現(xiàn)代模具行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)綜述

[摘要] 本文介紹了當(dāng)前模具行業(yè)模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的現(xiàn)狀，尤其是CAD/CAE/CAM集成技術(shù)，并對(duì)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出了分析。

[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造CAD/CAE/CAM

一、前言

我國(guó)的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。近幾年，我國(guó)模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展，2003年，我國(guó)模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣。

二、現(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)

將客戶提供的圖紙或計(jì)算機(jī)文件資料輸入電腦，使用CAD/CAE進(jìn)行設(shè)計(jì)并做模擬實(shí)驗(yàn)，得出所需要的計(jì)算機(jī)文件，在此設(shè)計(jì)過程中，系統(tǒng)可進(jìn)行圖紙編輯。設(shè)計(jì)完成的模具零部件可使用電腦系統(tǒng)的實(shí)體成型功能將其顯示出來，以便觀察設(shè)計(jì)的正確性及可能需要進(jìn)行優(yōu)化處理，之后還可以借助系統(tǒng)功能進(jìn)行強(qiáng)度、模溫、塑料流動(dòng)狀態(tài)等模擬測(cè)試。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有誤可重新修改設(shè)計(jì)。

模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。它使技術(shù)人員能借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形（型）工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

目前，世界上大型的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)有英國(guó)Delcam公司的系列化軟件；以色列Cimatron公司的Cimatron系統(tǒng)；澳大利亞Modflow公司的軟件MPA、MPX、MPI；美國(guó)PTC公司CAD/CAE/CAM集成軟件系統(tǒng)Pro/E；美國(guó)EDS公司的UG；美國(guó)Solidworks公司的Solidworks軟件；C-mold公司的注塑模CAE軟件C-mold；近年來，我國(guó)自主開發(fā)的有上海交大的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓CAD/CAE/CAM系統(tǒng)；華中科技大學(xué)研制的軟件HSC3D4.5F；鄭州工業(yè)大學(xué)Z-mold軟件等。

三、現(xiàn)代模具的制造

1.CAD/CAE/CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模擬、制造一體化

CAD/CAE/CAM一體化集成技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最先進(jìn)最合理的生產(chǎn)方式。使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程與制造系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)好的模具零件分別編制該零件的數(shù)控加工程序是從設(shè)計(jì)到制造的一個(gè)必然過程，該過程都是從CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的，其加工程序直接由聯(lián)機(jī)電纜輸入加工機(jī)臺(tái)，在編制程序時(shí)可利用系統(tǒng)中的加工模擬功能，將零件刀具、刀柄、夾具，平臺(tái)及刀具移動(dòng)速度、路徑等顯示出來，以檢查程序編制的正確性。總之在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)內(nèi)編制和模擬加工程序可以充分了解發(fā)現(xiàn)的問題，從而在加工之前，將整套加工程序作好完善修改工作，這對(duì)于高效、準(zhǔn)確的加工模具零件有著相當(dāng)重要的意義。

2.先進(jìn)設(shè)備在現(xiàn)代模具制造中的作用

現(xiàn)代模具制造的必然趨勢(shì)，就是機(jī)械加工盡可能地取代人工加工，尤其現(xiàn)在數(shù)控車床、多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、數(shù)控模具雕刻機(jī)、電火花加工機(jī)床、數(shù)控精密磨床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、掃描儀等現(xiàn)代設(shè)備在工廠中的廣泛使用，而且這些設(shè)備大部分所用的程序基本上都是應(yīng)用CAD/CAE/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的，操作人員工作按照規(guī)定的程序裝夾工件，配備刀具和操作，機(jī)臺(tái)就能自動(dòng)地完成加工任務(wù)，并將理想的模具零件制造出來或?yàn)橄乱患庸すば蛲瓿梢?guī)定的部分。

3.模具材料及表面處理技術(shù)

因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%，因此，選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì)于模具鋼來說，要采用電渣重熔工藝，如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等。模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精細(xì)化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是重要發(fā)展趨勢(shì)。

模具熱處理的主要趨勢(shì)是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲（如TD法）發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；另外，目前對(duì)激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍（刷鍍）防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。

四、逆向工程

逆向工程即先對(duì)制件（所加工的產(chǎn)品）進(jìn)行掃描生成多種格式的CAD數(shù)據(jù)，再在另外的CAD/CAE/CAM軟件中進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，該技術(shù)是現(xiàn)代模具制造中最流行的模具制造技術(shù)。英國(guó)雷尼紹公司專門為模具制造開發(fā)生產(chǎn)的掃描系統(tǒng)，就可以成功地應(yīng)用于模具制造的逆向工程中，它不僅可以改善數(shù)控機(jī)床的性能，擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的功能，而且還能提高數(shù)控機(jī)床的效率。雷尼紹公司的Retroscan、Renscan200、Cyclone 高速掃描機(jī)已被青島海爾、濟(jì)南輕騎、國(guó)家模具中心等單位開始使用。

五、總結(jié)與展望

隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAE/CAM技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛。可以預(yù)料不久的將來，模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來，而獨(dú)立成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時(shí)，也進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。