2022年2022年计算机辅助设计与制造 .pdf

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1、计算机辅助设计与制造模具设计制造的发展趋势摘要在工业高速发展的今后，模具将有更加广阔的发展前景。随着计算机辅助设计制造技术在模具制造中更广泛的运用以及未来对模具的新要求，模具将向更高精度，更多功能， 更大型化发展， 同时新材料与新技术的运用将使模具具有制造周期更短，成本更低， 寿命更长的特点。关键字模具发展趋势模具设计制造工艺发展高精度新技术引言机械类专业主要包括机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、工业设计、过程装备与控制工程等。下面介绍下机械设计制造及其自动化方面的模具方向的未来发展趋势。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，的零部件，都要依靠模具成型。

2、用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、 高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力，所以模具在未来将有更加广阔的发展与应用前景。一、模具设计制造方向可从事各类典型冷冲模和型腔模的设计与制造，模具成型设备与模具的维护， CAD/CAM软件操作，数控机床操作与编程，模具装配与调试，通用机床和电加工设备操作，也可从事机械类、模具类产品的管理与营销工作，还能在科研单位、工矿企业、 高等院校和行政管理部门从事机械工程科学与技术研究、教学、 开发和技术管理等工作。 从事机械方面的工作应当具有广阔的知识面和独到的眼光，能够把机械与各个方

3、面结合，能够研发出的新产品，作为一个大学生我们不应该只局限在运用现有的技术，能够创新的机械人才是符合时代要求的合格机械人。模具主要涉及企业国外有全球最大的模具集团日本的ARRK ，国内有大连机床集团、沈阳机床集团、 一汽模具制造有限公司、北京比亚迪模具有限公司等企业，就杭州来看浙江大安模具采用计算机信息化管理，全面实行计算机辅助设计，是一个不错的选择。二、为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切需求，模具将有如下发展趋势：（1）模具日趋大型化。（2）模具的精度将越来越高。随着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1UM 以内，这就要求发展超精加工工艺。（3）多功能复

4、合模具将进一步发展。一副多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。（4）随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。（5）随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。（6）模具标准件的应用将日渐广泛，不但能缩短模具制造周期，而且能提

5、高模具质量和降低模具制造成本。（7）快速经济模具的前景十分广阔，这些模具的主要特点是制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。（8）随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。（9）随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例不断提高，同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模的要求也将越来越高。（10）模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所带来的市场走势。三、模具制造技术的发展趋势1、模具 CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化、模具可制造性评价和网络化

6、方向发展(1)模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM 、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。能通过一个软件实现一整套的设计流程是集成化的最大发展。(2)模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、 分析、制

7、造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE 分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。模具设计软件应具备参数化、基于特征、全相关等特点，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 从而使模具并行工程成为可能，可进行交互式3D 型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计，可进行三维真实感流动模拟等功能。（3）模具软件智能化新一代模具

8、软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上。这些知识经过了系统化和科学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能方便地被模具所调用。在智能化软件的支持下，模具CAD 不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下， 充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。面向制造、 基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron 公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC 加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果

9、校验等。（4）在新一代模具软件中，可制造性评价主要包括模具设计与制造费用的估算、模具可装配性评价、 模具零件制造工艺性评价、模具结构及成形性能的评价等。新一代软件还应有面向装配的功能， 因为模具的功能只有通过其装配结构才能体现出来。采用面向装配的设计方法后， 模具装配不再是逐个零件的简单拼装，其数据结构既能描述模具的功能，又可定义模具零部件之间相互关系的装配特征，实现零部件的关联，因而能有效保证模具的质量。(5)模具软件应用的网络化趋势网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体、实现了异地设计和异地制造。同时， 虚拟制造等 IT 技术的应用，也将推动模具工业的发展。随着模具在企业竞争、合作、生产和

10、管理等方面的全球化、国际化， 以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。2、模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展(1)模具检测设备的日益精密、高效精密、 复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。反求工程的运用将更为广泛、方便和高效，在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD 模型的情况下，当要设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，在美学设计特别重要的领域和修复破损的艺术品或缺乏供应的损坏零件等时都能保证产品精度。使用坐标测量机并通过层析法、基于光学三角型原理的逆向工程扫描法、基于相位偏移测量原理的莫尔条纹法、基于工

11、业CT 断层扫描图像逆向工程法、立体视觉测量方法采集数据，如获取的实物样件表面或表面及内腔数据,输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构,在名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 计算机上复现实物样件的几何形状,并在此基础上进行原样复制,修改或重设计,主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。现在精密模具的精度已达23m ，目前国内厂家使用较多的有意大

12、利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm 3250mm三坐标测量机， 还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段， 从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸 模具制造全过程， 成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备应该具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。(2)电火花加工机床（EDM ）电火花加工作为模具制造技术的一个重要分支，被赋予越来越高的加工要求，在模具的复杂、精密小型腔、窄缝、沟槽、拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。电火花机床在结构设计、 脉冲电源的开发方

13、面将朝更合理、更具优势化的方向全面发展，电火花加工在控制技术上将朝自动化、智能化方面的更高层次发展，电火花加工的网络管理技术在高档机床上已有初步应用，将逐步被推广及应用，获取更好的系统管理效果。精密的机床伺服系统的发展使其具有更加好的跟踪性，避免动作滞后， 提高机械系统的稳定性。日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L 、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM 具有 P-E3自适应控制、 PCE 能量控制及自动编程专家系统。微精加工脉冲电源可以更好的解决加工速度慢、电极损耗大与低脉宽的工艺矛盾， 新型的脉冲电源如节能型脉冲

14、电源、等能量脉冲电源、各种专用辅助电源等将会有更加广阔的发展前景。另外高性能综合技术专家系统的研发及EDM 智能化技术的不断发展和自适应性控制、模糊控制、 多轴联动控制、电极自动交换、双线自动切换和防电解作用及放电能量分配等技术的进一步发展；混粉加工等镜面光亮加工技术的发展；微细 EDM技术的发展， 包括三维微细轮廓的数控电火花铣削加工和微细电火花磨削；电火花铣削加工技术及机床和EDM 加工中心 (包括成形机和线切割机)将得到发展；作为可持续发展战略，绿色 EDM 新技术是未来重要的发展趋势；研究用气体代替普通介质及研究用电加工来加工非导体材料。总之，电火花加工技术以提高加工质量、提高加工效率

15、、扩大加工范围、降低加工成本等为目标在模具工业中不断发展。(3)高速铣削机床 (HSM) 铣削加工是型腔模具加工的重要手段，高速铣削在电火花用的电极制造方面已经起到了主导地位， 而且由于高速铣削可对淬火钢直接进行铣削加工，为电火花加工去除更多的加工名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 余量， 使放电加工时电极与工件的加工面均匀放电，电极损耗均匀，加工效率高，在模具型腔加工中也得到了广泛的的应用和发展。HSM 一般主要用

16、于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。将电火花加工、高速铣削这两种技术完美地结合可以有效提高模具的加工水平。3、快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。(1)快速原型制造技术。它包括激光立体光刻技术；叠层轮廓制造技术；激光粉末选区烧结成形技术；熔融沉积成形技术和三维印刷成形技术等。(2)表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型

17、腔表面及精细花纹的一种工艺技术。(3)浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。(4)冷挤压及超塑成形制模技术。(5)无模多点成形技术。(6)KEVRON钢带冲裁落料制模技术。(7)模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。(8)其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。4、模具材料及表面处理技术发展在模具材料方面， 冷作模具钢要求模具有更高的硬度和耐磨性、更高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行。要求较高的

18、淬透性、较小的变形及开裂倾向性。对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，同时还要具有高的热疲劳抗力；常用塑料模具用钢有预硬钢、时效硬化型钢、 热处理硬化型钢、粉末模具钢等，主要发展方向是易切削、抛光性好的塑料模具钢，预硬化塑料模具钢，时效硬化塑料模具钢，整体淬硬型塑料模具钢，耐腐型塑料模具钢，无磁性塑料模具钢。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗发展；由一般扩散向CVD 、PVD 、PCVD 、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

19、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - TiCN 、TiA1N 、Cr7C3、 W2C 等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀防腐强化等技术也日益受到重视。5、模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面， 随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、 管理理念

20、与模式。 具体主要有： 适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产； 提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理； 广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。四、目前国内模具方面的现状与未来发展1、模具工业产品结构方面塑料成形模，精冲模，精密多工位级进模还为数不多。2、我国模具工业目前技术水平参差不齐，设备更新慢，配套设备少，设备利用率低，在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。3、模具工业配套材料的质量不够稳定，

21、缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，模具标准化程度及标准件的使用覆盖面小。海关统计数据显示，2009 年上半年中国模具进出口总量为19.13 亿美元， 其中进口总量为 10.33 亿美元。按模具种类分，进口和出口最高的是塑料橡胶模具，分别占了进口和出口总额的 49.27%和 71.50%，其次是冲压模具，分别占了进口和出口总额的44.04%和 21.36%。今年上半年， 中国模具出口在全球总需求下降的情况下仍同比增长1.38%，显示出中国模具国际竞争力的提升。中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面， 主要是企业结构向专业化

22、调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、 超精加工及抛光技术、信息化方向发展。五、未来的模具设计制造将与其他行业有更紧密的结合，比如与美学结合设计外形、安排构造； 与化学结合运用新材料和其化学特性使模具的应用范围更广；与仿生结合， 产生像“会呼吸的模具”这样的新型模具。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -