關于模具制造技術的現狀及發展的研究

張麗 賈鵬

摘 要：模具技術包括模具的設計和加工技術、裝配和檢測技術、材料與處理技術及維修和再制造技術等，是精密成形技術的重要組成部分。

關鍵詞：裝配和檢測技術 材料與處理技術 維修和再制造技術 精密成形技術

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-01

1 模具制造技術的現狀

模具是材料成形的重要工藝裝備，材料在外力的作用下受模具約束并產生流動變形，從而得到所需的形狀和尺寸的零件。按照成形工藝的不同，模具可以分為沖壓模具、鑄造模具、鍛造模具、擠壓模具、注塑模具、拉絲模具、玻璃成形模具、橡膠成形模具、粉末冶金模具和模具標準件等。模具一般由上模、下模和模具標準件組成，而現代大型復雜模具往往包含有獨立動力系統、加熱冷卻系統和控制系統，本身就是完整的制造裝備。模具技術包括模具的設計和加工技術、裝配和檢測技術、材料與處理技術及維修和再制造技術等，是精密成形技術的重要組成部分。模具生產具有高生產效率、制件的高一致性及較高的精度和復雜程度、節能節材等特點，因此是一個國家的工業產品保持國際競爭力的重要保證之一。模具制造技術的五大趨勢是綠色、智能、超常、融合、服務。模具制造技術的八大技術問題是：（1）復雜系統的創意、建模、優化設計技術；（2）零件精確成形技術；（3）大型結構件成形技術；（4）高速精密加工技術；（5）微納器件與系統；（6）智能制造裝備；（7）智能化集成化傳動技術；（8）數字化工廠。

機械工程11個技術領域是：（1）產品設計；（2）成形制造；（3）智能制造；（4）精密與微納制造；（5）仿生制造；（6）再制造；（7）流體傳動與控制；（8）齒輪；（9）軸承；（10）模具；

（11）刀具。

2 模具制造技術的發展趨勢是模具數字化設計制造技術

2.1 概訴

模具數字化設計制造技術的核心是CAD/CAM/CAE，應用模具數字化設計制造技術可以顯著縮短模具開發周期，改善產品質量，降低產品成本，提高服務水平，即可以提高模具企業的TQCS水平。對于推動模具行業的轉型和提升模具工業的核心競爭力具有深遠的意義。我國數字化模具設計制造技術的重點將集中在兩方面：1、通過高可靠性的模具設計技術徹底改變長期存在的憑經驗設計模具、可靠性無法保證的狀況；2、采用高效、精密的模具制造技術大幅提高模具制造的效率和精度。到2030年，我國模具數字化設計制造技術總體上將達到當時的國際先進水平。

2.2 關鍵技術

2.2.1 高可靠性的模具設計技術

（1）現狀。改善產品零件的可制造性是保證模具設計高可靠性的重要前提，實現可靠性模具設計的基礎技術是形成工藝過程的精確仿真。當前的產品工藝性較差，造成模具開發困難，成形工藝仿真采用的模型為宏觀仿真模型，即將成形的材料視為連續介質或均勻體，不能完全反應材料的真實成形特性。

（2）挑戰。模具的智能化設計將建模、分析和優化集于一體，需考慮多學科的協同以及材料的宏觀和微觀特性以及成形過程中多物理場的耦合。

（3）目標。模具設計將在知識驅動的設計平臺上進行，實現知識資源的共享，發展成形工藝過程的仿真技術和智能化的模具設計技術，實現高可靠性的模具設計，減少試模次數，最終達到零試模。預計到2020年，該技術將使一次試模成功率達到90%以上；2030年，達到95%以上。①產品的可制造性設計技術：通過并行工程、協同設計、成形仿真等開發技術，使模具設計人員在產品開發的早期介入產品設計，將會及早發現產品零件存在的成形性問題，保證其良好的可制造性，為高可靠性的模具設計提供基礎。②基于知識的智能化模具設計技術：模具的智能化設計將建模、分析和優化集于一體，更加注重多學科的協同，模具設計將在知識驅動的設計平臺上進行，實現知識資源的共享。不僅可以充分利用歷史的設計經驗和成功案例，還可以在已有的設計知識基礎上衍生出新的設計知識，具有更加完美的全關聯模具設計功能，從而避免設計錯誤的產生，實現高可靠性的模具設計。

2.2.2 高效、高精的模具制造技術

（1）現狀。目前高效率的模具加工技術，如高速切削和高效的電火花加工尚未得到普遍應用，其他的高效模具加工技術， 例如高能束加工、快速成形技術、高效的表面拋光技術及柔性自動化模具制造技術，雖然顯現出其巨大的優越性，但仍在起始階段。

（2）挑戰。在模具生產中實際使用的機床的轉速將會達到10萬r/min 以上，機床、刀具和高速切削理論均需有所突破；超精密模具加工技術不僅要使用性能極高的加工設備，要求極高的加工環境，同時還必須考慮極微小尺寸所產生的尺寸效應和界面效應問題，以及在微納尺度條件下的摩擦機理、熱傳導、精密測量與誤差補償等問題。

（3）目標。以信息技術、仿真技術和虛擬現實技術為基礎，實現虛擬模具制造，在實際制造模具之前，準確預測未來模具的性能和制造系統的狀態，從而作出正確的決策和優化實施方案；通過采用超精密加工技術、柔性自動化制造技術和基于仿真的虛擬模具制造技術，高效的模具加工技術，使模具加工的效率比現在提高10 倍以上，加工精度達到納米級。①高效的模具加工技術：高速切削機床和高效的電火花加工機床的加工效率大幅提高，高能束加工、快速成形技術和高效的表面拋光等技術將得到普遍應用。②超精密模具加工技術：為滿足制件的微米、納米級特征尺寸或精度要求，須協調處理高性能加工設備和加工環境以及極微小尺寸所產生的尺寸效應和界面效應等問題，實現精密測量與誤差補償，達到跨尺度高精度的控形和控性。未來20年，模具技術發展趨向主要是精密、復雜、高效、多功能。復雜主要指能實現智能控制的復雜模具，模具本身具有動力系統、加熱冷卻系統和控制系統；高效主要指模具的結構和性能滿足一模多件和高速成形等工藝要求，如多層注塑模具及2000次/min以上高速沖壓多工位級進模；多功能主要指能實現多料、多工序成形的多功能復合模具，如多料注塑模具、40工步以上的多工位級進模具和同時完成沖、疊、鉚等工序的馬達鐵芯模具等。

參考文獻

[1] 張忠侃.H13鋼碳化物球化過程及組織力學性能的研究[D].昆明理工大學，2010.

[2] 周健.提高熱作模具用H13鋼性能的研究[D].昆明理工大學，2009.

[3] 李冬麗.Si含量變化對Cr8 mo2SiV鋼組織性能影響的研究[D].昆明理工大學，2010.