模具設計與制造論文

模具設計與制造論文1

　　提出了綠色技術的具體實現形式綠色設計及綠色制造技術。在此基礎上。比較了模具的傳統設計與綠色設計的差異。闡述了模具的綠色設計與制造的實現方法。介紹了當今模具綠色制造所使用的先進制造技術。

　　近年來。為了解決全球環境污染問題，一種新的"綠色制造"概念正在流行。它的目的就是為了減輕產品對環境的污染，在設計產品的整個生命周期過程中著重考慮產品的環境屬性(環保特性)，采用一種綠色技術對產品進行全方面設計。綠色制造主要包括以下幾方面內容：一是制造問題，包括產品生命周期全過程；二是環境影響問題：三是資源優化問題。綠色制造就是這三部分內容的交叉和有機集成，是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中。對環境的負影響最小．資源使用效率最高。

　　模具工業是制造工業化生產的基礎，它的生產技術水平高低．已經成為衡量制造業水平的重要標志。以前，傳統的模具設計過程一般僅僅需要考慮模具產品的基本屬性，如模具的功能、質量、成本和壽命等等，而很少、甚至不考慮它的環境屬性。通常按常規思維來說，一個小型模具產品在完成使用后就成了一堆廢棄的"垃圾"．回收利用率低。這也是在模具工業中開模難的最根本原因。因為一旦開了模，模具材料就很難再利用了，導致造價高。同時最重要的是這樣也就造成了資源、能源嚴重浪費，而且模具材料中含有的毒、害物質，會嚴重污染生態環境，妨害人體健康。

　　綠色模具不僅僅指在使用時對環境的影響小．還應是從制造到報廢的整個生命周期內對環境的破壞最小。

　　1模具設計

　　1．1傳統設計與綠色設計

　　傳統的模具設計只考慮能夠設計制造出合格的模具。并不會過多地考慮材料是否對環境有影響。生產出的模具使用后能否再加工重新利用等。而在模具的綠色設計中從頭至尾都考慮了對環境的影響，同時也考慮了模具的回收再利用。

　　1．2材料的選擇

　　模具材料的綠色程度對最終產品的綠色性能有著極為重要的影響。綠色設計的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎上．摒棄過去對材料進行表面處理所采用的化學方法．代之以物理的方法以達到防腐或易于脫模的目的。選擇優質鏡面模具鋼加工模具型腔；用不銹鋼材料來加工防腐的模具以替代電鍍；或用對環境的危害小和鎳磷鍍替代電鍍鉻。

　　綠色材料應具備的基本性能有：

　�、俚臀廴�、低耗能、低成本：

　�、谝准庸ず图庸み^程中無污染或少污染：

　�、劭山到�，可重復使用。

　　1．3設計規范化、標準化

　　模具標準化是組織模具專業化生產的前提。而模具的專業化生產是提高模具質量、縮短模具制造周期、降低成本的關鍵。

　　(1)采用和購買標準模架及其它標準件。模架及標準件由專門的廠家、企業通過社會化分工進行生產，使有限的資源得到優化配置。模具通常在報廢之后只是凸凹模不能再用．但是模架還基本完好無損．因此使用標準模架有助于模架的再利用。

　　沖壓模和注塑模的模架都有很多種類，而這些模架也基本是由標準的上下模座。導柱。導套等部件組成。同時．模架的標準化可以使生產模架所使用的設備大大減少，從而節約資源。也利于管理。

　　(2)模具各結構單元的規范化、標準化。這樣可加快設計速度，縮短設計周期，方便加工管理。

　　1．4可拆卸性設計

　　模具在使用過程當中，部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊，磨損較大。這時。只需更換這部分零部件模具仍可使用。另外。有時只要更換工作零件，即可實現一種新產品的生產。不可拆卸不僅造成大量可重復零部件材料的浪費。而且因廢棄物不好處置．還會嚴重污染環境。因而在設計初期就要考慮到拆卸的問題：

　�、俦M可能選擇通用結構，以便更換。

　�、谠跐M足強度要求的前提下。盡量采用可拆卸聯接。如用螺紋聯接，不用焊接、鉚接等。

　　1．5CAD，CAPP，CAM，CAE應用

　　CAD，CAPP／CAM是模具設計走向全盤自動化的重大措施。采用CAD／CAPP／CAM技術，可實現少圖紙或無圖紙加工和管理，節約了資源，可縮短模具設計與制造周期�？商岣吣＞哐兄频某晒β始澳＞哔|量。當今CAE技術已被廣泛使用。首先可以應用CAD技術設計出產品的大體結構．標出其基本尺寸，然后用CAE技術對產品進行結構分析、可行性分析及工藝分析�，F在的CAD三維軟件(如Pro／E、SolidWorks、UG等)基本都集成了CAE技術，可以模擬材料的流動情況及分析其強度、剛度、抗沖擊實驗模擬等。使用CAD／CAE為實現并行工程提供了基本平臺，因此提高了模具的設計效率，縮短了整個設計周期。實現了綠色的產品分析。

　　1．6制造環境設計

　　機械生產車間，尤其是沖壓車間的噪音和污染非常嚴重。對工作人員的身體健康造成非常大的威脅，也干擾了周邊的安寧，所以，在進行模具設計的時候要對產生的噪音加以控制。甚至消除。通常消除機器噪音的方法有以下幾種方法：用V帶代替齒輪傳動；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉體的動平衡：在壓力機產生噪音的主要部位加蓋隔音罩：采用有減震器的無沖擊模架等。

　　1．7包裝方案設計

　　包裝方案的設計主要包括三方面：包裝材料的選用

　　、包裝結構的改進以及包裝材料及其廢棄物的回收利用。包裝材料的使用和廢棄物對環境產生了巨大的影響．尤其是一些難以回收或難降，解的材料，這些材料只能焚燒或掩埋。因此，產品的包裝應盡量從簡及使用綠色包裝材料(無毒、無公害、易回收、易降解的材料)，這樣既可以減少資源的浪費，又可以減少對環境的污染。

　　1．8回收處理設計

　　模具回收處理就是在模具的設計階段就考慮模具使用后回收利用的可能性及回收處理的方法及費用�；厥招栽O計的主要內容包括可回收材料及標志、回收處理方法、回收性的技術經濟評估和回收性的結構設計。其主要措施如下；

　　①使用對環境影響較小的模具材料，如無毒無害的材料、可再生材料、易回收的材料等；

　�、谑褂每芍匦吕�用的材料；

　�、蹖κ褂眠^的模具零部件進行翻新、再加工等。

　　2模具制造

　　采用模具先進制造技術。

　　在制造過程中選用生產浪費最小、能量消耗最低的制造工藝，是實現綠色制造的重要一環。

　　2．1柔性制造技術(FMS)

　　由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。它包括多個柔性制造單元。能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，以適宜于多品種、中小批量生產，它通過簡單地改變軟件的方法能夠制造出多種零件中任何一種零件。

　　2．2高速切削(HighSpeedMaclliIIing，HSM)

　　模具制造業是高速加工應用的重要領域。模具型腔加工過去一直為電加工所壟斷，但其加工效率低。而高速加工切削力小，可銑淬硬60HRC的模具鋼，加工表面粗糙度值又很��；淺腔大睦率半徑的模具，完全可用高速銑削來代替電加工：對深腔小曲率的，可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工，電加工只作為精加工。這樣可使生產效率大大提高、周期縮短。鋼的切削速度可達600一800m／min。

　　高速切削為模具制造提供了發展的新契機。它簡化了加工手段，縮短了加工周期，提高了加工效率，降低了加工成本，目前它向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發展，成為第三代制模技術。

　　2．3虛擬制造技術(virtualManufacruring)

　　虛擬制造是對制造過程中的各個環節。包括產品的設計、加工、裝配，乃至企業的生產組織管理與調度進行統一建模．以軟件技術為支撐，借助于高性能的硬件，形成一個可運行的虛擬制造環境。在計算機局域／廣域網絡上，生成數字化產品．實現產品設計、性能分析、工藝決策、制造裝配和質量檢驗。

　　虛擬制造的特點：

　　①無須制造實物樣機就可以預測產品性能，節約制造成本．縮短產品開發周期；

　�、诋a品開發中可以及早發現問題，實現及時的反饋和更正；③以軟件模擬形式進行產品開發；

　�、苷麄�制造活動具有高度的并行性。

　　把虛擬制造技術應用在模具工業中，可以減少開發周期。產品設計、模具設計、模具制造過程、模具裝配調試、試模均在計算機上進行，從而提高了生產效率和產品質量，并降低了生產成本，填補了模具CAD、CAM與生產管理間的鴻溝。

　　2．4逆向工程技術(Rever辯Enginee-ng，RE)

　　逆向工程是對已有的實物模型進行掃描，采集其表面的坐標數據信息，根據采集的數據生成模型表面的線框模型．之后可根據需要對模型進行凹凸模轉換、比例縮放、旋轉、平移等處理，再自動生成模具的加工程序。自動生成模具的加工程序可適用于廣泛的數控系統。這樣可以大大減少人力勞動和廢料，也提高了模具的制造成功率，對模具的綠色制造起到了積極地推動作用。

　　2．5快速成型技術

　　它是近年發展起來的直接根據CAD模型快速生產樣件或零件的成組技術的總稱。它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果。是先進制造技術的重要組成部分�？焖俪尚图夹g的應用已從原型制造發展到了模具制造，只要模具設計了出來，無論模具的結構多么復雜，都可以用快速成型技術制造出來，這是傳統模具加工所無法比擬的。

　　模具生產周期大大縮短。同時大大節約模具生產的費用，有的可減少到傳統生產方法的幾分之一甚至幾十分之一。因此，在實際中真正實現了模具的綠色制造。

　　3 結束語

　　綠色設計與綠色制造技術將成為本世紀機械行業的主要發展方向。也是改善工業環境的重要途徑。當前。產品和工藝設計與材料選擇系統的集成、用戶需求與產品使用的集成、綠色制造系統的信息集成、綠色制造的過程集成等集成技術的研究已成為重要研究內容。綠色并行工程是現代綠色產品設計和開發的新模式。它以集成的、并行的方式設計產品及其生命周期全過程。

　　力求使產品開發人員在設計開始就考慮到產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素．如質量、成本、用戶要求、環境影響、資源消耗狀況等。模具實現了綠色設計與制造。將大大加快模具行業的迅速發展，也是模具發展的必然趨勢。從而真正實現模具設計與制造的高質量、低成本、高效率、低污染的目標。綠色技術將對人類未來的生存環境起到深遠的影響。

模具設計與制造論文2

　　摘要：快速模具技術是現代生產技術的產物, 在模具界占據及其重要的位置。快速模具技術以“快”為特點, 加快了產品開發生產速度, 符合現代顧客對產品的需求。本文主要闡述了快速模具制造技術的含義及分類, 針對快速模具制造技術的特點及目的, 提出了應用研究方法。

　　關鍵詞：快速模具; 模具; 制造技術; 研究;

　　隨著現代社會的發展, 產品市場競爭日趨激烈, 如何減少產品開發上市時間, 搶做市場“領頭羊”, 已經是廠家所需要面臨與解決的嚴峻問題。然而, 目前產品開發流程還比較復雜, 上市所用時間較長。若能在產品開發制造過程中縮短用時、減輕成本, 對產品市場競爭力就有巨大幫助。為此, 快速模具制造技術應運而生�？焖倌＞咧圃旒夹g蘊含了多種先進科技, 如材料、控制及信息技術等, 是制造技術發展的綜合集成[1]。快速模具制造技術推行后, 迅速覆蓋了航空、汽車及軍事等多個領域, 為產品的設計提供了便捷通道。

　　1 快速模具制造技術的概念及分類

　　快速模具制造技術 (Rapid tooling, RT) , 是通過快速成型技術使用直接或間接的方法快速、準確地制造所需模具的過程。經過多年的發展, 已形成多種新類型的快速模具制造技術。該技術不依賴輔助性加工工具, 而是基于計算機輔助設計模型之上驅動模具, 在操作應用過程中, 可以有效地較少產品設計與生產時間, 降低生產成本, 保證產品制造精準度。在現代應用中, 快速模具制造技術可分為直接與間接兩種制模法。

　　1.1 直接制模法

　　直接制模法是指運用快速的原型機械直接制造出可以大量生產的模型或型芯, 對其再進一步加工處理, 以獲取模具精準度與性能等, 使其能直接用于批量生產, 此種制模法主要應用于金屬材料模具制造等方面。雖然直接制模法可以充分發揮原型技術的速度且制造過程較簡單, 特別是對于形狀復雜且需要冷卻系統的零件, 直接制模法具有無可取代的優勢。但在掌控模具性能與精準度上難度較大, 對模具尺度也有一定的限制, 本文主要介紹以下4種快速成型制模技術。一是光固化快速成型工藝技術直接制造模具。光固化快速成型工藝技術所制造的樹脂模具柔韌性較強, 適用于小規模塑料零部件模具的批量生產。使用光固化快速成型直接制造模具, 可延長產品使用壽命。二是使用特殊紙材, 利用疊層制造技術可直接制造紙質模具。這種模具與木模具有同樣的強度, 且耐磨性能更強, 可以進行機械與修飾加工。因此, 采用這種制造法代替傳統木模, 不僅適用于單件及小規模批量生產, 因其較好的強度與精準度, 還可適用于大型木模的制造。三是選擇性激光燒結快速成型工藝技術直接制模。作為快速模具制造技術的一種加工手段, 它在模具制造業更是得到青睞, 其優勢是可采取金屬粉以及樹脂等不同種材料直接制模。四是融化沉積直接制模法。該制模法可采用噴頭將流動的材料按模具的路徑沉積在規定位置凝結成型, 分層沉積, 等材料凝結后形成完整的模具。此技術使用液化機器代替激光機器, 可獲取具有黏度且較易沉積與調整的材料。

　　1.2 間接制模法

　　間接制模法是指通過量產原型機械, 首先制造出一個理想的產品外部形狀, 再通過此原型件進行翻制, 從而得到大批量的模具。間接制模法結合了翻制技術與原型技術, 相較于直接制模法, 可以更好地把握模具精準度與性能, 降低產品成本。間接制模法主要應用于硅膠、金屬樹脂與噴涂模等, 可生產出軟質模具與硬質模具。一是軟質模具。軟質模具使用不同于傳統鋼質材料的軟質性物質, 如硅膠、樹脂和鋁等, 具有成本低, 周期短的特征, 因而適用于航空等領域的單件或小批量的產品制造以及種類多、更新快的現代產品制造。二是硬質模具。硬質模具是使用鋼質材料制造模具, 用于快速制造鋼質模具的方法主要有熔模制模法、陶瓷精密制模法等。熔模制模首先采用原型件翻制硅膠或金屬樹脂等材料的壓型, 然后再根據該壓型大批量生產制造蠟膜, 再融合熔模制模技術制造鋼模具。對于單件與復雜模具的生產, 也可直接使用快速制造原型件取代蠟膜, 進而直接制造出金屬模具。

　　2 快速模具的特點

　　快速模具相較于傳統模具有時間短、成本低、精準度高等特點[2]。傳統模具制造完成一般需要60~90 d, 制造復雜的模具時, 制作及加工程序所需的時間會相應增加。對于無法借助輔助刀具進行加工的部位, 還需采取計算機數字控制機床加工。因此, 傳統制造模具加工過程所用的時間較長。而快速模具以原型件為基礎, 僅花費幾小時即可完成加工, 加以脫蠟, 總制造完成過程只需4 d。由此可見, 快速模具技術極大縮短了模具加工過程所用的時間。此外, 若模具制造開始前使用Moldex3D與PROCAST等數據模擬軟件對模具方案進行可行性評估并模擬模具注塑, 可增加模具開發成功率及縮短試模時間[3]。

　　從模具制造成本來說, 由于傳統模具制造過程需要使用刀具與電極, 故會產生相應的損耗, 且伴有大量廢料。而快速模具制造不需要使用輔助工具, 也沒有廢料出現。因此, 快速模具與傳統模具相比成本較低;從成品的精準度來講, 傳統模具在制造加工過程當中, 由于需要用到刀具加工, 就會對刀具造成一定的磨損, 故需多次更換刀具及多次安裝, 并對模具的精準度產生一定的影響。反觀快速模具制造, 只要能掌控材料在不同溫度差下的收縮度, 加工時就可以把精準度控制在一定范圍內。

　　3 快速模具制造技術的應用研究

　　在實際應用中, 快速模具制造技術主要以縮短產品開發生產時間為目的。目前, 雖然快速模具制造技術已經取得了明顯成果, 但與現實工業化生產需求還存在一定差距。所以應加強擴大快速模具制造技術的使用領域及范圍, 減少快速模具在生產過程中所花費的成本, 特別是大型模具在生產方面的成本。雖然現在快速模具制造所需材料還是傳統材料, 但作為新類型的生產形式, 發展方向將側重于尋求新模具材料及新工藝, 開發強度較高的金屬模具, 以縮短產品生產時間, 再次降低成本。還應提高模具制造精準度, 尺寸控制在-0.015~0.05 mm之內, 且要保證表面質量, 盡可能減少最后加工及拋光的工序, 降低制造工藝成本。目前, 快速模具制造技術主要趨向于模具表面精細花紋的制造。

　　4 結束語

　　快速模具制造技術已經被應用于各種類型模具的制造加工生產中, 它極大地縮短了產品開發生產周期, 提高了生產效率, 為產品能更早地進入市場提供了保證, 同時也降低了生產成本�？偠�言之, 快速模具制造技術可以快速開發制造新產品, 達到產品快速的更新換代, 既符合市場發展規律需求, 又可為企業帶來更大的經濟利益。

　　參考文獻

　　[1]莊志雄.基于快速成型技術的快速模具制造[J].中國新技術新產品, 20xx (20) :87-88.

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　　[3]吳家杰, 李國偉.快速成型技術在模具制造中的應用分析[J].低碳世界, 20xx (25) :293-294.