摘要：隨着中國科技與經濟的高速發展，機械模具技術涉及到國民工業經濟的方方面面，在工業生產中起着舉足輕重的作用。機械模具技術作為多科學技術融合發展的產物，受計算機等技術的影響，創新化、信息化、智能化以及一體化趨勢越發明顯，其應用促進了機械模具生產製造領域的深刻變革。本文對我國模具技術水平的現狀和發展過程中的特點加以論述和總結，在對機械模具技術發展背景作出簡要論述的基礎上，深入剖析了機械模具技術的現狀，對機械模具技術的未來發展趨勢進行了探究。
關鍵詞：模具技術；現狀；發展趨勢
Abstract: With the rapid development of Chinese science and technology and economy, mechanical mould technology involves all aspects of national industrial economy and plays a pivotal role in industrial production. As the product of multi-science and technology fusion development, mechanical mould technology is influenced by computer technology, innovation, informatization, intellectualization and integration trend become more and more obvious, its application promotes the profound transformation in the manufacturing field of mechanical mould. In view of the current situation of mechanical mould technology, it has great improvement in comparison with traditional process, but there are still many objective problems in application. In the future, the mechanical mould technology has a great development space, and its related research has attracted much attention from all circles of society. This paper summarizes the basic conception and development process of mould technology, and makes a brief exposition on the background of the development of mechanical mould technology, analyzes the actuality of mechanical mould technology, and probes into the future development trend of mechanical mould technology.
Keywords: mould technology; actuality; development trend
1 引言
近幾十年來，機械模具行業在我國的發展十分迅速，並在整個工業領域佔據着越來越重要的地位。由機械模具生產出來的零部件優點眾多，如低成本、高精度、高效率等。目前，很多發達國家都深刻認識到機械模具工業發展的重要性，並將之視為國家進入富裕社會的源動力，加大了政府支持力度。與國際形勢接軌，我國也日漸加大了對機械模具技術發展的重視和發展，這點由蓬勃發展的機械模具企業數量不難看出。據相關調查數據結果顯示，我國迄今為止模具總產量已居於世界前三位，自主製造水平、模具標準化程度等雖有顯著提高，但與發達國家仍存在不小差異。新時期，為了進一步夯實我國機械模具在國際市場中的地位，必須要重視機械模具技術發展，致力於一體化創新，從而提高國家工業綜合實力。
2 機械模具技術發展背景
在機械工業愈加發達的今天，模具技術作為其他工業生產設備的基礎，在我國市場經濟發展中佔據着越來越重要的地位。可以説，在當代社會經濟結構中，機械模具技術水平直接反應了一個國家的工業生產實力，其發展顯得至關重要。自改革開放以來，我國在各個領域都進行了深刻變革，機械模具行業也因此邁入了高速發展階段。我國機械模具自產自配的比例遠遠高於國外，組織形式多樣，所生產的標準件幾乎佔據國外覆蓋率的三分之一。但是，相比於國外小而專的特點，我國機械模具的精密、複雜程度及壽命時長還存在較大差距，在未來的市場競爭環境中並不佔優。因而，深度剖析機械模具技術現狀，加快機械模具技術發展，對促進我國工業發展至關重要。
3 發展現狀
伴隨着中國科技的進步，機械模具技術有了巨大的提升。隨着工業科技的發展，計算機在機械模具製造中的應用越來越廣泛，併成為了機械模具工業製造改革的關鍵技術，大大提高了工業生產質量和效率。時至今日，計算機軟件支持下的機械模具 CAD 技術、CAE 技術以及 CAM 技術高度集成，顯著縮短了機械模具設計與製造週期，從某種意義上而言，其應用帶動了整個市場經濟的快速發展。
3.1 CAD/CAM/CAE技術的一體化
模具的計算機輔助設計與製造已經在很大程度上在很多模具製造企業得到應用與普及。模具設計與製造一體化可以達到優化設計的目的,是最合理的模具設計與生產方式,這已經成為大家的共識。三維設計既可用於建模,又可為數控加工提供NC程序,提高了加工效率和質量。為了提高模具設計的科學性和合理性,用數值模擬手段對零件的成形性進行模擬仿真(CAE分析),在模具設計時進行工藝分析,提出合理的工藝方案和模具結構。目前,無論是大型金屬覆蓋件成形、複雜零件的鍛造成形,還是各類塑件成型或組合成形,不管零件多大、多複雜,或是多小、多精密,其成形過程一般都可以進行模擬,這是設計與加工緊密聯繫的不可或缺的手段。Dynaform、Ansys、MSC.、Modflow、華塑CAD等商用軟件得到越來越廣泛的應用。CAD/CAM/CAE技術的集成化、三維化、智能化和網絡化,讓用户在統一的環境下協同作業,充分發揮各單元的優勢和功能,達到效益最大化。目前國內眾多模具企業中,CAD/ CAM技術已經廣泛使用,但CAD/ CAM/ CAE一體化技術的應用還需要大力促進和推廣。
3.2 滿足汽車模具結構的大型化和複雜化要求採用新技術
汽車工業的發展,促進了新款式、新車型的更新速度加快,帶動和提升了大型、複雜結構模具的設計與製造技術水平。面臨汽車模具的開發週期越來越短、技術含量和製造精度越來越高的挑戰,汽車覆蓋件模具設計製造中近年來採用了許多新的技術。在工藝設計中大量應用模擬仿真技術成為不可缺少的工具。通過模擬分析,提前發現覆蓋件成形中的問題,如起皺、開裂、回彈等,通過工藝補償和參數調整,找到解決問題的方法和措施。CAE技術的發展方向是零件回彈分析和工藝參數自動優化以及材料參數庫的補充與完整,如高強鋼、超高強度鋼的特性參數,在一些模擬軟件的材料特性參數庫中還很缺乏。三維模具設計在國外已經是十分普遍的技術,特別是應用在汽車覆蓋件等大型、複雜模具設計中。三維模具實體設計能對模具結構進行真實的描述,進行靜態和動態干涉檢查,確保模具結構設計的合理性。國內一些大型汽車模具企業已經或正在逐步做到這一點,與國外的技術水平差距在縮小。
3.3 高速銑削在模具加工中的應用
高速銑削在模具加工中得到推廣應用,國外已經出現主軸轉速達100 000 r/ min的高速銑,國內也有主軸轉速達到60 000 r/min的高速銑。刀具快速進給的速度可以達到30～40m/ min,加工零件的表面粗糙度值達到Ra≤10μm,形狀精度達10μm以下,可以加工材料硬度60HRC以上。高速加工時的温升低、切削力小、熱變形小,表面殘留應力小,是高精密、高品質模具的重要加工手段。當前,多工位級進模、精密沖模、高光注射模加工的尺寸精度已達到3μm,甚至有0.3～0.5μm的超精模具,高速銑削已經成為模具不可或缺的加工工具。
3.4 熱流道技術、氣輔成型技術、高壓注射技術在注射模中的應用
熱流道技術是使用元器件對模具加熱,使通過流道和澆口的塑料保持熔融狀態,提高注射成型塑件的品質,節省原材料和節約能源。目前該技術已在國內注塑企業中得到廣泛應用。
氣體輔助注射成型是一項新的工藝。氣體輔助注射一般採用氮氣輔助注射,與常規的注射成型相比,其注射壓力較小,熔體流動性好,製品翹曲變形較小,易於成型壁厚差較大的製品,成型的塑件表面質量好。該技術已在汽車和家電模具中得到應用。最近,氣體輔助注射成型中的一項新的技術是高壓注射成型,其原理是利用高壓氣體在塑件內部產生中空截面,利用氣體保壓代替塑料注射保壓,消除製品縮痕,完成注射成型過程。
3.5納米模具技術微細成型
納米技術是在納米尺度內,通過對物質反應、傳輸和轉變的控制來實現創造新的材料、器件和充分利用它們的特殊性能。納米技術最簡單的應用是用納米模具作為生產工具。
(1)精度及尺寸達到納米級的模具,例如納米碳管、納米塑料模具
碳納米管是中空的碳纖維,直徑在幾納米到幾十個納米之間,長度為數毫米,甚至數微米。納米級塑料模具由日本住友電工公司研製成功,該模具可生產精度達納米級的細微零件,是使用波長極短的輻射波製作完成的。波長僅0.5 nm,比在半導體加工過程中經常使用的紫外線激光的波長(約為380nm)短得多,適於進行精細加工。該公司使用輻射波製成塑料模具,將模具泡在電鍍液裏,然後從電鍍液中析出金屬,在模具中形成精細零件,產品的精度可在30～50 nm間調整。使用這種技術製造的金屬彈簧探針長3mm,直徑僅0.03mm,用來檢查半導體元件。
（2）在模具表面塗覆一層納米級薄膜材料,以增加模具強度,減少模具磨損,提高模具壽命
例如,在擠壓筒的內表面、工作帶等易磨損部位進行陶瓷納米複合薄膜塗覆處理,納米薄膜的緻密性和高強度既能抗磨損,又能提高工模具的強度。在模具型腔表面塗上納米潤滑劑,在加工温度範圍內具有足夠的黏性和表面吸附能力,具有摩擦因數低、高穩定性和抗腐蝕性能力,可以增強材料的可加工性。該技術在國內已有應用。
3.6逆向工程技術
逆向工程(RE)又叫反向工程或反求工程。高速、高精度檢測儀器的應用和數據處理技術的發展,使得逆向工程在新產品開發、模具設計與製造中得到充分的發揮。它與傳統的設計方法和理念不同,通過對實物或零件進行掃描測量和數據處理,獲得零件的幾何信息,再通過CAD造型得到零件的幾何模型,經對零件的幾何模型進行數據重構來滿足其功能和結構的設計要求,最終確定零件的形狀,然後經由CAM編程,直接加工出零件的成形模。整個過程充分體現了設計者的理念和設計思想、設計經驗和創新思維。
3.7模具熱處理與表面強化技術
模具熱處理與表面強化是提高模具零件強度與硬度、改善其表面組織、確保使用壽命的關鍵,是影響模具材料性能發揮的關鍵環節。模具熱處理技術主要從滲入單一元素向多元共滲、複合滲方向發展;由一般擴散向CVD、PVD離子滲入、離子注射方向發展,熱處理手段向真空熱處理髮展,採用的覆膜有TiC、TiN、TiAlN、CrN、W2C等。其他新的表面強化技術也得到重視和應用,如激光強化、輝光離子氮化技術等。高能束激光相變硬化技術對汽車覆蓋件模具特別有效,除提高模具型腔的表面硬度外,還能減小模具的變形,因而提高產品質量。如某微型車前隔板拉深模,材料為CrMo鑄鐵,原工藝為表面火焰淬火,硬度為40～ 46HRC,型腔硬度不夠,容易被拉傷,模具返修率高。經激光表面處理後,型腔表面硬度提高到55～ 65HRC,硬化層的有效深度達0.55～ 0.7mm,達到使用要求,模具使用壽命明顯提高。
4 機械模具技術的未來發展趨勢
建立在CAM/ CAPP基礎上的先進模具加工技術和現代製造技術相結合,提高模具加工的自動化水平。推廣與普及信息化網絡技術,集成PDM、ERP、MIS系統與Internet平台,讓模具公共信息服務平台真正發揮作用。攻克超高速、超高精度模具的加工技術難關,模具精度達到± 0.001 mm,主軸轉速超過100 000 r/min的高速加工,完全實現鏡面加工。重點發展大型、精密、複雜、組合、多功能複合模具和高速多工位級進模具。突破在航空航天、高速鐵路、軌道交通、新能源等領域要求的高強、高速、高韌、耐高温、高耐磨性材料的成形工藝及模具製造上的技術難題。
積極參與模具行業國際化環境下的競爭,開發擁有自主知識產權、具有較高水平的模具設計、加工及管理軟件,不斷提高軟件的智能化、集成化程度,並在各類模具企業中得到推廣和應用。
符合發展低碳經濟的節能、節材的模具製造技術,模具熱處理、表面光整加工和表面處理新技術。
微納米成型加工技術,考慮尺度效應、温度與環境效應的微成型模具的設計與加工技術。
5 結論
近十幾年來,我國模具工業與裝備工業都得到了快速發展,我國模具技術水平也上升到一個新的高度,與工業發達國家的模具設計與製造水平的差距在逐步縮小。作為高科技含量的模具技術,創新是永恆的主題。圍繞未來模具發展重點和我國模具行業“十二五”發展規劃,努力提高模具行業的自主創新能力,用信息技術帶動和提升模具工業的製造技術水平,是模具行業的重要任務。
參考文獻
[1]奚雲赫.機械模具技術的發展方向與現狀分析[J].科技與企業，2016（01）：229，231.
[2]蔣桂芝,王麗.我國模具技術的發展現狀及其發展趨勢[J].機電產品開發與創新,2008(4): 197- 198.
[3]王佞,蘇慧,王鋭.模具工業技術的發展趨勢[J].裝備與製造技術,2008(4):112-113.
[4]宋斌.模具技術的現狀與未來發展的重點[J].山東工業技術，2014（20）：279.
[5]周慧濤.快速模具製造技術發展現狀與趨勢展望[J].鍛壓裝備與製造技術，2015（03）：114-115.
蒙田範文網