姚銀

【摘 要】為了適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求，必須進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息化技的不斷發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)相互滲透，模具行業(yè)也必將會(huì)發(fā)生全新的改變。本文就模具行業(yè)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的現(xiàn)狀分析，并且對(duì)我國(guó)模具技術(shù)的趨勢(shì)進(jìn)行展望，具有一定的技術(shù)參考性和理論性。

【關(guān)鍵詞】模具行業(yè)；產(chǎn)品制造；發(fā)展現(xiàn)狀；趨勢(shì)

1.我國(guó)模具業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

從近幾年的發(fā)展情況來看，我國(guó)模具市場(chǎng)發(fā)展前景十分樂觀。我國(guó)模具行業(yè)“十一五”頭3年模具工業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率為17.1%，2003年全國(guó)模具總產(chǎn)值達(dá)450億元以上，2005年總銷售額超600億元，。按年均增長(zhǎng)率為15%推算，2010年全國(guó)模具總產(chǎn)值達(dá)約1200億元，2020年約為3100億元。經(jīng)過10年努力我國(guó)模具水平到2010年時(shí)將進(jìn)入亞洲先進(jìn)水平的行列，再經(jīng)過10年的努力，2020年時(shí)基本達(dá)到國(guó)際水平，我國(guó)不但成為模具生產(chǎn)大國(guó)，而且進(jìn)入世界模具生產(chǎn)制造強(qiáng)國(guó)之列。在模具生產(chǎn)方面，國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)精度達(dá)2μm的精密多工位級(jí)進(jìn)模；在汽車模具方面，已能制造新轎車的部分覆蓋件模具。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展，增大了用于模具技術(shù)進(jìn)步的投資，現(xiàn)今從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已有30余家，從事模具技術(shù)教育培訓(xùn)的院校已超過50家。

但與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)現(xiàn)階段模具水平仍存在較大的差距。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）模具設(shè)計(jì)體系規(guī)范模具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)開發(fā)是當(dāng)務(wù)之急；（2）制造工藝水平國(guó)內(nèi)模具生產(chǎn)廠家工藝條件參差不齊，不少?gòu)S家特別是私有企業(yè)，由于設(shè)備不配套，很多工作依賴手工完成，嚴(yán)重影響精度和質(zhì)量。而歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平在國(guó)際上是一流的；（3）調(diào)試水平模具屬于工藝裝備，生產(chǎn)出合格制品才是最終目的。國(guó)內(nèi)模具的質(zhì)量、性能檢驗(yàn)大多放在用戶處，易給用戶造成大量的損失和浪費(fèi)。而國(guó)外大都擁有自己的試模場(chǎng)所和設(shè)備，可以模擬用戶的工作條件試模，所以能在最短時(shí)限達(dá)到很好的效果；（4）原材料問題國(guó)產(chǎn)模具多采用2Cr13和3Cr13，而國(guó)外則采用專用模具材料DINI、2316，其綜合機(jī)械性能、耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)材料；（5）價(jià)格因素對(duì)用戶而言合理的質(zhì)量?jī)r(jià)格比是最優(yōu)選擇，所以進(jìn)口模具價(jià)格比國(guó)產(chǎn)模具高8～10倍，仍有其市場(chǎng)空間；（6）配套體系我國(guó)模具生產(chǎn)企業(yè)往往忽視與其它設(shè)備、原料供應(yīng)商合作，無形中使用戶走了許多彎路。

2.模具設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的開發(fā)，模具設(shè)計(jì)有了新的發(fā)展方向。3.1CAD繪圖技術(shù)CAD繪圖技術(shù)的出現(xiàn)給模具設(shè)計(jì)工作帶來了方便之門。CAD系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)階段使用最多的是“Pro/E”軟件的應(yīng)用，該軟件具有易用性、高效率、實(shí)用性。3.2CAD/CAE/CAM技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始發(fā)展的模具計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）技術(shù)現(xiàn)在也已有許多企業(yè)應(yīng)用，一些工業(yè)發(fā)達(dá)模具企業(yè)應(yīng)用CAD技術(shù)已從二維設(shè)計(jì)發(fā)展到三維設(shè)計(jì)，而且三維設(shè)計(jì)已達(dá)70%以上，它對(duì)縮短模具制造周期及提高模具質(zhì)量有顯著的作用。CAE軟件的應(yīng)用國(guó)外已較普遍，國(guó)內(nèi)應(yīng)用還比較少。

3.先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）在模具中的應(yīng)用

3.1快速原型制造（RP）技術(shù)

RP技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要是制作模具設(shè)計(jì)制造過程中所用的母模，有時(shí)也用于直接制造模具。RP技術(shù)可分為直接快速模具與間接快速模具技術(shù)。如SL、LOM、SLS、SDM。其優(yōu)點(diǎn)是制造環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，能夠較充分地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)；對(duì)于那些需要復(fù)雜形狀的內(nèi)流道冷卻模具與零件，采用直接RT（由RP直接制造出使用模具的技術(shù)稱為直接RT技術(shù)）有著其他方法不能替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。間接快速模具制造，通過快速原型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具翻制技術(shù)相結(jié)合制造模具。一方面可以較好地控制模具的精度、表面質(zhì)量、機(jī)械性能與使用壽命，另一方面也可以滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。如基于噴射的成型技術(shù)，如FCM、3DP、快速精密鑄造模具等。RP各成形工藝都是基于離散-疊加原理而實(shí)現(xiàn)快速加工原型或零件，如圖1。

3.2虛擬制造技術(shù)（VMT）

虛擬制造是采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、品質(zhì)檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等的產(chǎn)品制造全過程，是一種通過計(jì)算機(jī)虛擬模型來模擬生產(chǎn)各場(chǎng)景和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及加工性等各方面可能存在的問題，從而提高人們的預(yù)測(cè)和決策水平。虛擬制造技術(shù)是以三維建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐的全新的技術(shù)（圖2）。

3.3反求工程技術(shù)RE

隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)不斷融入模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步推動(dòng)了模具制造產(chǎn)品快速制造的能力。反求工程是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造。反求工程是通過對(duì)存在實(shí)物模型或零件進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)。見圖3。

3.4有限元仿真、模擬技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，融合了CAD、數(shù)值計(jì)算、CAM、CG等各類技術(shù)的數(shù)值模擬技術(shù)—有限元分析，逐步應(yīng)用在模具的設(shè)計(jì)制造中。數(shù)值模擬技術(shù)通用或?qū)Ｓ玫能浖黝惡芏?，如DYN-3D、OPTRIS、ANSYS、MARC、ANAQUAS、ALGOR等?？芍庇^地在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察到材料變形和流動(dòng)的詳細(xì)過程，了解材料的應(yīng)變分布、材料厚度變化、破裂及皺曲的形成。設(shè)計(jì)人員根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整模具參數(shù)及成型工藝、修改毛料形狀和尺寸，極大縮短試模和修模時(shí)間，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率（圖4）。

3.5模具中其他的先進(jìn)制造技術(shù)

除了上述模具先進(jìn)制造技術(shù)，還有模具微細(xì)加工、模具納米加工、模具微型機(jī)械加工、模具的敏捷制造技術(shù)、模具柔性制造技術(shù)、模具集成制造技術(shù)、模具企業(yè)網(wǎng)絡(luò)制造聯(lián)盟技術(shù)、模具制造CAPP技術(shù)、模具的智能制造技術(shù)等。模具制造技術(shù)種類繁多，大部分的先進(jìn)制造技術(shù)都可以應(yīng)用到模具制造中，而且在不斷發(fā)展之中。

4.模具技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

4.1大力開展并行工程，快速響應(yīng)市場(chǎng)需要

在國(guó)際上，模具工業(yè)是公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)，目前我國(guó)已成為世貿(mào)組織的新成員，各類產(chǎn)品都需要提高質(zhì)量降低成本，首先要解決模具設(shè)計(jì)制造周期，最大限度地縮短生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的過程，所以模具設(shè)計(jì)與制造過程的正確方法應(yīng)該是并行工程的方法。實(shí)施模具制造并行工程模式將逐漸取代傳統(tǒng)工作模式成為模具制造業(yè)中新的主導(dǎo)模式。

4.2數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向

數(shù)字化是模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流，而自動(dòng)化則有助于實(shí)現(xiàn)操作，提高加工質(zhì)量和效率，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。柔性化可實(shí)現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)。集成化可充分利用CAD/CAM、CIMS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化、并行設(shè)計(jì)、虛擬制造、反求工程等。智能化可利用專家系統(tǒng)模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳基因等人工智能技術(shù)，解決知識(shí)的重用等問題。網(wǎng)絡(luò)化可跨地區(qū)、跨院所實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合和共享。

4.3模具檢測(cè)、加工設(shè)備向精密高效和多功能方向發(fā)展模

具向著精密、復(fù)雜、大型的方向發(fā)展，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來越高。如美國(guó)的高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有數(shù)字化掃描功能。實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程。高速銑削技術(shù)，模具自動(dòng)加工系統(tǒng)等的研制和開發(fā)。

5.總結(jié)

顯而見之，目前我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)水平已經(jīng)取得了一定的成就，產(chǎn)品在功能、外表與人性化、綠色環(huán)保設(shè)計(jì)上也有了相當(dāng)高的水平。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)不斷的深化，對(duì)產(chǎn)品多樣化、高性能化的需求也越來越高。我們要加大對(duì)模具設(shè)計(jì)制造的技術(shù)研究，進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)加工的技術(shù)含量，爭(zhēng)取達(dá)到更高的模具設(shè)計(jì)制造水平，讓中國(guó)制造走出國(guó)門，走向世界。