我國(guó)模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展說(shuō)課材料

1、我國(guó)模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展模具與現(xiàn)代技術(shù)概論 （實(shí)踐 ）作業(yè)報(bào)告 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 1202 梁萍國(guó)內(nèi)模具業(yè)現(xiàn)狀我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展速度很快。我國(guó)模具行業(yè) " 十一五 " 頭 3 年模具工業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率為 17.1%, 2003 年全國(guó)模具總產(chǎn)值達(dá) 450 億元以上 ,2005 年總銷售額超 600 億元 , 從近 3 年 多的發(fā)展情況來(lái)看 ,我國(guó)模具市場(chǎng)發(fā)展前景十分樂(lè)觀。 2010年全國(guó)模具總產(chǎn)值達(dá)約 1200億元 , 按每年 15%的增長(zhǎng)率， 預(yù)計(jì)到 2020 年約為 3100 億元。 經(jīng)過(guò) 10 年努力我國(guó)模具水平到 2020 年時(shí)將進(jìn)入亞洲先進(jìn)水平的行列 ,再經(jīng)過(guò)

2、10 年的努力 ,2030 年時(shí)基本達(dá)到國(guó)際水平 ,我國(guó)不但 成為模具生產(chǎn)大國(guó) ,而且進(jìn)入世界模具生產(chǎn)制造強(qiáng)國(guó)之列。在模具生產(chǎn)方面，國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)精度達(dá) 2卩m的精密多工位級(jí)進(jìn)模；在汽車模具方面， 已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展,增大了用于模具技術(shù)進(jìn)步的投資 ，現(xiàn)今從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已有 100 余家 ，從事模具技術(shù)教育培訓(xùn)的院 校已超過(guò) 150 家。二世界發(fā)達(dá)國(guó)家的差距目前全世界模具年產(chǎn)值約為 600億美元，日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已 超過(guò)機(jī)床工業(yè)。 雖然中國(guó)模具工業(yè)近幾年設(shè)計(jì)、 制造技術(shù)、 模具質(zhì)量水平等取得了很大的發(fā) 展， 但與世界

3、發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大的差距。（1）模具設(shè)計(jì)體系、規(guī)范。模具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是當(dāng)務(wù)之急。（ 2）制造工藝水平。 國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)廠家工藝條件參差不齊。 不少?gòu)S家特別是私有企業(yè) ， 由于設(shè)備不配套 ， 很多工作依賴手工完成 ， 嚴(yán)重影響精度和質(zhì)量。 而歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn) 技術(shù)水平在國(guó)際上是一流的。（3）調(diào)試水平。模具屬于工藝裝備， 生產(chǎn)出合格制品才是最終目的。國(guó)內(nèi)模具的質(zhì)量、性能檢驗(yàn)大多放在用戶處 ， 易給用戶造成大量的損失和浪費(fèi)。而國(guó)外大都擁有自己的試模場(chǎng) 所和設(shè)備 ， 可以模擬用戶的工作條件試模 ， 所以能在最短時(shí)限達(dá)到很好的效果。（4）原材料問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)模具多采用2Cr13和3Cr13,而國(guó)

4、外則采用專用模具材料 DINI、2316， 其綜合機(jī)械性能、耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)材料。材料從根本上 影響國(guó)產(chǎn)模具的外觀質(zhì)量和使用壽命。， 所以進(jìn)口模具價(jià)格比國(guó)產(chǎn)模原料供應(yīng)商合作 ， 無(wú)形中使用20 世紀(jì) 90 年代以前，模具的進(jìn)入 90 年代，巨大的市場(chǎng)需求，5）價(jià)格因素。 對(duì)用戶而言合理的質(zhì)量?jī)r(jià)格比是最優(yōu)選擇具高 810 倍， 仍有其市場(chǎng)空間。（ 6）配套體系。 我國(guó)模具生產(chǎn)企業(yè)往往忽視與其它設(shè)備、 戶走了許多彎路。三、模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)我國(guó)的模具制造工藝設(shè)備同先進(jìn)國(guó)家相比還有一定差距。設(shè)計(jì)使用計(jì)算機(jī)的很少， 制造也主要以普通萬(wàn)能設(shè)備為主。特別是汽車、 摩托車業(yè)的快速發(fā)

5、展， 極大地推進(jìn)了中國(guó)模具業(yè)的發(fā)展。 同時(shí)隨著合資和獨(dú)資 企業(yè)的介入， 國(guó)外先進(jìn)的模具設(shè)備和制造技術(shù)的引進(jìn)， 促使國(guó)產(chǎn)模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平逐步提高， 一些企業(yè)已經(jīng)具備設(shè)計(jì)和制造大型精密模具的能力。我國(guó)的模具設(shè)計(jì)制造能力和市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車鑄造模 具，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。隨著模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平提高， 高新技術(shù)在模具的設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用， 已成為快 速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。CAD/CAM/CAE勺應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè) 的優(yōu)越性，CAD/CAM/CAE5成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。CAD/

6、CAMH體化技術(shù)已在鑄造模具業(yè)中廣泛使用，目前二維設(shè)計(jì)使用的軟件主要是AutoCAD,三維設(shè)計(jì)使用的軟件比較多，主要有 Pro/E 、UG、Cimatron 等。最近幾年，不斷引進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，在零件測(cè) 繪方面, 一般不再用拓印法, 樣板法, 而采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和激光掃描儀等先進(jìn)測(cè)量設(shè)備和 測(cè)量技術(shù), 測(cè)繪零件不僅準(zhǔn)確、 迅速,而且可將所測(cè)數(shù)據(jù)和圖形直接輸入計(jì)算機(jī), 建立各種 文件，顯示 零件的三維模型和二維圖形。在設(shè)計(jì)方面，由于CAD的普遍應(yīng)用，許多企業(yè)和工廠已經(jīng)甩掉了圖板， 三維造型軟件的大力推廣， 不僅可為CNC編程和集成提供保證， 還可 以在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行裝配干涉的檢查, 保證設(shè)

7、計(jì)和工藝的合理性。 在加工方面, 數(shù)控機(jī)床的廣泛 使用不僅保證鑄造模具零件的加工精度和質(zhì)量, 而且以高切削速度、 高進(jìn)給速度和高加工質(zhì) 量為主要特征的加工技術(shù), 比傳統(tǒng)的切削加工效率提高幾倍甚至十幾倍。 一些上規(guī)模、 上水 平的鑄造模具廠不斷涌現(xiàn),一些無(wú)技術(shù)、 無(wú)水準(zhǔn)、設(shè)備簡(jiǎn)陋的手工作坊逐步被淘汰出局, 使 我國(guó)的鑄造模具廠業(yè)又有了長(zhǎng)足的發(fā)展。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)呈現(xiàn)以下幾方面特點(diǎn)：(1) AutoCAD被設(shè)計(jì)人員普遍使用。(2) CAD/CAM已在模具技術(shù)與制造上廣泛使用。(3) 快速成型制造模具已進(jìn)入到使用階段,LOS、SLS 等方法應(yīng)用的可靠性和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到和超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品水平。(4)

8、高速加工(High speed machining ，簡(jiǎn)稱HSM技術(shù)引進(jìn)模具工業(yè)，提高了模具精 度。大大縮短了模具制造時(shí)間。(5) CAE逆向工程已有部分企業(yè)應(yīng)用并取得明顯效果。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期的凝固模擬大大優(yōu)化了工藝設(shè)計(jì)，縮短了試驗(yàn)時(shí)間，利用逆向工程、數(shù)字化(CAD/CAM方法制作模具(尤其是復(fù)雜模具)更是具有周期短、精度高、一致性好及價(jià)格低等許多優(yōu)點(diǎn)。(6) 采用優(yōu)質(zhì)模具材料,提高表面處理技術(shù)。(7) 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率,同時(shí)加強(qiáng)與鑄造設(shè)備廠的溝通。在模具材料及表面處理技術(shù)方面, 隨著模具加工技術(shù)的提高及對(duì)鑄模尺寸穩(wěn)定性要求的提高，一些模具鋼、鉻鉬合金鋼，H13鋼，也開(kāi)始用于制

9、作熱芯盒和鑄模本體。在壓鑄模具中襯模材料早期主要采用 3Cr2W8V近年來(lái)較多地采用 H13、瑞典的8407、DIVER等熱作模 具鋼 。壓鑄模具其他部分材料有碳鋼、工具鋼，也有一些鑄鐵。四、我國(guó)模具行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，中國(guó)經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)增長(zhǎng)，今后鑄造模具總體需求還會(huì)增長(zhǎng)。中國(guó)模具近年來(lái)以17%平均的速度增長(zhǎng)，高于中國(guó) GDP勺平均增值一倍多。鑄造模具也可以保持同 步的發(fā)展 ,因此鑄造模具還有很大的發(fā)展空間。1. 技術(shù)上要進(jìn)一步完善當(dāng)前, 我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多,更新快,市場(chǎng)仍處買方市場(chǎng)態(tài)勢(shì)。這種情況 下,用戶對(duì)產(chǎn)品包括模具制造的要求是“工期短、精度高、質(zhì)量好、價(jià)格低”。用

10、戶對(duì)鑄造模具產(chǎn)品的苛刻, 正是對(duì)廠家日益完善的壓力。 確實(shí)是對(duì)鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)一個(gè)完整體系的 考驗(yàn)。(1) CAD/CAM/CA一體化 當(dāng)前多數(shù)鑄造模具廠家依然采用老辦法,設(shè)計(jì),編程、工藝、加工、檢查都是相對(duì)獨(dú)立 分開(kāi),獨(dú)立考核,獨(dú)立核算,而拉開(kāi)大幕看市場(chǎng),這方面,部分國(guó)企模具廠落伍了。一些中 小模具廠采取的是一條龍作業(yè)方式, 從設(shè)計(jì)到編程直到加工出產(chǎn)品甚至售后服務(wù)均由一人或 幾人完成,生產(chǎn)傳遞環(huán)節(jié)少,出現(xiàn)問(wèn)題易發(fā)覺(jué),因而成本低、質(zhì)量好,周期短。如果 CAD/CAM/CA一體化加工能夠提高普及率，我國(guó)模具生產(chǎn)能力將有一個(gè)飛躍。( 2)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用模具設(shè)計(jì)上, 很多國(guó)外模具廠家都采用標(biāo)準(zhǔn)化組

11、合設(shè)計(jì), 因而設(shè)計(jì)周期短, 而我國(guó)目前 全部產(chǎn)品都是從開(kāi)頭設(shè)計(jì), 包括每個(gè)環(huán)節(jié)。 因而,使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期, 而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。 因此標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。 模具標(biāo)準(zhǔn)件的 開(kāi)發(fā)利用，將使我國(guó)鑄造模具生產(chǎn)大為簡(jiǎn)化 。（ 3）求逆向工程開(kāi)發(fā)鑄造模具制造范圍一般而言，反求工程是指對(duì)難以用 CAD建立數(shù)據(jù)模型，而只能通過(guò)對(duì)實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描、 測(cè)量的方法采集數(shù)據(jù)，在 CAM軟件系統(tǒng)中建立數(shù)學(xué)模型，后生成NC程序，控制數(shù)控加工中心進(jìn)行模具制造的過(guò)程。 這樣就縮短了模具制造周期， 又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 反求工程在模具 制造業(yè)上應(yīng)值得推廣應(yīng)用?？梢詳U(kuò)展產(chǎn)品加工范圍。2.

12、 高新設(shè)備的應(yīng)用（1）高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工， 主軸轉(zhuǎn)速可達(dá) 40000 100000r/min, 快速進(jìn)給速度可 達(dá)到 3040m/min, 換刀時(shí)間可提到 13s. 這就大幅度提高了加工效率，如在加工壓鑄模時(shí)， 可提高78倍，并可獲得 Raw 10卩m的加工表面粗糙度。形狀精度可達(dá)10m。外還可以加工硬度達(dá)60HRC的模塊，形成了對(duì)電火花成形加工的挑戰(zhàn)。因此，高速銃削加工技術(shù)的發(fā)展，將促成鑄造模具加工技術(shù)的發(fā)展。（2）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大作用英國(guó)雷尼紹公司模具掃描系統(tǒng)， 已在我國(guó) 200 多家模具廠點(diǎn)得到應(yīng)用， 效果良好。 該系 統(tǒng)提供了從

13、模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退枰闹T多功能，大大縮短了鑄造模具研制和制造周期，如RENSCAN20快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銃床及加工中心上， 用雷尼紹的SP2-1掃描頭實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，控制核心是雷尼紹TRACECU軟件，可自動(dòng)生成各種不同數(shù)據(jù)系統(tǒng)的加工程序及不同格式的CAD數(shù)據(jù)。（ 3）模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展 模具表面精加工是模具加工未能很好解決的難題之一，也正是模具鉗工勞動(dòng)強(qiáng)度大、 成為瓶頸原因之一。 特別反映在硬度大的金屬、 壓鑄模具進(jìn)行最后組裝過(guò)程。 我國(guó)目前仍以手 工為主，不僅質(zhì)量不穩(wěn)定、周期長(zhǎng)， 而且工人作業(yè)環(huán)境差，制約了我國(guó)鑄造模具向更高層次 發(fā)

14、展。因此，研究拋光自動(dòng)化、智能化是當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)然，由于鑄造模具、壓鑄模具型腔復(fù) 雜，采用拋光的自動(dòng)化、智能化有一定局限。3. 未來(lái)的發(fā)展方向快速制模技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展中起著重要作用。而隨著科技的發(fā)展， 市場(chǎng)對(duì)制模技術(shù)的要求必然越來(lái)越高。 雖然間接制模技術(shù)被廣泛應(yīng)用，但其模具精準(zhǔn)度不高， 綜合性能較低， 無(wú)法滿足市場(chǎng)發(fā)展需求。 直接制模技術(shù)雖然可以保證其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確， 在質(zhì)量上比較 穩(wěn)定， 但其技術(shù)并不成熟，實(shí)際操作中很難控制模具的具體數(shù)據(jù)。所以，相關(guān)部門必須重視快速制模技術(shù)的發(fā)展，加大研發(fā)資金投入，研發(fā)出綜合性能較高、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單的快速制模技術(shù)， 這是快速制模技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)

15、， 也是提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和增加經(jīng)濟(jì) 效益的重要手段。未來(lái)模具行業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展 :（1）以機(jī)床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)以及海洋工程為主要目標(biāo)，以重、高、大、難為 特點(diǎn)，開(kāi)展重大技術(shù)裝備、 鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。 發(fā)展數(shù)值模擬、 物理模擬及專家系統(tǒng)， 使鑄造技術(shù)由“經(jīng)驗(yàn)”走向“定量” 。（2）以汽車工業(yè)、航空航天及核能工業(yè)為主要目標(biāo)，以強(qiáng)韌化、輕量化、精密化和高 效化為特點(diǎn)，開(kāi)展鑄造模具新材料、新工藝的研究。（3）為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，開(kāi)展鑄 造過(guò)程自動(dòng)化。柔性生產(chǎn)單元和系統(tǒng)及集成制造技術(shù)的研究。（4）激勵(lì)開(kāi)展有潛力在應(yīng)用前景的鑄造模具技術(shù)

16、應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。（5）大力發(fā)展提供鑄造工藝材料及輔助的專業(yè)化、現(xiàn)代化的企業(yè)。（6）發(fā)展綠色集約化鑄造，加大治理鑄造過(guò)程對(duì)環(huán)境污染的力度，加強(qiáng)對(duì)鑄造材料的 再生和回用。4.3D 打印技術(shù)，未來(lái)模具發(fā)展的方向3D 打印技術(shù)，它是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末 狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印。 3D 打印和機(jī)器人一樣是一種全新的工業(yè)革命 的標(biāo)志性技術(shù)， 是新的技術(shù)革命對(duì)模具制造變革的機(jī)遇和挑戰(zhàn)， 模具行業(yè)要把握住這種機(jī)遇， 以探索更具有競(jìng)爭(zhēng)性和未來(lái)前瞻的新工藝，完成模具業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級(jí)。 3D 打印技術(shù)雖然 在模具行業(yè)中的應(yīng)用還有些瓶頸，相信通過(guò)不懈的努力，一定會(huì)成為模具發(fā)展的方向。五、結(jié)語(yǔ)當(dāng)今產(chǎn)品的概念不僅僅是滿足于產(chǎn)品的功能， 要求外表美觀、 精致、 豪華、技術(shù)含量高、 舒適、性化、綠色化等。此適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求, 設(shè)計(jì)、加工出造型獨(dú)特、尺寸精良批量產(chǎn)品 , 就必須進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)加工的技術(shù)含量 , 為此模具制造難度自然增大。 所以 及時(shí)了解模具現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài) , 找出差距 ,確定目標(biāo) ,尋求最佳模具設(shè)計(jì)加工技術(shù) , 相信隨著 計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息化技術(shù)的不斷發(fā)展 , 模具中先進(jìn)制造技術(shù)相互滲透 , 必將帶動(dòng)模具技術(shù)取 得長(zhǎng)足的發(fā)展。 快