淺論模具行業(yè)設計制造技術現(xiàn)狀與趨勢

姚銀

【摘 要】為了適應市場對產品多樣化的需求，必須進一步提高模具設計的技術水平，隨著計算機技術及信息化技的不斷發(fā)展，先進制造技術相互滲透，模具行業(yè)也必將會發(fā)生全新的改變。本文就模具行業(yè)設計制造技術的現(xiàn)狀分析，并且對我國模具技術的趨勢進行展望，具有一定的技術參考性和理論性。

【關鍵詞】模具行業(yè)；產品制造；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢

1.我國模具業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

從近幾年的發(fā)展情況來看，我國模具市場發(fā)展前景十分樂觀。我國模具行業(yè)“十一五”頭3年模具工業(yè)產值年均增長率為17.1%，2003年全國模具總產值達450億元以上，2005年總銷售額超600億元，。按年均增長率為15%推算，2010年全國模具總產值達約1200億元，2020年約為3100億元。經過10年努力我國模具水平到2010年時將進入亞洲先進水平的行列，再經過10年的努力，2020年時基本達到國際水平，我國不但成為模具生產大國，而且進入世界模具生產制造強國之列。在模具生產方面，國內已經能夠生產精度達2μm的精密多工位級進模；在汽車模具方面，已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展，增大了用于模具技術進步的投資，現(xiàn)今從事模具技術研究的機構和院校已有30余家，從事模具技術教育培訓的院校已超過50家。

但與一些發(fā)達國家相比，我國現(xiàn)階段模具水平仍存在較大的差距。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）模具設計體系規(guī)范模具設計軟件系統(tǒng)開發(fā)是當務之急；（2）制造工藝水平國內模具生產廠家工藝條件參差不齊，不少廠家特別是私有企業(yè)，由于設備不配套，很多工作依賴手工完成，嚴重影響精度和質量。而歐美許多模具企業(yè)的生產技術水平在國際上是一流的；（3）調試水平模具屬于工藝裝備，生產出合格制品才是最終目的。國內模具的質量、性能檢驗大多放在用戶處，易給用戶造成大量的損失和浪費。而國外大都擁有自己的試模場所和設備，可以模擬用戶的工作條件試模，所以能在最短時限達到很好的效果；（4）原材料問題國產模具多采用2Cr13和3Cr13，而國外則采用專用模具材料DINI、2316，其綜合機械性能、耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國產材料；（5）價格因素對用戶而言合理的質量價格比是最優(yōu)選擇，所以進口模具價格比國產模具高8～10倍，仍有其市場空間；（6）配套體系我國模具生產企業(yè)往往忽視與其它設備、原料供應商合作，無形中使用戶走了許多彎路。

2.模具設計技術

隨著國民經濟和生產技術的不斷發(fā)展以及計算機設計技術的開發(fā)，模具設計有了新的發(fā)展方向。3.1CAD繪圖技術CAD繪圖技術的出現(xiàn)給模具設計工作帶來了方便之門。CAD系統(tǒng)在模具設計中的廣泛應用。現(xiàn)階段使用最多的是“Pro/E”軟件的應用，該軟件具有易用性、高效率、實用性。3.2CAD/CAE/CAM技術從20世紀90年代開始發(fā)展的模具計算機輔助工程分析（CAE）技術現(xiàn)在也已有許多企業(yè)應用，一些工業(yè)發(fā)達模具企業(yè)應用CAD技術已從二維設計發(fā)展到三維設計，而且三維設計已達70%以上，它對縮短模具制造周期及提高模具質量有顯著的作用。CAE軟件的應用國外已較普遍，國內應用還比較少。

3.先進制造技術（AMT）在模具中的應用

3.1快速原型制造（RP）技術

RP技術在模具制造領域的應用主要是制作模具設計制造過程中所用的母模，有時也用于直接制造模具。RP技術可分為直接快速模具與間接快速模具技術。如SL、LOM、SLS、SDM。其優(yōu)點是制造環(huán)節(jié)簡單，能夠較充分地發(fā)揮其技術優(yōu)勢；對于那些需要復雜形狀的內流道冷卻模具與零件，采用直接RT（由RP直接制造出使用模具的技術稱為直接RT技術）有著其他方法不能替代的獨特優(yōu)勢。間接快速模具制造，通過快速原型技術與傳統(tǒng)的模具翻制技術相結合制造模具。一方面可以較好地控制模具的精度、表面質量、機械性能與使用壽命，另一方面也可以滿足經濟性的要求。如基于噴射的成型技術，如FCM、3DP、快速精密鑄造模具等。RP各成形工藝都是基于離散-疊加原理而實現(xiàn)快速加工原型或零件，如圖1。

3.2虛擬制造技術（VMT）

虛擬制造是采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術，在計算機上實現(xiàn)產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、品質檢驗以及企業(yè)各級過程的管理與控制等的產品制造全過程，是一種通過計算機虛擬模型來模擬生產各場景和預估產品功能、性能及加工性等各方面可能存在的問題，從而提高人們的預測和決策水平。虛擬制造技術是以三維建模和仿真技術為基礎，以虛擬現(xiàn)實技術為支撐的全新的技術（圖2）。

3.3反求工程技術RE

隨著檢測技術的發(fā)展，將現(xiàn)代測量技術不斷融入模具產品設計中，進一步推動了模具制造產品快速制造的能力。反求工程是以設計方法學為指導，以現(xiàn)代化設計理論、方法、技術為基礎，運用各種專業(yè)人員的工程設計經驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有產品進行解剖、深化和再創(chuàng)造。反求工程是通過對存在實物模型或零件進行測量，然后根據(jù)數(shù)據(jù)進行重構設計。見圖3。

3.4有限元仿真、模擬技術的應用

隨著計算機技術的迅速發(fā)展，融合了CAD、數(shù)值計算、CAM、CG等各類技術的數(shù)值模擬技術—有限元分析，逐步應用在模具的設計制造中。數(shù)值模擬技術通用或專用的軟件各類很多，如DYN-3D、OPTRIS、ANSYS、MARC、ANAQUAS、ALGOR等?？芍庇^地在計算機屏幕上觀察到材料變形和流動的詳細過程，了解材料的應變分布、材料厚度變化、破裂及皺曲的形成。設計人員根據(jù)已有的經驗來調整模具參數(shù)及成型工藝、修改毛料形狀和尺寸，極大縮短試模和修模時間，有效地提高產品質量和生產效率（圖4）。

3.5模具中其他的先進制造技術

除了上述模具先進制造技術，還有模具微細加工、模具納米加工、模具微型機械加工、模具的敏捷制造技術、模具柔性制造技術、模具集成制造技術、模具企業(yè)網絡制造聯(lián)盟技術、模具制造CAPP技術、模具的智能制造技術等。模具制造技術種類繁多，大部分的先進制造技術都可以應用到模具制造中，而且在不斷發(fā)展之中。

4.模具技術發(fā)展趨勢

4.1大力開展并行工程，快速響應市場需要

在國際上，模具工業(yè)是公認的關鍵工業(yè)，目前我國已成為世貿組織的新成員，各類產品都需要提高質量降低成本，首先要解決模具設計制造周期，最大限度地縮短生產環(huán)節(jié)間的過程，所以模具設計與制造過程的正確方法應該是并行工程的方法。實施模具制造并行工程模式將逐漸取代傳統(tǒng)工作模式成為模具制造業(yè)中新的主導模式。

4.2數(shù)字化、自動化、柔性化、集成化、智能化和網絡化方向

數(shù)字化是模具產業(yè)發(fā)展的主流，而自動化則有助于實現(xiàn)操作，提高加工質量和效率，快速響應市場需求。柔性化可實現(xiàn)多品種小批量生產。集成化可充分利用CAD/CAM、CIMS等技術實現(xiàn)設計制造一體化、并行設計、虛擬制造、反求工程等。智能化可利用專家系統(tǒng)模糊推理、人工神經網絡、遺傳基因等人工智能技術，解決知識的重用等問題。網絡化可跨地區(qū)、跨院所實現(xiàn)技術資源的重新整合和共享。

4.3模具檢測、加工設備向精密高效和多功能方向發(fā)展模

具向著精密、復雜、大型的方向發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高。如美國的高精度三坐標測量機具有數(shù)字化掃描功能。實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程。高速銑削技術，模具自動加工系統(tǒng)等的研制和開發(fā)。

5.總結

顯而見之，目前我國機械設計水平已經取得了一定的成就，產品在功能、外表與人性化、綠色環(huán)保設計上也有了相當高的水平。市場競爭形勢不斷的深化，對產品多樣化、高性能化的需求也越來越高。我們要加大對模具設計制造的技術研究，進一步提高模具設計加工的技術含量，爭取達到更高的模具設計制造水平，讓中國制造走出國門，走向世界。