我國模具設計及制造技術的現(xiàn)狀與發(fā)展說課材料

1、我國模具設計及制造技術的現(xiàn)狀與發(fā)展模具與現(xiàn)代技術概論 （實踐 ）作業(yè)報告 知識產權 1202 梁萍國內模具業(yè)現(xiàn)狀我國模具工業(yè)的發(fā)展速度很快。我國模具行業(yè) " 十一五 " 頭 3 年模具工業(yè)產值年均增長率為 17.1%, 2003 年全國模具總產值達 450 億元以上 ,2005 年總銷售額超 600 億元 , 從近 3 年 多的發(fā)展情況來看 ,我國模具市場發(fā)展前景十分樂觀。 2010年全國模具總產值達約 1200億元 , 按每年 15%的增長率， 預計到 2020 年約為 3100 億元。 經(jīng)過 10 年努力我國模具水平到 2020 年時將進入亞洲先進水平的行列 ,再經(jīng)過

2、10 年的努力 ,2030 年時基本達到國際水平 ,我國不但 成為模具生產大國 ,而且進入世界模具生產制造強國之列。在模具生產方面，國內已經(jīng)能夠生產精度達 2卩m的精密多工位級進模；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)十分重視技術發(fā)展,增大了用于模具技術進步的投資 ，現(xiàn)今從事模具技術研究的機構和院校已有 100 余家 ，從事模具技術教育培訓的院 校已超過 150 家。二世界發(fā)達國家的差距目前全世界模具年產值約為 600億美元，日本、美國等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產值已 超過機床工業(yè)。 雖然中國模具工業(yè)近幾年設計、 制造技術、 模具質量水平等取得了很大的發(fā) 展， 但與世界

3、發(fā)達國家相比仍存在較大的差距。（1）模具設計體系、規(guī)范。模具設計軟件系統(tǒng)開發(fā)是當務之急。（ 2）制造工藝水平。 國內模具生產廠家工藝條件參差不齊。 不少廠家特別是私有企業(yè) ， 由于設備不配套 ， 很多工作依賴手工完成 ， 嚴重影響精度和質量。 而歐美許多模具企業(yè)的生產 技術水平在國際上是一流的。（3）調試水平。模具屬于工藝裝備， 生產出合格制品才是最終目的。國內模具的質量、性能檢驗大多放在用戶處 ， 易給用戶造成大量的損失和浪費。而國外大都擁有自己的試模場 所和設備 ， 可以模擬用戶的工作條件試模 ， 所以能在最短時限達到很好的效果。（4）原材料問題。國產模具多采用2Cr13和3Cr13,而國

4、外則采用專用模具材料 DINI、2316， 其綜合機械性能、耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國產材料。材料從根本上 影響國產模具的外觀質量和使用壽命。， 所以進口模具價格比國產模原料供應商合作 ， 無形中使用20 世紀 90 年代以前，模具的進入 90 年代，巨大的市場需求，5）價格因素。 對用戶而言合理的質量價格比是最優(yōu)選擇具高 810 倍， 仍有其市場空間。（ 6）配套體系。 我國模具生產企業(yè)往往忽視與其它設備、 戶走了許多彎路。三、模具的設計與制造技術我國的模具制造工藝設備同先進國家相比還有一定差距。設計使用計算機的很少， 制造也主要以普通萬能設備為主。特別是汽車、 摩托車業(yè)的快速發(fā)

5、展， 極大地推進了中國模具業(yè)的發(fā)展。 同時隨著合資和獨資 企業(yè)的介入， 國外先進的模具設備和制造技術的引進， 促使國產模具設計和制造技術水平逐步提高， 一些企業(yè)已經(jīng)具備設計和制造大型精密模具的能力。我國的模具設計制造能力和市場需要和國際先進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，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。隨著模具企業(yè)的生產技術水平提高， 高新技術在模具的設計和制造中的應用， 已成為快 速制造優(yōu)質模具的有力保證。CAD/CAM/CAE勺應用，顯示了用信息技術帶動和提升模具工業(yè) 的優(yōu)越性，CAD/CAM/CAE5成為模具企業(yè)普遍應用的技術。CAD/

6、CAMH體化技術已在鑄造模具業(yè)中廣泛使用，目前二維設計使用的軟件主要是AutoCAD,三維設計使用的軟件比較多，主要有 Pro/E 、UG、Cimatron 等。最近幾年，不斷引進先進制造技術和先進設備，在零件測 繪方面, 一般不再用拓印法, 樣板法, 而采用三坐標測量儀和激光掃描儀等先進測量設備和 測量技術, 測繪零件不僅準確、 迅速,而且可將所測數(shù)據(jù)和圖形直接輸入計算機, 建立各種 文件，顯示 零件的三維模型和二維圖形。在設計方面，由于CAD的普遍應用，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 以在設計時進行裝配干涉的檢查, 保證設

7、計和工藝的合理性。 在加工方面, 數(shù)控機床的廣泛 使用不僅保證鑄造模具零件的加工精度和質量, 而且以高切削速度、 高進給速度和高加工質 量為主要特征的加工技術, 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),一些無技術、 無水準、設備簡陋的手工作坊逐步被淘汰出局, 使 我國的鑄造模具廠業(yè)又有了長足的發(fā)展。模具設計與制造技術呈現(xiàn)以下幾方面特點：(1) AutoCAD被設計人員普遍使用。(2) CAD/CAM已在模具技術與制造上廣泛使用。(3) 快速成型制造模具已進入到使用階段,LOS、SLS 等方法應用的可靠性和技術指標達到和超過國外同類產品水平。(4)

8、高速加工(High speed machining ，簡稱HSM技術引進模具工業(yè)，提高了模具精 度。大大縮短了模具制造時間。(5) CAE逆向工程已有部分企業(yè)應用并取得明顯效果。產品開發(fā)前期的凝固模擬大大優(yōu)化了工藝設計，縮短了試驗時間，利用逆向工程、數(shù)字化(CAD/CAM方法制作模具(尤其是復雜模具)更是具有周期短、精度高、一致性好及價格低等許多優(yōu)點。(6) 采用優(yōu)質模具材料,提高表面處理技術。(7) 提高模具標準化水平和標準件的使用率,同時加強與鑄造設備廠的溝通。在模具材料及表面處理技術方面, 隨著模具加工技術的提高及對鑄模尺寸穩(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、我國模具行業(yè)未來的發(fā)展趨勢從長期發(fā)展來看，中國經(jīng)濟保持持續(xù)增長，今后鑄造模具總體需求還會增長。中國模具近年來以17%平均的速度增長，高于中國 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. 技術上要進一步完善當前, 我國工業(yè)生產的特點是產品品種多,更新快,市場仍處買方市場態(tài)勢。這種情況 下,用戶對產品包括模具制造的要求是“工期短、精度高、質量好、價格低”。用

10、戶對鑄造模具產品的苛刻, 正是對廠家日益完善的壓力。 確實是對鑄造模具生產企業(yè)一個完整體系的 考驗。(1) CAD/CAM/CA一體化 當前多數(shù)鑄造模具廠家依然采用老辦法,設計,編程、工藝、加工、檢查都是相對獨立 分開,獨立考核,獨立核算,而拉開大幕看市場,這方面,部分國企模具廠落伍了。一些中 小模具廠采取的是一條龍作業(yè)方式, 從設計到編程直到加工出產品甚至售后服務均由一人或 幾人完成,生產傳遞環(huán)節(jié)少,出現(xiàn)問題易發(fā)覺,因而成本低、質量好,周期短。如果 CAD/CAM/CA一體化加工能夠提高普及率，我國模具生產能力將有一個飛躍。( 2)模具標準件的應用模具設計上, 很多國外模具廠家都采用標準化組

11、合設計, 因而設計周期短, 而我國目前 全部產品都是從開頭設計, 包括每個環(huán)節(jié)。 因而,使用模具標準件不但能縮短模具制造周期, 而且能提高模具質量和降低模具制造成本。 因此標準件的應用必將日漸廣泛。 模具標準件的 開發(fā)利用，將使我國鑄造模具生產大為簡化 。（ 3）求逆向工程開發(fā)鑄造模具制造范圍一般而言，反求工程是指對難以用 CAD建立數(shù)據(jù)模型，而只能通過對實物進行數(shù)據(jù)掃描、 測量的方法采集數(shù)據(jù)，在 CAM軟件系統(tǒng)中建立數(shù)學模型，后生成NC程序，控制數(shù)控加工中心進行模具制造的過程。 這樣就縮短了模具制造周期， 又提高了產品質量。 反求工程在模具 制造業(yè)上應值得推廣應用?？梢詳U展產品加工范圍。2.

12、 高新設備的應用（1）高速銑削加工將得到更廣泛的應用國外近年來發(fā)展的高速銑削加工， 主軸轉速可達 40000 100000r/min, 快速進給速度可 達到 3040m/min, 換刀時間可提到 13s. 這就大幅度提高了加工效率，如在加工壓鑄模時， 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10m。外還可以加工硬度達60HRC的模塊，形成了對電火花成形加工的挑戰(zhàn)。因此，高速銃削加工技術的發(fā)展，將促成鑄造模具加工技術的發(fā)展。（2）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大作用英國雷尼紹公司模具掃描系統(tǒng)， 已在我國 200 多家模具廠點得到應用， 效果良好。 該系 統(tǒng)提供了從

13、模型或實物掃描到加工出期望的模型所需要的諸多功能，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掃描頭實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，控制核心是雷尼紹TRACECU軟件，可自動生成各種不同數(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強度大、 成為瓶頸原因之一。 特別反映在硬度大的金屬、 壓鑄模具進行最后組裝過程。 我國目前仍以手 工為主，不僅質量不穩(wěn)定、周期長， 而且工人作業(yè)環(huán)境差，制約了我國鑄造模具向更高層次 發(fā)

14、展。因此，研究拋光自動化、智能化是當務之急。當然，由于鑄造模具、壓鑄模具型腔復 雜，采用拋光的自動化、智能化有一定局限。3. 未來的發(fā)展方向快速制模技術在現(xiàn)代制造業(yè)的生產和發(fā)展中起著重要作用。而隨著科技的發(fā)展， 市場對制模技術的要求必然越來越高。 雖然間接制模技術被廣泛應用，但其模具精準度不高， 綜合性能較低， 無法滿足市場發(fā)展需求。 直接制模技術雖然可以保證其數(shù)據(jù)準確， 在質量上比較 穩(wěn)定， 但其技術并不成熟，實際操作中很難控制模具的具體數(shù)據(jù)。所以，相關部門必須重視快速制模技術的發(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、生產工序簡單的快速制模技術， 這是快速制模技術發(fā)展的必然趨勢

15、， 也是提高企業(yè)市場競爭力和增加經(jīng)濟 效益的重要手段。未來模具行業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展 :（1）以機床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)以及海洋工程為主要目標，以重、高、大、難為 特點，開展重大技術裝備、 鑄造技術的基礎理論研究。 發(fā)展數(shù)值模擬、 物理模擬及專家系統(tǒng)， 使鑄造技術由“經(jīng)驗”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，以強韌化、輕量化、精密化和高 效化為特點，開展鑄造模具新材料、新工藝的研究。（3）為提高產品質量和生產率，增強我國工業(yè)產品在國際市場上的競爭能力，開展鑄 造過程自動化。柔性生產單元和系統(tǒng)及集成制造技術的研究。（4）激勵開展有潛力在應用前景的鑄造模具技術

16、應用基礎理論的研究。（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，加大治理鑄造過程對環(huán)境污染的力度，加強對鑄造材料的 再生和回用。4.3D 打印技術，未來模具發(fā)展的方向3D 打印技術，它是快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末 狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印。 3D 打印和機器人一樣是一種全新的工業(yè)革命 的標志性技術， 是新的技術革命對模具制造變革的機遇和挑戰(zhàn)， 模具行業(yè)要把握住這種機遇， 以探索更具有競爭性和未來前瞻的新工藝，完成模具業(yè)發(fā)展的轉型升級。 3D 打印技術雖然 在模具行業(yè)中的應用還有些瓶頸，相信通過不懈的努力，一定會成為模具發(fā)展的方向。五、結語當今產品的概念不僅僅是滿足于產品的功能， 要求外表美觀、 精致、 豪華、技術含量高、 舒適、性化、綠色化等。此適應市場對產品多樣化的需求, 設計、加工出造型獨特、尺寸精良批量產品 , 就必須進一步提高模具設計加工的技術含量 , 為此模具制造難度自然增大。 所以 及時了解模具現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài) , 找出差距 ,確定目標 ,尋求最佳模具設計加工技術 , 相信隨著 計算機技術及信息化技術的不斷發(fā)展 , 模具中先進制造技術相互滲透 , 必將帶動模具技術取 得長足的發(fā)展。 快