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編號： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文翻譯 （譯文） 題 目： 搬運(yùn)機(jī)器人的動態(tài) 負(fù)荷分析和設(shè)計(jì)方法 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名： 呂 強(qiáng) 學(xué) 號： 1000110125 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 唐 焱 職 稱： 副教授 題目類型 ： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2014 年 5 月 25 日 搬運(yùn)機(jī)器人的動態(tài)負(fù)荷分析和設(shè)計(jì)方法 Jong Hwi Seo1,香港 Yim2 Jae、 *、 Jae Hwang1柳、甬贏得 摘要 本研究的目的是建立一個(gè)設(shè)計(jì)方法 ,使大型重型機(jī)器人 因 LCD(液晶顯示器 ) 構(gòu)件系統(tǒng)模塊加工環(huán)境的暴露而 產(chǎn)生的振動和應(yīng)力水平 達(dá)到 設(shè)計(jì)要求。部件結(jié) 構(gòu)的振動 對 運(yùn)動精度 造成 重大的影響 和疲勞損傷。 為了 分 析和設(shè)計(jì)一個(gè) 重型搬 運(yùn)機(jī)器人， FE和多體動力學(xué)仿真技術(shù)已被使用。 機(jī)器人的 鏈接采用模態(tài)坐標(biāo) 來 建造 柔體 。 在柔性多體動力學(xué)模型中要考慮 非線性力學(xué)性能 例如摩擦力 、依從 性的減速機(jī)和軸承。 通過動態(tài)仿真模型， 研究 中的 各種設(shè)計(jì)方案 得 以 用 來改善 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 性能。對 振動和應(yīng)力進(jìn)行 靈敏度分析 從而 得到 最優(yōu)設(shè)計(jì)。例如一個(gè) 8 G(8th代 )LTR(LCD搬運(yùn) 機(jī)器人 )實(shí)例 證明 了 這個(gè) 提出的方法。最后 ,通過 真實(shí) 的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 得到了 驗(yàn)證 ,包括振動測試。 1.介紹 液晶顯示器也廣泛應(yīng)用于電視、電腦、手機(jī)等等 ,因?yàn)樗麄兲峁┝艘恍┱?正的超過一般的顯示技術(shù)。 他們是更輕、更薄 ,耗電更少。 最近 ,大小的玻璃原 料已大幅增加新一代 LCD(液晶 )顯示技術(shù)。為了處理越來越大、越來越重的 儀 器 ,有必要開發(fā)一個(gè)大型 LTR(LCD搬運(yùn)機(jī)器人 )來支持各種錯(cuò)綜復(fù)雜的 LCD制造 流程。它會造成許多困難的設(shè)計(jì)問題 ,如振動、處理精度和由于動態(tài)負(fù)荷加重 的高應(yīng)力惡化 ,導(dǎo)致不正確的傳動和造成疲勞裂紋。 因此 ,有必要 使用虛擬計(jì)算 機(jī)仿真模型 建立一個(gè)方法來預(yù)測撓度、振動、動態(tài)應(yīng)力 和 時(shí)間歷程。一個(gè)完整 的設(shè)計(jì)仿真方法驗(yàn)證對基線設(shè)計(jì)和改進(jìn)新設(shè)計(jì)非常有用。提出的一種集成的計(jì) 算機(jī)仿真方法，預(yù)測了撓度、動態(tài)應(yīng)力，應(yīng)歸功 于基于現(xiàn)有的有限元方法和柔 性體動力學(xué)技術(shù)的振動設(shè)計(jì)。 該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到 LTR處理 7 8克液晶 屏幕 。振 動分析和驗(yàn)證 并 進(jìn)行振動模態(tài)測試 ,識別并重新 恢復(fù)系統(tǒng)的原有現(xiàn)象 。一些撓 性部件在 LTR可能經(jīng)歷劇烈振動 ，從而 引起 動態(tài)負(fù)載帶來 的 大 疲勞損壞 。 模態(tài) 特性用于考慮 在柔性多體動力學(xué)的模擬的 柔性結(jié)構(gòu) 。末端終結(jié)器撓度的計(jì)算可 以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否能達(dá)到要求。 動態(tài)載荷和動態(tài)應(yīng)力歷史可從動態(tài)仿真中獲得。 研究關(guān)鍵地區(qū)的應(yīng)力水平可以預(yù)測可能發(fā)生的疲勞斷裂。 如果應(yīng)力水平不在安 全范圍 ,設(shè)計(jì)變更應(yīng)基于計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和設(shè)計(jì)靈敏度的研究。然后構(gòu)建一個(gè) 原型 LTR設(shè)計(jì)來測試驗(yàn)證。闡述其耐久性分析 CAE-based正在實(shí)施 ,研發(fā)三星、 預(yù)測疲勞損傷相應(yīng)的耐久性試驗(yàn)。 在 早期設(shè)計(jì)階段， 該方法可用于開發(fā)一個(gè)新 的大型 搬運(yùn) 機(jī)器人 2.LCD 搬運(yùn)機(jī)器人的介紹 圖 1顯示的各種類型的激光目標(biāo)識別系統(tǒng)。 折疊 型 機(jī)器人 擁有 一個(gè)基礎(chǔ)構(gòu) 架，一個(gè) R-型構(gòu)架 ,兩 個(gè) Z型構(gòu)架 ,兩個(gè)擁有纖細(xì)的手指的機(jī)械手臂 ,如圖 1(a)。 框架結(jié)構(gòu)由鑄鐵和鋁構(gòu)成。纖細(xì)的手指是由手輕質(zhì)復(fù)合材料。它也有兩只手臂 (上下手臂 )來操作 兩個(gè) 儀器同時(shí) 進(jìn)行。有一個(gè)圓柱形的 LTR工作空間 ，轉(zhuǎn)移各 種制造工藝流程的儀器 。對 操作儀器的 精 密控制 ,靜態(tài)變形的頂端手指必須小 于 10毫米。因?yàn)殛P(guān)節(jié)連接武器和連接包括軸承和齒輪減速機(jī) ,在預(yù)測頂端的變 形量時(shí)必須考慮到關(guān)節(jié)的順暢 。 在靜態(tài)和動態(tài)兩種情況下的變形 ,手臂的靈活 性本身是同樣重要 的， 因?yàn)槭直凼且环N 有一個(gè)大的集總質(zhì)量在頂端的 懸臂式結(jié) 構(gòu) 。 在現(xiàn)實(shí)生活中 LTR應(yīng)該是數(shù)以百萬計(jì)的 周期重復(fù)執(zhí)行 LCD制造流程的搬運(yùn) 機(jī)器人。因此 , 當(dāng)受到靜態(tài)和循環(huán)載荷，它必須通過身體檢查 ,以確保其機(jī)器 人系統(tǒng)的耐受性。耐久性試驗(yàn)裝置 ,是在一個(gè)循環(huán)荷載作用下評估部件結(jié)構(gòu)的 耐受性的裝置。在許多不同的測試中 ,其中最關(guān)鍵的一條就是拉伸運(yùn)動 和 z-frame垂直運(yùn)動。臨界運(yùn)動模擬支架 當(dāng)運(yùn)行大裝載儀器 受沖擊和扭轉(zhuǎn)時(shí)的 經(jīng) 歷 . 手臂和手是同步的速度移動 ,大約 4米 /秒。 如果 機(jī)器人的各種配置進(jìn)行 成千上萬次重復(fù) 的特定裝卸 , 在一個(gè)重要的 應(yīng)力區(qū)域可能會導(dǎo)致疲勞斷裂。本文以靜態(tài)和動態(tài)變形來預(yù)測在手指頂端的臨 界應(yīng)力 ,包括呈現(xiàn)出 LTR的振動和模擬柔性多體動力學(xué)。連接構(gòu)架 ,雙臂 以柔體 建模 。 因此 ,在線性彈性范圍內(nèi)， 靜態(tài)和動態(tài)變形假設(shè)是很小的。 為了展現(xiàn)出 其靈活性，要 從有限元 靜校正分析和對每一個(gè)靈活部件的靜態(tài)分析獲得振動模 態(tài)和靜態(tài)模態(tài)。為了呈現(xiàn)出 聯(lián)合合規(guī)，彈簧和阻尼力元 素要用運(yùn)動連接元素來 代替 。 3.柔性多體動力學(xué) 在柔性多體動力學(xué)利用模態(tài)坐標(biāo)的主要好處是減少在分析中必須包括的 廣義坐標(biāo)的數(shù)目。在柔性多體動力學(xué) 1,2 組件 模態(tài)綜合法中兩種模式都在 使用。一個(gè)是普通模式。另一個(gè)是靜態(tài)的模式。所有使用的模態(tài)和靜態(tài)模式必 須規(guī)范化，具有相同的大小和彼此獨(dú)立正交化。 3.1柔性 構(gòu)件 的動力學(xué) 在圖 2顯示了一個(gè)典型的柔性構(gòu)件。柔性構(gòu)件 i 表面有大量的有限元素。 P 點(diǎn)的定位在柔性部件 i中可以被認(rèn)為是 是以 X -Y -Z 體的參考坐標(biāo)的矢量方向來定位的，而 的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 矩陣是 從體參考坐標(biāo)對全局慣性坐標(biāo)， 的初始位置的矢量方向是點(diǎn) p的體參 考坐標(biāo)，而 因?yàn)樽冃?的位移矢量 。 的位移矢量方向近似為線性組合的變 形模式就像 Eq 而 是一個(gè)矩陣，而 是柔性部件 i的相對變形模式。 的矢量模態(tài)方向和 是相對坐標(biāo)， M是坐標(biāo) 模態(tài)的數(shù)目。變形 模式可能是一般模式，或者正常和靜態(tài)模式的組合。 M模式的使用彼此線性無 關(guān)。 3.2 柔性多體動力學(xué)方程 正如圖 2所示，一個(gè)靈活部件 i的點(diǎn) P的全球位置的節(jié)點(diǎn)位移矢量。典型的 p 點(diǎn)在全球參考框架將因此而被寫成的 Eq等式，通過使用 Eq等式 當(dāng) 和 節(jié)點(diǎn) P的回轉(zhuǎn)位移量 被 所定義。 多體動力學(xué)系統(tǒng) 的 運(yùn)動學(xué)和傳動約束的組合設(shè)置可以寫成這種形式 。當(dāng)廣義坐標(biāo) ， t是時(shí)間， 是約束方程式。 利用拉格朗日乘數(shù)定理 , 變 分方程的多體系統(tǒng)運(yùn)動可以獲得所有的身體和總結(jié)約束系統(tǒng)的矩陣表格式。 這是一個(gè)混合系統(tǒng)的運(yùn)動微 分方程的微分考慮彈性效應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)。為了 解決混合微分代數(shù)方程問題 ,許多數(shù)值算法已被開發(fā) 3。使用等式 (5) 可以計(jì) 算 一個(gè)靈活的部件的 動態(tài)應(yīng)力歷史。 4.搬運(yùn)機(jī)器人的動態(tài)建模 圖中顯示了一個(gè) 8G-折疊式搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng) 1(a)可以精確地模擬出 86剛體 ,30柔韌 ,運(yùn)動關(guān)節(jié) ,強(qiáng)制元素 3。靈活的身 體看作是多體動力學(xué)仿真命名為圖 1(a)所示的。圖 3顯示了 8G折疊式搬運(yùn)機(jī)器 人的柔性多體仿真模型 。 對于手指和支撐架的平行直線運(yùn)動 ,對每個(gè)手臂系統(tǒng)的正時(shí)皮帶進(jìn)行了建 模使其在一個(gè)恒定的速度比。如圖所示 ,為了顯示彈性及阻尼皮帶，彈簧和阻 尼力與位移和速度的長度變化帶近似成正比。甚至對軸承和齒輪減速機(jī)聯(lián)合的 符合性 與 以類似彈簧回轉(zhuǎn)和減震器原理類似的方式進(jìn)行建模 。設(shè)備的制造商 的 實(shí)驗(yàn)值 都顯示在表 1。 主要部件如手臂和鏈接 構(gòu)架 是由鑄鐵或鑄鋁 組成 的 。 在正常操作當(dāng)中 那些 結(jié)構(gòu)性組件可以被假定是線性的彈性。 然而 ,這樣的一個(gè)小彈性變形可能引起 振動和重復(fù)動態(tài)應(yīng)力 ，從而 導(dǎo)致不正確的傳動和疲勞裂紋。因此 ,有必要 運(yùn)用 一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)仿真模型 建立一個(gè)方法來預(yù)測變形、振動和動態(tài)應(yīng)力時(shí)間歷 程。 在上一節(jié)中已經(jīng)闡述的 合成技術(shù)組成模式 1,可用于高效的計(jì)算機(jī) ， 模擬 有小彈性形變的大型 剛體運(yùn)動。因?yàn)榻M件模式雇用模態(tài)坐標(biāo)法合成考慮柔韌的 彈性變形 ,它可能會 更有效地利用少量的精選模式 執(zhí)行一個(gè)大型多體動力學(xué)系 統(tǒng)分析。 圖 5顯示 圖 1(a)中折疊式搬運(yùn)機(jī)器人第一個(gè) 柔性部件的振動模態(tài)。同時(shí) , 圖 5顯示一個(gè)典型的組成模式和 對 模式柔性多體動力學(xué)分析 使 用的分力合成方 法模式的數(shù)量 。 5 LTR的分析和 設(shè)計(jì)改進(jìn) 5.1 8 G-telescopic LTR的模態(tài)分析 因?yàn)橹饕Y(jié)構(gòu)如手臂和 連接構(gòu)架是以柔體 ,適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動關(guān)節(jié)和力量的元素 , 可以進(jìn)行整個(gè) LTR系統(tǒng)調(diào)查的基本振動模式建模。計(jì)算出的振動模式分析可用 于尋找結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn) ,用來解釋在前一章的柔性多體動力學(xué)仿真。圖 6顯示了從振 動試驗(yàn)?zāi)B(tài)變形的 LTR系統(tǒng)。分析振動模式的動態(tài)仿真模型計(jì)算與試驗(yàn)測試結(jié) 果 ,方為有效。比較與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明 ,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)。從分析的 結(jié)果 試驗(yàn)?zāi)B(tài)變形后 ,我們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)是 R-frame。這個(gè)信息 對 降低系統(tǒng)的 振動 是非常重要的 ,在接下來的部分里 會解釋 。 5.2 振動分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)問題 ,如尖撓度和疲勞裂紋，可以用一個(gè)有效的仿真模型進(jìn)行研究。 在眾多的過程事件中， LCD屏幕傳動，裝載儀器的手部的 拉伸運(yùn)動是 引起 支持 支架結(jié)構(gòu) 嚴(yán)重的振動和高應(yīng)力 的最關(guān)鍵的運(yùn)動 。采用該柔性多體仿真技術(shù)的關(guān) 鍵 ,是 研究 操作是產(chǎn)生的大撓度和應(yīng)力 。因?yàn)槲覀冇幸粋€(gè)有效的仿真模型 ,我們 可以研究各種各樣的設(shè)計(jì)建議。開發(fā)了原型機(jī)器人后 ,機(jī)器人 在 導(dǎo)軌上運(yùn)行 時(shí) 要觀察測量點(diǎn)的不良振動 ,如 圖 7顯示 。 從圖 7研究系統(tǒng)模態(tài) 分析的變形 ,如前一 節(jié)中解釋的一樣， 可以知道 振動的原因是 R-frame剛度不足 。換句話說 ,Rframe 在 LTR的基地上被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵組件振動。為了增加彎扭剛度，要增大梁橫 截面高度和寬度，增加肋骨如圖 7中解釋的一樣。 甚至 鋁材可用高強(qiáng)度鋼材代 替來增加彈性模量。 為了驗(yàn)證 設(shè)計(jì) 修正要使用 動態(tài)仿真模型。 圖 8顯示了在原有的基線設(shè)計(jì)和改進(jìn)后的新設(shè)計(jì)模擬運(yùn)動之間振動位移的 比較。在關(guān)鍵的 5 10秒的關(guān)鍵運(yùn)動期，觀測到超過 50%的振動水平減少，即 使在如圖 8的樣機(jī)試驗(yàn) ,。 5.3應(yīng)力分析和改進(jìn)設(shè)計(jì) 因?yàn)樵计聊坏拇笮「?趨向于 具有競 爭力 生產(chǎn)率和制造成本 ,LTR機(jī)器人 需要更快更大 更高的速度來 處理更大和更重的 屏幕 。 這可能導(dǎo)致 動態(tài) 荷載 從而 引起動態(tài)應(yīng)力帶來的 疲勞裂紋。 圖 9顯示了一個(gè) 在支持 arm-frame結(jié)構(gòu) 因 動態(tài)載 荷帶來的 疲勞裂紋 。應(yīng)用柔性多體動力學(xué)仿真，在實(shí)際前的位置可以分析 疲勞 裂紋 的原因及影響。 為了 降低了臨界區(qū)一定的動態(tài)應(yīng)力， 在仿真模型的基礎(chǔ)上 結(jié)構(gòu)的形態(tài)和厚度必須重新設(shè)計(jì)驗(yàn)證 。 進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)測試 來驗(yàn)證在虛擬電腦仿真預(yù) 測的動態(tài)應(yīng)力的精確性 ,如 圖 10所示 。結(jié)果 與 破裂 發(fā)生的觀點(diǎn)是完全相同的 。 圖 11表明了設(shè)計(jì)修改。 減少應(yīng)力集中系數(shù)、矩形形狀與棱角改 為一個(gè)圓的 形狀 ,和肋骨都改變了。 圖 12顯示最大動應(yīng)力的比較之間的形狀和原始形狀的修改與各種不同的 金屬厚度。 在圖 10中 壓力測量角度的部分則是圓形圖中虛線區(qū)域。這個(gè)結(jié)果表 明是 設(shè)計(jì) 的結(jié)果 進(jìn)行 了 合理的 修改。實(shí)際上 , 在實(shí)際的位置的 修改設(shè)計(jì)采用了 7 G-Gate LTR。 5.4處理精度和優(yōu)化設(shè)計(jì) 如果動態(tài)載荷增加 , 由于主要結(jié)構(gòu)成分 6的撓度和變形， 它可能 惡化精 密傳動的精度。圖 13顯示 8 G-Telecscopic LTR的設(shè)計(jì)基線，在手指頂端的分 垂直撓度。 LTR的尖撓度原設(shè)計(jì)是 42毫米。這超過了 LCD要求為 10毫米的制備工 藝的設(shè)計(jì)規(guī)范 ,并可能導(dǎo)致卡座和機(jī)器人手部之間的碰撞。偏斜的原因是機(jī)器 人的結(jié)構(gòu)非常大 ,而沉重。結(jié)果 ,必須 利用動態(tài)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 降低 撓度 和 增加 傳遞精度。 為了 減少動態(tài)的偏斜 ,要使用 一個(gè) 薄的圓錐型的 圓板 ,我們稱為 客輪 ,如圖 14所示。 對 降低撓度和優(yōu)化轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)確性 來說三個(gè)襯墊的組合是非常重要 。 所以我 們用動態(tài)模擬和將 E(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) )進(jìn)行 優(yōu) 化。圖 15表明該仿真方法可以用來減少 手指 尖端的 偏差 。 目標(biāo)函數(shù)是 圖 13四分制的垂直 Z位移量的最小化差異 。 將使 用 艾凡桌子上是一個(gè) 擁有三行三列的 中心復(fù)合設(shè)計(jì)表格。表 2顯示了 回歸分析 的結(jié)果 (方差分析表 )。 通過在回 歸分析 7的基礎(chǔ)上 計(jì)算出的響應(yīng)面模型 ,優(yōu)化襯墊厚度為 t1 = 0.50),t2 = 0.48),t3 = 0.78毫米。優(yōu)化變量 (班輪厚 )的仿真結(jié)果如圖 16所示 的。撓度只有降低了 5.8毫米。但 42毫米偏差發(fā)生在基線的撓度設(shè)計(jì) 上 ,如圖 13 所示。 實(shí)驗(yàn)測試中使用激光跟蹤進(jìn)行了優(yōu)化 ,驗(yàn)證了仿真的結(jié)果。如圖 17所示。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果大約 6.1毫米。動態(tài)撓度的模擬的結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常相似 ， 這意味 著我們鋼筋結(jié)構(gòu)剛度不需要任何額外的費(fèi)用了。 6 結(jié)論 一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真方法 ,給出 了 LTR系統(tǒng)的 振動和疲勞分析。 多軸 加載條件 的 振幅變量 可以產(chǎn)生 來 調(diào)查任何結(jié)構(gòu) 的 撓度、振動、動態(tài)應(yīng)力。 柔體因合成技術(shù) 采用組件模式而 被仿制。 為了 表示 聯(lián)合合規(guī)和帶彈性 ， 彈簧和阻尼器 強(qiáng)制元素 要 進(jìn)行 適當(dāng)近似的 介紹。 為了 有一個(gè)有效的模型 ,要進(jìn)行總 LTR系統(tǒng) 的模擬振動 模式和 模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果 的比較 。比較分析和試驗(yàn)結(jié)果表明他們 互相關(guān)聯(lián) 。 終端效 應(yīng)器的頂端的偏差用提出的方法來研究。為了 減少 尖端偏差 ,要用仿真模型建 立 一個(gè)良好的設(shè)計(jì)。 與動應(yīng)力相關(guān)的 疲勞裂紋失效 可用 基線 設(shè)計(jì)來 。 為了防止 疲勞斷裂 發(fā)生 在臨界區(qū) ,要 通過改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 來減少應(yīng)力 。 在測試中 虛擬耐久 性評估 的結(jié)果 非常的好 ,而且顯示出 失敗 地區(qū) 良好 的相關(guān)關(guān)系 。能夠預(yù)測的值 基于 專門在虛擬域 獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 是顯而易見的。 該設(shè)計(jì)方法可以用來發(fā)展另 一種類型的 LTR系統(tǒng) 。 感謝 這項(xiàng)工作部分是由首爾研究及商務(wù)發(fā)展計(jì)劃 (批準(zhǔn)號 10583)和 2007在韓國 國民大學(xué)科研項(xiàng)目支持 。 參考文獻(xiàn) 1 A.A.Shabana,Dynamics of multibody systems 2 Edition,Cambridge University Press,(1998). 2 S.C.Wu,E.J.Huang and S.S.Kim,A Variational approach to dynamics to dynamics of flexible multibody systems,CCAD Technical Report 86,University of lowa,(1996),15. 3 Kim S.S.and Haug E.J.Selection of deformation modes for flexible multibody dynamics ,Mechanics of structures and machines.18(4)(1990)565-586. 4 S.S.,W.S.You and J.Tang, Effect of mode selection,analysis of flexible multibody systems.Mechanics of stuctures and machines,21(4)(1993).507-527. 5 J.H.Ryu ,H.Kim and H.J.Yim,An efficient and accueate dynamic sysrem simulation and reanalysis,Joumal of mechanical science and Technology,11(4)(1997)386-396. 6 J.C.Hang,K.S.Byun and Y.W.Choi,“ Improvement of the path accuracy of the 7th generation LCD glass teansfer robot,International conference on Mechatronics and Information Technology,Chongqing,China,(2005). 7 S.H.Park,Modem Sesign of Experiments,Minyeongsa,(1995). 模具的發(fā)展 1 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。采用模具生產(chǎn)零部 件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，用模具生產(chǎn)制 件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所 不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。 現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此 模具工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展將起越來越大的作用。 1989年 3月國務(wù)院頒布的關(guān)于當(dāng) 前產(chǎn)業(yè) 政策要點(diǎn)的決定中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建 設(shè)序列的第二位 (僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備 )，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中 的重要地位。 1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì) 發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄和鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從 1997年 到 2000 年，對 80 多家國有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還 70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè) 的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。 目前全世界模具年產(chǎn)值約為 600 億美 元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī) 床工業(yè)，從 1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近 90的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機(jī)、汽車、 農(nóng)機(jī)和無線電行業(yè)，這個(gè)比例也超過 60。例如飛機(jī)制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過 三萬套，其中主機(jī)八千套、發(fā)動機(jī)二千套、輔機(jī)二萬套。從產(chǎn)值看， 80年代以來，美、日 等工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技 術(shù)協(xié)會預(yù)測，到 2000 年，產(chǎn)品盡件粗加工的 75%、精加工的 50將由模具完成；金屬、塑 料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成， 50以上的金屬板材、 80以上 的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。 2 模具的歷史發(fā)展 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代 工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。 19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè) (槍炮的彈殼 )、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛 使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子 儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時(shí)美國的沖壓技術(shù)走在前列 許多模具先進(jìn)技術(shù)，如簡易模具、高效率模具 、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù)，大多起源 于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。 50年代，模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多 憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識，對所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從 1955年到 1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時(shí)代 對模具主要零部件的機(jī)能和受力 狀態(tài)進(jìn)行了數(shù) 學(xué)分橋，并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié) 果是歸納出模具設(shè)計(jì)原則，并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、 模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)，從而使沖壓加工從 儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。 進(jìn)入 70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個(gè)過程中不斷 涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達(dá)別多個(gè)工位的級進(jìn)模 和十幾個(gè)工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工 位 的壓力機(jī) 彎曲機(jī)。在此期間，日本站到了世界最前列 其模具加工精度進(jìn)入了微米 級，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾 億次 p 每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機(jī)通常為 200 至 300 次，最高為 1200 次至 1500 次。在 此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短 (如汽車改型、玩具翻新等 )的需要，各種經(jīng)濟(jì)型模 具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。 從 70年代中期至今可以說是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代。隨著模 具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模 具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不 斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。 90年代以來， 機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了 NC 機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù) 控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計(jì)算機(jī)自動編程、控制的 CNC 機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床 的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計(jì)算機(jī)以分時(shí)的方式直接管理和控制一群數(shù)控 機(jī)床的 NNC系統(tǒng)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、制造、 管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測，到 2000年，作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手 段的圖紙將失去 其主要作用。模具自動設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去 以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法，就必須把過去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法， 進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差 萬別，要搞出一個(gè)能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化 不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的 CDM 系統(tǒng)用于級進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺 寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件 圖、輸出 NC程序 (為數(shù)控加工中心和線切割編程 )等，所用時(shí) 間由手工的 20%、工時(shí)減少到 35小時(shí)；從 80年代初日本就將三維的 CAD CAM系統(tǒng)用于汽 車覆蓋件模具。目前，在實(shí)體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、 標(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程，產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水 平；計(jì)算機(jī)仿真 (CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上， CAD CAM CAE集成的，即數(shù) 據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。 3 我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 由于歷 史原因形成的封閉式、 “ 大而全 ” 的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車 間，處于本廠的配套地位，自 70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個(gè)概念。生產(chǎn)效 率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化 和技術(shù)管理水平都比較低。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近 17000 家，約 60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá) 200 億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只 能滿足需求量的 60左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精 密、復(fù)雜和長壽命的模 具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)， 1997年進(jìn)口模具價(jià)值 6.3億美元， 這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具； 1997 年出口模具僅為 7800 萬美元。目前我國模具工 業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀 按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為 10大類，其中，沖壓模和塑料成型 模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算，目前我國沖壓模占 50左右，塑料成形模約占 20， 拉絲模（工具）約占 10，而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模 具產(chǎn)值的 40以上。 我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進(jìn)模還為數(shù) 不多，模具平均壽命不足 100萬次，模具最高壽命達(dá)到 1億次以上，精度達(dá)到 3 5um，有 50 個(gè)以上的級進(jìn)工位，與國際上最高模具壽命 6 億次，平均模具壽命 5000 萬次相比，處 于 80年代中期國際先進(jìn)水平。 我國的塑料成形模具設(shè)計(jì)，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單 型腔的模具達(dá) 70以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射 模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為 80萬次左右，主要差距是模具零件變形 大、 溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射 模精度已達(dá)到 5um 以下，最高壽命已突破 2000 萬次，型腔數(shù)量已超過 100 腔，達(dá)到了 80 年代中期至 90年代初期的國際先進(jìn)水平。 3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及 港臺地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。 在采用 CAD/CAM/CAE/CAPP 等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技 術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用 CAD 技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約 10%的模具在設(shè)計(jì)中 采用了 CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用 CAE 進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析 計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應(yīng)用 CAM 技術(shù)制造模具方 面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近 10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè) 備）或因計(jì)算機(jī)制式（ IBM 微機(jī)及其兼容機(jī)、 HP 工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速 度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有 5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展 這項(xiàng)工作；在應(yīng)用 CAPP 技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo) 準(zhǔn)化基 礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、 表面處理技術(shù)等方面的 CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)， 尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊， 在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具， 熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速 度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備， 但過于分散，或不配套，利用率一般僅有 25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分 發(fā)揮。 缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識面寬、 知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的 8%12%左右， 且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。 1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知 識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而 80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)匱乏， 動手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降， 而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技 術(shù)水平難以提高。 3.3 模具工業(yè)配套材料，標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 近 10多年來，特別是 “ 八五 ” 以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專 院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專 用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗(yàn)條件和試 驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上， 解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模 具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn)，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支 撐薄弱及價(jià)格偏高、 外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。 模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)， 大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤 滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未 完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)， 80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使 用覆蓋面約占 20%，從市場上能配到的也只有約 30個(gè)品種，且僅限于中小 規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹 模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差 。 3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生 產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以 供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相 類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模 具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有 19個(gè)大行業(yè)部 門制 造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行 業(yè)，跨部門管理困難很多。 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí)，中小型 模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收 回其投資，甚至負(fù)債累累，影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng)，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也 較高，但設(shè)備利用率低。 我國模具價(jià)格長期以來同其價(jià)值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè) “ 自身經(jīng)濟(jì)效益小，社會效益 大 ” 的現(xiàn)象。 “ 干模具的不如干模具標(biāo)準(zhǔn)件的，干 標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶 件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的 ” 之類不正?，F(xiàn)象存在。 4 模具的發(fā)展趨勢 4.1 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 （ 1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù) 模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及生 產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國 Delcam公司的系列化軟件就包括了曲 面 /實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級渲染、塑料模設(shè)計(jì) 專家系統(tǒng)、復(fù)雜形 體 CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成 化程度較高的軟件還包括： Pro/ENGINEER、 UG和 CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性 成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模 CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的 CAXA系列軟件； 吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)等。 （ 2）模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、 分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、 直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所 采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的 CAE分析、模具可制造性評價(jià)和數(shù)控加工、 成形過程模擬及信息的管理與共享。如 Pro/ENGINEER、 UG和 CATIA 等軟件具備參數(shù)化、基 于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能。另外， Cimatran 公司的 Moldexpert， Delcam公司的 Ps-mold 及日立造船的 Space-E/mold均是 3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行 交互式 3D 型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞 Moldflow 公司的三維真 實(shí)感流動模擬軟件 MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大 學(xué)研制的同類軟件 HSC3D4.5F 及鄭州工業(yè)大學(xué)的 Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能 化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如 Cimatron 公司的注塑模專家軟 件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架 零件的全相關(guān)，自動產(chǎn)生材料明細(xì)表和供 NC 加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè) 定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。 （ 3）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化 、國際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬 件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可 能。美國在其 21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略中指出，到 2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn) /虛擬 工程方案，使汽車開發(fā)周期從 40個(gè)月縮短到 4個(gè)月。 4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展 （ 1）模具檢測設(shè)備的日益精密、高效 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已 達(dá) 2 3m ，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī)， 并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng) 汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn) 3250mm3250mm 三坐標(biāo)測量 機(jī)，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息 的獲得手段，從而實(shí)現(xiàn)了從測量實(shí)物 建立數(shù)學(xué)模型 輸出工程圖紙 模具制造全過程， 成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司第二代高 速掃描儀 (CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ)，激光掃描精度為 0.05mm，接觸式測頭掃描精度達(dá) 0.02mm。另外德國 GOM 公司的 ATOS 便攜式掃描儀，日本 羅蘭公司的 PIX-30、 PIX-4 臺式掃描儀和英國泰勒 霍普森公司 TALYSCAN150 多傳感三維 掃描儀分別具有高速化、廉價(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。 （ 2）數(shù)控電火花加工機(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動的 AQ325L、 AQ550LLS-WEDM 具有驅(qū)動反應(yīng)快、 傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的 NCEDM具有 P-E3自適應(yīng)控制、 PCE 能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些 EDM 還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源 及模糊控制 (FC)等技術(shù)。 （ 3）高速銑削機(jī)床 (HSM) 銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工 件溫升低、切削力小、加工 平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高 (為普通銑削加工的 5 10 倍 )及可加工硬材料 (60HRC)等 諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司 UCP710 型五軸聯(lián)動加工中心， 其機(jī)床定位精度可達(dá) 8m ，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為 42000r/min。意 大利 RAMBAUDI 公司的高速銑床，其加工范圍達(dá) 2500mm5000mm1800mm ，轉(zhuǎn)速達(dá) 20500r/min，切削進(jìn)給速度達(dá) 20m/min。 HSM 一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋 件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面 加工，其曲面加工精度可達(dá) 0.01mm。 4.3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù) 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速 經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點(diǎn)，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合 經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù) 。 （ 1）快速原型制造技術(shù) (RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù) (SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù) (LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù) (SLS) ；熔融沉積成形技術(shù) (FDM) 和三維印刷成形技 術(shù) (3D-P)等。 （ 2） 表面成形制模技術(shù)。它是指利用 噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔 表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。 （ 3） 澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成 形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。 （ 4） 冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。 （ 5） 無模多點(diǎn)成形技術(shù)。 （ 6） KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。 （ 7） 模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí)型鑄造 及失蠟精鑄等技術(shù)。 （ 8） 其他方面技術(shù)。如采用氮?dú)鈴椈蓧哼?、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、 刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。