淺談機械制造模具成型設計

李永亮

摘要：隨著科技水平的不斷提高，機械設計和制造領域得到較大發展，而現代機械制造過程中，模具成型是關鍵技術之一，其可有效保障模具在機械設計和制造領域的實際應用。隨著模具成型技術的不斷發展，機械制造模具成型設計的發展方向是大型化、精度高、環保以及技術含量高。本文主要闡述了模具設計與制造的研究現狀，并對機械制造模具成型設計進行分析，以期為模具成型在機械制造的大規模應用提供一定的參考意見。

關鍵詞：機械制造；模具成型；設計

中圖分類號：TG386 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）009-000-02

目前我國制造行業中，機械模具的實際應用可有效的提高生產效率，因此其已成為現階段制造業的研究熱點，其中模具成型階段的模具設計對整個機械制造效率影響較大，所以模具設計需參考相關國家標準和國外先進技術水平。同時我國的機械制造模具設計采用的技術種類繁多并各具優缺點，可用于不同用途的機械制造。因此對我國機械制造模具成型設計進行研究分析具有重要意義。

一、模具設計與制造的研究現狀

目前我國的模具設計與制造領域還處于向世界先進水平的學習階段，自主創新程度不足。與國際先進水平相比，我國整體模具工業水平差距較大，尤其模具加工在線測量和質量管理差距超過15年，具體為模具使用壽命低以及生產周期長，特別是一些精度要求高的模具，其壽命不到國外先進水平的40%[1]。而目前我國模具設計發展較快，不僅模具的設計水平較高，同時模具設計總量已達到一定規模。與一些發達國家的模具設計相比，我國模具的設計水平還具有較大的發展空間。特別是大型、精密的模具的實際設計應用比例較低，不到其他發達國家的50%，這主要是由于我國制造行業的研發能力、精密加工設備、人員專業素質和創新意識的不足造成的。這也使得我國的模具設計和制造領域差異性發展，中低檔模具出現供過于求的現象，而大型、精密的高技術模具則主要依靠進口。因此我國的模具設計和制造領域的發展必須依靠模具成型技術、設備加工精度和產品質量的不斷提高。

二、機械制造模具成型設計

機械制造模具成型設計是機械加工業的重要技術環節之一，其設計的好壞直接關系到模具成型質量，因此應該進行嚴格的設計研究和分析。設計人員接受模具成型設計任務書后，應對設計圖紙和模具的原材料進行嚴格檢查，需對這些材料標注具體性質信息。同時也需對機械制造模具的技術要求進行仔細的技術分析，使得生產出的模具的相關參數符合設計要求，進而保證利用模具生產產品可達到企業加工和設計要求。還需對模具尺寸進行精細計算，確保加工零件的尺寸和技術參數滿足模具成型設計任務書的具體要求。對于機械制造模具成型設計步驟，本文以注射模具設計為例進行具體說明。

1.模具成型設計考慮的問題

注射模具設計是機械制造領域中比重較大的一類模具成型設計，其具體設計應考慮：首先是塑料材質選擇，其是否符合設計任務書的要求以及冷卻過程的收及補問題。其次是模具澆口和分型面的具體類型和參數，同時也需考慮模具制造過程的冷卻或加熱對模具的性能影響。最后是根據模具尺寸合理選用注射機，注射機選型應考慮注射機的最大注射量、鎖模力以及模具尺寸等參數，保證模具結構和零件形狀簡單實用，整個模具的精度、表面粗糙度和剛度符合設計任務書的要求，便于模具制造和加工[2]。

2.模具成型的設計步驟

（1）塑件分析

塑件分析的兩個重要考慮因素是塑件設計要求和塑件生產批量。確定塑件設計要求時，應根據塑件制品零件圖、成型工藝的實用性和經濟性進行設計，要明確塑件性質、形狀要求、尺寸精度和表面粗糙度等相關技術參數，如塑件的相關技術參數需變動時，應與產品設計人員進行商討變動可能性。塑件生產批量對塑件生產成本影響較大，對其進行分析時，首先應明確塑件的生產批量，根據其選擇合適的模具，如生產批量較小，可考慮使用簡單模具，降低生產成本。而生產批量較大時，在保證塑件質量的前提下，盡量縮短生產周期，提高生產效率，可考慮使用一模多腔或高速自動化生產模式，同時也應嚴格要求模具推出或脫模機構的控制使用。除了上述兩種重要考慮因素外，塑件分析過程應計算塑件的體積、質量和模具型腔數量，為接下來的注塑機選用做好前期準備工作。

（2）注塑機選用

根據塑件分析對塑件的體積和質量計算確定模具的結構，再進行注塑機型號的選用，明確其與模具設計相關的技術參數。這些技術參數主要包括注塑機最大注塑量，注塑壓力大小，安裝螺孔位置，注塑機模板面積、定位圈和噴嘴等相關構件尺寸，進而保證注塑機型號可以滿足實際模具設計需求。

（3）模具成型設計計算項目

完成注塑機型號的選用后，可進行模具設計計算項目，明確具體技術參數，如凹凸模尺寸計算，型腔壁厚和底板厚度的確定，以及模具加熱、冷卻系統的選型和設計。

（4）模具成型結構設計

模具成型結構設計應主要明確以下相關參數，首先是塑件成型位置以及各分型面的實際應用。其次是模具型腔數量、型腔排列的選擇。再次是模具相關零件、頂出機構以及排氣方式等相關設計。最后是根據模具總體尺寸選擇適當的模架，目前模架型號已標準化制造，可根據實際要求直接購買。通過上述參數的確定，進而繪制完成的模具成型結構圖。

（5）模具成型相關圖紙繪制

模具成型相關圖紙繪制主要包括繪制模具總裝圖和零件工作圖，其繪制過程應嚴格參照機械制圖國家標準和相應的行業規范，其繪制原則與常規機械圖畫法基本一致，需明確模具成型的形狀和澆口位置。同時制模具總裝圖的俯視圖中，可去除定模部分，只保留相應動模部分。模具總裝圖應包括模具外形尺寸，裝配尺寸、極限尺寸以及技術條件等，并編寫相應的零件明細表。

3.機械制造模具成型設計的相關技術

（1）計算機CAD/CAM輔助設計軟件

機械設計和輔助加工制造技術的大量應用，有效提高機械設計制造的研發效率，促進現代制造業的研究開發工作，我國模具成型設計發展得益于計算機CAD/CAM輔助設計的發展應用。該技術可通過計算機進行模具成型模擬設計，進而有效提高設計效率。同時該技術可以與數字、數控等技術聯用，既可進行開發設計過程中各種信息的定量表達、存儲和控制，實現模具成型設計全局優化運算，也可通過數字建模和仿真模擬和動態分析優化設計思路和要求，同時其可有效降低模具成型設計和改造成本，縮短模具成型設計時間，提高模具成型設計效率。目前計算機CAD/CAM輔助設計軟件的開發利用，實現模具軟件應用的集成化、網格化發展。如Power Solution CAD/CAM集成化系統，其可完成幾何建模、工業設計和制圖、仿真分析、數控編程、測量分析等多種功能設計，同時該系統的各功能模塊相對獨立，也可使用數據接口與其他系統聯用運行，體現該系統的開放性和兼容性。

（2）模具成型三維化設計軟件

傳統的模具成設計是二維設計過程，其已不適應現代制造行業的發展要求。而采用模具成型三維化設計軟件可以立體直觀的設計模具，設計出的三維數字化模型便于產品結構的CAE分析、模具性能評估以及加工成型過程模擬。如Pro / E和CATIA等軟件的使用，可進行模具并行工程設計。專業3D注塑模設計軟件，可實現3D型腔、型芯結構、模架配置及結構設計優化。如Moldflow Advisers三維真實感流動模擬軟件、3D Quickfill、HSC 3D4.5F、Z-mold等軟件實際設計應用效果良好。

（3）模具成型設計相關的制造技術

機械制造模具成型設計過程中，對模具的加工精度和強度有嚴格的技術要求，而常規的模具設計制造技術滿足不了這些要求，使得模具成型設計的實用性降低，同時也浪費相應的設計成本，因此需要采用先進制造技術滿足技術要求。目前可采用的先進制造技術主要包括以下3種：首先是電火花加工技術，該技術是利用火花放電產生的瞬間高溫蝕去金屬進行模具的加工成型。該技術分為電火花穿孔成型加工和電火花線切割加工兩種，電火花穿孔成型應用在型腔加工環節，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[3]。其次是高速切削加工技術，該技術主要利用高速切削對高硬度、耐磨損模具材料進行加工處理。與傳統模具設計與制造相比，高速切削加工技術可有效提高模具加工效率，保障模具制造質量。最后是快速模具制造技術，該技術是快速成型技術（RPM）與常規模具制造技術的有效結合，其可以大量縮短模具設計開發時間，有效提高生產效率，節約生產成本，已成為模具設計與制造的重要技術方法。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方法。

三、結語

通過本文對模具設計與制造的研究現狀以及機械制造模具成型設計的闡述分析來看，與國際先進水平相比，我國機械制造模具成型設計水平差距較大，需增加模具成型設計與制造領域的研究力度，采用新設計軟件和先進模具制造技術，確保機械制造模具設計和制造向大型化、高精度、環保以及技術含量高的方向發展。

參考文獻：

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

[2]楊漢嵩，張占領，牛瑞利.利用Pro/E和智能專家系統的殼體零件注塑模設計[J].現代制造工程，2012（6）.

[3]張文秀.關于電火花成型機床加工技術的思考[J].山西煤炭管理干部學院學報，2012（1）.