有關模具設計和加工技術的發展方向探究

摘 要：模具制造可以分為手工操作、手工操作加機械化、數字控制、計算機化以及CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化，總共五個階段，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化為總體的發展方向。在模具制造中，電加工以及金屬切削加工是模具加工諸多方法中的主要加工技術。

關鍵詞：模具設計;加工技術;CAD/CAM/CAE技術

模具設計以及加工，依據技術的具體發展階段來分，可以分為五個發展階段。手工操作、手工操作加機械化、數字控制、計算機化以及CAD/CAM/CAE信息網絡技術一體化，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化為總體的發展方向。在模具制造中，電加工以及金屬切削加工是模具加工諸多方法中的主要加工技術。模具制造加工技術中，電火花加工、高速銑削、快速制模、快速原型制造、超精及微細加工、研磨拋光、表面處理、復合加工以及CAM/DNC技術，諸多的加工技術都有其各自的發展優勢。

1 模具設計技術

在20世紀前，模具設計憑借人們的長期實踐經驗，以及機械制圖，使得模具設計有了很好的發展，隨著時代的發展，模具設計逐步發展至，與計算機相結合進行模具設計，簡稱為CAD。而這項技術在不斷的發展進步中，取得了巨大的成功，并逐步顯示出一定的優越性。20世紀末，另一項模具設計技術逐步領先，即模具計算機輔助工程分析，簡稱為CAE，該項技術發展至今，得到了許多企業的青睞，在提高制造模具質量以及縮短制造周期方面有顯著的效果。我國的模具企業中，三維設計逐步取代了二維設計，普遍應用的軟件有UG、SolidWorks、Pro/E、Cimatron E等。在模具成型過程中，應用計算機輔助工程分析技術，對產品缺陷可能發生的諸多方面能夠進行很好的預測。因此在CAD及CAE軟件應用中，應著重發展以下幾個方面。

第一，模具設計知識庫以及資料庫系統;第二，模具工程方案及規劃設計;第三，合理選用模具標準件和模具材料;第四，模具冷卻通道、流道、強度以及剛性的設計;第五，塑料模具成型中的模擬分析，熱傳導過程分析，冷卻過程分析，以及凝固結構應力分析。計算模腔及澆筑系統的速度場、溫度場、壓力場、剪切應力場、剪切應變速率場的分布，并且對其分布進行結果分析。該模擬技術已發展到快速并正確的實體雙面流技術;第六，沖壓模金屬成形模擬分析，起皺分析以及破裂分析，回彈以及應力應變分析。第七，模具設計軟件以及分析軟件的應用，應提高其集成化、智能化及快速性，并在應用中不斷強化并提高這些軟件的功能。在模具設計技術CAD及CAE的應用下，計算機輔助工藝設計技術在我國模具企業中開辟了良好的應用發展前景。

2 模具加工技術

模具加工技術，不同類的模具需采取相應的加工技術，其中最主要的方法有金屬切削加工、精密鑄造、電化學加工、電火花加工、高能波加工、激光加工以及高能波、激光復合的加工方法和3D打印（3DP）技術等。在模具加工技術中，隨著計算機技術的不斷發展及應用，使得模具工業產品品種經由數控技術以及計算機的輔助，產品的個性化及多樣化愈來愈明顯，因此在產品在不斷的生產中，其更新換代的頻率也越來越高，隨著時代的發展，市場中產品競爭也趨于激烈，用戶對產品的要求也越來越高，諸如價格低、質量好、精度高以及交貨期短等。因此對模具加工技術提出了更高的要求，促使其加工工藝趨于完善。

2.1 高速銑削技術的發展

我國的模具制造業在近幾年中，借助CAM軟件和CNC技術，大量應用了高速銑床，高速銑床的應用對模具加工業起到了重要作用，在我國普遍應用的高速模具加工機床中，以最高主軸轉速為12000r/min-24000r/min為主，而較少的一些高速模具加工機床中，主軸轉速已經達到30000r/min以上。當然，高速銑床的引進應向最高轉速為目標，但是目前仍舊是以推廣高速銑床的應用為主。在模具加工技術中，切削加工工藝是一場革命性的跟進。高速銑削與干硬切削加工以及超精加工，這兩項加工技術相結合，創造了以銑代磨的新局面，以往的模具研拋，工作量大，因此高速銑削極大地減少了其工作量，同時也縮短了模具制造過程中的耗時量。所以我國模具企業在今后的發展中，是以全面推廣高速銑削技術的廣泛應用為目標。

2.2 電火花加工技術

電火花加工技術，又簡稱為EDM，在高速銑削應用的不斷的發展下，電火花加工技術受到了前所未有的挑戰。而電火花加工技術也有著其獨特之處，高速銑削加工技術并不能完全取而代之。例如在電火花加工技術中的復雜模具型面、尖角、深窄小型腔、曲線溝槽、深溝、窄縫等的加工處理;電火花加工技術（EDM）現已經實現3軸聯動，加工精度誤差小于0.001mm，表面光潔度誤差小于0.2?m，在這些方面電火花加工有著不可替代的作用及優點。電火花加工技術（EDM）不僅在成本上優于高速銑削，而且更容易實現加工技術的自動一體化。

2.3 微細加工、超精加工以及復合加工技術

隨著時代的發展，模具加工逐步向大型化以及精密化的方向開始發展，微細加工以及超精加工，激光，超聲波、化學、集電技術等，以及這些技術的綜合應用取得了很好的發展。而其中的超精加工可以達到納米精度以及亞微米級，因此超精加工技術逐步被應用到模具加工生產當中。

2.4 3D打印技術（ALM）

3D打印技術（ALM）是制造業的革命，其與智能機器人、人工智能并稱為實現數字化制造的三大關鍵技術，這項技術及其產業發展是全球正在興起新一輪數字化制造浪潮的重要基礎。3D打印技術在模具行業中的應用，主要分為三個方面，一是直接制作零件，只是制作出來的零件精度、強度和表面質量有區別，這也是目前3D打印技術最常見的應用方式;二是間接制造模具，即利用3D打印的原型件，通過不同的工藝方法翻制模具，如硅橡膠模具、石膏模具、環氧樹脂模具、砂型模具等;三是直接制造模具，即利用選擇性激光燒結（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、直接金屬激光燒結（DMLS）、立體光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、分層物體制造（LOM）等3D打印工藝直接制造軟質模具或硬質模具。

2.5 模具智能制造與檢測系統

隨著模具加工技術在各方面的不斷發展，在我國的一些模具制造企業中，已經形成了一定規模的模具智能制造系統。系統在計算機統一控制下，利用網絡通訊技術，將多臺數控機床、工業機器人和行走裝置、運送和儲物系統、自動檢測與精度補償系統等制造設備進行有效的組合，形成了智能化的同步數控柔性制造系統（FMS）。從模具設計、模擬、制造到檢測一站式完成，大大提高了生產效率和質量的穩定性，有著很好的發展前景。

參考文獻

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作者簡介

趙煜（1975-），女，漢族，高級講師，研究方向：機械設計與制造。