模具技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢課件

1、模具技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1主要內容 前言 一.國內外模具現(xiàn)狀 國內模具現(xiàn)狀 國外模具現(xiàn)狀 二.國內外模具發(fā)展趨勢 模具設計技術的發(fā)展 模具制造技術的發(fā)展 2前言 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)模具工業(yè)是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志模具工業(yè)是技術轉化成果的基礎3一.國內外模具現(xiàn)狀41.一些國家對模具工業(yè)的評價 在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” 5一、前言近年來的世界模具市場 世界模具市場總量一直保持在600650億美元的水平。美國、日本、法國和瑞士等

2、國每年出口的模具約占其模具總產值的l/3左右。日本模具產業(yè)年產值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興的電子工業(yè)。6一、前言2.我國模具工業(yè) 我國模具工業(yè)的產值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。國內的模具生產廠已超過17000家，從業(yè)人員達50萬。近年來，我國的模具工業(yè)一直以每年13左右的增長速度快速發(fā)展我國模具行業(yè)在“十五”期間的增長速度達到1315。 7一、前言中國模具產業(yè)的進出口近幾年來，我國每年進口模具約占市場總量的20左右，已超過10億美元，成為世界上最大的模具進口國其中塑料與橡膠模具占全部進口模具的50以上，沖壓

3、模具占全部進口模具約40 中、高檔模具進口比例占市場總量的40以上8一、前言中國模具工業(yè)存在的問題 精密加工設備還很少大型、精密、復雜和長壽命模具的產需矛盾十分突出許多先進的技術如CADCAECAM技術的普及率還不高9一、前言 二. 國內外 模具發(fā)展趨勢(一) 模具發(fā)展趨勢 為了適應市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，未來我國的模具將呈現(xiàn)幾大發(fā)展趨勢：101、模具日趨大型化方面是由于用模具生產的零件日漸大型化，另一方面也是由于高生產率要求而發(fā)展多工位模具，多腔模具（現(xiàn)在有的注塑模已達幾百腔）所致。新型轎車的大尺寸覆蓋件成形、大功率汽車的六拐曲軸成形 11六、國內模具發(fā)展十大趨勢

4、2、模具的精度越來越高 10年前，精密模具的精度一般為5m，現(xiàn)在已達23m，不久1m精度的模具都將上市。隨著零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1m以內。超精密加工已進入納米（0.1m100nm）級精度階段大致可分3個層次：一是用于汽車、飛機、精密機械的微米(m)級精密加工；二是用于磁盤、磁鼓制造的亞微米(0.1m)級精密加工；三是用于超精密電子器件的毫微米(0.001m)級精度加工。這就要求發(fā)展超精加工，并對模具的加工設備、檢測技術、研磨拋光工藝等提出更高的要求。 12六、國內模具發(fā)展十大趨勢3、壓鑄模及塑料模的比例將不斷提高隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展，壓鑄模具的比

5、例將不斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度將提出更高的要求隨著以塑代鋼、以塑代木的進一步發(fā)展，塑料模的比例也將不斷提高。 13六、國內模具發(fā)展十大趨勢4、擠壓模及粉末成形模將增多由于汽車、車輛和電機等產品和輕量化發(fā)展，以鋁代鋼，高分子材料、復合材料、工程陶瓷、超硬材料的成形加工技術。新型材料的采用，不僅改變產品結構和性能，而且使生產工藝發(fā)生了根本變革，相應地出現(xiàn)了液態(tài)、半固態(tài)擠壓模具及粉末鍛模。金屬粉末鍛造成形，金屬粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形大大擴充了現(xiàn)代精密塑性成形的應用范圍 14六、國內模具發(fā)展十大趨勢5、多功能復臺模具將進一步發(fā)展級進組合沖壓模已在美國汽車工業(yè)中普遍

6、應用（加工轉子、定子板或者插接件），其優(yōu)點是生產率高，模具成本低，不需要板料剪切。如集成電路引線框架的2030工位的級進模，工位數量最多已達160個。自動沖切、疊壓、鉚合、計數、分組、轉子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。 這種多功能復合模具生產出來的不再是單個零年，而是成批的組件，可大大縮短產品的生產及裝配周期。15六、國內模具發(fā)展十大趨勢16176、熱流道技術的應用擴大采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料。在國外熱流道技術的應用發(fā)展較快，許多塑料模具廠所生產的塑料模具50以上采用了熱流道技術，甚至達到80以上，效果十分明顯。熱流道模具

7、在國內也已生產，有些企業(yè)使用率上升到2030%。國產商品化熱流道系統(tǒng)元件也已出現(xiàn)，但也有些模具企業(yè)，熱流道模具已占其模具生產總旦的l3左右。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高質量的元器件，是發(fā)展熱流道技術的關鍵。 18六、國內模具發(fā)展十大趨勢7、塑料氣輔成形、高壓注射成形工藝日趨成熟氣輔成形是在傳統(tǒng)的注射成型基礎上發(fā)展起來的一種創(chuàng)新的注射成型工藝：在充填階段，當型腔充填至70-95時向型腔內注入高壓氣體，并使氣體進入型腔，進入保壓階段，繼續(xù)注入高壓氣體以彌補因熔體冷卻而引起的收縮。19六、國內模具發(fā)展十大趨勢8、氣輔成形成形特點與應用氣體輔助注射成形能改善塑件內在和外觀質量，它具有注射

8、壓力低、制品翹曲變形小、易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點、高壓注射成形可減小樹脂收縮率，增加塑件尺寸的穩(wěn)定性；可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本。該工藝在國外已比較成熟，國內目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。不少企業(yè)已能在電視機外殼、洗衣機外殼、汽車飾件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地運用氣輔技術。 20六、國內模具發(fā)展十大趨勢9、快速經濟模具的前景十分廣闊目前是多品種小批量生產時代，21世紀，這種生產方式占工業(yè)生產的比例將達到75以上。中、低熔點合金模具，噴涂成形模具、精鑄模、層疊模、陶瓷吸塑模、環(huán)氧樹脂模及光造型等快速經濟模具將進一步發(fā)展。由于鋁合金優(yōu)良的綜合性能，用它作模具材料

9、可縮短制模周期和降低模具成本，且用于塑料?？捎?0萬次以上壽命，因此用鋁合金進行高速切削來制作快速經濟模具已在世界上得到較為廣泛的使用，我國也已開始使用，預計今后會得到較快發(fā)展。 21六、國內模具發(fā)展十大趨勢10、特殊的成形工藝得到發(fā)展如液壓成形聚氨脂成形無模多點成形技術超塑性成形高能率成形等22六、國內模具發(fā)展十大趨勢11、塑性精密成形技術近10年來，精密成形技術取得了突飛猛進的發(fā)展：精沖技術、冷擠壓技術、無飛邊熱模鍛技術、溫鍛技術、超塑性成形技術、成形軋制、液態(tài)模鍛、多向模鍛技術發(fā)展很快。電機定轉子雙回轉疊片硬質合金級進模的步距精度可達2m，壽命達到1億次以上。700mm汽輪機葉片精密輥鍛

10、和精整復合工藝楔橫軋汽車、拖拉機精密軸類鍛件23六、國內模具發(fā)展十大趨勢24(二)模具設計技術的發(fā)展方向 技術支持模具設計資料庫和知識庫系統(tǒng)統(tǒng)一技術模具及零件的標準件化在理論研究方面，要進一步探討新型材料大彈塑性變形本構關系、表面摩擦特性等沖壓模金屬成形過程的模擬、缺陷預測，起皺、破裂、及回彈分析等（彈性=E，塑性=E1）。 25壓鑄成形流動模擬、熱傳導及凝固分析等鍛件成形過程模擬及金屬流動和充填分析等模具剛性、強度、流道及冷卻通路的設計計算機輔助工藝設計（CAPP）發(fā)展方向（續(xù)1）26二、模具設計技術的發(fā)展方向塑料模具塑料成形過程的各種模擬分析。 如塑料充模、熱傳導、冷卻、凝固、翹曲、收縮等

11、模擬分析 計算澆注系統(tǒng)及模腔的壓力場、溫度場、速度場分布等（澳大利亞Moldflow公司和美國AC-Tech公司 ）。發(fā)展方向（續(xù)2）27二、模具設計技術的發(fā)展方向(三)模具加工技術的發(fā)展方向 傳統(tǒng)的模具制造技術，主要是根據設計圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。而現(xiàn)代模具不同，它不僅形狀與結構十分復雜，而且技術要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須采用先進制造技術才能達到它的技術要求。28傳統(tǒng)模具與現(xiàn)代模具制造技術水平比較29四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向1.模具CAD/CAE/CAM一體化技術2.高速銑削（HSM）技術3.電火花加工技術4.快速原型制造（RPM

12、）5.快速經濟制模技術（RTM)306.反求技術（RE）7. 精密測量及高速掃描 數字化系統(tǒng) 8.模具研磨拋光技術 311.模具CAD/CAE/CAM一體化技術模具CAD/CAE/CAM技術是模具技術發(fā)展的一個里程碑，模具行業(yè)普及CAD/CAM的條件已經成熟，今后必將有很快的發(fā)展。目前，世界上汽車的改型換代一般約需48個月，而美國僅需30個月，這主要得益于在模具業(yè)中應用了CAD/CAE/CAM和三維實體汽車覆蓋件模具結構設計軟件。模具CAD/CAE/CAM一體化及軟件的宜人化、集成化、智能化、網絡化將是今后的發(fā)展方向。32四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向美國參數技術公司PTC的集成化系統(tǒng)Pro/

13、EngineeringUnigraphicsSolutions公司開發(fā)的軟件Unigraphic (UG)美國SDRC公司開發(fā)的IDEAS以色列Cimatron公司的三維CAD/ CAM軟件Cimatron法國達索Dassault公司開發(fā)的CATIA真正的Window軟件SOLIDEGECADEM大型軟件33四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向（CADEM一體化）國內使用CAD/CAM現(xiàn)狀國內一些大型模具企業(yè)，CADCAM應用狀況多停留在從國外購買先進的CADCAM系統(tǒng)和設備，但在其上進行的二次開發(fā)較少，資源利用率低；國內一些中小型模具企業(yè)，它們的CADCAM應用很少，有些僅停留在以計算機代替圖板繪

14、圖。國外的一些CADCAM系統(tǒng)雖然功能強大，但價格昂貴，一般企業(yè)難以支付，而國內優(yōu)秀的CADCAM系統(tǒng)很少 34四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向（CADEM一體化）2.高速銑削（HSM）技術銑削加工是型腔模具加工的重要手段高速數控加工是模具加工的前沿技術其關鍵技術之一就是采用先進的CAD/CAM集成設計和制造系統(tǒng)，進行圖形交互的自動數控編程35三、模具加工技術的發(fā)展方向 高速銑削優(yōu)點工件溫升低熱變形小、切削力小加工平穩(wěn)、加工質量好加工效率高（為普通銑削加工的510倍）可加工硬材料（60HRC）等36三、模具加工技術的發(fā)展方向（HSM） 除有內銳角的型腔和極窄而深的型腔外，基本都可用高速銑削代替E

15、DM加工； 采用高速銑削加工模具型面可比EDM加工節(jié)省25%60%加工工時； 高速銑削的型面表面質量好，可避免EDM加工可能出現(xiàn)的表面微細型紋； 高速銑削能加工4560HRC硬表面，精銑面粗糙度可達Ra=0.63m,減少手工拋光工時; 省卻EDM加工電極的制造環(huán)節(jié),顯著縮短制模周期;37高速銑削迅速發(fā)展的體現(xiàn)高精度化：定位精度25m/全程，加工精度25m，所以高速銑削進入了精密切削領域。高速化：主軸轉速4000060000r/min；切削進給速度 16mmin；快速進給速度3040m/min，換刀時間12s，從而加工效率提高了510倍38三、模具加工技術的發(fā)展方向（HSM） 高速銑削不足對刀具

16、提出了很高的要求采用與銑削材料相適應的特殊刀具材料（如新型刀具有金屬陶瓷刀具、CBN具、PCD刀具、PCBN刀具、涂層硬質合金刀具等）適合于比較平坦的淺型腔加工，對深型腔加工有一定困難對于具有內清角的型腔模具、表面有花紋或圖案的模具、具有深槽或窄縫的模具的加工也都存在一定困難。高速銑削機床造價高 39三、模具加工技術的發(fā)展方向（HSM） 高速銑削在國內的應用在一定時間內，我國模具企業(yè)進口的高速加工機床主軸最高轉速仍將以1000020000rmin為主，少數會達到40000r/min左右。近年來我國模具制造業(yè)中的一些骨干重點企業(yè)先后進口了高速銑床和高速加工中心，它們已在模具加工中發(fā)揮了很好的作用

17、。可以預計，我國模具企業(yè)將會越來越多地應用高速銑削技術。 40三、模具加工技術的發(fā)展方向（HSM） 3.電火花加工技術電火花加工（EDM）雖然已受到高速銑削的嚴峻挑戰(zhàn)，但高速銑削不能完全替代之。在模具的復雜型面、深窄小型腔、尖角、窄縫、溝漕、深坑等處的加工（將是今后EDM應用的重點 ） ，但成本要比EDM高得多。對于60HRC以上的高硬材料，EDM要比HSM成本低。同時較之銑削加工，EDM更易實現(xiàn)自動化。41三、模具加工技術的發(fā)展方向電火花銑削加工技術 它是用高速旋轉的簡單的管狀電極，應用CAD/CAM技術作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣）。EDM銑削的最大特點是簡化電極制造，不需要加工成形

18、電極，可選用標準電極，在電極庫中進行電極自動交換（AEC），用以補償電極損耗，提高加工精度。在高精度微細加工方面，這種方式具有良好的前景。國外已在模具加工中應用使用這種技術。42三、模具加工技術的發(fā)展方向（EDM）低速走絲數控電火花線切割機床低速走絲數控電火花線切割機床（LWEDM）發(fā)展的水平已相當高，功能相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度。其加工工藝水平也令人稱道。最大切割速度已達300mm2/min，加工精度可達到0.5m，加工表面粗糙度Ra 0.10.2m。直徑0.030.1mm細絲精密切割技術的開發(fā)，可實現(xiàn)凹、凸模一次切割完成，并可進行0.04mm的窄槽及半徑0.02mm內圓

19、角的切割加工。已能進行30以上錐度的精密加工 43三、模具加工技術的發(fā)展方向（EDM）4.快速原型制造（RPM） 快速成形（原型）制造技術RPM（Rapid Prototyping Manufacturing）是美國首先推出的。它是伴隨著計算機技術、激光成形技術和新材料技術的發(fā)展而產生的，是一種全新的制造技術，被公認為是繼NC技術之后的一次技術革命。RPM基于它是基于新穎的離散堆積（即材料累加）成形思想，根據零件的三維計算機CAD模型，不借助任何加工工具，快速自動完成復雜的三維實體（模型）制造，而與零件的幾何復雜程度絲毫無關。44三、模具加工技術的發(fā)展方向45RPM方法與應用應用RPM技術，從

20、模具的概念設計到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的l3和成本的l4左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景。國內的一些大企業(yè)集團，如海爾、春蘭、科龍和華寶等公司已經運用激光快速成形于新產品開發(fā)等方面，并取得顯著的經濟效益RPM模具制造技術：由快速原型或其他實物模型復制金屬模具的間接法，以及直接由RP系統(tǒng)無模制造金屬模具的直接法兩大類。 46三 模具加工技術的發(fā)展方向（RPM）直接快速模具制造指利用不同類型的快速原型技術直接制造出模具本身，然后進行一些必要的后處理和機加工以獲得模具所要求的機械性能、尺寸精度和表面粗糙度。目前能夠直接制造金屬模具的RP工藝包括：激光選區(qū)燒結（SLS）三維打?。?D-P）形狀

21、沉積制造（SDM）三維焊接（3D-Welding）等。47三 模具加工技術的發(fā)展方向（RPM）間接快速模具制造首先是通過立體光固化（SLA）、疊層實體制造（LOM）、激光選區(qū)燒結（SLS）、三維打印（3D-P）、熔融沉積成形（FDM）等不同方法得到制件原型然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模RMT （Rapid Manufacturing Tooling）方法，主要有精密鑄造、粉末冶金、電鑄、表面沉積、旋轉鑄造（用熱硬化橡膠做模具）和熔射（熱噴涂）等方法，獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具。48三 模具加工技術的發(fā)展方向（RPM）RPM的缺陷及發(fā)展趨勢兩弱點限制了它的工業(yè)應用推廣：不適合于大批量生

22、產同時其所用材料基本上不屬于工業(yè)產品所常用材料 目前正向快速制造金屬硬模RHMT（Rapid Hard Metal Tooling）尤其是鐵系金屬硬模方向發(fā)展90年代，清華大學、西安交通大學、華中科技大學和北京的隆源公司相繼進行了成形理論、工藝方法、設備、軟件、材料等配套技術的研究 49三 模具加工技術的發(fā)展方向（RPM）50三 模具加工技術的發(fā)展方向（RPM）515.快速經濟制模技術（RTM） 縮短產品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一?？焖俳洕颇＜夹gRTM（或迅速模具制造Rapid Tooling & Manufacuring）具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產需求

23、，是綜合經濟效益比較顯著的模具制造技術 。非常適用于新產品開發(fā)、樣品試制、工藝驗證或中、小批量生產的需要，故近幾年在國內得到了迅速發(fā)展。 52三 模具加工技術的發(fā)展方向（RTM）6.反求技術（RE）一般而言，反求工程RE (Reverse Engineering) 是指：對難以用CAD建立數據模型，而只能通過對實物進行數據掃描、測量的方法采集數據；在CAM軟件系統(tǒng)中利用測量數據進行實物的CAD幾何模型的重新構造（建立數學模型）；建立了CAD幾何模型后，就可以依據這種數字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作（如實物CAD模型的修改、零件的重新設計、有限元分析、誤差分析）；最后生成NC程序，控制數控加工

24、中心進行模具制造的過程。53四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向實物模型測量、掃描實物獲取數據測量數據的修正建立數學模型模具設計模具制造復制零件54RE的應用反求工程能夠縮短從設計到制造的周期，是幫助設計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代概念的一種強有力的工具，目前在工程上正得到越來越廣泛的應用。目前主要應用于新零件的設計、已有零件的復制、損壞或磨損零件的還原、模具精度的提高等方面。一汽鑄造模具廠應用反求工程較成功地完成了對缸蓋進、排氣道熱芯盒模具的制造，探索了按一般的設備和加工技術對沒有尺寸和技術標準的模具無法加工的成功經驗。 55四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向7. 精密測量及高速掃描 數字化系統(tǒng) 隨著模具日益精密、高效精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高（現(xiàn)在精密模具的精度已達23m）數控加工過程中的在線激光測量不但有利于保證工件的加工質量，而且大大提高了NC機床的運轉安全。高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，可大大縮短模具制造周期。56四、模具制造綜合技術的發(fā)展方向精密測量舉例目前國內廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數字化掃描功能。東風汽車模具廠不僅擁有意大利產3250mm x 3250mm三坐標測量機，還擁有數碼攝影光學掃描儀，率先在國內采用數碼攝影