淺談模具設計體系的改進和技術制造水平的提高

孫華祥

摘 要：模具制造技術可分為五個發展階段，我國目前主要以數字控制階段為主。CAD/CAE及CAPP和KBE技術是模具設計技術的發展方向。軟件方面今后將需要有多方面的發展。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、超精加工和微細加工、復合加工、表面處理、研磨拋光及模具CAM/DNC技術等都是模具加工技術的發展方向，它們各有其發展趨勢。同時，包括管理在內的模具制造綜合技術方面的一些發展方向也十分重要。

關鍵詞：高速銑削；電火花加工；復合加工；模具設計加工

從技術角度來看，模具制造（包括設計和加工）技術大致可分為五個發展階段：手工操作階段、手工操作加機械化（普通通用機床與工具）階段、數字控制階段、計算機化階段和CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化階段。我國幅員遼闊，模具制造企業眾多，技術發展水平參差不齊，各個階段同時并存，但目前主要以數字控制階段為主。有些骨干重點企業已發展到了計算機化階段。但同時也還有不少企業仍停留在手工操作加機械化階段。純粹手工操作階段基本上已成為歷史，CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化階段剛剛初露端倪。就大多數模具制造企業而言，今后的發展方向應以提高數控化和計算機化水平為主，積極采用高新技術，逐步走向CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化。模具無紙化制造將逐漸替代傳統的設計和加工。

模具設計技術的發展方向。模具設計長期以來一直依靠人的經驗和機械制圖來完成。自從20世紀80年代我國發展模具計算機輔助設計（CAD）技術以來，這項技術得到了越來越快的發展，已在模具制造中顯示出了巨大的優越性。從20世紀90年代開始發展的模具計算機輔助工程分析（CAE）技術現在也已有許多企業應用，它對縮短模具制造周期及提高模具質量有著顯著的作用。一些工業發達國家的模具企業應用CAD技術已從二維設計發展到三維設計，而且三維設計已達70%以上。我國大部分企業還停留在二維設計的水平上，能進行三維設計的企業還不到20%。CAE軟件的應用國外已較普遍，國內應用還比較少，而且在用于預測零件成形過程中可能發生的缺陷方面水平還比較低。

在我國，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合加工等。數控和計算機技術的不斷發展使它們在模具加工方法中得到了越來越廣泛的應用。在工業產品品種多樣化、個性化越來越明顯，產品更新換代越來越快，市場競爭越來越激烈的情況下，用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質量好、價格低。這就給模具加工技術提出了相應的發展方向。近年來我國模具制造業中的一些骨干重點企業先后進口了高速銑床和高速加工中心，它們已在模具加工中發揮了很好的作用。國外高速加工機床主軸最高轉速有的已超過100000r/min，快速進給速度可達120m/min，加速度可達1～2g，換刀時間可提高到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，形成了對電火花成形加工的挑戰。隨著主軸轉速的提高，機床結構及其所配置的系統及關鍵部件和零配件、刀具等都必須要有相應的匹配，從而使機床造價大為提高。因此在一定時間內，我國模具企業進口的高速加工機床主軸最高轉速仍將以10000～20000r/min為主，少數會達到40000r/min左右。雖然向更高轉速發展是一個方向，但目前最主要的還是推廣應用。高速加工是切削加工工藝的革命性變革。從技術發展角度看，高速銑削正與超精加工、干硬切削加工相結合，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。因此可以預計，我國模具企業將會越來越多地應用高速銑削技術。

模具未來的最大競爭因素是如何快速地制造出用戶所需求的模具。RPM技術可直接或間接用于RMT。金屬模具快速制造技術的目標是直接制造可用于工業化生產的高精度耐久金屬硬模。間接法制模的關鍵技術是開發短流程工藝、減少精度損失、低成本的層積和表面光整技術的集成。RPM技術與RMT技術的結合，將是傳統快速制模技術進一步深入發展的方向。RPM技術與陶瓷型精密鑄造相結合，為模具型腔精鑄成形提供了新途徑。應用RPM/RMT技術，從模具的概念設計到制造完成，僅為傳統加工方法所需時間的1/3和成本的1/4左右，因而具有廣闊的發展前景。要進一步提高RMT技術的競爭力，需要開發加工數據生成更容易、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，模具設計和模具加工往往是分不開的，兩者密切相關。因此，除了設計技術和加工技術之外，還必須重視一些綜合技術。許多綜合技術的發展方向將對模具制造產生重大影響。目前，以微電子技術、軟件技術為核心，以數字化、網絡化為特征的信息技術正以強大的滲透力影響著社會各個領域，傳統制造業信息化趨勢勢在必行。

在信息化帶動工業化發展的今天，我國的模具設計加工和制造技術落后于國際水平，我們的模具企業管理技術更落后于國際水平的現實必須引起我們足夠的重視。要快速提高我國模具工業水平，我國模具行業全體職工必須努力學習，牢牢掌握世界模具技術的發展方向，充分發揮主觀能動性，腳踏實地、充滿信心地去創造美好的未來。

參考文獻：

[1]仰建武.快速可換型芯注塑模CAD關鍵技術研究[D].華僑大學，2012.

[2]郭良剛.基于Unigraphics平臺的注射模CAD系統研究與開發[D].華僑大學，2014.

[3]周子凡.三維模架設計及零部件圖形生成系統的開發[D].天津科技大學，2015.endprint