模具設(shè)計(jì)與制造的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

曹 菁

中車齊齊哈爾車輛有限公司

1 模具設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)也變得愈加復(fù)雜，再加上CAD/CAE等技術(shù)的進(jìn)步，模具設(shè)計(jì)由依賴經(jīng)驗(yàn)積累來進(jìn)行人工制圖，發(fā)展到了應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。CAD/CAE技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)減少模具生產(chǎn)時(shí)間、提升產(chǎn)品質(zhì)量具有非常明顯的作用。模具設(shè)計(jì)水平的提升也使得產(chǎn)品制造的質(zhì)量、效率得以提高。比如，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片模具的制造，伴隨科技的發(fā)展，葉片精鍛技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，并得以實(shí)用化，基于葉片精鍛的鍛壓模具設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)開始獲得應(yīng)用。這對(duì)于減少葉片精鍛模具生產(chǎn)周期，使得數(shù)據(jù)共享化、信息集成化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)了生產(chǎn)效率，使得設(shè)計(jì)、制造等各環(huán)節(jié)能夠有機(jī)地結(jié)合起來。CAD技術(shù)，能夠?qū)娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)葉片的終鍛件、終鍛模等開展實(shí)體造型，還能夠進(jìn)行平衡角計(jì)算、葉根/葉尖部位延伸等操作。

模具設(shè)計(jì)采用CAD繪圖替代手工繪圖。相比20世紀(jì)90年代之前，該模具設(shè)計(jì)技術(shù)降低了模具設(shè)計(jì)者體力勞動(dòng)、提高了設(shè)計(jì)效率、降低了設(shè)計(jì)圖紙出錯(cuò)率等。但存在主要缺點(diǎn)平面圖紙不直觀、復(fù)雜結(jié)構(gòu)表達(dá)不清楚、不具備分析功能。

CAD技術(shù)體現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)手段由二維AUTOCAD轉(zhuǎn)為三維Pro/E，可以說是具有劃時(shí)代的意義。利用Pro/E軟件，模具設(shè)計(jì)者可方便快速的計(jì)算出沖裁模具的沖裁力、壓力中心以及各件的準(zhǔn)確重量；直觀的模擬模具的真實(shí)組裝關(guān)系，較方便地分析零組件之間的裝配關(guān)系，避免干涉；快速地輸出工程圖紙，避免人為拆圖的錯(cuò)誤。CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程) 技術(shù)體現(xiàn)在數(shù)值模擬分析技術(shù)在模具設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。鐵路貨車的外覆蓋件多數(shù)是成形件，在制件外觀質(zhì)量要求越來越高的情況下，板料成形成為沖壓加工中的技術(shù)難點(diǎn)。由于板料成形的理論性和經(jīng)驗(yàn)性都很強(qiáng)，模具設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng)，并且常常需要反復(fù)調(diào)試模具，因此成為新制件開發(fā)的瓶頸。數(shù)值模擬分析技術(shù)在沖壓技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)、實(shí)做加試模為主的加工模式。

2 模具設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢(shì)

模具制造的過程中包括了加工方式與工藝技術(shù)，隨著經(jīng)濟(jì)快速提升，技術(shù)和工藝二者在模具制造中的重要性發(fā)生了轉(zhuǎn)變，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具生產(chǎn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的加工技術(shù)(數(shù)控、自動(dòng))，正在向著無人化生產(chǎn)的方式快速發(fā)展。但是目前我國仍然處于機(jī)械制造向數(shù)控制造的方面轉(zhuǎn)變，從國際市場(chǎng)分析模具制造行業(yè)的前景，能夠得出模具行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來越強(qiáng)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方式就是降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計(jì)方式的高效率、自動(dòng)化器械的使用，快速的成型機(jī)械加上優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)，大大提升了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，從而節(jié)省了模具生產(chǎn)的成本。

目前，智能化已成為各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的科技力量，智能化模具的設(shè)計(jì)與制造代表著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，必然會(huì)受到模具行業(yè)的肯定，也必將得到社會(huì)的認(rèn)可與青睞。因此，模具產(chǎn)業(yè)需要積極探析出智能化模具制造與設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)智能化模具實(shí)效性的高效提升，以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，從而保證模具產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展。

智能化模具是指具備傳感、分析、控制與決策性能的模具，如擁有自動(dòng)調(diào)溫功能的壓鑄模具，運(yùn)用注塑參數(shù)、調(diào)溫性能等智能化手段制作的模具等，這些模具都是智能化模具。由于我國現(xiàn)有的科技水平與人力資源狀況已經(jīng)無法適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，故智能化設(shè)計(jì)與制造將會(huì)成為我國時(shí)代發(fā)展的主流，隨即智能化模具的設(shè)計(jì)與發(fā)展也將引領(lǐng)者模具產(chǎn)業(yè)進(jìn)入騰飛時(shí)期。智能化模具較之傳統(tǒng)模具具備諸多優(yōu)勢(shì)，如智能化模具能夠摒棄傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的大量耗材耗時(shí)、精確度不高、污染較為嚴(yán)重、生產(chǎn)效益較低等方面的缺點(diǎn)。依托智能化設(shè)計(jì)與制造手段可以實(shí)現(xiàn)模具產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的提高，能夠有效節(jié)約制造材料，并更好地趨向于綠色環(huán)保制造。

2.1 逐漸達(dá)到世界先進(jìn)水平

智能化模具具有精密性、高效性與實(shí)用性等顯著特征，然而我國目前科技水平尚不能很好契合智能化模具設(shè)計(jì)與制造的高要求。因此我國模具制造與設(shè)計(jì)智能化發(fā)展的中長(zhǎng)期目標(biāo)是接近國際先進(jìn)水平，使得我國智能化模具設(shè)計(jì)與制造水平適應(yīng)智能化制造的需要。

2.2 逐漸提升智能化模具的占比

目前，我國智能化模具產(chǎn)品產(chǎn)出與模具總量占比較低，約占模具總量的30%左右。我國模具制造與設(shè)計(jì)智能化發(fā)展的中長(zhǎng)期目標(biāo)，其對(duì)智能化模具占比方面提出較高要求，具體為智能化模具與模具總量的占比需實(shí)現(xiàn)超過50%的目標(biāo)。

2.3 逐漸提高模具的使用性能

智能化模具在未來的設(shè)計(jì)與制造過程中，需要逐漸提高使用性能，提升模具的穩(wěn)定性，努力壓縮智能模具生產(chǎn)期間，用以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)期間縮短25%左右、使穩(wěn)定性提升至25%左右的中長(zhǎng)期目標(biāo)，進(jìn)而確保智能化模具制造的精準(zhǔn)性與實(shí)用性。

2.4 逐漸增強(qiáng)數(shù)字與信息化水平

由于智能化模具的設(shè)計(jì)與制造必須依托數(shù)字化與信息化技術(shù)，故智能化模具生產(chǎn)企業(yè)需要不斷提升信息化與數(shù)字化應(yīng)用水平，積極引進(jìn)先進(jìn)的信息化設(shè)備，使得智能化模具生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化與數(shù)字化管理的目標(biāo)。

2.5 逐漸實(shí)現(xiàn)智能化模具的自動(dòng)化生產(chǎn)

智能化模具的自動(dòng)化生產(chǎn)將會(huì)成為極其重要的發(fā)展趨勢(shì)。目前，尚無智能化模具自動(dòng)化生產(chǎn)的企業(yè)，故智能化模具在未來的設(shè)計(jì)與制造的目標(biāo)之一，則是爭(zhēng)取突破人工設(shè)計(jì)與制造智能化模具，逐漸實(shí)現(xiàn)智能化模具的自動(dòng)化生產(chǎn)目標(biāo)。

結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)前的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正向著自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)步。這對(duì)減少模具生產(chǎn)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量具有非常明顯的作用。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品更新速度的加快，模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)將會(huì)在未來的工業(yè)發(fā)展中起到越來越關(guān)鍵的作用。

[1]李波.模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)理論與實(shí)踐探索[J].城市建設(shè)理論研究(電子版)，2017(29)：203-204.