淺談模具設(shè)計(jì)體系的改進(jìn)和技術(shù)制造水平的提高

孫華祥

摘 要：模具制造技術(shù)可分為五個(gè)發(fā)展階段，我國(guó)目前主要以數(shù)字控制階段為主。CAD/CAE及CAPP和KBE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向。軟件方面今后將需要有多方面的發(fā)展。模具加工有許多方法，其中金屬切削加工和電加工是最主要的方法。高速銑削、電火花加工、快速原型制造和快速制模、超精加工和微細(xì)加工、復(fù)合加工、表面處理、研磨拋光及模具CAM/DNC技術(shù)等都是模具加工技術(shù)的發(fā)展方向，它們各有其發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，包括管理在內(nèi)的模具制造綜合技術(shù)方面的一些發(fā)展方向也十分重要。

關(guān)鍵詞：高速銑削；電火花加工；復(fù)合加工；模具設(shè)計(jì)加工

從技術(shù)角度來看，模具制造（包括設(shè)計(jì)和加工）技術(shù)大致可分為五個(gè)發(fā)展階段：手工操作階段、手工操作加機(jī)械化（普通通用機(jī)床與工具）階段、數(shù)字控制階段、計(jì)算機(jī)化階段和CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化階段。我國(guó)幅員遼闊，模具制造企業(yè)眾多，技術(shù)發(fā)展水平參差不齊，各個(gè)階段同時(shí)并存，但目前主要以數(shù)字控制階段為主。有些骨干重點(diǎn)企業(yè)已發(fā)展到了計(jì)算機(jī)化階段。但同時(shí)也還有不少企業(yè)仍停留在手工操作加機(jī)械化階段。純粹手工操作階段基本上已成為歷史，CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化階段剛剛初露端倪。就大多數(shù)模具制造企業(yè)而言，今后的發(fā)展方向應(yīng)以提高數(shù)控化和計(jì)算機(jī)化水平為主，積極采用高新技術(shù)，逐步走向CAD/CAE/CAM信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一體化。模具無紙化制造將逐漸替代傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工。

模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向。模具設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來一直依靠人的經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械制圖來完成。自從20世紀(jì)80年代我國(guó)發(fā)展模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)以來，這項(xiàng)技術(shù)得到了越來越快的發(fā)展，已在模具制造中顯示出了巨大的優(yōu)越性。從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展的模具計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）技術(shù)現(xiàn)在也已有許多企業(yè)應(yīng)用，它對(duì)縮短模具制造周期及提高模具質(zhì)量有著顯著的作用。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具企業(yè)應(yīng)用CAD技術(shù)已從二維設(shè)計(jì)發(fā)展到三維設(shè)計(jì)，而且三維設(shè)計(jì)已達(dá)70%以上。我國(guó)大部分企業(yè)還停留在二維設(shè)計(jì)的水平上，能進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的企業(yè)還不到20%。CAE軟件的應(yīng)用國(guó)外已較普遍，國(guó)內(nèi)應(yīng)用還比較少，而且在用于預(yù)測(cè)零件成形過程中可能發(fā)生的缺陷方面水平還比較低。

在我國(guó)，模具共分10大類46小類。不同類型的模具具有不同的加工方法。同類模具也可以用不同加工技術(shù)去完成。模具加工方法主要有精密鑄造、金屬切削加工、電火花加工、電化學(xué)加工、激光及其他高能波束加工及集兩種以上加工方法為一體的復(fù)合加工等。數(shù)控和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使它們?cè)谀＞呒庸し椒ㄖ械玫搅嗽絹碓綇V泛的應(yīng)用。在工業(yè)產(chǎn)品品種多樣化、個(gè)性化越來越明顯，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈的情況下，用戶對(duì)模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)量好、價(jià)格低。這就給模具加工技術(shù)提出了相應(yīng)的發(fā)展方向。近年來我國(guó)模具制造業(yè)中的一些骨干重點(diǎn)企業(yè)先后進(jìn)口了高速銑床和高速加工中心，它們已在模具加工中發(fā)揮了很好的作用。國(guó)外高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速有的已超過100000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)120m/min，加速度可達(dá)1～2g，換刀時(shí)間可提高到1～2s。這樣就可大幅度提高加工效率，并可獲得Ra≤1μm的加工表面粗糙度，可切削60HRC以上的高硬度材料，形成了對(duì)電火花成形加工的挑戰(zhàn)。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，機(jī)床結(jié)構(gòu)及其所配置的系統(tǒng)及關(guān)鍵部件和零配件、刀具等都必須要有相應(yīng)的匹配，從而使機(jī)床造價(jià)大為提高。因此在一定時(shí)間內(nèi)，我國(guó)模具企業(yè)進(jìn)口的高速加工機(jī)床主軸最高轉(zhuǎn)速仍將以10000～20000r/min為主，少數(shù)會(huì)達(dá)到40000r/min左右。雖然向更高轉(zhuǎn)速發(fā)展是一個(gè)方向，但目前最主要的還是推廣應(yīng)用。高速加工是切削加工工藝的革命性變革。從技術(shù)發(fā)展角度看，高速銑削正與超精加工、干硬切削加工相結(jié)合，開辟了以銑代磨的新天地，極大地減輕了模具的研拋工作量，縮短了模具制造周期。因此可以預(yù)計(jì)，我國(guó)模具企業(yè)將會(huì)越來越多地應(yīng)用高速銑削技術(shù)。

模具未來的最大競(jìng)爭(zhēng)因素是如何快速地制造出用戶所需求的模具。RPM技術(shù)可直接或間接用于RMT。金屬模具快速制造技術(shù)的目標(biāo)是直接制造可用于工業(yè)化生產(chǎn)的高精度耐久金屬硬模。間接法制模的關(guān)鍵技術(shù)是開發(fā)短流程工藝、減少精度損失、低成本的層積和表面光整技術(shù)的集成。RPM技術(shù)與RMT技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。RPM技術(shù)與陶瓷型精密鑄造相結(jié)合，為模具型腔精鑄成形提供了新途徑。應(yīng)用RPM/RMT技術(shù)，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右，因而具有廣闊的發(fā)展前景。要進(jìn)一步提高RMT技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力，需要開發(fā)加工數(shù)據(jù)生成更容易、高精度、尺寸及材料限制小的直接快速制造金屬模具的方法。

在模具制造中，模具設(shè)計(jì)和模具加工往往是分不開的，兩者密切相關(guān)。因此，除了設(shè)計(jì)技術(shù)和加工技術(shù)之外，還必須重視一些綜合技術(shù)。許多綜合技術(shù)的發(fā)展方向?qū)?duì)模具制造產(chǎn)生重大影響。目前，以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)為核心，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)正以強(qiáng)大的滲透力影響著社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)制造業(yè)信息化趨勢(shì)勢(shì)在必行。

在信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的今天，我國(guó)的模具設(shè)計(jì)加工和制造技術(shù)落后于國(guó)際水平，我們的模具企業(yè)管理技術(shù)更落后于國(guó)際水平的現(xiàn)實(shí)必須引起我們足夠的重視。要快速提高我國(guó)模具工業(yè)水平，我國(guó)模具行業(yè)全體職工必須努力學(xué)習(xí)，牢牢掌握世界模具技術(shù)的發(fā)展方向，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，腳踏實(shí)地、充滿信心地去創(chuàng)造美好的未來。

參考文獻(xiàn)：

[1]仰建武.快速可換型芯注塑模CAD關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華僑大學(xué)，2012.

[2]郭良剛.基于Unigraphics平臺(tái)的注射模CAD系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].華僑大學(xué)，2014.

[3]周子凡.三維模架設(shè)計(jì)及零部件圖形生成系統(tǒng)的開發(fā)[D].天津科技大學(xué)，2015.endprint