让人头疼的模具台账管理终于有方法了

2020年开春,一场突如其来的瘟疫席卷了整个中国,对各类中小型企业更是致命的打击,特别是针对工业领域制造业企业,本身利润微薄的他们更举步维艰。模具被称为工业之母,希望能通过对基础的模具管理分享,降低各类以模具制作和生产为主的企业的管理成本,提升整体管理效率,解决模具基本管理中的一些顽疾。

模具制作成功后,才能成为生产领域的一种“”工具“”,一家企业能否管理好模具,直接影响到企业的生产安排,进而影响企业的生产效率。浙江,广东,江苏,是精密模具的产业聚集区,这部分地区的企业生产的产品涵盖医疗配件,电子通讯,电器,航空航天,连接器接插件,汽车配件等等,而每一种零件基本构造由金属和塑料,橡胶等组成,每个金属件,塑料件,橡胶件由有对应的模具生产出来,所以一副模具能否正常生产,直接关系到产品的出货。

为了保证不因模具问题影响生产进度,大部分企业都会对模具进行管理,通常称之为模具台账管理/模具履历管理。模具台账管理主要包含的内容如下:

让人头疼的模具台账管理终于有方法了

模具台账管理需要关注的内容

1,模具基本信息(包含工件BOM表)管理,;2,试模与验收记录管理,;3模具维修流程管理;4模具保养计划与记录管理,5备用件管理(易损件);6现场可视化管理(看板);7模具仓位管理;8模具出入库管理;9备用件出入库管理。

以上每一条又有独特的管理内容和流程方法。

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

金属压铸是先进的少、无切削工艺,具有生产效益高、节省原材料、降低生产成本、铸件性能好、精度高等特点,得到广泛应用。其中压铸铸件最大的市场是汽车工业,随着人类更加关注可持续发展和环境保护,汽车轻量化是实现高效、安全、节能、舒适、环保的最佳途径。用铝合金代替传统钢铁制造汽车,可使整车重量减轻30%左右。由于压铸模具是在高压(30~150MPa)下将400~1,6000C的熔融金属压铸成型。成型过程中,模具周期性地经加热和冷却,且受到高速喷人的灼热金属冲刷和腐蚀。模具用料要求有较高的热疲劳抗力、导热性及良好的耐磨性、耐蚀性、高温力学性能。要满足不断提高的使用性能需求仅仅靠模具材料的应用仍然很难满足,必须将各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要求。

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

2、压铸模失效形式

压铸模工作时与高温的液体金属接触,不仅受热时间长,而且受热的温度比锻模还高,压铸有色金属的温度300~800℃,压铸黑色金属的温度达1000℃以上。还承受了很高的压力30~150MPa,受到反复加热和冷却以及金属液流动的高速冲刷而产生的磨损和腐蚀,并被反复加热、冷却,加工环境较恶劣。据失效形式统计,用3Cr2W8V作压铸模材料,65%是热疲劳,15%是开裂,6%是磨耗,4%是冲蚀失效。

2.1 疲劳裂纹

热疲劳裂纹是压铸模最常见的失效形式,占失效比例大。压铸过程中压铸模在300~8000C的热循环及脱模剂导致的拉应力与压应力交变循环,反复经受急冷、急热所造成的热应力,导致在型腔表面或内部热应力集中处逐渐产生微裂纹,其形貌多数呈现网状,称龟裂,也有呈放射状。热应力使热疲劳裂纹继续扩展成宏观裂纹。从而导致压铸模失效。热疲劳裂纹是热循环应力、拉伸应力和塑性应变共同作用而产生的。塑性应变促进裂纹的形成,拉伸应力促进裂纹的扩展与延伸。从微观分析,热疲劳裂纹在晶界碳化物、夹杂物集中区萌生,应选钢质洁净、显微组织均匀的优质模具钢有较高的热疲劳抗力。

2.2 整体脆性开裂

整体脆性开裂是由于偶然的机械过载或热过载而导致压铸模灾难性断裂。材料断裂时所达到的应力值一般都远低于材料的理论强度,由于微裂纹的存在,受力后将引起应力集中,使裂纹尖端处的应力比平均应力高得多。压铸模脆性开裂引起的原因很多,而材料的塑韧性是箱对应的最重要的力学性能。模具钢中夹杂物减少,韧性明显提高,在生产中整体脆裂的情况较少发生。

2.3 溶蚀或冲蚀

熔融的金属液以高压、高速进入型腔。对压铸模成型零件的表面产生激烈的冲击和冲刷,造成型腔表面的机械冲蚀,高温使压铸模硬度下降,导致型腔软化,产生塑性变形和早期磨损。在填充过程中,熔液产生湍流导致的空蚀效应或熔液中的微小颗粒产生的冲刷,高温金属液中杂质和熔渣对模腔表面产生复杂的化学变化,产生化学腐蚀,熔融金属液逸出气泡使型腔发生气蚀,这种机械和化学磨损综合作用的结果都在加速表面的腐蚀和裂纹的生成。提高模具材料的高温强度和化学稳定性有利于增强材料的抗侵蚀能力。

3、影响热疲劳的因素

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

3.1 模具温度影响

压铸时速度很高,压力很大,模具表面受到很强的冲击负载,模具表面接触高温熔体,其温度最高8700C,在这样高温急热下,模具表面产生压缩热应力。每次压铸前在模具内喷润滑剂进行急冷,模具表面产生拉应力,这种交变热应力在超过模面的屈服强度时在表面产生热疲劳微裂纹,急剧扩散,向心部扩散形成龟裂。将引起铸件拉伤及粘模,严重的造成模具早期开裂。

3.2 材料基本特性

压铸在急热急冷的压铸环境下工作,对压铸模材料有以下要求:

(1)抗热疲劳和抗热冲击性能好,不易产生裂纹。

(2)韧性和延展性好,改善模具尖角和凸出部分的抗冲撞击能力。

(3)良好的热硬性、热强性,淬透性,耐磨性和高温抗氧性。

(4)热处理变形小,热膨胀系数小等等。常用于压铸模的以铬、钨和钼为主的热作模具钢3Cr2W8V和H13钢(4Cr5MoSiVl)。目前,使用压铸模多用H13钢,是以合金元素铬为主的热作模具钢,具有良好的韧性、热疲劳抗力和抗氧化性,经过适当的表面处理,其使用寿命可达到相当高的水平,现已成为成熟的压铸模具钢获得广泛应用,国外90%以上的压铸型腔模都是由H13钢制造。模具材质控制很重要。压铸模用的H13钢必需是钢质洁净,组织均匀,偏析轻微,等向性好的优质钢。国外优质H13钢的生产过程中采用了一系列先进工艺技术,如通过真空除气、电渣重熔等精炼技术提高洁净度,再通过多向扎制或反复墩锻及采用超细化处理技术,使H13钢具有优良的内在质量。运用先进冶炼工艺提供更多的高纯度压铸模具钢,是今后的方向。

4、压铸模热处理流程

通过热处理可以改变材料的金相组织,以保证必要的强度和硬度、高温下尺寸的稳定性,抗热疲劳性能和材料的切削性能等。经过热处理后的零件要求变形量少,无裂纹和尽量减少残余内应力的存在。目前压铸模一般采用真空气体淬火,表面没有氧化物,模具变形小,更好保证模具质量,其流程为锻造_球化退火_粗加工一稳定化处理_精加工_最终热处理(淬火、回火)_钳修_抛光_+渗氮(或碳氮共渗)_精磨或精研_装配。对H13钢采用高温淬火、双重淬火、控制冷却速度淬火、深冷处理等,从而改善模具性能,提高模具寿命。

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

5、压铸模表面强化处理

对模具进行表面处理是延长模具寿命的最有效、最经济的方法。通过调整一般热处理工艺改善钢的强度和韧性。采用不同的表面强化处理工艺,以适宜的心部性能相配合,可赋予模具表面以高硬度、耐磨耐蚀、抗咬合和低摩擦系数等许多优良性能,使模具寿命提高几倍甚至几十倍。模具表面强化主要有3类:①不改变表面化学成分,有激光相变硬化等;②改变表面化学成分,渗氮等;③表面形成覆盖层,气相沉积技术处理等。

5.1 不改变表面化学成分强化

激光强化处理:激光作为热源对材料表面进行强化,有相变硬化、表面溶化、表面涂覆等。其特征是供给材料表面功率密度至少103VC/em2。利用高功率、高密度激光束对金属进行表面处理的方法称为激光面热处理。其分为激光相变硬化、激光表面合金化等表面改性,产生其他表面加热淬火强化达不到的表面成分、组织及性能的改变。

激光熔覆技术模具表面覆盖一层薄的具有一定性能的熔覆材料,以改善表面性能。H13钢常规处理后硬度44HRC,经激光淬火,表面硬度可达772HV(相当于62HRC),淬硬层深度0.63ram。由于得到以超细化高密度位错性马氏体为主的组织,以及激光加热后自回火过程中析出弥散碳化物,使得淬层硬度、抗回火稳定性、耐磨性及抗蚀性均显著提高。激光熔覆技术以其加工精度高,热变形小,后加工量小等特点具有很大的潜在应用价值。

电火花表面强化:电火花表面强化是利用电极与工件间在气体中产生的火花放电作用,把作为电极的导电材料熔渗进工件表层,形成合金化表面强化层,常用的电极材料有TiC、WC、ZrC和硬质合金等,因电极材料的沉积发生有规律的、较小的长大,改善工件的表面物理及化学性能。如硬质合金做电极强化工件,表面硬度可达1,100~1,400HV,强化层与基体结合牢固嗍。

5.2改变表面化学成分强化

(1)渗碳。

渗碳是把钢置于渗碳介质中,加热到单相奥氏体区,保温一定时间,使碳原子渗入钢表面的表面化学热处理工艺。渗碳在At3以上(850℃一950℃)进行。其目的使模具的表面在热处理后碳浓度提高,从而使表层的硬度、耐磨性、接触疲劳强度较心部有较大的提高,而心部保持一定强度和较高的韧性。有固体渗碳和液体渗碳。

(2)渗氮。

渗氮在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳极限、热硬性及抗咬合性等。一般压铸模经淬火、回火(45~47HRC)后,必须进行渗氮,氮化层深度为0.15~0.2mm。有气体渗氮,离子渗氮。H13钢作挤压铝型材的空心模,经1,080℃油淬+560%:x2h两次回火,硬度48HRC。经过520℃x4h的离子渗氮,模具挤压的型材从1,000kg提高4,500kg,寿命提高了3倍。

(3)N—C共渗(软氮化)。

软氮化实质是在较低温下进行的以渗氮为主的碳氮共渗。经软氮化处理后,可显著提高表面的疲劳强度及耐磨性、抗咬合、抗擦伤和腐蚀等性能“01。

H13钢由于渗氮化合物中,相对韧性较低,膨胀系数较大,对热疲劳性能产生不利影响。在软氮化时,由于C在8相中溶解度高(550℃时达38%),软氮化温度在565℃以下附近较好。即能保证渗速,又能使£+1’所需的N浓度较高,可在表层形成£之前有更多的N渗人基体,这样在第二阶段N原子扩散时,有利于形成合理的扩散层。软氮化时间以2~4h为宜,超过6h,渗N层不再增加,硬度在2~3h达到最大值。实践证明比较合理的气体软氮化工艺如图1所示。

(4)表面渗铝

渗铝指铝在金属或合金表面扩散渗入的过程。渗铝目的是提高材料的热稳定性、耐磨性和耐蚀性。对模具表面进行先渗铝后氧化的方法,使表面生成Fe—A1—0的混合物,以减少粘模的发生,从而延长模具的寿命。常用渗铝有3种:固体粉末渗铝、热浸镀铝、表面喷镀铝再扩散退火。

(5)模具渗铬

渗铬可提高型腔表明硬度(1,300HV以上)、耐磨性、耐蚀性、疲劳强度和抗高温氧化性。对承受强烈磨损的模具,可显著提高使用寿命。渗铬时,加热到950℃~1,100℃,保温5h~10h即可形成一层结合牢固的渗铬层。渗铬层厚度一般较小,不影响模具型腔的尺寸。如对压铸件的一般形状及尺寸来说,铝合金压铸模3Cr2W8V,经渗铬后的使用寿命可提高10倍左右。

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5.3 表面形成覆盖层强化

气相沉积技术:气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程,改变工件表面成分,在表面形成具有特殊性能(超硬耐磨或特殊的光学、电学性能)的金属或化合物涂层的新技术。

化学气相沉积(CVD)的沉积物由引入高温沉积区的气体离解所产生。CVD处理的模具形状不受限制,可在含碳量大于0.8%的工具钢、渗碳钢、高速钢、铸铁以及硬质合金等表面上进行。在模具上涂覆TiC、TiN覆层的工艺,其覆层硬度高达3,000HV,使模具耐磨性和抗摩擦性能提高。CVD处理后还需要进行淬火回火。采用TiC、TiN的复合涂层,使模具寿命成倍提高。

物理气相沉积(PVD)镀钛加工采用纳米涂层的新技术,在模具表面沉积多层多元素金属薄膜(膜层厚度为l~71a,m),这层膜具有耐磨损、抗腐蚀,高硬度的功能,由于这层膜不与铝、锌等金属溶液亲和或发生反应,能极大地改善压铸件的离模性能而不发生粘模现象。在改善液体金属粘模和热龟裂方面取得最佳效果,有效解决压铸模具碰到的问题,以获得最优的综合使用性能,解决了传统工艺所无法解决的问题。

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6、优化模具设计及压铸工艺

减少模具上尖角、拐角的地方,合理使用材料,规范加工和热处理工艺。模具的氮化处理要控制模具的表面硬度HV,>600,氮化层深度达到0.12~0.2mm。正确的预热模具,优化模具以改进内部冷却,使模具获得均匀热平衡效果,使模具维护稳定较低的温度,合理喷涂涂层,涂层对延缓热疲劳裂纹有重要意义,提高模具寿命和效益。

模具压力加工是机械制造的重要组成部分,而模具的水平、质量和寿命则与模具表面强化技术息息相关。压铸模的工作条件极为复杂和恶劣,影响模具失效的主要是热疲劳。我国铝压铸模技术有了一定的发展,但与国外先进水平相比差距很大,其中模具寿命尤为突出。国外可达到8~15万模次,国产模具寿命一般在4—8万件之间,平均6万件,模具寿命短,直接导致生产效率的下降和产品成本的提高。模具工业是国民经济的基础产业,模具工业的发展水平是衡量国家工业水平及铸件开发能力的标志,从而采用延长压铸模使用寿命地最佳措施,这将对降低生产成本提高经济效益具有重要地现实意义。

用这几招:压铸模具使用寿命可以提高数倍

模具斜面钻孔,这个牛叉了

模具斜面钻孔,这个牛叉了

在斜面上钻孔会出现如下问题:

1.由于两边刃受力不同,容易使钻头偏向下面下方,造成偏斜弯曲,严重时钻头扭断(便摆角度大于挠度)

2.钻小孔时,钻头钢性差,使孔的上半部因钻头弯曲而钻弯,导致孔变成绕轴线弯曲的孔

3.定心不问,使孔距有较大偏差。孔口被挂烂,孔质量较差。

4.起钻斜度较大,加工时单刃切削,切削不联系引起震动,钻心悬空尔钻不进工件,形成铣削状态

一款可以斜面钻孔的机械,任意角度都可以实现,都过更换各种钻头,可以实现很多材质的钻孔,当然,木头也可以!

解决方法:

1.手工划线,并画略大于孔的圆。手电钻加工时,可以在孔心惚一浅窝,手电钻略垂直于斜面起钻,形成过渡孔,然后手电钻放回正确位置,开始钻孔,同时注意看加工孔是否偏离预留的画线孔。手电钻,点动加工为宜。

2.样冲打点,用中心钻做中心孔,或用铣刀钻铣小平台,然后钻头加工,进给量一定不能太大。

模具斜面钻孔,这个牛叉了

3.可水平放置工件,钻浅窝,略微倾斜一些逐步把孔扩大,经过几次调整,把工件方正,加工。

4.制作斜面钻模加工

5.使用圆弧刃多能钻头,选择短钻头(保证钢性),手工刃磨成圆弧钻头,修磨横刃,切削是仍是单面受力但是现在是圆弧面,受力较小,改善单面受力的情况,从而保证斜面孔的加工。

模具斜面钻孔,这个牛叉了

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

在我们生活中有很多带有伸缩功能的管子,它们可以自如伸缩折叠,使用起来也非常的方便,如洗衣机排水管,放在奶茶杯中的吸管等都是这种管子,但常见的这些管子直径都比较小长度也比较短,而还有一种波纹管的直径可达数米也更长,一直好奇这么大的管子表面还带有凹凸,到底是怎么制造出来的。

波纹管是表面呈凹凸状壳体,就像一道道波纹所以就叫波纹管,由于波纹管具有柔软,可折叠伸缩的性能,现在已经广泛应用于化工,电子,电力,土木工程,航天等工程设备中,起密封,隔离,降噪,排水等作用。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

波纹管的发展

人类一直在寻找能够伸缩折叠的软管,在古代的时候人们最早是用动物的皮缝制成管状结构。

到了十七世纪,有人用帆布缝合成软管,并能够近距离输送水,后来这种帆布软管广泛地被应用于消防灭火。

1855年德国人利用当时制造首饰的原理,成功制造出了波纹管,并且还申请了专利。

20世纪开始随着电子技术的发展,波纹管开始被用作各种电子仪器,仪表连接处用于保护元件。

现代随着塑料,橡胶,金属材料和工艺的发展,各种塑料胶管和金属软管相继出现,并在人们生活中广泛应用。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

波纹管的分类

按照材料分类,波纹管主要分为金属波纹管和塑料波纹管

塑料波纹管就是用塑料制成的可伸缩管状产品,塑料波纹管由于省料,质轻并具有优良的物理化学性能,在土木建筑,市政工程,公路桥梁中得到广泛应用。

金属波纹管是外形呈波浪型的管材,最常见的金属波纹管有碳钢,不锈钢或者内层为塑料外层为电镀金属,金属波纹管可以用于小角度转弯,传动,伸缩,在电力,机械工业等行业中广泛应用。

按照成型工艺分类,波纹管主要可以分为液压成型波纹管,滚压成型波纹管,机械胀型波纹管,沉积成型波纹管。

液压成型是波纹管最常见和应用广泛的成型方式,主要是用来制造环形波纹管,可成形壁厚在0.08~4mm的波纹管,液压成型是利用管坯中的液体压力下,让管材膨胀再压缩后成型为波纹管,小直径金属波纹管多采用这种成型工艺。

滚压成型工艺是依靠设在管坯中成型轮的滚压,而形成的波纹管,有的一次只能滚压出一个波纹,有的一次可以滚压出几个波纹,这种工艺主要用于制造大型波纹管。

沉积成型是通过让波纹管材料沉积在模芯上,然后再将模芯溶蚀掉,这种工艺一般用于制造硬度较低的金属波纹管,并且制造成本还较高。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

图片来源:pixabay

塑料波纹管的制造过程

经常能在马路上看到大货车拉着又大又长,表面还有很多波纹的管子,好奇这样的管子到底是怎么样做出来的。

这种大型的管子叫打孔波纹管,它已经成为土木工程建设中排水的主要产品,还被广泛应用于高速公路,市政工程及运动场等地,来看看这种埋在地下的波纹管是怎么制造出来的。

打孔波纹管采用的是挤出一次成型工艺,而原料多是由一些高密度的聚乙烯(HDPE)塑料制成,这种材料耐腐蚀性能强,使用寿命非常长,在生产过程中先把准备好的聚乙烯塑料和一些添加剂放在一起,送入机器中让其充分搅拌混合。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

搅拌混合后的原料被送入到挤出机中,高温加热到230摄氏度,使得塑料颗粒被熔化后挤出黏稠的液体,被看从机器中挤出来的这一坨坨的很难看,就是用它们制造出那些带波纹漂亮的管子。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

波纹管的成型模具是由上百对左右分开的模块组成,通过每对模块循环的闭合和打开就可以不断的制造出波纹管。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

挤出机头伸入到模腔中,随着每组模具的闭合就形成了波纹管的成型腔,挤出机把熔化的聚乙烯塑料注入到模具中,溶液会迅速填充到纹路中,随着模具向前移动模具中的冷却系统会让波纹管硬化成型,每对模具会自动打开脱模,模具向前移动继续循环成型波纹管。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

而脱模后的波纹管就成型了,还要用水冷淋将塑料完全硬化,这根长长的波纹管会不断的增长。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

通过几个带齿的转盘旋转,在波纹管的四周凹槽处打孔,一般都会打方孔这样能增加排水面积。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

波纹管表面用一层滤布包裹并热压粘紧,这样可以防止排水沟上的孔洞被堵塞。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

最后将水管按一定长度切断并缠绕在卷轴上,并用绳子固定,再用塑料薄膜缠绕就可以直接出厂了。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

每一个产品都要进行抽样测试,通过压缩强度测试可以确保管道在承重时不会发生弯曲。

实拍波纹管制造过程,模具很独特,长见识了

看到波纹管的制造过程是不是觉得很简单啊,这一天都能生产出多长的波纹管啊,其实波纹管在重量方面比混泥土管轻得多,抗压能力也差不多,波纹管的内壁更光滑,水流阻力更小,并且施工更简单,接口更加紧密等诸多的优点,看来将来波纹管有可能取代混泥土管。

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铝合金绝密模具技术公开

铝合金绝密模具技术公开

随着汽车的发展,节能和环保日益被人们所关注,汽车的轻量化和环保也被提上的日程,至此各类新能源车也出现在了市场上,铝合金作为一种轻量化的材料在汽车车身上得到了不同程度的应用,掌握这项技术势在必行。

一、首先大家先了解一下车身上使用铝合金情况如下图所示:

铝合金绝密模具技术公开

二、接着我分别按工序给大家介绍一下与我们日常的模具有哪些不同之处。

1. 拉延模:

a、型面及有料流动部分,要采用镶块结构,并做TD处理,而且工作型面抛光处理。因为铝合金在冲压过程中,有较严重的发热现象,因而会在镶块表面烧结出再积屑,影响零件表面质量。

b、拉延筋R角比钢料大,一般是料厚的(3-6)T.

2. 修边模:

a、铝合金材料在修边时废料刀处容易出现塌角,所以尽量减少废料刀布置,同时考虑废料刀锋利程度或改变废料刀的形状如下图所示:

铝合金绝密模具技术公开

b、铝合金冲裁间隙根据铝合金间隙表所得数据后要适当调整,一般为(10%-12%)T.

c、修边刃口合入量不要太大一般在5mm左右,采用台阶凸模,以减少料屑,因为碎屑粉尘会有安全隐患。

3. 翻边整形模:

a、翻边间隙和钢料不同,一般翻边间隙在料的基础上增加0.03~0.05mm,实践表明这样做能尽可能的减少翻边痕迹与褶皱,模具寿命更长。如果间隙小于材料厚度会使表面有更多的褶皱。

b、翻边刀块的翻入量,要尽量的小,因为越过早的与材料接触越容易伤害产品的表面。

铝合金绝密模具技术公开

C、翻边镶块要做TD处理,而且表面光洁度要高。

铝合金绝密模具技术公开

这套模具让我大开眼界,图解波纹管制造过程,解开我多年的疑惑

在我们生活中有很多带有伸缩功能的管子,它们可以自如伸缩折叠,使用起来也非常的方便,如洗衣机排水管,放在奶茶杯中的吸管等都是这种管子,但常见的这些管子直径都比较小长度也比较短,而还有一种波纹管的直径可达数米也更长,一直好奇这么大的管子表面还带有凹凸,到底是怎么制造出来的。

波纹管是表面呈凹凸状壳体,就像一道道波纹所以就叫波纹管,由于波纹管具有柔软,可折叠伸缩的性能,现在已经广泛应用于化工,电子,电力,土木工程,航天等工程设备中,起密封,隔离,降噪,排水等作用。

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波纹管的发展

人类一直在寻找能够伸缩折叠的软管,在古代的时候人们最早是用动物的皮缝制成管状结构。

到了十七世纪,有人用帆布缝合成软管,并能够近距离输送水,后来这种帆布软管广泛地被应用于消防灭火。

1855年德国人利用当时制造首饰的原理,成功制造出了波纹管,并且还申请了专利。

20世纪开始随着电子技术的发展,波纹管开始被用作各种电子仪器,仪表连接处用于保护元件。

现代随着塑料,橡胶,金属材料和工艺的发展,各种塑料胶管和金属软管相继出现,并在人们生活中广泛应用。

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波纹管的分类

按照材料分类,波纹管主要分为金属波纹管和塑料波纹管

塑料波纹管就是用塑料制成的可伸缩管状产品,塑料波纹管由于省料,质轻并具有优良的物理化学性能,在土木建筑,市政工程,公路桥梁中得到广泛应用。

金属波纹管是外形呈波浪型的管材,最常见的金属波纹管有碳钢,不锈钢或者内层为塑料外层为电镀金属,金属波纹管可以用于小角度转弯,传动,伸缩,在电力,机械工业等行业中广泛应用。

按照成型工艺分类,波纹管主要可以分为液压成型波纹管,滚压成型波纹管,机械胀型波纹管,沉积成型波纹管。

液压成型是波纹管最常见和应用广泛的成型方式,主要是用来制造环形波纹管,可成形壁厚在0.08~4mm的波纹管,液压成型是利用管坯中的液体压力下,让管材膨胀再压缩后成型为波纹管,小直径金属波纹管多采用这种成型工艺。

滚压成型工艺是依靠设在管坯中成型轮的滚压,而形成的波纹管,有的一次只能滚压出一个波纹,有的一次可以滚压出几个波纹,这种工艺主要用于制造大型波纹管。

沉积成型是通过让波纹管材料沉积在模芯上,然后再将模芯溶蚀掉,这种工艺一般用于制造硬度较低的金属波纹管,并且制造成本还较高。

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图片来源:pixabay

塑料波纹管的制造过程

经常能在马路上看到大货车拉着又大又长,表面还有很多波纹的管子,好奇这样的管子到底是怎么样做出来的。

这种大型的管子叫打孔波纹管,它已经成为土木工程建设中排水的主要产品,还被广泛应用于高速公路,市政工程及运动场等地,来看看这种埋在地下的波纹管是怎么制造出来的。

打孔波纹管采用的是挤出一次成型工艺,而原料多是由一些高密度的聚乙烯(HDPE)塑料制成,这种材料耐腐蚀性能强,使用寿命非常长,在生产过程中先把准备好的聚乙烯塑料和一些添加剂放在一起,送入机器中让其充分搅拌混合。

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搅拌混合后的原料被送入到挤出机中,高温加热到230摄氏度,使得塑料颗粒被熔化后挤出黏稠的液体,被看从机器中挤出来的这一坨坨的很难看,就是用它们制造出那些带波纹漂亮的管子。

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波纹管的成型模具是由上百对左右分开的模块组成,通过每对模块循环的闭合和打开就可以不断的制造出波纹管。

这套模具让我大开眼界,图解波纹管制造过程,解开我多年的疑惑

挤出机头伸入到模腔中,随着每组模具的闭合就形成了波纹管的成型腔,挤出机把熔化的聚乙烯塑料注入到模具中,溶液会迅速填充到纹路中,随着模具向前移动模具中的冷却系统会让波纹管硬化成型,每对模具会自动打开脱模,模具向前移动继续循环成型波纹管。

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而脱模后的波纹管就成型了,还要用水冷淋将塑料完全硬化,这根长长的波纹管会不断的增长。

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通过几个带齿的转盘旋转,在波纹管的四周凹槽处打孔,一般都会打方孔这样能增加排水面积。

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波纹管表面用一层滤布包裹并热压粘紧,这样可以防止排水沟上的孔洞被堵塞。

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最后将水管按一定长度切断并缠绕在卷轴上,并用绳子固定,再用塑料薄膜缠绕就可以直接出厂了。

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每一个产品都要进行抽样测试,通过压缩强度测试可以确保管道在承重时不会发生弯曲。

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看到波纹管的制造过程是不是觉得很简单啊,这一天都能生产出多长的波纹管啊,其实波纹管在重量方面比混泥土管轻得多,抗压能力也差不多,波纹管的内壁更光滑,水流阻力更小,并且施工更简单,接口更加紧密等诸多的优点,看来将来波纹管有可能取代混泥土管。

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创成式设计支持的随形冷却模具冷却管路自动化设计

创成式设计(Generative Design)是通过编写算法和程序来设计的过程,是一个人机交互、自我创新的过程,具体来说由设计师选择生成模型的策略、编写算法,以人机交互的参数化建模,根据客观的设计目标,结合仿真、优化方法,直到获得最优化的设计。

注射成型对于大量生产形状复杂的塑料产品是必不可少的加工工艺。而为了注塑过程中更好的冷却效果,靠近模具表面的随形冷却通道是设计上的难点之一。由熟练的设计者开发出优良的冷却系统是重要的。值得欣喜的是,智能化的设计工具正在取代人工设计过程,在这方面,欧特克大学日本近日通过创成式设计实现了随形冷却模具冷却管路的自动化设计。

创成式设计支持的随形冷却模具冷却管路自动化设计

来源:欧特克

人类难以实现的设计

松下公司利用LUMEX Avance-25混合3D金属打印机进行模具制造。传统的模具内冷却通道是通过二次加工来实现的。通过交叉钻孔产生创造管直线的内部网络,通过内置流体插头来调整流速和方向。3D打印制造使得模具制造商摆脱了交叉钻孔的限制。

创成式设计支持的随形冷却模具冷却管路自动化设计

来源:欧特克

现在,可以设计内部通道更靠近模具的冷却表面,并具有平滑的角落,更快的流量,增加热量转移到冷却液的效率。还可以根据冷却要求设计不同的冷却回路,旨在以一致的速度进行散热,以促进散热的均匀性。松下公司通过随形冷却,与使用通过钻孔形成的直管的常规方法相比,冷却时间减少了约20%。

不过令人印象深刻的是,松下公司的随形冷却通道是通过智能化的软件工具实现的,通过结构分析,创成式设计可以平滑地创造出人类无法想象的形状。与拓扑优化相比,设计者发现拓扑优化只能为给定条件提供一种解决方案,并且很难使最终的形状平滑。相反,创成式设计可以实现平滑的形状。

创成式设计支持的随形冷却模具冷却管路自动化设计

来源:欧特克

在通过创成式设计软件进行自动设计的过程中,冷却管道的形状随着计算而改变,并且仅在必要的部分出现管道的形状。另外,还出现管道在中途分支的独特形状。这让设计师对这样的从未见过的形状感到惊讶,创成式设计中呈现的所有形状都不是日常中能想到的。

当然创成式设计带了的是许多设计结果,需要通过Autodesk Moldflow的模流仿真软件来提高设计完整性,而不是仅仅依靠设计师的技能。

3D科学谷Review

乔布斯(Steve Jobs) 曾经说过,21世纪最好的创新是将生物学与技术相交叉。

工业制造领域中有很多零部件或机械的设计都是从生物学中得到的灵感,比如说潜艇的设计是从海豚体形或皮肤结构中得到的灵感….这样的例子在工业领域还有很多很多。

那么,为什么我们需要将生物学的概念引入制造中呢?大自然创造的生物结构巧妙而复杂,人们如何将这些大自然的作品“复制”到工业制造中呢?日益发展的智能化设计软件与3D打印技术为我们提供了一条创造仿生结构的捷径。

当前在3D打印领域,提到最多的可能是拓扑优化,而不是创成式设计。虽然很多场合二者都是混为一谈的,但细究起来创成式设计(Generative Design)是根据一些起始参数通过迭代并调整来找到一个(优化)模型。拓扑优化(Topology Optimization)是对给定的模型进行分析,常见的是根据边界条件进行有限元分析,然后对模型变形或删减来进行优化。

创成式设计可以帮助设计师优化零件强度重量比,可以模仿自然结构发展的方式,创造出最强大的结构,同时最大限度地减少材料的使用。

例如,人体骨骼具有复杂的内部和外部特征,由硬质外皮(骨皮质)骨形成刚性外层,但还需要允许血管这样脆弱的组织穿过骨骼内部的蜂窝状结构。这种蜂窝材料由胶原纤维组成,具有令人难以置信的抗拉强度和抗压强度。因此,蜂窝结构已经被大量需要轻量化的结构所采用,从飞机涡轮叶片到生活中不起眼的纸板箱中。在所有这些应用中,蜂窝使得零件更坚固和更轻。

创成式设计是一个人机交互、自我创新的过程。根据输入者的设计意图,通过”创成式”系统,生成潜在的可行性设计方案的几何模型,然后进行综合对比,筛选出设计方案推送给设计者进行最后的决策。

通俗理解创成式设计是一种通过设计软件中的算法自动生成艺术品、建筑模型、产品模型的设计方法。创成式设计是一种参数化建模方式,在设计的过程中,当设计师输入产品参数之后,算法将自动进行调整判断,直到获得最优化的设计。目前比较著名的创成式设计软件包括欧特克的Within,欧特克的Dreamcatcher,西门子的Solid Edge ST10等。

创成式设计将激发设计师通过手动建模不易获得的思想灵感,创造出拥有不寻常的复杂几何结构设计作品。3D打印技术由于可以将复杂的设计转化为现实,注定已成为创成式设计的“好伙伴”。

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