先进制造技术在模具制造中的应用

先进制造技术在模具制造中的应用【摘要】我国“十二五”模具行业发展规划对我国模具工业的现状进行了分析，并提出了模具工业的发展目标及主要任务，为此本文探讨了先进制造技术在模具制造中的应用。

【关键词】模具现状制造技术发展
模具是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备，其生产过程集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造为一体，既是高新技术载体，又是高新技术产品。

主要用于高效大批量生产工业产品中的有关部件和制件，其产业关联度高，技术、资金密集，是制造业各有关行业产业升级和技术进步的重要保障。

1 模具工业的现状及差距
随着时代的进步和科技的发展，过去长期依赖钳工、以钳工为核心的粗放型作坊式的生产管理模式，正逐渐被以技术为依托、以设计为中心的集约型现代化生产管理模式所替代；模具产品的传统概念也正被模具是高新技术产品的概念所替代。

数控技术已把工人从繁重的体力劳动中解放出来，cad/cam/cae软件已把模具技术人员从繁重的脑力劳动中解放出来。

目前模具总销售额中塑料模具占比最大，约占45%；冲压模具约占37%；铸造模具约占9%：其他各类模具共计约9%。

我国模具工业处于世界中等水平，与国际先进水平相比，仍有大约10年以上的差距，模具加工在线测量和计算机辅助测量及企业管理的差距在15年以上。

主要表现为：模具使用寿命低30%～50%
（精冲模寿命一般只有国外先进水平的1/3左右），生产周期长30%一50%，质量可靠性与稳定性较差，制造精度和标准化程度较低，等等。

与此同时，我国在研发能力、人员素质、对模具设计制造的基础理论与技术的研究等方面也存在较大差距，因此造成在模具新领域的开拓和新产品的开发上较慢，目前我国中低档模具已供过于求，而以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含量模具自给率还较低，只有60%左右，有很大一部分依靠进口。

我们还处于以向先进国家跟踪学习为主的阶段，创新不够，尚未到达信息化生产管理和创新发展阶段。

2 模具先进制造技术
2.1 电火花加工
电火花加工（edm）也称放电加工或电蚀加工，其基本原理是利用工件和工具电极之间所产生的火花放电现象。

在火花放电的瞬间，会产生约一万度的高温，从而使金属熔化、汽化而被去除，不断的火花放电，就会不断的蚀去金属，最终达到加工成型的目的。

在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛，尤其在模具制造业有着极为重要的地位。

电火花加工主要应用于模具中型孔、型腔的加工。

（1）电火花穿孔成型加工：主要用于型腔加工（加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件）和穿孔加工（加工各种冲模，挤压模、粉末冶金模、各种异型孔及微孔等），约占电火花加工总数的30%。

（2）电火花线切割加工：主要用于切割各种冲模和具有直纹面
的零件；下料、截割和窄缝加工，约占电火花加工总数的60%。

还有电火花内孔、外圆和成型磨削，电火花同步共轭回转加工，电火花高速小孔加工，电火花表面强化刻字等。

电火花加工属于非接触加工，因此加工中无宏观切削力。

故适用于薄壁、低刚度工件和微细结构的加工。

由于可以简单地将工具电极的形状比较简单的复制在工件上，特别适合于复杂的型孔和型腔加工。

采用数控技术，可以将形状比较简单的工具电极加工出复杂形状的型腔。

电火花型腔加工主要用于注射模、压铸模和热锻模等模具的型腔成形。

为了节省加工时间，经常采用切削加工和电火花加工相结合的方法。

即在模具淬火之前将型腔的主要材料用切削加工的方法切除，淬火后，再采用电加工的方法最后成形。

虽然有时零件不需要淬火，也可以采用类似的方法。

采用高速数控铣削时，这种方法十分常见，并在生产中逐渐演变成电火花成型加工的竞争对象。

2.2 高速切削加工
由于模具大多是由高硬度、耐磨损的合金材料并经过热处理来制造，加工难度大。

以往广泛采用电火花加工成型，但电极的设计制造本身也是一个费时费力的工艺过程。

同时电火花是一种靠放电烧蚀的微切削加工方式，生产效率极低。

用高速切削代替电火花加工是加快模具开发速度，提高模具制造质量的一条崭新的途径。

（1）加工电极。

应用高速切削技术加工电极，对电火花加工效率的提高起到了很大作用。

用户可以用同样的cnc程序进行电极的
粗、精加工，并获得很高的表面质量和精度，大大减少了对电极和模具的后续加工，从而提高多次成型的重复精度，并能大幅度地降低成本。

（2）直接加工淬硬的模具。

由于新型刀具材料（如pcd、cbn、金属陶瓷等）的出现，hsc可以加工硬度达到60hrc，甚至硬度更高的工件材料。

加工淬硬后的模具，其高速切削的材料可与电火花加工相媲美，甚至更优，不但节省了电极制造，而且在加工时间相同的情况下可以获得更好的表面质量。

（3）样件的快速成型。

用高速切削技术加工如塑料和铝合金等易加工材料时，可以采用与常规切削几乎相同的切削宽度和深度，加工效率可提高10倍以上。

高速切削技术可以使设计者和造型者尽快看到产品的真实模型。

2.3 快速模具的制造
将rpm技术与传统的模具制造技术相结合，称之为基于rpm的快速模具技术，客观上它可以大大缩短模具的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径，rt技术与传统模具技术相比，能够节省1/3的时间和成本。

目前很多采用rp技术的公司并不是单单是制作快速成型的原型，而是将快速成型与快速模具制造技术相结合，进行快速模具或成品制造。

常用的基于rp技术的快速模具制造技术有以下几种：
（1）基于rp原型的精密铸造模具：根据实物的rp原型（正型）可翻制成硅胶型腔（负型）再翻制成陶瓷型腔（正型）；利用陶瓷
正型可精铸出一个金属（如锌铝合金、铍铜）型腔（负型），用以注塑成型。

（2）喷涂法：采用喷枪将金属喷涂到rp原型上，并形成一个金属硬壳层，将其分离下来，用填充铝粉的环氧树脂或金属做背衬，即可制成注塑模具的型腔。

这一方法省略了传统加工工艺中的详细绘图、数控加工和热处理三个耗费时间和财力的过程，因而成本只有传统方法的几分之一，生产周期也从3-6周减少至1周，模具寿命可达一万次。

（3）熔模铸造：rp技术的最大优势在于它能迅速制造出复杂的原型，而熔模铸造的长处是有了原型就可以制造出复杂的零件。

两者结合在一起，可快速制造出各种零件。

这一方法已得到实际应用，并产生了巨大的经济效益。

（4）直接制造金属模具：sls工艺的最大优势在于可直接制造金属模具。

对于由金属粉末烧结后所得的原型，可渗入熔点较低的金属并最终得到一个金属基复合材料的金属型。

lom工艺也具有直接制造金属模具的潜力，用金属箔材作为造型材料可直接获得金属型模具。

3 模具行业及技术发展
在信息化社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业的主要发展趋势是：模具产品向以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的，与高效、高精工艺生产装备相配套的高新技术模具产品方向发展；模具生产向管理信息化、技术集成化、设备精良化、制造数
字化、精细化、加工高速化及自动化和智能控制及绿色制造方向发展；企业经营向品牌化和国际化方向发展；行业向信息化、绿色制造和可持续方向发展。

为此对模具技术发展有如下要求：（1）模具数字化设计制造及企业信息化管理技术（以推广应用为重点，并进行软件集成和二次开发），包括模具全三维cad和cad/cae/cam/生产技术及capp、erp、mes、plm等管理技术。

深化信息化应用，通过信息化渗透到模具生产各个环节，建立新型的模具生产制造模式。

（2）模具加工新技术，如高速高精加工、复合加工、精细电加工、表面光整加工及处理新技术、快速成型与快速制模技术、新材料成型技术、智能化成型技术、热压成型技术、厚板精冲技术、连续复合精冲技术、标准化自动化加工技术、大规模定制生产技术、网络虚拟技术等。

（3）具有自主知识产权的模具生产和管理的专用软件的开发及升级。

（4）模具精细化制造和精益生产。

精细化制造与精益生产不是单纯的技术问题，而是设计、加工、管理技术和科学化、信息化的有机结合的综合反映，对提高模具质量和企业效益至关重要，应作为发展重点予以特别关注。

（5）与模具直接关联的模具制品成型过程在线智能化控制技术。

它利用信息化和现代控制技术，对模具制品成型过程中的相关工艺参数进行实时检测和在线智能化控制，以进一步提高模具制品
的性能质量和成型效率，甚至使原来无法成型的模具制品成为可能，实现模具及模具成型的重大创新。

4 结语
工业要发展，模具须先行。

没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。

现在，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之—。

因此，在模具制造中采用先进制造技术势在必行，模具企业的管理信息化是模具行业发展和进步的必然趋势。

参考文献：
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[2]现代工程技术训练.傅水根主编.北京：高等教育出版社，2005.10.
[3]刘忠伟主编.先进制造技术.北京：国防工业出版社，2006.8.
[4]庄万玉，丁杰雄，凌丹，秦东兴编著.制造技术.北京：国防工业出版社，2012.10.
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