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1、模具设计与制造的研究现状及发展趋势 现在模具制造技术的的发展现状和趋势 08材料（1）班 0806031027黄成磊 摘要：在现代化的工业生产中，模具展现出其独领风骚的魅力，其设计与制造的水平在不断进步，日趋完善。就模具的设计与制造的研究现状来说，生产的模具不断地实现大型化、精密化，不断地融进高技术等；而其发展趋势可预见到，将向更大型、更精密、更环保、更多技术含量的方向发展。本文从宏观的方向对模具设计与制造进行一次探讨，简述了该行业的研究现状，并就国家“十一五”对模具行业的发展规划分析总结出了模具设计与制造的发展趋势。 关键词：模具；设计与制造；研究现状；发展趋势 Recent Conditi
2、on and Developing Trends of Mold Designing and Manufacturing Abstract: In modern industrial production, mold show the charm of its leading position, its level of design and manufacture of continuous progress and perfection. In the research of mold design and manufacture , the production of molds con
3、tinue to achieve large-scale, precision, continuously melt into the high-tech, etc.; and its development trends can be foreseen, will be larger, more sophisticated, more environmentally friendly and more technical content. This paper has a discussion of mold designing and manufacturing from a macro
4、direction, outlining the research status of mold industry and summing up the mold design and manufacturing trends, according to the national Eleventh Five-Year plan”for the development of mold industry. Key words: mold; design and manufacture; recent condition; developing trends 1背景及研究目的 目前来讲，在我国现代化
5、的工业生产中，模具展现出其独领风骚的魅力。60%90%汽车、电子信息、电器、航空航天等行业产品，需要模具对组成它们的零件进行成型。现代模具能够成形小到比头发丝还要细小的、应用在微电子元器件上的芯片引脚；也可生产用于水轮发电机组中数米尺寸的定、转子片。采用模具生产制件，不仅能根据产品的要求制造出各种尺寸和形状零件，其尺寸精度和互换性高，而且生产效率高，适合大批量生产。然而，究竟模具设计与制造行业的现状如何，又将如何发展，还是需要经过较多的了解与研究才可得知。 2基本概念及主要内容 模具的设计与制造过程，实际上就是模具的生产过程，也就是将原材料转为模具的过程。其主要的流程有：模具结构方案的确定，模
6、具设计，制定工艺流程，组织生产零部件，模具装配，试模与调整，检验与包装等1。至于模具设计与制造的主要内容，顾名思义，包含两大方面：模具设计与模具制造。模具设计有塑料模设计、冲压模设计等，而模具制造既包含传统的加工工艺：切削加工、铸造加工等，也包含特种加工等近现代发展起来的新兴加工工艺。其中的特种加工包括电火花加工、电化学加工、超声波加工和激光加工等等2。后文将对特种加工作主要介绍。 3模具设计与制造的研究现状 3.1模具设计的研究现状 3.1.1设计的模具种类 从模具设计的模具种类来讲，主要是冷冲模设计和型腔模设计。冷冲模设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸模设计、成形模设计和冷挤模设计；型腔
7、模设计包括锻模设计、合金压铸模设计、塑料模设计、粉末冶金模设计和陶瓷设计3。下面分别以冲裁模设计和注塑模设计对模具设计作进一步的研究了解。 冲裁模的设计，首先要对冲裁件进行工艺分析，要求尽可能地节省材料、简化工序、使模具加工更简单、模具寿命更长、操作更方便、产品质量更稳定等，然后根据工艺分析确定工艺方案，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序，再后是进行一系列的相关计算，包括排样设计、工艺力的计算、压力中心的确定等等，接着是冲裁模主要零部件的结构设计，主要解决凸凹模的设计，以及包含定位零件、卸料装置、推件装置、导向零件、固定板和垫板的设计等4。 塑料注塑模的设计，注射模的一般设计步骤有：第一步
8、，准备工作，包括研究设计任务书、熟悉塑件及其材料性能、制定成型工艺卡等五步；第二步，结构设计，包括确定型腔个数、确定各种尺寸及脱模方式、绘制结构草图等二十步；第三步，图样审核，包括对塑件性能和质量要求审核、对选用注射机设备的审核、对模具结构的审核及对图样的审核共四步1。 3.1.2设计的工具 CAD/CAM技术使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。它能显著缩短模具设计及制造周期，降低生产成本，提高产品质量。制造出来的模具精度高、一致性强、互换性好6。目前CAD/CAM/CAE一体化技术应用于产品的结构设计、性能分析、模具设计，甚至可应用于产品加工
9、的全过程。 3.2模具制造的研究现状 模具制造最主要的就是模具加工方法。下面通过了解模具加工方法来认识模具制造的研究现状。 3.2.1实体层面模具加工方法 有铸造加工、切削加工和特种加工三种加工方法。下面主要介绍特种加工。 特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等7。特种加工中比较典型的方法是电火花加工。电火花加工就是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来的加工方法。其原理是基于工件电极和工具电极
10、之间产生脉冲性的火花放电，放电时产生电蚀现象去除多余的金属，达到尺寸加工的目的8。 除了电火花加工，特种加工还包括电化学加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、等离子弧加工等等。其中简单介绍激光加工和超声波加工。激光加工就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去8。 超声波加工，也称超声加工，是利用工具端面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法8。 应用方面，电火花加工只能加工金属导电材料，给工件进行穿孔加工、行腔加工和切断加工等；激光加工和超声波加工既能加工金属材料，也能加工非金属材料，激光加工可给工件打孔、切割、焊接、热处理、抛光和修整等，超声波加工可给工
11、件进行型孔、型腔加工，切割加工和焊接加工等8。 3.2.2软件层面的模具加工方法 主要运用CAD/CAM/CAE软件进行模拟加工。其他制造技术有快速原型制造技术、虚拟制造技术、反（逆）求工程技术、有限元仿真及模拟技术等等。快速原型制造技术（RPM）被公认为是继数控（NC）技术之后的一次技术革命，基于快速原型的快速制模技术是现在和未来的一个热点。此外表面成形制模技术、浇铸成型制模技术、冷挤压及超塑性成形制模技术、无模多点成形技术和KEVRON钢带冲裁落料制模术也在蓬勃发展9。逆向工程即先对制件（所加工的产品）进行扫描生成多种格式的CAD数据，再在另外的CAD/CAE/CAM软件中进行改型设计，该
12、技术是现代模具制造中最流行的模具制造技术。英国雷尼绍公司专门为模具制造开发生产的扫描系统，就可以成功地应用于模具制造的逆向工程中，它不仅可以改善数控机床的性能，扩大数控机床的功能，而且还能提高数控机床的效率。雷尼绍公司的Retroscan、Renscan200、Cyclone 高速扫描机已被青岛海尔、济南轻骑、国家模具中心等单位开始使用10。 3.3模具设计与制造的研究现状总述 在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。在模具生产方面，国内已经能够生产精度达21m的精密多T位级进模、新轿车的部分覆盖件模具、48in（约122cm）大
13、屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，还有照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具等精密塑料模具9。 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2022年，模具进出口量之比为3.71，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家11。所幸的是，近年来，我国模具进出口结构得到持续的改善，模具制造水平不断提升，如下表所示： 尽管情况有所改善，但相对而言，我国模具设计制
14、造水平还是比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等国落后11。究其原因，主要有以下几个方面的因素： （1）原材料：国产模具多采用2Cr13和3Cr13，而国外则采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能、耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度均优于国产材料12。 （2）软件：我国CAD/CAE/CAM软件开发进度和水平低，且CAM/CAE的发展跟不上CAD，其中三维设计的应用尚处在开始阶段，数控加工在模具制造中所占比例仍然较低（3）设备：我国能提供的比较成套的高精度加工设备与国外装备相比，仍有较大差距。即使国内许多企业已引进国外许多先进设备，但总体的装备水平比国外低很多。由于体制和 资金等方
15、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。 这都导致了我国模具产品水平低于国际水平，生产周期却高于国际水平，从总体上大大落后于国外水平。 4模具设计与制造的发展趋势 根据“十一五”模具行业发展规划，“十一五”期间模具产品发展重点主要有如下几类： (1) 车覆盖件模具：属于冲压模具，主要为汽车配套的覆盖件模具。大都是大中型，结构复杂，技术要求高。 (2) 精密冲压模具：包括多工位级进模和精冲模，精度及寿命要求极高，主要为电子工业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。 (3) 大型精密塑料模具：包括为汽车和家电配套的大型注塑模具，为电子信息产业
16、和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模等。 (4) 主要模具标准件：目前国内的较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，需大力发展。氮气缸和热流道元件主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准并组织规模化生产。 (5) 其他高技术含量的模具：占模具总量给8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸技术含量高，难度大。镁合金压铸模具目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技术含量的模具
17、在“十一五”期间也应重点发展11。 通过国家“十一五”规划对模具行业的相关规划，可总结出模具设计与制造行业的发展趋势：（1）模具设计与制造：向更精密、更高效、复合和多功能方向发展 （2）模具产品：更大型、更精密、更复杂、更绿色及更经济的方向发展，模具产品的技术含量将不断提高，模具制造周期将不断缩短 （3）模具软件：CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展，快速原型制造技术和快速经济制模技术及逆向工程技术得到越来越多的重视。 参考文献： 1 彭建生.模具设计与加工速查手册 .机械工业出版社 2 彭建生,秦晓刚.模具技术问答第二版 .机械工业出版社 3 党根茂,骆志斌,李集
18、仁.模具设计与制造 .西安电子科技大学出版社 4 林承全，胡绍平.冲压模具课程设计指导与范例.化学工业出版社.2022 5 昆山模具网. 汽车锁扣盖注塑模具结构图 6 乔礼洪.象山同家铸造模具厂.CAD/ CAM 在铸造模具设计和制造中的应用 7 胡传炘,夏志东.特种加工手册.北京工业大学出版社 8 张辽远.现代加工技术第二版.机械工业出版社.2022 9 我国模具工业发展现状及前景趋势研究.东北制造网.慧聪五金网 10 李和平,肖根福.井冈山学院工学院.模具技术现状与发展趋势综述 11 2000-2022模具市场评估及2022年综合预测报告 12 陈婧媛.哈尔滨理工大学. 模具行业设计制造技术现状与趋势 13 特种加工.网站文章.佚名