李永亮

摘要：隨著科技水平的不斷提高，機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域得到較大發(fā)展，而現(xiàn)代機(jī)械制造過(guò)程中，模具成型是關(guān)鍵技術(shù)之一，其可有效保障模具在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。隨著模具成型技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是大型化、精度高、環(huán)保以及技術(shù)含量高。本文主要闡述了模具設(shè)計(jì)與制造的研究現(xiàn)狀，并對(duì)機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期為模具成型在機(jī)械制造的大規(guī)模應(yīng)用提供一定的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；模具成型；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG386 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）009-000-02

目前我國(guó)制造行業(yè)中，機(jī)械模具的實(shí)際應(yīng)用可有效的提高生產(chǎn)效率，因此其已成為現(xiàn)階段制造業(yè)的研究熱點(diǎn)，其中模具成型階段的模具設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)機(jī)械制造效率影響較大，所以模具設(shè)計(jì)需參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平。同時(shí)我國(guó)的機(jī)械制造模具設(shè)計(jì)采用的技術(shù)種類繁多并各具優(yōu)缺點(diǎn)，可用于不同用途的機(jī)械制造。因此對(duì)我國(guó)機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析具有重要意義。

一、模具設(shè)計(jì)與制造的研究現(xiàn)狀

目前我國(guó)的模具設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域還處于向世界先進(jìn)水平的學(xué)習(xí)階段，自主創(chuàng)新程度不足。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)整體模具工業(yè)水平差距較大，尤其模具加工在線測(cè)量和質(zhì)量管理差距超過(guò)15年，具體為模具使用壽命低以及生產(chǎn)周期長(zhǎng)，特別是一些精度要求高的模具，其壽命不到國(guó)外先進(jìn)水平的40%[1]。而目前我國(guó)模具設(shè)計(jì)發(fā)展較快，不僅模具的設(shè)計(jì)水平較高，同時(shí)模具設(shè)計(jì)總量已達(dá)到一定規(guī)模。與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的模具設(shè)計(jì)相比，我國(guó)模具的設(shè)計(jì)水平還具有較大的發(fā)展空間。特別是大型、精密的模具的實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用比例較低，不到其他發(fā)達(dá)國(guó)家的50%，這主要是由于我國(guó)制造行業(yè)的研發(fā)能力、精密加工設(shè)備、人員專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的不足造成的。這也使得我國(guó)的模具設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域差異性發(fā)展，中低檔模具出現(xiàn)供過(guò)于求的現(xiàn)象，而大型、精密的高技術(shù)模具則主要依靠進(jìn)口。因此我國(guó)的模具設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的發(fā)展必須依靠模具成型技術(shù)、設(shè)備加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高。

二、機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)

機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)是機(jī)械加工業(yè)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到模具成型質(zhì)量，因此應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)研究和分析。設(shè)計(jì)人員接受模具成型設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)后，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和模具的原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢查，需對(duì)這些材料標(biāo)注具體性質(zhì)信息。同時(shí)也需對(duì)機(jī)械制造模具的技術(shù)要求進(jìn)行仔細(xì)的技術(shù)分析，使得生產(chǎn)出的模具的相關(guān)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而保證利用模具生產(chǎn)產(chǎn)品可達(dá)到企業(yè)加工和設(shè)計(jì)要求。還需對(duì)模具尺寸進(jìn)行精細(xì)計(jì)算，確保加工零件的尺寸和技術(shù)參數(shù)滿足模具成型設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的具體要求。對(duì)于機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)步驟，本文以注射模具設(shè)計(jì)為例進(jìn)行具體說(shuō)明。

1.模具成型設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題

注射模具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造領(lǐng)域中比重較大的一類模具成型設(shè)計(jì)，其具體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：首先是塑料材質(zhì)選擇，其是否符合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求以及冷卻過(guò)程的收及補(bǔ)問(wèn)題。其次是模具澆口和分型面的具體類型和參數(shù)，同時(shí)也需考慮模具制造過(guò)程的冷卻或加熱對(duì)模具的性能影響。最后是根據(jù)模具尺寸合理選用注射機(jī)，注射機(jī)選型應(yīng)考慮注射機(jī)的最大注射量、鎖模力以及模具尺寸等參數(shù)，保證模具結(jié)構(gòu)和零件形狀簡(jiǎn)單實(shí)用，整個(gè)模具的精度、表面粗糙度和剛度符合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，便于模具制造和加工[2]。

2.模具成型的設(shè)計(jì)步驟

（1）塑件分析

塑件分析的兩個(gè)重要考慮因素是塑件設(shè)計(jì)要求和塑件生產(chǎn)批量。確定塑件設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑件制品零件圖、成型工藝的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行設(shè)計(jì)，要明確塑件性質(zhì)、形狀要求、尺寸精度和表面粗糙度等相關(guān)技術(shù)參數(shù)，如塑件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)需變動(dòng)時(shí)，應(yīng)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行商討變動(dòng)可能性。塑件生產(chǎn)批量對(duì)塑件生產(chǎn)成本影響較大，對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)，首先應(yīng)明確塑件的生產(chǎn)批量，根據(jù)其選擇合適的模具，如生產(chǎn)批量較小，可考慮使用簡(jiǎn)單模具，降低生產(chǎn)成本。而生產(chǎn)批量較大時(shí)，在保證塑件質(zhì)量的前提下，盡量縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，可考慮使用一模多腔或高速自動(dòng)化生產(chǎn)模式，同時(shí)也應(yīng)嚴(yán)格要求模具推出或脫模機(jī)構(gòu)的控制使用。除了上述兩種重要考慮因素外，塑件分析過(guò)程應(yīng)計(jì)算塑件的體積、質(zhì)量和模具型腔數(shù)量，為接下來(lái)的注塑機(jī)選用做好前期準(zhǔn)備工作。

（2）注塑機(jī)選用

根據(jù)塑件分析對(duì)塑件的體積和質(zhì)量計(jì)算確定模具的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行注塑機(jī)型號(hào)的選用，明確其與模具設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。這些技術(shù)參數(shù)主要包括注塑機(jī)最大注塑量，注塑壓力大小，安裝螺孔位置，注塑機(jī)模板面積、定位圈和噴嘴等相關(guān)構(gòu)件尺寸，進(jìn)而保證注塑機(jī)型號(hào)可以滿足實(shí)際模具設(shè)計(jì)需求。

（3）模具成型設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目

完成注塑機(jī)型號(hào)的選用后，可進(jìn)行模具設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目，明確具體技術(shù)參數(shù)，如凹凸模尺寸計(jì)算，型腔壁厚和底板厚度的確定，以及模具加熱、冷卻系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)。

（4）模具成型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具成型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)主要明確以下相關(guān)參數(shù)，首先是塑件成型位置以及各分型面的實(shí)際應(yīng)用。其次是模具型腔數(shù)量、型腔排列的選擇。再次是模具相關(guān)零件、頂出機(jī)構(gòu)以及排氣方式等相關(guān)設(shè)計(jì)。最后是根據(jù)模具總體尺寸選擇適當(dāng)?shù)哪＜?，目前模架型?hào)已標(biāo)準(zhǔn)化制造，可根據(jù)實(shí)際要求直接購(gòu)買。通過(guò)上述參數(shù)的確定，進(jìn)而繪制完成的模具成型結(jié)構(gòu)圖。

（5）模具成型相關(guān)圖紙繪制

模具成型相關(guān)圖紙繪制主要包括繪制模具總裝圖和零件工作圖，其繪制過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格參照機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范，其繪制原則與常規(guī)機(jī)械圖畫(huà)法基本一致，需明確模具成型的形狀和澆口位置。同時(shí)制模具總裝圖的俯視圖中，可去除定模部分，只保留相應(yīng)動(dòng)模部分。模具總裝圖應(yīng)包括模具外形尺寸，裝配尺寸、極限尺寸以及技術(shù)條件等，并編寫相應(yīng)的零件明細(xì)表。

3.機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)

（1）計(jì)算機(jī)CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)軟件

機(jī)械設(shè)計(jì)和輔助加工制造技術(shù)的大量應(yīng)用，有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的研發(fā)效率，促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的研究開(kāi)發(fā)工作，我國(guó)模具成型設(shè)計(jì)發(fā)展得益于計(jì)算機(jī)CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展應(yīng)用。該技術(shù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模具成型模擬設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)該技術(shù)可以與數(shù)字、數(shù)控等技術(shù)聯(lián)用，既可進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中各種信息的定量表達(dá)、存儲(chǔ)和控制，實(shí)現(xiàn)模具成型設(shè)計(jì)全局優(yōu)化運(yùn)算，也可通過(guò)數(shù)字建模和仿真模擬和動(dòng)態(tài)分析優(yōu)化設(shè)計(jì)思路和要求，同時(shí)其可有效降低模具成型設(shè)計(jì)和改造成本，縮短模具成型設(shè)計(jì)時(shí)間，提高模具成型設(shè)計(jì)效率。目前計(jì)算機(jī)CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)模具軟件應(yīng)用的集成化、網(wǎng)格化發(fā)展。如Power Solution CAD/CAM集成化系統(tǒng)，其可完成幾何建模、工業(yè)設(shè)計(jì)和制圖、仿真分析、數(shù)控編程、測(cè)量分析等多種功能設(shè)計(jì)，同時(shí)該系統(tǒng)的各功能模塊相對(duì)獨(dú)立，也可使用數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)聯(lián)用運(yùn)行，體現(xiàn)該系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性。

（2）模具成型三維化設(shè)計(jì)軟件

傳統(tǒng)的模具成設(shè)計(jì)是二維設(shè)計(jì)過(guò)程，其已不適應(yīng)現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展要求。而采用模具成型三維化設(shè)計(jì)軟件可以立體直觀的設(shè)計(jì)模具，設(shè)計(jì)出的三維數(shù)字化模型便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具性能評(píng)估以及加工成型過(guò)程模擬。如Pro / E和CATIA等軟件的使用，可進(jìn)行模具并行工程設(shè)計(jì)。專業(yè)3D注塑模設(shè)計(jì)軟件，可實(shí)現(xiàn)3D型腔、型芯結(jié)構(gòu)、模架配置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。如Moldflow Advisers三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件、3D Quickfill、HSC 3D4.5F、Z-mold等軟件實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用效果良好。

（3）模具成型設(shè)計(jì)相關(guān)的制造技術(shù)

機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)模具的加工精度和強(qiáng)度有嚴(yán)格的技術(shù)要求，而常規(guī)的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)滿足不了這些要求，使得模具成型設(shè)計(jì)的實(shí)用性降低，同時(shí)也浪費(fèi)相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本，因此需要采用先進(jìn)制造技術(shù)滿足技術(shù)要求。目前可采用的先進(jìn)制造技術(shù)主要包括以下3種：首先是電火花加工技術(shù)，該技術(shù)是利用火花放電產(chǎn)生的瞬間高溫蝕去金屬進(jìn)行模具的加工成型。該技術(shù)分為電火花穿孔成型加工和電火花線切割加工兩種，電火花穿孔成型應(yīng)用在型腔加工環(huán)節(jié)，而電火花線切割加工主要用于注射模、壓鑄模和熱鍛模等模具型腔成型作業(yè)[3]。其次是高速切削加工技術(shù)，該技術(shù)主要利用高速切削對(duì)高硬度、耐磨損模具材料進(jìn)行加工處理。與傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)與制造相比，高速切削加工技術(shù)可有效提高模具加工效率，保障模具制造質(zhì)量。最后是快速模具制造技術(shù)，該技術(shù)是快速成型技術(shù)（RPM）與常規(guī)模具制造技術(shù)的有效結(jié)合，其可以大量縮短模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)間，有效提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，已成為模具設(shè)計(jì)與制造的重要技術(shù)方法。其主要包括基于RPM原型的精密鑄造模具、噴涂法、熔模鑄造以及直接制造金屬模具等具體技術(shù)方法。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造的研究現(xiàn)狀以及機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)的闡述分析來(lái)看，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)機(jī)械制造模具成型設(shè)計(jì)水平差距較大，需增加模具成型設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的研究力度，采用新設(shè)計(jì)軟件和先進(jìn)模具制造技術(shù)，確保機(jī)械制造模具設(shè)計(jì)和制造向大型化、高精度、環(huán)保以及技術(shù)含量高的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]佛德紅.關(guān)于模具制造技術(shù)的分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（19）.

[2]楊漢嵩，張占領(lǐng)，牛瑞利.利用Pro/E和智能專家系統(tǒng)的殼體零件注塑模設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2012（6）.

[3]張文秀.關(guān)于電火花成型機(jī)床加工技術(shù)的思考[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（1）.