第一篇：先進制造技術在模具制造業中的應用

先進制造技術在模具制造業中的應用

隨著全球經濟一體化發展，模具企業間的競爭日益激烈，為了能在激烈的市場競爭中立穩腳跟謀求發展，企業必須以最新的產品、最短的開發時間、最優的質量、最低的成本、最佳的服務、最好的環保效果和最快的市場響應速度來贏得市場和用戶。為實現這一目標，模具制造業必須改變傳統觀念，不斷對各單項技術進行集成融合，并與現代信息技術、現代管理技術相結合，從而推動先進制造技術的發展。

從20世紀80年代以來，一些工業發達國家提出了許多不同的先進制造技術新模式、新技術、新思想、新方法，這其中包括計算機輔助設計、制造、工程(CAD／CAM／CAE)，逆向工程技術，并行工程，快速成形技術，虛擬制造技術，敏捷制造、精良生產、制造資源計劃等新技術。這些新技術的使用，對提高制造業企業的競爭力起到了巨大的作用。本文將對高速加工技術、逆向工程技術、快速成形技術和虛擬制造技術等進行簡單的介紹。

1、模具設計，加工中的幾種先進制造技術 1．1 高速加工技術(HSM)1．1．1 何謂高速加工

高速加工概念起源于德國切削物理學家Carl Salomon，他認為在常規切削范圍內切削溫度隨著切削速度的增大而升高，當切削速度達到臨界切削速度后，切削速度再增大，切削溫度反而下降，從而大大地減少加工時間，成倍地提高機床的生產率。這一理論的發現為人們提供了一種在低溫低能耗條件下實現高效率切削金屬的方法。目前通常把切削速度比常規切削速度高5-l0倍以上的切削稱為高速加工。

1．1．2 高速加工的特點及在模具工業中的應用

a、加工效率高，由于切削速度高，進給速度一般也提高5-l0倍，這樣，單位時間材料切除率可提高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，減少了切屑與刀具前面的摩擦，從而使切削力大大降低。

c、熱變形小，高速加工過程中，由于極高的進給速度，95％的切削熱被切屑帶走，工件基本保持冷態，這樣零件不會由于溫升而導致變形。

d、加工精度高，高速加工機床激振頻率很高，已遠遠超出“機床-刀具-工件”工藝系統的固有頻率范圍，這使得零件幾乎處于“無振動”狀態加工，同時在高速加工速度下，積 1 屑瘤、表面殘余應力和加工硬化均受到抑制，因此用高速加工的表面幾乎可與磨削相比。

e、簡化工藝流程，由于高速銑削的表面質量可達磨削加工的效果，因此有些場合高速加工可作為零件的精加工工序，從而簡化了工藝流程，縮短了零件加工時間。綜上所述，高速加工是以高切削速度、高進給速度和高加工精度為主要特征的加工技術。其工件熱變形小，加工精度高，表面質量好；非常適合模具加工中的薄壁、剛性較差、容易產生熱變形的零件，可以直接加工模具中使用的淬硬材料，特別是硬度在HRC46～60范圍內的材料。

1．2 逆向工程技術(RE)1．2．1 何謂逆向工程技術

按照傳統的產品開發流程，開發過程是市場調研—概念設計—總體設計—詳細設計—制定工藝流程—設計工裝夾具—加工、檢驗、裝配及性能測試—完成產品。即從“設計思路—產品”的產品設計過程，這被稱為正向工程或順向工程(FE)。然而，當我們掌握是的物理模型或實物樣件時，我們必須尋求某種方法將這些實物(樣件)轉化為CAD模型，使之能應用CAD／CAM／CAE等先進技術完成有關任務。這種產品開發方式的設計流程是從實物到設計，我們將這種由“產品—設計思路”的產品開發過程稱為逆向工程或反求工程(RE)。

1．2．2 逆向技術在模具工業中的應用

模具工業中的逆向工程應用大致可分為以下幾種情況：

a、在沒有設計圖樣以及設計圖樣不完整或沒有CAD模型的情況下，在對零件原型進行測量的基礎上形成零件的設計圖樣或CAD模型。

b、某些難以直接用計算機進行三維幾何設計的物體(如復雜的藝術造型、人體、動植物外形)，目前常用黏土、木材或泡沫塑料進行初始外形設計，再通過逆向工程將實物模型轉化為三維CAD模型。

c、人們經常需要對已有的產品進行局部修改。原始設計沒有三維CAD模型的情況下，應用逆向工程技術建立C A D 模型，再對CAD模型進行修改，這將大大縮短產品改型周期，提高生產效率。

d、利用逆向工程技術可以充分吸收國外先進的設計制造成果，使我國的模具產品設計立于更高的起點，同時加速某些產品的國產化速度，在這方面逆向工程技術均起到不可替代的作用。

1．3 快速成形技術(RP)1．3．1 何謂快速成形技術

快速成形技術，是20世紀80年代末90年代初發展起來的一種先進制造技術，它結合 了數控技術、CAD技術、激光技術、材料科學技術、自動控制技術等多門學科的先進成果，利用光能、熱能等能量形式，對材料進行燒結、固化、粘結或熔融，最終成形出零件的二維實物模型。

1．3．2 快速成形技術在模具工業中的應用

a、產品開發對于新產品，通過快速成形技術，方便快速地試制出產品的實物模型，根據實物模型可以及時地發現產品設計中所存在的不足或錯誤之處，從而既縮短了新產品開發的研制周期，又避免了設計錯誤可能帶來的損失。

b、產品性能測試快速成形制造在一般場合可以代替實際零件，對產品的有關性能進行綜合測評或工程測試，優化產品設計，這樣可以大大提高產品投產的一次成功率。

c、樣件展示由于應用快速成形技術很容易制造出新產品的樣件，因此，快速成形技術已成為開發商與客戶之間進行交流溝通的重要手段。

d、快速制模將快速成形技術與真空注型、熔模鑄造、金屬電鍍等技術相結合，快速制造出模具，用于零件的數件或小批量生產。

1．4 虛擬制造技術(VM)1．4．1 何謂虛擬制造

虛擬制造是新產品及其制造系統開發的一種哲理和方法論，它強調在實際投入原材料與產品實現過程之前，完成產品設計與制造過程的相關分析，以保證制造實施的可行性。虛擬制造技術是基于產品模型、計算機仿真技術、可視化技術及虛擬現實技術，在計算機內完成產品的制造、裝配等制造活動的制造技術。

1．4．2 虛擬制造技術在模具工業中的應用

a、在模具設計階段，應用虛擬設計技術，在計算機中完成整體及零部件的概念設計、造型設計、總體布局設計和結構設計等，同時對其剛度、強度、固有頻率、動態響應及疲勞使用壽命等性能進行模擬分析，以便在設計階段就發現問題并有針對性地解決有關問題。

b、使用虛擬裝配技術，能避免傳統裝配方式常存在的裝配干涉或裝配不到位現象，可以方便地修改并首先生成零部件模型，從而大大降低了模具零件的返工率。

c、虛擬實驗技術可對整個模具在真實實驗環境、實驗條件、實驗負荷下進行模擬實驗，通過機構運動虛擬軟件仿真其運動軌跡，預測產品的安全性、可靠性、經濟性。

2、其他先進制造技術 2．1． 敏捷制造技術(AM)敏捷制造的基本思想是通過將高素質的員工、動態靈活的組織機構、企業內部及企業之 間的靈活管理以及柔性的先進生產技術進行全面集成，使企業能夠對快速變化、難以預測的市場要求做出快速反應，并由此獲得長期的經濟效益。

2．2 并行工程(CE)并行工程是一個集成的、并行的方式設計產品及其相關過程的系統方法，它要求開發人員在設計開始就需考慮產品整個生命周期中的所有因素，包括產品質量、成本、進度計劃、用戶要求等。為達到并行的目的，需要建立高度集成的模型，應用仿真技術，實現異地人員的協同工作。

2．3 精良生產(LP)精良生產的目的是簡化生產過程、減少信息量、消除過分臃腫的生產組織，使產品及其生產過程盡可能簡化和標準化。精良生產的核心是準時生產和成組技術。

3、結束語

隨著信息時代的到來，模具制造業全球化是發展的必然趨勢；其競爭不斷加劇，使當前模具制造業面臨極大的挑戰，這一挑戰主要來源于市場和技術兩大方面。每個技術單元同時面向市場和合作伙伴，必須靈活地進行重組和集成，達到優勢互補。高速切削、逆向工程、快速成形技術與CAD／CAE／CAM／RP虛擬環境的集成可使設計概念轉換為產品的時間縮短幾倍乃至幾十倍，構成一個快速產品開發及其模具制造的綜合系統，可以實現從產品的設計、分析、加工到管理的靈活經濟的組織方式，從而推動模具制造技術的發展。

第二篇：先進制造技術在機械制造業中的應用

先進制造技術在機械制造業中的應用

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講述了先進制造技術概念與特點，論述了先進制造技術在機械制造業的應用，并提出了我國機械工業發展先進制造技術應采取的對策。先進制造技術的概念與特點

一般認為：先進制造技術是指制造業(傳統制造技術)不斷吸收機械工程技術、電子信息技術(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現代通信技術)、自動化控制理論技術(自動化技術生產設備)、材料科學、能源技術、生命科學及現代管理科學等方面的成果;并將其綜合應用于制造業中產品設計、制造、管理(檢測)、銷售、使用、服務(售后服務)以及對報廢產品的回收處理這樣一個制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應、競爭能力，取得(具有市場競爭能力的)理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

由以上先進制造技術的概念可以看出先進制造技術有如下特點：

1)先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態過程，要不斷吸取各種高新技術成果，并將其滲透到產品的設計、制造、生產管理及市場營銷的所有領域及全部過程，并實現優質、高效、低耗、清潔的生產。

2)先進制造技術是面向新世紀技術系統，它的目的是提高制造業的綜合效益，贏得國際市場競爭。

3)先進制造技術是不僅限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容。

4)先進制造技術是特別強調計算機技術、信息技術和現代系統管理技術，在產品設計、制造和生產管理等方面的應用。

5)先進制造技術是強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除它們之間的界限。

6)先進制造技術是特別強調環境保護，要求產品是所謂的“綠色產品，要求生產過程是環保型的。

先進制造技術在機械制造業中的應用

如前所述，先進制造技術是一個龐大的技術群。在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。近幾年，機械制造業發生了一系列重大變化，主要表現在以下幾個方面。

1)企業生產方式發生重大變革。由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了五個轉變：從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。

2)機械制造業的先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展。在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。這些先進制造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。(1)毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精煉與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。(2)機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。(3)自動化技術。制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化。是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

我國機械工業發展先進制造技術的戰略與對策

我國是一個制造業基礎薄弱的國家，而機械制造業占的比重又較大。盡管近十年來，我國機械制造業不斷引進國外的先進制造技術，但與發達國家相比仍有較大的差距。主要表現為：技改投入相對不足。技術裝備、生產工藝、生產管理、市場觀念、人員素質相對落后。面對新世紀國際機械制造業的競爭和高新技術發展的挑戰，我國機械制造業應采取以下對策。

1)提高認識，全面規劃，將裝備制造業置于重要的戰略地位。

2)加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發相結合。據前論述可知，加強先進制造技術在機械制造業的應用，對發展機械制造業、增強機械制造業的生命力十分必要。但同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發，著重提高自主創新能力。高度重視制造產業共性技術的研究開發，全力實施標準戰略、專利戰略。切實提高企業的技術開發和集成創新能力，這對于豐富先進制造技術、促進其他制造業的發展至關重要。將引進、消化吸收國外先進制造技術與自主開發創新相結合，深化科技體制改革，推進技術創新體系的建設。

3)大力發展先進高新制造技術及其產業。

4)人才是技術發展的關鍵。要加強先進制造技術的應用和開發，必須提高人員素質，加強人才培訓。應培養一批既懂科學技術，又懂管理的優秀企業家，還要造就一支具有較高職業素質的技術工人隊伍。

5)加強國際交流與合作。世界各國的機械制造技術的發展都有自己的特色和側重點。通過加強

第三篇：先進制造技術在機械制造業中的應用

先進制造技術在機械制造業中的應用

摘要：中國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距。材料成型加工制造是制造業的重要組成部分，是先進制造技術的重要內容，對國民經濟的發展及國防力量的增強均有重要作用。該文認為，面對市場經濟、參與全球競爭，企業的發展要依靠先進制造技術，而先進制造技術必然促進企業的發展。未來的制造企業將是以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造模式將是：小批量、高質量、低成本、交貨期短、生產柔性、環境友好。快速產品與工藝開發系統、新一代制造工藝及裝備和模擬與仿真是三項關鍵先進制造技術。

關鍵詞：

材料成形加工、發展趨勢、制造業、先進制造技術

引言：隨著計算機技術的發展，計算材料科學已成為一門新興的交叉學科，是除實驗和理論外解決材料科學中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成型工藝模擬仿真是材料科學與制造科學的前沿領域及研究熱點。根據美國科學研究院工程技術委員會的測算，模擬仿真可提高產品質量5～15倍、增加材料出品率25%、降低工程技術成本13%～30%、降低人工成本5%～20%、增加投入設備的利用率30%～60%、縮短產品設計和試制周期30%～60%、增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

正文：先進制造技術在機械制造業中的應用 1 先進制造技術的概念與特點

一般認為：先進制造技術是指制造業(傳統制造技術)不斷吸收機械工程技術、電子信息技術(包括微電子、光電子、計算機軟硬件、現代通信技術)、自動化控制理論技術(自動化技術生產設備)、材料科學、能源技術、生命科學及現代管理科學等方面的成果;并將其綜合應用于制造業中產品設計、制造、管理(檢測)、銷售、使用、服務(售后服務)以及對報廢產品的回收處理這樣一個制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應、競爭能力，取得(具有市場競爭能力的)理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

由以上先進制造技術的概念可以看出先進制造技術有如下特點：

1)先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態過程，要不斷吸取各種高新技術成果，并將其滲透到產品的設計、制造、生產管理及市場營銷的所有領域及全部過程，并實現優質、高效、低耗、清潔的生產。

2)先進制造技術是面向新世紀技術系統，它的目的是提高制造業的綜合效益，贏得國際市場競爭。

3)先進制造技術是不僅限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品設計、工藝設計、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容。

4)先進制造技術是特別強調計算機技術、信息技術和現代系統管理技術，在產品設計、制造和生產管理等方面的應用。

5)先進制造技術是強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并最終消除它們之間的界限。

6)先進制造技術是特別強調環境保護，要求產品是所謂的“綠色產品，要求生產過程是環保型的。

2.先進制造技術在機械制造業中的應用

如前所述，先進制造技術是一個龐大的技術群。在機械制造的整個過程中，無論是在產品的設計開發、還是在產品生產制造或是經營管理中都能充分利用先進制造技術。近幾年，機械制造業發生了一系列重大變化，主要表現在以下幾個方面。

1)企業生產方式發生重大變革。由于先進制造技術的應用，現代機械制造企業逐步改變了傳統觀念，在生產組織方式上發生了五個轉變：從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變;從金字塔式的多層次生產管理結構向扁平的網絡結構轉變;從按功能劃分部門的固定組織形式向動態、自主管理的小組工作組織形式轉變;從質量第一的競爭策略向快速響應市場的競爭策略轉變;從以技術為中心向以人為中心轉變。

2)機械制造業的先進制造工藝以及自動化技術的形成和發展。在整個機械制造的過程中，工藝過程是最主要的過程。由于機械制造業本身的需要，形成和發展了許多先進的制造工藝及自動化技術。從而充實、發展了整個先進制造技術群，帶動了其他制造業的發展。這些先進制造工藝及自動化技術主要包括以下幾個方面。(1)毛坯制造工藝。毛坯制造是機械制造工藝的基礎和前提。近幾年，出現了許多先進的制造工藝及技術。鑄造方面出現了一套精密潔凈鑄造成形工藝，例如，外熱風沖天爐熔煉、處理、保護成套技術;鋼液精煉與保護技術;高效金屬型鑄造工藝及設備;氣化模鑄造工藝與設備等。鍛壓方面出現了精確高效塑性成型技術，主要有熱精鍛生產線成套技術，冷溫成型成套技術，輥鍛和楔橫軋成形技術，精密沖裁工藝及設備等，焊接與切割方面出現了新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，微連接技術，數控切割技術等。(2)機械加工工藝。機械加工是機械制造工藝過程的主要組成部分，在這方面的趨勢是向高效、高精度方向發展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削與超高速磨削，復雜型面的數控加工，游離磨料的高效加工等。(3)自動化技術。制造自動化技術是在制造過程的所有環節采用自動化技術，實現制造全過程的自動化。是研究對制造過程的規劃、運作、管理、組織、控制與協調優化等的自動化的技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。在機械制造過程中，除了發展應用先進制造工藝以外，自動化技術的發展與應用是另一大特征。這些自動化技術包括CAD，CAM集成、機床數控技術、工業機器人、柔性制造技術、傳感技術、計算機集成制造技術、自動檢測及信號識別技術等。

3.我國機械工業發展先進制造技術的戰略與對策

我國是一個制造業基礎薄弱的國家，而機械制造業占的比重又較大。盡管近十年來，我國機械制造業不斷引進國外的先進制造技術，但與發達國家相比仍有較大的差距。主要表現為：技改投入相對不足。技術裝備、生產工藝、生產管理、市場觀念、人員素質相對落后。面對新世紀國際機械制造業的競爭和高新技術發展的挑戰，我國機械制造業應采取以下對策。

1)提高認識，全面規劃，將裝備制造業置于重要的戰略地位。

2)加強先進制造技術的應用與自身制造技術的開發相結合。據前論述可知，加強先進制造技術在機械制造業的應用，對發展機械制造業、增強機械制造業的生命力十分必要。但同時，我們也應注重機械制造技術自身的開發，著重提高自主創新能力。高度重視制造產業共性技術的研究開發，全力實施標準戰略、專利戰略。切實提高企業的技術開發和集成創新能力，這對于豐富先進制造技術、促進其他制造業的發展至關重要。將引進、消化吸收國外先進制造技術與自主開發創新相結合，深化科技體制改革，推進技術創新體系的建設。

3)大力發展先進高新制造技術及其產業。

4)人才是技術發展的關鍵。要加強先進制造技術的應用和開發，必須提高人員素質，加強人才培訓。應培養一批既懂科學技術，又懂管理的優秀企業家，還要造就一支具有較高職業素質的技術工人隊伍。

5)加強國際交流與合作。世界各國的機械制造技術的發展都有自己的特色和側重點。通過加強國際交流與合作，可迅速吸收應用先進制造技術，并結合本國國情來發展機械制造技術。

現代的產品與工藝開發系統的特點是：在設計全過程采用信息技術，產品有創新，采用新材料與新制造工藝，使產品開發周期短、返工少、成本低，因而產品在國際市場上有競爭能力。輕量化、精確化、高效化將是成形制造技術的重要發展方向，材料成形制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高的方向發展。制造過程的計算機模擬仿真是先進制造技術的重要內容，已在鑄造及塑形加工等領域中得到廣泛應用。高性能、高精度、高效率、多學科及多尺度是模擬仿真技術的努力目標，而微觀組織模擬從微米到納米尺度則是近年來新的研究熱點。綠色制造是制造技術的進一步發展趨勢。

制造業及材料成型加工技術的作用及地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第4。我國雖是制造大國，但與工業發達國家相比，仍有很大差距，表現在：1勞動生產率低，人均產值不到美國的k/20；2技術含量低，以CAD為例，仍停留在繪圖功能：3重要關鍵復雜產品基本上沒有自主產品創新開發能力。

材料成形加工行業是制造業的重要組成部分，材料成形加工是汽車、電力、石化、造船、機械等支柱產業的基礎制造技術，新一代材料加工技術也是先進制造技術的重要內容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術是國民經濟可持續發展的主體技術。據統計，全世界75%的鋼材經塑性加工，45%的金屬結構用焊接得以成型。汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。

但是，我國的材料成形加工技術與國外工業發達國家相比，仍有很大差距。例如：重大工程的關鍵鑄鍛件如長江三峽水輪機的第一個葉輪仍從國外進口；航空工業發動機及其它重要的動力機械的核心成形制造技術尚有待突破。因此，在振興我國制造業的同時，要加強和重視材料成形加工制造技術的發展。

制造業在過去的二十年中發生了巨大變化，這種變化還會延續。高速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少。為了生產高精度、高質量、高效率的產品，材料正由單一的傳統型向復合型、多功能型發展；材料成形加工制造技術逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多學科化。

面對市場經濟、參與全球競爭，必須十分重視制造業、先進制造技術及成形加工制造技術的技術進步。

先進制造技術的發展趨勢

美國在“新一代制造計劃”中指出未來的制造模式將是：批量小、質量高、成本低、交貨期短、生產柔性、環境友好。未來的制造企業將是：以人、管理及技術三要素組成，而以人為本。未來的制造企業要掌握十大關鍵技術，包括了“快速產品與工藝開發系統”，“新一代制造工藝及裝備”及“模擬與仿真”三項關鍵技術。其中新一代制造工藝包括精確成型制造或稱凈成型制造工藝。凈成型制造工藝要求材料成型制造向更輕、更薄、更精、更強、更韌、成本低、周期短、質量高方向發展。

輕量化、精確化、高效化將是未來制造技術的重要發展方向。以汽車制造為例，美國新一代汽車研究計劃的目標是在2003年每100公里油耗要減少到3升。汽車重量減輕10%可使燃燒效率提高7%，并減少10%的污染。為了達到這一目標，要求整車重量要減輕40～50%，其中車體和車架的重量要求減輕50%，動力及傳動系統必須減輕10%。例如，美國福特汽車公司新車型中使用的主要材料可以看出新一代汽車中鋼鐵黑色金屬用量將大幅度減少，而鋁及鎂合金用量將顯著增加，鋁合金將從284磅增加到733磅，鎂合金將從10磅增加到86磅。

近年來，隨著汽車工業和電子工業的迅速發展，對通過降低產品的自重以降低能源消耗和減少污染包括汽車尾氣和廢舊塑料，提出了更迫切的要求，輕量化的綠色環保材料將作為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發和應用發展前途的金屬材料。

鎂合金產品具有以下優勢：1輕量化：密度1.8g/cm3左右，是鐵的1/4，鋁的2/3，與塑料相近。2比強度高、剛性佳，優于鋼、鋁。3極佳的防震性，耐沖擊、耐磨性良好。4優良的熱傳導性，改善電子產品散熱問題。5非磁性金屬，抗電磁波干擾，電磁屏蔽性佳。6加工成型性能好，成品外觀美麗，質感佳，無可燃性相對于塑料。7材料可100%回收，回收率高，符合環保法。8尺寸穩定，收縮率小，不易因環境溫度變化而改變相對于塑料。

鎂合金壓鑄件廣泛應用于交通工具如汽車、摩托車及飛機零件等、IT行業如手機、手提電腦等3C產品、小型家電攝像機、照相機及其他電子產品外殼等行業。同時，壓鑄鎂合金產品在國防建設等領域也有十分廣闊的應用前景。

快速產品/工藝開發系統

我國制造業的主要問題之一是缺乏創新產品的開發能力，因而缺乏國際市場競爭能力。

傳統產品開發的特點：一是照貓畫虎、知識老化、缺乏創新，二是周期長、返工多、成本高。例如，日本豐田汽車公司沿用傳統的產品設計開發方法造成了大量的返工。又例如，美國空軍研究所從1981—1991年研發武器共發布圖紙20，000張，但共有90，000張圖紙進行了更改，平均每張圖紙改動了4.5次，多化費了16億美元。

現代的產品開發系統的特點是：1采用現代設計理論與方法，2進行全生命周期設計，3設計全過程采用信息技術，4加快采用新材料、新工藝，5產品開發周期短、返工少、成本低，努力做到一次成功，6產品有創新，在國際市場上有競爭能力。

應該指出：產品設計及制造開發系統是以設計與制造過程的建模為核心內容。1992年，美國先進金屬材料加工工程研究中心提出了產品設計/制造工藝集成系統。在產品零部件的設計過程中同時要進行影響產品及零部件性能的成型制造過程的建模，它不僅可以提供產品零部件的可制造性評估，而且可以提供產品零部件的性能預測。2001年，美國又提出了集成制造技術建議，并提出“可靠制造的建模與仿真”新構思，對產品設計制造等全生命周期過程全部進行模擬仿真。

波音公司采用的現代產品開發系統，將新產品研制周期從8年縮短到5年，工程返工量減少了50%。日本豐田汽車公司在研制2002年嘉美新車型時縮短了研發周期10個月，減少了試驗樣車數量65%。美國底特律柴油機公司研發一臺V6型柴油機的研發周期只用了7.5個月。美國汽車工業希望汽車的研發周期縮短為15—25個月，而20世紀90年代汽車的研發周期為5年。

新一代制造技術材料成型制造技術

制造技術可分為加工制造及成型制造以液態鑄造成型、固態塑性成型及連接成型等為代表技術，其中成型制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組織結構與性能。

精確成型制造技術

近年來出現了很多新的精確成型制造技術。例如，在精確鑄造成型加工方面，在汽車工業中Cosworth鑄造采用鋯砂砂芯組合并用電磁泵控制澆鑄)、消失模鑄造及壓力鑄造已成為新一代汽車薄壁、高質鋁合金缸體鑄件的三種主要精確鑄造成型方法。許多研究預測消失模鑄造將是“明天的鑄造新技術”。另外，用定向凝固熔模鑄造生產的高溫合金單晶體燃汽輪機葉片也是精確成型鑄造技術在航空、航天工業中應用的杰出體現。

在轎車工業中還有很多材料精確成型新工藝，如用精確鍛造成型技術生產凸輪軸等零件液壓脹型技術、半固態成型、三維擠壓法等。摩擦壓力焊新技術近來備受人們關注。

以擠壓鑄造及半固態鑄造為代表的精確成型技術由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使鑄件具有好的表面及內部質量。材料在壓力作用下凝固可形成細小的球狀晶粒組織。半固態鑄造是一種生產結構復雜、近凈成型、高品質鑄件的材料半固態加工工藝技術。其區別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是材料處于半固態時在較高壓力下充型和凝固。半固態鑄造技術最早在上世紀70年代由美國MIT凝固實驗室研究開發，并在90年代中期因汽車的輕量化得到了快速發展，可分為流變鑄造和觸變鑄造。

快速及自由成型制造技術

隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產品開發速度已成為競爭的重要手段之一。制造業要滿足日益變化的用戶需求，制造技術必須有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產迎合市場。快速原型制造技術就是在這樣的社會背景下產生的。快速原型制造技術以離散/堆積原理為基礎和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工的離散面、離散線和離散點，而后采用多種手段，將這些離散的面、線段和點堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術高度的柔性而稱之為“自由成型制造”。近年來，快速原型制造已發展為快速模具制造及快速制造。它能大大縮短產品的設計開發周期，解決單件或小批零件的制造問題。

激光加工技術多種多樣，包括電子元件的精密微焊接、汽車和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻與成型等，其中激光加工自由成型制造技術也是重要的發展動向。

參考文獻

1.盛曉敏、梁朝暉，等.先進制造技術 [M].機械工業出版社，2000.09.2.魏鐵華.論現代制造系統模式的共性 [J].工廠建設與設計，1996.06.

第四篇：不銹鋼在模具制造中的應用

不銹鋼在模具制造中的應用

發布時間： 2010-6-5 11:11:38 中國廢舊物資網

一、引言

不銹鋼市一種特殊材料，其特點是不銹鋼、耐熱、耐蝕，廣泛應用于工業及民用的眾多領域。當前我國不銹鋼生產正在飛速發展，生產的品種已經從建國初期的幾種，到目前已經納入國家標準的143種（GB/T20878-2007），不銹鋼產量也從1988年的21.7萬噸發展到2008年的900多萬噸。

過去，不銹鋼在化工、航天、航空、原子能以及民用工業應用較多，在模具制造中應用較少，但是由于模具工業的發展，模具工作的環境對模具材料的性能要求越來越高，在生產具有化學腐蝕的塑料為原料的塑料制品時，模具必須具有防腐蝕性能；在強磁場中工作的模具不應產生感應；一些耐高溫、耐蝕、抗氧化性的熱處理模具以及一些精密耐蝕模具需要通過時效來提高模具硬度，以上幾類模具都要求模具具有特殊性能。而各類不銹鋼正是具有以上性能并能滿足以上需要，從而解決了生產中的難題。

根據模具的工作條件，選擇了幾種不同類型的不銹鋼，并簡要的介紹了其熱處理工藝。

二、馬氏體不銹鋼的應用

在具有化學腐蝕性環境中工作的模具，必須具有耐腐蝕性，而且還要求具有一定的硬度、強度和耐磨性能等。這類要求高硬度的模具一般選用馬氏體不銹鋼制造，常用的馬氏體不銹鋼有：2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr17Mo、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2等。下面根據硬度的要求介紹了幾種不銹鋼：

（1）中碳高鉻耐蝕馬氏體不銹鋼應用

這類鋼要求硬度在50—55HRC左右。典型的不銹鋼為4Cr13，該鋼為中碳馬氏體不銹鋼，熱處理后有較高的硬度和耐磨性，且抗大氣和水蒸汽腐蝕，可用于制造要求具有一定耐蝕性能的塑料模具。該鋼的淬火溫度一般選擇1050℃，該鋼淬透性好，對于小型塑料模具，淬火時可用空氣冷卻，以減少模具的熱處理變形；而對于尺寸較大的模具可采用油淬，淬火后的模具一般采用200-300℃回火，回火后硬度為50—53HRC。適宜制造承包商負荷、高耐磨及腐蝕介質作用下的塑料制品的模具。

（2）高碳高鉻性不銹鋼應用

對于要求較高硬度、較高耐磨性的耐蝕塑料模具可選擇高碳高鉻型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV等。以Cr14MoV為例，其含碳量為1.0%—1.15%，該鋼具有較好的淬透性，淬火溫度一般選擇為1100—1120℃油冷，硬度大于或等于58 HRC，回火溫度為500℃，保溫2h，回火4次，其硬度大于或等于60 HRC。該鋼具有高硬度、高耐磨性和良好的耐腐蝕性，高溫硬度也較高，適宜制造在腐蝕介質作用下承受高負荷、高耐磨的塑料模具。

（3）低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼的應用

1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型不銹鋼耐酸鋼，對于氧酸類（一定溫度、濃度的硝酸，大部分的有機酸）以及鹽類的水溶液有良好的耐蝕性；該鋼有較高的強度和適宜的硬度，乃是性能比4Cr13鋼好，因此要求耐蝕性能高的塑料模具，仍然有一部分采用該型號的不銹鋼制造。

1Cr17Ni2鋼淬火溫度范圍為950—1050℃油冷。淬火后低溫回火或高溫回火性能均有較好的耐腐蝕，淬火后經200—300℃回火，鋼的硬度為38—40HRC，如通過冷處理，可使奧氏體繼續轉化為馬氏體，硬度可提高到42—48HRC，鋼的強度、硬度較高，耐磨性好，而且有較高的耐腐蝕性能。回火溫度在600—700℃，鋼的基本組織為回火索氏體，具有較好的強度和韌度配合，而且也有較高的耐蝕性能。該類鋼還可以通過滲氮處理，提高耐磨性、抗咬合能力和模具的使用壽命。

1Cr17Ni2鋼主要用于耐腐蝕、高精度的塑料模具。

三、沉淀硬化型不銹鋼的應用

馬氏體不銹鋼模具在熱處理過程中會產生變形，這是模具熱處理三大難題之一（變形、開裂、淬硬），如何既保持模具的加工精度，又使模具具有較高硬度。對于復雜、精密、長壽命面臨的一個重要課題，國內研制和發展了一系列的沉淀硬化不銹鋼解決了這道難題，常用的此類不銹鋼有：0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr12Ni4Mn、0Cr15Ni7Mo4Al、1Cr14Co13Mo5V、5Mo3Al等。

例如0Cr17Ni4Cu4Nb是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，因含碳量低，耐腐蝕性優于馬氏體不銹鋼，而接近于奧氏體不銹鋼。該鋼熱處理工藝簡單，固溶溫度為1040℃，水冷，熱處理后可獲得單一板條狀馬氏體，硬度為32—34HRC，具有良好的切削加工性能，便于模具的硬度可達到40HRC，由于溫度較低，模具變形較小，硬度和強度皆有提高，同時獲得綜合的力學性能。為了提高模具的表面硬度和耐磨性，該類鋼制模具可采用離子氮化表面處理，表面硬度可達900HV以上，大大延長了模具的使用壽命。

沉淀硬化型不銹鋼主要用于制造耐腐蝕、高精度的塑料模具。

四、奧氏體不銹鋼在熱作模具上的應用

今年來為了滿足耐高溫、耐蝕、抗氧化要求而引入的奧氏體不銹鋼作為熱作模具材料已經逐步獲得了廣泛的應用。這類鋼一般都含有Ni、Mn等奧氏體形成元素，同時加入一定量的C、Cr等元素，從而使得奧氏體變形更加穩定，且始終保持奧氏體組織，其中0Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo鋼屬于鉻鎳系奧氏體不銹鋼，其優點是組織比較穩定，在加熱和冷卻過程中均不發生相變，具有很高的高溫強度和耐熱性。缺點是線脹系數大，導熱性差，降低了鋼的熱疲勞性能，不適宜作為強烈水冷的模具材料。

4Cr14Ni14W2Mo鋼在650℃以下有良好的機械性能；在600—800℃時，易因強烈的時效而強化；在800℃以下耐熱不起皮；在900℃以下耐氣體腐蝕能力高。該鋼熱處理工藝為：固溶溫度1000—1100℃水冷，組織為奧氏體；時效處理溫度為750℃，空冷，組織為奧氏體。

4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以蠕變成形模、強腐蝕性的玻璃成形模以及壓鑄用型芯等熱作模具。

五、奧氏體不銹鋼在無磁模具中的應用

為了適應磁性制品的生產，人們用無磁模具鋼制造無磁冷作模具和塑料模具，這種模具在強磁場中不會被磁化，保證了磁性制品在生產過程中即使被磁化，但仍然容易脫模，從而有效的保證了生產的正常進行。

無磁模具鋼包括奧氏體不銹鋼和高猛系鋼。1Cr18Ni9Ti鋼屬于奧氏體型不銹鋼，它具有較高的抗晶間腐蝕性能，在各種狀態下都能保持穩定的奧氏體組織，在強磁場中不產生磁感應。該鋼的冷拉坯料退火溫度為970℃，水冷；固溶處理溫度為1030—1160℃水冷，組織為奧氏體；時效溫度為800℃保溫10h或時效溫度700℃保溫20h，組織為奧氏體+磁化物，時效后強度和其他力學性能均有所提高，但硬度仍然較低（＜200HBW）。為保證其耐磨性，一般還需要進行氮化處理。

1Cr18Ni9Ti鋼經固溶后呈單相奧氏體組織，因此在強磁中不產生感應，適宜制造無磁模具和要耐蝕性能的塑料模具。

六、結束語

不銹鋼種類較多，有奧氏體不銹鋼、奧氏體—鐵素體（雙相）型不銹鋼鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼，其共同特點是不銹、耐蝕。各類模具的服役條件差異較大，因此各類不銹鋼的選擇和應用應根據模具的生產條件和工作環境的需要，結合不銹鋼材料的基本性能和相關因素，選擇符合模具的需要、經濟上合理、技術上先進的不銹鋼材料，從而提高產品的質量和模具的使用水平。隨著科學技術的發展，不銹鋼材料在模具中的應用也將會達到一個新的水平。

第五篇：CAPP技術在模具制造工藝中的應用(精)

寧夏機械

2010年第3期

CAPP技術在模具制造工藝中的應用 郭新生

（吳忠儀表有限責任公司，寧夏 吳忠 751100）

摘 要 通過介紹儀表模具CAPP技術的開發與應用情況,尤其在實踐應用中所取得的經驗與體會, 闡述了從項目的提出、明確CAPP模具工藝設計原理到CAPP項目開發及應用的每個過程, 為我國儀表模具制造業開發CAPP技術提供了一些參考和經驗。關鍵詞 CAPP 模具制造 工藝設計 數據庫 1 引言

模具生產技術準備約占整個模具制造周期的40%，而模具制造工藝設計周期約占生產技術準備的20%。模具制造工藝的技術文件的主要目的之一是為生產指揮管理、調度提供依據，所以模具制造工藝的水平對整個制造周期除具有直接影響外，其間接影響的程度更大。如何將現代化工具——計算機引入模具制造工藝設計是汽車模具制造業面臨的新課題。2 模具CAPP原理

CAPP是計算機輔助工藝過程設計的英文縮寫，模具CAPP就是指模具計算機輔助工藝設計。模具采用計算機輔助工藝編制有兩種方法：一種是計算機對模具CAD的圖形特征進行處理，自動生成材料清單和工藝卡片；另一種是基于多年模具生產所積累的大量知識及經驗歸納和總結出各類模具比較完善的標準工藝，通過特定的計算機程序，在計算機中將各類模具比較完善的標準工藝形成標準工藝知識庫，通過對各類模具標準工藝的變異、檢索、編輯，形成一種適合自身生產的工藝卡及工藝流程圖。3 模具CAPP項目開發分析

經過反復研究思考，結合國內外成功經驗，我們認為上述的第二種方法比較適合企業的現狀，見效快、易實現。方案確定后,主要做了如下幾個方面的工作。3.1 首先根據沖模的規律,將其按落料模、拉深模、修邊沖孔模、翻邊沖孔模、斜楔吊沖模分成5大類，然后又根據模具的結構特點將5大類分成15小類。它們分別是：落料模、單動拉深模、雙動拉深模、三動拉深模、修邊沖孔模A型、修邊沖孔模B型、翻邊沖孔模A型、翻邊沖孔模B型、翻邊沖孔整形模、上下翻邊整形模、整形模、切開整形模、側修邊沖孔模、吊修邊沖孔模、側整形模（開花結構）。3.2 模具類型確定后，根據模具類型規定了模具加工 工序名銑刨數銑程控機鉗

部位標準名稱及模具加工部位標準名稱簡圖，請具有模具設計經驗的專家審定，由沖壓工藝人員、模具CAD人員、模具制造工藝人員三方共同進行商討、優化，確定出既合乎工藝編制要求又滿足模具CAD要求的模具加工部位標準名稱（見表1）。

表1 標準工序名稱的具體內容 含 義使 用 范 圍 模座；托芯；接座

工必須進行的其他工序總稱

操作者根據圖紙把數據輸入機床可以完成 模座；托芯；接座 的工序總稱

需要程序才能完成的工序總稱模座；托芯；接座

為后序程控加工必須進行的鉗工工序總稱模座；托芯；接座模具部件所有程控加工完成后的鉗工工序

鉗工模座；托芯；接座

總稱熱模具部件所有熱處理工序總稱所有部件 斜楔；滑塊；滑塊座；吊沖凸模；吊 銑模具小零部件的銑工工序總稱 沖凹模；吊沖托；各種鑲塊

刨模具小零部件的刨工工序總稱同上鉗模具小零部件的鉗工工序總稱同上單程模具小零部件的程控加工工序總稱同上單數模具小零部件的數控加工工序總稱同上臥鏜在機械車間臥膛銑床上的加工工序總稱同上五面銑在五面銑床上的加工工序總稱同上

3.3 上述2項基礎工作的完成，使我們具備了開發各類模具標準工藝知識庫的條件，也為開發實現CAPP計算機程序奠定了基礎。針對各類模具，請有經驗的工藝編制人員設計出標準工藝文件，對其編制的標準工藝文件，請模具工藝專家審定，并由模具工藝人員、專家、計算機開發人員組成攻關小組，共同研究商討，完善優化，形成了既能滿足生產需要又合乎機械加工設備需求且便于計算機處理的各類模具標準加工工藝知識庫。模具標準加工工藝知識庫內容在此不逐一介紹，僅對單動拉深模標準加工工藝知識庫內容作介紹。具體內容（見表2）。作者簡介：郭新生（1972~），男，工程師，主要從事智能儀表及相關技術方面的研究與技術管理。

第32卷第3期 試驗研究

表2 單動拉深模標準加工工藝知識庫凸模加工工藝內容 序號序名加工內容

1銑 刨四角基準平臺，留加工量

銑 刨底面粗精刨成活2臥 鏜壓板面成活3

粗數銑四角平臺見光

粗數銑反個，找正模中線,檢查毛坯

粗數銑數控機床定位槽成活粗數銑沖床定位槽成活粗數銑沖床定位孔成活粗數銑外導板安裝面留量粗數銑內導板安裝面留量粗數銑反個，找正模中線粗數銑墊塊安裝面成活粗數銑限位螺釘凸臺面成活

粗數銑壓板面成活粗數銑導板安裝面留量粗數銑側基準面成活粗數銑聯接板安裝面成活粗數銑防護板安裝面 粗數銑

制模中線工藝基準銷孔(3個)4 粗程控凸模外輪廓粗程控程序十字檢測粗程控清根Φ50粗程控粗仿型面粗程控 清根Φ305 精程控

裝卡，確定中心

注：知識庫中工時根據具體加工工藝確定。

工藝人員在計算機中,通過對標準工藝知識庫的檢索、編輯,最后輸出所需要的材料清單、帶工時的加工工藝卡。4 CAPP計算機應用程序的開發設計

編程人員根據用戶(工藝人員)提出的要求。使用Visual Foxpro 5.0作為開發工具主要完成了三個模塊的開發了，即(1)知識庫維護：完成對知識庫系統的建立、修改、編輯過程；(2)工藝錄入：完成工藝錄入過程及工藝文件的生成；(3)報表輸出：打印工藝文件。系統程序流程圖如圖1所示。

開始零件信息輸入人工檢索知識庫提取工藝規程樣例工藝編輯 工藝修訂 工序優化 工步編輯 N 滿意？ 工藝知識庫

Y 工藝設計過程管理審核標準化批準 會簽

Y工藝文件輸出 入庫？結束 N 圖1

系統程序流程圖

— 12 — CAPP系統應用實例

圖2是以注塑模為例的產品結構樹，在圖中左面為產品的結構樹，在這里可以選擇某一套模具中的不同組件，之后在圖的右面出現該模具組件的序號、代號、數量等信息。圖3是冷件沖壓拉深模具CAPP系統的界面，該圖從左向右依次為產品結構樹、編輯環境、模具組件信息圖等。圖2 注塑模CAPP系統產品結構圖 圖3 冷沖壓拉深模CAPP系統界面 結束語

幾年來,通過不斷的使用與完善,徹底結束了加工工藝完全靠人工完成速度慢、效率低的局面,從而使工藝人員從繁瑣的工作中解脫出來,去考慮和解決實際制造過程中可能發生的問題。此方法雖然在CAPP上取得了較好的經濟效益,但仍存在一些不足,仍需不斷完善使之進一步規范化、科學化、合理化。參考文獻：

[1] 桓永興,張振明,孔憲光.CAPP系統面向對象工藝信息建模體系 研究[J].現代制造工程，2001.7:7-9.[2] 肖偉躍.CAPP系統中工序工步排序研究的現狀與發展[J].計算機 輔助設計與制造，1999.3:49-51.[3] 沈建新,廖文和,周儒榮.模具CAPP系統開發的關鍵技術研究[J].模具工業，2003.5:7-11.[4] 薛錦春.基于特征的楔橫軋模具CAD/CAPP信息模型[J].江西有 色金屬，2007.4:37-39.[5] 陳宗舜.機械制造業工藝設計與CAPP技術[M].北京:清華大學出 版社，2004.（收稿日期：2010-05-19）