1.2.2 模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀

模具零部件的制造加工方法有常見(jiàn)的金屬切削加工、電化學(xué)加工和電火花加工，同時(shí)還有精密鑄造、激光加工和其他高能束加工，以及集兩種加工方法于一體的復(fù)合加工等。隨著數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其在模具零部件加工中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1.金屬切削加工技術(shù)

金屬切削加工（習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為“切削加工”）是利用切削刀具從毛坯上切除多余金屬，以獲得符合形狀、尺寸和表面粗糙度要求的零件加工方法。鑄造、鍛壓和焊接等方法（除特種鑄造、精密鍛造外），通常只能用來(lái)制造毛坯或較粗糙的零件。凡精度要求較高的零件，一般都要進(jìn)行切削加工，因此，切削加工在模具制造業(yè)中占有重要的地位。

切削加工可分為鉗工和機(jī)械加工兩部分。

1）鉗工一般由工人手持工具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，其主要內(nèi)容有劃線、鏨削、鋸削、銼削、刮削、鉆孔和鉸孔、攻螺紋及套螺紋等，機(jī)械裝配和維修也屬鉗工范圍。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，鉗工的一些工作已由機(jī)械加工所代替，機(jī)械裝配也在一定范圍內(nèi)不同程度地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化。但在某些情況下，鉗工不僅方便、經(jīng)濟(jì)，還易于保證加工質(zhì)量，特別是在機(jī)械裝配、維修以及模具制造中，仍然是不可缺少的加工方法，因此，鉗工在模具制造業(yè)中占有獨(dú)特的地位。

2）機(jī)械加工是將工件和刀具安裝在機(jī)床上，通過(guò)工人操縱機(jī)床來(lái)完成切削加工的技術(shù)。其主要的加工方式有車、鉆、刨、銑、磨及齒輪加工等。所用的機(jī)床有車床、鉆床、刨床、銑床、磨床和齒輪加工機(jī)床等。

機(jī)床的種類很多，若按其適用范圍來(lái)分類，則可分為通用機(jī)床、專門(mén)化機(jī)床和專用機(jī)床：若按其精度來(lái)分類，則可分為普通機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床；若按其自動(dòng)化程度來(lái)分類，則可分為一般機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床；若按其自身質(zhì)量來(lái)分類，則可分為一般機(jī)床、大型機(jī)床和重型機(jī)床。按機(jī)床的加工性質(zhì)和所用刀具進(jìn)行分類是最基本的機(jī)床分類方法。按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15375—2008《金屬切削機(jī)床 型號(hào)編制方法》的規(guī)定，機(jī)床按其工作原理劃分為11類，即車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、刨插床、拉床、銑床、鋸床及其他機(jī)床。

2.數(shù)控加工技術(shù)

模具作為成型塑件的工具，其零件制造精度要求高于成型塑件的精度。組成模具的大部分零件一般具有復(fù)雜的型面，傳統(tǒng)的加工方法不僅加工效率低，且加工精度低。數(shù)控加工是模具零件加工的主要方法，如數(shù)控車削加工、數(shù)控銑削加工、數(shù)控線切割加工及數(shù)控電火花加工等。

（1）數(shù)控車削加工 數(shù)控車削可用于頂桿、推桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等軸類零件的加工，還可用于回轉(zhuǎn)體類模具零件的加工，如外圓體、內(nèi)圓盆類零件的注射模零件，軸類、盤(pán)類零件的鍛模零件及沖模的凸模等。

（2）數(shù)控銑削加工 數(shù)控銑削可用于外形輪廓較為復(fù)雜或者帶有三維曲面型面的模具零件的加工，如注射模的型芯、型腔板等。

（3）數(shù)控線切割加工 數(shù)控線切割可加工各種直壁模具零件或者一些形狀復(fù)雜、材料特殊以及帶有異型通槽的模具零件。

（4）數(shù)控電火花加工 數(shù)控電火花加工可用于復(fù)雜形狀、特殊材料、鑲拼型腔板及鑲件、帶異型槽的模具零件的加工。

（5）數(shù)控加工中心加工 數(shù)控加工中心根據(jù)加工軸的數(shù)量可分為3軸數(shù)控加工中心、4軸數(shù)控加工中心和5軸數(shù)控加工中心等，其中，5軸數(shù)控加工中心可以加工高精度、曲面復(fù)雜的模具零件。目前，在模具零件加工中，5軸數(shù)控加工中心應(yīng)用較廣泛。

3.特種加工技術(shù)

模具制造常用的特種加工方法有電火花加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、電鑄成型等。

（1）電火花加工 電火花加工是利用電蝕作用去除材料的加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。加工時(shí)工件和工具電極同時(shí)浸泡在絕緣工作液中，并在兩者之間施加強(qiáng)脈沖電壓，以擊穿絕緣工作液。由于能量高度集中，放電區(qū)的高溫會(huì)使工件表面金屬局部熔化脫落，以此達(dá)到去除材料的效果。電火花加工主要分為電火花成形加工和電火花線切割加工。

1）電火花成形加工。電火花成形加工在模具行業(yè)中應(yīng)用廣泛，尤其適用于注射模零件加工。隨著零件加工精度、表面粗糙度要求的不斷提高，電火花成形機(jī)的需求也在增加。電火花成形機(jī)的優(yōu)勢(shì)：放電加工控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4軸聯(lián)動(dòng)或5軸聯(lián)動(dòng)加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高精度（重復(fù)定位精度≤2μm）、高效率（切割速度≥500mm/min）、低表面粗糙度值（Ra≤0.1μm）、低電極損耗率（≤0.1%）、任意軸向的抬刀和伺服放電、復(fù)雜的4軸聯(lián)動(dòng)加工。

2）電火花線切割加工。線切割加工是電火花加工的一種，其電極是細(xì)長(zhǎng)的金屬絲，金屬絲在移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行脈沖放電，使其附近的金屬局部熔化脫落，通過(guò)控制金屬絲的移動(dòng)軌跡即可切割相應(yīng)的圖案。高速走絲線切割使用鉬絲作為工具電極，其直徑為0.02～0.3mm，往復(fù)移動(dòng)速度達(dá)8～10m/s；低速走絲線切割使用銅絲作為工具電極，其移動(dòng)速度較慢，一般小于0.2m/s，且單向運(yùn)動(dòng)。相比于電火花成形加工，電火花線切割加工精度高，約為10μm。低速走絲線切割精度可達(dá)0.5μm，表面粗糙度值約為Ra 0.2μm。高速走絲線切割精度可達(dá)20μm，表面粗糙度值約為Ra 3.2μm。電火花線切割適用于加工沖孔模和落料模等零件上的各種模孔、型孔、復(fù)雜型面、樣板和窄縫等。

（2）激光加工 激光加工是使加工部位的材料在高能激光束的照射作用下加熱至高溫熔融狀態(tài)，并使用沖擊波將熔融物質(zhì)噴射出去的加工方法，或是使材料在較低能量密度的激光束作用下熔化，然后進(jìn)行焊接的加工方法。在模具行業(yè)，尤其是在模具修復(fù)和模具制造方面，激光加工應(yīng)用廣泛，常見(jiàn)的有激光切割、激光打孔、激光淬火和激光焊接等。同時(shí)，激光加工技術(shù)還能應(yīng)用在表面強(qiáng)化處理方面，主要有兩種方式：一是利用激光焊對(duì)模具表面局部損傷部位進(jìn)行修復(fù)；二是利用激光對(duì)模具表面進(jìn)行淬火硬化。

（3）超聲波加工 超聲波是指頻率高于20kHz的聲波。超聲波加工是利用超聲波作為動(dòng)力，帶動(dòng)工具做超聲振動(dòng)，通過(guò)工具與工件之間的磨料沖擊進(jìn)行工件表面加工的成形方法。采用超聲波-電化學(xué)拋光復(fù)合加工工藝加工模具型腔表面，不僅可以提高模具型腔表面質(zhì)量和降低表面粗糙度值，還能提高生產(chǎn)率，減少工具的磨損。

（4）電子束加工 電子束加工是指在真空環(huán)境中通過(guò)高能電子束將工件待加工部位加熱至熔融或蒸發(fā)的狀態(tài)，以此去除材料的加工方法。同時(shí)，高能電子束提供的能量使工件表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也是電子束加工的一種方式。將帶有脈沖電壓的電子束照射在模具零件表面，可以對(duì)模具零件表面進(jìn)行拋光處理，是一種新型的模具零件表面處理工藝。

（5）電鑄成型 電鑄成型是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積現(xiàn)象進(jìn)行成型的加工方法，主要用于注射模零件的加工。注射模的電鑄成型是將動(dòng)模作為陰極，將需要電鑄的金屬作為陽(yáng)極，將它們同時(shí)置于鍍槽中，然后通入直流電，此時(shí)陽(yáng)極的金屬釋放金屬離子，并向動(dòng)模沉積，一段時(shí)間后，動(dòng)模上會(huì)沉積適當(dāng)厚度的金屬層，形成電鑄層。電鑄工藝適用于金屬型腔的復(fù)制加工，加工精度高。

4.柔性制造技術(shù)

柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cells，F(xiàn)MC）是數(shù)控加工中心的擴(kuò)展，數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心和工件運(yùn)輸裝置在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)需要自動(dòng)更換夾具和刀具，進(jìn)行工件的加工。

柔性制造單元主要有以下3種類型：

1）托板存儲(chǔ)庫(kù)式，其特點(diǎn)是有托板儲(chǔ)存系統(tǒng)，可通過(guò)PLC控制托板的選擇和定位，適用于非回轉(zhuǎn)體零件的加工。

2）機(jī)器人搬運(yùn)式，由加工中心、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和工件傳輸系統(tǒng)等組成，有些還包括清洗設(shè)備。

3）可換主軸箱式，一般由可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床、主軸庫(kù)、主軸交換裝置和托板交換裝置組成。裝有工件的托板交換裝置將工件運(yùn)送至圓形工作臺(tái)上夾緊，裝有主軸箱的動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)刀具加工工件。可換主軸箱式FMC的加工方式為多軸加工，適用于中、大批量工件的加工生產(chǎn)。

5.快速制模技術(shù)

與傳統(tǒng)模具零件加工技術(shù)相比，快速制模技術(shù)能以較低的生產(chǎn)成本及較高的效率，制造出較高精度、耐用的模具，是一種經(jīng)濟(jì)效益良好的先進(jìn)制造技術(shù)。

（1）3D打印技術(shù) 3D打印屬于增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)，是激光技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)控技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)去除材料的加工方法不同，其采用“分層切片，層層疊加”的原理，只需要把產(chǎn)品3D模型通過(guò)指定的方式傳輸?shù)?D打印設(shè)備，就可以打印出具有一定精度的產(chǎn)品。相比于傳統(tǒng)制模技術(shù)，3D打印技術(shù)的制造效率高，成本低，適用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究。

（2）表面成形制模技術(shù) 表面成形制模技術(shù)可用于型腔表面或精細(xì)花紋的加工，涉及的工藝技術(shù)有電鑄、噴涂、化學(xué)腐蝕等。

（3）澆注成型制模技術(shù) 澆注成型制模技術(shù)主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹(shù)脂復(fù)合成形技術(shù)及硅膠制模技術(shù)等。

（4）冷擠壓及超塑性成型制模技術(shù) 冷擠壓是模具型腔板的一種加工方法，不需要切削加工，只需將堅(jiān)硬的原模或動(dòng)模經(jīng)過(guò)冷擠壓壓入較軟且塑性好的材料內(nèi)，形成所需的型腔。經(jīng)冷擠壓加工形成的型腔表面光滑，可縮短擠壓后的加工過(guò)程。冷擠壓、冷滾壓是加工復(fù)雜型腔或型面的新工藝，由于效率高、質(zhì)量好，廣泛應(yīng)用于制造塑料、壓鑄、熱鍛、精壓、冷鐓、冷沖、螺紋滾壓等各種模具零件。超塑性成型是利用超塑性金屬作為型腔坯料，在超塑性狀態(tài)下將工藝凸模壓入坯料內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)模具成型加工。具有超塑性的材料有很多種，用于制造模具的如T8A、T12A、Cr12MoV、9SiCr、ZnAl22等。利用超塑性成型技術(shù)制造型腔，對(duì)縮短制造周期、提高塑料制品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、加速新產(chǎn)品的研制，具有重要意義。

（5）無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù) 通過(guò)對(duì)一系列排列規(guī)則、高度可調(diào)的基體的實(shí)時(shí)控制，自由地構(gòu)造成型面，實(shí)現(xiàn)板材曲面加工，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)和多點(diǎn)成形技術(shù)于一體的復(fù)合制造技術(shù)。

（6）隨形冷卻技術(shù) 注射模中，冷卻水道可以根據(jù)塑件形狀設(shè)計(jì)成相應(yīng)的形狀，水道直徑可以根據(jù)需要改變，水道截面形狀的選擇呈多樣化。模具冷卻時(shí)間是決定塑件生產(chǎn)周期長(zhǎng)短的重要因素，通過(guò)CAE分析優(yōu)化模具冷卻水道的形狀和布置方式，可以提高冷卻效率，并降低因冷卻不均而產(chǎn)生的廢品率。目前，隨形冷卻水道主要通過(guò)選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)制造。