提高手機注塑模具設(shè)計開發(fā)效率的探討*

陳　康，肖小亭，劉雄飛，蔣仕元，左持興

（1.廣東工業(yè)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(shè)計開發(fā)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(yè)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(shè)計的調(diào)查分析，結(jié)合當前市場的需求，手機注塑模模具設(shè)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(shè)計的設(shè)計周期必須進一步縮短。針對手機注塑模模具設(shè)計的特點，基于三維建模軟件進行二次開發(fā)，針對性的開發(fā)適合本公司的軟件，是整合當前的規(guī)范和經(jīng)驗、提高設(shè)計效率的必然途徑。

模具設(shè)計；設(shè)計效率；二次開發(fā)

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(xiàn)在人們的面前，隨著塑料工業(yè)與汽車、航天航空以及電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，塑料的使用范圍已經(jīng)深入到社會生活與生產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料，并逐步出現(xiàn)了“以塑代鋼”、“以塑代木”的發(fā)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(fù)制成型得到塑料制品的一種工具設(shè)備，通過模具就可以大批量的生產(chǎn)相應(yīng)的塑料制品。注塑模具的設(shè)計水平和技術(shù)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(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，因此對模具設(shè)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(shè)計出高質(zhì)量的模具是當前各個模具相關(guān)公司應(yīng)該考慮的首要問題［1］。

1　注塑模國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國模具生產(chǎn)（廠、點）約有3萬多家，從業(yè)人員近100萬人。模具可帶動其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的比例大約是1∶100，即模具發(fā)展1億元，可帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)100億元。通過模具加工產(chǎn)品，可以大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約原材料，降低能耗和成本，保持產(chǎn)品一致性等。塑料模具發(fā)展迅速，注塑模具比例進一步上升，注塑模具在質(zhì)和量方面都有較快的發(fā)展。目前，我國最大的注塑模具單套質(zhì)量已經(jīng)超過50噸，最精密的注塑模具精度已經(jīng)達到2微米［2］。模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，特別是汽車、家電和電子產(chǎn)品等行業(yè)快速發(fā)展，使得注塑模的發(fā)展迅猛。整體來看我國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進步，但與國民經(jīng)濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。從模具產(chǎn)需情況看，中低檔模具已供過于求，而以大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具為主要代表的高技術(shù)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(fā)展。

2011年，我國塑料制品實現(xiàn)產(chǎn)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(nèi)塑料制品整體產(chǎn)量穩(wěn)步增長，全年塑料制品累計產(chǎn)量達5 781.86萬噸，同比增長8.99%。2013年1-11月，據(jù)我國海關(guān)最新公布數(shù)據(jù)：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(chǎn)業(yè)要推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，努力提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，使塑料制品總產(chǎn)量的年增長率為10%，2015年預(yù)計塑料制品總產(chǎn)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(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來，人們對各種設(shè)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(chǎn)品領(lǐng)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(chǎn)品要更新?lián)Q代，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝設(shè)備，被稱為“工業(yè)之母”。75%的初加工工業(yè)產(chǎn)品零件，50%的精加工零件由模具成型，絕大多數(shù)的塑料制品由模具成型。目前，我國模具行業(yè)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(chǎn)出滿足不了模具市場的需求，國產(chǎn)模具對市場的滿足率不足80%，而對于模具技術(shù)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(fā)展存在的主要問題

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

（1）供給和需求不平衡

當今國內(nèi)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(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，供不應(yīng)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(fù)雜模具領(lǐng)域。因為在模具壽命、精度、制造周期及生產(chǎn)能力等各個方面，我國與國際平均水平和發(fā)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(fā)展不相適應(yīng)

模具行業(yè)不同于其他的一般行業(yè)，是一種技術(shù)密集，資金密集的產(chǎn)業(yè)之一。盡管我國在模具設(shè)計中已經(jīng)使用CAE模擬分析，但是我國人才的發(fā)展速度跟不上行業(yè)的發(fā)展速度，現(xiàn)在缺乏各種能把握運用新技術(shù)或者高級模具鉗工等高技術(shù)人才。同時，由于基礎(chǔ)差、投入少，缺乏一種長期可持續(xù)發(fā)展的觀念導致我國模具產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝，工具（硬件和軟件），裝備的設(shè)計，研發(fā)（包括軟件二次開發(fā)）和自主創(chuàng)新能力的薄弱。跟發(fā)達國家比起來，我國模具CAD/CAE/CAM的技術(shù)水平還很低，主要表現(xiàn)在軟件開發(fā)的進度和水平低，CAE/CAM發(fā)展跟不上CAD，整體應(yīng)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(shè)計受到了“大而全”、“小而全”的影響，模具行業(yè)的觀念落后，難以完成較大規(guī)模的模具成套訂單，與國際水平相差很遠。雖然有的企業(yè)引起了國外的先進加工設(shè)備，但是總的裝備水平與國外企業(yè)相比，依然是望塵莫及，設(shè)備控制率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外的企業(yè)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(lǐng)域的產(chǎn)品建立針對的數(shù)據(jù)庫，標準件的品種規(guī)格少且應(yīng)用水平低，高品質(zhì)的都依賴進口，設(shè)計現(xiàn)狀如下表所示。這些都影響和制約著我國模具發(fā)展和質(zhì)量的提高。

（4）材料等相關(guān)技術(shù)落后

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

（5）企業(yè)管理落后與技術(shù)的進步

我國模具企業(yè)的管理落后主要體現(xiàn)在生產(chǎn)組織方式及信息化采用等方面。以模具為核心的產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的協(xié)同發(fā)展不足，尤其是材料的發(fā)展明顯滯后，國內(nèi)模具材料在品種、質(zhì)量和數(shù)量上都不能滿足模具生產(chǎn)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(shè)備等）和生產(chǎn)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(fù)合材料等）和成形裝備（橡塑成形設(shè)備、沖壓設(shè)備、鑄鍛設(shè)備等），甚至包括影響模具發(fā)展的物流及金融等產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)大都分屬于各有關(guān)行業(yè)，大都聯(lián)系不夠密切，配合不夠默契，協(xié)同程度較差，這就造成了對模具工業(yè)發(fā)展的制約。

3　影響我國手機注塑模模具設(shè)計效率的因素

（1）模具設(shè)計工程師流動較大

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

（2）模具設(shè)計師的主動性不夠。

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

（3）設(shè)計師的設(shè)計水平普遍不高

在當前的模具設(shè)計崗位上，很多的設(shè)計師是通過?？圃盒ｉT培訓出來的，對軟件的操作非常熟悉，但是對設(shè)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(shè)計核心技術(shù)的不熟練也將導致模具設(shè)計的時間過長，而且設(shè)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(shè)計的總體效率。

（4）公司模具設(shè)計沒有標準化

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

表1　R當前手機注塑模模具設(shè)計具體情況一覽表

（5）設(shè)計軟件的不足

現(xiàn)在公司進行模具設(shè)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(jīng)做到非常完善了，但是在公司具體的應(yīng)用過程中依然有很多的不足，工程師在設(shè)計的過程中有很多設(shè)計要經(jīng)過繁瑣的操作而不是一蹴而就的快捷，這就導致模具設(shè)計的效率不得不有所降低。

4　提高我國手機注塑模設(shè)計開發(fā)效率的探討

隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進步，模具早已經(jīng)是制造業(yè)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(chǎn)設(shè)計效率，誰就能第一時間的占領(lǐng)市場，因此手機模具的設(shè)計速度是所有公司追逐的目標。我國模具技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)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(shè)計的速度也比先進國家也慢了很多。由于模具技術(shù)的落后必將使得手機的生產(chǎn)和上市受到影響，所以我國手機注塑模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是手機模具行業(yè)的當務(wù)之急。注塑模具種類繁多，不同種類的技術(shù)要求也是不一樣的，經(jīng)過調(diào)查總結(jié)，我國注塑模具模未來必將朝著下列方向不斷發(fā)展進步。

（1）手機注塑模模具設(shè)計特點

隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，手機已經(jīng)成為一個快消品。因此其在當今市場更新?lián)Q代的速度非?？欤a(chǎn)品的快速更換對模具行業(yè)的發(fā)展也是一個很大的機遇和挑戰(zhàn)。因此手機注塑模就進入了多品種小批量生產(chǎn)時代，人們要求模具的生產(chǎn)周期越短越好，由此可以看出快速經(jīng)濟模具將有廣闊的發(fā)展前景。

（2）熱流道、氣輔模具技術(shù)的發(fā)展

今天的模具行業(yè)里面采用熱流道技術(shù)無疑是提高塑料制件生產(chǎn)率和質(zhì)量有效途徑，而且相比于傳統(tǒng)模具，熱流道還能大幅度節(jié)約原材料。熱流道技術(shù)在國外的塑料模具中占了50%，有的國家已經(jīng)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(yōu)點，如：注射壓力低，制品翹曲變形小，表面的質(zhì)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(chǎn)品的質(zhì)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(zhì)量的產(chǎn)品。

（3）提高手機注塑模模具設(shè)計的效率方法

隨著社會的發(fā)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(shè)計的周期提高模具設(shè)計的效率是模具企業(yè)必須考慮和解決的問題。

1）提高模具設(shè)計師的工作積極性

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

2）提高模具設(shè)計人員的素質(zhì)

模具企業(yè)應(yīng)該要經(jīng)常給自己的設(shè)計人員進行相關(guān)的技術(shù)培訓，了解國內(nèi)外的最前沿的設(shè)計技術(shù)，緊跟整個模具大行業(yè)的發(fā)展。只有這樣才能使得設(shè)計人員一直都可以保持一種與時俱進的工作態(tài)度，從而有效的提高模具的設(shè)計效率。

3）建立自己公司的標準庫

模具設(shè)計的標準化是提高模具設(shè)計的有效途徑。當前模具設(shè)計的費時間的原因就在于模具設(shè)計的過程中總是重復(fù)一樣的工作。每個公司在進行同類產(chǎn)品的設(shè)計時，其中有很多部分結(jié)構(gòu)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(shè)計。因此必須把同類產(chǎn)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(shù)據(jù)庫。此外，為了更加方便的調(diào)用公司習慣結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該根據(jù)公司總體情況，將相同的結(jié)構(gòu)也進行標準化，建立標準庫。這樣在以后的設(shè)計過程中可以不斷的重復(fù)調(diào)用，從而提高模具設(shè)計的效率。

圖2　斜頂結(jié)構(gòu)

圖3　行位結(jié)構(gòu)

圖4　模架結(jié)構(gòu)

4）針對性進行軟件二次開發(fā)

盡管當前標準化的軟件很多，很多公司都采用了二次開發(fā)的插件幫助提高模具設(shè)計的效率［4］。隨著具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模具設(shè)計制造和管理軟件的研發(fā)、提高及推廣應(yīng)用，模具設(shè)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(chǎn)品進行模具設(shè)計的時候都有自己公司的特點，原有的軟件經(jīng)常不能直接滿足設(shè)計師的要求，這就拖低模具設(shè)計的速度。為此，針對公司自己的產(chǎn)品特點和設(shè)計師的習慣，開發(fā)出一套基于上面設(shè)計軟件平臺的二次開發(fā)程序是快速提高公司模具設(shè)計的效率的方式。這就

包括：（1）三維CAD/CAM軟件開發(fā)與提高，實現(xiàn)自動搜索定位并加載行位，斜頂?shù)裙δ芙Y(jié)構(gòu)的功能；（2）CAE軟件的開發(fā)與提高，提高產(chǎn)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(shè)計效率；（3）模具生產(chǎn)企業(yè)PDM系統(tǒng)研發(fā)；（4）CAD/CAE/CAM無縫集成與一體化及與PDM集成技術(shù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用；（5）模具生產(chǎn)及模具企業(yè)信息化管理技術(shù)及有關(guān)軟件的開發(fā)提高和推廣應(yīng)用［3］。

5　結(jié)論

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

［1］蘇日美.我國注塑模具存在的問題及發(fā)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(fā)展現(xiàn)狀［J］.工程塑料應(yīng)用，2013（7）：110-114.

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

［4］史雙元.基于UG二次開發(fā)的注塑模具標準件庫的研究與開發(fā)［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(chǎn)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(lǐng)域：材料成形UG模具設(shè)計二次開發(fā)。