模具论文[1].pdf

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1、模具设计与制造模具设计与制造老师：杨春花老师：杨春花学生：学生：白云方白云方学号：学号：08112180811218班级：班级：机械制造与自动化机械制造与自动化我国模具行业的发展简述及趋势我国模具行业的发展简述及趋势摘要：根据相关的资料总结了我国现阶段模具的发展状况和趋势，对我国未来模具行业的发展提供一种借鉴关键词：模具 CAD/CAM;快速成形;隔音件;抛光技术;模具材料1/51.我国模具行业发展现状国内模具工业从起步到发展，历经了半个多世纪，尤其是 20 世纪 90 年代以来发展得更加迅速。近年我国的模具在国际模具行业美好的发展形势下，模具水平有了较大提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命模

2、具又上了新台阶。从模具发展地域来看，我国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，模具生产最集中的地区在江浙和XX 等经济技术高的地区。从模具的需求情况看，汽车工业是模具的最大用户，汽车产量的增幅虽然有较大回落，但车型开发和新车型的上市速度并未放慢，有的还有所加快，汽车工业对模具需求仍旧十分强劲。电子信息行业、电器和仪器仪表行业、电机行业、建材行业等，也是大量使用模具的行业，这些都对模具产生大量的需求。中国经济的高速发展对模具工业提出越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。近年来，我国的模具工业一直以高增长速度快速发展。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，如集体企业、合资企业和私

3、营企业，都得到了快速发展，其中集体和私营的模具企业发展得最为迅速，各地从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，形成了许多国内外知名的“模具之城”和最具发展活力的组成之一。2.我国模具行业技术进步模具 CA D/CAE/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。与任何新生事物一样，模具CAD/CAE/CAM 在近

4、二十年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进人本世纪以来，模具 CAD/CAE/CAM 技术发展速度更快、应用 X 围更广，为了使广大模具工作者能进一步加深对该技术的认识，更好发挥模具 CAD/CAE/CAM 的作用，本文针对模具中应用最广泛、最具有代表性的铸造模、锻模、级进模、汽车覆盖件模和塑料注射模 CAD/CAE/CAM 的发展状况和趋势作概括性的介绍和分析。3.我国模具行业技术的发展趋势我国模具工业的技术水平近年来取得了长足的进步。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。一般模具可以自行制造或跟国内企业合作制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的塑料模、压铸模和

5、汽车覆盖件模等仍需依靠进口，针对我国工业生产产品品种多、更新快和市场竞争激烈的特点，模具技术的发展应该与这些要求相适应，许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展

6、趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，其主要有以下表现。1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平目前，模具行业在整个国家工业中占有重要的地位，在未来的整个国民经济发展中，模具所占比例逐步提高，且发展速度将高于其他行业。随着模具行业的不断发展，对模具提出越来越高的要求是正常的，因此，黄岩为了在国内模具行业激烈的竞争中继续保持旺盛的生命力，就要大力发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。2/5模具产品成型零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。随着零件微型化,精密模具精度已由原来的5Nm提高到2一3pm,有些模

7、具加工精度公差要求在lpm以下，这就要求发展超精加工。同时，由于近年来进口模具中，精密大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在国内市场上的份额也将逐步增大。为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用应大力推广。为此，企业要严格按标准生产;要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;要进一步增加标准件规格品种，提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。2.CAD/CAM/CAE 技术模具 CA D/CAM/CAE 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为用户提供

8、一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。近年来，模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，CAD/CAM 软件的智能化程度也将逐步提高。我国自主开发CAD/CAE/CAM 系统有很大发展。目前，国内模具企业中已有相当多

9、的厂家普及了计算机绘图，并陆续引进了高档CAD/CAE/CAMo UG,Pro/Engineer,I-DEAS,Euclid-IS 等著名软件在中国模具工业应用已相当广泛，特别是在汽车模具行业，目前国内一流的汽车模具公司都应用了 CAE 软件，在全国全面普及CAD/CAE/CAM 技术的条件已基本成熟。国外一些软件开发商已能按实际生产过程中的功能划分产品系列，在网络系统下实现CAD/CAE/CAM 的一体化，解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作的要求。例如英国DELCAM 公司在原有软件DUCTS的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际推出了CAD/CAM集成化系统D

10、elcamsPower Solution，该系统覆盖了几何建模、逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数据编程、测量分析等各个领域。系统的每个功能模块既可独立运行，又可通过数据接口与其他系统相兼容，并能按使用要求进行组合，以便形成专业化的CAD/CAE/CAM系统，做到开放性、兼容性和专业化的统一。可以预计，模具CAD/CAE/CAM系统在今后几年内将会逐步发展为支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。在现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具工作者的经验，仅凭计算机的数值计算功能去完成诸如模具设计方案的选择、工艺参数与模具结构的优化、成型缺陷的诊断以及

11、模具成形性能的评价是不现实的。新一代模具CAD/CAE/CAM系统正在利用KBE(基于知识的工程)技术进行脱胎换骨的改造。如UG-II中所提供的人工智能模块KF(KnowledgeFusion)。利用KF可将设计知识融人系统之中，以便进行图形的识别与推理。数值计算和人工智能技术的结合将是今后相当长时间内一件十分艰巨而重要的工作。传统的模拟软件基本上都是被动式计算工具，分析前需要用户事先设计成形方案和确定工艺参数，分析结果常常难于直接用来指导生产，这在很大程度上影响了模拟软件的推广和普及，国内模具技术国家重点实验室在国产注塑成型模拟软件中成功地引人了人工智能技术。对于注射时间、注射温度等具有连续

12、取值空间的参数，采用人工神经网络进行优化，对于分析结果的解释和评价则采用基于规则推理的方法来处理。的专家系统规则库以专家知识为基础，涵盖了有关短射、流动平衡、熔体降解、温差控制、保压时间、许可剪切应力、剪切速率和锁模力等方面的领域知识，在对分析结果进行综合和提炼的基础上驱动专家系统进行推理，对成型方案进行评价并在分析报告中输出具体的改进建议，其目标是将模拟软件由传统的3/5“被动式”计算工具提升为新一代的“主动式”优化系统。3.逐步推广高速铣削在模具加工的应用高速切削的高效率不光体现在减少多少机床加工时间，实际上是减少整体工序时间。采用更高的切削速度，精加工时更少的加工余量，更密的刀轨以及更少

13、的切深，特别是在自由曲面上(切深一般在 0.02 至 0.1mm)使用细小直径(如 0.3-0.8mm)刀具时，切深更小0.008-0.02mm)，精细、紧密的刀轨一般均会大大提高加工表面的光洁度。以快速精细的轻切削代替常规的缓慢的重切削，会大大简化以后的工序。与传统的切削方式相比，高速铣削的切屑形成方式不同，产生的绝大部分的热量由切屑带走，热量不会聚集在加工区域，同时走刀速度比常规走刀速度要快的多，热量更不容易聚集，材料热变形小的多，保持比较恒定、理想的切削条件，从而保证了工件的加工精度。另外在电极加工中，加工的电极精度高，轮廓形状一致性好，光洁度高，电极一般不需要抛光处理，不会产生由于手工

14、抛光而影响工件的精度，从而大大提高了模具的制造精度。高速切削加工与传统切削加工相比具有温升低(加工工件只升高 39C)、热变形小等优点。高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。国外是联合开发，企业提供费用，大学、研究所提供理论分析，共同讨论后企业制造，然后又给大学实验室验证，分析改进，重新制造，再改进，用户试用，分析改进 许多年以后才出成果，但这是一个产业化的成果，开始投人实际应用，产生经济效益。高速铣削加工是近年来发展很快的模具加工技术。国内已有一些公司引进了高速铣床，并开始应用。国内机床厂陆续开发出一些准高速的铣床，并正开发高速加工机床。但是，高速铣削的应用面在黄岩使用尚

15、不广泛，不过现在发展很迅速，目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。4.快速制造成形和热压成型汽车隔音件模具技术得到大力发展目前，欧美的部分汽车模具企业采用转速高于45000 r/min和实际进给速度达到10 m/min的高速加工，而日本企业基本上还是停留在准高速加工阶段，不管转速如何，实际曲面加工进给速度很难突破6m/min。从实际使用情况来看，如果达到了真正的高速，刀具的费用、机床的价格和机床的维护费用等都是目前黄岩模具成本难以接受的。像30000r/min,60m/min这样的高速加工中心，都属于中小型机床，只适用于注塑模的型腔加工。因此，大力、全面发展快速成形模具在黄岩模具发展

16、趋势中刻不容缓。快速制造成形技术得到重视和发展，黄岩的热压成型汽车隔音件模具在国内率先发展起来，且目前许多企业及研究机构也正致力于这方面的研究开发，并不断取得新成果。近年来，随着汽车行业的规模化生产，对模具的设计技术要求也随之提高，特别是汽车引擎仓、乘驾仓、行李仓的隔音件模具，由原来分成型、切边、冲孔、包边等多工序多付模具完成的生产工艺，改为实现单付模具单工序完成，集油缸、气钻、气缸、冲压等在单付模具上完成对产品的成型、切边、冲孔、包边等工艺。大大提高了生产率，减少了生产设备和人力，提高了产品的竞争力。5.进一步研究开发模具的抛光技术模具常用的抛光方法有:机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛

17、光、流体抛光、磁研磨抛光。在塑料模具加工中所说的抛光与其他行业中所要求的表面抛光有很大的不同，严格来说，模具的抛光应该称为镜面加工。它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度，而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求，所以精密模具的镜面加工还是以机械抛光为主。但由于机械抛光主要还是由人工完成，不仅效率低(约占整个模具制造周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是促进我国模具向更好方向发展的重要课题。4/5除此

18、之外，模具抛光效果还与模具材料、抛光前的表面状况、热处理工艺等有关。优质的钢材是获得良好抛光质量的前提条件，如果钢材表面硬度不均或特性上有差异，往往会产生抛光困难，且钢材中的各种夹杂物和气孔都不利于抛光。日本研制成功数控研磨机，可实现三维曲面的自动化研磨抛光。由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。发展特种研磨与抛光方法，挤压研磨、电化学抛光、超声抛光及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量是发展方向。6.优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%一30%之间，模具用材料包括的X围很广，从一般的碳素结构钢、合金结构钢、碳素工

19、具钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、马氏体时效钢到硬质合金、难熔合金、高温合金、非铁金属等都可选用，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。目前，中国合金工具钢的产量已居世界前列，而其中一般质量的模具钢材多，高质量的模具钢材少，相当部分要求高的模具钢都需要经过真空精炼和电渣重熔，以保证钢材的高纯净度、高致密度、高等向性，而通过电渣重熔的模具钢所占的份额很小，材料利用率低，生产周期长，不能适应现代模具制造业的需要。在模具制造的成本中，材料费用往往只占模具

20、成本的20%左右，但模具工业的竞争就是模具使用效率的竞争，而不是以模具材料低价位来取胜，因此对于要求较高的长寿命模具，在选用模具材料时往往需要精益求精。4.总结目前，由于国产模具材料不能完全适应模具制造业的需要，很多高性能、长寿命、交货日期紧迫的模具仍不得不采用进口的模具材料。而进口材料的价格很高，比国产材料的价格高3-5倍。除少数品种尚需做一些研制、开发，大部分产品及尺寸规格我国是有能力进行开发的，其关键问题在于如何保证国产模具钢的质量稳定并缩短钢材的交货期。当前应加强黄岩模具材料企业与模具制造企业间的合作。因为模具市场的开拓和发展是一项系统工程，要求模具材料的研制、生产、销售、推广等部门以及模具设计、制造与模具使用等部门组织起来，大力协同，及时反馈模具制造和使用方面的问题和要求，开发与试制工作、技术咨询工作和售前与售后的服务工作，大力推广质量稳定的高性能的模具材料的应用，促进我国模具工业的迅猛发展。参考文献：1)李德群，X宜生.模具企业数字制造技术的现状与发展CAD/CAM与制造业信息2003(7):10-15.2)肖祥芷.冲压工艺与模具计算机辅助工艺设计M).:国防工业，1996.3)李德群现代塑料注射成型的原理、方法与应用M.XX:XX交通大学，2005.4)X志坚.基于KBE的冲压工艺设计系统的研究与开发D 华中科技大学，2005.5/5