关于模具制造技术的现状及发展的研究

张丽 贾鹏

摘 要：模具技术包括模具的设计和加工技术、装配和检测技术、材料与处理技术及维修和再制造技术等，是精密成形技术的重要组成部分。

关键词：装配和检测技术 材料与处理技术 维修和再制造技术 精密成形技术

中图分类号：TG76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-01

1 模具制造技术的现状

模具是材料成形的重要工艺装备，材料在外力的作用下受模具约束并产生流动变形，从而得到所需的形状和尺寸的零件。按照成形工艺的不同，模具可以分为冲压模具、铸造模具、锻造模具、挤压模具、注塑模具、拉丝模具、玻璃成形模具、橡胶成形模具、粉末冶金模具和模具标准件等。模具一般由上模、下模和模具标准件组成，而现代大型复杂模具往往包含有独立动力系统、加热冷却系统和控制系统，本身就是完整的制造装备。模具技术包括模具的设计和加工技术、装配和检测技术、材料与处理技术及维修和再制造技术等，是精密成形技术的重要组成部分。模具生产具有高生产效率、制件的高一致性及较高的精度和复杂程度、节能节材等特点，因此是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之一。模具制造技术的五大趋势是绿色、智能、超常、融合、服务。模具制造技术的八大技术问题是：（1）复杂系统的创意、建模、优化设计技术；（2）零件精确成形技术；（3）大型结构件成形技术；（4）高速精密加工技术；（5）微纳器件与系统；（6）智能制造装备；（7）智能化集成化传动技术；（8）数字化工厂。

机械工程11个技术领域是：（1）产品设计；（2）成形制造；（3）智能制造；（4）精密与微纳制造；（5）仿生制造；（6）再制造；（7）流体传动与控制；（8）齿轮；（9）轴承；（10）模具；

（11）刀具。

2 模具制造技术的发展趋势是模具数字化设计制造技术

2.1 概诉

模具数字化设计制造技术的核心是CAD/CAM/CAE，应用模具数字化设计制造技术可以显著缩短模具开发周期，改善产品质量，降低产品成本，提高服务水平，即可以提高模具企业的TQCS水平。对于推动模具行业的转型和提升模具工业的核心竞争力具有深远的意义。我国数字化模具设计制造技术的重点将集中在两方面：1、通过高可靠性的模具设计技术彻底改变长期存在的凭经验设计模具、可靠性无法保证的状况；2、采用高效、精密的模具制造技术大幅提高模具制造的效率和精度。到2030年，我国模具数字化设计制造技术总体上将达到当时的国际先进水平。

2.2 关键技术

2.2.1 高可靠性的模具设计技术

（1）现状。改善产品零件的可制造性是保证模具设计高可靠性的重要前提，实现可靠性模具设计的基础技术是形成工艺过程的精确仿真。当前的产品工艺性较差，造成模具开发困难，成形工艺仿真采用的模型为宏观仿真模型，即将成形的材料视为连续介质或均匀体，不能完全反应材料的真实成形特性。

（2）挑战。模具的智能化设计将建模、分析和优化集于一体，需考虑多学科的协同以及材料的宏观和微观特性以及成形过程中多物理场的耦合。

（3）目标。模具设计将在知识驱动的设计平台上进行，实现知识资源的共享，发展成形工艺过程的仿真技术和智能化的模具设计技术，实现高可靠性的模具设计，减少试模次数，最终达到零试模。预计到2020年，该技术将使一次试模成功率达到90%以上；2030年，达到95%以上。①产品的可制造性设计技术：通过并行工程、协同设计、成形仿真等开发技术，使模具设计人员在产品开发的早期介入产品设计，将会及早发现产品零件存在的成形性问题，保证其良好的可制造性，为高可靠性的模具设计提供基础。②基于知识的智能化模具设计技术：模具的智能化设计将建模、分析和优化集于一体，更加注重多学科的协同，模具设计将在知识驱动的设计平台上进行，实现知识资源的共享。不仅可以充分利用历史的设计经验和成功案例，还可以在已有的设计知识基础上衍生出新的设计知识，具有更加完美的全关联模具设计功能，从而避免设计错误的产生，实现高可靠性的模具设计。

2.2.2 高效、高精的模具制造技术

（1）现状。目前高效率的模具加工技术，如高速切削和高效的电火花加工尚未得到普遍应用，其他的高效模具加工技术， 例如高能束加工、快速成形技术、高效的表面抛光技术及柔性自动化模具制造技术，虽然显现出其巨大的优越性，但仍在起始阶段。

（2）挑战。在模具生产中实际使用的机床的转速将会达到10万r/min 以上，机床、刀具和高速切削理论均需有所突破；超精密模具加工技术不仅要使用性能极高的加工设备，要求极高的加工环境，同时还必须考虑极微小尺寸所产生的尺寸效应和界面效应问题，以及在微纳尺度条件下的摩擦机理、热传导、精密测量与误差补偿等问题。

（3）目标。以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为基础，实现虚拟模具制造，在实际制造模具之前，准确预测未来模具的性能和制造系统的状态，从而作出正确的决策和优化实施方案；通过采用超精密加工技术、柔性自动化制造技术和基于仿真的虚拟模具制造技术，高效的模具加工技术，使模具加工的效率比现在提高10 倍以上，加工精度达到纳米级。①高效的模具加工技术：高速切削机床和高效的电火花加工机床的加工效率大幅提高，高能束加工、快速成形技术和高效的表面抛光等技术将得到普遍应用。②超精密模具加工技术：为满足制件的微米、纳米级特征尺寸或精度要求，须协调处理高性能加工设备和加工环境以及极微小尺寸所产生的尺寸效应和界面效应等问题，实现精密测量与误差补偿，达到跨尺度高精度的控形和控性。未来20年，模具技术发展趋向主要是精密、复杂、高效、多功能。复杂主要指能实现智能控制的复杂模具，模具本身具有动力系统、加热冷却系统和控制系统；高效主要指模具的结构和性能满足一模多件和高速成形等工艺要求，如多层注塑模具及2000次/min以上高速冲压多工位级进模；多功能主要指能实现多料、多工序成形的多功能复合模具，如多料注塑模具、40工步以上的多工位級进模具和同时完成冲、叠、铆等工序的马达铁芯模具等。

参考文献

[1] 张忠侃.H13钢碳化物球化过程及组织力学性能的研究[D].昆明理工大学，2010.

[2] 周健.提高热作模具用H13钢性能的研究[D].昆明理工大学，2009.

[3] 李冬丽.Si含量变化对Cr8 mo2SiV钢组织性能影响的研究[D].昆明理工大学，2010.