现代模具设计与制造工程技术中心科研机构申报书模具.doc
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1、山 东 省 工 程 技 术 研 究 中 心申 请 报 告中心名称: 现代模具设计与制造工程技术中心 依托单位: 山东理工大学 主管部门: 申报日期: 2007 年 7 月 22 日山 东 省 科 技 厅二二年编制一、 组建中心的目的、意义(重点说明:本技术领域的确切定义;在行业发展中的地位和作用;组建工程中心的必要性、可行性;预期经济效益及对行业进步的推动作用等。)1.1 现代模具设计与制造的确切定义模具设计制造是材料成型加工与制造工程的关键技术,主要包括模具结构设计、模具材料设计、模具数字化建模、模具分析、数控加工、数控装备、信息管理等内容。模具设计制造是传统设计、制造和管理技术向虚拟设计与
2、制造、网络设计与制造、ERP(企业资源规划)、CIMS(现代集成制造系统)等现代设计、制造和管理技术发展的基础,用于模具制造业的各种计算机辅助技术(CAX)如CAD(计算机辅助设计)、CAE(计算机辅助分析)、CAPP(计算机辅助工艺规划)、CAM(计算机辅助制造)、PDM(产品数据管理)等都是模具设计制造的支撑技术。现代模具设计制造过程有以下特点:(1)现代模具的设计将客户提供的图纸或计算机文件资料输入电脑,使用CAD/CAE进行设计并做模拟实验,得出所需要的计算机文件,在此设计过程中,系统可进行图纸编辑。设计完成的模具零部件可使用电脑系统的实体成型功能将其显示出来,以便观察设计的正确性及可
3、能需要进行的优化处理,之后还可以借助系统功能进行强度、模温、材料流动状态等模拟测试。如果发现设计有误可重新修改设计。模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术,能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量。它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形(型)工艺、数控加工及成木等进行设计和优化。(2)现代模具的制造CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟、制造一体化CAD/CAE/CAM一体化集成技术是现代模具制造中最先进最合理的生产方式。使用计算机辅助设、辅助工程与制造系统,按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程,该过程
4、都是从CAD/CAE/CAM系统内进行的,其加工程序直接由联机电缆输入加工机台,在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能,将零件刀具、刀柄、夹具,平台及刀具移动速度、路径等显示出来,以检查程序编制的正确性。总之在CAD/CAE/CAM系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现问题,从而在加工之前,将整套加工程序作好完善修改工作,这对于高效、准确的加工模具零件有着相当重要的意义。先进设备在现代模具制造中的作用现代模具制造的必然趋势,就是机械加工尽可能地取代人工加工,尤其现在数控车床、多轴联动机床、数控模具雕刻机、电火花加工机床、数控精密磨床、二坐标测量机、扫描仪等现代设备在工厂中的广泛使用,而且这此
5、设备大部分所用的程序基木上都是应用CAD/CAE/CAM系统产生的,操作人员工作按照规定的程序装夹工件,配备刀具和操作,机台就能自动地完成加工仟务,并将理想的模具零件制造出来或为下一加工工序完成规定的部分。模具材料及表面处理技术因选材和用材不当,致使模具过早失效,大约占失效模具的45%以上。在性个模具价格构成中,材料所占比重不大,一般在20%-30%,因此,选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说,要采用电渣重熔工艺,如采用粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等。模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化,尽量缩短供货时间亦是重要发展趋势。模具热处理的主要趋势是:由渗
6、入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展;由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展;另外,目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀防腐强化等技术也日益受到重视。总之,现代模具设计制造技术是模具行业不断吸收计算机技术、新材料技术、数控技术、信息技术和现代管理技术的成果,并将其综合应用于模具设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高企业对动态多变的市场的适应能力和竞争能力。新型模具设计制造体系是对传统设计和制造模式的深刻变革,三维数字化技术的应用,导致模具设计制造信息的表述、存储、处理、传递等方法的质的改
7、变,使模具设计制造业逐步从传统的生产型向知识型模式转化。数字化模具设计制造已逐渐成为产品生命周期中不可缺少的驱动因素,数字化模具设计制造技术是现代制造业发展的必备技术。1.2 现代模具设计制造在模具工业发展中的地位和作用模具工业被喻为“工业基石”、“关键工业”、 “促进社会繁荣富裕的原动力”,这表明了模具工业在国家所处的地位,也表明了模具在社会发展中的显要位置。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗,是其它加工制造方法所不能比拟的。随全球经济一体化进程的不断加快,世界各国对材料成型制品需求量正在逐年增加,这为模具工业的发展奠定了坚实的基础,它既是社会进步、科技发展
8、的基石,也是进入富裕社会的原动力;是人们生活水平不断提高的基础,是国家经济快速发展的基础。2006年,全世界模具年产值约为650亿美元,模具工业的发展已成为快速发展的新兴产业。中国模具工业产值仅次于日本和美国,排在世界前三位。中国经济的高速发展同样对模具工业提出了越来越高的要求,也为其发展提供了巨大的空间。近10年来,国内模具在数量、质量、技术等方面有了很大的跨跃;现正以每年15%左右的增长速度稳步发展。现今,国内的模具生产厂家已增至2万余家,模具制造从业人员已超过50多万人,2006年模具的年产值达到600亿元人民币。但与发达国家的模具工业相比,我国在精密、大型、复杂、长寿命的高档模具方面依
9、然存在着较大的差距,每年仍需从模具强国大量进口精密、大型、复杂、长寿命的高档模具;与国外模具同行相比,我国在模具设计理念、制造工艺、生产周期等方面还存在着较大的差异,这阻碍着我国向模具强国的发展。同时,我国的模具生产量依然供不应求,无法满足模具市场的需求。而其中主要的模具缺口类型仍集中于精密、大型、复杂、长寿命的高档模具领域。在生产能力、生产技术等几方面,我国还未达到国际先进水平,与国际模具的综合竞争能力上还存在着较大的差距。1.3 组建现代模具设计制造工程中心的必要性、可行性作为传统制造业大省,山东省历来十分重视制造业和模具工业的发展,省政府去年出台了“关于加快胶东半岛制造业基地建设的意见”
10、,今年又提出将山东建成为世界制造业基地的宏伟目标。要实现这一宏伟目标,提升我省制造业的技术水平和产品竞争力,树立山东省的制造业强省地位,模具设计制造技术必须先行。模具设计制造技术是制造业中的关键技术,有必要加大对模具设计制造技术研究、开发和推广的支持力度,尽快成立山东省模具设计与制造工程技术研究中心。以山东理工大学为依托单位组建山东省模具设计与制造工程技术研究中心是可行的。山东理工大学机械工程学院拥有一支学术水平高、工程技术力量雄厚的教职工队伍,现有教职工88人(中国工程院院士1人,教授21人,副教授30人,博士25人),下设机械制造、仪器科学与技术、材料成型及控制工程等3个系、先进制造技术研
11、究中心和精密模具实验室。机械工程学科齐全,设备先进,科学研究和工程化能力强,在提升传统机械与计算机、激光、微电子等现代学科的交叉与融合、在CIMS、智能CAD、CAD/CAM、数控技术、精密模具加工技术等领域取得了突出成就。山东理工大学机械工程学院下属的精密模具实验室是山东省“十五”强化建设的省级重点实验室,专业从事精密模具设计加工、先进制造技术、数控与自动控制技术、虚拟现实技术、特种加工技术、机电测控技术等领域的科学研究与应用开发。实验室拥有先进的高速五轴联动加工中心(德国)、快速成型机(美国)、高精度三坐标测量/扫描机(意大利)、精密数控电火花成型机床(日本)、四维线切割机、CAD工程工作
12、站、高档微机CAD网络等一批设备和先进的大型CAD/CAM/CAE/CAPP软件,软硬件建设已处于国内领先水平,可以为模具设计制造工程中心的创建和发展提供良好的平台。山东理工大学机械工程学院积极响应山东省委和政府将山东建成为世界制造业基地的宏伟设想,在学院发展规划中重点建设机电产品制造基地、制造业信息化研究基地和制造业人才培训基地等三个基地,模具设计制造是三个基地建设的核心内容。目前,机械工程学院已经获得了山东理工大学特色学科建设工程(建设机械电子工程学科,五年内投资1500万元)、中央与地方共建机械基础实验室(五年内投资1800万元)两个重大工程的支持,科研经费充足,完全有能力建设好模具设计
13、制造工程中心。1.3 预期经济效益及对行业进步的推动作用拟组建的现代模具设计制造工程中心在CAX应用软件、数控装备研制、模具应用软件、工业控制与DCS系统等方面的研究已获得一批成果,为多家企业采用。近期内,工程中心主要在子午线轮胎模具、水泵关键零部件铸造模具、数字化医疗设备、橡胶硫化设备、教学型数控机床、先进模具材料开发、模具表面处理技术、综合测试仪器等方面开发新产品和新技术,大部分成果具有很好的产业化前景。经过5年发展,工程中心将在模具设计制造、汽车橡胶模具与硫化设备、水泵等复杂形状零部件快速原型、数控设备开发、DCS控制系统开发、模具材料开发、模具表面处理技术等达到行业领先水平,开发新产品
14、、新技术40项,专利成果10项,有80%的成果转化为产品,获得直接经济效益2000万元,社会经济效益8000万元。经过5年发展,工程中心将成为山东省机械制造业的网络制造中心、成果转化中心和信息服务中心,为模具设计制造领域的科学研究、引进消化、产品开发、职工培训提供全面服务,提升我省的模具设计制造技术水平,推进我省模具设计制造业的发展。二、 国内外技术、产业发展现状和趋势(重点说明:国内技术发展水平;市场需求状况;从事本技术领域研究、开发和设计的优势单位及水平比较;与国外的差距等。)2.1 模具设计制造技术的发展趋势随着计算机技术的迅猛发展、网络技术的日益普及和用户需求的不断提高,模具设计制造技
15、术在单项技术如CAD/CAM、CAE、CAPP、PDM方面更加完善,在系统集成和网络化技术方面快速推进,其发展趋势主要有:1) 单项技术向完善化发展。在CAD/CAM中的技术主要有:曲面建模技术、曲面与实体集成技术、实体建模技术、大型组件设计技术等,在CAPP中创成式CAPP的研究和实用化技术,在PDM中产品结构/配置管理的有关算法的研究和项目管理的开发研究以及PDM在企业中实施方法的研究等。ERP的新发展是与Internet和电子商务相结合。2) PDM与CAD/CAM、CAE、CAPP、ERP、OA的集成技术。目前用三种方式集成,即封装、接口、集成。封装是指把对象的属性和操作方法同时封装在
16、定义对象中,封装可以通过PDM提供的封装工具来实现。接口是指通过PDM与各应用系统CAX的API应用接口程序提取部分信息实现系统间的信息交换。集成即通常所称无缝集成,这种集成方式要真正了解PDM和各CAX系统的底层数据结构,通过编程来实现二者库中的数据访问,无缝集成实现了信息的双向交换。3) 产品协同商务将迅速崛起。产品协同商务(CPC)定义了一种全新的软件和服务,它是基于Internet和Web技术的全新的解决方案。其内容有:基于Internet的动态拟实产品模型技术、基于Internet的数字模拟及仿真技术、基于Internet的协同设计技术、基于PDM与Web的工艺设计技术、敏捷生产系统
17、、基于Internet的制造规划评估技术等。企业的CPC解决方案就是构造一个数码工厂。4) 虚拟制造技术。以计算机支持的仿真技术为前提,形成虚拟的环境、虚拟的制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业,从而大大缩短产品开发周期,提高一次成功率。网络技术的高速发展推动了网络制造技术的发展和广泛应用。企业通过国际互联网、局域网和内部网,可以实现对世界上任何一地的用户定单而组建动态联盟企业,进行异地设计、异地制造,然后在最接近用户的生产基地制造成产品。5) 模具技术与产品及其生产过程的融合。将数字化技术用于制造过程,可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性,从而提高工业生产过程的质量和效率,增强工业产品的市
18、场竞争力;将数字化技术“融入”工业产品,可提高其性能,使之升级,以满足国民经济和人民生活日益增长的要求。2.2 现代模具产业的国内外发展现状及市场需求模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。在工业相对比较发达的国家里,模具工业被形象地喻为“工业基石”、“关键工业”、“促进社会繁荣富裕的原动力”这些定义明确地说明了模具工业在他们国家所处的地位,也表明了模具在社会发展中的显要位置。世界上许多的国家,特别是一些工业发达的国家都十分重视模具技术的开发,大力发展模具工业,积极采用先进技术和设备,提高模具制造水平,已取得了显著的经济效益。美国是世界超
19、级经济大国,也是世界模具工业的领先国家,早在二十世纪80年代末,美国模具行业有12000多个企业,从业人员有17万多人,模具总产值达64.47亿美元。日本模具工业是从1957年开始发展起来的,当年模具总产值仅有106亿日元,到1988年总产值已超过4.88亿日元,在短短的40余年内增加了460多倍,这也是日本经济能飞速发展并在国际市场上占有一定优势的重要原因。随全球经济一体化进程的不断加快,世界各国对建筑材料、电子通信等诸多领域的塑料制品需求正在逐年增加,这为模具工业的发展奠定了坚实的基础,它既是社会进步、科技发展的基石,也是进入富裕社会的原动力;是人们生活水平不断提高的基础,是国家经济快速发
20、展的基础。据资料显示,全世界模具年产量约为650亿美元,模具工业的发展已超越了近年来快速发展的新兴产业-电子工业。中国模具工业产值仅次于日本和美国,排在世界前三位。中国经济的高速发展同样对模具工业提出了越来越高的要求,也为其发展提供了巨大的空间。现今,国内的模具生产厂家已增至2万余家,模具制造从业人员已超过50多万人,模具的年产量达到534亿元人民币。近10年来,国内模具在数录、质量、技术等方面有了很大的跨跃;现正以每年15%左右的增长速度稳步发展。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性,东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区,其模
21、具产值约占全国产值的三分之二以上。广东是中国现在最主要的模具市场,而且还是中国最大的模具出口与进口省。2004年,广东省模具业稳居全国模具行业的首领,产值达185亿,模具制造业产值和销售额约占全国的40%以上。目前在全国排序前10名的企业中,广东占有5家,世界最大的模架供应商和亚洲最大的模具制造厂都在广东。深圳模具业发展迅猛,己具规模优势,年产值超过100亿元,占广东省模具业的近60%,占全国模具业的近25%,己成为国内模具制造中心。上海现有模具企业1500余家,从业人员7万多人,年产值近100亿元,年平均增长率超过20%,到2010年总产值将达到200亿元左右。浙江省模具工业主要集中在宁波和
22、台州市,宁波市的宁海、余姚、慈溪及主要生产塑料模具,北仑以压铸模为主,象山和舟山以铸造和冲压模具为主。台州市主要模具生产企业集中在黄岩和路桥,塑料模具占大多数。江苏苏州目前有各类模具厂1000多家,模具加工点1000多个,模具年销售额约50亿-60亿元,模具业成为该市新兴工业之一。目前安徽省拥有一批国内知名度较高的模具产品,如洗衣机和空调器大型腔注塑模、电冰箱吸塑发泡模、电机定转子叠片高速级进冲模等,有的市场占有率高达30%以上。我国模具市场发展空间巨大。2006年国内汽车保持15%的增速,销量达640万辆,汽车零部件的市场比整车还大,为汽车零部件提供装备的模具行业高速发展显而易见。一个型号的
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