模具设计的选材及发展趋势-文献综述

模具设计的选材及发展趋势摘要:模具材料作为制造模具的基础，它的性能和热处理工艺对模具寿命有着决定性的影响。本文通过对沿海地区制造企业的调查，介绍了国内模具设计软件的应用现状，模具设计流程以及模具设计未来的发展趋势。同时介绍了我国目前模具加工设备概况，通过在使用数控设备的种类、数量、产地、技术参数方面的调查与研究，指出了我国数控设备与国外同类产品之间的差距，并从高速、复合、智能等方面阐述了我国模具加工设备的未来发展趋势。关键词：模具材料；模具性能；选材；模具加工设备；趋势；高效2Abstract:Moldmaterialsasthebasisformakingmolds,itsperformanceandheattreatmentprocesshaveadecisiveimpactonthemouldlife.Thisarticle,throughthesurveyofmanufacturingenterpriseincoastalareas,introducesthedomesticmouldsoftwaredesignsituationatpresent,moulddesignprocessandthedevelopmenttrendofmoulddesigninthefuture.Atthesametimethecurrentsituationofmoldprocessingequipmentinchinaisintroduced.Bystudyingthetype，quantity，origin，technicalparametersofthenumericalcontrolequipment，thedifferencesarefoundoutbetweenourmachinesandtheforeignsimilarproducts.Thetrendsofthedomesticmachinesdevelopmentareelaboratedfromtheaspectsofhighspeed，compound，intelligenceandsoonKeywords:Mouldmaterial;Mouldperformance;Selectmaterial;Mouldmachiningequipment;Trend;Highspeed31.引言工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具，用模具生产制件所达到的高一致性、高生产率、高精度、高复杂程度和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要，随着产品更新换代越来越快，新产品不断涌现，新技术日新月异，模具的使用范围已越来越广，对模具的要求也越来越高1。制造业信息化是企业发展的必要手段，同时信息化主导下的产品设计具有设计直观快速，易于修改，管理简单，观察方便，产品成型分析等一系列的优势，因此信息化是未来发展的必然趋势。在这种趋势下，模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本，另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。42.模具行业的基本情况我国模具生产最为集中的地区在珠三角和长三角地区，约占全国模具总产值的三分之二以上，模具发展有力地支持着这两个地区工业的快速发展。从1999年至2009年产值从250亿元增长到979.45亿元，年均增长率在14.8%；进口从9.8274亿美元增至19.64亿美元；出口从1.328亿美元增至18.43亿美元；进口：出口从6.6：1跌至1.06：1。表明了我国模具工业总产值呈逐年递增趋势，模具进口金额的增幅有逐年下降的趋势，出口比例逐年加大，同时反映我国模具任是供不应求的状态，仍为世界上模具年进口量较大的国家2。2.1设计软件的应用现状国内用户数量较多的商业软件，主要有美国PTC公司的Pro/E和德国西门公司的UG，以及Solidworks、Cimatron和CATIA等3。通过对沿海地区近100家制造企业（包括模具制造企业）的调查发现：第一：90%的用户还只是软件的“初级使用者”，软件主要用于产品设计，有的甚至只是用软件绘制产品图。产品的概念设计完成后，一般都要制作实物模型，以便对设计作出评估。自从3D设计软件问世以来，大部分的设计评估可借助产品的3D模型在计算机中完成。只有10%的用户建立了产品标准件库、常用件库，有的还开始使用软件的二次开发功能，建立适合本企业的菜单栏、工具栏等。个别用户能按照国家标准、企业标准的要求对软件进行系统的设置，并有既懂机械又具有相关计算机知识的专业人员维护软件系统，但这部分用户只占调查对象的5%左右。第二：注射模具制造企业以及有注射模具制造部门的企业，几乎100%在使用软件进行注射模设计，主要是使用Pro/E或UG等进行分模得到型腔零件。有的是Pro/E和AutoCAD配合使用，有的是使用Pro/E的相关模块（如EMX）。大部分都在用UG等软件的自动编程模块编程驱动加工中心对凹模和型芯零件加工2，或者加工铜电极，再由电火花机床加工模具零件。第三：只有少数用户在模具设计工作中使用了软件的CAE模块，包括对塑件进5行优化设计，对注射成型进行模拟分析，以及对注射成型工艺进行优化控制和其它方面的一些运用4。2.2模具材料的选用合理地选用模具材料并进行精确的成形加工和适当的热处理，能够有效的提高模具使用寿命5。模具性能要求模具必须具有高的耐磨性、韧性、强度、抗疲劳性能及抗咬合性；模具的工艺性能要求：可加工性对可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨损小以及加工后模具表面光洁；可锻性锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量，节约钢材，而且改善模具材料的内部缺陷；可磨削性保证模具具有较好的表面粗糙度和尺寸精度；热处理工艺性能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，过热敏感性化脱碳倾向，淬火变形和开裂倾向等。63.模具加工技术及设备随着高新技术和先进适用技术改造传统模具的加工模式不断推广和深入，数字化加工已成为模具加工的发展方向采用数字化技术的模具加工设备成为模具企业提高其装备水平的首选6。目前模具加工设备有数控电火花加工机床、加工中心、数控车床、数控电加工机床等。3.1数控电火花加工机床3.1.1微型模具微细电火花成形加工随着高速铣(HSM)的迅速发展,HSM的加工工艺水平越来越高,不但在高精度、低表面粗糙度加工方面有所进展,而且在沟槽加工方面也有新的突破7。对于机械工的应力对微型模具的影响较大,机械加工难于达到这一要求,而微细电火花成形加工具有一系列优点:（1）低应力,由于微细电火花加工是应用微脉冲能量加工,比一般电火花加工应力更小,更适合微型模具加工;能加工高硬材料,这一优点可以使微型模具采用高硬材料,以提高模具寿命;（2）无毛刺,微型模具的型腔不允许有毛刺;（3）能加工复杂微型腔,加工复杂微型腔是微细电火花加工与其他加工方法相比的重要优势。3.1.2微细、精密单向走丝电火花线切割机床其加工间隙更小,加工精度更高,并可以加工更小的内角半径,加工表面粗糙度值可以达到Ra0.05m的水平,加工表面无变质层,表面质量优异,加工工件或模具可以直接使用,还适合微型零件的微精加工。3.1.3微孔数控电火花加工可实现发动机喷油嘴复杂空间位置分布的精密微孔加工,解决汽车工业欧%排放标准的发动机喷油嘴精密喷孔高效加工,还可以应用于化纤工业中喷丝7板加工以及航空航天、军工等领域的微孔加工8。3.2加工中心加工中心是目前金属切削机床中发展最快的品种，有着广阔的应用前景，但国产加工中心的市场占有率却很低另外，国内外同类产品的差距主要在于机床的高速高效化和精密化。3.3数控车床国产的数控车床大多为经济型，多功能数控车床和车削中心生产量较少;而国外生产的基本上是多功能数控车床和车削中心国外车削中心具有双主轴双刀塔Y轴C轴，甚至还装有日轴，功能多，可供用户选择性较大。国外数控车床的主轴转速和主轴功率一般都高于国产数控车床;另外还能生产提供适合于高强度耐热合金加工和钛合金加工大功率高刚度的数控车床和车削中心以及以车代磨的精密数控车床和车削中心，而此类产品国内基本处于空白9。3.4数控电加工机床随着模具对表面质量精度及效率要求的提高，精密慢走丝电火花线切割机市场需求越来越大由于其技术含量高，模仿难度大，国内市场基本被日本瑞士的电加工设备生产企业所占领，国内企业在技术上目前还不具备优势10。84.模具加工设备现状(1)近年来模具加工机床有了长足的进步,电主轴、直线电机、转矩电机和快速数控系统已得到广泛应用,多功能加工、激光加工、超声波加工已融入模具加工中,这对我国模具工业的发展起到了关键的支持作用11。(2)模具加工机床既体现出模具机床技术的发展,又反映出在模具加工中的实际应用。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供需矛盾一时还难以解决，供不应求的局面还将持续一段时间，特别是在中高档产品方面矛盾更为突出12。(3)国内机床行业展品性能与国外同类产品相比差距较大,对我国模具行业选用国产机床不利。参展产品的技术参数与国外同类产品相比,技术水平还有待进一步提高。工艺装备落后，组织协调能力差，难以很好整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目13。95.展望随着我国模具产业的发展状大，高端加工设备依赖进口的状况须从根本上解决在新设备的研发过程中，我们不仅要借鉴国外的先进技术，还要根据未来的发展趋势走出自己的创新之路，使我国制造的模具加工设备不仅能满足我国模具产业发展的需要，同时能在国际市场上占据重要地位14。对于我国模具行业的现状，大力发展和推广信息化、数字化技术是极其重要的，在政策上引导具有较强能力的企业单位研发新的设计方法，在模具制造方面向复杂，高精度，长寿命模具上面有更大的突破。努力提高企业管理水平，促进模具标准件上品种、上水平、上规模；逐步建立起适应我国国情的模具科研设计、人才培训和生产体系，不但要使我国进一步成为模具生产大国，更要努力使我国逐渐成为模具生产强国15。由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模具价格甚至只有国际市场的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施，因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也越来越多。但是，要解决目前我国模具行业现存的问题，就要向标准化、集成化、智能化、专业化、网络化的发展方向努力16。10参考文献1黄晓燕.注塑成型模拟技术的应用与发展J.成都电子机械高等专科学校学报,2009,12(1)：2-72罗小发.CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造的应用J.橡塑技术与装备,2005,238(3)：3-63张政,党新安.基于Pro/E的制品及其3D模具设计J.机械设计与制造,2008,44(1)：34-514AlokK.Priyadarshi,SatyandraK.OntheComputer-AidedDesignJ,2004,36(3):241-2605蒋亚军,娄臻亮.基于知识的注塑模顶出设计J.上海交通大学学报,2004,34(7)：2-66奚建胜.基于Pro/E的注射模分模技术J.模具工业,2008,23(8)：59-667宋满仓.注塑模具设计与制造标准化体系的研究D.大连理工大学,2005，25(3):4-98T.SrhaugOntheEncyclopediaofDairySciences(SecondEdition),2011,23(4):780-7849周红珠数控加工技术在模具制造中的应用探析A中国城市经济2011，56(15)：4-610AkiraKawakami,MidoriYoshidaOntheJournalofPlantPhysiology,2011,169(3):294-30211周永泰.我国冲压模具的现状与发