20世纪末 ,我们国家达成共识 ,认为“模具工业是现代工业之母”。虽然这比模具工业是美国工业的基石 (美国 ) ,模具工业是促进社会繁荣富强的原动力 (日本 ) ,模具工业是金属加工的帝王(德国 ) ,模具是黄金 (东欧 )等对模具的誉称晚了近半个世纪 ,但是 ,它反映我们国家开始认识到模具的重要性。2 0世纪 80年代末以来 ,我们国家对研发模具技术 ,提高模具技术水平 ,大力发展模具行业 ,制定了很多相关的技术鼓励政策、税收优惠政策及发展措施与法规。迄今 ,我国已建立了多个国家级模具技术研究中心 ,如国家模具工程中心、模具技术国家重点实验室、国家橡塑模具工程中心、国家快速制模生产促进中心等 ,为我国模具技术的发展起了引导作用。模具的种类繁多 ,其应用面极广 ,专业技术性很强。科学而系统地对模具进行分类是十分必要 ,且意义重大。对模具的正确分类 ,实际上也是促进研发模具新技术、提高模具技术水平、振兴模具工业的一种理论指导。为此 ,本文专门讨论模具的一级分类问题。1 国内外模具分类的状况2 0世纪 80年代初开始出现的全世界的塑料制品热促进了塑料模具的兴起与发展 ,也推动了整个模具技术的进步 ,使模具工业进入了一个快速发展的新阶段。近 2 0年来 ,对模具的分类问题也提到了议事日程 ,并取得了不少成果。其中 ,对模具的一级分类方法 ,国内外现状主要表现在以下几种 :1 987年日本模具技术协会编的《模具技术手册》<1>中提出 ,在被使用的众多模具中 ,除制造原材料产品的模具外 ,仅对限于用原材料来制造机械产品的模具按其成形方法进行分类 ,把模具分为样模、铸造模、冲压模 (锻造为其二级模 )、粉末冶金模、陶瓷模、
塑料模、橡胶模、玻璃模、夹具型模 (用于焊装的 ) ,并指出了这种分类虽然在工业上较为通用 ,但从技术角度上来看 ,未必有统一性。于是 ,同时提出了按目的用途、模具制造方法及模具材料的观点的分类方法。该手册还是采用塑料模、冲压模、锻造模、铸造模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、样模的分类。尔后 ,日本通产省常用冲压模、锻造模、铸造模、压铸模、注塑模、玻璃模、橡胶模、粉末冶金模 8类模具的品名 ,汇总出模具的技术及数量统计的月报、年报。中华台北模具工业同业公会把各种模具关系企业分成六大类 :塑料模 (含橡胶模 )、冲压模、压铸模 (含铸造模 )、锻造模、粉末冶金模 (含玻璃模 )、模具零部件、设备、原材料及其它 <2 >。这实际上也是从管理的角度把模具分成了八大类。成立于 1 984年的中国模具工业协会 ,于1 990年在《中国模协通讯》上正式把模具划分为冲压模、塑料模、压铸模、锻造模、粉末冶金模、橡胶模、拉丝模、无机材料成型模、模具标准件、其它模具 ,即所谓十大类模具 ,这是视各类模具在国民经济中的应用广泛程度及管理角度而提出的。文献 <3>提出从制品及其材料出发 (即工件和材料的原本表现 ,以及材料通过模具而被加工的制品表现和结果 (模具是与材料直接接触 ,在压力机及一定工艺条件下对材料进行加工 ) ,综合以上两个方面对模具进行分类如下 :1非定形材料的成型模 (型腔模 ) ,包括非定形非金属材料 (或复合材料 )的成型模 ;非定形金属材料 (或复合材料 )的成型模。2定形 (或半定形 )材料的成形模 ,包括定形 (或半定形 )薄材的成形模 ;定形 (或半定形 )立体材料的成形模。 3定形 (或半定形 )材料的冲裁模 (分离模 )。文献 <4>认为 ,总体上说模具可分为三类 :金属板料成型模具 ;金属体积成型模具 ;非金属材料制品用成型模具。具体而言模具的分类方法很多 ,可分别按模具结构形式、模具使用对象、模具材料、工艺性质再细分。最后提出采用综合归纳法 ,将模具分为十大类 ,即金属材料成型模具——冲模 ,非金属材料制品用成型模具——塑料模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模 ,金属体积成型模具——压铸模、锻造模、粉末冶金模、铸造金属型模 ,通用模具与经济模具。新近出版的《中国模具设计大典》<5> ,仍然是采用应用广泛程度及某种管理角度进行的 ,但这次是按六大类模具的分类方法编写的 ,即轻工模(第 2卷 )、冲压模 (第 3卷 )、锻模 (第 4卷 )、粉末冶金模 (第 4卷 )、铸造工艺装备 (第 5卷 )、压铸模 (第 5卷 )。国内外对模具一级分类的上述方法虽然各有其优越性或各具特点 ,可也有一些不足和问题 ,主要在其技术统一性方面或工程实用性方面或完整清晰性方面尚存在未能尽如人意的地方。2 按所成形的材料之模具分类2 .1 分类的角度 按模具所成形出产品的材料并结合工程实际对模具进行一级分类。2 .2 依据和前提主要基于以下三个理念 :( 1 )工程材料的分类 传统认识将所有材料分为有机材料、无机材料两大类 ,或分为金属材料、非金属材料两大类。现代自然科学把工程材料分为 3类 <6 > :金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料。这是从研究与管理角度出发的。( 2 )
成形加工 现代成形学认为 ,将材料转变为具有特定形状和功能的工艺方法 ,统称为成形加工<7> 。视传统的制造技术中冷加工 (切削 )和热加工 (铸、锻、焊 )合二为一 ,加工与成形合二为一 ,并视成形和成型合二为一。现代成形学认为成形加工方法有以下 4种 :1去除成形 ,即去除裕量材料而成形 ;2受迫成形 ,即在型腔的约束下材料的成形 ;3离散 /堆积成形 ;4生长成形。显然 ,这里的成形加工不包含对原材料产品的制造 ,而是对机电产品的加工制造 ,而所讨论的模具就是用于成形加工中的受迫成形的。( 3)模具的定义 采用文献 <8>给出的定义 ,即模具是制造一定数量产品的专用模型、工具。2 .3 具体的分类 据此 ,将所有模具按所成形的材料划分为金属材料成形用模具 ,包括主要用于对板材以及管材的冲压模、对棒料和线材的锻造模、对液态金属的铸造模、对粉末金属的粉末冶金模、对线材的拉丝模等 ;有机高分子材料成形用模具 ,包括塑料模、橡胶模、食品模、皮革模等 ;无机非金属材料成形用模具 ,主要有陶瓷模、水泥 (实际上为混凝土材料 )模、玻璃模等。这种新的分类方法见图 1。图 1按成形用材料的模具分类模具无机非金属材料成形用模具有机高分子材料成形用模具金属材料成形用模具玻璃模水泥 (混凝土 )模陶瓷模皮革模食品模橡胶模塑料模拉丝模 (线材 )粉末冶金模 (粉末金属 )铸造模 (液态金属 )锻造模 (棒料、线材 )冲压模 (板材、管材 )对新分类方法的几点说明如下 :1如同冲压加工分为分离和成形加工两大部分的分法在工程技术上已被认可一样 ,冲压模中的成形模和分离模可在二级分类中形成。同理 ,一级分类的模具如铸造模、塑料模、陶瓷模等均可在二级分类中再细分。当然 ,二级分类有更强的专业性 ,未必能从一个统一的角度去划分 ,如文献 <8,9>。 2主要由冲压和锻造构成的塑性成形加工 ,新近又有一种划分为冷压成形与热锻成形之说 <9> ,若采用此概念 ,也不影响新分类方法的成立及完整性。因为它可以将图 1中的冲压模改为冷压模。 3图 1中的一些空格是考虑到分类的目的之一 ,即有利于新型模具的开发出现而预留的 ,如半固态成形模或其它模 ;当然 ,也包括了现今已出现但应用并不很广泛或产值较小的模具 ,如纤维板或云母片模。因此 ,它有一定的示意性和省略性关于模具的一级分类问题@卢险峰$南昌大学机电工程学院!南昌市 330029成形加工;;工程材料;;
模具;;一级分类基于先进制造技术中成形加工的理念,按照现代自然科学对工程材料的分类 ,并结合制造业中工程实用观点 ,提出对模具一级分类的一种新方法<1> 型技术协会编.型技术便览.东京:日刊工业新闻社,1989:4
<2> 马场.海外の金型加工の现状.プしス技术,2001,39(5):36
<3> 陈万林.实用模具技术.北京:机械工业出版社,2000:5～6
<4> 许发樾.实用模具设计与制造手册.北京:机械工业出版社,2001:1～3
<5> 中国机械工程学会,中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典(第1～5卷).北京:中国标准出版社,2002.
<6> 国家自然科学基金委员会.国家自然科学基金申请指南.北京:高等教育出版社,1998:37～39
<7> 颜永年.先进制造技术.北京:化学工业出版社,2002:8～10
<8> 卢险峰.冲压工艺模具学.北京:机械工业出版社,1998:1～194
<9> 卢险峰.冷锻工艺与模具.北京:机械工业出版社,1999:97～98成型合二为一。现代成形学认为成形加工方法有以下 4种 :1去除成形 ,即去除裕量材料而成形 ;2受迫成形 ,即在型腔的约束下材料的成形 ;3离散 /堆积成形 ;4生长成形。显然 ,这里的成形加工不包含对原材料产品的制造 ,而是对机电产品的加工制造 ,而所讨论的模具就是用于成形加工中的受迫成形的。( 3)模具的定义 采用文献 <8>给出的定义 ,即模具是制造一定数量产品的专用模型、工具。2 .3 具体的分类 据此 ,将所有模具按所成形的材料划分为金属材料成形用模具 ,包括主要用于对板材以及管材的冲压模、对棒料和线材的锻造模、对液态金属的铸造模、对粉末金属的粉末冶金模、对线材的拉丝模等 ;有机高分子材料成形用模具 ,包括塑料模、橡胶模、食品模、皮革模等 ;无机非金属材料成形用模具 ,主要有陶瓷模、水泥 (实际上为混凝土材料 )模、玻璃模等。这种新的分类方法见图 1。图 1按成形用材料的模具分类模具无机非金属材料成形用模具有机高分子材料成形用模
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