模具设计与制造的发展趋势毕业论文.doc

毕 业 论 文课题：模具设计与制造技术的发展趋势学校：广州华立科技职业学院专业：模具设计与制造班级：09模具1班姓名：张燕标指导老师：李娟用下一页的封面广州华立科技职业学院毕业设计（论文）中文题目： 模具设计与制造的发展趋势 英文题目： Mold design and manufacture of development 学生姓名： 张燕标 学 号： 7121090172 专 业： 模具设计与制造 指导老师姓名： 李娟 论文提交时间： 2012-04-27 绪 论模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的的重要标志之一，模具行业涉及的产业面很宽，比如金属产品制造业、塑料产品制造业、橡胶产品制造业、陶瓷产品制造业、玻璃产品制造业及各种包装产品。同时，模具技术集设计、制造、产品造型、软件应用为一体，集先进制造技术运用为一体。不难看出，模具设计与制造专业的就业面很广，社会需求很大。模具作为一种特殊的机械产品，模具行业作为一种特殊的机械行业，不能像其它机械行业机械产品那样，所研发制造的机械产品生产出来零部件或机械产品本省仅靠设计人员的理论设计就能基本保证最终所要达到的所需的功能和使用要求，也就是说，对于其它的大多数机械产品，如果加工过程能够完完全全全或尽可能到达设计的精度和要求，最终的产品和当初的设计目的是不会有太大的偏差，即完善的设计在加工条件的保证下就可以生产出完美的产品，同时，这类产品的设计理论依据经过几十年甚至在一些老牌资本主义国家上百年的不断研究与实际生产的互不发展下已经变得很成熟，很完善，很实用了，比如各种机床设备，动力设备等。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。目 录1、模具行业概述 （第4页）2、模具的分析 （第4、5页）3、模具设计和制造的介绍 （第5、6、7页）4、关于模具设计与制造技术的发展 （第8-11页）5、总结（第12页）目录格式参照范文模具行业概述 模具行业是涉及机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工业装备，属于高新技术产品的体系模式，涉及面广，技术要求影。随着社会的不断发展，模具发展已经是作为现代工业发展的重要标志，模具行业生产小而乱，跨行业，投资密集，专业化、商品化和技术水平要求在不断的提高，模具所形成的最终商品的产值是模具自身产值的上百倍。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。因而，模具又被称为“效益放大器。随着科学进步与生产力的不断发展，模具逐渐由手工技术提升为信息技术的历史阶段，模具产品市场竞争局势越来愈激烈，行业的增长速度越来越快。IT技术的运用的成熟为模具的发展提供了强大的技术动力，计算机辅助设计、辅助制造以及辅助分析都相继运用到模具制造领域当中，在模具的整个行业渠道中有技术人才的要求到产品的生产都有了量的提高和质的变化各种新技术如激光立体制模(SLI)、分成实体制造（LOM）、的快速涌现于运用都带动了模具行业的深刻变化。模具的分析什么是模具？通俗地讲，就是工业生产中使用的各种专用装备。通过模具生产的产品，大至汽车、小至玩具，涉及汽车工业、仪器仪表、家用电器等各个行业。模具工业是机械制造的主要产业之一，是技术、资金密集型的行业，也是高技术人才密集型行业。模具水平的高低，直接反映了一个国家制造业水平的高低，模具从业人员的职业素养是衡量模具工业水平高低的极其重要方面。 模具是在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。模具具有特定的轮廓或内腔形状，具有刃口的轮廓形状可以使坯料按轮廓线形状发生分离，即进行冲裁；内腔形状可以使坯料获得相应的立体形状。（补充一句，国外把模具分两类：MOLD和DIE。MOLD意思是“模子，模腔”，指塑模、铸造模一类的；DIE意思是“金属模子,印模”，指冲模、锻模一类的。分别很简单：一种是把材料加热熔融后灌入模腔，一种是用外力把材料压成所需的形状。）模具一般分为两个部分：动模和定模，或凸模和凹模，它们可分可合。分开时装入坯料或取出制件，合拢时使制件与坯料分离或成形。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、压制和压塑过程中，分离或成形所需的外力通过模具施加在坯料上；在挤压、压铸和注塑过程中，外力则由气压、柱塞、冲头等施加在坯料上，模具承受的是坯料的胀力。模具除其本身外，还需要模座、模架、导向装置和制件项出装置等，这些部件一般都是制成通用型，以适用于一定范围的不同模具。模具的应用极为广泛，大量生产的机电产品，如汽车、自行车、缝纫机、照相机、电机、电器、仪表等，以及日用器具的制造都应用大量模具。模具基本上是单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。模具的及时供应及其质量，直接影响产品的质量、成本和新产品研制。因此，模具生产的水平是机械制造水平的重要标志之一。加工金属的模具按所采用的加工工艺分类，常用的有：冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、翻孔模、缩孔模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸模。用于加工非金属和粉末冶金的模具，则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和粉末冶金模等。 （1）、模具生产的特点模具生产制造技术集中了机械加工的很多技术，有机电结合加工，也离不开钳工手工操作。 模具生产方式的选择a） 零件批量小的模具生产，采用单件及配制的方式。b） 零件件批量较大，采用成套性生产。c） 如果同一种零件件制品需多个模具完成，加工和调整模具时应保持前后的连续性。 模具制造的特点：a） 同一工序的加工内容较多，故生产效率较低。b） 要求工人的技术等级较高。c） 模具某些工作部分的尺寸及位置，必须经过试验后来确定。d） 装配后远均需试模、调整及修模。e） 模具生产周期一般较长，成本较高。f） 模具生产是典型的单件生产，故生产工艺、管理方式、制造工艺都具有独特的规律性和特殊性。（2）、模具生产的步骤 模具图样设计 包括模具总装图、零件图。 制订工艺规程 即 制订出整个模具或零部件的加工工艺及操作方法，填写工艺卡。 零部件的生产 即按工艺卡上制订的工艺加工零部件。 装配。 试模与调整 在压力机上边试边调整，校正，直到生产出合格的零件。 检验和包装 检验外观，打好刻记，将试出的另件制品随同模具一起打包。（3）、模具加工的工艺方法 铸造加工 锌合金铸造，低熔点合意铸造，铍铜合意铸造及合成树脂浇注。 切削加工 普通机床加工，仿形铣加工，成形磨加工雕刻，数控机床加工。 特种加工 电加工（电火花，线切割，电解）腐蚀加工超声波加工。 粗加工 以去除大部分余量为目的。 精加工 使工件达到较高的加工精度及表面质量。 整修加工 抛光、导柱 、导套的研磨。（4）、模具制造过程的基本要求 保证加工质量。 保证制造周期。 保证较低的成本。 提高工艺水平模具设计和制造的介绍模具的设计：按国家职业定义，从事企业模具的数字化设计，包括型腔模与冷冲模，在传统模具设计的基础上，充分应用数字化设计工具，提高模具设计质量，缩短模具设计周期的人员。当代模具的设计与制造广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序、模具拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。 模具设计的要求是：尺寸精确、表面光洁；结构合理、生产效率高、易于自动化；制造容易、寿命高、成本低；设计符合工艺需要，经济合理。模具设计技术方法： 模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。集成化软件较高的软件还包括：UG、CATIA和Pro/E等。而新一代模具CAD/CAM软件技术，新一代模具软件以立体的思想、直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度并有较高集成化水平。 快速原型法和快速制模技术（RPM/RMT） 该技术是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出特点就是能直接根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，而不需要任何工装夹具，而迭加形成三维实体。RPM技术与RMT技术的结合，将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。RPM技术与陶瓷型精密铸造相结合。为模具型腔精铸成型提供了新途径。应用RPM/RMT技术从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因而具有广阔的发展前景。 高速铣削技术 高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的510倍）及可加工硬质材料（60 HRC）等诸多优点，高速铣削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。因而在模具加工中日益受到重视。 模具的制造：是指在相应的制造装备工艺和条件下，直接对模具构件的材料（一般为金属材料）进行加工，以改变其形状、尺寸、相对位置和形状；使之成为符合要求的构件，再将这些构件经配合、定位并固定装配成模具的过程。这一过程，是通过按照各种工艺和工艺过程管理、工艺顺序进行加工、装配来实现的模具制造技术：就是运用各类生产工艺装备和加工技术，生产出各种特定形状和加工作用的模具，并使其应用于实际生产中和一系列工程应用技术。它包括：产品零件的分析技术、模具的设计、制造技术，模具的质量检测技术，模具的装配、调试技术和模具的使用、维护技术等。模具的制造过程：模具制造过程可分为模具与制造工艺设计，生产准备和加工，装配、试模三个阶段。这三个阶段的工作分别在技术部门，生产管理部门，车间进行。模具与制造工艺设计模具设计；制订模具制造工艺规程，编制加工程序；设计模具制造的工、夹、刀、量具等；制订材料消耗定额；制订工时定额。生产准备;制订生产计划；制订工具、材料、标准件、辅料、油料等采购；协调跨车间生产计划；工具管理；材料、标准件管理；辅料、油料管理；成品管理等。加工、装配、试模;毛坯准备，主要内容为模具零件毛坯的锻造、铸造、切割、退火（正火）等；毛坯加工，主要内容为进行毛坯粗加工，工种有锯、刨、铣、粗磨、焊接等；零件加工，主要内容为进行模具零件的半精加工和精加工，工种在划线、钻、车、铣、锉;关于模具设计与制造技术的发展A对现状的分析; B各方面发展趋势A对现状的分析模具的发展必须根植与对现状的真确分析与看清问题所在，在宏观的政治法律，经济技术与文化需要都在深刻的影响着模具的发展，我们必须根据当今模具行业的发展趋势，系统、客观的研究探讨模具的发展前景，这样不仅有利于我国选择正确的发展道路而奠定基础，更能有效的针对问题而提出观点看法，即以下就是模具行业的存在问题： 国家对模具工业的政策支持力度还不够 虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。 人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少 模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快。 工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低 近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。 专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占40左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。 模具材料及模具相关技术落后 模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。B各方面发展趋势 1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。（2）模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学的Z-mold软件。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。（3）模具软件应用的网络化趋势随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其21世纪制造企业战略中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。2 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具检测设备的日益精密、高效精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm3250mm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备还包括：英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪(CYCLON SERIES2)可实现激光测头和接触式测头优势互补，激光扫描精度为0.05mm，接触式测头扫描精度达0.02mm。另外德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪，日本罗兰公司的PIX-30、PIX-4台式扫描仪和英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。（2）数控电火花加工机床日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制(FC)等技术。（3）高速铣削机床(HSM)铣削加工是型腔模具业务的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点。因而在模具业务中日益受到重视。瑞士克朗公司UCP710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8m，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速铣床，其加工范围达2500mm5000mm1800mm，转速达20500r/min，切削进给速度达20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具业务，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。3 快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。国际模协秘书长罗百辉认为，与传统模具业务技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显着的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。(1) 快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。(2) 表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。(3) 浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。(4) 冷挤压及超塑成形制模技术。(5) 无模多点成形技术。(6) KEVRON钢带冲裁落料制模技术。(7) 模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。(8) 其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。4 模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。据国际模协秘书长罗百辉估算，因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等；覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。5 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具必然会有如下发展趋势：模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。多功能复合模具将进一步发展。多色和多材质塑料成型模具也将有较快发展，这种模具缩短了产品的生产周期和装配周期，今后在不同领域将得到发展和应用。