摘要：本文主要从笔者亲身参与的模具设计和加工技术的发展方向原因以及解决措施，旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词：模具设计； 加工技术； 发展方向
从技术角度来看，模具制造(包括设计和加工)技术大致可分为五个发展阶段：手工操作阶段、手工操作加机械化(普通通用机床与工具)阶段、数字控制阶段、计算机化阶段和CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化阶段。我国幅员辽阔，模具制造企业众多，技术发展水平参差不齐，各个阶段同时并存,但目前主要以数字控制阶段为主。有些骨干重点企业已发展到了计算机化阶段。但同时也还有不少企业仍停留在手工操作加机械化阶段。纯粹手工操作阶段基本上已成为历史，CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化阶段刚刚初露端倪。就大多数模具制造企业而言，今后的发展方向应以提高数控化和计算机化水平为主，积极采用高新技术，逐步走向CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化。模具无纸化制造将逐渐替代传统的设计和加工。
1. 模具设计技术的发展方向
对于模具的设计这一方面，人们一直是靠着人与机械共同协作来进行有关的制图工作的。在二十世纪八十年代我国开始尝试使用CAD软件来进行计算机制图，因为这种方法的高效准确以及方便使用，获得了业界人士的广泛好评，其应用领域也越来越大，现在的模具设计技术对于CAD软件的应用也十分依赖。自二十世纪九十年代开始，有关模具的计算机辅助工程分析技术被越来越多的企业所使用，这项技术对模具的制作时间大大缩短，而且对其的质量也有着很大的提高。
在模具设计技术水平方面，我们与发达国家相比还存在着一定的差距，为了减小这种差距，模具设计技术及CAD和CAE软件今后的发展方向应向以下几方面靠拢：a.建立模具设计的材料以及相关技术知识的数据库系统；b.在对模具进行设计与加工之前要合理规范的对有关方案进行设计；c.在选择模具的材料及其标准件时严格检查其质量及尺寸再进行使用；d.模具刚性、强度、流道及冷却通路的设计；e.塑料模具塑料成形过程的各种模拟分析、热传导和冷却过程的分析、凝固及结构应力分析等。计算浇注系统及模腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布并分析其结果是非常复杂和非常费时间的。f.冲压模金属成形过程的模拟、起皱及破裂分析、应力应变和回弹分析等。g.压铸模压铸件成形流动模拟、热传导及凝固分析等。h.锻模锻件成形过程模拟及金属流动和充填分析等。i.提高设计和分析软件的快速性、智能化和集成化水平,并强化它们的功能,以适应模具的不断发展。
2.模具加工技术的发展方向
在我国,模具共分10大类46小类。不同类型的模具具有不同的加工方法。同类模具也可以用不同加工技术去完成。模具加工方法主要有精密铸造、金属切削加工、电火花加工、电化学加工、激光及其他高能波束加工及集两种以上加工方法为一体的复合加工等。数控和计算机技术的不断发展使它们在模具加工方法中得到了越来越广泛的应用。在工业产品品种多样化、个性化越来越明显,产品更新换代越来越快,市场竞争越来越激烈的情况下,用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质量好、价格低。这就给模具加工技术提出了相应的发展方向。
（1）高速铣削技术的进一步发展及其推广应用
近年来我国模具制造业中的一些骨干重点企业先后进口了高速铣床和高速加工中心,它们已在模具加工中发挥了很好的作用。国外高速加工机床主轴最高转速有的已超过100000r/min,快速进给速度可达120m/min,加速度可达1～2g,换刀时间可提高到1～2s。这样就可大幅度提高加工效率,并可获得Ra≤1μm的加工表面粗糙度,可切削60HRC以上的高硬度材料,形成了对电火花成形加工的挑战。随着主轴转速的提高,机床结构及其所配置的系统及关键部件和零配件、刀具等都必须要有相应的匹配,从而使机床造价大为提高。因此在一定时间内,我国模具企业进口的高速加工机床主轴最高转速仍将以10000～20000r/min为主,少数会达到40000r/min左右。虽然向更高转速发展是一个方向,但目前最主要的还是推广应用。高速加工是切削加工工艺的革命性变革。从技术发展角度看,高速铣削正与超精加工、干硬切削加工相结合,开辟了以铣代磨的新天地,极大地减轻了模具的研抛工作量,缩短了模具制造周期。因此可以预计,我国模具企业将会越来越多地应用高速铣削技术。
3.电火花加工技术的不断发展
电火花加工(EDM)虽然已受到高速铣削的严峻挑战,但是EDM技术的一些固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。例如模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟漕、深坑等处的加工,EDM有其无可比拟的优点。虽然高速铣削也能部分满足上述加工要求,但成本要比EDM高得多。对于60HRC以上的高硬材料,EDM要比HSM成本低。同时较之铣削加工,EDM更易实现自动化。复杂、精密小型腔及微细型腔和去除刀痕、完成尖角、窄缝、沟漕、深坑加工及花纹加工等将是今后EDM应用的重点。为了在模具加工中进一步发挥其独特的作用,以下几方面将成为EDM今后的发展方向。
不断提高EDM的效率、自动化程度和加工的表面完整性。
EDM设备的精密化和大型化。
EDM设备良好的加工稳定性、容易操作及优良的性能价格比。
④满足不同要求的高效节能及反电解等新型脉冲电源的研发,电源波形检测及其处理和控制技术的发展。
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⑤高性能综合技术专家系统的研发及EDM智能化技术的不断发展和自适应性控制、模糊控制、多轴联动控制、电极自动交换、双线自动切换、防电解作用及放电能量分配等技术的进一步发展。
⑥混粉加工等镜面光亮加工技术的发展。
⑦微细EDM技术的发展。包括三维微细轮廓的数控电火花铣削加工和微细电火花磨削及微细电火花加工技术等。
⑧WEDM中的人工智能技术的运用、走丝系统和穿丝技术的改进等方面。
⑨电火花铣削加工技术及机床和EDM加工中心(包括成型机和线切割机)将得到发展。
⑩作为可持续发展战略,绿色EDM新技术是未来重要发展趋势。
快速原型制造和快速制模( RPM/RMT) 技术将得到更快更好的发展
模具未来的最大竞争因素是如何快速地制造出用户所需求的模具。RPM技术可直接或间接用于RMT。金属模具快速制造技术的目标是直接制造可用于工业化生产的高精度耐久金属硬模。间接法制模的关键技术是开发短流程工艺、减少精度损失、低成本的层积和表面光整技术的集成。RPM技术与RMT技术的结合,将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。RPM技术与陶瓷型精密铸造相结合,为模具型腔精铸成形提供了新途径。应用RPM/RMT技术,从模具的概念设计到制造完成,仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右,因而具有广阔的发展前景。要进一步提高RMT技术的竞争力,需要开发加工数据生成更容易、高精度、尺寸及材料限制小的直接快速制造金属模具的方法。
（4）超精加工、微细加工和复合加工技术
随着模具向精密化和大型化方向发展,超精加工、微细加工和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。目前超精加工已可稳定达到亚微米级,纳米精度的超精加工技术也已被应用到生产中。电加工、电化学加工、束流加工等多种加工技术已成为微细加工技术中的重要组成部分。国外已有用波长仅0.5nm的辐射波制造出的纳米级塑料模具。在同一台机床上使激光铣削和高速铣削相结合,已使模具加工技术得到了新发展。
（5）先进表面处理技术将进一步受到重视
模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具材料性能的关键环节。真空热处理、深冷处理、包括PVD和VCD技术的气相沉积(TiN、TiC等)、离子渗入、等离子喷涂及TRD表面处理技术、类钻石薄膜覆盖技术、高耐磨高精度处理技术、不沾粘表面处理等技术已在模具制造中应用,并显示了良好的发展前景。模具表面激光热处理、焊接、强化和修复等技术及其他模具表面强化和修复技术也将会受到进一步重视。
（6）模具研磨抛光将向复合化、自动化、智能化方向发展
模具表面的光整加工至今未能很好解决。模具的研磨抛光目前仍以手工为主,效率低、劳动强度大、质量不稳定。我国已进口了可实现三维曲面模具自动研抛的数控研磨机。自行研究仿人智能自动抛光技术也已有成果,但应用很少,预计会得到发展。今后还应继续注意发展特种研磨与抛光技术。如挤压研磨、激光研磨和研抛、电火花抛光、电化学抛光、超声波抛光以及复合抛光技术与工艺装备。
（7）模具自动加工系统的研制和发展
随着各种新技术的迅速发展,国外已出现了模具自动加工系统。模具自动加工系统应有如下特征:多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数据库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。也有人把粗加工和精加工集中在同一台机床上完成的机床称为模具加工系统。这些今后都会得到发展。
（8）模具 CAM/DNC 技术及软件的发展和推广应用
随着数控技术和计算机技术的快速发展,CAM/DNC技术已在我国模具企业中得到广泛应用。但是目前众多软件中,针对模具加工特点而开发的专用软件较少,针对高速加工的软件也少。适应模具加工特点、具有高水平数控加工能力和后处理程序、有完善的精密加工和高速加工功能、界面友好、简单易学、备有多种数据格式转换功能和能为系统集成准备条件的软件将是发展方向。
除了这些发展方向,还应补充的是切削加工刀具的正确选用。据统计,刀具占模具生产总成本的3%～5%,如果能正确选用好刀具的话,则生产效率可提高20%以上。
3.模具制造综合技术的发展方向
模具的设计与制造是分不开的，这两者相互渗透，互相承接，不论缺少哪一步骤都不能使模具制造变得完整。正因如此，我们在关注对于模具的设计与加工方面时一定要对这项技术进行更为综合的考虑。在模具制造综合技术发展的同时，也有很多与其相关的技术领域也在不断的变革与发展。当前的信息化技术已经渗透到众多领域当中去，我们可以发现，信息化带给我们的使更多的便利，所以人们对其广泛的使用，信息化技术发展将是模具制造方面的未来走向。
参考文献
[1]模具设计和加工技术的发展方向_.
[2]模具设计和加工技术的发展方向_周永泰.
[3]浅谈模具设计和加工技术的发展方向_李景峰.
论文作者:王志远
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/11
标签：加工论文; 技术论文; 模具论文; 发展方向论文; 电火花论文; 微细论文; 模具设计论文; 《基层建设》2016年30期论文;