浅论模具行业设计制造技术现状与趋势

姚银

【摘 要】为了适应市场对产品多样化的需求，必须进一步提高模具设计的技术水平，随着计算机技术及信息化技的不断发展，先进制造技术相互渗透，模具行业也必将会发生全新的改变。本文就模具行业设计制造技术的现状分析，并且对我国模具技术的趋势进行展望，具有一定的技术参考性和理论性。

【关键词】模具行业；产品制造；发展现状；趋势

1.我国模具业发展现状分析

从近几年的发展情况来看，我国模具市场发展前景十分乐观。我国模具行业“十一五”头3年模具工业产值年均增长率为17.1%，2003年全国模具总产值达450亿元以上，2005年总销售额超600亿元，。按年均增长率为15%推算，2010年全国模具总产值达约1200亿元，2020年约为3100亿元。经过10年努力我国模具水平到2010年时将进入亚洲先进水平的行列，再经过10年的努力，2020年时基本达到国际水平，我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。在模具生产方面，国内已经能够生产精度达2μm的精密多工位级进模；在汽车模具方面，已能制造新轿车的部分覆盖件模具。许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步的投资，现今从事模具技术研究的机构和院校已有30余家，从事模具技术教育培训的院校已超过50家。

但与一些发达国家相比，我国现阶段模具水平仍存在较大的差距。主要体现在以下几个方面：（1）模具设计体系规范模具设计软件系统开发是当务之急；（2）制造工艺水平国内模具生产厂家工艺条件参差不齐，不少厂家特别是私有企业，由于设备不配套，很多工作依赖手工完成，严重影响精度和质量。而欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的；（3）调试水平模具属于工艺装备，生产出合格制品才是最终目的。国内模具的质量、性能检验大多放在用户处，易给用户造成大量的损失和浪费。而国外大都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短时限达到很好的效果；（4）原材料问题国产模具多采用2Cr13和3Cr13，而国外则采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能、耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料；（5）价格因素对用户而言合理的质量价格比是最优选择，所以进口模具价格比国产模具高8～10倍，仍有其市场空间；（6）配套体系我国模具生产企业往往忽视与其它设备、原料供应商合作，无形中使用户走了许多弯路。

2.模具设计技术

随着国民经济和生产技术的不断发展以及计算机设计技术的开发，模具设计有了新的发展方向。3.1CAD绘图技术CAD绘图技术的出现给模具设计工作带来了方便之门。CAD系统在模具设计中的广泛应用。现阶段使用最多的是“Pro/E”软件的应用，该软件具有易用性、高效率、实用性。3.2CAD/CAE/CAM技术从20世纪90年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（CAE）技术现在也已有许多企业应用，一些工业发达模具企业应用CAD技术已从二维设计发展到三维设计，而且三维设计已达70%以上，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有显著的作用。CAE软件的应用国外已较普遍，国内应用还比较少。

3.先进制造技术（AMT）在模具中的应用

3.1快速原型制造（RP）技术

RP技术在模具制造领域的应用主要是制作模具设计制造过程中所用的母模，有时也用于直接制造模具。RP技术可分为直接快速模具与间接快速模具技术。如SL、LOM、SLS、SDM。其优点是制造环节简单，能够较充分地发挥其技术优势；对于那些需要复杂形状的内流道冷却模具与零件，采用直接RT（由RP直接制造出使用模具的技术称为直接RT技术）有着其他方法不能替代的独特优势。间接快速模具制造，通过快速原型技术与传统的模具翻制技术相结合制造模具。一方面可以较好地控制模具的精度、表面质量、机械性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性的要求。如基于喷射的成型技术，如FCM、3DP、快速精密铸造模具等。RP各成形工艺都是基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件，如图1。

3.2虚拟制造技术（VMT）

虚拟制造是采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、品质检验以及企业各级过程的管理与控制等的产品制造全过程，是一种通过计算机虚拟模型来模拟生产各场景和预估产品功能、性能及加工性等各方面可能存在的问题，从而提高人们的预测和决策水平。虚拟制造技术是以三维建模和仿真技术为基础，以虚拟现实技术为支撑的全新的技术（图2）。

3.3反求工程技术RE

随着检测技术的发展，将现代测量技术不断融入模具产品设计中，进一步推动了模具制造产品快速制造的能力。反求工程是以设计方法学为指导，以现代化设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深化和再创造。反求工程是通过对存在实物模型或零件进行测量，然后根据数据进行重构设计。见图3。

3.4有限元仿真、模拟技术的应用

随着计算机技术的迅速发展，融合了CAD、数值计算、CAM、CG等各类技术的数值模拟技术—有限元分析，逐步应用在模具的设计制造中。数值模拟技术通用或专用的软件各类很多，如DYN-3D、OPTRIS、ANSYS、MARC、ANAQUAS、ALGOR等。可直观地在计算机屏幕上观察到材料变形和流动的详细过程，了解材料的应变分布、材料厚度变化、破裂及皱曲的形成。设计人员根据已有的经验来调整模具参数及成型工艺、修改毛料形状和尺寸，极大缩短试模和修模时间，有效地提高产品质量和生产效率（图4）。

3.5模具中其他的先进制造技术

除了上述模具先进制造技术，还有模具微细加工、模具纳米加工、模具微型机械加工、模具的敏捷制造技术、模具柔性制造技术、模具集成制造技术、模具企业网络制造联盟技术、模具制造CAPP技术、模具的智能制造技术等。模具制造技术种类繁多，大部分的先进制造技术都可以应用到模具制造中，而且在不断发展之中。

4.模具技术发展趋势

4.1大力开展并行工程，快速响应市场需要

在国际上，模具工业是公认的关键工业，目前我国已成为世贸组织的新成员，各类产品都需要提高质量降低成本，首先要解决模具设计制造周期，最大限度地缩短生产环节间的过程，所以模具设计与制造过程的正确方法应该是并行工程的方法。实施模具制造并行工程模式将逐渐取代传统工作模式成为模具制造业中新的主导模式。

4.2数字化、自动化、柔性化、集成化、智能化和网络化方向

数字化是模具产业发展的主流，而自动化则有助于实现操作，提高加工质量和效率，快速响应市场需求。柔性化可实现多品种小批量生产。集成化可充分利用CAD/CAM、CIMS等技术实现设计制造一体化、并行设计、虚拟制造、反求工程等。智能化可利用专家系统模糊推理、人工神经网络、遗传基因等人工智能技术，解决知识的重用等问题。网络化可跨地区、跨院所实现技术资源的重新整合和共享。

4.3模具检测、加工设备向精密高效和多功能方向发展模

具向着精密、复杂、大型的方向发展，对检测设备的要求越来越高。如美国的高精度三坐标测量机具有数字化扫描功能。实现了从测量实物→建立数学模型→输出工程图纸→模具制造全过程。高速铣削技术，模具自动加工系统等的研制和开发。

5.总结

显而见之，目前我国机械设计水平已经取得了一定的成就，产品在功能、外表与人性化、绿色环保设计上也有了相当高的水平。市场竞争形势不断的深化，对产品多样化、高性能化的需求也越来越高。我们要加大对模具设计制造的技术研究，进一步提高模具设计加工的技术含量，争取达到更高的模具设计制造水平，让中国制造走出国门，走向世界。