技术创新趋势
1. 增材制造(3D 打印):增材制造,也就是 3D 打印,作为一项前沿的制造技术,正逐步在模具加工领域崭露头角,尤其是在复杂型腔的快速原型制造方面展现出独特优势。传统的模具加工方法在面对复杂型腔时,往往需要经过多道工序,使用多种刀具,并且加工过程中材料去除量大,不仅加工周期长,成本也较高 。而 3D 打印技术则采用逐层堆积材料的方式进行制造,突破了传统加工工艺的限制,能够快速制造出复杂型腔的模具原型 。以注塑模具为例,一些具有复杂内部流道结构的注塑模具,采用传统加工方法,需要花费大量时间进行铣削、电火花加工等,而利用 3D 打印技术,能够直接根据设计的三维模型,快速打印出具有复杂内部流道的模具,大大缩短了模具的开发周期,提高了产品的研发效率 。
3D 打印技术还能实现模具的轻量化设计。通过优化模具的内部结构,采用点阵结构等轻量化设计理念,在保证模具强度和性能的前提下,减少模具的重量,降低材料成本和能源消耗 。而且,3D 打印技术可以实现个性化定制,根据不同客户的需求,快速制造出具有独特形状和功能的模具,满足市场多样化的需求 。目前,3D 打印技术在模具加工领域的应用还面临一些挑战,如打印材料的种类和性能有待进一步提高,打印精度和表面质量还不能完全满足一些高精度模具的要求 。但随着技术的不断发展和创新,这些问题正在逐步得到解决,未来 3D 打印技术在模具加工领域的应用前景十分广阔 。
2. 数字化孪生:数字化孪生是一种通过数字化技术将现实世界中的物理实体、过程或系统建模、仿真和优化,形成其数字化副本的技术 。在模具加工行业,数字化孪生技术可以实现模具设计与生产流程的全面虚拟仿真和优化 。在模具设计阶段,设计人员可以利用数字化孪生技术,在虚拟环境中创建模具的三维模型,并对模具的结构、性能、制造工艺等进行模拟分析 。通过模拟不同的设计方案和工艺参数,预测模具在实际使用过程中的性能表现,提前发现潜在的问题和缺陷,如模具的变形、应力集中、冷却不均匀等,从而对设计方案进行优化,提高模具的设计质量和可靠性 。
在模具生产过程中,数字化孪生技术可以实时采集生产设备的运行数据、加工参数、模具的状态等信息,通过数据分析和预测模型,对生产过程进行实时监控和优化 。当生产过程中出现异常情况时,如设备故障、加工精度超差等,数字化孪生系统可以及时发出警报,并提供相应的解决方案,帮助操作人员快速解决问题,提高生产效率和产品质量 。数字化孪生技术还可以实现模具的全生命周期管理,从模具的设计、制造、使用、维护到报废,对模具的整个生命周期进行跟踪和管理,为企业提供全面的决策支持 。通过数字化孪生技术,企业可以实现模具设计与生产流程的可视化、智能化和协同化,提高企业的生产效率和竞争力,推动模具加工行业向数字化、智能化方向发展 。
可持续发展实践
1. 绿色制造:绿色制造是模具加工行业实现可持续发展的重要途径,其中推广干式切削与废料回收技术是关键举措 。干式切削作为一种新型的绿色切削加工技术,不使用切削液,避免了切削液对环境的污染,同时也省去了切削液的传输、回收、过滤等装置及相应的费用,降低了生产成本 。在干式切削过程中,刀具需要承受更大的切削热和摩擦力,因此对刀具材料和刀具涂层技术提出了更高的要求 。目前,常用的干式切削刀具材料有高韧性和高硬度兼备的纳米级细颗粒硬质合金、耐热性和高耐磨性好的粘结硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷及金属陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)等 。通过采用这些先进的刀具材料和刀具涂层技术,可以有效提高刀具的耐热性、耐磨性和抗粘结性,保证干式切削的顺利进行 。
废料回收技术也是绿色制造的重要组成部分 。在模具加工过程中,会产生大量的废料,如金属屑、边角料等 。通过建立完善的废料回收体系,对这些废料进行分类回收和再利用,可以减少原材料的消耗,降低生产成本,同时也减少了废料对环境的污染 。一些企业采用先进的废料回收设备,对金属废料进行熔炼、精炼等处理,使其重新成为可用于模具制造的原材料 。还有一些企业将废料进行加工处理后,用于制造其他产品,实现了资源的循环利用 。在注塑模具加工中,将废弃的塑料模具通过粉碎、再造粒等工艺,重新用于注塑生产,不仅减少了塑料废弃物的排放,还降低了原材料的采购成本 。通过推广干式切削与废料回收技术,模具加工行业可以在实现经济效益的同时,减少对环境的负荷,为可持续发展做出贡献 。