提高手機注塑模具設計開發效率的探討*

陳　康，肖小亭，劉雄飛，蔣仕元，左持興

（1.廣東工業大學材料與能源學院，廣東廣州510006；2.東莞鉅升塑膠電子制品有限公司，廣東東莞523875）

提高手機注塑模具設計開發效率的探討*

陳康1，肖小亭1，劉雄飛2，蔣仕元2，左持興2

（1.廣東工業大學材料與能源學院，廣東廣州510006；2.東莞鉅升塑膠電子制品有限公司，廣東東莞523875）

通過對當前公司注塑模具設計的調查分析，結合當前市場的需求，手機注塑模模具設計朝著高效，精密的方向不斷地推進。手機的快速更替要求手機模具設計的設計周期必須進一步縮短。針對手機注塑模模具設計的特點，基于三維建模軟件進行二次開發，針對性的開發適合本公司的軟件，是整合當前的規范和經驗、提高設計效率的必然途徑。

模具設計；設計效率；二次開發

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.004

20世紀初，塑料作為一種新型材料出現在人們的面前，隨著塑料工業與汽車、航天航空以及電子產品的不斷發展，塑料的使用范圍已經深入到社會生活與生產的各個方面。在一些地方還取代了部分金屬、木材、皮革和硅酸鹽等自然材料。它的出現給人類帶來極大的便利，其不僅成本低，抗腐蝕能力強，可塑性強，而且還可以用來制備燃料油和燃料氣以降低原油的消耗，因此和金屬、木材、硅酸鹽一起成為現代工業生產中的重要原材料，并逐步出現了“以塑代鋼”、“以塑代木”的發展趨勢。

成型塑料制品的方法有很多，包括注塑成型、擠出成型、壓塑成型和吹塑成型等。最常見的就是注塑成型，通過注塑成型塑料制品大約占到整個塑料制品的三分之二，是使用最廣泛的塑料成型方法。注塑模具是通過自己的特定形狀來復制成型得到塑料制品的一種工具設備，通過模具就可以大批量的生產相應的塑料制品。注塑模具的設計水平和技術含量的高低對塑料制品的性能有著重要的意義。尤其在手機市場中，由于當前手機產品更新換代迅速，因此對模具設計的要求在效率上也就有了更高的要求，如何高效快速的設計出高質量的模具是當前各個模具相關公司應該考慮的首要問題［1］。

1　注塑模國內發展現狀

目前，我國模具生產（廠、點）約有3萬多家，從業人員近100萬人。模具可帶動其相關產業的比例大約是1∶100，即模具發展1億元，可帶動相關產業100億元。通過模具加工產品，可以大大提高生產效率，節約原材料，降低能耗和成本，保持產品一致性等。塑料模具發展迅速，注塑模具比例進一步上升，注塑模具在質和量方面都有較快的發展。目前，我國最大的注塑模具單套質量已經超過50噸，最精密的注塑模具精度已經達到2微米［2］。模具新結構、新品種、新工藝、新材料的創新成果不斷涌現，特別是汽車、家電和電子產品等行業快速發展，使得注塑模的發展迅猛。整體來看我國塑料模具無論是在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經濟發展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。從模具產需情況看，中低檔模具已供過于求，而以大型、精密、復雜、長壽命模具為主要代表的高技術含量模具自給率還較低，只有60%左右，有很大一部分依靠進口。所以，我國必須高度重視塑料模具尤其是注塑模具的發展。

2011年，我國塑料制品實現產品銷售收入15 583.74億元，進口額187.14億美元，出口額565.03億美元。2012年，國內塑料制品整體產量穩步增長，全年塑料制品累計產量達5 781.86萬噸，同比增長8.99%。2013年1-11月，據我國海關最新公布數據：2013年1-11月，我國累計出口塑料制品814.77萬噸，日用塑料制品、建筑用塑料制品、其他塑料制品出口額增速均超過30%；累計出口金額達317億美元，同比增長11.7%。在“十二五”期間，我國塑料產業要推進產業結構優化升級，努力提高產業技術水平，使塑料制品總產量的年增長率為10%，2015年預計塑料制品總產量可達到5 000萬噸，如圖1所示為我國近兩年塑料制品的出口情況。

塑料模具的發展是隨著塑料工業的發展而發展的。近年來，人們對各種設備和用品輕量化及美觀和手感的要求越來越高，尤其是電子產品領域，手機的外觀塑料制品成為影響人們購買手機的主要因素之一，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場。手機產品要更新換代，必然要求塑料模具隨之發展。模具是工業生產的基礎工藝設備，被稱為“工業之母”。75%的初加工工業產品零件，50%的精加工零件由模具成型，絕大多數的塑料制品由模具成型。目前，我國模具行業的總體水平比較落后，尤其是對于國際先進水平有一定的差距，模具產出滿足不了模具市場的需求，國產模具對市場的滿足率不足80%，而對于模具技術含量高的中高檔模具，其滿足率不足60%。

圖12012　R年1月-2013年12月我國塑料制品出口情況

2　手機注塑模發展存在的主要問題

隨著手機行業發展的變遷，中國早已成為世界手機塑料制件的生產基地。盡管我國的注塑模設計在近幾年得到了快速的發展，但是我國注塑模具在設計制造水平等方面要比德、美、日、法等工業發達國家還是要落后許多，主要表現在以下的幾個方面。

（1）供給和需求不平衡

當今國內自配率不足，可以看到低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60%。盡管中國模具工業發展迅速，但與需求相比，供不應求的問題還是比較突出的，其主要缺口集中于精密、長壽命、大型、復雜模具領域。因為在模具壽命、精度、制造周期及生產能力等各個方面，我國與國際平均水平和發達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。

（2）人才與科技發展不相適應

模具行業不同于其他的一般行業，是一種技術密集，資金密集的產業之一。盡管我國在模具設計中已經使用CAE模擬分析，但是我國人才的發展速度跟不上行業的發展速度，現在缺乏各種能把握運用新技術或者高級模具鉗工等高技術人才。同時，由于基礎差、投入少，缺乏一種長期可持續發展的觀念導致我國模具產品及其生產工藝，工具（硬件和軟件），裝備的設計，研發（包括軟件二次開發）和自主創新能力的薄弱。跟發達國家比起來，我國模具CAD/CAE/CAM的技術水平還很低，主要表現在軟件開發的進度和水平低，CAE/CAM發展跟不上CAD，整體應用水平低，缺乏CAD/CAE/CAM知識的集成。

（3）標準化的程度低

長期以來，我國的注塑模設計受到了“大而全”、“小而全”的影響，模具行業的觀念落后，難以完成較大規模的模具成套訂單，與國際水平相差很遠。雖然有的企業引起了國外的先進加工設備，但是總的裝備水平與國外企業相比，依然是望塵莫及，設備控制率和CAD/CAM應用覆蓋率要比國外的企業低很多，CAE、CAPP的普及率就更加低了。另外，模具標準化水平低，沒有針對同一領域的產品建立針對的數據庫，標準件的品種規格少且應用水平低，高品質的都依賴進口，設計現狀如下表所示。這些都影響和制約著我國模具發展和質量的提高。

（4）材料等相關技術落后

模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本，國產模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質量還是品種規格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。

（5）企業管理落后與技術的進步

我國模具企業的管理落后主要體現在生產組織方式及信息化采用等方面。以模具為核心的產業鏈各個環節的協同發展不足，尤其是材料的發展明顯滯后，國內模具材料在品種、質量和數量上都不能滿足模具生產的需要，高檔模具和出口模具的材料基本上都是靠進口的。模具上游的各種裝備（機床、工夾量刃具、檢測、熱處理和處理設備等）和生產手段（軟件、輔料、損耗件等）以及下游的成形材料（各種塑料、橡膠、板材、金屬與非金屬及復合材料等）和成形裝備（橡塑成形設備、沖壓設備、鑄鍛設備等），甚至包括影響模具發展的物流及金融等產業鏈的各個環節大都分屬于各有關行業，大都聯系不夠密切，配合不夠默契，協同程度較差，這就造成了對模具工業發展的制約。

3　影響我國手機注塑模模具設計效率的因素

（1）模具設計工程師流動較大

在當前的模具行業中，模具設計人員的流動是非常大的，每個公司的設計思路又不盡相同，這就直接會影響到模具設計的效率。因為在模具設計人員流動的過程會使得模具設計人員的素質總體偏低，因此在控制模具設計效率的問題上會缺乏準確性。此外，人員的經常變動必將使得模具設計的完成水平處于良莠不齊的狀態，這就必將影響到模具設計的效率。

（2）模具設計師的主動性不夠。

因為模具設計的設計師對工作的熱情不夠，每天都只是按要求完成任務，所以也就很難創造性的設計出高質量的模具。同時，熱情的不夠也會使設計人員設計的結構過于固定而缺乏一定的變通和創新，必將嚴重影響到模具設計的效率以及質量。

（3）設計師的設計水平普遍不高

在當前的模具設計崗位上，很多的設計師是通過專科院校專門培訓出來的，對軟件的操作非常熟悉，但是對設計的思想理論沒有自己的把握和見解。因為，由于他們對模具設計核心技術的不熟練也將導致模具設計的時間過長，而且設計的方案也可能會有各種各樣的問題，這就有可能在主管檢查過后還要進行不斷的修改，從而嚴重影響到模具設計的總體效率。

（4）公司模具設計沒有標準化

如今，由于快速發展的手機市場導致手機生產商對產品需求的多樣性不斷的增加，因此模具的更新換代也在不斷的加快。各個手機制造商和模具設計公司承擔著繁重的模具設計任務，對于手機這一類產品經常有很多相似的結構，但因公司沒有把類似產品進行標準化分類建庫，在設計過程中有很多重復的而且緩慢的人工設計部分耗時太多，耗時結構如表1所示。這也使得設計師在模具設計的過程中不得不做很多重復性的工作，降低了模具設計效率。

表1　R當前手機注塑模模具設計具體情況一覽表

（5）設計軟件的不足

現在公司進行模具設計的輔助軟件大部分用的是Siemens PLM Software公司出品的UG，盡管該軟件已經做到非常完善了，但是在公司具體的應用過程中依然有很多的不足，工程師在設計的過程中有很多設計要經過繁瑣的操作而不是一蹴而就的快捷，這就導致模具設計的效率不得不有所降低。

4　提高我國手機注塑模設計開發效率的探討

隨著科技的發展和技術的進步，模具早已經是制造業的重要工藝裝備。在競爭激烈的手機市場中，誰能提高自己的生產設計效率，誰就能第一時間的占領市場，因此手機模具的設計速度是所有公司追逐的目標。我國模具技術已經得到了很大的發展，但總體來說與國際先進水平相比尚有10年以上的差距，設計的速度也比先進國家也慢了很多。由于模具技術的落后必將使得手機的生產和上市受到影響，所以我國手機注塑模具設計技術的發展是手機模具行業的當務之急。注塑模具種類繁多，不同種類的技術要求也是不一樣的，經過調查總結，我國注塑模具模未來必將朝著下列方向不斷發展進步。

（1）手機注塑模模具設計特點

隨著電子行業的快速發展，手機已經成為一個快消品。因此其在當今市場更新換代的速度非常快，產品的快速更換對模具行業的發展也是一個很大的機遇和挑戰。因此手機注塑模就進入了多品種小批量生產時代，人們要求模具的生產周期越短越好，由此可以看出快速經濟模具將有廣闊的發展前景。

（2）熱流道、氣輔模具技術的發展

今天的模具行業里面采用熱流道技術無疑是提高塑料制件生產率和質量有效途徑，而且相比于傳統模具，熱流道還能大幅度節約原材料。熱流道技術在國外的塑料模具中占了50%，有的國家已經達到了80%以上，都得到了良好的效果。另外，氣體輔助注射成型也具有很大的優點，如：注射壓力低，制品翹曲變形小，表面的質量較好且易于注塑出壁厚跨度比較大的制件。所以它不但可以降低成本，最重要的是可以保證產品的質量。因此，手機外殼模具采用熱流道或者氣輔模具，將可以在低成本的情況下得到高質量的產品。

（3）提高手機注塑模模具設計的效率方法

隨著社會的發展，市場對模具的需求是多品種小批量的背景。如何減少模具設計的周期提高模具設計的效率是模具企業必須考慮和解決的問題。

1）提高模具設計師的工作積極性

在模具設計的企業里面，提高設計師的工作積極性是提高模具設計效率的直接方式，建立完善的模具設計制度體系，采用獎罰分明，把責任分配到每一個設計師身上的制度，對優秀積極的設計人員予以表彰，這樣才可以提高設計人員的積極性，進而有效的提高模具設計的效率。

2）提高模具設計人員的素質

模具企業應該要經常給自己的設計人員進行相關的技術培訓，了解國內外的最前沿的設計技術，緊跟整個模具大行業的發展。只有這樣才能使得設計人員一直都可以保持一種與時俱進的工作態度，從而有效的提高模具的設計效率。

3）建立自己公司的標準庫

模具設計的標準化是提高模具設計的有效途徑。當前模具設計的費時間的原因就在于模具設計的過程中總是重復一樣的工作。每個公司在進行同類產品的設計時，其中有很多部分結構是一樣的部件，如圖2和圖3所示。在不同的模具中只需完成少量的修改就可以完成模具設計。因此必須把同類產品的模具進行標準化的歸檔，從圖4所示的模架到各個小的零部件，建立完善的數據庫。此外，為了更加方便的調用公司習慣結構，還應該根據公司總體情況，將相同的結構也進行標準化，建立標準庫。這樣在以后的設計過程中可以不斷的重復調用，從而提高模具設計的效率。

圖2　斜頂結構

圖3　行位結構

圖4　模架結構

4）針對性進行軟件二次開發

盡管當前標準化的軟件很多，很多公司都采用了二次開發的插件幫助提高模具設計的效率［4］。隨著具有自主知識產權的模具設計制造和管理軟件的研發、提高及推廣應用，模具設計在未來會越來越依賴高性能的裝備和軟件。目前，公司使用較多的都是Siemens PLM Software公司的UG或者PTC公司的Pro/E等計算機輔助軟件。但是由于每個公司針對自己的產品進行模具設計的時候都有自己公司的特點，原有的軟件經常不能直接滿足設計師的要求，這就拖低模具設計的速度。為此，針對公司自己的產品特點和設計師的習慣，開發出一套基于上面設計軟件平臺的二次開發程序是快速提高公司模具設計的效率的方式。這就

包括：（1）三維CAD/CAM軟件開發與提高，實現自動搜索定位并加載行位，斜頂等功能結構的功能；（2）CAE軟件的開發與提高，提高產品分析能力，自動定位分型面，澆口以及流道的走勢，加快模具設計效率；（3）模具生產企業PDM系統研發；（4）CAD/CAE/CAM無縫集成與一體化及與PDM集成技術的研發與推廣應用；（5）模具生產及模具企業信息化管理技術及有關軟件的開發提高和推廣應用［3］。

5　結論

雖然我國注塑模具近些年已經有了很大的發展，但是跟國外先進水平還有很大的差距，手機模具設計也是如此。在當前這個快速發展社會，模具需求量非常大，提高模具設計的效率以適應市場對產品的需要是模具企業需要解決的首要問題。整合企業內部資源，充分調動設計人員的積極性和創造性，引進并推廣熱流道和氣輔等先進塑料模具技術，提高產品質量降低產品的成本。同時，根據手機注塑模的結構特征，結合模具設計的標準和公司的自身經驗特點，針對性的二次開發出適合自身特點的模具設計應用軟件，提高手機注塑模的設計周期，是提高公司產品競爭力，保障產品盡早上市從而占領市場的前提。

［1］蘇日美.我國注塑模具存在的問題及發展方向［J］.河南科技，2013（22）：65-67.

［2］馮剛，張朝閣.三種不同類型注塑模具的特點與發展現狀［J］.工程塑料應用，2013（7）：110-114.

［3］任玉珠.基于CAE技術的注塑模具高效率設計方法［J］.制造業自動化，2011（3）：137-139.

［4］史雙元.基于UG二次開發的注塑模具標準件庫的研究與開發［D］.武漢：武漢科技大學，2012.

（編輯：阮毅）

Efficiency Improvement of Mobile Phone Injection Mold Design and Development

CHEN Kang1，XIAO Xiao-ting1，LIU Xiong-fei2，JIANG Shi-yuan2，ZUO Chi-xing2
（1.School of Materials and Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou510006，China；2.DG Jusheng Plastic and Electronic Products Ltd，Dongguan523875，China）

From investgation and analysis about injection mold design of companies at present，we know that mobile phone injection mold design is more and more effective and sophisticated in combination with market needs at the moment.Design circle of mobile phone has to be shorter because of its rapid replacement.We aim at characteristics of mobile phone injection mold design and take secondary development base on 3D modeling software，and then develop suitable software of our company，which is necessary to integrate standard and experience in present and improve design efficiency.

mold design；design efficiency；secondary development

TG76

A

1009-9492（2015）01-0016-05

*廣東省部產學研合作專項（編號：2012B091000017）

2014-05-16

陳康，男，1992年生，廣東河源人，碩士研究生。研究領域：材料成形UG模具設計二次開發。