模具設計與制造的現狀及發展趨勢

曹 菁

中車齊齊哈爾車輛有限公司

1 模具設計技術

隨著產品的多樣化發展，產品的模具設計也變得愈加復雜，再加上CAD/CAE等技術的進步，模具設計由依賴經驗積累來進行人工制圖，發展到了應用計算機技術來進行自動化設計。CAD/CAE技術的進步，對減少模具生產時間、提升產品質量具有非常明顯的作用。模具設計水平的提升也使得產品制造的質量、效率得以提高。比如，對于航空發動機的葉片模具的制造，伴隨科技的發展，葉片精鍛技術獲得了飛速的發展，并得以實用化，基于葉片精鍛的鍛壓模具設計CAD系統開始獲得應用。這對于減少葉片精鍛模具生產周期，使得數據共享化、信息集成化變為現實，增強了生產效率，使得設計、制造等各環節能夠有機地結合起來。CAD技術，能夠對航空發動機葉片的終鍛件、終鍛模等開展實體造型，還能夠進行平衡角計算、葉根/葉尖部位延伸等操作。

模具設計采用CAD繪圖替代手工繪圖。相比20世紀90年代之前，該模具設計技術降低了模具設計者體力勞動、提高了設計效率、降低了設計圖紙出錯率等。但存在主要缺點平面圖紙不直觀、復雜結構表達不清楚、不具備分析功能。

CAD技術體現在模具設計手段由二維AUTOCAD轉為三維Pro/E，可以說是具有劃時代的意義。利用Pro/E軟件，模具設計者可方便快速的計算出沖裁模具的沖裁力、壓力中心以及各件的準確重量；直觀的模擬模具的真實組裝關系，較方便地分析零組件之間的裝配關系，避免干涉；快速地輸出工程圖紙，避免人為拆圖的錯誤。CAE(計算機輔助工程) 技術體現在數值模擬分析技術在模具設計階段的應用。鐵路貨車的外覆蓋件多數是成形件，在制件外觀質量要求越來越高的情況下，板料成形成為沖壓加工中的技術難點。由于板料成形的理論性和經驗性都很強，模具設計制造周期較長，并且常常需要反復調試模具，因此成為新制件開發的瓶頸。數值模擬分析技術在沖壓技術領域的應用，改變了傳統的經驗、實做加試模為主的加工模式。

2 模具設計與制造的發展趨勢

模具制造的過程中包括了加工方式與工藝技術，隨著經濟快速提升，技術和工藝二者在模具制造中的重要性發生了轉變，西方工業發達國家的模具生產已經從傳統的加工技術(數控、自動)，正在向著無人化生產的方式快速發展。但是目前我國仍然處于機械制造向數控制造的方面轉變，從國際市場分析模具制造行業的前景，能夠得出模具行業的競爭越來越強，增強競爭力的重要方式就是降低產品生產成本，縮短生產時間，提高產品質量。設計方式的高效率、自動化器械的使用，快速的成型機械加上優秀的模具設計，大大提升了生產的穩定性，從而節省了模具生產的成本。

目前，智能化已成為各行各業廣泛應用的科技力量，智能化模具的設計與制造代表著時代的發展進步，必然會受到模具行業的肯定，也必將得到社會的認可與青睞。因此，模具產業需要積極探析出智能化模具制造與設計的發展方向，實現智能化模具實效性的高效提升，以順應時代發展的需求，從而保證模具產業的有序發展。

智能化模具是指具備傳感、分析、控制與決策性能的模具，如擁有自動調溫功能的壓鑄模具，運用注塑參數、調溫性能等智能化手段制作的模具等，這些模具都是智能化模具。由于我國現有的科技水平與人力資源狀況已經無法適應時代發展要求，故智能化設計與制造將會成為我國時代發展的主流，隨即智能化模具的設計與發展也將引領者模具產業進入騰飛時期。智能化模具較之傳統模具具備諸多優勢，如智能化模具能夠摒棄傳統模具設計的大量耗材耗時、精確度不高、污染較為嚴重、生產效益較低等方面的缺點。依托智能化設計與制造手段可以實現模具產品質量與經濟效益的提高，能夠有效節約制造材料，并更好地趨向于綠色環保制造。

2.1 逐漸達到世界先進水平

智能化模具具有精密性、高效性與實用性等顯著特征，然而我國目前科技水平尚不能很好契合智能化模具設計與制造的高要求。因此我國模具制造與設計智能化發展的中長期目標是接近國際先進水平，使得我國智能化模具設計與制造水平適應智能化制造的需要。

2.2 逐漸提升智能化模具的占比

目前，我國智能化模具產品產出與模具總量占比較低，約占模具總量的30%左右。我國模具制造與設計智能化發展的中長期目標，其對智能化模具占比方面提出較高要求，具體為智能化模具與模具總量的占比需實現超過50%的目標。

2.3 逐漸提高模具的使用性能

智能化模具在未來的設計與制造過程中，需要逐漸提高使用性能，提升模具的穩定性，努力壓縮智能模具生產期間，用以實現生產期間縮短25%左右、使穩定性提升至25%左右的中長期目標，進而確保智能化模具制造的精準性與實用性。

2.4 逐漸增強數字與信息化水平

由于智能化模具的設計與制造必須依托數字化與信息化技術，故智能化模具生產企業需要不斷提升信息化與數字化應用水平，積極引進先進的信息化設備，使得智能化模具生產企業實現信息化與數字化管理的目標。

2.5 逐漸實現智能化模具的自動化生產

智能化模具的自動化生產將會成為極其重要的發展趨勢。目前，尚無智能化模具自動化生產的企業，故智能化模具在未來的設計與制造的目標之一，則是爭取突破人工設計與制造智能化模具，逐漸實現智能化模具的自動化生產目標。

結語

隨著科學技術的迅速發展，當前的模具設計與制造技術正向著自動化、智能化的方向進步。這對減少模具生產時間、提高生產效率以及產品質量具有非常明顯的作用。隨著工業技術的發展以及產品更新速度的加快，模具的設計與制造技術將會在未來的工業發展中起到越來越關鍵的作用。

[1]李波.模具設計與制造專業課程標準理論與實踐探索[J].城市建設理論研究(電子版)，2017(29)：203-204.