刃口端有微小磨痕、裂紋、傷痕等缺陷，不僅影響沖切斷面毛刺大小，而且直接影響模具壽命。通過(guò)磨削凸凹模，表面粗糙度為Ra0.8μm，加工后刃磨面仍存在微小裂紋等缺陷，為消除這些缺陷對(duì)刃面進(jìn)行研磨拋光處理，改善冷沖模刃口狀態(tài)，提高冷沖模使用壽命。
3.4 冷沖模合理使用與保養(yǎng)
為了提高冷沖模壽命及耐用度，提高冷沖件質(zhì)量精度等級(jí)，要正確使用和合理保養(yǎng)冷沖模，包括模具的正確安裝與調(diào)試；凸凹模間隙調(diào)整；模具的清潔、及維修保養(yǎng)等。
3.4.1 安裝模具時(shí)，應(yīng)正確調(diào)整凸凹模刃口相對(duì)位置，凸模進(jìn)入凹模深度適中，保證工作可靠。
3.4.2 調(diào)整冷沖模時(shí)，為保證凸凹模間隙均勻，要對(duì)其配合間隙進(jìn)行調(diào)整。
3.4.3 對(duì)模具進(jìn)行日常和定期清理以保證沖壓件質(zhì)量。
3.4.4 對(duì)模具相關(guān)部件實(shí)施和定期維護(hù)，可保證模具工作時(shí)動(dòng)作可靠。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙孟棟.冷沖模設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009，3.
【關(guān)鍵詞】 模具；失效分析
一、塑料模具失效因素分析
（1）一般模具失效因素分析
一般模具制造中包括模具設(shè)計(jì)、選用材料、熱處理機(jī)械加工、調(diào)試與安裝等過(guò)程。根據(jù)調(diào)查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料與熱處理是影響使用壽命的主要因素（詳見(jiàn)表1），其比例約占70%，國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料也表明了相同的結(jié)果。從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā)，不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項(xiàng)式之和來(lái)衡量，而應(yīng)該是多因素的乘積，這樣模具材料與熱處理的優(yōu)劣在整個(gè)模具制造過(guò)程中就顯得特別重要。
（2）塑料模具失效因素分析
塑料模具的重要失效形式為磨損失效，局部塑性變形失效和斷裂失效。
①當(dāng)塑料模具使用的材料與熱處理不合理，塑料模具的型腔表面硬度低，而耐磨性差，其表現(xiàn)為，型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而變高，表面質(zhì)量惡化。尤其是當(dāng)使用固態(tài)物料進(jìn)入塑模型腔，它會(huì)加劇型腔面的磨損，故塑料模產(chǎn)生了磨損失效。加之，塑料加工時(shí)含有氯、氟等成份受熱分解出腐蝕性氣體HCl、HF，使塑料模具型腔面產(chǎn)生腐蝕磨損，形成侵蝕失效。
②局部塑性變形失效。塑料模具所采用的材料強(qiáng)度與韌性不足，變形抗力低；當(dāng)填充的物料進(jìn)入塑模型腔內(nèi)，有超載、持續(xù)受熱，周期受壓，而應(yīng)力分布不均勻，以及塑模型腔面硬化層過(guò)薄，從而使塑模產(chǎn)生局部的塑性變形而引起的表面皺紋、凹陷、麻點(diǎn)、棱角堆塌，超過(guò)要求限度而造成失效以及回火不充分等因素使塑料模具壽命縮短，過(guò)早的失效。
③斷裂失效。塑料模具形狀復(fù)雜，多棱角薄邊，應(yīng)力嚴(yán)重集中在韌性不足之外。同時(shí)，塑料模采用合金工具鋼回火不充分，而發(fā)生斷裂失效。從塑料模三種失效形式可知：選用合理的塑料模具材料與熱處理，對(duì)它的使用壽命至關(guān)重要。故此，塑料模具材料的選用與熱處理應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：
A較高的硬度、良好的耐磨性、型腔硬度要求在HRC30～60，淬火硬度大于HRC55，并且有足夠的硬化深度，心部有足夠的強(qiáng)韌性，以免脆斷，塑性變形。
B一定的抗熱性，在150～250℃長(zhǎng)期工作，不氧化、不變形，尺寸穩(wěn)定性好。
C注射時(shí)，有腐蝕介質(zhì)析出，要求有一定的耐蝕性。
D熱處理變形小，對(duì)精密模具來(lái)說(shuō)，要求變形小于0105%，并且有足夠的淬透性。
E切削加工性能好，具有優(yōu)良的拋光，耐磨性能，鏡面拋光可達(dá)Ra011μm以下。
F焊接性，鍛造工藝性能良好。
二、塑料模具合理選材與熱處理的基準(zhǔn)
隨著對(duì)塑料模具的要求的提高，對(duì)模具鋼材也提出了更多的要求。即希望提供更多、更好的具有高硬度鏡面加工性能好，耐磨性能強(qiáng)的淬火，回火類(lèi)新鋼材。但是，還要根據(jù)塑料的類(lèi)型以及對(duì)被成型的塑料制品的尺寸、精度、質(zhì)量、數(shù)量不同的要求，并考慮已有制造模具的條件，來(lái)選用不同類(lèi)型的塑料模具鋼及其熱處理。
（1）塑料模具鋼的熱處理
塑料模具如果采用常規(guī)的熱處理質(zhì)量無(wú)法保證，模具使用壽命短，材料的利用率僅為60%，為此，對(duì)塑料模具中所使用的鋼材，應(yīng)采用特別的熱處理，以延長(zhǎng)塑模使用壽命。
對(duì)于要求心部具有高的強(qiáng)韌性和表面層的耐磨性的塑料模具，可通過(guò)表面強(qiáng)化處理技術(shù)，提高耐磨性和使用壽命。然而表面強(qiáng)化技術(shù)，它不僅能提高塑模型腔表面的耐磨性，而且能使塑模內(nèi)部保持足夠的強(qiáng)韌性，這對(duì)于改善塑料模的綜合性能，節(jié)約合金元素，大幅度降低成本，充分發(fā)揮材料的潛力，以及更好地利用新材料，都是十分有效的，實(shí)踐證明：表面強(qiáng)化技術(shù)是提高塑模質(zhì)量和延長(zhǎng)其使用壽命的主要途徑。其余塑料模具材料的熱處理，由于篇幅有限本文不一一敘述。
采用電火花表面強(qiáng)化技術(shù)，它是通過(guò)火花放電作用，把一種導(dǎo)電材料（YT15、YT30）涂敷及滲透到另一種導(dǎo)電鋼制模（45鋼）的表面上，構(gòu)成合金化的表面層，從而改變模具工作面的物理和化學(xué)性能的一種工藝方法。為了使被強(qiáng)化的45鋼制模具的基體表面光潔，事先必須將模具基體（45鋼）的工作面和電極表面清洗干凈，然后手握D9110強(qiáng)化機(jī)將電極（YT15、YT30）沿模具（45鋼制作）工作面移動(dòng)，并保持一定的壓力，使火花放電均勻連續(xù)。經(jīng)電火化強(qiáng)化之后，被強(qiáng)化表層（顯微）硬度可達(dá)HV1100～1400，甚至更高。其強(qiáng)化層與結(jié)合牢固，耐沖擊、不剝落。強(qiáng)化處理時(shí)，工件處于冷態(tài)，且放電點(diǎn)極小，時(shí)間短，沒(méi)有退火變形等現(xiàn)象，這大大提高模具型腔面的耐熱性、耐磨性、熱硬性和耐蝕性，生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)電火花表面強(qiáng)化后，擠出塑料模使用壽命可提高1倍以上，強(qiáng)化層在使用過(guò)程中磨損后，還可以重新進(jìn)行強(qiáng)化。
三、塑料模選用材料的發(fā)展方向
塑料模具對(duì)鋼材的質(zhì)量和性能有一些特殊要求。例如：熱處理變形小，研磨與拋光性能好，光潔度高，有較強(qiáng)的花紋刻蝕性，尺寸穩(wěn)定，有別于其他模具材料，尤其是型腔復(fù)雜，高精度的塑料模具對(duì)模具的選材有更高的要求，但模具鋼直接影響模具的壽命。現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)的模具鋼從品種質(zhì)量、性能等方面都不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需求，于是國(guó)內(nèi)又開(kāi)發(fā)與研制了一些新型的塑料模具鋼，以供選用。
（1）5CrMnMoVSCo（5NiSCo）高韌性易切削塑料、模具鋼，這種鋼材在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)，其切削加工性、等向性、韌性和可鍛性均好。5NiMoSCo—預(yù)處理采用調(diào)質(zhì)工藝，其淬火溫度為890～900℃，油淬之后，硬度在HRC60以上，650℃回火后，予處理硬度為HRC35，其切削加工性同退火狀態(tài)的45鋼，可順利地進(jìn)行多種切削加工。
（2）SM1和SM2塑料模具鋼
它屬于硫系易切削模具鋼，用于要求高的注射模、壓鑄模，效果良好。兩種模具鋼中的元素，S以MnS型微粒夾雜存在，可以起到減少切削力和易于斷屑的作用。SM1鍛軋之后，迅速退火，而SM2則不用退火，直接經(jīng)時(shí)效和預(yù)硬化處理可使用。二種鋼經(jīng)570℃氮化后，心部基體強(qiáng)度不變，表面硬度可達(dá)HV1100。SM2可氮化與時(shí)效同時(shí)進(jìn)行。
四、結(jié)語(yǔ)
在選用塑料模具材料時(shí)，必須充分地把握住所使用材料的熱處理特性，弄清楚材料方向?qū)Τ叽缱兓年P(guān)系及回火溫度對(duì)硬度的關(guān)系非常重要。特別要重視材料的方向?qū)Τ叽缱兓康挠绊懀谌〔牡姆较蛏蠎?yīng)與熱處理后尺寸變化的方向相同，不然會(huì)影響制件的形狀和精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使模具不符合質(zhì)量要求，對(duì)于精密塑料模具在進(jìn)行熱處理時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)氧化和脫碳等缺陷，應(yīng)在無(wú)氧化的環(huán)境中加熱，即進(jìn)行真空熱處理。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】綠色設(shè)計(jì)與制造；模具；發(fā)展；應(yīng)用
0.前言
綠色制造，又稱(chēng)環(huán)境意識(shí)制造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向環(huán)境的制造（Manufacturing For Environment）等，是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代化制造模式。綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。而在制造業(yè)中，模具的使用量超過(guò)了一般的設(shè)備，它的生產(chǎn)技術(shù)影響著國(guó)家制造水平的高低。基于綠色制造技術(shù)的原則和目標(biāo)，在模具制造中使用這項(xiàng)技術(shù)，能以最低的能源消耗換來(lái)最高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文將闡述綠色制造的設(shè)計(jì)和加工工藝，并且就它在模具的應(yīng)用中所產(chǎn)生的作用進(jìn)行分析。
1.模具與綠色制造
1.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)
模具生產(chǎn)是制造工業(yè)化的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程是資源的浪費(fèi)過(guò)程，一旦開(kāi)模，那么模具材料就很難再次利用，因此模具設(shè)計(jì)和制造中，資源利用率很低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，并且模具生產(chǎn)中含有的有害物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，危害人體健康。而綠色制造模式是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，能從設(shè)計(jì)、制造、使用一直到產(chǎn)品報(bào)廢、回收，減少整個(gè)壽命周期對(duì)環(huán)境影響，提高資源利用率，也就是說(shuō)要在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，改變?cè)瓉?lái)末端處理的環(huán)境保護(hù)辦法，對(duì)環(huán)境保護(hù)從源頭抓起，使產(chǎn)品在滿(mǎn)足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命、質(zhì)量。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)相比，前者多注重如何制造出合格的模具，后者能在環(huán)保基礎(chǔ)上考慮材料的合格性，并且會(huì)考慮到模具的回收再利用。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在使用后大多數(shù)都是廢棄的“垃圾”，回收率低下，嚴(yán)重污染環(huán)境。
1.2綠色模具材料的選擇
模具基礎(chǔ)是模具材料的選擇，是否屬于綠色產(chǎn)品，對(duì)最后產(chǎn)品的形成有著重要影響。因此在考慮到環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)上，綠色模具材料應(yīng)該符合低能耗、低成本、少污染的特點(diǎn)，而少污染材料是指在加工過(guò)程中，沒(méi)有產(chǎn)生或者較少產(chǎn)生污染物的材料，能便于回收，可以多次重復(fù)使用或者可降解。例如，可以使用優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工型腔，采用不銹鋼來(lái)加工防腐模具，以鎳磷鍍代替電鍍鉻。這些材料與技術(shù)相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)材料和技術(shù)能減少對(duì)環(huán)境的污染，也能降低成本。
1.3綠色模具的設(shè)計(jì)
綠色制造的首要考慮因素是產(chǎn)品的使用年限，對(duì)于一些沖壓模具，可以采用一模多形、一形兩用或者拼裝式等手段改進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用彈性卸料板，合理選取沖壓間隙值，借此來(lái)提高模具的使用率。最大限度提升模具使用壽命，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)哪Ｃ嫖恢茫x擇合適的模具造型，利用有效的鍛造制造設(shè)備，這樣也能方便模具的拆洗和零件的更換。拆洗和更換，能夠?yàn)槟＞叩拈L(zhǎng)期使用提供有效保障，并且在一定程度上減少污染。綠色模具材料具有很高的可回收性，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用節(jié)能環(huán)保材料，減少特殊工具的連接件，選擇可重復(fù)利用的零部件，便于拆卸聯(lián)接，盡量減少焊接、鉚接、膠接的出現(xiàn)，這樣能夠更有利于對(duì)模具損壞部分的維護(hù)。
模具設(shè)計(jì)要求規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，這些是在模具專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中提高質(zhì)量、縮短周期、降低成本的有效措施。多重規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)模架和配件，能使有限的資源得到充分利用，不僅節(jié)約了資源，而且能方便加工管理。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)械生產(chǎn)車(chē)間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染，不僅影響周邊環(huán)境，而且會(huì)對(duì)操作人員的身體產(chǎn)生極大的沖擊，對(duì)耳朵健康造成很?chē)?yán)重的威脅。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該采取措施減少噪音的產(chǎn)生，甚至消除噪音。消除噪音的方法有很多，在制造過(guò)程中可以使用摩擦離合器代替原有的剛性離合器，在噪音產(chǎn)生部位上使用隔音罩，或者使用有減震器的無(wú)沖擊模架。
在技術(shù)方面，采用模具CAD/CAPP/CAM一體化。目前國(guó)內(nèi)CAD三維技術(shù)被廣泛運(yùn)用。采用CAD技術(shù)能夠減少設(shè)計(jì)圖紙的使用，節(jié)約資源和能源，并且能運(yùn)用這些技術(shù)對(duì)模具成品進(jìn)行分析，了解材料的流動(dòng)情況，產(chǎn)品強(qiáng)度、剛度和抗沖擊力度，能夠在第一時(shí)間了解到產(chǎn)品的使用情況。模具的包裝設(shè)計(jì)也必須面向環(huán)境，確保包裝材料從簡(jiǎn)或者使用綠色包裝材料。很多包裝材料都是難降解或者難以回首的材料，最后只能進(jìn)行焚燒或者掩埋，這些材料的使用不僅浪費(fèi)了資源，而且很大程度上污染了環(huán)境。因此，包裝上應(yīng)該采取無(wú)毒、無(wú)公害、易回收、易降解的環(huán)保材料與設(shè)計(jì)。
目前科技發(fā)展日新月異，模具制造與更新步伐不斷加快，因此綠色模具在使用后，應(yīng)該遵循回收再利用的原則，即根據(jù)模具的使用磨損情況，將其中一些可再用部分進(jìn)行拆卸并進(jìn)行加工維護(hù)，方便再次使用，而剩下的則作廢料處理。
2.綠色模具的加工工藝
制作綠色模具必須采用綠色工藝，這是提高綠色制造的重要手段，不僅能為企業(yè)提高緊急效益，還能減少對(duì)環(huán)境的影響。綠色模具的制造工藝能夠改善勞動(dòng)條件，減少污染物的用量和排放量，減少對(duì)環(huán)境的污染，減少操作者的健康威脅，并且能確保成型模具可以適應(yīng)生產(chǎn)生活的需要。目前綠色制造工藝有快速成型技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、高速切削、激光加工等方法。
快速成型技術(shù)又稱(chēng)快速原型技術(shù)，是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控、激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)，采用離散、堆積原理將所需要加工的零件利用CAD技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)物原型，這樣方便檢測(cè)物體設(shè)計(jì)質(zhì)量和功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與快速成型技術(shù)類(lèi)似，都是通過(guò)計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備對(duì)于物體全面建模和仿真，有利于減低成本，縮短生產(chǎn)周期。高速切削能將產(chǎn)品加工得非常光滑，減少因?yàn)樵偌庸に斐傻牟牧蠐p耗和拋光時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率。激光加工不同于傳統(tǒng)刀具切削，不會(huì)產(chǎn)生很多的切削，也不會(huì)損壞刀具和產(chǎn)生噪音。作為綠色制造加工技術(shù)，激光加工是非接觸、無(wú)磨損、無(wú)噪音、無(wú)切削的加工技術(shù)，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，因此值得采納。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞:模具質(zhì)量;要求;基本途徑
近年來(lái),世界范圍內(nèi)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈,企業(yè)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)高效率、低消耗地為顧客提供個(gè)性化高質(zhì)量產(chǎn)品的能力,已成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的一個(gè)標(biāo)志。模具被稱(chēng)為工業(yè)之父,模具質(zhì)量的高低,將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本、新產(chǎn)品投產(chǎn)及老產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期、企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整速度與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,因此經(jīng)濟(jì)形勢(shì)對(duì)模具的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。那么如何才能更合理地提高模具質(zhì)量呢?也就是說(shuō),怎么樣才能讓模具在高精度、低成本、高效率條件下,更長(zhǎng)時(shí)間地、更多模次地生產(chǎn)出質(zhì)量合格的制件呢?這已經(jīng)越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
一、模具質(zhì)量要求
1.制品質(zhì)量:制品尺寸的穩(wěn)定性、符合性,制品表面的光潔度、制品材料的利用率等等;
2.使用壽命:在確保制品質(zhì)量的前提下,模具所能完成的工作循環(huán)次數(shù)或生產(chǎn)的制件數(shù)量;
3.模具的使用維護(hù):是否屬最方便使用、脫模容易、生產(chǎn)輔助時(shí)間盡可能的短;
4.維修成本、維修周期性等等。
二、提高模具質(zhì)量的基本途徑
(一)首先制件的設(shè)計(jì)要合理,盡可能選用最好的結(jié)構(gòu)方案,制件的設(shè)計(jì)者要考慮到制件的技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)必須符合模具制造的工藝性和可行性。
(二)模具的設(shè)計(jì)是提高模具質(zhì)量的最重要的一步,需要考慮到很多因素,包括模具材料的選用,模具結(jié)構(gòu)的可使用性及安全性,模具零件的可加工性及模具維修的方便性,這些在設(shè)計(jì)之初應(yīng)盡量考慮得周全些。
1.模具材料的選用既要滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求,還需考慮到材料的成本及其在設(shè)定周期內(nèi)的強(qiáng)度,當(dāng)然還要根據(jù)模具的類(lèi)型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素來(lái)選材。例如:沖裁模的主要失效形式是刃口磨損,就要選擇表面硬度高、耐磨性好的材料;沖壓模主要承受周期性載荷,易引起表面疲勞裂紋,導(dǎo)致表層剝落,那就要選擇表面韌性好的材料;拉深模應(yīng)選擇磨擦系數(shù)特別低的材料;壓鑄模由于受到循環(huán)熱應(yīng)力作用,故應(yīng)選擇熱疲勞性強(qiáng)的材料;對(duì)于注塑模,當(dāng)塑件為ABS、PP、PC之類(lèi)材料時(shí),模具材料可選擇預(yù)硬調(diào)質(zhì)鋼,當(dāng)塑件為高光潔度、透明的材料時(shí),可選耐蝕不銹鋼,當(dāng)制品批量大時(shí),可選擇淬火回火鋼。
2.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。還要保證模具零件有足夠的強(qiáng)度和剛度;在模具結(jié)構(gòu)允許時(shí),模具零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓角過(guò)渡,以避免應(yīng)力集中;對(duì)于凹模、型腔及部分凸模、型芯,可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來(lái)消除應(yīng)力集中,細(xì)長(zhǎng)凸模或型芯,在結(jié)構(gòu)上需采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施;對(duì)于冷沖模,應(yīng)配置防止制件或廢料堵塞的裝置(如:彈頂銷(xiāo)、壓縮空氣等)。與此同時(shí),還要考慮如何減少滑動(dòng)配合件及頻繁撞擊件在長(zhǎng)期使用中磨損所帶來(lái)的對(duì)模具質(zhì)量的影響。
3.在設(shè)計(jì)中必須減少在維修某一零部件時(shí)需拆裝的范圍,特別是易損件更換時(shí),盡可能減少其拆裝范圍。
(三)模具的制造過(guò)程也是確保模具質(zhì)量的重要一環(huán),模具制造過(guò)程中的加工方法和加工精度也會(huì)影響到模具的使用壽命。各零部件的精度直接影響到模具整體裝配情況,除掉設(shè)備自身精度的影響外,則需通過(guò)改善零件的加工方法,提高鉗工在模具磨配過(guò)程中的技術(shù)水平,來(lái)提高模具零件的加工精度;若模具整體裝配效果達(dá)不到要求,則會(huì)在試模中讓模具在不正常狀態(tài)下動(dòng)作的幾率提高,對(duì)模具的總體質(zhì)量將會(huì)有很大影響。
因此,為保證模具具有良好的原始精度-原始的模具質(zhì)量,在制造過(guò)程中首先要合理選擇高精度的加工方法,如電火花、線切割、數(shù)控加工等等,同時(shí)應(yīng)注意模具的精度檢查,包括模具零件的加工精度、裝配精度及通過(guò)試模驗(yàn)收工作綜合檢查模具的精度,在檢查時(shí)還需盡量選用高精度的測(cè)量?jī)x器,對(duì)于那些成形表面曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具零件,若用普通的直尺、游標(biāo)卡就無(wú)法達(dá)到精確的測(cè)量數(shù)據(jù),這時(shí)就需選用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x之類(lèi)的精密測(cè)量設(shè)備,來(lái)確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
(四)對(duì)模具主要成形零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化,以提高模具零件表面耐磨性,從而更好地提高模具質(zhì)量。對(duì)于表面強(qiáng)化,要根據(jù)不同用途的模具,選用不同的強(qiáng)化方法。例如:沖裁模可采用電火花強(qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊等,以提高模具零件表層的耐磨性和抗壓強(qiáng)度;壓鑄模、塑料模等熱加工模具鋼零件可采用滲氮(硬氮化)處理,以提高零件的耐磨性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性;拉深模、彎曲模可采用滲硫處理,以減少摩擦系數(shù),提高材料的耐磨性;碳氮共滲(軟氮化)可應(yīng)用于各類(lèi)模具的表面強(qiáng)化處理。另外,近幾年發(fā)展起來(lái)的一種稱(chēng)為FCVA真空鍍金剛石膜技術(shù),能在零件表層形成一層與基體結(jié)合異常牢固又十分光滑均勻密實(shí)的保護(hù)膜,這種技術(shù)特別適合于模具表面保護(hù)性處理,也是提高模具質(zhì)量的一種效果顯著的方法。當(dāng)然,如果制件屬試制產(chǎn)品或生產(chǎn)批量相當(dāng)小的話,就不一定非要進(jìn)行模具零件的表面強(qiáng)化處理。
(五)模具的正確使用與維護(hù),也是提高模具質(zhì)量的一大因素。例如:模具的安裝調(diào)試方式應(yīng)恰當(dāng),在有熱流道的情況下,電源接線要正確,冷卻水路要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,模具在生產(chǎn)中注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、壓力機(jī)的參數(shù)需與設(shè)計(jì)要求相符合等等。在正確使用模具時(shí),還需對(duì)模具進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng),模具的導(dǎo)柱、導(dǎo)套及其他有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位應(yīng)經(jīng)常加注油,對(duì)于鍛模、塑料模、壓鑄模之類(lèi)模具在每模成形前都應(yīng)將劑或起模劑噴涂于成形零件表面。對(duì)模具進(jìn)行有計(jì)劃的防護(hù)性維護(hù),并通過(guò)維護(hù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理,則可預(yù)防模具在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,還可提高維修工作效率。
三、結(jié)束語(yǔ)
要想提高模具的質(zhì)量,首先必須每個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮到對(duì)模具質(zhì)量的影響,其次還須通過(guò)各部門(mén)的通力合作。模具的質(zhì)量是模具企業(yè)自身實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；模具制造；第三次工業(yè)革命；制造力
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車(chē)、電機(jī)、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中60%-80%的零部件都依靠模具成型，模具質(zhì)量的高低在很大程度上決定了產(chǎn)品質(zhì)量的高低，模具又被稱(chēng)為“百業(yè)之母”，所有工業(yè)產(chǎn)品莫不依賴(lài)于模具才得以大批量生產(chǎn)。CNC加工是在制造模具時(shí)最常用的技術(shù)。雖然它能夠提供高度可靠的結(jié)果，但是非常昂貴而且浪費(fèi)時(shí)間。在這樣一個(gè)新形勢(shì)下3D打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它具有的節(jié)省材料、快速成型、精準(zhǔn)制造等優(yōu)點(diǎn)使得其在模具制造中逐步興起。
1.我國(guó)模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀
我國(guó)目前已成為世界上凈出口模具最多的國(guó)家，雖然能生產(chǎn)大型多工位級(jí)進(jìn)模、精密沖壓模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽車(chē)覆蓋件等模具，但是總體技術(shù)水平不高，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然有較大差距。
1.1模具壽命低
影響模具壽命的因素較多，其中模具材料是重要因素，由于我國(guó)模具鋼品種少、質(zhì)量低、性能差，大多數(shù)模具鋼是上世紀(jì)70-80年代研制的，種種原因，真正使用的量較少，導(dǎo)致模具壽命低。比如國(guó)外硅鋼片沖模總使用壽命為500萬(wàn)次以上，而國(guó)內(nèi)一般為50-60萬(wàn)次，最高只達(dá)到150萬(wàn)次。國(guó)外熱鍛模使用壽命為50萬(wàn)次，國(guó)內(nèi)只有3-5萬(wàn)次。
1.2生產(chǎn)周期長(zhǎng)
我國(guó)模具鋼市場(chǎng)80%左右是黑皮圓棒料，品種單一。扁鋼、精料、經(jīng)過(guò)預(yù)硬化的材料和制品以及標(biāo)準(zhǔn)件在市場(chǎng)上極少見(jiàn)，精料化、制品化程度低。模具制造廠通常將圓棒料改鍛成扁鋼或模塊，絕大多數(shù)采用自由鍛，很少采用模鍛和三鐓三拔的工藝。因此鍛件的內(nèi)在質(zhì)量較差，外形尺寸偏大，造成加工余量大，所以國(guó)內(nèi)模具鋼利用率低（只有50%左右），影響模具制造周期。
1.3新材料推廣宣傳力度不夠
國(guó)內(nèi)常用的模具鋼基本上是從20世紀(jì)50年代初沿用下來(lái)的老式鋼材，許多生產(chǎn)企業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)只知道常用的幾種鋼，生產(chǎn)工藝落后，技術(shù)水平低下。
2.我國(guó)3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)3D印技術(shù)的研究工作起步于20世紀(jì)90年代初，最早進(jìn)行3D打印技術(shù)研究的科研機(jī)構(gòu)包括華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和北京隆源自動(dòng)成型有限公司等。這些科研機(jī)構(gòu)早期在各成型工藝和成型設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)方面各有側(cè)重，也取得了許多重要成果。如南京航空航天大學(xué)研制的RAP-I型激光燒結(jié)快快速成型系統(tǒng)、北京隆源自動(dòng)成型有限公司開(kāi)發(fā)的AFS-300激光快速成型的商品化設(shè)備等。
近年來(lái)在國(guó)家科學(xué)技術(shù)部及省市有關(guān)部門(mén)的支持下，我國(guó)已經(jīng)在深圳、天津、上海、西安、重慶等地建立了一批向企業(yè)提供3D打印技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，也涌現(xiàn)出了一大批市場(chǎng)化的民營(yíng)公司投資的3D打印服務(wù)機(jī)構(gòu)并開(kāi)始起到了積極的作用，推動(dòng)了3D打印技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用。目前3D打印市場(chǎng)已經(jīng)度過(guò)了啟蒙期，正處于快速發(fā)展的階段。但是也面臨著創(chuàng)新升級(jí)的瓶頸。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的3D打印還停留在概念層面，暫無(wú)成熟的營(yíng)利模式。以3D為主業(yè)的上市公司盜亢萇伲規(guī)模很小；從應(yīng)用層面來(lái)講低端運(yùn)用已趨于飽和，工業(yè)級(jí)則由于成本高、技術(shù)欠缺等問(wèn)題，市場(chǎng)比僅占20%～30%。近幾年隨著國(guó)家相關(guān)政策的出臺(tái)，在國(guó)家十三五規(guī)劃和傾向高新尖產(chǎn)業(yè)方針的背景下，3D打印將會(huì)迎來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇。
3.3D打印技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)
3D打印一個(gè)的一個(gè)非常有前途的應(yīng)用就是在模具上直接生產(chǎn)。比如成型（吹塑、LSR、RTV、EPS、注塑等）、鑄模（熔模、砂模等）、機(jī)械加工、裝配和檢驗(yàn)、機(jī)器人末端執(zhí)行器等環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)模具制造過(guò)程相比3D打印模具擁有以下優(yōu)點(diǎn)：
3.1節(jié)省模具生產(chǎn)周期
3D打印可以自動(dòng)、快速、直接和比較精確地將計(jì)算機(jī)中的三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效地縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。它能夠在數(shù)小時(shí)內(nèi)成形，讓設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)了從平面圖到實(shí)體的飛躍。在以往，由于考慮到還需要投入大量資金制造新的模具，公司有時(shí)會(huì)選擇推遲或放棄產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更新。通過(guò)降低模具的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，以及使現(xiàn)有的設(shè)計(jì)工具能夠快速更新，3D打印使企業(yè)能夠承受得起模具更加頻繁的更換和改善。它能夠使模具設(shè)計(jì)周期跟得產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的步伐。成為企業(yè)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)源，促進(jìn)了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
3.2節(jié)約了制造成本
如果說(shuō)當(dāng)下金屬3D打印的成本要高于傳統(tǒng)的金屬制造工藝成本，那么成本的削減在塑料制品領(lǐng)域更容易實(shí)現(xiàn)。金屬3D打印的模具在一些小的、不連續(xù)的系列終端產(chǎn)品生產(chǎn)上具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，或者針對(duì)某些特定的幾何形狀更有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。尤其是當(dāng)使用的材料非常昂貴，且傳統(tǒng)的模具制造材料報(bào)廢率很高的情況下，3D打印具有成本優(yōu)勢(shì)。此外，3D打印在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)制造出精確模具的能力也會(huì)對(duì)制造流程和利潤(rùn)產(chǎn)生積極的影響。尤其是當(dāng)生產(chǎn)停機(jī)或模具庫(kù)存十分昂貴的時(shí)候。3D打印的靈活性使工程師能夠同時(shí)嘗試無(wú)數(shù)次的迭代，并可以減少因模具設(shè)計(jì)修改引起的前期成本。
3.3提高了精準(zhǔn)制造能力
通常，金屬3D打印的特殊冶金方式能夠改善金屬微觀結(jié)構(gòu)并能產(chǎn)生完全致密的打印部件，與那些鍛造或鑄造的材料相比，其機(jī)械和物理性能一樣或更好。增材制造為工程師帶來(lái)了無(wú)限的選擇以改進(jìn)模具的設(shè)計(jì)。當(dāng)目標(biāo)部件由幾個(gè)子部件組成時(shí)，3D打印具有整合設(shè)計(jì)，并減少零部件數(shù)量的能力。這樣就簡(jiǎn)化了產(chǎn)品組裝過(guò)程，并減少了公差。此外，它能夠整合復(fù)雜的產(chǎn)品功能，使高功能性的終端產(chǎn)品制造速度更快、產(chǎn)品缺陷更少。例如，注塑件的總體質(zhì)量要受到注入材料和流經(jīng)工裝夾具的冷卻流體之間熱傳遞狀況的影響。如果用傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)制造的話，引導(dǎo)冷卻材料的通道通常是直的，從而在模制部件中產(chǎn)生較慢的和不均勻的冷卻效果。而3D打印可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的冷卻通道，以確保實(shí)現(xiàn)隨形的冷卻，更加優(yōu)化且均勻，最終導(dǎo)致更高質(zhì)量的零件和較低的廢品率。此外，更快的除熱顯著減少了注塑的周期，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)冷卻時(shí)間最高可占整個(gè)注塑周期的70%。
