先进制造技术在模具制造业中的应用

第一篇：先进制造技术在模具制造业中的应用

先进制造技术在模具制造业中的应用

随着全球经济一体化发展，模具企业间的竞争日益激烈，为了能在激烈的市场竞争中立稳脚跟谋求发展，企业必须以最新的产品、最短的开发时间、最优的质量、最低的成本、最佳的服务、最好的环保效果和最快的市场响应速度来赢得市场和用户。为实现这一目标，模具制造业必须改变传统观念，不断对各单项技术进行集成融合，并与现代信息技术、现代管理技术相结合，从而推动先进制造技术的发展。

从20世纪80年代以来，一些工业发达国家提出了许多不同的先进制造技术新模式、新技术、新思想、新方法，这其中包括计算机辅助设计、制造、工程(CAD／CAM／CAE)，逆向工程技术，并行工程，快速成形技术，虚拟制造技术，敏捷制造、精良生产、制造资源计划等新技术。这些新技术的使用，对提高制造业企业的竞争力起到了巨大的作用。本文将对高速加工技术、逆向工程技术、快速成形技术和虚拟制造技术等进行简单的介绍。

1、模具设计，加工中的几种先进制造技术 1．1 高速加工技术(HSM)1．1．1 何谓高速加工

高速加工概念起源于德国切削物理学家Carl Salomon，他认为在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高，当切削速度达到临界切削速度后，切削速度再增大，切削温度反而下降，从而大大地减少加工时间，成倍地提高机床的生产率。这一理论的发现为人们提供了一种在低温低能耗条件下实现高效率切削金属的方法。目前通常把切削速度比常规切削速度高5-l0倍以上的切削称为高速加工。

1．1．2 高速加工的特点及在模具工业中的应用

a、加工效率高，由于切削速度高，进给速度一般也提高5-l0倍，这样，单位时间材料切除率可提高3-6倍，因此加工效率大大提高。

b、切削力小，高速加工由于切削速度高，切屑流出的速度快，减少了切屑与刀具前面的摩擦，从而使切削力大大降低。

c、热变形小，高速加工过程中，由于极高的进给速度，95％的切削热被切屑带走，工件基本保持冷态，这样零件不会由于温升而导致变形。

d、加工精度高，高速加工机床激振频率很高，已远远超出“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率范围，这使得零件几乎处于“无振动”状态加工，同时在高速加工速度下，积 1 屑瘤、表面残余应力和加工硬化均受到抑制，因此用高速加工的表面几乎可与磨削相比。

e、简化工艺流程，由于高速铣削的表面质量可达磨削加工的效果，因此有些场合高速加工可作为零件的精加工工序，从而简化了工艺流程，缩短了零件加工时间。综上所述，高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术。其工件热变形小，加工精度高，表面质量好；非常适合模具加工中的薄壁、刚性较差、容易产生热变形的零件，可以直接加工模具中使用的淬硬材料，特别是硬度在HRC46～60范围内的材料。

1．2 逆向工程技术(RE)1．2．1 何谓逆向工程技术

按照传统的产品开发流程，开发过程是市场调研—概念设计—总体设计—详细设计—制定工艺流程—设计工装夹具—加工、检验、装配及性能测试—完成产品。即从“设计思路—产品”的产品设计过程，这被称为正向工程或顺向工程(FE)。然而，当我们掌握是的物理模型或实物样件时，我们必须寻求某种方法将这些实物(样件)转化为CAD模型，使之能应用CAD／CAM／CAE等先进技术完成有关任务。这种产品开发方式的设计流程是从实物到设计，我们将这种由“产品—设计思路”的产品开发过程称为逆向工程或反求工程(RE)。

1．2．2 逆向技术在模具工业中的应用

模具工业中的逆向工程应用大致可分为以下几种情况：

a、在没有设计图样以及设计图样不完整或没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图样或CAD模型。

b、某些难以直接用计算机进行三维几何设计的物体(如复杂的艺术造型、人体、动植物外形)，目前常用黏土、木材或泡沫塑料进行初始外形设计，再通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型。

c、人们经常需要对已有的产品进行局部修改。原始设计没有三维CAD模型的情况下，应用逆向工程技术建立C A D 模型，再对CAD模型进行修改，这将大大缩短产品改型周期，提高生产效率。

d、利用逆向工程技术可以充分吸收国外先进的设计制造成果，使我国的模具产品设计立于更高的起点，同时加速某些产品的国产化速度，在这方面逆向工程技术均起到不可替代的作用。

1．3 快速成形技术(RP)1．3．1 何谓快速成形技术

快速成形技术，是20世纪80年代末90年代初发展起来的一种先进制造技术，它结合 了数控技术、CAD技术、激光技术、材料科学技术、自动控制技术等多门学科的先进成果，利用光能、热能等能量形式，对材料进行烧结、固化、粘结或熔融，最终成形出零件的二维实物模型。

1．3．2 快速成形技术在模具工业中的应用

a、产品开发对于新产品，通过快速成形技术，方便快速地试制出产品的实物模型，根据实物模型可以及时地发现产品设计中所存在的不足或错误之处，从而既缩短了新产品开发的研制周期，又避免了设计错误可能带来的损失。

b、产品性能测试快速成形制造在一般场合可以代替实际零件，对产品的有关性能进行综合测评或工程测试，优化产品设计，这样可以大大提高产品投产的一次成功率。

c、样件展示由于应用快速成形技术很容易制造出新产品的样件，因此，快速成形技术已成为开发商与客户之间进行交流沟通的重要手段。

d、快速制模将快速成形技术与真空注型、熔模铸造、金属电镀等技术相结合，快速制造出模具，用于零件的数件或小批量生产。

1．4 虚拟制造技术(VM)1．4．1 何谓虚拟制造

虚拟制造是新产品及其制造系统开发的一种哲理和方法论，它强调在实际投入原材料与产品实现过程之前，完成产品设计与制造过程的相关分析，以保证制造实施的可行性。虚拟制造技术是基于产品模型、计算机仿真技术、可视化技术及虚拟现实技术，在计算机内完成产品的制造、装配等制造活动的制造技术。

1．4．2 虚拟制造技术在模具工业中的应用

a、在模具设计阶段，应用虚拟设计技术，在计算机中完成整体及零部件的概念设计、造型设计、总体布局设计和结构设计等，同时对其刚度、强度、固有频率、动态响应及疲劳使用寿命等性能进行模拟分析，以便在设计阶段就发现问题并有针对性地解决有关问题。

b、使用虚拟装配技术，能避免传统装配方式常存在的装配干涉或装配不到位现象，可以方便地修改并首先生成零部件模型，从而大大降低了模具零件的返工率。

c、虚拟实验技术可对整个模具在真实实验环境、实验条件、实验负荷下进行模拟实验，通过机构运动虚拟软件仿真其运动轨迹，预测产品的安全性、可靠性、经济性。

2、其他先进制造技术 2．1． 敏捷制造技术(AM)敏捷制造的基本思想是通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内部及企业之 间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成，使企业能够对快速变化、难以预测的市场要求做出快速反应，并由此获得长期的经济效益。

2．2 并行工程(CE)并行工程是一个集成的、并行的方式设计产品及其相关过程的系统方法，它要求开发人员在设计开始就需考虑产品整个生命周期中的所有因素，包括产品质量、成本、进度计划、用户要求等。为达到并行的目的，需要建立高度集成的模型，应用仿真技术，实现异地人员的协同工作。

2．3 精良生产(LP)精良生产的目的是简化生产过程、减少信息量、消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生产过程尽可能简化和标准化。精良生产的核心是准时生产和成组技术。

3、结束语

随着信息时代的到来，模具制造业全球化是发展的必然趋势；其竞争不断加剧，使当前模具制造业面临极大的挑战，这一挑战主要来源于市场和技术两大方面。每个技术单元同时面向市场和合作伙伴，必须灵活地进行重组和集成，达到优势互补。高速切削、逆向工程、快速成形技术与CAD／CAE／CAM／RP虚拟环境的集成可使设计概念转换为产品的时间缩短几倍乃至几十倍，构成一个快速产品开发及其模具制造的综合系统，可以实现从产品的设计、分析、加工到管理的灵活经济的组织方式，从而推动模具制造技术的发展。

第二篇：先进制造技术在机械制造业中的应用

先进制造技术在机械制造业中的应用

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讲述了先进制造技术概念与特点，论述了先进制造技术在机械制造业的应用，并提出了我国机械工业发展先进制造技术应采取的对策。先进制造技术的概念与特点

一般认为：先进制造技术是指制造业(传统制造技术)不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化控制理论技术(自动化技术生产设备)、材料科学、能源技术、生命科学及现代管理科学等方面的成果;并将其综合应用于制造业中产品设计、制造、管理(检测)、销售、使用、服务(售后服务)以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应、竞争能力，取得(具有市场竞争能力的)理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

由以上先进制造技术的概念可以看出先进制造技术有如下特点：

1)先进制造技术不是一成不变的，而是一个动态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。

2)先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。

3)先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容。

4)先进制造技术是特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。

5)先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除它们之间的界限。

6)先进制造技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色产品，要求生产过程是环保型的。

先进制造技术在机械制造业中的应用

如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。

1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

我国机械工业发展先进制造技术的战略与对策

我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业占的比重又较大。尽管近十年来，我国机械制造业不断引进国外的先进制造技术，但与发达国家相比仍有较大的差距。主要表现为：技改投入相对不足。技术装备、生产工艺、生产管理、市场观念、人员素质相对落后。面对新世纪国际机械制造业的竞争和高新技术发展的挑战，我国机械制造业应采取以下对策。

1)提高认识，全面规划，将装备制造业置于重要的战略地位。

2)加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合。据前论述可知，加强先进制造技术在机械制造业的应用，对发展机械制造业、增强机械制造业的生命力十分必要。但同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，着重提高自主创新能力。高度重视制造产业共性技术的研究开发，全力实施标准战略、专利战略。切实提高企业的技术开发和集成创新能力，这对于丰富先进制造技术、促进其他制造业的发展至关重要。将引进、消化吸收国外先进制造技术与自主开发创新相结合，深化科技体制改革，推进技术创新体系的建设。

3)大力发展先进高新制造技术及其产业。

4)人才是技术发展的关键。要加强先进制造技术的应用和开发，必须提高人员素质，加强人才培训。应培养一批既懂科学技术，又懂管理的优秀企业家，还要造就一支具有较高职业素质的技术工人队伍。

5)加强国际交流与合作。世界各国的机械制造技术的发展都有自己的特色和侧重点。通过加强

第三篇：先进制造技术在机械制造业中的应用

先进制造技术在机械制造业中的应用

摘要：中国虽是制造大国，但与工业发达国家相比，仍有很大差距。材料成型加工制造是制造业的重要组成部分，是先进制造技术的重要内容，对国民经济的发展及国防力量的增强均有重要作用。该文认为，面对市场经济、参与全球竞争，企业的发展要依靠先进制造技术，而先进制造技术必然促进企业的发展。未来的制造企业将是以人、管理及技术三要素组成，而以人为本。未来的制造模式将是：小批量、高质量、低成本、交货期短、生产柔性、环境友好。快速产品与工艺开发系统、新一代制造工艺及装备和模拟与仿真是三项关键先进制造技术。

关键词：

材料成形加工、发展趋势、制造业、先进制造技术

引言：随着计算机技术的发展，计算材料科学已成为一门新兴的交叉学科，是除实验和理论外解决材料科学中实际问题的第三个重要研究方法。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究。因此，基于知识的材料成型工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域及研究热点。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算，模拟仿真可提高产品质量5～15倍、增加材料出品率25%、降低工程技术成本13%～30%、降低人工成本5%～20%、增加投入设备的利用率30%～60%、缩短产品设计和试制周期30%～60%、增加分析问题广度和深度的能力3～3.5倍等。

正文：先进制造技术在机械制造业中的应用 1 先进制造技术的概念与特点

一般认为：先进制造技术是指制造业(传统制造技术)不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化控制理论技术(自动化技术生产设备)、材料科学、能源技术、生命科学及现代管理科学等方面的成果;并将其综合应用于制造业中产品设计、制造、管理(检测)、销售、使用、服务(售后服务)以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应、竞争能力，取得(具有市场竞争能力的)理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

由以上先进制造技术的概念可以看出先进制造技术有如下特点：

1)先进制造技术不是一成不变的，而是一个动态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。

2)先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。

3)先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容。

4)先进制造技术是特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。

5)先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除它们之间的界限。

6)先进制造技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色产品，要求生产过程是环保型的。

2.先进制造技术在机械制造业中的应用

如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。

1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

3.我国机械工业发展先进制造技术的战略与对策

我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业占的比重又较大。尽管近十年来，我国机械制造业不断引进国外的先进制造技术，但与发达国家相比仍有较大的差距。主要表现为：技改投入相对不足。技术装备、生产工艺、生产管理、市场观念、人员素质相对落后。面对新世纪国际机械制造业的竞争和高新技术发展的挑战，我国机械制造业应采取以下对策。

1)提高认识，全面规划，将装备制造业置于重要的战略地位。

2)加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合。据前论述可知，加强先进制造技术在机械制造业的应用，对发展机械制造业、增强机械制造业的生命力十分必要。但同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，着重提高自主创新能力。高度重视制造产业共性技术的研究开发，全力实施标准战略、专利战略。切实提高企业的技术开发和集成创新能力，这对于丰富先进制造技术、促进其他制造业的发展至关重要。将引进、消化吸收国外先进制造技术与自主开发创新相结合，深化科技体制改革，推进技术创新体系的建设。

3)大力发展先进高新制造技术及其产业。

4)人才是技术发展的关键。要加强先进制造技术的应用和开发，必须提高人员素质，加强人才培训。应培养一批既懂科学技术，又懂管理的优秀企业家，还要造就一支具有较高职业素质的技术工人队伍。

5)加强国际交流与合作。世界各国的机械制造技术的发展都有自己的特色和侧重点。通过加强国际交流与合作，可迅速吸收应用先进制造技术，并结合本国国情来发展机械制造技术。

现代的产品与工艺开发系统的特点是：在设计全过程采用信息技术，产品有创新，采用新材料与新制造工艺，使产品开发周期短、返工少、成本低，因而产品在国际市场上有竞争能力。轻量化、精确化、高效化将是成形制造技术的重要发展方向，材料成形制造向更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本低、周期短、质量高的方向发展。制造过程的计算机模拟仿真是先进制造技术的重要内容，已在铸造及塑形加工等领域中得到广泛应用。高性能、高精度、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟从微米到纳米尺度则是近年来新的研究热点。绿色制造是制造技术的进一步发展趋势。

制造业及材料成型加工技术的作用及地位

我国已是制造大国，仅次于美、日、德，位居世界第4。我国虽是制造大国，但与工业发达国家相比，仍有很大差距，表现在：1劳动生产率低，人均产值不到美国的k/20；2技术含量低，以CAD为例，仍停留在绘图功能：3重要关键复杂产品基本上没有自主产品创新开发能力。

材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形加工是汽车、电力、石化、造船、机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内容。铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工，45%的金属结构用焊接得以成型。汽车重量的65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法而成形。

但是，我国的材料成形加工技术与国外工业发达国家相比，仍有很大差距。例如：重大工程的关键铸锻件如长江三峡水轮机的第一个叶轮仍从国外进口；航空工业发动机及其它重要的动力机械的核心成形制造技术尚有待突破。因此，在振兴我国制造业的同时，要加强和重视材料成形加工制造技术的发展。

制造业在过去的二十年中发生了巨大变化，这种变化还会延续。高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化；国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短；日益恶化的环境要求材料加工原料与能源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的产品，材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展；材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学科化。

面对市场经济、参与全球竞争，必须十分重视制造业、先进制造技术及成形加工制造技术的技术进步。

先进制造技术的发展趋势

美国在“新一代制造计划”中指出未来的制造模式将是：批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好。未来的制造企业将是：以人、管理及技术三要素组成，而以人为本。未来的制造企业要掌握十大关键技术，包括了“快速产品与工艺开发系统”，“新一代制造工艺及装备”及“模拟与仿真”三项关键技术。其中新一代制造工艺包括精确成型制造或称净成型制造工艺。净成型制造工艺要求材料成型制造向更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本低、周期短、质量高方向发展。

轻量化、精确化、高效化将是未来制造技术的重要发展方向。以汽车制造为例，美国新一代汽车研究计划的目标是在2003年每100公里油耗要减少到3升。汽车重量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。为了达到这一目标，要求整车重量要减轻40～50%，其中车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统必须减轻10%。例如，美国福特汽车公司新车型中使用的主要材料可以看出新一代汽车中钢铁黑色金属用量将大幅度减少，而铝及镁合金用量将显著增加，铝合金将从284磅增加到733磅，镁合金将从10磅增加到86磅。

近年来，随着汽车工业和电子工业的迅速发展，对通过降低产品的自重以降低能源消耗和减少污染包括汽车尾气和废旧塑料，提出了更迫切的要求，轻量化的绿色环保材料将作为人们的首选。镁合金就是被世界各国材料界看好的最具有开发和应用发展前途的金属材料。

镁合金产品具有以下优势：1轻量化：密度1.8g/cm3左右，是铁的1/4，铝的2/3，与塑料相近。2比强度高、刚性佳，优于钢、铝。3极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。4优良的热传导性，改善电子产品散热问题。5非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性佳。6加工成型性能好，成品外观美丽，质感佳，无可燃性相对于塑料。7材料可100%回收，回收率高，符合环保法。8尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变相对于塑料。

镁合金压铸件广泛应用于交通工具如汽车、摩托车及飞机零件等、IT行业如手机、手提电脑等3C产品、小型家电摄像机、照相机及其他电子产品外壳等行业。同时，压铸镁合金产品在国防建设等领域也有十分广阔的应用前景。

快速产品/工艺开发系统

我国制造业的主要问题之一是缺乏创新产品的开发能力，因而缺乏国际市场竞争能力。

传统产品开发的特点：一是照猫画虎、知识老化、缺乏创新，二是周期长、返工多、成本高。例如，日本丰田汽车公司沿用传统的产品设计开发方法造成了大量的返工。又例如，美国空军研究所从1981—1991年研发武器共发布图纸20，000张，但共有90，000张图纸进行了更改，平均每张图纸改动了4.5次，多化费了16亿美元。

现代的产品开发系统的特点是：1采用现代设计理论与方法，2进行全生命周期设计，3设计全过程采用信息技术，4加快采用新材料、新工艺，5产品开发周期短、返工少、成本低，努力做到一次成功，6产品有创新，在国际市场上有竞争能力。

应该指出：产品设计及制造开发系统是以设计与制造过程的建模为核心内容。1992年，美国先进金属材料加工工程研究中心提出了产品设计/制造工艺集成系统。在产品零部件的设计过程中同时要进行影响产品及零部件性能的成型制造过程的建模，它不仅可以提供产品零部件的可制造性评估，而且可以提供产品零部件的性能预测。2001年，美国又提出了集成制造技术建议，并提出“可靠制造的建模与仿真”新构思，对产品设计制造等全生命周期过程全部进行模拟仿真。

波音公司采用的现代产品开发系统，将新产品研制周期从8年缩短到5年，工程返工量减少了50%。日本丰田汽车公司在研制2002年嘉美新车型时缩短了研发周期10个月，减少了试验样车数量65%。美国底特律柴油机公司研发一台V6型柴油机的研发周期只用了7.5个月。美国汽车工业希望汽车的研发周期缩短为15—25个月，而20世纪90年代汽车的研发周期为5年。

新一代制造技术材料成型制造技术

制造技术可分为加工制造及成型制造以液态铸造成型、固态塑性成型及连接成型等为代表技术，其中成型制造不仅赋予零件以形状，而且决定了零件的组织结构与性能。

精确成型制造技术

近年来出现了很多新的精确成型制造技术。例如，在精确铸造成型加工方面，在汽车工业中Cosworth铸造采用锆砂砂芯组合并用电磁泵控制浇铸)、消失模铸造及压力铸造已成为新一代汽车薄壁、高质铝合金缸体铸件的三种主要精确铸造成型方法。许多研究预测消失模铸造将是“明天的铸造新技术”。另外，用定向凝固熔模铸造生产的高温合金单晶体燃汽轮机叶片也是精确成型铸造技术在航空、航天工业中应用的杰出体现。

在轿车工业中还有很多材料精确成型新工艺，如用精确锻造成型技术生产凸轮轴等零件液压胀型技术、半固态成型、三维挤压法等。摩擦压力焊新技术近来备受人们关注。

以挤压铸造及半固态铸造为代表的精确成型技术由于熔体在压力下充型、凝固，从而使铸件具有好的表面及内部质量。材料在压力作用下凝固可形成细小的球状晶粒组织。半固态铸造是一种生产结构复杂、近净成型、高品质铸件的材料半固态加工工艺技术。其区别于压力铸造和锻压的主要特征是材料处于半固态时在较高压力下充型和凝固。半固态铸造技术最早在上世纪70年代由美国MIT凝固实验室研究开发，并在90年代中期因汽车的轻量化得到了快速发展，可分为流变铸造和触变铸造。

快速及自由成型制造技术

随着全球化及市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业要满足日益变化的用户需求，制造技术必须有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。快速原型制造技术就是在这样的社会背景下产生的。快速原型制造技术以离散/堆积原理为基础和特征，将零件的电子模型按一定方式离散成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用多种手段，将这些离散的面、线段和点堆积形成零件的整体形状。有人因该技术高度的柔性而称之为“自由成型制造”。近年来，快速原型制造已发展为快速模具制造及快速制造。它能大大缩短产品的设计开发周期，解决单件或小批零件的制造问题。

激光加工技术多种多样，包括电子元件的精密微焊接、汽车和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻与成型等，其中激光加工自由成型制造技术也是重要的发展动向。

参考文献

1.盛晓敏、梁朝晖，等.先进制造技术 [M].机械工业出版社，2000.09.2.魏铁华.论现代制造系统模式的共性 [J].工厂建设与设计，1996.06.

第四篇：不锈钢在模具制造中的应用

不锈钢在模具制造中的应用

发布时间： 2010-6-5 11:11:38 中国废旧物资网

一、引言

不锈钢市一种特殊材料，其特点是不锈钢、耐热、耐蚀，广泛应用于工业及民用的众多领域。当前我国不锈钢生产正在飞速发展，生产的品种已经从建国初期的几种，到目前已经纳入国家标准的143种（GB/T20878-2007），不锈钢产量也从1988年的21.7万吨发展到2008年的900多万吨。

过去，不锈钢在化工、航天、航空、原子能以及民用工业应用较多，在模具制造中应用较少，但是由于模具工业的发展，模具工作的环境对模具材料的性能要求越来越高，在生产具有化学腐蚀的塑料为原料的塑料制品时，模具必须具有防腐蚀性能；在强磁场中工作的模具不应产生感应；一些耐高温、耐蚀、抗氧化性的热处理模具以及一些精密耐蚀模具需要通过时效来提高模具硬度，以上几类模具都要求模具具有特殊性能。而各类不锈钢正是具有以上性能并能满足以上需要，从而解决了生产中的难题。

根据模具的工作条件，选择了几种不同类型的不锈钢，并简要的介绍了其热处理工艺。

二、马氏体不锈钢的应用

在具有化学腐蚀性环境中工作的模具，必须具有耐腐蚀性，而且还要求具有一定的硬度、强度和耐磨性能等。这类要求高硬度的模具一般选用马氏体不锈钢制造，常用的马氏体不锈钢有：2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr17Mo、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2等。下面根据硬度的要求介绍了几种不锈钢：

（1）中碳高铬耐蚀马氏体不锈钢应用

这类钢要求硬度在50—55HRC左右。典型的不锈钢为4Cr13，该钢为中碳马氏体不锈钢，热处理后有较高的硬度和耐磨性，且抗大气和水蒸汽腐蚀，可用于制造要求具有一定耐蚀性能的塑料模具。该钢的淬火温度一般选择1050℃，该钢淬透性好，对于小型塑料模具，淬火时可用空气冷却，以减少模具的热处理变形；而对于尺寸较大的模具可采用油淬，淬火后的模具一般采用200-300℃回火，回火后硬度为50—53HRC。适宜制造承包商负荷、高耐磨及腐蚀介质作用下的塑料制品的模具。

（2）高碳高铬性不锈钢应用

对于要求较高硬度、较高耐磨性的耐蚀塑料模具可选择高碳高铬型不锈钢，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV等。以Cr14MoV为例，其含碳量为1.0%—1.15%，该钢具有较好的淬透性，淬火温度一般选择为1100—1120℃油冷，硬度大于或等于58 HRC，回火温度为500℃，保温2h，回火4次，其硬度大于或等于60 HRC。该钢具有高硬度、高耐磨性和良好的耐腐蚀性，高温硬度也较高，适宜制造在腐蚀介质作用下承受高负荷、高耐磨的塑料模具。

（3）低碳铬镍型耐蚀不锈钢的应用

1Cr17Ni2钢属于马氏体型不锈钢耐酸钢，对于氧酸类（一定温度、浓度的硝酸，大部分的有机酸）以及盐类的水溶液有良好的耐蚀性；该钢有较高的强度和适宜的硬度，乃是性能比4Cr13钢好，因此要求耐蚀性能高的塑料模具，仍然有一部分采用该型号的不锈钢制造。

1Cr17Ni2钢淬火温度范围为950—1050℃油冷。淬火后低温回火或高温回火性能均有较好的耐腐蚀，淬火后经200—300℃回火，钢的硬度为38—40HRC，如通过冷处理，可使奥氏体继续转化为马氏体，硬度可提高到42—48HRC，钢的强度、硬度较高，耐磨性好，而且有较高的耐腐蚀性能。回火温度在600—700℃，钢的基本组织为回火索氏体，具有较好的强度和韧度配合，而且也有较高的耐蚀性能。该类钢还可以通过渗氮处理，提高耐磨性、抗咬合能力和模具的使用寿命。

1Cr17Ni2钢主要用于耐腐蚀、高精度的塑料模具。

三、沉淀硬化型不锈钢的应用

马氏体不锈钢模具在热处理过程中会产生变形，这是模具热处理三大难题之一（变形、开裂、淬硬），如何既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度。对于复杂、精密、长寿命面临的一个重要课题，国内研制和发展了一系列的沉淀硬化不锈钢解决了这道难题，常用的此类不锈钢有：0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr12Ni4Mn、0Cr15Ni7Mo4Al、1Cr14Co13Mo5V、5Mo3Al等。

例如0Cr17Ni4Cu4Nb是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，因含碳量低，耐腐蚀性优于马氏体不锈钢，而接近于奥氏体不锈钢。该钢热处理工艺简单，固溶温度为1040℃，水冷，热处理后可获得单一板条状马氏体，硬度为32—34HRC，具有良好的切削加工性能，便于模具的硬度可达到40HRC，由于温度较低，模具变形较小，硬度和强度皆有提高，同时获得综合的力学性能。为了提高模具的表面硬度和耐磨性，该类钢制模具可采用离子氮化表面处理，表面硬度可达900HV以上，大大延长了模具的使用寿命。

沉淀硬化型不锈钢主要用于制造耐腐蚀、高精度的塑料模具。

四、奥氏体不锈钢在热作模具上的应用

今年来为了满足耐高温、耐蚀、抗氧化要求而引入的奥氏体不锈钢作为热作模具材料已经逐步获得了广泛的应用。这类钢一般都含有Ni、Mn等奥氏体形成元素，同时加入一定量的C、Cr等元素，从而使得奥氏体变形更加稳定，且始终保持奥氏体组织，其中0Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo钢属于铬镍系奥氏体不锈钢，其优点是组织比较稳定，在加热和冷却过程中均不发生相变，具有很高的高温强度和耐热性。缺点是线胀系数大，导热性差，降低了钢的热疲劳性能，不适宜作为强烈水冷的模具材料。

4Cr14Ni14W2Mo钢在650℃以下有良好的机械性能；在600—800℃时，易因强烈的时效而强化；在800℃以下耐热不起皮；在900℃以下耐气体腐蚀能力高。该钢热处理工艺为：固溶温度1000—1100℃水冷，组织为奥氏体；时效处理温度为750℃，空冷，组织为奥氏体。

4Cr14Ni14W2Mo钢抗氧化性好，可以蠕变成形模、强腐蚀性的玻璃成形模以及压铸用型芯等热作模具。

五、奥氏体不锈钢在无磁模具中的应用

为了适应磁性制品的生产，人们用无磁模具钢制造无磁冷作模具和塑料模具，这种模具在强磁场中不会被磁化，保证了磁性制品在生产过程中即使被磁化，但仍然容易脱模，从而有效的保证了生产的正常进行。

无磁模具钢包括奥氏体不锈钢和高猛系钢。1Cr18Ni9Ti钢属于奥氏体型不锈钢，它具有较高的抗晶间腐蚀性能，在各种状态下都能保持稳定的奥氏体组织，在强磁场中不产生磁感应。该钢的冷拉坯料退火温度为970℃，水冷；固溶处理温度为1030—1160℃水冷，组织为奥氏体；时效温度为800℃保温10h或时效温度700℃保温20h，组织为奥氏体+磁化物，时效后强度和其他力学性能均有所提高，但硬度仍然较低（＜200HBW）。为保证其耐磨性，一般还需要进行氮化处理。

1Cr18Ni9Ti钢经固溶后呈单相奥氏体组织，因此在强磁中不产生感应，适宜制造无磁模具和要耐蚀性能的塑料模具。

六、结束语

不锈钢种类较多，有奥氏体不锈钢、奥氏体—铁素体（双相）型不锈钢铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢，其共同特点是不锈、耐蚀。各类模具的服役条件差异较大，因此各类不锈钢的选择和应用应根据模具的生产条件和工作环境的需要，结合不锈钢材料的基本性能和相关因素，选择符合模具的需要、经济上合理、技术上先进的不锈钢材料，从而提高产品的质量和模具的使用水平。随着科学技术的发展，不锈钢材料在模具中的应用也将会达到一个新的水平。

第五篇：CAPP技术在模具制造工艺中的应用(精)

宁夏机械

2010年第3期

CAPP技术在模具制造工艺中的应用 郭新生

（吴忠仪表有限责任公司，宁夏 吴忠 751100）

摘 要 通过介绍仪表模具CAPP技术的开发与应用情况,尤其在实践应用中所取得的经验与体会, 阐述了从项目的提出、明确CAPP模具工艺设计原理到CAPP项目开发及应用的每个过程, 为我国仪表模具制造业开发CAPP技术提供了一些参考和经验。关键词 CAPP 模具制造 工艺设计 数据库 1 引言

模具生产技术准备约占整个模具制造周期的40%，而模具制造工艺设计周期约占生产技术准备的20%。模具制造工艺的技术文件的主要目的之一是为生产指挥管理、调度提供依据，所以模具制造工艺的水平对整个制造周期除具有直接影响外，其间接影响的程度更大。如何将现代化工具——计算机引入模具制造工艺设计是汽车模具制造业面临的新课题。2 模具CAPP原理

CAPP是计算机辅助工艺过程设计的英文缩写，模具CAPP就是指模具计算机辅助工艺设计。模具采用计算机辅助工艺编制有两种方法：一种是计算机对模具CAD的图形特征进行处理，自动生成材料清单和工艺卡片；另一种是基于多年模具生产所积累的大量知识及经验归纳和总结出各类模具比较完善的标准工艺，通过特定的计算机程序，在计算机中将各类模具比较完善的标准工艺形成标准工艺知识库，通过对各类模具标准工艺的变异、检索、编辑，形成一种适合自身生产的工艺卡及工艺流程图。3 模具CAPP项目开发分析

经过反复研究思考，结合国内外成功经验，我们认为上述的第二种方法比较适合企业的现状，见效快、易实现。方案确定后,主要做了如下几个方面的工作。3.1 首先根据冲模的规律,将其按落料模、拉深模、修边冲孔模、翻边冲孔模、斜楔吊冲模分成5大类，然后又根据模具的结构特点将5大类分成15小类。它们分别是：落料模、单动拉深模、双动拉深模、三动拉深模、修边冲孔模A型、修边冲孔模B型、翻边冲孔模A型、翻边冲孔模B型、翻边冲孔整形模、上下翻边整形模、整形模、切开整形模、侧修边冲孔模、吊修边冲孔模、侧整形模（开花结构）。3.2 模具类型确定后，根据模具类型规定了模具加工 工序名铣刨数铣程控机钳

部位标准名称及模具加工部位标准名称简图，请具有模具设计经验的专家审定，由冲压工艺人员、模具CAD人员、模具制造工艺人员三方共同进行商讨、优化，确定出既合乎工艺编制要求又满足模具CAD要求的模具加工部位标准名称（见表1）。

表1 标准工序名称的具体内容 含 义使 用 范 围 模座；托芯；接座

工必须进行的其他工序总称

操作者根据图纸把数据输入机床可以完成 模座；托芯；接座 的工序总称

需要程序才能完成的工序总称模座；托芯；接座

为后序程控加工必须进行的钳工工序总称模座；托芯；接座模具部件所有程控加工完成后的钳工工序

钳工模座；托芯；接座

总称热模具部件所有热处理工序总称所有部件 斜楔；滑块；滑块座；吊冲凸模；吊 铣模具小零部件的铣工工序总称 冲凹模；吊冲托；各种镶块

刨模具小零部件的刨工工序总称同上钳模具小零部件的钳工工序总称同上单程模具小零部件的程控加工工序总称同上单数模具小零部件的数控加工工序总称同上卧镗在机械车间卧膛铣床上的加工工序总称同上五面铣在五面铣床上的加工工序总称同上

3.3 上述2项基础工作的完成，使我们具备了开发各类模具标准工艺知识库的条件，也为开发实现CAPP计算机程序奠定了基础。针对各类模具，请有经验的工艺编制人员设计出标准工艺文件，对其编制的标准工艺文件，请模具工艺专家审定，并由模具工艺人员、专家、计算机开发人员组成攻关小组，共同研究商讨，完善优化，形成了既能满足生产需要又合乎机械加工设备需求且便于计算机处理的各类模具标准加工工艺知识库。模具标准加工工艺知识库内容在此不逐一介绍，仅对单动拉深模标准加工工艺知识库内容作介绍。具体内容（见表2）。作者简介：郭新生（1972~），男，工程师，主要从事智能仪表及相关技术方面的研究与技术管理。

第32卷第3期 试验研究

表2 单动拉深模标准加工工艺知识库凸模加工工艺内容 序号序名加工内容

1铣 刨四角基准平台，留加工量

铣 刨底面粗精刨成活2卧 镗压板面成活3

粗数铣四角平台见光

粗数铣反个，找正模中线,检查毛坯

粗数铣数控机床定位槽成活粗数铣冲床定位槽成活粗数铣冲床定位孔成活粗数铣外导板安装面留量粗数铣内导板安装面留量粗数铣反个，找正模中线粗数铣垫块安装面成活粗数铣限位螺钉凸台面成活

粗数铣压板面成活粗数铣导板安装面留量粗数铣侧基准面成活粗数铣联接板安装面成活粗数铣防护板安装面 粗数铣

制模中线工艺基准销孔(3个)4 粗程控凸模外轮廓粗程控程序十字检测粗程控清根Φ50粗程控粗仿型面粗程控 清根Φ305 精程控

装卡，确定中心

注：知识库中工时根据具体加工工艺确定。

工艺人员在计算机中,通过对标准工艺知识库的检索、编辑,最后输出所需要的材料清单、带工时的加工工艺卡。4 CAPP计算机应用程序的开发设计

编程人员根据用户(工艺人员)提出的要求。使用Visual Foxpro 5.0作为开发工具主要完成了三个模块的开发了，即(1)知识库维护：完成对知识库系统的建立、修改、编辑过程；(2)工艺录入：完成工艺录入过程及工艺文件的生成；(3)报表输出：打印工艺文件。系统程序流程图如图1所示。

开始零件信息输入人工检索知识库提取工艺规程样例工艺编辑 工艺修订 工序优化 工步编辑 N 满意？ 工艺知识库

Y 工艺设计过程管理审核标准化批准 会签

Y工艺文件输出 入库？结束 N 图1

系统程序流程图

— 12 — CAPP系统应用实例

图2是以注塑模为例的产品结构树，在图中左面为产品的结构树，在这里可以选择某一套模具中的不同组件，之后在图的右面出现该模具组件的序号、代号、数量等信息。图3是冷件冲压拉深模具CAPP系统的界面，该图从左向右依次为产品结构树、编辑环境、模具组件信息图等。图2 注塑模CAPP系统产品结构图 图3 冷冲压拉深模CAPP系统界面 结束语

几年来,通过不断的使用与完善,彻底结束了加工工艺完全靠人工完成速度慢、效率低的局面,从而使工艺人员从繁琐的工作中解脱出来,去考虑和解决实际制造过程中可能发生的问题。此方法虽然在CAPP上取得了较好的经济效益,但仍存在一些不足,仍需不断完善使之进一步规范化、科学化、合理化。参考文献：

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