什么是好模具?模具是“用金属制成的成形模,通过冲压、锻造、铸造等来反复生产同类产品的工具”。因此,为制造出同样的产品,要求模具不仅在同一批量内,即使在不同批量之间的品质也要达到稳定一致。
还有,成形对象的材料也在不断地进步和发展,为进一步提高生产率,势必对模具的要求会更加严格。为降低产品成本,对模具材料也会有更高要求。材料向低价位的转变实际上意味着对该材料的特性要求更加苛刻,等于要求有更高的品质。
为方便制造出更优质的模具,特将模具各加工阶段材料的技术课题列出,如图7-1所示。
在从设计到材料采购的初期,用户对适合的模具材料的采购便利性最为关注。因此,不但要为满足特性需求研发新材料,而且便于选择模具材料的材料数据库及模具材料选用手册的开发也显得十分重要。
就粗加工、热处理、精加工的工艺过程来说,主要是解决机械加工性和热处理性高度化的问题,也就是要使切削加工更加容易,花费工时和费用更少,以及使热处理更加容易等。另一方面,模具材料的高强度化和高品质化又使其切削加工性趋于下降。因此,需要在不降低特性的前提下,添加易切削元素或改善主要成分和微观组织来保持切削性不下降。基本上来说,追求高性能即会朝高合金化和高纯净化方向发展,难免会出现切削性恶化的倾向。这一相互对立的双方同时提高永远是需要攻克的课题。
图7-1 模具各加工阶段材料的技术课题(www.daowen.com)
其中,高速化和高刚性化等切削设备的进步,以及刀具材料和表面镀层相配合而使难切削材料变得容易切削等,都说明了需要与加工设备和切削刀具厂家更加紧密合作。同时,也应从模具材料的角度对切削加工和电火花加工最佳条件进行探索,所以需要不断加深对关联加工技术的研究。
对热处理的要求也更加严格。以往只需实现硬度要求,现在逐渐转向通过模具材料和热处理的配套来保证实际使用中的力学性能。可认为硬度和允许变形的范围会越发窄小,即高精度热处理的推广会得到促进,与热处理相配合的表面改性技术的重要性也会显得更高。满足所需要求的镀层与配合度好的模具材料相组合而形成的复合表面处理技术,有可能满足多种需求。
另一方面,加工设备和切削刀具的进步,使得硬度为60HRC的材料切削加工已成为可能。不过需要平衡好切削加工效率降低及加工费用增加的弊端与省略热处理和缩短工期的优势之间的关系。
最后在模具使用当中,可通过模具使用方和模具材料生产厂家共同掌握模具损伤形式和寿命的情况来提高研发速度,相互配合可提高模拟精度,缩短试制周期。
总而言之,只有模具材料生产厂家、加工机械生产厂家、刀具生产厂家、模具加工厂家、热处理厂家和用户更加紧密地合作,模具材料才能得到更好的发展。
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