1、論述塑料模具設計與制造在航天航空領域的應用模具在加工業中有重要的地位。模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業中廣泛的使用著各種模具。對模具的全面要求是:能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度,要求高效率、自動化操作簡便;從模具制造的角度,要求結構合理、制造容易、成本低廉。模具影響著制品的質量。首先,模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十

2、分重要的影響。其次,在加工過程中,模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產塑料制品時,應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動,為此,常采用自動開合模自動頂出機構,在全自動生產時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時,模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大,這時應盡可能的采用結構合理而簡單的模具,以降低成本。現代生產中,合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素,尤其是模具對實現材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具才有可能發揮其作用,產品的生產和更新都

3、是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產量需求很大,對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發展。上世紀30年代以前,一般采用簡單工具與設備,形成以手工制造模具的生產方式,也只能制造簡單模具,其制造精度與質量完全取決于工人技藝和實際經驗。上世紀3070年代后期,是模具工業化生產方式的發展過程。其主要成就與特征有:廣泛采用銑削、成形磨削工藝,并實現帶精密孔距的圓孔與型孔加工的精密坐標磨削工藝技術;電火花成形加工和NC電火花線切割加工工藝的廣泛應用,為高硬材料的型件提供了關鍵加工技術;實現了模具型件的專業化、系列化和標準化。隨著模具標準化的發展,在生產中全面采用標準化進行設計與制

4、造,不僅是模具工業化生產方式的重大成就和特征,也是實現現代化模具生產方式的重要技術基礎。隨著計算機和機床工業的進步與發展,1980年以來模具CAD/CAM、CAD/CAM/CAE已成為廣泛的應用技術,它們與標準化相配合實現了模具設計與制造的信息化、數字化的模具生產方式。80 年代以來,在國家產業政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下,我國模具工業發展迅速,年均增速均為13%,1999 年我國模具工業產值為245 億,至2000年我國模具總產值預計為260-270 億元,其中塑料模約占30%左右。在未來的模具市場中,塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。我國塑料模工業從起步到現在,歷經

5、半個多世紀,有了很大發展,模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。成型工藝方面,多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創新設計方面也取得較大進展。在制造技術方面,CAD/CAM/CAE 技術的應用水平上了一個新臺階,以生產家用電器的企業為代表,陸續引進了相當數量的CAD/CAM 系統,據有關方面預測,模具市場的總體趨熱是平穩向上的,在未來的模具市場中,塑料模具的發展速度將高于其它模具,

6、在模具行業中的比例將逐步提高。隨著塑料工業的不斷發展,對塑料模具提出越來越高的要求是正常的,因此,精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發展將高于總量發展速度。同時,由于近年來進口模具中,精密、大型、復雜、長壽命模具占多數,所以,從減少進口、提高國產化率角度出發,這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業的快速發展,使各種異型材擠出模具、PVC 塑料管材管接頭模具成為模具市場新的經濟增長點,高速公路的迅速發展,對汽車輪胎也提出了更高要求,因此子午線橡膠輪胎模具,特別是活絡模的發展速度也將高于總平均水平;以塑代木,以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業中的需求量巨大;家用電器行業在“十五”期間將

7、有較大發展,特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大;而電子及通訊產品方面,除了彩電等音像產品外,筆記本電腦和網機頂盒將有較大發展,這些都是塑料模具市場的增長點。研究表明,模具的使用壽命與熱處理、選材、結構、機械加工工藝、滑潤、設計水平等諸多因素有關。根據對大量失效模具的分析統計,在引起模具失效的各種因素中,熱處理不當約占45%,選材和模具結構不合理約占25%,工藝問題約占10%,滑潤和設備問題因素約占20%。因此,在模具設計和制造過程中,選材、模具結構、熱處理工藝、加工工藝和改善模具的工作條件都能夠提高模具的質量和使用壽命。1.合理選用模具材料選用模具材料時,應根據不同的生產批

8、量、工藝方法進行選擇。在批量生產中,應選用耐用的模具材料,如硬質合金,高強韌、高耐磨模具鋼;小批量或新產品試制可采用鋅合金、鉍錫合金等模具材料;易變形、易斷裂失效的通用模具,需要選用高強度、高韌性的材料;熱鍛模要選用具有良好的韌性、強度、耐模性和抗冷熱疲勞性能的材料;壓鑄模要采用熱疲勞抗力高、高溫強度大的合金鋼;塑料模具則應選擇易切削、組織致密、拋光性能好的材料。此外,在設計凸凹模時,選用不同硬度或不同材料的模具相搭配,模具使用壽命可提高5 6倍。2.合理的模具結構模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度、對中性和合理的沖裁間隙,并減少應力集中,以保證由模具生產出來零件符合設計要求。因此,

9、對模具的主要工作零件要求導向精度高、同心度和中性好及沖裁的間隙合理。在模具設計時,應著重考慮:凸模應注意導向支撐和對中保護,特別是設計小孔凸模時采用自身導向結構,可延長模具壽命;對夾角、窄槽等薄弱部位,為了減少應力集中,要以圓弧過渡,圓弧半徑R可取35 mm;對于結構復雜的凹模采用鑲拼結構,也可減少應力集中;合理增大間隙,改善凸模工作部分的受力狀態,使沖裁力、卸件力和推件力下降,凸、凹模刃口磨損減少。3.模具的熱處理工藝從模具失效分析得知,45%的模具失效是由于熱處理不當造成的。磨損、粘結均發生在表面,疲勞、斷裂也往往從表面開始,因此對模具表面的加工質量要求非常高。但實際上由于加工痕跡的存在,

10、熱處理時表面氧化脫碳在所難免,模具的表面性能反而比基體差。采用熱處理新技術是提高模具性能的有效措施。模具熱處理工藝包括基體強韌化和表面強化處理:基體的強韌化在于提高基體的強度和韌度,減少斷裂和變形;表面強化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤滑性能。航空航天為科學研究的發展作出了重要貢獻。在很長時間內,人類對自然界的認識全部來自在地球表面進行的生產活動和科學研究。航空技術為人類提供了從空中觀察自然界的條件。氣球是最早進行對地觀測、大氣探測的空中運載工具。飛機可以在上萬米的高空對地球進行大面積觀測。航天揭開了從太空觀測、研究地球和整個宇宙的新時代。人造地球衛星剛一上天就發現了地球輻射帶。

11、接著，各種科學 衛星和空間探測器發現了地球磁層、 地冕、 太陽風，基本上了解了 它們的結構及其相互影響，測量了太陽系大多數行星的大氣參數、表 面結構和化學成分;在宇宙中發現了大量的 X 射線， 射線和紅外天 體，發現了極高能量的粒子以及可能是“黑洞”的天體。載人航天實 現了人在太空的天文觀測，并且送人登上了月球，進行實地考察。通 過航天活動獲得的有關地球空間、行星際空間、太陽系和遙遠宇宙天 體的極其豐富的信息,大大更新了人類對于地球空間、太陽系和整個 宇宙的認識，推動了天文學、空間物理學、高能物理學、生物學的發 展，形成了一些新的學科分支。裝有各種遙感器的航天器已經成為觀 測和監視地球物理環境的有效工具。衛星氣象觀測、衛星海洋觀測、 衛星資源勘測等新技術推動了氣象學、海洋學、水文學、地質學、地 理學、測繪學的發展，產生了衛星氣象學、衛星海洋學、衛星測繪學 等一系列新的學科分支。 載人航天器為人類創造了一個具有眾多特殊 環境條件 （極高真空、 微重力、 超低溫、 強太陽輻射） 的天然實驗室， 可借以開展物理、化學、生物、醫學、新材料、新工藝等綜合研究工 作。例如，在微重力條件下，可以研制和生產高純度大單晶、超純度 金屬和超導合金以及特種生物藥品等。 模具設計與制造在航空航天里的應用包括各種零部件的制造， 由 于航天器是非常高端的東西， 必須用非常耐高溫和輕質等具有特殊功 能的功能高