0005 畢業(yè)設計說明書(論文)書寫式樣

1、現代模具的先進制造方法綜述摘要：本文主要介紹了當今模具行業(yè)的先進加工制造方法。從現階段的發(fā)展狀況出發(fā)，合理分析了今后的發(fā)展趨勢，并對現代模具的幾種先進加工制造方法進行了概括性的介紹。關鍵詞：模具制造 先進方法 綜述Abstract: In this paper, the mold industry in todays advanced manufacturing methods. Starting from the current state of development, rational analysis of the development trend of the future, an

2、d several modern mold manufacturing methods of advanced general are introduced.一、模具行業(yè)發(fā)展現狀及今后趨勢1.模具和模具行業(yè)模具是用來成型物品的工具，這種工具有各種零件構成，不同的模具由不同的零件構成。它主要通過所成型材料物理狀態(tài)的改變來實現物品外形的加工。在沖裁、成形沖壓、模鍛、冷鐓、擠壓、粉末冶金件壓制、壓力鑄造，以工程塑料、橡膠、陶瓷等制品的壓塑或注塑的成形加工中，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。 在現代化工業(yè)生產中，60%-90%的工業(yè)產品需要使用模具加工，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的

3、基礎，許多新產品的開發(fā)和生產在很大程度上以來模具的生產，特別是汽車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎的機械行業(yè)，據國際生產技術協(xié)會預測，21世紀機械制造業(yè)的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都將依賴模具完成。因此，模具工業(yè)已經成為國民經濟的重要基礎工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關鍵是模具技術的進步，模具技術有涉及到許多學科的交叉。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已經成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。世界上許多國家，特別是一些工業(yè)發(fā)達的國家都十分重視模具技術的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進技術和設備，提高模具制造水平，已經取得了顯著的經濟效益?？v觀世界

4、經濟的發(fā)展，模具工業(yè)在經濟繁榮和經濟蕭條時代都不可或缺。經濟發(fā)展較快時，產品暢銷，自然要求模具能跟上；而經濟發(fā)展滯緩時期，產品不暢銷，企業(yè)必然千方百計開發(fā)新產品，這同樣會給模具帶來強勁的需求。因此，模具行業(yè)是一個經久不衰的工業(yè)。2、我國模具技術的現狀及發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產中極其重要而又不可或缺的特殊基礎工藝裝備，其生產過程集精密制造、計算機技術、智能控制和綠色制造為一體，既是高新技術載體，又是高新技術產品。主要用于高效大批量生產工業(yè)產品中的有關部件和制件，其產業(yè)關聯度高，技術、資金密集，是制造業(yè)各有關行業(yè)產業(yè)升級和技術進步的重要保障。 隨著時代的進步和科技的發(fā)展，過去長期依賴鉗工、以鉗工為

5、核心的粗放型作坊式的生產管理模式，正逐漸被以技術為依托、以設計為中心的集約型現代化生產管理模式所替代；模具產品的傳統(tǒng)概念也正被模具是高新技術產品的概念所替代。數控技術已把工人從繁重的體力勞動中解放出來，CAD/CAM/CAE軟件已把模具技術人員從繁重的腦力勞動中解放出來。目前模具總銷售額中塑料模具占比最大，約占45%；沖壓模具約占37%；鑄造模具約占9%：其他各類模具共計約9%。 我國模具工業(yè)處于世界中等水平，與國際先進水平相比，仍有大約10年以上的差距，模具加工在線測量和計算機輔助測量及企業(yè)管理的差距在15年以上。主要表現為：模具使用壽命低30%50%（精沖模壽命一般只有國外先進水平的1/3

6、左右），生產周期長30%一50%，質量可靠性與穩(wěn)定性較差，制造精度和標準化程度較低等。與此同時，我國在研發(fā)能力、人員素質、對模具設計制造的基礎理論與技術的研究等方面也存在較大差距，因此造成在模具新領域的開拓和新產品的開發(fā)上較慢，目前我國中低檔模具已供過于求，而以大型、精密、復雜、長壽命模具為主要代表的高技術含量模具自給率還較低，只有60%左右，有很大一部分依靠進口。我們還處于以向先進國家跟蹤學習為主的階段，創(chuàng)新不夠，尚未到達信息化生產管理和創(chuàng)新發(fā)展階段。 可喜的是近年來我國的模具技術和水平也取得了長足的進步主要表現在一下方面：1)研究開發(fā)模具新鋼種及硬質合金、鋼結硬質合金等新材料，一些新的熱處

7、理工藝，延長了模具的使用壽命。2)開發(fā)了一些多工位級進模和硬質合金模等新產品，并根據國內生產需要研制了一批精密塑料注射模。3)研究開發(fā)一些模具加工新技術和新工藝，如三維曲面數控、仿形加工；模具鋼的超塑性成形技術和各種快速制模技術等。4)模具加工設備已得到較大發(fā)展，國內已能批量生產精密坐標磨床、計算機數字控制(CNC)銑床、CNC 電火花線切割機床和高精度電火花成形機床等。5)模具計算機輔助設計和制造已在國內開發(fā)和應用。我國的模具技術雖然得到了較大的發(fā)展，但 仍然還需花費大量資金向國外進口模具，其原因是：1)專業(yè)化生產和標準化程度低。2)模具品種少，生產效率低、經濟效益較差。3)模具生產制造周期

8、長、精度不高，制造技術落后。4)模具壽命短，新材料使用量少。5)模具生產力量分散、管理落后。根據我國模具技術發(fā)展的現狀及存在問題，今后的發(fā)展方向為：1)開發(fā)和發(fā)展精密、復雜、大型、長壽命的模具，以滿足國內外市場的需要。2)加速模具的標準化和商品化，以提高模具質量，縮短模具生產周期。3)大力開發(fā)和推廣應用模具 CAD/CAM 技術，提高模具制造過程的自動化程度。4)積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術和新材料。5)發(fā)展模具加工成套設備，以滿足高速發(fā)展模具工業(yè)的需要。二、模具制造的基本要求和特點1、模具制造的要求(1)制造精度高 為了生產合格的產品和發(fā)揮模具的效能，設計、制造的模具必須具有較高的精度

9、。模 具的精度主要是由模具零件精度和模具結構的要求來決定的。為了保證制品精度，模具工作部分的精度通常要比制品精度高 24 級；模具結構對上、下模之間的配合有較高要求，因此組成模具的零件都必須有足夠的制造精度。(2)使用壽命長(3)制造周期短 模具制造周期的長短主要取決于制模技術和生產管理水平的高低。為了滿足生產需要，提高產品競爭能力，必須在保證質量的前提下盡量縮短模具制造周期。(4)模具成本低 模具成本與模具結構的復雜程度、模具材料、制造精度要求及加工方法等有關，必須根據制品要求合理設計模具和制訂其加工工藝。2、模具制造的特點 模具制造屬于機械制造范疇，但與一般機械制造相比，它具有許多特點：(

10、1)單件生產 用模具成型制品時，每種模具一般只生產 12 副，所以模具制造屬于單件生產。每制造一副模具，都必須從設計開始，制造周期比較長。(2)制造質量要求高(3)形狀復雜 模具的工作部分一般都是二維或三維復雜曲面，而不是一般機械的簡單幾何體。(4)材料硬度高 模具實際上相當于一種機械加工工具，硬度要求高，一般用淬火工具鋼或硬質合金等材料，采用傳統(tǒng)的機械加工方法制造有時十分困難。三、模具先進制造技術1. 先進制造技術的范疇：一般認為先進制造技術有以下四部分組成，但它是動態(tài)的，變化的。1） 現代設計技術合理的設計是決定產品品質、環(huán)境相容性、經濟性和滿足需求的基礎，設計的水平、質量和效率是決定產品

11、開發(fā)能力和市場競爭能力的重要環(huán)節(jié)。在新的技術環(huán)境下，現代設計技術以計算機輔助工具和包含豐富的數據庫、知識庫支撐體系的智能技術為基礎，將設計、制造和生產過程有機結合在一起，形成一些新的理論和方法。主要包括：計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、反求工程技術（RE）、并行工程（CE）、協(xié)同設計技術（CSCW）、穩(wěn)健設計技術（Robust Design）與質量功能配置、再生工程、綠色產品設計等。2） 先進制造工藝技術先進制造工藝是先進制造系統(tǒng)的基礎，是實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔生產和保證產品質量與市場競爭力的前提。例如金屬超塑性的發(fā)現、金屬緊密鑄鍛沖壓工藝的進步已經可以實現不經切削加工

12、或極少加工余量即可成形，使得成型制造技術正在從制造工件毛坯或接近零件形狀向直接制成工件或凈成形的方向發(fā)展；用于汽車、飛機、精密機械的精密加工精度已達（um）級，用于磁盤、磁鼓制造的精密加工精度已達到亞微米級（0.01um），用于超精密電子器件的精密加工精度已經達到毫微米級（0.001um），而超精密加工的精度也已經達到納米級（0.1-100nm）級的階段，這些都是實現高效清潔生產的關鍵技術。主要包括：計算機輔助制造（CAM）、少無切削制造技術、精密加工和超精密加工技術、非機械加工制造技術、快速原型制造（RPM）、仿生制造、虛擬制造技術（VMT）等。3） 綜合自動化技術綜合自動化技術事實上是一個

13、包含計算機技術、網絡技術、自動化技術的運作系統(tǒng)，通過現代系統(tǒng)管理思想貫穿在一起，以實現從信息、功能、過程直至企業(yè)的集成和優(yōu)化技術的物化環(huán)節(jié)，能過將制造企業(yè)的人、技術、管理和資源以及物流、信息流、與價值流有機結合在一起。主要包括：分布式數控技術（DNC）、柔性制造技術（FMT）、集成制造技術（CIMT）、智能制造技術（IMT）。3） 現代系統(tǒng)管理技術現代系統(tǒng)管理技術是一項富有哲學意味的系統(tǒng)理論和方法，它在信息集成、功能集成、過程集成和企業(yè)集成的基礎上，著重討論如何最大限度的發(fā)揮已有技術、設備、資源和人員的作用和最大限度的提高企業(yè)經濟效益和競爭能力的組織與經營管理策略。主要包括：制造資源計劃（MR

14、PII）、準時制造（JIT）和精益生產（LP）、敏捷制造（AM）、全球化制造（GM）和星系管理系統(tǒng)（IMS）、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及相關技術等。2. 傳統(tǒng)加工與特種加工的比較1）傳統(tǒng)的模具加工制造方法，也就是機械加工，即用傳統(tǒng)的切削與磨削加工與現代數控機床加工，機械加工也常作為零件粗加工和半精加工的主要方法。機械加工的主要特點是加工精度高、生產效率高，而且用相同的設備和工具可以加工出各種形狀和尺寸的工件。但是，用機械加工方法加工形狀復雜的工件時，其加工速度很慢，高硬度材料難以加工。2）特種加工 特種加工是有別于傳統(tǒng)機械加工的加工方法，例如電加工。從廣義上講，特種加工是指那些不需要用比工件更硬的工具，

15、也不需要在加工過程中施加明顯的機械力，而是直接利用電能、聲能、光能、化學能等來除去工件上的多余部分，以達到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法。3幾種先進制造技術方法:3.1 電火花加工 電火花加工（EDM）也稱放電加工或電蝕加工，其基本原理是利用工件和工具電極之間所產生的火花放電現象。在火花放電的瞬間，會產生約一萬度的高溫，從而使金屬熔化、汽化而被去除，不斷的火花放電，就會不斷的蝕去金屬，最終達到加工成型的目的。在特種加工中，電火花加工的應用最為廣泛，尤其在模具制造業(yè)有著極為重要的地位。 電火花加工主要應用于模具中型孔、型腔的加工。 （1）電火花穿孔成型加工：主要用于型腔加工（加工各類型

16、腔模及各種復雜的型腔零件）和穿孔加工（加工各種沖模，擠壓模、粉末冶金模、各種異型孔及微孔等），約占電火花加工總數的30%。 （2）電火花線切割加工：主要用于切割各種沖模和具有直紋面的零件；下料、截割和窄縫加工，約占電火花加工總數的60%。還有電火花內孔、外圓和成型磨削，電火花同步共軛回轉加工，電火花高速小孔加工，電火花表面強化刻字等。 電火花加工屬于非接觸加工，因此加工中無宏觀切削力。故適用于薄壁、低剛度工件和微細結構的加工。由于可以簡單地將工具電極的形狀比較簡單的復制在工件上，特別適合于復雜的型孔和型腔加工。采用數控技術，可以將形狀比較簡單的工具電極加工出復雜形狀的型腔。 電火花型腔加工主要

17、用于注射模、壓鑄模和熱鍛模等模具的型腔成形。為了節(jié)省加工時間，經常采用切削加工和電火花加工相結合的方法。即在模具淬火之前將型腔的主要材料用切削加工的方法切除，淬火后，再采用電加工的方法最后成形。雖然有時零件不需要淬火，也可以采用類似的方法。采用高速數控銑削時，這種方法十分常見，并在生產中逐漸演變成電火花成型加工的競爭對象。 3.2 高速切削技術它是一項高新技術，以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，在模具制造行業(yè)中獲得了愈來愈廣泛的應用，并已取得了重大的技術經濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。高速刀具技術模具制造業(yè)中將普遍應用高速(超高速)干式切削技術。超硬刀具材料的應用、復合(組合

18、)式各類高速切削刀具(工具)的結構設計與制造技術，是刀具(工具)品種發(fā)展的主導技術。其中無屑加工工藝的搓、擠滾壓成形類刀具(工具)應用會更加廣泛；超硬刀具材料將在各類刀具的涂層材料、SiN 陶瓷及Ti基陶瓷領域發(fā)展更快、應用更加廣泛。 高速機床技術我國高速機床技術重點：一是研發(fā)機床關鍵功能部件；二是多功能復合機床設計、制造網絡、通訊網絡技術的應用等。隨著數控系統(tǒng)，關鍵功能部件、網絡通訊技術的進步與完善，將促使多軸聯動、多面高速加工中心，銑、車功能為一體的復合加工中心技術達到實用化；相應出現各類數控專用高效率加工機床；將激光技術更加廣泛應用于機械成形加工、切割加工領域；機床數控系統(tǒng)的功能將可實施

19、網絡化通訊與生產，進一步提升數控機床的利用率。零件毛坯制造技術快速成形技術的實用化，將進一步提升目前的精鑄、精鍛及其它成形制造技術，使其幾何尺寸精度能滿足少無切屑加工的要求，其材料的選擇將適應綠色制造工程的技術要求，零件材料的可加工性能將適應高速切削技術要求。 圖: 零件材料的可加工性能與高速切削技術要求其它技術自動生產線技術：將以各類高速加工中心組成，大力發(fā)展柔性、敏捷制造工程技術；測量技術：隨著高速加工系統(tǒng)工程技術廣泛應用，數字化CCD、激光圖形處理測量技術和隨機在線高速測量技術將廣泛應用于柔性數控生產線及數控專用高效率加工機床上，將在不斷進步的計算機技術支持下，大力發(fā)展寬帶網及網絡安全技

20、術。3.3 快速模具的制造 RPM技術獲得零件的途徑不同于傳統(tǒng)的材料去除或材料變形方法，而是在計算機控制下，基于離散/堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成形與制造的技術。從成形角度看，零件可視為由點、線或面的疊加而成，即從CAD模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成形工藝參數信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。從制造角度看，它根據CAD造型生成零件三維幾何信息，轉化為相應的指令傳輸給數控系統(tǒng)，通過激光束或其他方法使材料逐層堆積而形成原型或零件，無需經過模具設計制作環(huán)節(jié)，極大地提高了生產效率，大大降低生產成本，特別是極大地縮短生產周期，被譽為制造業(yè)中的一次革命。

21、RPM技術的特征：1）高度柔性：快速原型技術的最突出特點就是柔性好，它取消可專用工具，在計算機管理和控制下可以制造出任意復雜形狀的零件，它可重編程、重組、連續(xù)改變的生產裝備用信息方式集成到一個制造系統(tǒng)中。2）技術的高度集成：快速原型技術是計算機技術、數控技術。激光技術與材料技術的綜合集成。找成形概念上，它以離散/堆積為指導，在控制上以計算機和數控為基礎，以最大的榮幸為目標。因此只有在計算機技術、數控技術高度發(fā)展的今天，快速原型技術才有可能進入實用階段。3）設計制作一體化：快速原型技術的另一個顯著特點就是CAD/CAM一體化。在傳統(tǒng)的CAD/CAM技術中，由于成形思想的局限性，致使設計制造一體化

22、很難實現。而對于快速原型技術來說，由于采用離散/堆積分層制作工藝，能夠很好地將CAD/CAM結合起來。4）快速性：快速原型技術的一個重要特點就是其快速性。這一特點適合于新產品的開發(fā)與管理。5）自由形狀制造：快速原型技術的這一特點是基于自由形狀制造的思想。 6）材料的廣泛性：在快速原型領域中，由于各種快速原型工藝的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同?？焖僭椭圃斓膬?yōu)點： 1）從設計和工程的角度出發(fā)，可以設計更加復雜的零件 2）從制造角度出發(fā)，減少設計、加工、檢查的工具。3）從市場和用戶角度出發(fā)，減少風險，可實時地根據市場需求低成本地改變產品。將RPM技術與傳統(tǒng)的模具制造技術相結合，稱之為基于

23、RPM的快速模具技術，客觀上它可以大大縮短模具的開發(fā)周期，提高生產率，是解決模具設計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑，RT技術與傳統(tǒng)模具技術相比，能夠節(jié)省1/3的時間和成本。目前很多采用RP技術的公司并不是單單是制作快速成型的原型，而是將快速成型與快速模具制造技術相結合，進行快速模具或成品制造。 4特種加工技術面向快速制造的特種加工技術是在傳統(tǒng)的特種加工技術與材料技術、控制技術、微電子技術和計算機技術緊密結合的基礎上，隨著快速響應市場需求而逐步發(fā)展起來的。41 分層制造技術為有效地簡化問題的復雜性，將采用類似快速成形的分層制造加工模式，并嚴格控制每一層的加工余量，確保工具只有底面實現加工，而側面不參與

24、加工，從而使復雜的模具三維型面加工問題轉化為一系列平面加工問題。42 基于電場控制、溶解與切削相結合的復合加工技術以鈍性工作液為紐帶，結合電場控制策略，探索這些工藝的復合方法，以充分發(fā)揮其各自的長處，可發(fā)展出復雜曲面形狀和光整一體化加工技術。具體包括電化學機械復合加工技術，化學機械加工技術，超聲放電復合技術，時變場控制、磁場輔助的電化學及電化學機械復合加工技術，時變場控制的電解在線修整砂輪磨削加工技術，時變場控制電化學及磁粒研磨的復合加工技術等。43 三維型腔的精密成形及鏡面電火花加工一體化技術通過采用在普通煤油工作液中添加固體微細粉末的方法，來增大精加工的極間距離、減小電容效應、增大放電通道

25、的分散性。從而可使該工藝排屑好、放電穩(wěn)定、加工效率提高，并有效降低加工表面的粗糙度。同時，混粉工作液的使用還可在模具工件表面形成硬度較高的鍍層，提高模具型腔表面的硬度和耐磨性，實現模具三維型腔的精密成形及鏡面電火花加工一體化。44 面向RP技術的特種加工工藝組合技術1） 直接利用RP工藝，結合相應的后處理工藝或快速精密鑄造工藝制造模具的方法，利用金屬粉末燒結(SLS)制成的原型件，直接進行金屬熔滲處理，形成金屬模具零件。利用SLA、FDM或LOM方法，直接制造樹脂、ABS塑料模具零件。用SLS方法直接制造鑄造用的消失蠟模，實現零件的快速精密鑄造。2）基于RP原型件，結合相應的特種加工工藝，間接

26、制造模具的方法。基于RP原型，與電鑄工藝、金屬噴涂、陶瓷涂覆工藝相結合，快速制造金屬或陶瓷模具的工藝技術；澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂或聚氨脂等軟材料，直接制造軟模具。3）基于RP原型，結合相應的特種加工工藝，快速制造電加工的電極，實現復雜模具零件的快速電火花成形加工。在原型或原型制作的母模上刷涂導電層，再電鑄或電鍍形成金屬電極。直接在原型上進行金屬冷噴涂形成金屬電極。利用原型制造母模，充實粉末，再壓實燒結形成電極。在原型制作的母模內充人石墨粉與粘接劑的混合物，固化形成石墨電極。在原型制作的母模內充入環(huán)氧樹脂與碳化硅粉的混合物，首先形成研磨模，再在專用振動研磨機上研磨出石墨電極。5.虛擬現實技術虛擬技

27、術的重要技術特征虛擬現實是利用計算機生成一種模擬環(huán)境(如飛機駕駛艙、操作現場等)，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環(huán)境中，實現用戶與該環(huán)境直接進行自然交互的技術。因此，具有以下四個重要特征：多感知性、存在感、交互性、自主性。虛擬現實系統(tǒng)的構成主要由以下模塊構成：檢測模塊：檢測用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用于虛擬環(huán)境。反饋模塊：接受來自傳感器模塊信息，為用戶提供實時反饋。傳感器模塊：一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作后產生的結果以各種反饋的形式提供給用戶。控制模塊：對傳感器進行控制，使其對用戶、虛擬環(huán)境和現實世界產生作用。建模模塊：獲取現實世界組成部分的三

28、維表示，并由此構成對應的虛擬環(huán)境。 虛擬現實系統(tǒng)的關鍵技術：1）動態(tài)環(huán)境建模技術虛擬環(huán)境的建立是虛擬現實技術的核心內容。動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數據，并根據應用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環(huán)境模型。三維數據的獲取可以采用CAD技術(有規(guī)則的環(huán)境)，而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數據獲取的效率。2） 實時三維圖形生成技術三維圖形的生成技術關鍵是如何實現“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15楨秒，最好是高于30楨秒。在不降低圖形的質量和復雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術的研究內容。3）立體

29、顯示和傳感器技術虛擬現實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展?，F有的虛擬現實還遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要，需要開發(fā)新的三維顯示技術。4）系統(tǒng)集成技術由于虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術起著至關重要作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。6表面工程技術稀土表面工程技術表面工程技術中加入稀土元素通常采用化學熱處理、噴涂噴焊、氣相沉積、激光涂覆、電沉積等方法。1）稀土元素對化學熱處理的影響主要表現為有顯著的催滲作用，大大優(yōu)化工藝過程；加入少量稀土化合物，滲層深度可以明顯增加，改善滲層組織和性能。從而提高模具型腔表面的耐

30、磨性、抗高溫氧化性的抗沖擊磨損性。2）利用熱噴涂和噴焊技術，將稀土元素加入涂層，可取得良好的組織與性能，使模型腔表面具有更高的硬度和耐磨性。3）物理氣相沉積膜層性能的優(yōu)劣和膜與基體結合強度大小密切相關，稀土元素的加入有利于改善膜與基體的結合強度，膜層表面致密度明顯增大。同時，加入稀土元素可以使膜層耐磨性能也得到明顯改善，例如應用于模具表現的超硬TiN膜(加入稀土元素)，使模具型腔表面呈現出高硬度、低摩擦系數和良好的化學穩(wěn)定性，提高了模具的使用壽命。4）含稀土化合物的涂覆層，可大幅度提高模具金屬材料表面對激光輻照能量的吸收率，對降低能耗和生產成本，以及推廣激光表面工程技術都有重要意義。稀土涂覆層

31、經激光處理后，組織和性能發(fā)生明顯改善，涂覆層的硬度和耐磨性顯著提高。對加入Ce02的熱噴涂層進行激光重溶，研究發(fā)現合金化層的顯微組織明顯改變，晶粒得到細化。激光重熔加入稀土后的噴焊合金，稀土化合物質點在其中彌散強化，降低晶界能量，提高晶界的抗腐蝕性能，模具型腔表面的耐磨性也大大增強，有的文獻報道稀土元素提高了耐磨性達14倍。5）把稀土元素加入鍍層可采用電刷鍍、電鍍等電沉積方法。稀土甘氮酸配合物的加入使鍍層防氧鈍化壽命明顯提高；稀土元素有催化還原S02的作用，可以抑制NiCuP，MoS2電刷鍍鍍層中MoS2的氧化，明顯改善了鍍層的減摩性能，提高了抗腐蝕的能力，使模具型腔表面的耐磨壽命延長近5倍。

32、納米表面工程技術納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎，通過特定的加工技術、加工手段，對固體表面進行強化、改性、超精細加工，或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。1）制作納米復合鍍層。在傳統(tǒng)的電鍍液中加入零維或一維納米質點粉體材料可形成納米復合鍍層。用于模具的CrDNP納米復合鍍層，可使模具壽命延長、精度持久不變，長時間使用鍍層光滑無裂紋。納米材料還可用于耐高溫的耐磨復合鍍層。如將nZr02納米粉體材料加入NiWB非晶態(tài)復合鍍層，可提高鍍層在550850。C的高溫抗氧化性能使鍍層的耐蝕性提高23倍，耐磨性和硬度也都明顯提高。在傳統(tǒng)的電刷鍍溶液中，加入納米粉體材料，也可制備出性能優(yōu)異的納米復合

33、鍍層。2）制作納米結構涂層。熱噴涂技術是制作納米結構涂層的一種極有競爭力的方法。其優(yōu)越性在于：工藝簡單、涂層和基體選擇范圍廣，涂層厚度變化范圍大、沉積速率快，容易形成復合涂層等等。與傳統(tǒng)熱噴涂涂層相比，納米結構涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方面都有顯著改善，且一種涂層可同時具有上述多種性能。7.模具并行工程 1988年美國國家防御分析研究所（IDAInstitute of Defense Analyze）完整地提出了并行工程（CEConcurrent Engineering）的概念，即“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。這種方法要

34、求產品開發(fā)人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。并行工程的目標為提高質量、降低成本、縮短產品開發(fā)周期和產品上市時間。并行工程的具體做法是：在產品開發(fā)初期，組織多種職能協(xié)同工作的項目組，使有關人員從一開始就獲得對新產品需求的要求和信息，積極研究涉及本部門的工作業(yè)務，并將所需要求提供給設計人員，使許多問題在開發(fā)早期就得到解決，從而保證了設計的質量，避免了大量的返工浪費并行工程的本質特點：1）并行工程強調面向過程（process-oriented）和面向對象（object-oriented）一個新產品從概念構思到生產出來是一個完整的過

35、程（process）。傳統(tǒng)的串行工程方法是基于二百多年前英國政治經濟學家亞當斯密的勞動分工理論。該理論認為分工越細，工作效率越高。因此串行方法是把整個產品開發(fā)全過程細分為很多步驟，每個部門和個人都只做其中的一部分工作，而且是相對獨立進行的，工作做完以后把結果交給下一部門。西方把這種方式稱為“拋過墻法”（throw over the wall），他們的工作是以職能和分工任務為中心的，不一定存在完整的、統(tǒng)一的產品概念。而并行工程則強調設計要面向整個過程或產品對象，因此它特別強調設計人員在設計時不僅要考慮設計，還要考慮這種設計的工藝性、可制造性、可生產性、可維修性等等，工藝部門的人也要同樣考慮其他過

36、程，設計某個部件時要考慮與其他部件之間的配合。所以整個開發(fā)工作都是要著眼于整個過程（process）和產品目標（product object）。從串行到并行，是觀念上的很大轉變。2）并行工程強調系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化在傳統(tǒng)串行工程中，對各部門工作的評價往往是看交給它的那一份工作任務完成是否出色。就設計而言，主要是看設計工作是否新穎，是否有創(chuàng)造性，產品是否有優(yōu)良的性能。對其他部門也是看他的那一份工作是否完成出色。而并行工程則強調系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化，它并不完全追求單個部門、局部過程和單個部件的最優(yōu)，而是追求全局優(yōu)化，追求產品整體的競爭能力。對產品而言，這種競爭能力就是由產品的TQCS綜合指標-交貨期（

37、time）、質量（quality）、價格（cost）和服務（service）。在不同情況下，側重點不同。在現階段，并貨期可能是關鍵因素，有時是質量，有時是價格，有時是它們中的幾個綜合指標。對每一個產品而言，企業(yè)都對它有一個競爭目標的合理定位，因此并行工程應酬 圍繞這個目標來進行整個產品開發(fā)活動。只要達到整體優(yōu)化和全局目標，并不追求每個部門的工作最優(yōu)。因此對整個工作的評價是根據整體優(yōu)化結果來評價的。并行工程在先進制造技術中的地位與作用：并行工程在先進制造技術中具有承上啟下的作用，這主要體現在兩個方面：1）并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重

38、疊，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發(fā)展的計算機技術、信息技術的優(yōu)秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎2）在并行工程中為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協(xié)同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發(fā)展方向是虛擬制造（VM?/FONTVirtual Manufacturing）。所謂虛擬制造又叫擬實制造，它利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信

39、息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發(fā)周期，增強產品競爭力的目的。8.模具CAD/CAE/CAM技術CAD（Computer Aided design）指利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作，簡稱CAD。 在工程和產品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，不論是數字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖

40、變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產生的設計結果，可以快速作出圖形顯示出來，使設計人員及時對設計作出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉等有關的圖形數據加工工作。CAD 能夠減輕設計人員的勞動，縮短設計周期和提高設計質量。CAE（Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數值分析方法。其基本思想是將一個形狀復雜的連續(xù)體的求解區(qū)域分解為有限的形狀簡單的子區(qū)域，即將一個連續(xù)體簡化為由有

41、限個單元組合的等效組合體；通過將連續(xù)體離散化，把求解連續(xù)體的場變量（應力、位移、壓力和溫度等）問題簡化為求解有限的單元節(jié)點上的場變量值。此時求解的基本方程將是一個代數方程組，而不是原來描述真實連續(xù)體場變量的微分方程組，得到的是近似的數值解，求解的近似程度取決于所采用的單元類型、數量以及對單元的插值函數。CAM（Computer-aided manufacturing）是工程師大量使用產品生命周期管理計算機軟件的產品元件制造過程。計算機輔助設計中生成的元件三維模型用于生成驅動數字控制機床的計算機數控代碼。這包括工程師選擇工具的類型、加工過程以及加工路徑。CAD/CAE/CAM在模具設計制造中的應

42、用：1）模具的設計（1）圖形設計：直接通過CAD/CAM 進行圖形設計。隨著科學技術的發(fā)展，模具的開發(fā)和生產，將大量采用計算機技術和數控技術，CAD/CAM 技術在模具的生產中，將普遍采用。經過市場調查及其周密的研究，進行生產決策，下達生產計劃及實施措施，緊接著進行模具的開發(fā)。設計者使用模具CAD工作站，完成工模具設計中的造型、計算、分析以及繪制工程圖，而且可在設計階段對產品性能進行評價，可使設計者從繁重的繪圖中解放出來，能有更多的時間作創(chuàng)造性的工作，從而設計出優(yōu)質模具。在我們職業(yè)技術學院中，工模和數控專業(yè)的學生就需在這一環(huán)節(jié)下苦功，熟悉模具CAD工作站，能熟練設計和繪制出所需模具圖形。利用現

43、有客戶提供的CAD數據模型，轉換成所需圖形。模具企業(yè)有的客戶提供繪制好的圖形。客戶方和模具企業(yè)制造方若使用不同的軟件，就會出現圖紙數據交流的困難。這需要解決數據接口問題。因為大多數CAD程序有其各自不同的數據庫形式而不能和其它程序共用幾何數據。因此客戶方的CAD的幾何體必須翻譯成模具企業(yè)制造方的接受程序能讀取的東西。通常的辦法是使用通用幾何體轉換標準如“IGES”或“STEP”以及一些專用的轉化器。圖紙交流也通過轉換成普遍能讀的文件如DXF，TIF，PDF等等。不過，到現在為止，還沒有一種方法能涵蓋所有幾何轉換問題。市場上也有專門轉換并修理的軟件如CADfix能解決一定程度的問題。以下為一轉換

44、實例：如客戶使用的軟件為CATIA 軟件，提供的文件類型為*.Model，要轉變?yōu)榭晒?Pro/E 與 DELCAM 使用的文件類型，可采用 DELCAM軟件提供的專用 CATIA 接口，避免了使用IGES 轉換造成曲面錯誤。這樣轉換后的模型圓滑光順，只有少量的變形，可以進行下一步的設計與制造。（2）CAE分析模具CAE技術經過短暫的時間，已用在注塑模、壓鑄模、鍛模、擠壓模、沖壓模等模具的優(yōu)化，并在實際中指導生產。注塑模CAE主要包括模具結構分析、運動分析、裝配及干涉檢查、成型過程分析等。壓鑄模CAE目前主要以壓鑄件充型的流場數值模擬、壓鑄模壓鑄件溫度場模擬、壓鑄棋壓鑄件應力場數值模擬為主。擠

45、壓模CAE主要對生產過程中模具的變形過程、應力場和溫度場分布及變化、摩擦與潤滑等間題，進行了大量的分析和實驗，實現模具的優(yōu)化設計。下面再以注射成型為例，說明CAE的應用。其充模流動過程是一個相當復雜的物理過程，高溫塑料熔體在壓力的驅動下通過流道、澆口向型腔內充填，將型腔內的氣體排出，這需要確定排氣的位置：多股流料在某處匯合會形成熔接痕，這需要確定熔接痕的位置，等等這些以前需要經過多次試模之后才能夠得到圓滿解決，浪費了資源，延長了模具生產周期?，F在這些可以通過計算機輔助工程來解決（CAE），在計算機上進行塑料熔體的液態(tài)流動性分析，確定澆口的位置、大小，排氣的位置，熔接痕的位置，以及可能產生充模不

46、滿的位置，這樣在模具設計時就可以采取有效手段來避免這些問題的產生。（3）分割與裝配模具，產生模具的二維圖紙確定分型面就可以生成動、定模鑲塊以及滑塊，并且在計算機上進行合模試驗，檢查是否有合模干涉現象。同時進行脫模角的檢查，以確認是否有由于產品的放置位置不合理而產生倒拔模角的現象，防止在注塑成型結束后塑件從模具中取不出。另外設計者還要根據零件的壽命、強度、更換性等因素確定鑲塊、拼塊等方案。裝配模具的目的是在裝配的過程中修改各模具元件，如滑塊的大小、斜導柱和斜楔(下轉第77頁） （上接第44頁）孔的位置等，定出最終的模具元件圖。再將之產生二維圖紙。至此，模具的設計已告一段落。2）模具的制造最后就是

47、模具的制造過程了，向模具CAM工作站傳送模具的數據資料。使用模具CAM工作站，對模具進行工藝分析和工藝處理，出工序圖、工序卡，編制數控 NC程序，向三坐標測量機發(fā)送質量監(jiān)控指令信息資料，生產過程控制計算機。對整個生產過程進行指揮、調節(jié)和控制，使模具的生產有條不紊地進行。例如，將模具的簡單零部件分配給與之相適應的普通機床加工，復雜零部件分配給數控機床加工中心制作，難制作的異形溝、槽等零部件的工序由電加工機床完成，以及有特殊要求的零部件熱處理的安排，質量控制三坐標測量機對生產過程的各環(huán)節(jié)進行質量監(jiān)控 在得到合格模具零部件的前提下，進行模具總裝，完成模具的開發(fā)生產。采用這種開發(fā)制作技術，可以很大程度

48、地縮短模具的生產周期，并且使其綜合質量至少提高一個數量級。這在不少公司的復雜模具開發(fā)生產中已得到驗證。 9. 敏捷制造9.1 敏捷制造的概念：敏捷制造是在具有創(chuàng)新精神的組織和管理結構、先進制造技術（以信息技術和柔性智能技術為主導）、有技術有知識的管理人員三大類資源支柱支撐下得以實施的，也就是將柔性生產技術、有技術有知識的勞動力與能夠促進企業(yè)內部和企業(yè)之間合作的靈活管理集中在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速改變的市場需求和市場進度作出快速響應。敏捷制造比起其它制造方式具有更靈敏、更快捷的反應能力。9.2 敏捷制造敏捷制造的優(yōu)缺點：優(yōu)點：生產更快，成本更低，勞動生產率更高，機器生產率加快，質

49、量提高，提高生產系統(tǒng)可靠性，減少庫存，適用于CAD/CAM操作缺點：實施起來費用高。9.3 敏捷制造的生產技術：敏捷性是通過將技術、管理和人員三種資源集成為一個協(xié)調的、相互關聯的系統(tǒng)來實現的。首先，具有高度柔性的生產設備是創(chuàng)建敏捷制造企業(yè)的必要條件（但不是充分條件）。所必需的生產技術在設備上的具體體現是：由可改變結構、可量測的模塊化制造單元構成的可編程的柔性機床組；“智能”制造過程控制裝置；用傳感器、采樣器、分析儀與智能診斷軟件相配合，對制造過程進行閉環(huán)監(jiān)視等。 其次，在產品開發(fā)和制造過程中，能運用計算機能力和制造過程的知識基礎，用數字計算方法設計復雜產品；可靠地模擬產品的特性和狀態(tài)，精確地模

50、擬產品制造過程。各項工作是同時進行的，而不是按順序進行的。同時開發(fā)新產品，編制生產工藝規(guī)程，進行產品銷售。設計工作不僅屬于工程領域，也不只是工程與制造的結合。從用材料制造成品到產品最終報廢的整個產品生命周期內，每一個階段的代表都要參加產品設計。技術在縮短新產品的開發(fā)與生產周期上可充分發(fā)揮作用。再次，敏捷制造企業(yè)是一種高度集成的組織。信息在制造、工程、市場研究、采購、財務、倉儲、銷售、研究等部門之間連續(xù)地流動，而且還要在敏捷制造企業(yè)與其供應廠家之間連續(xù)流動。在敏捷制造系統(tǒng)中，用戶和供應廠家在產品設計和開發(fā)中都應起到積極作用。每一個產品都可能要使用具有高度交互性的網絡。同一家公司的、在實際上分散、

51、在組織上分離的人員可以彼此合作，并且可以與其他公司的人員合作。最后，把企業(yè)中分散的各個部門集中在一起，靠的是嚴密的通用數據交換標準、堅固的“組件”（許多人能夠同時使用同一文件的軟件）、寬帶通信信道（傳遞需要交換的大量信息）。把所有這些技術綜合到現有的企業(yè)集成軟件和硬件中去，這標志著敏捷制造時代的開始。敏捷制造企業(yè)將普遍使用可靠的集成技術，進行可靠的、不中斷系統(tǒng)運行的大規(guī)模軟件的更換，這些都將成為正?，F象。9.4敏捷制造的管理技術：首先，敏捷制造在管理上所提出的最創(chuàng)新思想之一是“虛擬公司”。敏捷制造認為，新產品投放市場的速度是當今最重要的競爭優(yōu)勢。推出新產品最快的辦法是利用不同公司的資源，使分布

52、在不同公司內的人力資源和物資資源能隨意互換，然后把它們綜合成單一的靠電子手段聯系的經營實體-虛擬公司，以完成特定的任務。也就是說，虛擬公司就像專門完成特定計劃的一家公司一樣，只要市場機會存在，虛擬公司就存在；該計劃完成了，市場機會消失了，虛擬公司就解體。能夠經常形成虛擬公司的能力將成為企業(yè)一種強有力的競爭武器。只要能把分布在不同地方的企業(yè)資源集中起來，敏捷制造企業(yè)就能隨時構成虛擬公司。在美國，虛擬公司將運用國家工業(yè)網絡-全美工廠網絡，把綜合性工業(yè)數據庫與服務結合起來，以便能夠使公司集團創(chuàng)建并運作虛擬公司，排除多企業(yè)合作和建立標準合法模型的法律障礙。這樣，組件虛擬公司就像成立一個公司那樣簡單。有

53、些公司總覺得獨立生產比合作要好，這種觀念必須要破除。應當把克服與其他公司合作的組織障礙作為首要任務，而不是作為最后任務。此外，需要解決因為合作而產生的知識產權問題，需要開發(fā)管理公司、調動人員工作主動性的技術，尋找建立與管理項目組的方法，以及建立衡量項目組績效的標準，這些都是艱巨任務。其次，敏捷制造企業(yè)應具有組織上的柔性。因為，先進工業(yè)產品及服務的激烈競爭環(huán)境已經開始形成，越來越多的產品要投入瞬息萬變的世界市場上去參與競爭。產品的設計、制造、分配、服務將用分布在世界各地的資源（公司、人才、設備、物料等）來完成。制造公司日益需要滿足各個地區(qū)的客觀條件。這些客觀條件不僅反映社會、政治和經濟價值，而且

54、還反映人們對環(huán)境安全、能源供應能力等問題的關心。在這種環(huán)境中，采用傳統(tǒng)的縱向集成形式，企圖“關起門來”什么都自己做，是注定要失敗的，必須采用具有高度柔性的動態(tài)組織結構。根據工作任務的不同，有是可以采取內部多功能團隊形式，請供應者和用戶參加團隊；有時可以采用與其他公司合作的形式；有時可以采取虛擬公司形式。有效地運用這些手段，就能充分利用公司的資源。10.智能制造：智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思、和決策等。智能制造技術是指利用計算機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構想