淺析模具設(shè)計(jì)與制造問題

摘 要：國的模具產(chǎn)業(yè)剛剛駛?cè)肟焖侔l(fā)展階段，然而其中的不足仍較多。筆者分析了我國模具產(chǎn)業(yè)的不足及原因，并就如何改善提出了相關(guān)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}；防止措施；新技術(shù)

模具作為工業(yè)的基本必須的工具，有“工業(yè)之母”之稱。百分之七十五的粗制作的的工業(yè)部件、百分之五十的精制作的部件使用模具制作的，幾乎全部的塑料產(chǎn)品也利用模具制作。我國的模具產(chǎn)業(yè)剛剛駛?cè)肟焖侔l(fā)展階段，然而其中的不足仍較多。在很多方面和起步較早、發(fā)展良好的國家比較還存在不小的差距。例如精密零部件的模具制作在行業(yè)中的比例仍然不高，部分簡(jiǎn)短的模具工藝使用仍不普及。尤其是在大批量、精密與長久使用的模具工藝上還有著較大差距。

一、模具設(shè)計(jì)與制造存在的問題

（一）管理水平不高。因?yàn)楝F(xiàn)在制造工業(yè)里模具系統(tǒng)的具體使用基本通過人工來進(jìn)行，而沒形成健全的管理系統(tǒng)實(shí)施控制，致使企業(yè)較難衡量模具制作花費(fèi)的時(shí)間與成本，更不好把握模具設(shè)計(jì)導(dǎo)致的品質(zhì)高低，嫩億精確計(jì)算模具生產(chǎn)過程中的實(shí)際成本與制作效率，因而無法及時(shí)對(duì)模具進(jìn)行維修和檢測(cè)模具的使用狀態(tài)。再者，因?yàn)槟＞呱a(chǎn)管理的不健全，使得企業(yè)在制作、維護(hù)模具上占用了過多的時(shí)間與成本，繼而造成了企業(yè)生產(chǎn)成本的提高、出場(chǎng)日期延長等情況。

（二）標(biāo)準(zhǔn)化水平較低。模具是專門用于塑形的工業(yè)零件，即使非常個(gè)性化，但也屬于工業(yè)范疇，因此標(biāo)準(zhǔn)化水平十分關(guān)鍵。我國模具標(biāo)準(zhǔn)化的管理入手時(shí)間較短，所以模具標(biāo)準(zhǔn)化比生產(chǎn)滯后許多，更滯后于國籍上很多工業(yè)水平較高的國家。某些模具工業(yè)先進(jìn)國家，比如美國、日本、德國，模具標(biāo)準(zhǔn)化至今已有百年的進(jìn)程，模具準(zhǔn)則的提出、模具標(biāo)準(zhǔn)件的制作和配備，已有著健全的系統(tǒng)。但我國模具標(biāo)準(zhǔn)化的起步，僅僅在“全國模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”建立之后的一九八三年才進(jìn)行。現(xiàn)在我國已經(jīng)存在兩萬多家模具制作企業(yè)，模具制作有了長足進(jìn)步，然而和工業(yè)生產(chǎn)的需求相比，還不夠現(xiàn)實(shí)的需要。

（三）相關(guān)人才不足。目前全球正實(shí)行著影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)調(diào)整，有的模具生產(chǎn)慢慢往發(fā)展中國家遷移，我國正在變成全球模具大國，但當(dāng)前我國模具工業(yè)人才不足已經(jīng)成為關(guān)鍵的障礙。按勞動(dòng)部門的統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在企業(yè)對(duì)模具人才的需求量逐漸提高，在北京、福建、深圳等地區(qū)，模具方面的人才、模具維護(hù)人才等正是社會(huì)需求最旺盛的人才之一。模具產(chǎn)業(yè)作為要在實(shí)踐中積攢經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前的工作者能夠一直學(xué)習(xí)并且

二、模具制造過程中存在的缺陷及防止措施

（一）鍛造加工。由于市場(chǎng)的需要，高碳、高合金鋼等生產(chǎn)材料被廣泛用于制造模具。但這類鋼不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均勻、組織不均勻等缺陷。選用高碳、高合金鋼制造模具，必須采用合理的鍛造工藝來成形模塊毛坯，這樣一方面可使鋼材達(dá)到模塊毛坯的尺寸和規(guī)格，一方面可改善鋼的組織和性能。另外高碳、高合金的模具鋼導(dǎo)熱性較差，加熱速度不能太快，且加熱要均勻，在鍛造溫度范圍內(nèi)，應(yīng)采用合理的鍛造比。

（二）切削加工。模具的切削加工應(yīng)嚴(yán)格保證尺寸過渡處的圓角半徑，圓弧與直線相接處應(yīng)光滑。如果模具的切削加工質(zhì)量較差，就可能在以下3 個(gè)方面造成模具損：（1）由于切削加工不恰當(dāng)，造成的尖銳轉(zhuǎn)角或圓角半徑過小，會(huì)導(dǎo)致模具在工作時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)用力集中。（2）切削加工后的表面太粗糙，就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷，它們既是應(yīng)力集中點(diǎn)，又是裂紋、疲勞裂紋或熱疲勞裂紋的萌生地。（3）切削加工沒能完全、均勻地切除模具毛坯在軋制或鍛造時(shí)產(chǎn)生的脫碳層，就可能在模具熱處理時(shí)產(chǎn)生不均勻的硬化層，導(dǎo)致耐磨性下降。

（三）磨削加工。模具在淬火、回火后一般要進(jìn)行磨削加工，以降低表面粗糙度值。由于磨削速度過大、砂輪粒度過細(xì)或冷卻條件較差等因素的影響，引起的模具表層局部過熱，造成局部顯微組織變化，或引起表面軟化、硬度降低，或產(chǎn)生較高的殘余拉應(yīng)力等現(xiàn)象，都會(huì)降低模具的使用壽命選擇適當(dāng)?shù)哪ハ鞴に噮?shù)減少局部發(fā)熱，磨削后在可能的條件下進(jìn)行去應(yīng)力處理，就可有效地防止磨削裂紋的產(chǎn)生。防止磨削過熱和磨削裂紋的措施較多，例如：采用切削力強(qiáng)的粗顆粒砂輪或粘結(jié)性較差的砂輪；減少模具的磨削進(jìn)給量；選用合適的冷卻劑；磨削加工后250～300 ℃的回火消除磨削應(yīng)力等。

（四）電火花加工。應(yīng)用電火花工藝加工模具時(shí)，放電區(qū)的電流密度很大，產(chǎn)生大量的熱，模具被加工區(qū)域的溫度高達(dá)10000℃左右，由于溫度高，熱影響區(qū)的金相組織必將發(fā)生變化，模具層由于高溫而發(fā)生熔化，然后急冷，很快凝固，形成再凝固層。在顯微鏡下可看到，再凝固層呈白亮色，內(nèi)部有較多顯微裂紋。為了延長模具壽命可以采用以下措施：調(diào)整電火花加工參數(shù)用電解法或機(jī)械研磨法研磨電火花加工后的表面，除去異常層中的白亮層，尤其是要除去顯微裂紋；在電火花加工后安排一次低溫回火，使異常層穩(wěn)定化，阻止顯微裂紋擴(kuò)展。根據(jù)上文中所述方法可縮短開發(fā)周期和有效地防止模具制造缺陷，提高模具制造質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。有所作為的不多。因?yàn)殚_始的學(xué)習(xí)就非常單調(diào)無趣，所以很多初學(xué)者往往不能堅(jiān)持到底。另外，中國一貫的教育模式，對(duì)模具人才的關(guān)注與教育投入仍然不夠。某些院校即使在近幾年時(shí)間里成立了模具專業(yè)，然而因?yàn)槭苘浻布O(shè)施限制，畢業(yè)了的學(xué)生們實(shí)際的工作能力不足。而社會(huì)里許多的的模具制作專業(yè)，因?yàn)槿狈∪男袠I(yè)準(zhǔn)則，導(dǎo)致學(xué)生們的實(shí)際能力不能完全適應(yīng)需要。

三、新技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

（一）快速原型制造（RP）技術(shù)。RP技術(shù)在模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要是制作模具設(shè)計(jì)制造過程中所用的母模，有時(shí)也用于直接制造模具。RP技術(shù)可分為直接快速模具與間接快速模具技術(shù)。如SL、LOM、SLS、SDM。其優(yōu)點(diǎn)是制造環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，能夠較充分地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)；對(duì)于那些需要復(fù)雜形狀的內(nèi)流道冷卻模具與零件，采用直接RT（由RP直接制造出使用模具的技術(shù)稱為直接RT技術(shù)）有著其他方法不能替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。間接快速模具制造，通過快速原型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具翻制技術(shù)相結(jié)合制造模具。一方面可以較好地控制模具的精度、表面質(zhì)量、機(jī)械性能與使用壽命，另一方面也可以滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。如基于噴射的成型技術(shù)，如FCM、3DP、快速精密鑄造模具等。RP各成形工藝都是基于離散-疊加原理而實(shí)現(xiàn)快速加工原型或零件。

（二）虛擬制造技術(shù)（VMT）。虛擬制造是采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、品質(zhì)檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等的產(chǎn)品制造全過程，是一種通過計(jì)算機(jī)虛擬模型來模擬生產(chǎn)各場(chǎng)景和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及加工性等各方面可能存在的問題，從而提高人們的預(yù)測(cè)和決策水平。虛擬制造技術(shù)是以三維建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐的全新的技術(shù)

（三）反求工程技術(shù)RE。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)不斷融入模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步推動(dòng)了模具制造產(chǎn)品快速制造的能力。反求工程是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造。反求工程是通過對(duì)存在實(shí)物模型或零件進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)

四、結(jié)語

目前我國機(jī)械設(shè)計(jì)水平已經(jīng)取得了一定的成就，產(chǎn)品在功能、外表與人性化、綠色環(huán)保設(shè)計(jì)上也有了相當(dāng)高的水平。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)不斷的深化，對(duì)產(chǎn)品多樣化、高性能化的需求也越來越高。我們要加大對(duì)模具設(shè)計(jì)制造的技術(shù)研究，進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)加工的技術(shù)含量，爭(zhēng)取達(dá)到更高的模具設(shè)計(jì)制造水平，讓中國制造走出國門，走向世界。