模具的发展现状及发展趋势中文

模具的发展现状及发展趋势1模具简介模具是工业生产的基础工艺装备，已经取得了共识。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力, 决定着一个国家制造业的国际竞争力.我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展由表可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。

由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。

2 模具材料根据成型方法和模具使用周期（即要生产的产品数量）的不同，塑料成型模具要满足不同的需求，模具可以由多种材料制成，甚至于可以使比较特殊的材料如纸张和石膏。

然而，由于大多数成型过程需要高压，通常还有高温条件限制，金属迄今为止时最重要的材料，其中刚才居首位。

很多时候，模具材料的选择不仅关系到性能和最佳性价比，还影响到模具的加工方法，甚至是整体设计。

典型的例子是金属铸造模具的材料选择，与机械加工模具相比，不同材料的金属铸造模具冷却系统存在很大的差异。

另外，不同的制造方法也会对材料的选择产生影生产，原型模具的制造常常采用一些新技术，如计算机辅助设计和计算机集成制造，将固体毛配制成原型模具。

与以前以模型为基础的方法相比，用CAD和CIM方法会更经济，这是因为这类模具厂家自身就能制作，而用其他技术，只能由外面的供应商来加工生产。

总之，虽然模具生产中经常会用到一些高性能材料，但用得最多的仍然是那些常规材料。

像陶瓷这类高性能材料几乎不能用于模具制造，这可能是因为其优点（如高温下性能不会改变）在模具中并不需要，相反，像烧结类陶瓷材料，具有低抗张强度和热传递性差的缺点，在模具中也只有少量应用。

这里所用的零件不是采用粉末冶金和热等压工艺生产，而是指烧结成的多空、透气性零件。

在很多成型方法中，都必须将行腔中的气体排出去，人们已经多次尝试使用多孔金属材料排气。

与专门设置的排气装置相比，其优点是显而易见的，尤其是在熔料前锋处如有熔接线的地方，这里是最容易出现问题的区域：一方面能防止在制品表面有明显的熔接线，还能避免溢流料等残余物堵塞微孔。

采用这类材料制造模具时，在设计和成型工艺上都会出现新的问题。

3 模具的发展趋势在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要。

模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展。

模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。

CAD/CAM技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持,为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。

结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。

3.1模具CAD/CAM技术发展趋势21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。

具体表现出以下几个特征。

（1）标准化CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。

标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用,并采用GT(成组技术)生产。

非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。

（2）集成化技术现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。

在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。

（3）智能化技术应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

（4）网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。

目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。

（5）多学科多功能综合产品设计技术未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。

产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

（6）逆向工程技术的应用在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。

此时需要通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE(Reverse Engineering)。

逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。

（7）快速成形技术快速成形制造技术RPM(Rapid Prototyping & Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。

它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM加工、作为模芯消失铸造出模具等),从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。

3.2模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。

如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。

集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。

3.3 模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。

模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。

如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。

另外，Cimatron 公司的Mold expert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。

澳大利亚Mold flow公司的三维真实感流动模拟软件Mold flow Advisers已经受到用户广泛的好评和应用。

国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学的Z-mold软件。

面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。

如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。

3.4 模具软件应用的网络化趋势随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。

美国在其《21世纪制造企业战略》中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。

3.5 模具标准化和技术化趋势近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。

模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。

使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。

同时，快速经济模具的前景十分广阔。

由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。

例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。

这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。

还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。

中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。

快换模架、快换冲头等也将日益发展。

另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。

我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。

通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。

多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。