關(guān)于模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展的研究

張麗 賈鵬

摘 要：模具技術(shù)包括模具的設(shè)計和加工技術(shù)、裝配和檢測技術(shù)、材料與處理技術(shù)及維修和再制造技術(shù)等，是精密成形技術(shù)的重要組成部分。

關(guān)鍵詞：裝配和檢測技術(shù) 材料與處理技術(shù) 維修和再制造技術(shù) 精密成形技術(shù)

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-01

1 模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀

模具是材料成形的重要工藝裝備，材料在外力的作用下受模具約束并產(chǎn)生流動變形，從而得到所需的形狀和尺寸的零件。按照成形工藝的不同，模具可以分為沖壓模具、鑄造模具、鍛造模具、擠壓模具、注塑模具、拉絲模具、玻璃成形模具、橡膠成形模具、粉末冶金模具和模具標準件等。模具一般由上模、下模和模具標準件組成，而現(xiàn)代大型復(fù)雜模具往往包含有獨立動力系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，本身就是完整的制造裝備。模具技術(shù)包括模具的設(shè)計和加工技術(shù)、裝配和檢測技術(shù)、材料與處理技術(shù)及維修和再制造技術(shù)等，是精密成形技術(shù)的重要組成部分。模具生產(chǎn)具有高生產(chǎn)效率、制件的高一致性及較高的精度和復(fù)雜程度、節(jié)能節(jié)材等特點，因此是一個國家的工業(yè)產(chǎn)品保持國際競爭力的重要保證之一。模具制造技術(shù)的五大趨勢是綠色、智能、超常、融合、服務(wù)。模具制造技術(shù)的八大技術(shù)問題是：（1）復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)意、建模、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；（2）零件精確成形技術(shù)；（3）大型結(jié)構(gòu)件成形技術(shù)；（4）高速精密加工技術(shù)；（5）微納器件與系統(tǒng)；（6）智能制造裝備；（7）智能化集成化傳動技術(shù)；（8）數(shù)字化工廠。

機械工程11個技術(shù)領(lǐng)域是：（1）產(chǎn)品設(shè)計；（2）成形制造；（3）智能制造；（4）精密與微納制造；（5）仿生制造；（6）再制造；（7）流體傳動與控制；（8）齒輪；（9）軸承；（10）模具；

（11）刀具。

2 模具制造技術(shù)的發(fā)展趨勢是模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)

2.1 概訴

模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的核心是CAD/CAM/CAE，應(yīng)用模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)可以顯著縮短模具開發(fā)周期，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，提高服務(wù)水平，即可以提高模具企業(yè)的TQCS水平。對于推動模具行業(yè)的轉(zhuǎn)型和提升模具工業(yè)的核心競爭力具有深遠的意義。我國數(shù)字化模具設(shè)計制造技術(shù)的重點將集中在兩方面：1、通過高可靠性的模具設(shè)計技術(shù)徹底改變長期存在的憑經(jīng)驗設(shè)計模具、可靠性無法保證的狀況；2、采用高效、精密的模具制造技術(shù)大幅提高模具制造的效率和精度。到2030年，我國模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)總體上將達到當時的國際先進水平。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 高可靠性的模具設(shè)計技術(shù)

（1）現(xiàn)狀。改善產(chǎn)品零件的可制造性是保證模具設(shè)計高可靠性的重要前提，實現(xiàn)可靠性模具設(shè)計的基礎(chǔ)技術(shù)是形成工藝過程的精確仿真。當前的產(chǎn)品工藝性較差，造成模具開發(fā)困難，成形工藝仿真采用的模型為宏觀仿真模型，即將成形的材料視為連續(xù)介質(zhì)或均勻體，不能完全反應(yīng)材料的真實成形特性。

（2）挑戰(zhàn)。模具的智能化設(shè)計將建模、分析和優(yōu)化集于一體，需考慮多學科的協(xié)同以及材料的宏觀和微觀特性以及成形過程中多物理場的耦合。

（3）目標。模具設(shè)計將在知識驅(qū)動的設(shè)計平臺上進行，實現(xiàn)知識資源的共享，發(fā)展成形工藝過程的仿真技術(shù)和智能化的模具設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)高可靠性的模具設(shè)計，減少試模次數(shù)，最終達到零試模。預(yù)計到2020年，該技術(shù)將使一次試模成功率達到90%以上；2030年，達到95%以上。①產(chǎn)品的可制造性設(shè)計技術(shù)：通過并行工程、協(xié)同設(shè)計、成形仿真等開發(fā)技術(shù)，使模具設(shè)計人員在產(chǎn)品開發(fā)的早期介入產(chǎn)品設(shè)計，將會及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品零件存在的成形性問題，保證其良好的可制造性，為高可靠性的模具設(shè)計提供基礎(chǔ)。②基于知識的智能化模具設(shè)計技術(shù)：模具的智能化設(shè)計將建模、分析和優(yōu)化集于一體，更加注重多學科的協(xié)同，模具設(shè)計將在知識驅(qū)動的設(shè)計平臺上進行，實現(xiàn)知識資源的共享。不僅可以充分利用歷史的設(shè)計經(jīng)驗和成功案例，還可以在已有的設(shè)計知識基礎(chǔ)上衍生出新的設(shè)計知識，具有更加完美的全關(guān)聯(lián)模具設(shè)計功能，從而避免設(shè)計錯誤的產(chǎn)生，實現(xiàn)高可靠性的模具設(shè)計。

2.2.2 高效、高精的模具制造技術(shù)

（1）現(xiàn)狀。目前高效率的模具加工技術(shù)，如高速切削和高效的電火花加工尚未得到普遍應(yīng)用，其他的高效模具加工技術(shù)， 例如高能束加工、快速成形技術(shù)、高效的表面拋光技術(shù)及柔性自動化模具制造技術(shù)，雖然顯現(xiàn)出其巨大的優(yōu)越性，但仍在起始階段。

（2）挑戰(zhàn)。在模具生產(chǎn)中實際使用的機床的轉(zhuǎn)速將會達到10萬r/min 以上，機床、刀具和高速切削理論均需有所突破；超精密模具加工技術(shù)不僅要使用性能極高的加工設(shè)備，要求極高的加工環(huán)境，同時還必須考慮極微小尺寸所產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)問題，以及在微納尺度條件下的摩擦機理、熱傳導(dǎo)、精密測量與誤差補償?shù)葐栴}。

（3）目標。以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)虛擬模具制造，在實際制造模具之前，準確預(yù)測未來模具的性能和制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而作出正確的決策和優(yōu)化實施方案；通過采用超精密加工技術(shù)、柔性自動化制造技術(shù)和基于仿真的虛擬模具制造技術(shù)，高效的模具加工技術(shù)，使模具加工的效率比現(xiàn)在提高10 倍以上，加工精度達到納米級。①高效的模具加工技術(shù)：高速切削機床和高效的電火花加工機床的加工效率大幅提高，高能束加工、快速成形技術(shù)和高效的表面拋光等技術(shù)將得到普遍應(yīng)用。②超精密模具加工技術(shù)：為滿足制件的微米、納米級特征尺寸或精度要求，須協(xié)調(diào)處理高性能加工設(shè)備和加工環(huán)境以及極微小尺寸所產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)等問題，實現(xiàn)精密測量與誤差補償，達到跨尺度高精度的控形和控性。未來20年，模具技術(shù)發(fā)展趨向主要是精密、復(fù)雜、高效、多功能。復(fù)雜主要指能實現(xiàn)智能控制的復(fù)雜模具，模具本身具有動力系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；高效主要指模具的結(jié)構(gòu)和性能滿足一模多件和高速成形等工藝要求，如多層注塑模具及2000次/min以上高速沖壓多工位級進模；多功能主要指能實現(xiàn)多料、多工序成形的多功能復(fù)合模具，如多料注塑模具、40工步以上的多工位級進模具和同時完成沖、疊、鉚等工序的馬達鐵芯模具等。

參考文獻

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