现代模具技术综述

湖北省十堰职业技术学院 杜志俊

　　摘要　介绍了现代模具制造技术CAD/CAM和RT的发展和应用，重点论述了现代模具技术的特点和发展前景。

　　关键词　现代模具技术CAD/CAMRT
　　
　　在现代机械制造业中，模具工业已成为国民经济中一个非常重要的行业，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。
　　现代工业的发展，对模具技术的要求越来越高。综观现代模具技术，正向如下的方向发展：
　　（1）高精度
　　现代模具的精度要求比传统的模具精度至少要高一个数量级。
　　（2）长寿命
　　现代模具的寿命比传统模具的寿命要高出5～10倍。如现代模具一般均可达到500万次以上，{zg}可达6亿次之多。
　　（3)高生产率
　　由于采用多工位的级进模、多能模、多腔注塑模和层叠注塑模等先进模具，可以极大地提高生产率，从而带来显著的经济效益。如用四工位的注塑模生产塑料汽水瓶，每小时可生产8000件以上。
　　（4）结构复杂
　　随着社会需求的多样化和个性化以及许多新材料、新工艺的广泛应用，对现代模具的结构形式和型腔要求也日益复杂。若采用传统的模具制造方法，不仅成本高、生产率低，而且很难保证模具的质量要求。
　　传统模具设计制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。因此，研制和开发新的模具设计、制造技术势在必行。模具CAD/CAM和RT(RapidTooling)技术正是在这种形势下被开发出来的，并在现代模具的生产中发挥了重要作用。

1　模具CAD/CAM

　　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。
　　采用单独的CAD和CAM技术设计生产模具，就其整个生产过程来看，与传统模具设计生产过程没有什么本质变化，仍然分成两个环节—设计与制造，且二者之间有着明显的分界，图纸是它们之间传递信息的最重要的手段。
　　模具CAD/CAM则是把CAD和CAM紧密地联系起来，实现设计制造一体化，其实质是设计与制造的综合计算机化。在CAD/CAM系统中，产品的几何模型是关于产品的最基本核心数据，并作为整个设计、计算、分析过程中xxx的数据。其结果可运用数据库和网络技术将其存储和直接传送到生产制造环节的各有关方面，从而实现设计制造的一体化。这时，图纸不再是设计与制造环节的分界线，也不再是制造过程的{wy}依据，在系统中传递的是整个设计、计算、分析后所获得的大量信息。模具CAD/CAM技术所以能很快地得到发展和广泛的应用，主要是它具有如下的一些特点：
　　（1）知识、技术密集,综合性强。模具CAD/CAM技术是由多种先进制造技术和计算机技术的综合，其知识、技术高度密集，涉及学科领域多，知识面广，技术性更强，这就要求从业人员不仅要有较高的专业技术和技能，而且要有多学科的综合知识和技术。
　　（2）生产率高，经济效益显著。模具CAD/CAM技术可以极大地提高生产率和经济效益，据有关资料统计分析，用传统的方法制造模具，从设计到制成产品交货，大约需要几个月的时间。而采用模具CAD/CAM技术则可缩短为十几天甚至几天的时间，这就为企业在激烈的市场竞争中赢得了时间，以创造良好的经济效益。
　　（3）有利于提高模具的标准化程度，极大地发挥人的创造性。标准化工作可有效地促进模具CAD/CAM技术的发展，而模具CAD/CAM则要求模具设计过程的标准化、模具结构的标准化、模具制造过程的标准化和工艺条件的标准化。
　　（4）更新速度快，初始投资大。模具CAD/CAM技术的更新速度快，能适应市场形势的变化，为企业带来很高的效益，但它的初始投资却是巨大的，这也是制约模具CAD/CAM推广应用的一个重要因素。
　　（5）适应性广，这是模具CAD/CAM技术的又一特点。它不仅能适应于大型企业，而且也适用于中、小型企业。
　　模具CAD/CAM技术仍然是在不断发展中的技术，其发展的{zg}阶段是计算机集成制造系统（CIMS），其目标是模具制造的全盘自动化，这就要求有较长时间的研究开发和巨额的资金投入。人们相信，随着CAD/CAM技术的不断发展和完善，必将在机械制造业中发挥巨大的作用，为社会带来不可估量的经济效益。

2　快速模具制造RT

　　快速模具制造是快速原型RP在模具制造行业中的成功应用。
　　模具CAD/CAM技术与模具RT技术的流程对比如图所示。

模具CAD/CAM与RT流程对比图

　　通过对比可以清楚地看出，模具RT比CAD/CAM的工艺流程减少了多个中间环节，因而可以大大地缩短模具的设计制造周期，提高劳动生产率。把精密铸造、中间软模过渡法以及电火花加工、金属喷涂、研磨等先进模具制造技术与RP结合起来，就可以快速地制造出各种简易模具和钢（铁）模具来。与CNC加工方法相比，RT可使模具的制造成本和制造周期减少到1/3～1/10,整个费用降低为1/3～1/5,经济效益相当显著。尤其对形状特别复杂的中小型模具来说，其优越性更为突出。
　　目前，快速模具RT主要应用于注塑模、冲压模、铸模等方面，其制造工艺方法主要有RP间接制模和在RP系统上直接制模两种，有三种典型的工艺路线。其一是单件小批量的产品制造，它利用RP快速原型技术和真空注塑技术，直接制造树脂模具；其二是中等批量的零件的制造，其工艺方案是利用RP快速原型，采用快速喷涂技术制造金属冷喷模（即在模具表面喷涂一层金属薄壳，基体仍为塑料），这种模具可用于3000件以下的注塑件的生产；其三是大批量生产类型，工艺路线是先利用RP制造石墨电极，再通过电火花加工钢模，它适用于万件以上的大批量生产。
综合快速模具制造RT技术，它与传统的模具制造技术及模具CAD/CAM相比,还具有如下特点：
　　（1)制造方法简单，工艺范围广
　　由于快速模具制造是基于材料逐层堆积的成形方法，工艺过程相对简单、方便和快捷，它不仅能适应各种生产类型特别是单件小批的模具生产，而且能适应各种复杂程度的模具制造；它既能制造塑料模具，也能制造金属模具。模具的结构愈复杂，快速模具制造的优越性就更突出。
　　（2）模具材料可强韧化和复合化
　　快速模具制造工艺能方便地利用在合金中添加元素或结晶核心，改变金属凝固过程或热处理等手段，可改善和提高模具材料的性能；或者在合金中添加其它材料，可制造复合材料模具。
　　(3)设计周期短，质量高
　　由于RT的模具设计极少依赖人的因素，因而可有效地降低人为的设计缺陷。设计师可利用RP制造的高精度模型，在设计阶段就可对产品的整体或局部进行装配和综合评价，并不断改进，大大地提高了产品的设计质量。
　　（4）便于远程的制造服务
由于RT对信息技术的应用，缩短了用户和制造商之间的距离，利用互联网可进行远程设计和远程服务，能使有限的资源得到充分的发挥，用户的需求能得到最快的响应。
　　RP是80年代才发展起来的高新制造技术，快速模具制造（RT）技术是应用这一技术改造传统模具技术的成功范例。由于RT显著的经济效益，近年来工业界对RT的研究投入了大量的人力和资金，迄今为止全球已有300多家RT服务机构，因而促进了这一技术的快速发展和应用。

选自《机械工程师》