时间：2023-05-29 18:03:57
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇铸造模具，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
快速凝固技术
多数金属型铸造过程中平均冷却速率要低于50K/s，而过长的铸件冷凝时间会造成了晶粒粗大的现象，加大了发生元素偏析的概率。针对高性能要求的制件可以使用热处理模式来改变不完美的组织。冷凝速度和模温之间存在矛盾关系，无论是加快还是降低冷凝速度，都会对浇铸或组织造成不良影响。通常情况下超过100K/s的冷却速率都会获得超细的晶粒，且析出相拥有超高分散度和韧性。国外机械公司已经开发出一种加热冷却系统，开启该系统能在14s内完成从320e到30e的转变，而在金属型铸造模具中使用该技术无疑是可行的，设置冷水水道到模腔中，利用感应加热板来调节模温，既不影响晶粒大小，又能保证材料的高性能，避免了热处理带来的高人力、物力开支。
复合材料铸造技术
机械产品在超更多样化、特殊化的方向发展，工业生产和居民生活对材料的要求也越来越高，加快了铸造零件性能的提升速度。为了不断提高金属材料的物理或化学性能，利用非连续增强材料的特殊成分来满足符合材料的要求，通过加入晶须、颗粒等材料来加大强度、韧性，材料行业的迅猛发展造就了规定方式排列增强相方式，同时利用控制顺序凝固技术的优势，通过调节排列方式来铸造零件，使其带有其他材料不具备的特殊性能，在区别于其他普通单相组织材料的基础上提供更全面、详化的发展空间，而复合材料铸造技术也会应用更广泛。
半固态金属铸造技术
多数发达国家已经广泛将半固态金属铸造技术应用于铸造业，该类技术充分考虑了金属铸造中树枝网络骨架产生的问题，强烈搅拌处于凝固过程的金属，使其呈现出颗粒状组织，半固态金属液的形成对下一步铸造无疑是有益的。半固态金属液附带的流动性使其能承担更多挤压的工作，所以针对有特殊要求、形状的材料来说，半固态金属液能同时满足形状和性能两方面要求，且不会发生缩裂、气孔、强铸造应力等现象，保证小偏差的尺寸和收缩量，铸造出细小的晶粒，不断延长模具寿命，省略了加工过程的复杂流程。现代铸造业应寻找近净成形技术和金属铸造工序的契合点，通过半固态金属铸造技术来完成两者的衔接，满足模具重力、挤压等方面要求。
快速制造铸件和铸模快速验证技术
铸造样件在实际研究和生产中至关重要，而铸造样件的方法通常采取传统的翻砂法，采取材料切削加工的次数也较多，但无论从投入成本还是时间上来说，这两种方法都存在不足之处。快速原型机的推出解决了传统模式费时费力的问题，利用蜡质模型快速铸造零件，但会对原型机造成一定损害，且效率不高。现阶段有公司使用砂型盒来铸造零件，实现了小批量生产目标，且在铸造过程中能快速的观察排溢、浇铸等系统的运行状态，方便及时作出调整。流体充型模拟软件能帮助生产者节省实际操作中的流程，但是却未能及时的反应生产问题。砂型盒实现了快速制造铸件目的，且衍生出铸模快速验证技术，无论是从快速性、并行性还是全面性、协调性来来说都是极强的，铸造公司在确定设计方案后可以立即投入到模具生产过程中，降低投入物力和人力，同时提高一次铸模成功率，针对砂型铸造过程中出现的问题能及时、快速的发现和解决。
本文作者：舒小英李小梅工作单位：江西渝州科技职业学院
关键词:壳体零件;铸造模具; 起模斜度; Pro/ E
前言：
传统的机械零件设计是在二维状态进行的,基本依靠经验进行设计,设计中为保证零件质量要求,要加大加工余量,添加各种工艺补正量 ,模具制造中还要根据实际情况及时调整,有时还会有返工情况,使模具制造周期长、费用高、铸件精度不高,甚至装配中发生干涉现象。随着数控加工设备在模具制造业中的广泛使用,使得复杂壳体类零件可以通过加工保证形状,但铸造模具的设计仍普遍停留在二维设计上,加工制造中将二维数据转换成三维数据进行加工,上述各种问题的影响依然存在。
以某型号连接盘为例,研究了使用Pro/ E 软件进行从零件、铸件到铸造模具的设计过程。阐述了产品开发中零件的建模应兼顾制造时的各种工艺建模,其中详述了为使铸件及铸造模具的设计顺利进行, 零件和铸件三维建模过程应遵循的一定顺序及一些技巧。铸造模具建模前先建工艺模型,对型芯头、起模斜度等工艺措施在工艺模型中给予建立,然后用工艺模型将型芯和外模分拆出来,可减少分别建模时可能出现的失误,提高模具的精度,缩短产品的市场化周期。
一、运用Pro/E软件进行零件的三维建模
在零件三维建模时,先对零件的形状特征进行建模。各种螺孔、联接孔等非铸出孔特征,应尽量用拉伸去材料或放置特征在最后建立,如有需要在前期建立的,其他特征的建立尽量不要以其为基准。所有的圆角特征应尽量在最后建立,以方便进行铸件三维建模时,能先去除这些特征,待添加机械加工余量、工艺补正量和起模斜度以及一些工艺装置后,再重新建立相应的圆角特征。外型和内腔有相对齐特征时(主要是一些圆台) ,要分别进行建模,否则建立起模特征时,操作麻烦,同时容易产生失误。
设计中为了方便,零件建模至需建立非铸出孔及圆角特征时,将已完成的零件模型保存一份副本命名为铸件数模,用来进行铸件三维建模,以减轻铸件三维建模中的工作量。
继续添加所有非铸出孔特征及圆角特征,完成零件的最终建模(见图1) 。
二、运用Pro/E软件进行铸件的三维建模
1、对零件三维数模整理
对三维零件的各组成特征及建模过程进行仔细分析,如果零件是按一般方法进行建模的,应去除所有非铸出的孔特征(与其他特征的建立没有关联) ;对于与其他特征建立有关联的非铸出的孔特征,应采用拉伸加材料的方法进行填充。确定分型面和上下型。
按一定间距分别对壳体两个方向壁厚进行检测(见图2a) ,防止局部有壁厚过薄情况出现,同时对厚大部位的尺寸进行工艺分析,采取适当的工艺措施防止缩孔、缩松等铸造缺陷的产生。
对于外模或泥芯中有尖角砂处要及时处理,见图2b ,该处出现仅厚5 mm 的尖角砂块,因该处形状复杂,无法用倒圆角的方法处理,可先将非加工面按要求倒圆角(见图2c) ,再将过渡部分以圆弧根为轨迹,以多段圆弧线组成的截面进行扫描形成实体来解决这一问题(见图2d) 。
2、机械加工余量
对于需铸出的孔,按工艺要求添加相应的机械加工余量。对于需机械加工的面,按工艺要求对位于上型面、下型面和侧面等不同的位置分别添加相应的机械加工余量。对于影响零件形状的已有倒圆角,要先去掉这些特征,再添加机械加工余量,倒圆角特征在完成起模特征建立后再加,不然就无法完成起模斜度的添加。
3、工艺补正量
由于铸铁件的熔炼,每一炉次化学成分都有一定的波动,每一个铸件的浇注温度都不同,使得铸件的收缩率在一定的范围内变化,造成铸件的尺寸存在一定的误差,同时分箱造型的铸件都存在大小不一的错箱,因此为了保证各螺孔以及法兰的强度,对于部分圆台、法兰采用加材料的方法添加相应的工艺补正量。
添加分型面处各侧面机械加工余量时,一般此处起模特征以分型面为起模枢轴进行双侧起模建模,相当于负起模斜度。如果工艺要求为正起模斜度或正负起模斜度时,机械加工余量要增加相对应的值;同时为保证法兰的强度,法兰的非加工侧,也应增加相应的工艺补正量(见图3) 。
4、起模特征
因需建立起模的面较多,工作量较大,为防止遗漏,将所有需要起模的面着色(见图4) ,逐个进行起模操作。
由Pro/ E 的起模操作可知,起模只能在平面、圆柱面和样条曲线上形成一个起模斜面,当曲面上具有圆角特征时,不能生成起模特征,此时必须先去除与需进行起模相关的所有圆角特征,加入起模特征,然后再加入圆角特征。
对于与平面相交的曲面上有较大的圆角特征且无法去除的,以及圆弧面在分型面处局部的0 度角区(造型时易产生扒砂现象) ,可通过拉伸的方法建立起模特征,见图4 中A 所示。各圆台的起模特征建立时,以圆台顶面为起模枢轴,以实现正起模斜度的建立。
对于与斜面相交的侧面的起模,如按前面的方法,以分型面为起模枢轴和拖动方向进行起模,会造成上下端的尺寸不一致。合理的方法是以斜面为起模枢轴,分型面法向为拖动方向进行起模(见上图5) 。
创建完所有起模特征后,还应对已建立的起模特征进行检测(见图6) ,对遗漏的部分再进行起模特征的建立,以避免对部分起模特征建立的遗漏,增加模具调试修理的工作量。起模特征建立完后,添加所有圆角特征,得到图7所示的铸件模型。
三、运用Pro/E软件进行模具的三维建模
1、型芯头结构的建立
外模与型芯之间要留一定的间隙,以外模与型芯的间隙尺寸为壁厚,进行薄壳拉伸和起模,形成型芯头特征,见图8 中A 处所示。
用扫描的方法建立防压砂环特征,见图8 中B 处所示。
所有不需用型芯头成型的孔如观察窗,按外模与型芯的间隙尺寸为壁厚,进行薄壳拉伸以使模型封闭,见上图8 中C 处所示。
压砂环结构在外模建模的最后阶段建立。
2、外模及型芯的建模
利用已建立的工艺模型,分拆出上、下外模及上、下型芯的模型,结果见图9 和图10 。
四、结束语
综上所述，用分型曲面进行模具体积块的分割,所有元件体积之和等于该工件原体积的100 %,因此不会发生因忘记型腔内的某一小体积块而使模具体积出现不精确的情况。
同时所有外模、型芯盒建模过程都是在统一的模型基础上建模和分拆的,所以不会产生配合误差及尺寸转换误差,尺寸精确,且设计后可以直接进行加工,这样可以在模具的精度得到提高的同时,缩短模具设计及制造周期。
参考文献：
[1]雷卫强. Pro/ Engineer 产品造型设计[M] . 北京: 清华大学出版社,2007.
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北京:清华大学出版社,2009.
[3]吕建强. 用Pro/ E 进行箱体类铸件模具设计[J].铸造技术,2009.
[4]陈婵娟. Pro/ E 软件在模具分模中的应用[J].电脑知识与技术,2009.
1.1四种模面设计的对比分析
在冲压方向和压料面形状确定后，就要进行工艺补充面和拉延筋等的设计。对于主要由大曲率曲面组成的汽车车身覆盖件（如前侧车门外板、轿车顶盖和后围等）而言，它们都是浅拉延成形的冲压件，覆盖件曲面主要的变形方式是延伸变薄成形，要求制件成形后具有良好的刚度和较高的表面质量。根据后围外板的成形特点，先后设计了4种不同的模面设计方案，主要区别是拉延筋位置、数量的变化和工艺补充筋的变化。方案1在压边圈上布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案2在压边圈上和窗口分别布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案3在压边圈上、窗口和凸模型面外轮廓分别布置一圈Ф16mm、高度8mm的圆筋；方案4在压边圈上布置一圈直径Ф16mm、高度8mm的圆筋，在后围下部额外布置1条相同参数的圆筋，同时在凸模型面外轮廓布置1圈直径较大的工艺筋。对这4种工艺方案采用相同的模拟参数得到图4所示的成形极限图（FLD）。方案拉延均出现大面积的不充分现象，这将直接影响产品的刚度；同时产品表面均出现起皱现象和趋势，涂装后该缺陷会显现而影响美观，根据筋的数量和位置的不同，起皱呈现减小趋势。充分验证了后围属于浅拉延件的分类特点，要想使之充分变形，必须在工艺补充面上设置较大的工艺筋，根据经验沿工艺补充周边（凸模型面轮廓处）设置Ф36mm的圆筋。选取模面上有代表性的6个位置点，分别为压料面（1点）、窗口工艺补充（1点）、产品表面（4点），对上述6点的主应变值进行对比分析。一般认为，汽车覆盖件冲压成形时应变达到3%~5%才能有较好的形状冻结性，最小伸长变形量不应＜2%[2]。每种方案相比前一方案的主应变均有提高，其中方案4比其它方案的主应变提高较为明显，且除窗口工艺补充主应变比较小之外，其他各处应变均＞3%，可以满足最小伸长变形量要求，因此决定采用方案4。
1.2条件的选择
冲压调试时，毛坯与模具接触面的条件对拉延过程是至关重要的。由经验数据可知，钢与铸铁模具的常温摩擦系数一般取0.12左右（模具精研）；如果在毛坯的上、下表面均涂抹油加垫塑料薄膜（试制），可以降低摩擦系数。为了证明降低摩擦系数对扩大拉延成形极限的效果，取时摩擦系数为0.08进行模拟，
1.3试制模具结构设计的关键控制因素
（1）减重结构的设计是否合理？型面、外壁和立筋的厚度选择是否合理？目前试制模具根据模具大小选用“345”、“456”两个系列的模具壁厚。（2）模具上各种用途的孔是否齐全？试制常用的有通气孔、激光定位孔、排水孔和起吊孔等。（3）合理设置加工面与非加工面的，以便减少数控加工区域。（4）是否需要设置导向装置？导向装置在拉延全过程中是否都起作用？特别是压边圈的高度要满足图7要求，以保证压边圈内侧的导向在推杆顶起过程中始终与凸模的导向面进行接触。（5）确认料厚间隙、凸模与压边圈的间隙、导向面之间的间隙等。（6）模具安装用U形紧固槽的位置和尺寸是否合理。（7）起吊装置是否可靠无法布置起吊装置的需要在铸造时根据标准和工艺要求在特定的位置预埋起吊螺母。
2模具制造与冲压调试
2.1模具制造流程
消失模泡沫数控加工泡沫组装尺寸和余量确认粘工艺橛和吊耳预埋起吊螺母排水孔布置铸造铸造模具的确认龙门刨刨底面数控加工凸、凹模型面钻孔刻线刷漆。
2.2试制模具制造过程的关键控制点
模具的制造过程涉及铸造和数控加工两个工艺过程，有如下几个关键控制点。（1）泡沫材料的选择是否正确？（2）必须确认模具型面的厚度和预留数控余量是否满足设计要求？工艺橛的设置是否合理？减重孔的设置是否合理？（3）确认铸造模具的材料和铸造缺陷。（4）确认模具加工的精度、表面质量和余量，凸模是否完成产品修边线、孔及孔位中心线的的刻制？刻线深度是否达到要求？（5）模具是否设置了加工基准孔和基准面？模具上的各种孔位是否加工完全？
2.3冲压调试流程
确认模具状态型面抛光间隙研磨修模模具装配试压调模确定毛坯尺寸冲压制作激光切割夹具激光切割。
2.4冲压调试过程模具
首先需要抛光，特别是外板类模具需要将数控加工的刀痕完全去掉；抛光结束后，将凸、凹模反装在2000t压力机上，利用0.8mm的条状料片进行凸、凹模的定位；然后进行着色检查，外板模具的型面着色率要达到80%以上；间隙确认完毕后即可开始拉延调试，根据工艺图纸和技术要求装配模具，下料试压，根据拉延结果修整模具，直至出现合格拉延件。根据经验和模具型面特点，经过初步分析计算，决定采用1600mm×2100mm的毛坯。拉延后发现压料面上起皱严重且工艺补充处也出现起皱，这是由于凸、凹模不能完全贴合导致了拉延不到位。，经过调整，采用1500mm×2080mm毛坯后，该现象消失，达到设计要求。拉延结束后需要进行激光切割。由于该件不能以型面的内表面为支撑制作激光切割支架，需要利用外表面制作激光切割支架，最终得到合格的制件。
3结束语
（1）模具结构设计的规范性比以前有较大的提高，模具轻量化水平显著提高。
（2）同样的相似车型后围工艺为拉延+手工翻边，经过优化设计和CAE分析一序成形即可，节省费用和周期。
关键词：机械制造；模具成型；设计
中图分类号：TG386 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）009-000-02
目前我国制造行业中，机械模具的实际应用可有效的提高生产效率，因此其已成为现阶段制造业的研究热点，其中模具成型阶段的模具设计对整个机械制造效率影响较大，所以模具设计需参考相关国家标准和国外先进技术水平。同时我国的机械制造模具设计采用的技术种类繁多并各具优缺点，可用于不同用途的机械制造。因此对我国机械制造模具成型设计进行研究分析具有重要意义。
一、模具设计与制造的研究现状
目前我国的模具设计与制造领域还处于向世界先进水平的学习阶段，自主创新程度不足。与国际先进水平相比，我国整体模具工业水平差距较大，尤其模具加工在线测量和质量管理差距超过15年，具体为模具使用寿命低以及生产周期长，特别是一些精度要求高的模具，其寿命不到国外先进水平的40%[1]。而目前我国模具设计发展较快，不仅模具的设计水平较高，同时模具设计总量已达到一定规模。与一些发达国家的模具设计相比，我国模具的设计水平还具有较大的发展空间。特别是大型、精密的模具的实际设计应用比例较低，不到其他发达国家的50%，这主要是由于我国制造行业的研发能力、精密加工设备、人员专业素质和创新意识的不足造成的。这也使得我国的模具设计和制造领域差异性发展，中低档模具出现供过于求的现象，而大型、精密的高技术模具则主要依靠进口。因此我国的模具设计和制造领域的发展必须依靠模具成型技术、设备加工精度和产品质量的不断提高。
二、机械制造模具成型设计
机械制造模具成型设计是机械加工业的重要技术环节之一，其设计的好坏直接关系到模具成型质量，因此应该进行严格的设计研究和分析。设计人员接受模具成型设计任务书后，应对设计图纸和模具的原材料进行严格检查，需对这些材料标注具体性质信息。同时也需对机械制造模具的技术要求进行仔细的技术分析，使得生产出的模具的相关参数符合设计要求，进而保证利用模具生产产品可达到企业加工和设计要求。还需对模具尺寸进行精细计算，确保加工零件的尺寸和技术参数满足模具成型设计任务书的具体要求。对于机械制造模具成型设计步骤，本文以注射模具设计为例进行具体说明。
1.模具成型设计考虑的问题
注射模具设计是机械制造领域中比重较大的一类模具成型设计，其具体设计应考虑：首先是塑料材质选择，其是否符合设计任务书的要求以及冷却过程的收及补问题。其次是模具浇口和分型面的具体类型和参数，同时也需考虑模具制造过程的冷却或加热对模具的性能影响。最后是根据模具尺寸合理选用注射机，注射机选型应考虑注射机的最大注射量、锁模力以及模具尺寸等参数，保证模具结构和零件形状简单实用，整个模具的精度、表面粗糙度和刚度符合设计任务书的要求，便于模具制造和加工[2]。
2.模具成型的设计步骤
（1）塑件分析
塑件分析的两个重要考虑因素是塑件设计要求和塑件生产批量。确定塑件设计要求时，应根据塑件制品零件图、成型工艺的实用性和经济性进行设计，要明确塑件性质、形状要求、尺寸精度和表面粗糙度等相关技术参数，如塑件的相关技术参数需变动时，应与产品设计人员进行商讨变动可能性。塑件生产批量对塑件生产成本影响较大，对其进行分析时，首先应明确塑件的生产批量，根据其选择合适的模具，如生产批量较小，可考虑使用简单模具，降低生产成本。而生产批量较大时，在保证塑件质量的前提下，尽量缩短生产周期，提高生产效率，可考虑使用一模多腔或高速自动化生产模式，同时也应严格要求模具推出或脱模机构的控制使用。除了上述两种重要考虑因素外，塑件分析过程应计算塑件的体积、质量和模具型腔数量，为接下来的注塑机选用做好前期准备工作。
（2）注塑机选用
根据塑件分析对塑件的体积和质量计算确定模具的结构，再进行注塑机型号的选用，明确其与模具设计相关的技术参数。这些技术参数主要包括注塑机最大注塑量，注塑压力大小，安装螺孔位置，注塑机模板面积、定位圈和喷嘴等相关构件尺寸，进而保证注塑机型号可以满足实际模具设计需求。
（3）模具成型设计计算项目
完成注塑机型号的选用后，可进行模具设计计算项目，明确具体技术参数，如凹凸模尺寸计算，型腔壁厚和底板厚度的确定，以及模具加热、冷却系统的选型和设计。
（4）模具成型结构设计
模具成型结构设计应主要明确以下相关参数，首先是塑件成型位置以及各分型面的实际应用。其次是模具型腔数量、型腔排列的选择。再次是模具相关零件、顶出机构以及排气方式等相关设计。最后是根据模具总体尺寸选择适当的模架，目前模架型号已标准化制造，可根据实际要求直接购买。通过上述参数的确定，进而绘制完成的模具成型结构图。
（5）模具成型相关图纸绘制
模具成型相关图纸绘制主要包括绘制模具总装图和零件工作图，其绘制过程应严格参照机械制图国家标准和相应的行业规范，其绘制原则与常规机械图画法基本一致，需明确模具成型的形状和浇口位置。同时制模具总装图的俯视图中，可去除定模部分，只保留相应动模部分。模具总装图应包括模具外形尺寸，装配尺寸、极限尺寸以及技术条件等，并编写相应的零件明细表。
3.机械制造模具成型设计的相关技术
（1）计算机CAD/CAM辅助设计软件
机械设计和辅助加工制造技术的大量应用，有效提高机械设计制造的研发效率，促进现代制造业的研究开发工作，我国模具成型设计发展得益于计算机CAD/CAM辅助设计的发展应用。该技术可通过计算机进行模具成型模拟设计，进而有效提高设计效率。同时该技术可以与数字、数控等技术联用，既可进行开发设计过程中各种信息的定量表达、存储和控制，实现模具成型设计全局优化运算，也可通过数字建模和仿真模拟和动态分析优化设计思路和要求，同时其可有效降低模具成型设计和改造成本，缩短模具成型设计时间，提高模具成型设计效率。目前计算机CAD/CAM辅助设计软件的开发利用，实现模具软件应用的集成化、网格化发展。如Power Solution CAD/CAM集成化系统，其可完成几何建模、工业设计和制图、仿真分析、数控编程、测量分析等多种功能设计，同时该系统的各功能模块相对独立，也可使用数据接口与其他系统联用运行，体现该系统的开放性和兼容性。
（2）模具成型三维化设计软件
传统的模具成设计是二维设计过程，其已不适应现代制造行业的发展要求。而采用模具成型三维化设计软件可以立体直观的设计模具，设计出的三维数字化模型便于产品结构的CAE分析、模具性能评估以及加工成型过程模拟。如Pro / E和CATIA等软件的使用，可进行模具并行工程设计。专业3D注塑模设计软件，可实现3D型腔、型芯结构、模架配置及结构设计优化。如Moldflow Advisers三维真实感流动模拟软件、3D Quickfill、HSC 3D4.5F、Z-mold等软件实际设计应用效果良好。
（3）模具成型设计相关的制造技术
机械制造模具成型设计过程中，对模具的加工精度和强度有严格的技术要求，而常规的模具设计制造技术满足不了这些要求，使得模具成型设计的实用性降低，同时也浪费相应的设计成本，因此需要采用先进制造技术满足技术要求。目前可采用的先进制造技术主要包括以下3种：首先是电火花加工技术，该技术是利用火花放电产生的瞬间高温蚀去金属进行模具的加工成型。该技术分为电火花穿孔成型加工和电火花线切割加工两种，电火花穿孔成型应用在型腔加工环节，而电火花线切割加工主要用于注射模、压铸模和热锻模等模具型腔成型作业[3]。其次是高速切削加工技术，该技术主要利用高速切削对高硬度、耐磨损模具材料进行加工处理。与传统模具设计与制造相比，高速切削加工技术可有效提高模具加工效率，保障模具制造质量。最后是快速模具制造技术，该技术是快速成型技术（RPM）与常规模具制造技术的有效结合，其可以大量缩短模具设计开发时间，有效提高生产效率，节约生产成本，已成为模具设计与制造的重要技术方法。其主要包括基于RPM原型的精密铸造模具、喷涂法、熔模铸造以及直接制造金属模具等具体技术方法。
三、结语
通过本文对模具设计与制造的研究现状以及机械制造模具成型设计的阐述分析来看，与国际先进水平相比，我国机械制造模具成型设计水平差距较大，需增加模具成型设计与制造领域的研究力度，采用新设计软件和先进模具制造技术，确保机械制造模具设计和制造向大型化、高精度、环保以及技术含量高的方向发展。
参考文献：
[1]佛德红.关于模具制造技术的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（19）.
关键词:注塑成型;模具;维护
模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成,这个组合内有成型模腔。注塑时,模具装夹在注塑机上,熔融塑料被注入成型模腔内,并在腔内冷却定型,然后上下模分开,经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具,最后模具再闭合进行下一次注塑,整个注塑过程是循环进行的。
一、模具的构成与分类
(一)模具的构成
注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的,基本分为: A成型装置(凹模,凸模);B定位装置(导柱,导套);C固定装置(工字板,码模坑);D 冷却系统(运水孔);E 恒温系统(加热管,发热线);F 流道系统(唧咀孔,流道槽,流道孔);G 顶出系统(顶针,顶棍)。
(二)模具的一般分类
1.非塑胶模具有:铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。 A.铸造模--水龙头、生铁平台;B.锻造模--汽车身;C.冲压模--计算机面板;D.压铸模--超合金,汽缸体
2.塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为: A.注射成型模--电视机外壳、键盘按钮(应用最普遍);B.吹气模--饮料瓶;C.压缩成型模--电木开关、科学瓷碗碟;D.转移成型模--集成电路制品;E.挤压成型模--胶水管、塑胶袋;F.热成型模--透明成型包装外壳;G.旋转成型模--软胶洋娃娃玩具。
(三)根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类
1.大水口模具:流道及浇口在分模线上,与产品在开模时一起脱模,设计最简单,容易加工,成本较低,所以较多人采用大水口系统作业。
2.细水口模具:流道及浇口不在分模线上,一般直接在产品上,所以要设计多一组水口分模线,设计较为复杂,加工较困难,一般要视产品要求而选用细水口系统。
3.热流道模具:此类模具结构与细水口大体相同,其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里,无冷料脱模,流道及浇口直接在产品上,所以流道不需要脱模,此系统又称为无水口系统,可节省原材料,适用于原材料较贵、制品要求较高的情况,设计及加工困难,模具成本较高。
二、注塑模具维护
注塑模具作为注塑制品加工最重要的成型设备,其质量优劣直接关系到制品质量优劣。而且,由于模具在注塑加工企业生产成本中占据较大的比例,其使用寿命直接左右注塑制品成本。注塑制品加工企业由于产品品种多,模具更换较频繁,在完成一个生产周期后,模具一般入库保存直到下一生产周期来临时再拿出使用。但一些加工企业对模具保存不够重视,使模具在保存期内发生锈蚀、表面光洁度下降等现象,造成产品质量下降、废品率高,有些模具甚至难以再用,需重新投入大量资金另置新模,造成极大浪费。资料显示,使用与保养在模具使用寿命影响因素中占15%～20%,注塑模具使用寿命一般能达到80万次,国外一些保养完好的模具甚至能再延长2～3倍。但国内企业由于忽视保养,注塑模具使用寿命比较短,仅相当于国外的1/5～1/3。由于模具使用寿命短而造成钢材加工工时和能源浪费,以及对产品质量影响所带来的损失每年达数十亿元。因此,对注塑模具的维护非常重要,具体如下
(一)加工企业的模具配备资料。首先应给每副模具配备履历卡,详细记载、统计其使用、护理(、清洗、防锈)及损坏情况,据此可发现哪些部件、组件已损坏,磨损程度大小,以提供发现和解决问题的信息资料,以及该模具的成型工艺参数、产品所用材料,以缩短模具的试车时间,提高生产效率。
(二)加工企业应在注塑机。模具正常运转情况下,测试模具各种性能,并将最后成型的塑件尺寸测量出来,通过这些信息可确定模具的现有状态,找出型腔、型芯、冷却系统以及分型面等的损坏所在,根据塑件提供的信息,即可判断模具的损坏状态以及维修措施。
(三)要对模具几个重要零部件进行重点跟踪检测。顶出、导向部件的作用是确保模具开合运动及塑件顶出,若其中任何部位因损伤而卡住,将导致停产,故应经常保持模具顶针、导柱的(要选用最适合的剂),并定期检查顶针、导柱等是否发生变形及表面损伤,一经发现,要及时更换;完成一个生产周期之后,要对模具工作表面、运动、导向部件涂覆专业的防锈油,尤应重视对带有齿轮、齿条模具轴承部位和弹簧模具的弹力强度的保护,以确保其始终处于最佳工作状态;随着生产时间持续,冷却道易沉积水垢、锈蚀、淤泥及水藻等,使冷却流道截面变小,冷却通道变窄,大大降低冷却液与模具之间的热交换率,增加企业生产成本,因此对流道的清理应引起重视;对于热流道模具而言,加热及控制系统的保养有利于防止生产故障的发生,故而尤为重要。因此,每个生产周期结束后都应对模具上的带式加热器、棒式加热器、加热探针以及热电偶等用欧姆表进行测量,如有损坏,要及时更换,并与模具履历表进行比较,做好记录,以便适时发现问题,采取应对措施。
(四)要重视模具的表面保养。表面保养直接影响产品的表面质量,重点是防止锈蚀,因此,选用一种适合、优质、专业的防锈油就尤为重要。当模具完成生产任务后,应根据不同注塑采取不同方法仔细清除残余注塑,可用铜棒、铜丝及专业模具清洗剂清除模具内残余注塑及其他沉积物,然后风干。禁用铁丝、钢条等坚硬物件清理,以免划伤表面。若有腐蚀性注塑引起的锈点,要使用研磨机研磨抛光,并喷上专业的防锈油,然后将模具置于干燥、阴凉、无粉尘处储存。
一副经过良好保养与维护的模具,可以缩短模具装配、试车时间,减少生产故障,使生产运行平稳,确保产品质量、减少废品损失,并降低企业的运营成本和固定资产投入,当下一个生产周期开始时,企业能够顺利生产出质量合格的产品。
三、结束语
首先根据经验，在砂芯上布好射嘴及排气塞，然后进行射砂及固化的模拟，图1是首次射砂模拟的结果，从结果可见，部分位置存在紊流，中间隔板位置，砂流明显分开，砂芯射不满。由于模拟结果不理想，于是对射砂嘴和排气塞进行优化，增加部分排气塞，射砂嘴的直径调整，经过多次调整及模拟后得到了合格的结果，优化后的模拟结果如图2所示，图中长圆柱为射砂嘴位置，短圆柱为排气塞位置，模拟结果显示，中间隔板位置砂流交叉融合，填充完整，其它位置砂芯完整。
2芯盒模具设计及制造
芯盒模具的结构与射芯机有关[4]，不同的企业都会根据其不同的射芯机建立相应的标准虚拟三维模架。本设计首先根据射砂模拟结果，布好射砂嘴、排气塞及顶芯杆等；然后设计分形面；最后调出标准三维模架[4]，将砂芯根据要求装配入模架中，通过布尔运算得出三维的模具型腔，并详细设计出定位销、导向销、导向套、压板、回位导杆等各种零件。设计好的模具如图3所示。模具设计好后，根据图纸制订加工工艺，根据三维模型编NC程序，然后开始模具制造，制造完成的模具如图4所示。
3制芯效果
模具设计前没有经过MAGMA软件的射砂模拟，所试制出的砂芯经常出现不饱满，砂芯断裂等缺陷（图5所示）。通过MAGMA软件的射砂模拟，根据射砂模拟结果，布置好射砂嘴、排气塞及顶芯杆等。然后制造模具，开始制芯，把芯盒模具装到相应的射芯机上，调试好模具，开始射砂，第一轮试制就能射出合格的砂芯，图6是首轮试制出的砂芯，砂芯饱满紧实，质量很好，符合要求。
4结论
MAGMA软件射砂模块的模拟结果与实际相符，利用MAGMA软件射砂模块的模拟结果来辅助模具设计，可以明显提高模具设计的效率，且设计的模具结构更合理，减少模具调试时间，避免因为设计不合理而造成模具的多次整改，降低成本的同时也缩短了模具开发周期。
作者:谢武斌 罗超庆 黄耀光 汤宏群 单位:1.广西玉柴机器股份有限公司 2.广西大学材料学院 3.百色学院 4.广西生态型铝产业协同创新中心
参考文献：
[1]崔怡，吴浚郊，李文珍.芯盒结构对射砂过程的影响[J].特种铸造及有色合金，2000（3）：4-6.
[2]迈格码（苏州）软件科技有限公司.2012年度用户大会光盘[EB/OL]，2012.
【关键词】RP技术；模具快速制造；工艺原理；成型方法
近20年来，制造业市场环境发生了重大的变化，用户需求的多样化与个性化及国际市场的一体化，使得制造商面临更为激烈的竞争。为此，制造业在不断探求能够快速响应市场的生产模式和技术策略，如并行工程、敏捷制造、高速切削和快速成形等。以RP为技术支撑的快速模具制造也正是为了加快新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。应用RP技术制造快速模具，在最终生产模具之前进行新产品试制或小批量生产，可大大提高产品开发的一次成功率，有效地缩短开发时间和节约开发费用。
1 快速原型技术
快速原型技术是20世纪80年代后期发展起来的一种高新制造技术，它将现代计算机技术、激光加工技术及新材料技术集于一体，其原理是根据对三维CAD电子模型进行分层切片处理，得到一系列二维截面轮廓，然后用激光束或其它方法切割、固化或烧结某种状态材料，得到一层层的产品截面并逐步叠加成三维实体。RP技术摒弃了传统机械加工的“去除”加工法，而采用全新的“增长”加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。
快速原型技术成形机理和工艺控制与传统成形（如去除成形或受迫成形）方式有很大差别，主要表现在：
（1）RP加工不是一般意义上的模具或刀具，而是利用光、热、电等物理手段实现材料的转移或堆积；
（2）原型是通过堆积不断增大，其力学性能不但取决于成型材料本身，而且与成型中所施加的能量大小及施加方式有密切关系，故在成型工艺控制方面，需要对多个坐标进行精确的动态控制；
（3）在离散、堆积类型的RP中，单元体制造中能量是主动供给的，需要准确地预测与控制，对成形中的能量形式、强度、分布、供给方式以及变化等进行有效地控制，从而经由单元体的制造而完成成型。
快速成型机的控制系统只有接受三维CAD实体模型后，才能进行数据格式转换和分层切片处理。因此，必须先在计算机上用CAD软件构建产品的三维实体模型；或将已有产品的二维工程图样转换成三维CAD模型；或采用反求技术得到三维CAD模型。然后对三维CAD实体模型进行处理。快速原型过程一般都包括CAD模型建立、前处理、原型制作和后处理等4个步骤，其工艺流程如图1所示。
2 快速模具制造分类
快速成型技术在模具制造领域的应用主要是制作一般产品从模具设计到验收需要相当长的一段时间，模具完成后通常都要进行试模修模，其时间要占整个制模时间的20%～30%，使模具制作周期加长、成本加大。对于小批量的生产，模具的费用占的比重很大。因此，短周期、小批量零件制造的最好方法就是利用快速成形技术制造模具。利用快速成形技术制造快速模具可分为直接模具制造与间接模具制造两大类，已有20多种RT工艺在工业生产实际中得到应用，正在接受市场的考验。
（1）直接制模法基于RP技术的快速直接制模法是将模具CAD的结果由RP系统直接制造成型。该法既不需用RP系统制作样件，也不依赖传统的模具制造工艺，对金属模具制造而言尤为快捷，是一种极具开发前景的制模方法。直接制造的快速模具尺寸精度高、结构精巧、制造速度快，并且设计灵活，例如流道系统、冷却或加热管路的布置可以更为合理。直接制模材料大多是专用的金属粉末或高、低熔点金属粉末的混合物，也可使用专门的树脂。
（2）间接制模法
在直接制模法尚不成熟的情况下，具有竞争力的快速制模技术主要是间接制模法。间接制模法是利用RP技术制造产品零件原型，以原型作为母模、模芯或制模工具，再与传统的制模工艺相结合，制造出所需模具。依据材质不同，间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具和硬质模具2大类。利用SLS法直接制造金属模具采用该工艺制模，所选用的成型材料一般为涂有聚合物粘接剂的金属粉末，在快速成型机上烧结成形，获得模具原型，由于在烧结过程中材料的收缩率较高，从而难以得到高强度模具，因此经SI另法得到的原型模具必须渗人低熔点金属（如铜）以形成具有较高致密度的模具，这种模具一般用作生产吹塑件的模具，或工作温度低、受力小的注射模具和压铸模。
3 几种快速模具成型方法介绍
（1）喷涂法快速制模。利用RP技术生产出快速原型，将金属（工具钢或合金钢）雾化喷涂到原型表面，生成1～2mm左右的金属硬层，再在金属层外面填充金属珠粒或环氧树脂进行支撑，提高其强度，然后将原型取出即可得到一个精密的模具。采用这种方法制模，成本低，生产周期短，一般用作注射模具。
（2）LOM法制作金属模具技术。在所有的RP工艺中，尤以LOM工艺最为适宜制作实体原型。在大型原型方面，它具有其他RP工艺无法比拟的优势。其工艺过程是以陶瓷、树脂砂型和金属箔为原型基体材料，按CAD层加工信息，用加热辊和激光束逐层加热加压粘贴和切割原型材料，形成逐层轮廊，最终形成模具原型。该工艺可快速制作铝、铜、钢和钢合金等模具零件。
（3）铸造法快速制模。这种方法是利用各种RP工艺生产快速原型，以此原型作模型，通过铸造方法翻制金属模具。原型可采用SIA或SI一法生产的塑料原型，也可用FDM或SI法生产的蜡原型。采用的铸造方法有：熔模铸造、石膏型铸造、消失模铸造以及树脂砂铸造等。采用这种方法制作的模具较以上两种方法，其强度有明显的提高，因此可用于快速批量生产铝、铜、钢质等模具铸件，尤其适于制作大型零件和厚壁零件。
4 结束语
快速原型技术（简称RP）是随信息技术、激光技术和新材料技术发展而出现的一门新型制造技术，它解决了传统模具制造中出现了诸多复杂问题，实现了最终产品和零件的快速制造。虽然RP技术在成本控制和开发周期方面具有较大优势，但由于该技术形成和发展的时间不是很长（大约30余年），加工制造出来的产品难免会在精度、强度、耐用性等方面存在缺陷或瑕疵，此外，该技术不适合大型模具的快速成型，是制约RP技术的推广应用的根本原因之一。国内外学者和专家正在不断尝试采用新方法，试图冲破目前技术所存在的局限性，相信不久的将来，RP技术必定会成为制造技术的主流。在国际市场竞争激烈的今天，面对新产品开发能力疲软的国内环境，笔者认为唯有通过思想观念上的不断更新和技术上的不断突破，才能使我国的加工制造业在国际竞争中立于不败之地。
参考文献：
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关键词：青铜器；弥生时代；青铜武器；铜铎；起源
一、弥生时期的青铜文化
探讨日本弥生时期的青铜文化，不得不谈及中国大陆青铜文化、朝鲜半岛青铜文化和日本青铜文化的关系。日本学者在涉及此方面研究时，经常将以辽宁式青铜剑为代表的中国青铜文化为切入点。在此领域研究较为著名的日本学者是宫本一夫先生。宫本一夫先生以辽宁式青铜剑为代表细形青铜剑为例，对朝鲜半岛的辽宁式细形青铜剑进行排列组合，并得出这些细形青铜剑的出现时间为公元前5世纪。日本出土青铜器最古老的例子是：日本福冈县今川遗址出土的对辽宁式青铜剑和铜镞进行再加工的例子。同样的例子是在朝鲜半岛的忠清南道松菊里遗址出土的青铜器，基本可以考虑为同一时期的。除此之外，在青铜器铸造模具出土方面，根据资料，在近畿的和歌山蕴镆胖烦鐾亮嗣稚前期末的铜矛的模具和陶器。北九州地区的福冈县庄原遗址出土的弥生中期铜矛的铸造模具以及陶器。
弥生中期开始阶段的朝鲜半岛的瓮棺葬副葬出土的铜戈和北九州的独特型式的铜戈有一定的区别，可以说在日本的青铜器铸造年代是从弥生中期的前段开始的。最古老的铜铎铸造模具是在爱知县的朝日遗迹中发现的，并和陶器一起出土。除了朝日遗迹之外，还有同时期的石川县八日市地方遗迹。
武器型青铜器以北九州、中国地区较为代表性，除了中国地区的重要遗址外，还有九州地区的：福冈地域、春日地域、唐津地域、早良地域③。出土的主要是青铜剑、戈、矛，还有少量的铜铎。铜铎主要在近畿附近出土，主要遗址为爱知县的朝日遗址，四国地区也有集中分布，铜铎在弥生中后期开始向周围地区传播，尤其是向东和西北向传播较为明显。因此，日本出土青铜器主要在弥生中期的前段，集中在北九州和近畿地区，并和同时期的朝鲜半岛也有一定的联系。
二、弥生时期青铜器的明器化
对于日本列岛青铜器文化的研究，日本青铜器的出现和发展主要集中在日本弥生中后期，早期和前期几乎没有发现青铜文化遗迹。北九州地区在青铜文化未传播日本时，以石制型的武器为主，在弥生中期前段从朝鲜半岛青铜武器后，传入的青铜武器和日本本土石制型武器结合发展。青铜武器的出现，其原型是石制型武器，而铜铎则不一样。铜铎的出现最开始就是以祭器的型式出现。九州地区的青铜器主要以武器为主，而从山阴地区开始到北陆、近畿以及东海地区的青铜器主要以祭器为主，这就是日本出土早期青铜器的差异④。
铜铎一直作为祭器，而青铜武器早期是以实用性为基本要求，之后则逐步象征化、威严化，武器型态也逐步大型化，并向日本东部传播。在剑茎上带有双孔的祭祀用青铜剑也随之出现。与此同时，日本各地出现各种各样的关于青铜器的模仿器，弥生中期后段的北九州地区出现多种青铜器的分节化，中国地区、四国地区则出现地域型青铜器。这些青铜器失去了本身原有的特性，并全都向大型化方面发展。青铜武器强调金属光泽，铜铎则注重纹样造型。弥生中期后段仅阔型铜矛和突线纽式铜铎作为祭器存在之外，众多小型青铜器得到快速发展，青铜祭器的价值体系也相对降低。而兼具青铜武器金属光泽和铜铎复杂纹饰的铜镜作为新的祭器登上了历史舞台。
三、结语
综上所述，日本青铜器，主要是在弥生中期以后产生，以青铜武器和铜铎的型式出现。以青铜剑为代表的青铜武器在型式上与中国北方地区青铜文化、朝鲜半岛文化有着一定联系。同时，不可否认日本本土石制器具对青铜器的影响。青铜器在弥生中后期，主要是作为祭器而存在的，失去了其原有的属性，并逐步大型化。由此可见青铜器作为祭器在日本社会中扮演着重要角色，青铜器明器化现象和中国商周时期青铜礼器也有着一定的相似性。尤其青铜器在传入日本后，各地出现各种各样的仿制青铜器现象，并且具有一定的地域特征，青铜器在明器化方面之外，对当时人们的生活应该产生了一定的影响。同时，弥生后期青铜器逐步小型化，铜镜作为新的祭器代替大型的青铜武器和铜铎出现。这些现象，该如何联系起来，并给出一个合理的解释，这都是有待以后深入研究。
【注释】
①石颍茂登，イシバシ，シゲト， Ishibashi S.山地方の青~器をめぐって[J].千~大学人文社会科学研究，2009（19）：215-227.
②春成，秀. 日本の青~器文化と|アジア （第3回s博国Hシンポジウム |アジアにおけるr耕社会の形成と文明への道）[J].Bulletin of the National Museum of Japanese History，2004，119.
在这个竞争激烈的时代，如何缩短产品开发时间已成为各厂商亟待研究与解决的问题。谁能在最短时间内以最少的经费推出新产品，谁就能在这个竞争激烈的年代抢得先手，保持市场的领先优势。而目前工业生产在其应用上，产品的开发流程通常可以分为三个阶段，即设计、试制以及正式量产。然而在正式量产之前，各厂商常需要投入大量的时间、人力、物力、财力去解决设计、试制的问题，在试制完成之后又需要结合设计与实际情况对产品进行改进。若能在设计、试制阶段节省开发时间及费用，则对于产品的时效性以及成本竞争性有极大的帮助，因此，快速原型技术是基于以上所述的因素发展起来的。
快速模具技术可以被视为快速原型技术的延伸，让快速原型技术原有的在开发阶段的优势直接延续应用到生产上，运用快速模具技术可以快速的量产产品，从而能够达到快速制造的目的。如果某些产品仅作为试探市场的产品，则可以在成本最小的情况下，进行小规模少量生产，借以了解消费者的需求情况。所以，快速原型技术在厂商生产过程中有重大的意义。
1 快速模具技术概况
快速模具技术的现状可以分为两方面来阐述，即直接制模法（直接快速模具）、间接制模法（间接快速模具）。
1.1 直接制模法
直接制模法是运用快速原型机直接制作出可以量产的模具的型芯，在此基础上再进行后续的加工与处理，如：型芯加工、模座安装、顶杆的制造等，获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度，这样就可以得到直接用于量产的模具。
目前，能够直接制造金属模具的快速原型工艺包括SLS、3D-Welding、SDM、3D-Welding等。直接制模法的技术涵盖了直接生产能够承受较高负荷的金属材料工件或量产用模具，有许多企业与机构以采用该方法进行产品的研发或科研，如：DTM公司、Extrude Hone公司、EOS公司、Stanford大学及Opomet公司等。
尽管直接制模法有其独特的优点，包括制造环节简单、能够充分的发挥快速原型技术等，对于那些需要复杂形状内流道冷却系统的模具与零件，采用直接制模法有着其他方法不能替代的优势。但是，它在模具精度与性能控制方面有较大的难度，此外模具的尺寸也受到了较大的限制。
1.2 间接制模法
间接制模法是运用快速原型机制作出一个想要得到的产品外型的原型件，在此基础上再经过翻制的过程得到模具。较之直接制模法，间接制模法通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合制造模具，由于这些成熟的翻制技术的多样性，可以根据不同的应用要求，使用不同复杂程度和成本的工艺。一方面可以较好的控制模具的精度、表面质量、机械性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性的要求。
间接制模法的技术涵盖了硅胶模具、精密铸造、金属树脂、金属喷涂模、3D System等。
2 快速模具技术现状
目前，在快速模具技术领域中最常使用的方法是以硅胶或金属树脂做为暂用模具的材料，其主要原因是硅胶具有良好的韧性与弹性，能够翻制出结构复杂、花纹精细、无脱模斜度以及一些具有深凹槽的零件，金属树脂材料则可以替代钢模或铝模进行少量多样的塑料注射成型。
对于快速模具和传统模具的不同，可以从三个方面来考量，即：时效、成本、成型件精度。
2.1 时效
对于时效性，模具从设计到制造完成，传统制造方法需要花费二至三个月时间。如果遇到较为复杂的模具，夹具的制作以及加工编程的复杂程度也会相应的增加，所需要花费的时间自然也增加。此外，对于一些无法使用刀具加工的部分需要制作电极采用CNC加工等。因此，传统模具在制造模具方面将花费很多时间。
相对来说，快速原型件可以在短短的数小时内就完成加工，经过确认无误后便可进行快速模具加工，并在精密脱蜡法制造过程中大概只需四天时间便能完成，从以上两点便可以得出在模具加工阶段便可节约不少时间。此外，在开模前若能采用一些模流分析软件，如：Moldex、Moldflow软件等，事先模拟注塑成型，除了可以节省试模时间外，更可以辅助设计人员正确的确定浇口的位置和数量，从而降低模具开发的失败率。
2.2 成本
对于成本，传统模具的制造在数控加工的过程中将会造成刀具损耗、产生废料，尤其是在CNC加工的过程中，会大量消耗电极。相对的，快速模具制造时没有电极消耗的问题，也不会有废料的产生。而用价格来说的话，透明硅胶约为3～4万元/t，金属硅胶为9～11万元/t，具有较好的经济性。
2.3 成型件精度
对于成型件精度，传统模具制造在数控加工的过程中，刀具的磨损、换刀以及多次装夹等都会影响到模具精度。快速模具制造过程中，如果能够妥善控制材料的收缩率，加工精度将能被有效的控制在一定的公差范围内。
3 快速模具技术的应用
以下将举例阐述国内外快速模具新技术的研究及应用，并对相应的应用及研究进行分析。
[关键词]离心铸造件 裂纹缺陷 预防措施
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0045-01
离心铸造工艺作为一种传统与现代结合的经典铸造工艺，被广泛的用于钢铁铸造行业，每年我国铸件总量的15%～20%都是采用离心铸造工艺进行生产的，离心铸造工艺成为我国铸造行业最为常见的铸造工艺。随着国家大力推行 “一带一路”，“一带一路”建设中，不仅我国国内需要大量地进行相关基础建设，沿线周边国家的基础建设也必将迎来新的，铸件的需求量也会大幅度增长。不言而喻，在生产铸件的各种方法中离心铸造方法将仅次于砂型的铸造方法，具有举足轻重、至关重要的地位。目前，离心铸造件普遍存在着裂纹缺陷问题，这些裂纹的存在不但提高离心铸造件的废品、次品率，严重影响了铸造件的质量，制约了生产企业的营运效益和长久发展，而且这些存在裂纹缺陷的铸件在其使用过程中，可能发生各种危险的工程事故，甚至会对使用者的生命财产安全产生严重的威胁。
一、离心铸造工艺
将金属液浇入旋转的铸型中，使之在离心力作用下充填铸型并凝固成形的铸造工艺称为离心铸造工艺。离心铸造工艺根据铸型旋转空间位置的不同，可以将离心铸造机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两类。对于离心铸造机的分类也可以根据铸型的旋转轴方向不同，离心铸造机分为卧式离心铸造机、立式离心铸造机。不同类型的铸造机可用于不同的铸件的铸造。水平离心铸造机主要用于铸造各种管状铸件，如灰口铸铁管、球墨铸铁管，一般最小直径75 mm，最大直径3000 mm。立式离心铸造机主要用于生产环形的铸件和较小的非圆形铸件。
二、离心铸造件裂纹的种类及特征
离心铸造工艺的不同导致其裂纹的产生温度、位置、规模和机理也不尽相同，根据不同的分类标准，可以将离心铸造件的裂纹缺陷进行不同的分类。根据裂纹产生的温度范围不同，可以将离心铸造件裂纹缺陷分为热裂纹、冷裂纹；依照离心铸造件裂纹缺陷产生的位置不同，可分为深层裂纹和浅表层裂纹；按照裂纹尺寸规模，可分为肉眼可辨别裂纹和非肉眼可辨别裂纹；按照裂纹产生的次序，可以将离心铸造件裂纹缺陷分为原生裂纹、次生裂纹等。
离心铸造件裂纹主要分布在铸件的表面，一般是肉眼可见，部分裂纹在铸件内部，需要进行X光探伤才能发现。离心铸造件的裂纹有纵裂纹、横裂纹、斜裂纹和环状裂纹，裂纹有的是连续的，有的是不连续的，甚至有的直接让铸件断成两节。离心球墨铸铁管的裂纹主要是表面圆周或者纵向的裂纹，其常见的管身裂纹和承口裂纹。
三、离心铸造件裂纹产生的原因
通过对离心铸造工艺的分析和新兴铸管股份公司离心球墨铸铁管等铸造件在实际生产过程的深入研究，经分析总结离心铸造件产生裂纹的原因主要有以下几点：
（一）机械接口连接不紧密或者机械阻碍
对于离心铸管离心铸造机，当铁液进入管龟模裂纹或者在承口位置钻入管模与砂芯间隙后，有时会造成飞边毛刺，影响铸管收缩率，或者由于冷凝系统没密封好，插口部位漏水，使管子收缩受到影响形成圆周向裂纹，严重者甚至断裂成两节。
（二）铸造组织不均匀
由于模具（管模）冷却凝固条件不均匀或者铁液中微观组成、浓度偏析使得部分区域组织里面珠光体的含量或碳化物含量与周边的组织存在明显区别、很大差异，使得在冷凝过程由于应力集中产生裂纹或者断裂。
（三）铁液中的化学成分
原料铁水中各种化学成分对于铸件裂纹的产生也有一定的影响，根据实践研究表明，热裂纹发生率与硫含量几乎呈指数变化关系，含硫量越高，产生热裂纹的温度就越低。钢铁液中的硫主要来源于两个方面，一方面是来自于原材料铁矿石或者钢材中，这是铁水中硫的主要来源，另外也可能来自于烘烤模具的重油，重油中的硫粘附于铸件的表面，从而被铸件吸收，导致铸件中硫含量升高，使得铸件产生裂纹，影响到铸件的质量。此外，铁水中的磷含量也对铸件的裂纹产生有一定的影响，但是其影响程度小于硫含量的影响。
（四）浇注条件
铁液进入模具（管模）以后，铸件（铸管）外表面快速凝固、收缩、结壳，而模具（管模）受热膨胀，使铸件与模具形成间隙，已经凝固了的薄壳在里层铁液在离心铸造模具高速旋转的离心力作用下产生轴向裂纹。
离心铸造工艺的浇注条件对铸件热裂纹形成的影响是多方面的，不同的铸件类型对于浇注和冷却条件是不同的，对于薄壁铸件，一般是要求高温快浇，使得铸件能够完全、缓慢、均匀的冷却，不至于因为温度快速的降低而产生裂缝。对于厚壁铸件，应该低温慢速进行浇注。如果浇注铁液的温度过高，会使得铁液的缩孔面积增大，从而降低了铸件的冷却速度，促进了裂缝的形成。因此，应该采用合适的温度慢浇。
四、预防离心铸件产生裂纹的措施
（一）及时检查机械接口，采用密封圈进行密封
利用离心铸造机进行铸造件生产中，必须不断的检查机械接口的链接情况，确保铸件在铸造过程中不产生裂纹。在铸造之前，应该及时检查机械接口的紧密性，并采用专门的密封措施进行密封，确保外界的杂物以及冷凝系统漏水不能进入模具当中。同时，在浇注过程中以及冷却过程中，都应该定期检查机械接口的密封性。
（二）检测铁液中化学成分，控制硫磷含量
在浇注之前，首先，要对原材料中的化学成分进行检测，特别是其中的硫元素和磷元素的含量。一定要按照设计要求控制硫元素和磷元素的含量，如果发现含量高于设计要求，就必须采取相关措施进行降硫、磷含量，保证原材料的质量符合生产要求。同时在实际生产过程中多采用控制硫磷含量的相关措施，对现有的工艺进行改进，改善工艺实施过程中的高硫磷的措施，优化离心铸造工艺，降低工艺实施过程中产生多余的硫磷含量。对于球墨铸铁件，高硅、低镁不能浇。
（三） 严格控制浇注条件
尽可能为铁水凝固提供足量的形核核心，加强孕育处理，尤其要重视随流孕育效果，保证管模粉加入的量与加入的均匀性，减少铁水在高温的停留时间。水冷金属型离心铸造生产过程中应该防止由于溜槽震荡产生铁液溅出、翻出情况。注意控制工艺参数，注意离心机冷凝系统中机头的冷却水布局，涂料涂刷均匀，铸件各个部位冷却均匀性良好。
在离心铸造浇注过程中，严格控制浇注铁液的温度和冷却时的环境温度，保证铸件不会因为温度降低过快，而产生冷裂纹，或者因为温度降低过慢，而产生热裂纹。严格按照设计要求的温度进行浇注，对于冷却温度也要遵守设计要求。
离心铸造件的裂纹问题是影响铸造件质量的主要因素，因此需要在实际生产过程中从铸造工艺、铸造环境、铸造条件和铸造材料等多方面进行控制，以便科学有效的提高离心铸造件的质量，来确保离心铸造件的生产和使用安全。
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[4] 刘景武.立式离心铸造件裂纹缺陷分析与对策[J].现代铸铁， 1996（3）：39-40.
关键词：收缩率；机械加工余量；工艺补正量
本次加工的加工条件我们选择天炉为5t/h的规格，液态铁出炉温度维持在1400℃以上、1450℃以下，机械加工类型为湿型，使用的造型机型号为Z2140型。铸件材质的牌号为HT200，选用Z878号制芯机，后桥箱体的总重量共计120kg，其外形尺寸大约为79.1cm*45cm*31.3cm,其内壁的厚度大约在1-3cm之间。
1关于工艺要点的介绍
影响到灰铸铁件收缩率的因素是有很多的，尤其是箱体铸铁件更是容易受到外界因素的影响，例如液态铁自身的化学成分、灌注的温度以及该铁质铸件在结构上的特点等等。其中影响最大的因素就是液态铁的化学成分和浇注温度了，这两部分参数如果存在差异，往往会出现较大的尺寸差异，哪怕是同一炉的材料都会存在较为明显的区别，也许收缩率会高达1%左右。对于箱体铸件来说，对于尺寸精度的影响除了收缩率之外，如果出现了错箱和偏芯的情况，都是很容易在加工过程中出现误差的，所以这样看来，应该采取一系列有效的工艺措施，提高工艺参数的精度，才能生产处更为合格的零部件来，有效消除误差的影响。
2关于确定施工工艺的参数
对于施工工艺的选择应该充分结合零件特点，应该选用适当的分型方式，而浇注系统也应该符合零件加工自身的需求，可选用开放式系统。对于外模来说，应该选用漏模造型，来保证加工质量。在该零件顶部，应该留出大约3毫米，在侧面应该保证有3毫米的加工余量，1毫米的拨模斜度也要有效保持，在中间留有一个加工孔洞，φ在30cm，收缩率大约控制在1%左右。在进行后桥箱加工的时候，用底部的两个加工平面来对高度尺寸进行定位，而用侧面加工平面来对宽度进行定位。后桥箱宽度控制在27.8cm，高度控制在36.8cm，对于收缩率给整体尺寸造成的影响已经可以忽略不计，并且由于我们在机械加工的过程中采用了浮动定位的方式，所以大大减少了错箱给加工尺寸造成的影响，在横向的宽度和纵向的高度的加工上，进行计算之前也已经计入了收缩率的尺寸，所以已经没有采取其他工艺措施的必要了。整个元件加工的纵向尺寸比较大，并且其内部结构也较为复杂，应该予以足够的工艺措施才能保证其质量。在加工时，我们可以将1毫米的工艺补正量置于法兰背面，避免整体结构的强度带来减损。方法兰连接孔处的R槽左右各增加1mm宽度,长度适当加长,这样既利于装配,又可以起一定的防夹砂作用。箱体类灰铸铁件处于阻碍收缩状态,铸件收缩较小,但在后桥底部尤其Φ352mm圆盘底部处壁厚较厚,收缩阻力小,收缩较大,因此在Φ352mm圆盘底部机械加工余量每边增加1mm,形成从圆盘顶到圆盘底设计成不同的机械加工余量。如图2所示。为防止芯头处产生挤砂缺陷,在芯头一周设置1.5mm×15mm防压砂环(图3中A处所示)。同时为了防止砂芯产生上漂现象,在上芯头及中间Φ300mm自带圆砂芯处设置压砂环(图3的B处所示)。内腔各球形塔子按图纸要求高度,增加圆弧半径,以防止偏移而造成螺孔打穿(图4)。
3关于模具结构
首先设计一个3cm宽、3cm高的法兰，将其置于外模和形板连接之处，对于定位销孔具有良好的定位作用，并且为以后的维护工作中可以重新实质新的销孔提供了很大的便利。另外出于增强模具本身强度的考虑，也可以将适当数量的加强筋铺设在模具内腔里，加强筋顶部应该达到分型面，确保外模和漏模框之间存在0.5毫米的间隙。在整个芯盒中间应该放置筋板，并且镶在构件内部，这样就可以有效纠正筋板的位置，也给以后的更换提供了很大的便利。对整个结构来说，轴承孔塔子不应该做成活块，所以应该留有大约5毫米的加工余量。在设备的后部，应该在端面上设置一个滑块，一方面可以让制芯环节更加简便，另一方面也可以及时对结构进行调整，避免设备被进一步磨损。在活块以及整个芯盒之间，应该做出45°的倒角，这样才能避免在散沙垫上出现活块，并且为了达到良好的透气效果和利于清洁，也应该在芯盒底部布置一些孔洞。上下两部分的砂芯本身具有较大的面积，但是其内部结构较小。芯盒在结构上比较开放，所以其本身不具有太高的强度，为了加强其强度和刚度系数，应该在其底部和侧面布置加强筋。
结束语
结合上文所谈，我们在进行该箱体铸造之前首先制造了一个木模，并且根据这个试制的木模取得了一些参数，但该木模的加工方式为手工制造，所以难免出现一些影响因素，参数的测量上或多或少存在着一些缺陷。除此以外，也没有针对想类似的机械铸造模具进行制造，所以我们在进行设计的时候，应该注意增加模具内壁的厚度，相比之下在长度方向的厚度则更为重要了，如果模具加工中出现了较大的误差，我们也能进行弥补，提高模具的加工水平。这种箱体零件在设计中，应该注意不应出现在上箱部位和下箱部位出现面积较大的平面，所以如果在加工中发现较大的平面，应该增加强加筋的使用，一方面可以避免夹砂，另一方面也不会影响到机械曲面本身的厚度，让整个机械的造型更加美观，有效加强了该设备的结构性和功能性。
参考文献
[1]吕建强.后桥箱体机械造型模具设计[J].铸造,2007,56(1):84-85.
[2]秦秀文.三轮汽车联体后桥箱体的改进设计[D].长春：吉林大学,2011.
[3]雷丽萍,陈森灿.汽车后桥壳的液压胀形工艺及模具设计[J].精密成形工程,1996(2):9-13.
[4]宋娟,谷凤金.轿车后桥半轴骨架油封模具设计与制造[J].煤炭技术,2000,19(3):56-57.
[5]王建中,蔡有杰.农用拖拉机后桥箱体加工精度评定方法[J].农业与技术,2006,26(2):176-179.
关键词：铝压铸模具 寿命 影响因素
1引言
铝压铸模是社会当前阶段应用较为广泛的模具，因为生产周期长、投资高与制造精度高等，所以其造价相对较高，对于铝压模具的使用寿命有较高的要求[1]。然而因为材料、机械加工与使用等一系列各种实质因素的影响，经常导致模具过早失效从而发生报废现象，导致极大的浪费后果。经过对模具的选材、设计、制造与使用等各个方面进行分析影响铝压模具使用寿命的主要因素与相关的注意事项。
2铝压铸模具的材料分析
模具材料对于模具寿命的作用体现于模具材料的选取是否合适，材质是否合理与使用是否正确这三个具体方面。当进行开模顶件的过程时，型腔表面上会承受着较大的压应力。发生数千次的压铸之后，模具表面将会出现龟裂等各种缺陷。当前阶段铝压铸模具材料为H13 钢，对应于国内牌号为4Gr5MoV1Si，成为应用较为广泛的模具材料，这属于冷热疲劳抗力、断裂韧性与热稳定性高的热作模具钢[2]。
3铝压铸模具的寿命影响因素
⑴结构设计
在模具设计手册中有分析到铝压铸模设计的相关注意事项，应当强调的为模具结构设计需要尽量防止尖锐的圆角与过大的截面变化。尖锐的圆角导致的应力集中能够达到平均应力的10倍。同时需要注意因为结构设计不合理导致后续热处理发生变形开裂现象，为了能够防止热处理变形和开裂现象，截面尺寸应当保证均匀形状与对称简单的标准，盲孔尽量形成通孔的状况，在必要的情况下能够开工艺孔。
⑵机加工
不合适的机加工容易导致应力集中，当光洁度不足与机加工缺乏完全均匀地消除轧制锻造所构成的脱碳层，都可能会使得材料的发生早期失效。同时在加工模具的具体过程中，较厚的模板不可以使用叠加的方法来保证其相应的厚度。在加工冷却水道过程中，两面加工过程中应当注重保持同心度。若头部发生拐角现象，而且不能够相互同心，然而在实际的使用过程中，相连的拐角处就会发生开裂[3]。
⑶磨削和电火花加工
磨加工时间容易使得金属表面出现局部过热现象，形成高的表面残余应力和组织变化等方面，可能会促使磨削裂纹的产生。同时原始组织发生预处理不当的情况时，碳化物偏析、晶粒粗大与回火不充分等方面都会导致磨削裂纹。所以在保证材质的状况下，应当注意选取合适的冷却液控制磨削加工冷却。电火花加工可以在发生淬火回火后的模具表面产生淬火马氏体的白亮淬硬层，其相应的厚度是由加工过程中电流强度与频率所决定的。
⑷热处理
热处理不当是引起模具发生早期失效的主要原因。热处理的变形现象主要是由热应力与组织应力导致产生的。如果应力超过屈服强度时，材料则会发生塑性变形，如果当应力超过强度极限时则会导致零件淬裂。铝压铸模具在具体的热处理时应当要重要一下几个方面。
①锻件在没有冷却到室温时，应当要实行球化退火。
②进行粗加工后与精加工过程之前，应当增加调质处理。
③进行淬火过程时应当注意钢的加热温度与保温时间以防止奥氏体粗化。
④进行热处理过程时应当注意型腔表面的脱碳和增碳。
⑤进行氮化过程时应当注意氮化表面不允许存在油污。
⑥进行两道热处理工序过程之间，当上一道温度下降到手能够触摸时则可以进行下道。
⑦使用静态淬火法、盐炉淬火与专用夹具淬火等各种方式从而减少热处理变形。
⑧跟踪采用先进热处理设备与工艺，能够提升模具表面光洁度，有利于控制热处理变形。
⑸生产操作
当铝压铸模具确定压射速度时，相应的速度不可以太高，速度过高会导致模具发生腐蚀与型腔与型芯上出现沉积物增多的结果，然而过低则会容易使得铸件发生缺陷[4]。所以对于铝压铸模最低压射速度应当为18m/s，相应的最大压射速度不应当大于53m/s，平均的压射速度应当为43m/s。模具在具体使用过程当中应当严格控制铸造工艺流程。在工艺允许范围之内，应当降低铝液的浇铸温度与压射速度，有利于提升模具预热温度。
4结束语
影响铝压模实质使用寿命的原因有许多，都涉及到多个具体方面，对于制造业领域而言， 应当正确地设计模具结构，精确地制造模具零部件，制定合理有效的热处理工艺标准[5]，按照工艺规范合理的使用模具，并且能够进行及时地维修维护，能够充分发挥出模具材料的相关性能，有效地提升铝压模质量与使用寿命。
参考文献：
[1]蒋昌生，熊员众.模具材料及使用寿命[M].江西人民出版社，1982.
[2]刘喻铭.金属热处理常见工艺技术五百种与质量分析防治及最新标准应用、常用参数速查实用手册[M].北方工业出版社，2006.
[3]QROTM90 Supreme. Alloy Digest ，1992（ 2） ： TS509
