我国模具设计及制造技术的现状与发展

我国模具设计和制造技术的现状和发展模具和现代技术概论(实践)工作报告知识产权1202梁萍一、国内模具业的现状我国模具工业的发展速度很快。 我国模具行业“十一五”前三年模具工业产值年平均增长率为17.1%，2003年全国模具产值达到450亿元以上，2005年总销售额超过600亿元，从最近三年多的发展情况来看，我国模具市场的发展前景非常乐观。 2010年全国模具总产值约达到1200亿元，每年增长15%，预计到2020年约达到3100亿元。 经过十年的努力，中国的模具水平将在2020年前进入亚洲先进水平的行列，经过十年的努力，2030年基本达到国际水平，中国不仅将成为模具生产大国，还将进入世界模具生产制造强国的行列。在模具生产方面，国内已经可以生产精度达到2m的精密多工位模具的汽车模具，可以制造新的轿车的部分复盖模具。 许多模具企业非常重视技术发展，增加了模具技术进步投资，现在从事模具技术研究的机构和大学已有100多家，从事模具技术教育训练的大学已超过150家。二世界发达国家的差距目前世界模具年产值约600亿美元，日本、美国等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。 中国模具工业近年来在设计、制造技术、模具质量水平等方面取得了很大发展，但与世界发达国家相比还有很大差异。(一)模具设计系统、规范。 开发模具设计软件系统是当务之急。(2)制造过程水平。 国内模具制造商的工艺条件参差不齐。 许多制造商，特别是私有企业，因为设备不配套，很多工作都是手工完成的，对精度和质量影响很大。 欧美许多模具企业的生产技术水平是国际一流的。(3)调试级别。 模具是技术装备，生产合格产品是最终目的。 国内模具质量、性能检测多放在用户那里，容易给用户带来大量损失和浪费。 国外有自己的示范场所和设备，能模拟用户的工作条件，在最短时间内达到良好的效果。(4)原材料问题。 国产模具多采用2Cr13和3Cr13，但国外采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能、耐磨损性、耐腐蚀性能及研磨亮度明显优于国产材料。 材料根本影响国产模具的外观质量和寿命。(5)价格因素。 由于用户合理的质量价格比是最佳选择，进口模具价格比国产模具高810倍，还有市场空间。(6)成套体系。 我国模具生产企业往往无视与其他设备、原料供应商的合作，在无形中让用户走了很多弯路。三、模具的设计和制造技术我国的模具制造技术设备与发达国家相比还有一定差异。 到20世纪90年代为止，模具的设计很少使用计算机，制造也主要以普通的万能设备为主。 进入90年代，巨大的市场需求，特别是汽车、摩托车业的迅速发展，极大地推动了中国模具业的发展。 同时，随着合资和独资企业的介入，引进国外先进的模具设备和制造技术促进了国产模具设计和制造技术水平的提高，一些企业已经具备了设计制造大型精密模具的能力。 我国模具设计制造能力和市场需求与国际先进水平相比还有很大差异。 这些主要表现为高级车和中型车的铸造模具，在设计、加工技术和能力方面有很大差异。随着模具企业生产技术水平的提高，高科技在模具设计和制造中的应用，成为迅速制造优质模具的有力保证。 CAD/CAM/CAE的应用，通过信息技术提高模具工业的优势，CAD/CAM/CAE已经成为模具企业的普遍应用技术。 CAD/CAM一体化技术广泛应用于铸造模具行业，目前二维设计中使用的软件主要是AutoCAD，三维设计中使用的软件多，主要有Pro/E、UG、Cimatron等。 近年来，引进了先进的制造技术和先进的设备。 在零件测绘中，不使用拓印法、模板法，而采用三坐标测量机或激光扫描仪等先进的测量设备和测量技术，不仅准确、快速地映射零件，还将测量数据和图形直接输入计算机，制作各种文件，制作零件的三维模型和二维图形在设计方面，由于CAD的普遍应用，很多企业和工厂已经摆脱了板，推进三维建模软件不仅为CNC编程和集成提供了保证，还可以在设计时进行组装干扰的检查，保证设计和技术的合理性。 在加工方面，数控机床的广泛使用不仅保证了铸造模具零件的加工精度和质量，而且以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术比以往的切削加工效率提高了几倍到十几倍。 几个上、上等级铸造模具厂陆续出现，没有技术、没有水平、设备简陋的手工作坊逐渐被淘汰，我国的铸造模具厂业又有了很大的发展。 模具设计和制造技术呈现以下特征(1) AutoCAD被设计者普遍使用。(2) CAD/CAM已广泛用于模具技术和制造。(3)快速原型制造模具已经进入使用阶段，用LOS、SLS等方法应用的可靠性和技术指标达到了国外同类产品水平。(4)高速加工(High speed machining，HSM )技术引进了模具工业，提高了模具精度。 大幅度缩短了模具制造时间。(5) CAE、逆向工程已在部分企业应用，取得了明显的效果。 产品开发前期的凝固模拟大幅度优化了技术设计，缩短了试验时间，用逆向工程、数字化(CAD/CAM )方法制造模具(特别是复杂的模具)具有周期更短、精度高、一致性好、价格低等多种优点。(6)采用优质模具材料，提高表面处理技术。(7)在提高模具标准化水平和标准品使用率的同时，加强与铸造设备工厂的沟通。在模具材料和表面处理技术方面，随着模具加工技术的提高和模具尺寸稳定性要求的提高，一些模具钢、铬钼钢、H13钢也被用于制造热芯箱和模具主体。 压铸模具中衬材早期主要采用3Cr2W8V，近年来多采用H13、瑞典8407、DIVER等热模具钢。 压铸模具其他部分的材料是碳钢、工具钢，也有铸铁。四、我国模具行业未来发展趋势从长期发展来看，中国经济持续增长，今后铸造模具整体需求会增加。 中国模具近年来以平均17%的速度增长，超过了中国GDP平均附加值的2倍以上。 铸造模具也能保持同步发展，所以铸造模具有很大的发展空间。1 .技术上必须进一步完善目前我国工业生产的特点是产品品种多、更新快，市场依然处于买方市场的态势。 在这种情况下，用户要求产品包括模具制造“工期短、精度高、质量好、价格低”。 用户对铸造模具产品的苛刻，是制造商日益完善的压力。 确实是铸造模具生产企业的完整系统的尝试。(1)CAD/CAM/CAE一体化目前，许多铸造模具制造商仍采用旧的方法，设计、编程、技术、加工、检测都比较独立，在独立评价、独立计算、看市场这一点上，一些国有企业的模具制造商已经过时。 部分中小模具工厂采用一贯的工作方式，从设计到编程，从产品加工，到售后服务，一个人几个人完成，生产传递少，容易发现问题，成本低，质量好，周期短。 如果CAD/CAM/CAE一体化加工能提高普及率的话，我国的模具生产能力就会有飞跃。(2)模具标准品的应用在模具设计中，许多海外模具制造商采用了标准化的组合设计，虽然设计周期短，但中国现在的产品都是从头开始设计的，包括各环节。 因此，如果使用模具标准品，不仅能缩短模具的制造周期，还能提高模具的质量，降低模具的制造成本。 因此，标准内容的应用将会越来越广泛。 模具标准品的开发利用，大大简化了我国的铸造模具生产。(3)寻求逆向工程，开发铸造模具的制造范围一般来说，逆向工程虽然很难用CAD建立数据模型，但只能用扫描和测量实物的方法收集数据，用CAM软件系统建立数学模型，然后生成NC程序，控制NC加工中心这缩短了模具的生产周期，提高了产品质量。 反求工程值得在模具制造业普及。 可以扩大产品的加工范围。2 .高科技设备的应用(1)高速铣削加工应用更广泛海外近年来发展起来的高速铣削加工，主轴转速为40000 r/min，快进速度为3040m/min，换刀时间达到13s。 这大大提高了加工效率，在加工模具时，可以得到78倍、Ra10m的加工表面粗糙度。 形状精度可以达到10m。 另外，可以加工硬度达到60HRC的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。 因此，高速铣削加工技术的发展有助于铸造模具加工技术的发展。(2)模具的高速扫描和数字化系统发挥了更大的作用英国雷尼秀公司的模具扫描系统已经在中国200多个模具工厂应用，效果良好。 该系统提供了从模型和实物扫描到加工所需模型所需的许多功能，大幅缩短了铸造模具的研制和制造周期，如RENSCAN200的快速扫描系统，可以迅速地安装在现有的NC铣床和加工中心， 利用雷尼绍的SP2-1扫描头实现快速的数据收集，控制核是雷尼绍TRACECUT软件，能够自动生成与各种数据系统的加工程序不同形式的CAD数据。(3)模具研磨向自动化、智能化的方向发展模具表面的精加工是模具加工不能很好地解决的难题之一，也是模具夹的劳动强度大、成为瓶颈的原因之一。 特别是反映了在硬度高的金属、压铸模具中的最终组装过程。 我国现在也以手工作业为主，不仅质量不稳定、周期长，而且工人工作环境差，制约了我国铸造模具向更高水平的发展。 因此，研究研磨的自动化、智能化是当务之急。 当然，铸造模具、压铸模具型腔复杂，研磨的自动化、智能化有限。3 .未来的发展方向快速成型技术在现代制造业的生产和发展中发挥着重要的作用。 随着科学技术的发展，市场对造型技术的要求越来越高。 间接造型技术虽然得到了广泛应用，但其模具精度不高，综合性能低，不能满足市场发展的需要。 直接造型技术可以保证其数据准确、质量稳定，但技术不成熟，很难通过实际操作控制模具的具体数据。 因此，有关部门必须重视快速成型技术的发展，增加研发资金的投入，开发综合性能高、数据准确、生产工序简单的快速成型技术。 这是快速成型技术发展的必然趋势，也是提高企业市场竞争力、提高经济效益的重要手段。未来模具行业将在以下几个方面得到发展：(1)以机床工业、能源工业、石油化工及海洋工程为主要目标，以重量、高度、大小、困难特征，开展重大技术装备、铸造技术的基础理论研究。 发展数值模拟、物理模拟、专家系统，把铸造技术从“经验”变成“定量”。(2)以汽车工业、航空航天和原子能工业为主要目标，以强韧化、轻量化、精密化和效率化为特征，开展铸造模具新材料、新技术的研究。(3)为提高产品质量和生产率，加强我国工业产品在国际市场的竞争力，开展铸造流程自动化。 灵活的生产单元和系统和集成制造技术的研究。(4)推进有应用前景的铸造模具技术应用基础理论的研究。(5)大力发展提供铸造技术材料和辅助专业化、现代化的企业。(6)发展绿色集约化铸造，加大铸造过程中对环境污染的控制力度，加强铸造材料的再生和回收。4.3D打印技术，未来模具发展方向3D打印技术是一种快速成型技术，根据数字模型文件，使用粉末状的金属或塑料等粘合性材料，按层打印。 3D印刷和机器人一样是新工业革命的象征性技术，新技术革命是模具制造变革的机遇和挑战，模具行业必须把握这一机遇，探索更具竞争性和未来性的新技术，完成模具业发展的变革升级。 虽然3D印刷技术在模具行业的应用还存在瓶颈，但相信通过不懈的努力，一定会成为模具发展的方向。五、结语今天产品的概念不仅满足产品的功能，还要求外观美丽、精致、豪华、技术含量高、舒适、性化、绿色化等。 这适应了市场产品多样化的需要，设计、加工设计独特、尺寸好的批量产品，需要进一步提高模具设计加工的技术含量，因此，模具制造的难度自然增加。 因此，及时了解模具的现状和发展动态，找到差距，确定目标，寻求最佳的模具设计加工技术，相信随着计算机技术和信息化技术的发展，模具的先进制造技术会相互渗透，模具技术会有很大发展。