一起來(lái)認(rèn)識(shí)振動(dòng)摩擦焊接模具

　　振動(dòng)摩擦焊接模具也是模具的一種，通常的模具是在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造，以及工程塑料、橡膠、陶瓷等制品的壓塑、注塑、焊接的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成為有特定形狀和尺寸的制件的工具。振動(dòng)摩擦焊接模具是將殼料固定在上下模具腔體中，通過(guò)振動(dòng)摩擦使得上下殼體熔融焊接的工具。

　　振動(dòng)摩擦焊接模具與普通模具一樣，一般分為兩個(gè)部分：動(dòng)模和定模，或凸模和凹模，它們可分可合。分開(kāi)時(shí)裝入坯料或取出制件，合攏時(shí)使制件與坯料分離或成形。在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、壓制和壓塑過(guò)程中，分離或成形所需的外力通過(guò)模具施加在坯料上；在擠壓、壓鑄和注塑過(guò)程中，外力則由氣壓、柱塞、沖頭等施加在坯料上，模具承受的是坯料的脹力。

　　模具具有特定的輪廓或內(nèi)腔形狀，具有刃口的輪廓形狀可以使坯料按輪廓線形狀發(fā)生分離，即進(jìn)行沖裁；內(nèi)腔形狀可以使坯料獲得相應(yīng)的立體形狀。（補(bǔ)充一句，國(guó)外把模具分兩類：MOLD和DIE。MOLD意思是“模子，模腔”，指塑模、鑄造模一類的；DIE意思是“金屬模子,印模”，指沖模、鍛模一類的。分別很簡(jiǎn)單：一種是把材料加熱熔融后灌入模腔，一種是用外力把材料壓成所需的形狀。） 

　　模具除其本身外，還需要模座、模架、導(dǎo)向裝置和制件項(xiàng)出裝置等，這些部件一般都是制成通用型，以適用于一定范圍的不同模具。 

　　模具的應(yīng)用極為廣泛，大量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，如汽車、自行車、縫紉機(jī)、照相機(jī)、電機(jī)、電器、儀表等，以及日用器具的制造都應(yīng)用大量模具。 

　　模具基本上是單件生產(chǎn)的，其形狀復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生產(chǎn)需要有很高的技術(shù)水平。模具的及時(shí)供應(yīng)及其質(zhì)量，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品研制。因此，模具生產(chǎn)的水平是機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。 

　　加工金屬的模具按所采用的加工工藝分類，常用的有：沖壓模，包括沖裁模、彎曲模、拉深模、翻孔模、縮孔模、起伏模、脹形模、整形模等；鍛模，包括模鍛用鍛模、鐓鍛模等；以及擠壓模和壓鑄模。用于加工非金屬和粉末冶金的模具，則按加工對(duì)象命名和分類，有塑料模、橡膠模和粉末冶金模等。 

　　沖壓模是用于板料沖壓成形和分離的模具。成形用的模具有型腔，分離用的模具有刃口。最常用的沖壓模只有一個(gè)工位，完成一道生產(chǎn)工序。這種模具應(yīng)用普遍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但生產(chǎn)效率低。為提高生產(chǎn)率，可將多道沖壓工序，如落料、拉深、沖孔、切邊等安排在一個(gè)模具上，使坯料在一個(gè)工位上完成多道沖壓工序，這種模具稱為復(fù)合模。 

　　另有將落料、彎曲、拉深、沖孔和切邊等多工序安排在一個(gè)模具的不同工位上，在沖壓過(guò)程中坯料依次通過(guò)多工位被連續(xù)沖壓成形，至最后工位成為制件，這種模具稱為級(jí)進(jìn)模，又稱連續(xù)模。 

　　沖壓模的特點(diǎn)是：精度高，尺寸準(zhǔn)確，有些沖裁模的凸模與凹模的間隙近于0；沖壓速度快，每分鐘可沖壓數(shù)十次至上千次；模具壽命長(zhǎng)，有些硅鋼片沖裁模壽命在幾百萬(wàn)次以上。 

　　煅模是用于熱態(tài)金屬模鍛成形的模具。模鍛時(shí)，坯料往往經(jīng)過(guò)多次變形才能制成鍛件，這就需要在一個(gè)模塊上刻有幾個(gè)型腔。金屬依次送至各個(gè)型腔，并在型腔內(nèi)塑性流動(dòng)，最后充滿型腔，制成鍛件。在模鍛成形中，坯料很難與終鍛時(shí)的型腔體積相等，為了避免廢品，常選用稍大一些的坯料。為此，在終鍛模的上、下模分界面的型腔四周設(shè)有飛邊槽，以存貯多余的金屬，成形后將飛邊切去。 

　　鍛模的技術(shù)特點(diǎn)是：有多個(gè)形式復(fù)雜的型腔；工作條件惡劣，1000℃以上熾紅的鋼在模具型腔內(nèi)變形和流動(dòng)沖刷；模具要承受鍛錘的高速?zèng)_擊或重負(fù)載的壓下；在使用過(guò)程中常處于急冷、急熱和冷熱交變狀態(tài)。因此，模具材料應(yīng)具有很高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。熱鍛時(shí)還須有較高的溫度強(qiáng)度和硬度，并經(jīng)過(guò)強(qiáng)韌化熱處理。 

　　擠壓模是用于將金屬擠壓成形的模具。正擠壓模有一個(gè)靜止的凹模和放置坯料的擠壓筒，以及對(duì)坯料施加壓力的沖頭。反擠壓模的擠壓筒為凹模，沖頭為凸模。由于金屬需要在很大的壓強(qiáng)下才能從凹模擠出成形，因此，擠壓筒和反擠壓的凹模需要有很高的強(qiáng)度，故常采用多層預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)。沖頭和凸模的工作長(zhǎng)度宜短，避免在高的壓應(yīng)力下發(fā)生不穩(wěn)和彎曲。 

　　壓鑄模是安裝在壓鑄機(jī)上的，能夠?qū)⒁簯B(tài)金屬在高壓下注入型腔，并保壓至金屬凝固、成形的模具。它主要用于鋁、鋅、銅件，也可用于鋼件。壓鑄模的結(jié)構(gòu)與塑料注射模類似，它由動(dòng)模與定模構(gòu)成型腔，用型芯做鑄件的孔腔。金屬在型腔內(nèi)冷卻、凝固后抽出型芯，分開(kāi)模具。 

　　壓鑄件一般壁薄中空，有眾多臺(tái)、筋，形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面較光潔。由于金屬在熔融的高溫下成形，因此壓鑄模需要采用耐高溫的材料制造。 

　　塑料模是用于塑料成形的模具。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料模需求量日益增多，其產(chǎn)量已占各類模具產(chǎn)量的首位。常用的塑料模有注射模、壓塑模和擠塑模等。 

　　塑料模工作時(shí)，所承受的壓力、溫度都不高，但制件數(shù)量很大，表面要求特別光潔。為此，模具材料可選用預(yù)淬硬鋼，即先對(duì)模具進(jìn)行熱處理，達(dá)到一定硬度后再進(jìn)行切削加工，以防止熱處理后變形，最后再進(jìn)行拋磨加工，以提高表面質(zhì)量。 

　　橡膠模是主要用于輪胎、汽車蓄電池殼、鞋底等橡膠產(chǎn)品成形的模具。一般是將橡膠材料夾入模具內(nèi)，經(jīng)蒸汽加熱成形，也有與塑料注射模相似的橡膠注射模。 

　　粉末冶金模是將固體金屬粉末壓制成形的模具。工作時(shí)，將金屬粉末定量地倒入下模，然后上模壓下、閉合、成形，再用頂料裝置頂出預(yù)制坯，并送入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，遂制成粉末冶金零件。 

　　一般粉末冶金件的空隙很大，占總體積的15％左右，成形壓力不大，模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，精度、表面粗糙度要求一般，所以對(duì)模具無(wú)特殊要求。為了減少空隙、提高密度和強(qiáng)度，對(duì)燒結(jié)后的坯件，再進(jìn)行一次熱鍛，通稱粉末鍛造，所用的模具與模鍛模相似。 

　　由于模具是進(jìn)行成型加工的工具，所以要求表面光潔、結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高、易于自動(dòng)化；并且還要制造容易、壽命高、成本低；另外還要考慮到設(shè)計(jì)符合工藝需要，經(jīng)濟(jì)合理等。 

　　模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇須考慮剛性、導(dǎo)向性、卸料機(jī)構(gòu)、定位方法、間隙大小等因素，模具上的易損件應(yīng)容易更換。對(duì)于塑料模和壓鑄模，還要考慮合理的澆注系統(tǒng)、熔融塑料或金屬流動(dòng)狀態(tài)，以及進(jìn)入型腔的位置與方向。為了提高生產(chǎn)率、減少流道澆注損失，可采用多型腔模具，即在一模具內(nèi)能同時(shí)完成多個(gè)相同或不同的制品。 

　　模具的生產(chǎn)一般為單件、小批生產(chǎn)，在制造要求嚴(yán)格。因此多采用精密的加工設(shè)備和測(cè)量裝置。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具一般分為平面的沖裁模和具有空間的型腔模。 

　　平面沖裁模可用電火花加工初成形，再用成形磨削、坐標(biāo)磨削等方法進(jìn)一步提高精度。坐標(biāo)磨床一般用于模具的精密定位，以保證精密孔徑和孔距。也可用計(jì)算機(jī)數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床，磨削任何曲線形狀的凸模和凹模。 

　　型腔模主要用于立體形狀工件的成形，因此在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向都有尺寸要求，形狀復(fù)雜，制造難度較大。象冷擠壓模、壓鑄模、粉末冶金模、塑料模、橡膠模等都屬于型腔模，型腔模多用仿形銑床加工、電火花加工和電解加工。將仿形銑加工與數(shù)控聯(lián)合應(yīng)用，和在電火花加工中增加三向平動(dòng)頭裝置，都可提高型腔的加工質(zhì)量。 

　　計(jì)算機(jī)數(shù)控多軸銑床、坐標(biāo)磨削和加工中心機(jī)床，是型腔模加工的重要設(shè)備。型腔的表面研磨和拋光一般采用電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)工具，配以各種研磨、拋光輪和研磨膏粉，或采用超聲波研磨、擠壓珩磨、化學(xué)拋光等方法。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和光學(xué)投影比較儀是模具制造中常用的精密測(cè)量設(shè)備。

　　模具是精密工具，價(jià)格昂貴，必須盡量提高使用壽命。模具的正常失效形式主要有磨損、塌陷斷裂、粘合等，不同用途的模具失效形式也各不相同。提高模具壽命的途徑主要是根據(jù)應(yīng)用條件，合理選用模具鋼和確定熱處理規(guī)范。 

　　選用在使用溫度下強(qiáng)度高的材料可防止塌陷；提高模具硬度可以減少磨損率；較高的韌性和抗疲勞性能，以及消除電加工的硬化層及加工殘余應(yīng)力，可以阻礙裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，防止裂斷。 

　　表面處理、潤(rùn)滑和選用抗粘合性能好的模具材料，是延長(zhǎng)模具壽命的重要措施。模具工作表面和基體的要求差異很大，很難用一種材料完全合理地滿足，但可以在工作部位用鑲塊、堆焊、噴鍍和局部強(qiáng)化的辦法提高其綜合性能。此外，合理的操作使用，是消除非正常失效、減緩正常失效的另一途徑。