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1、- 1 3 1 - 引言 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 2 0 世纪 8 0 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 ( C A D / C A M / C
2、 A E ) ，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( H S M ) 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C a r l S a l o m o n ，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
3、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 - 1 0 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 - 1 0倍，这样，单位 简析模具的 先进制造技术 刘鹏 天津滨海职业学院机电系 3 0 0 4 5 1 摘 要 作为一种高附加值和高技术密集型产业，现 代模具工业已成为当今工业发展的基础。而 模具工业发展的关键主要依靠先进技术的应 用，本文提纲挈领地介绍了
4、现代模具设计、 制造中应用的各种先进制造技术，揭示了当 前模具制造领域的热点和发展方向。 关键词 高速加工; 逆向工程; 快速成形; 虚拟制造技术 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，9 5 % 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
5、动”状态加工；同时 在高速加工速度下，积屑瘤、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 H R C 4 6 6 0 范围内的材料。 1 . 2 、 逆向工
6、程技术( R E ) 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( F E ) 。 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 C A D模型，使之能应用 C A D / C A M / C A E 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
7、程( R E ) 。 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 C A D 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 C A D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 C A D 模型。c 、人们经 常需要对已有的产品进行局部修改。在原 始设计没有三维 C A D模型的情况下，应 用逆向工程技术建立 CAD模型，再对 C
8、 A D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( R P ) 1 . 3 . 1 何谓快速成形技术 快速成形技术，是 2 0 世纪 8 0 年代末 9 0 年代初发展起来的一种先进制造技术， 它结合了数控技术、C A D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，最终成形出零件的三维实物模型
9、。 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 快速成形制件在一 般场合可以代替实际零件，对产品的有关 - 1 3 2 - 中国科技信息 2 0 0 6 年第 9 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N M a y . 2 0 0 6制 造 性能
10、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( V M ) 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
11、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，可以方便地修改并重新生成零部件模 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
12、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（A M ） 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 （C E ） 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
13、， 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（L P ） 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
14、术与 C A D / C A E / C A M / R P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。 参考文献 1、邵立，马登哲，严隽琪等.虚拟 制造中仿真技术的应用. 工业工程与管 理. 2 0 0 0 （4 ） 2 、卢秉恒. R P 技术与快速模具制造. 陕 西/ 陕西科学技术出版社. 1 9 9 8 3 、艾兴，刘战强. 高速切削综合技术. 航空制造技术. 2 0 0 2 （3 ） 4 、李发致. 模具先进制造技术. 机
15、械工 业出版社. 2 0 0 3 库存结构把备件分为 A B C三类，即增压 器及转子分部件、操纵风缸、超速装 置、车钩、电机、冷却器、直流电源 装置、控制器等单价在千元以的备件总 成分为 A类，该类备件的更换使用、计 划采购都须严格把关控制。备件单价在 2 0 0 1 0 0 0 元的常用备件为B 类，该类备件 由车间主管检修副主任把关控制。其它 在 2 0 0 元以下的专用易损件为 C 类，一般 情况仓库要多储备一些，既方便又不占 用大的库存资金。 3 2严格控制备件库存量，做到合 理储备。过量储备造成资金占用和浪费， 储备不足影响机车的修复、 动力不能得到 保证，因此要做到合理库存储备。
16、我司 2 0 0 3 年以前主要库存备件是 G K 1 F 型机车 备件，库存为 4 6 万元，2 0 0 4 至 2 0 0 5 年开 始储备 G K 1 C 型机车备件，现总库存为 7 8 万元 （见表3 ） ， 平均单车型储备量为3 9 万 元，基本满足生产需要。 从图表 3可见，G K 1 F型备件储备逐 年下降到一定基数，新购车型 G K 1 C 备件 也控制在这基数量为宜，这就能做到合 理储备。 3 . 3 努力降低备件消耗， 对备件消耗量 大的要组织攻关，加大修旧利废的力度。 根据 A B C 分类，对 A 类总成要求 8 0 % 以上 的修复并建立考核制度， 对部分备件的修 旧
17、利废及故障技术攻关采取激励措施， 给 予适当的奖励， 这有效地降低了备件消耗 和检修成本。 4 、 充分发挥厂内机修的作用， 提高自 给率，尽可能不外购。冶金企业的机加工 能力都很强， 能够自作加工的不使用外购 件，对无图纸的备件组织攻关与测绘，在 厂内加工方便又快捷。 表3 2 0 0 2 - 2 0 0 5 年G K 1 F 和G K 1 C 库存统计表 单位：万元 三、效果与效益 经过组织实施与检验，我司采取的 这些措施适合了当前机车状态修理的管理 模式， 保证了机车状态修理备件不确定因 素的有效满足， 避免了备件的过量储备和 储量不足而影响企业的生产经营和发展。 1 、机车完好率达 9 7 % ，台日产量达 3 3 5 3 3 吨公里 / 台日，在同行业中名列前 茅。 2 、实现机车设备无事故、无因缺备 件影响生产，为运输生产完成 1 3 2 2 万吨 运量保证了机车动力。 3 、单台机车检修备件消耗 4 1 0 0 元 / 台，比 2 0 0 4年节约 5 0元 /台次。 上接第1 2 9 页