關(guān)于模具設(shè)計(jì)制造過程中的若干問題探討

蘇春會(huì)

【摘 要】通過模具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造是現(xiàn)代制造業(yè)的重要生產(chǎn)技術(shù)之一，隨著科技的更新進(jìn)步，我國目前的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，對(duì)我國產(chǎn)品制造有著深遠(yuǎn)影響。但是其設(shè)計(jì)制造過程中依然存在很多問題，需要加以完善。本文針對(duì)當(dāng)前模具設(shè)計(jì)制造情況，分析了目前模具設(shè)計(jì)過程中存在的缺陷，并提出了解決策略。

【關(guān)鍵詞】模具設(shè)計(jì)；生產(chǎn)制造；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；問題探討

我國是一個(gè)生產(chǎn)制造大國，中國制造在國際市場(chǎng)中已經(jīng)開始占有一定的份額，這種市場(chǎng)占有額隨著我國生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新進(jìn)步逐漸得以擴(kuò)大，并且慢慢的獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。通過模具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造是現(xiàn)代制造業(yè)的重要生產(chǎn)技術(shù)之一，我國目前的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，模具生產(chǎn)技術(shù)水平高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家生產(chǎn)制造水平的重要標(biāo)志。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)凝聚了各類高技術(shù)，通過智能數(shù)控生產(chǎn)制造，能快速精密的直接把材料成型、焊接、裝配成零部件、組件或產(chǎn)品， 其效率、精度、流線、超微型化、節(jié)能、環(huán)保，以及產(chǎn)品的性能、外觀等，大大的提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的質(zhì)量，都是傳統(tǒng)工藝所無法比擬的。展望21世紀(jì)，無論電子、生物、材料、汽車、家電等哪個(gè)行業(yè)，不裝備由計(jì)算機(jī)、模具和加工中心砌成的生產(chǎn)線，都不可能在制造業(yè)中擔(dān)綱支柱產(chǎn)業(yè)。模具是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要裝備，其水平標(biāo)志著一個(gè)國家或企業(yè)的制造水平和生產(chǎn)能力。今后一段時(shí)期內(nèi)，我國五大支柱產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、批量化成本和包括產(chǎn)業(yè)更新在內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵是模具。現(xiàn)在全球模具總產(chǎn)值早已超過傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)，并且隨著科技和新設(shè)備的投入使用，模具設(shè)計(jì)制造慢慢的取代了傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)模式。提高現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平是我國制造業(yè)一大重要任務(wù)，對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和中國制造水平的提高有著十分重要的意義。

1.模具的模塊化設(shè)計(jì)分析

縮短設(shè)計(jì)周期并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是縮短整個(gè)模具開發(fā)周期的關(guān)鍵之一。模塊化設(shè)計(jì)就是利用產(chǎn)品零部件在結(jié)構(gòu)及功能上的相似性，而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與組合化。大量實(shí)踐表明，模塊化設(shè)計(jì)能有效減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此本文探索在模具設(shè)計(jì)中運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法。模具模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)施。

1.1建立模塊庫

模塊庫的建立有三個(gè)步驟： 模塊劃分、構(gòu)造特征模型和用戶自定義特征的生成。標(biāo)準(zhǔn)零件是模塊的特例，存在于模塊庫中。標(biāo)準(zhǔn)零件的定義只需進(jìn)行后兩步驟。模塊劃分是模塊化設(shè)計(jì)的第一步。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本。每一類產(chǎn)品的模塊劃分都必須經(jīng)過技術(shù)調(diào)研并反復(fù)論證才能得出劃分結(jié)果。對(duì)于模具而言，功能模塊與結(jié)構(gòu)模塊是互相包容的。結(jié)構(gòu)模塊的在局部范圍內(nèi)可有較大的結(jié)構(gòu)變化，因而它可以包含功能模塊；而功能模塊的局部結(jié)構(gòu)可能較固定，因而它可以包含結(jié)構(gòu)模塊。模塊設(shè)計(jì)完成后，在Pro/E 的零件/ 裝配（Part/Assembly）空間中手工建構(gòu)所需模塊的特征模型， 運(yùn)用Pro/E 的用戶自定義特征功能，定義模塊的兩項(xiàng)可變參數(shù)：可變尺寸與裝配關(guān)系，形成用戶自定義特征（User-DefinedFeatures，UDFs）。生成用戶自定義特征文件（以gph 為后綴的文件）后按分組技術(shù)取名存儲(chǔ)， 即完成模塊庫的建立。

1.2模塊庫管理系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)通過兩次推理，結(jié)構(gòu)選擇推理與模塊的自動(dòng)建模， 實(shí)現(xiàn)模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結(jié)構(gòu)，第二次推理最終確定模塊的所有參數(shù)。通過這種途徑實(shí)現(xiàn)模塊“可塑性”目標(biāo)。在結(jié)構(gòu)選擇推理中， 系統(tǒng)接受用戶輸入的模塊名稱、功能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行推理，在模塊庫中求得適用模塊的名稱。如果不滿意該結(jié)果，用戶可指定模塊名稱。在這一步所得到的模塊仍是不確定的，它缺少尺寸參數(shù)、精度、材料特征及裝配關(guān)系的定義。在自動(dòng)建模推理中，系統(tǒng)利用輸入的尺寸參數(shù)、精度特征、材料特征與裝配關(guān)系定義，驅(qū)動(dòng)用戶自定義特征模型，動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地將模塊特征模型構(gòu)造出來并自動(dòng)裝配。自動(dòng)建模函數(shù)運(yùn)用C語言與Pro/E 的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT開發(fā)而成。通過模塊的調(diào)用可迅速完成模具設(shè)計(jì)。應(yīng)用此系統(tǒng)后模具設(shè)計(jì)周期明顯縮短。由于在模塊設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真考慮了模塊的質(zhì)量，因而對(duì)模具的質(zhì)量起基礎(chǔ)保證作用。模塊庫中存放的是相互獨(dú)立的UDFs文件，因此本系統(tǒng)具有可擴(kuò)充性。

2.現(xiàn)階段我國模具制造過程中存在的缺陷及防止措施

2.1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。

2.2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)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。

2.3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。

2.4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。

3.結(jié)束語

通過以上對(duì)我國模具設(shè)計(jì)與制造業(yè)的現(xiàn)狀分析，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)階段我國模具設(shè)計(jì)與制造存在的缺陷，在我們?nèi)粘５哪＞咴O(shè)計(jì)生產(chǎn)中必須得到重視。注意生產(chǎn)細(xì)節(jié)，靈活運(yùn)用現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)，構(gòu)建一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控智能化的模具服務(wù)平臺(tái)。這種現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于制造行業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)遇，最大限度地提高設(shè)計(jì)與制造資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)快速、優(yōu)質(zhì)、低成本的開發(fā)模具產(chǎn)品具有重要意義。