有關(guān)模具設(shè)計(jì)和加工技術(shù)的發(fā)展方向探究

摘 要：模具制造可以分為手工操作、手工操作加機(jī)械化、數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)化以及CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化，總共五個(gè)階段，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化為總體的發(fā)展方向。在模具制造中，電加工以及金屬切削加工是模具加工諸多方法中的主要加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì);加工技術(shù);CAD/CAM/CAE技術(shù)

模具設(shè)計(jì)以及加工，依據(jù)技術(shù)的具體發(fā)展階段來分，可以分為五個(gè)發(fā)展階段。手工操作、手工操作加機(jī)械化、數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)化以及CAD/CAM/CAE信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化為總體的發(fā)展方向。在模具制造中，電加工以及金屬切削加工是模具加工諸多方法中的主要加工技術(shù)。模具制造加工技術(shù)中，電火花加工、高速銑削、快速制模、快速原型制造、超精及微細(xì)加工、研磨拋光、表面處理、復(fù)合加工以及CAM/DNC技術(shù)，諸多的加工技術(shù)都有其各自的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

1 模具設(shè)計(jì)技術(shù)

在20世紀(jì)前，模具設(shè)計(jì)憑借人們的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及機(jī)械制圖，使得模具設(shè)計(jì)有了很好的發(fā)展，隨著時(shí)代的發(fā)展，模具設(shè)計(jì)逐步發(fā)展至，與計(jì)算機(jī)相結(jié)合進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)稱為CAD。而這項(xiàng)技術(shù)在不斷的發(fā)展進(jìn)步中，取得了巨大的成功，并逐步顯示出一定的優(yōu)越性。20世紀(jì)末，另一項(xiàng)模具設(shè)計(jì)技術(shù)逐步領(lǐng)先，即模具計(jì)算機(jī)輔助工程分析，簡(jiǎn)稱為CAE，該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展至今，得到了許多企業(yè)的青睞，在提高制造模具質(zhì)量以及縮短制造周期方面有顯著的效果。我國(guó)的模具企業(yè)中，三維設(shè)計(jì)逐步取代了二維設(shè)計(jì)，普遍應(yīng)用的軟件有UG、SolidWorks、Pro/E、Cimatron E等。在模具成型過程中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工程分析技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品缺陷可能發(fā)生的諸多方面能夠進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)。因此在CAD及CAE軟件應(yīng)用中，應(yīng)著重發(fā)展以下幾個(gè)方面。

第一，模具設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)以及資料庫(kù)系統(tǒng);第二，模具工程方案及規(guī)劃設(shè)計(jì);第三，合理選用模具標(biāo)準(zhǔn)件和模具材料;第四，模具冷卻通道、流道、強(qiáng)度以及剛性的設(shè)計(jì);第五，塑料模具成型中的模擬分析，熱傳導(dǎo)過程分析，冷卻過程分析，以及凝固結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。計(jì)算模腔及澆筑系統(tǒng)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、剪切應(yīng)力場(chǎng)、剪切應(yīng)變速率場(chǎng)的分布，并且對(duì)其分布進(jìn)行結(jié)果分析。該模擬技術(shù)已發(fā)展到快速并正確的實(shí)體雙面流技術(shù);第六，沖壓模金屬成形模擬分析，起皺分析以及破裂分析，回彈以及應(yīng)力應(yīng)變分析。第七，模具設(shè)計(jì)軟件以及分析軟件的應(yīng)用，應(yīng)提高其集成化、智能化及快速性，并在應(yīng)用中不斷強(qiáng)化并提高這些軟件的功能。在模具設(shè)計(jì)技術(shù)CAD及CAE的應(yīng)用下，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)在我國(guó)模具企業(yè)中開辟了良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

2 模具加工技術(shù)

模具加工技術(shù)，不同類的模具需采取相應(yīng)的加工技術(shù)，其中最主要的方法有金屬切削加工、精密鑄造、電化學(xué)加工、電火花加工、高能波加工、激光加工以及高能波、激光復(fù)合的加工方法和3D打印（3DP）技術(shù)等。在模具加工技術(shù)中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用，使得模具工業(yè)產(chǎn)品品種經(jīng)由數(shù)控技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的輔助，產(chǎn)品的個(gè)性化及多樣化愈來愈明顯，因此在產(chǎn)品在不斷的生產(chǎn)中，其更新?lián)Q代的頻率也越來越高，隨著時(shí)代的發(fā)展，市場(chǎng)中產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)也趨于激烈，用戶對(duì)產(chǎn)品的要求也越來越高，諸如價(jià)格低、質(zhì)量好、精度高以及交貨期短等。因此對(duì)模具加工技術(shù)提出了更高的要求，促使其加工工藝趨于完善。

2.1 高速銑削技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)的模具制造業(yè)在近幾年中，借助CAM軟件和CNC技術(shù)，大量應(yīng)用了高速銑床，高速銑床的應(yīng)用對(duì)模具加工業(yè)起到了重要作用，在我國(guó)普遍應(yīng)用的高速模具加工機(jī)床中，以最高主軸轉(zhuǎn)速為12000r/min-24000r/min為主，而較少的一些高速模具加工機(jī)床中，主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到30000r/min以上。當(dāng)然，高速銑床的引進(jìn)應(yīng)向最高轉(zhuǎn)速為目標(biāo)，但是目前仍舊是以推廣高速銑床的應(yīng)用為主。在模具加工技術(shù)中，切削加工工藝是一場(chǎng)革命性的跟進(jìn)。高速銑削與干硬切削加工以及超精加工，這兩項(xiàng)加工技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造了以銑代磨的新局面，以往的模具研拋，工作量大，因此高速銑削極大地減少了其工作量，同時(shí)也縮短了模具制造過程中的耗時(shí)量。所以我國(guó)模具企業(yè)在今后的發(fā)展中，是以全面推廣高速銑削技術(shù)的廣泛應(yīng)用為目標(biāo)。

2.2 電火花加工技術(shù)

電火花加工技術(shù)，又簡(jiǎn)稱為EDM，在高速銑削應(yīng)用的不斷的發(fā)展下，電火花加工技術(shù)受到了前所未有的挑戰(zhàn)。而電火花加工技術(shù)也有著其獨(dú)特之處，高速銑削加工技術(shù)并不能完全取而代之。例如在電火花加工技術(shù)中的復(fù)雜模具型面、尖角、深窄小型腔、曲線溝槽、深溝、窄縫等的加工處理;電火花加工技術(shù)（EDM）現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3軸聯(lián)動(dòng)，加工精度誤差小于0.001mm，表面光潔度誤差小于0.2?m，在這些方面電火花加工有著不可替代的作用及優(yōu)點(diǎn)。電火花加工技術(shù)（EDM）不僅在成本上優(yōu)于高速銑削，而且更容易實(shí)現(xiàn)加工技術(shù)的自動(dòng)一體化。

2.3 微細(xì)加工、超精加工以及復(fù)合加工技術(shù)

隨著時(shí)代的發(fā)展，模具加工逐步向大型化以及精密化的方向開始發(fā)展，微細(xì)加工以及超精加工，激光，超聲波、化學(xué)、集電技術(shù)等，以及這些技術(shù)的綜合應(yīng)用取得了很好的發(fā)展。而其中的超精加工可以達(dá)到納米精度以及亞微米級(jí)，因此超精加工技術(shù)逐步被應(yīng)用到模具加工生產(chǎn)當(dāng)中。

2.4 3D打印技術(shù)（ALM）

3D打印技術(shù)（ALM）是制造業(yè)的革命，其與智能機(jī)器人、人工智能并稱為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的三大關(guān)鍵技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮的重要基礎(chǔ)。3D打印技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用，主要分為三個(gè)方面，一是直接制作零件，只是制作出來的零件精度、強(qiáng)度和表面質(zhì)量有區(qū)別，這也是目前3D打印技術(shù)最常見的應(yīng)用方式;二是間接制造模具，即利用3D打印的原型件，通過不同的工藝方法翻制模具，如硅橡膠模具、石膏模具、環(huán)氧樹脂模具、砂型模具等;三是直接制造模具，即利用選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、立體光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、分層物體制造（LOM）等3D打印工藝直接制造軟質(zhì)模具或硬質(zhì)模具。

2.5 模具智能制造與檢測(cè)系統(tǒng)

隨著模具加工技術(shù)在各方面的不斷發(fā)展，在我國(guó)的一些模具制造企業(yè)中，已經(jīng)形成了一定規(guī)模的模具智能制造系統(tǒng)。系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下，利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和行走裝置、運(yùn)送和儲(chǔ)物系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)與精度補(bǔ)償系統(tǒng)等制造設(shè)備進(jìn)行有效的組合，形成了智能化的同步數(shù)控柔性制造系統(tǒng)（FMS）。從模具設(shè)計(jì)、模擬、制造到檢測(cè)一站式完成，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量的穩(wěn)定性，有著很好的發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介

趙煜（1975-），女，漢族，高級(jí)講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。