激光加工技术在模具制造中的应用

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1、激光加工技术在模具制造中的应用江苏理工大学(江苏镇江212013)张莹周建忠戴亚春[摘要]随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光设备价格的逐渐下降,给产品和模具的制造工艺带来了新的变革,在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等3个方面,就激光优化模具制造工艺作了较为详细的分析和探讨。关键词模具激光工艺优化[AbstractWiththematuringofthelaserprocessingtechnologyandthedecreasingofpriceoftheindustriallarge-powerlaserequipment,anewinnovationwasbro

2、ughttothemanufacturingtechnologyoftheproductsandthediesandmoulds.Arelativelydetailedanalysisanddiscussionwasmadeonthelaseroptimizedmanufacturingprocessfordiesandmouldsfromthreeaspectsofmanufacturing,surfacereinforcementandmaintenance,andsubstitutivediesormoulds.Keywordsdieandmould,laser,technol

3、ogicalprocessoptimization1引言激烈的市场竞争使制造企业对快速响应市场需求和一次制造成功等要求日益迫切。而在常规制造系统中,产品生产所需大量模具的设计、制造和装配调试不仅耗费大量资金,更严重的是延长了产品生产的准备时间,从而延长了新产品开发周期,形成制造过程中的瓶颈。因此,如何快速有效地制造出高质量、低成本的模具及产品,就成为人们不断探索的课题。随着激光加工技术的日趋成熟和工业用大功率激光器设备价格的下降,给产品和模具制造工艺带来了重大变革。本文在模具制造、模具表面强化与维修、取代模具等3个方面,就激光加工在模具制造中的应用作一些探讨。已达±0.01mm,切割

4、厚度为12mm。经激光切割后,在切口表面形成深0.1～0.2mm、硬度为800HV的硬化层,用来冲裁1mm厚的钢板,单凭自冷硬化层就可冲压10000件,如在激光切割后再经火焰淬火,则可冲压3～5万件。由于各薄板间的连接简单,故用叠加法制作冲模,成本可降低一半,生产周期大大缩短。用来制造复合模、落料模和级进模等都取得了显著的经济效益。图1激光叠加模具制造工艺流程2模具制造2.1模具的激光叠加制造1982年,日本东京大学的中川教授等人提出用薄片叠加法制造拉伸模,1985年,美国加州某公司推出了模具的激光叠加制造法,并获得专利,其工艺流程见图1,原理为将激光切割的多层薄板叠加,并使其形状逐

5、渐发生变化,最终获得所需的模具立体几何形状。日本在冲模的激光叠加制造方面已达到实用阶段,所制的凸、凹模质量高,加工尺寸精度———————————————————收稿日期:2000年8月10日由模具CAD和激光切割相结合构成一个完整的模具CAD/CAM系统,实现板料切割的FMS,适用于多品种小批量生产。用激光切割的薄板来叠加合成任意三维曲面的制造系统,不仅为在塑性加工和模具领域中实行FMS提供了思路,而且对于内部结构复杂的模具制造,如型孔、中孔体及复杂的冷却管道等,也是快速而经济的制造模具的有效方法,并且能带动其他技术如固相扩散等的发展。2.2快速模具制造NC程序模具CAD三维设计二维

6、外形NC程序激光切割装配薄片连结去除梯级创层面精加工成形模具精加工模具制造技术《模具工业》2001.No.4总24241快速成型制造技术(RPM)是80年代后期出现的一项制造技术,目前RPM技术已发展了十几种工艺方法。基于RPM技术快速制造模具的方法多为间接制模法,即利用RPM原型间接地翻制模具。(1)软质简易模具(如汽车覆盖件模具)的制作。采用硅橡胶、低熔点合金等将原型准确复制成模具,或对原型表面用金属喷涂法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点极低的合金来制作模具。这些简易模具的寿命为50～5000件,由于其制造成本低,制作周期短,特别适用于产品试制阶段的小批量生产。(2)钢质模具制作。R

7、PM原型———三维砂轮———整体石墨电极———钢模,一个中等大小、较为复杂的电极一般4～8h即可完成。美国福特汽车公司用此技术制造汽车覆盖件模具取得了满意的效果,与传统机械加工制作模具相比,快速模具制造省去了耗时、昂贵的CNC加工,加工成本及周期大大降低,具有广阔的应用前景。规热处理普遍改善。例如,CrWMn钢在常规加热时易在奥氏体晶界上形成网状的二次碳化物,显著增加工件脆性,降低冲击韧性,使用在模具刃口或关键部位寿命较低。采用激光淬火后可获得细马氏体和弥