有关模具设计和加工技术的发展方向探究

摘 要：模具制造可以分为手工操作、手工操作加机械化、数字控制、计算机化以及CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化，总共五个阶段，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化为总体的发展方向。在模具制造中，电加工以及金属切削加工是模具加工诸多方法中的主要加工技术。

关键词：模具设计;加工技术;CAD/CAM/CAE技术

模具设计以及加工，依据技术的具体发展阶段来分，可以分为五个发展阶段。手工操作、手工操作加机械化、数字控制、计算机化以及CAD/CAM/CAE信息网络技术一体化，目前模具制造以CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化为总体的发展方向。在模具制造中，电加工以及金属切削加工是模具加工诸多方法中的主要加工技术。模具制造加工技术中，电火花加工、高速铣削、快速制模、快速原型制造、超精及微细加工、研磨抛光、表面处理、复合加工以及CAM/DNC技术，诸多的加工技术都有其各自的发展优势。

1 模具设计技术

在20世纪前，模具设计凭借人们的长期实践经验，以及机械制图，使得模具设计有了很好的发展，随着时代的发展，模具设计逐步发展至，与计算机相结合进行模具设计，简称为CAD。而这项技术在不断的发展进步中，取得了巨大的成功，并逐步显示出一定的优越性。20世纪末，另一项模具设计技术逐步领先，即模具计算机辅助工程分析，简称为CAE，该项技术发展至今，得到了许多企业的青睐，在提高制造模具质量以及缩短制造周期方面有显著的效果。我国的模具企业中，三维设计逐步取代了二维设计，普遍应用的软件有UG、SolidWorks、Pro/E、Cimatron E等。在模具成型过程中，应用计算机辅助工程分析技术，对产品缺陷可能发生的诸多方面能够进行很好的预测。因此在CAD及CAE软件应用中，应着重发展以下几个方面。

第一，模具设计知识库以及资料库系统;第二，模具工程方案及规划设计;第三，合理选用模具标准件和模具材料;第四，模具冷却通道、流道、强度以及刚性的设计;第五，塑料模具成型中的模拟分析，热传导过程分析，冷却过程分析，以及凝固结构应力分析。计算模腔及浇筑系统的速度场、温度场、压力场、剪切应力场、剪切应变速率场的分布，并且对其分布进行结果分析。该模拟技术已发展到快速并正确的实体双面流技术;第六，冲压模金属成形模拟分析，起皱分析以及破裂分析，回弹以及应力应变分析。第七，模具设计软件以及分析软件的应用，应提高其集成化、智能化及快速性，并在应用中不断强化并提高这些软件的功能。在模具设计技术CAD及CAE的应用下，计算机辅助工艺设计技术在我国模具企业中开辟了良好的应用发展前景。

2 模具加工技术

模具加工技术，不同类的模具需采取相应的加工技术，其中最主要的方法有金属切削加工、精密铸造、电化学加工、电火花加工、高能波加工、激光加工以及高能波、激光复合的加工方法和3D打印（3DP）技术等。在模具加工技术中，随着计算机技术的不断发展及应用，使得模具工业产品品种经由数控技术以及计算机的辅助，产品的个性化及多样化愈来愈明显，因此在产品在不断的生产中，其更新换代的频率也越来越高，随着时代的发展，市场中产品竞争也趋于激烈，用户对产品的要求也越来越高，诸如价格低、质量好、精度高以及交货期短等。因此对模具加工技术提出了更高的要求，促使其加工工艺趋于完善。

2.1 高速铣削技术的发展

我国的模具制造业在近几年中，借助CAM软件和CNC技术，大量应用了高速铣床，高速铣床的应用对模具加工业起到了重要作用，在我国普遍应用的高速模具加工机床中，以最高主轴转速为12000r/min-24000r/min为主，而较少的一些高速模具加工机床中，主轴转速已经达到30000r/min以上。当然，高速铣床的引进应向最高转速为目标，但是目前仍旧是以推广高速铣床的应用为主。在模具加工技术中，切削加工工艺是一场革命性的跟进。高速铣削与干硬切削加工以及超精加工，这两项加工技术相结合，创造了以铣代磨的新局面，以往的模具研抛，工作量大，因此高速铣削极大地减少了其工作量，同时也缩短了模具制造过程中的耗时量。所以我国模具企业在今后的发展中，是以全面推广高速铣削技术的广泛应用为目标。

2.2 电火花加工技术

电火花加工技术，又简称为EDM，在高速铣削应用的不断的发展下，电火花加工技术受到了前所未有的挑战。而电火花加工技术也有着其独特之处，高速铣削加工技术并不能完全取而代之。例如在电火花加工技术中的复杂模具型面、尖角、深窄小型腔、曲线沟槽、深沟、窄缝等的加工处理;电火花加工技术（EDM）现已经实现3轴联动，加工精度误差小于0.001mm，表面光洁度误差小于0.2?m，在这些方面电火花加工有着不可替代的作用及优点。电火花加工技术（EDM）不仅在成本上优于高速铣削，而且更容易实现加工技术的自动一体化。

2.3 微细加工、超精加工以及复合加工技术

随着时代的发展，模具加工逐步向大型化以及精密化的方向开始发展，微细加工以及超精加工，激光，超声波、化学、集电技术等，以及这些技术的综合应用取得了很好的发展。而其中的超精加工可以达到纳米精度以及亚微米级，因此超精加工技术逐步被应用到模具加工生产当中。

2.4 3D打印技术（ALM）

3D打印技术（ALM）是制造业的革命，其与智能机器人、人工智能并称为实现数字化制造的三大关键技术，这项技术及其产业发展是全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮的重要基础。3D打印技术在模具行业中的应用，主要分为三个方面，一是直接制作零件，只是制作出来的零件精度、强度和表面质量有区别，这也是目前3D打印技术最常见的应用方式;二是间接制造模具，即利用3D打印的原型件，通过不同的工艺方法翻制模具，如硅橡胶模具、石膏模具、环氧树脂模具、砂型模具等;三是直接制造模具，即利用选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、直接金属激光烧结（DMLS）、立体光固化成型（SLA）、熔融沉积成型（FDM）、分层物体制造（LOM）等3D打印工艺直接制造软质模具或硬质模具。

2.5 模具智能制造与检测系统

随着模具加工技术在各方面的不断发展，在我国的一些模具制造企业中，已经形成了一定规模的模具智能制造系统。系统在计算机统一控制下，利用网络通讯技术，将多台数控机床、工业机器人和行走装置、运送和储物系统、自动检测与精度补偿系统等制造设备进行有效的组合，形成了智能化的同步数控柔性制造系统（FMS）。从模具设计、模拟、制造到檢测一站式完成，大大提高了生产效率和质量的稳定性，有着很好的发展前景。

参考文献

[1]周永泰.模具设计和加工技术的发展方向[J].制造技术与机床，2003（05）.

[2]聂福荣，黄彩霞，王帆.冲模设计与制造技术的发展现状及前景[J].模具技术，2005（04）.

[3]吴向红.铝型材挤压过程有限体积数字模拟及软件开发技术的研究[D].山东大学，2006.

作者简介

赵煜（1975-），女，汉族，高级讲师，研究方向：机械设计与制造。