淺談模具設(shè)計(jì)在制造中的應(yīng)用及趨勢前景

郝建玲 周旭

摘要：近年來，我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當(dāng)快，目前，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中約占30%左右，而在整個(gè)塑料模具市場以注塑模具需求量最大。隨著模具制造行業(yè)的發(fā)展，許多企業(yè)開始追求提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力等目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì); 注塑模具;注塑材料;注塑機(jī);

引言

新興的模具CAD 技術(shù)很大程度上實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的愿望。近年來，CAD 技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍和深入， 大大縮短了模具設(shè)計(jì)周期， 提高了制模質(zhì)量和復(fù)雜模具的制造能力[1]。 打印機(jī)是計(jì)算機(jī)重要的文字、圖形圖象輸出設(shè)備，是中國計(jì)算機(jī)外部設(shè)備市場上最普及、最活躍，也是競爭最為劇烈的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品之一。

一.模具設(shè)計(jì)在制造中的應(yīng)用

近年，由于打印機(jī)在SOHO（小型辦公和家庭辦公）應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大;同時(shí)，打印機(jī)自身也在技術(shù)上的集成化、網(wǎng)絡(luò)化，以及打印速度、質(zhì)量的不斷提高和發(fā)展使其擁有穩(wěn)定增長且又不斷擴(kuò)大的市場。 作為打印機(jī)重要組成部分之一—打印機(jī)殼體，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及質(zhì)量也式非常重要的[2-3]。目前，主要采用注射成型的方法得到打印機(jī)殼體，用這種方法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是：成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對各種塑料的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。

二. 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

經(jīng)過多年努力，我國已發(fā)展成為模具生產(chǎn)和使用大國。目前世界上超過40%的模具產(chǎn)品都是在中國制造，世界幾大頂尖IT、數(shù)碼產(chǎn)品都是由中國代工，在模具制造領(lǐng)域中國的水平已經(jīng)與國際接軌伴隨著制造業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品零件微型化和精密度要求的提高，對模具加工精度的要求也越來越高。有些模具的加工精度要求在1μm以內(nèi)，這就要求發(fā)展超精加工。用于汽車、飛機(jī)、精密機(jī)械的微米級精密加工;用于磁盤、磁鼓制造的亞微米級（0.01μm）精密加工;用于超精密電子器件的毫微米級（0.001μm）精密加工[5]。 模具成型零件日漸大型化和零件的高生產(chǎn)率要求一模多腔，幾噸到幾十噸的模具非常普遍，一模幾百腔，甚至上千腔。因此要求機(jī)床工作臺面能承受大重量，這就要求設(shè)備必須具有大承重和高剛性的特性，還必須有足夠大的臺面尺寸和工作行程與之相適應(yīng)。另外，模具型腔多為復(fù)雜的空間六曲面及溝槽所構(gòu)成，且許多模具具有深孔腔，這就要求機(jī)床具有多軸聯(lián)動(dòng)及良好的深孔腔綜合。

三.國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（一）目前，英，美，德等國及我國一些高等院校和科研院所開發(fā)的模具軟件，具有新一代模具 CAD/CAM 軟件的智能化，集成化，模具可制造性評價(jià)等特點(diǎn) . 新一代模具軟件應(yīng)建立在從模具設(shè)計(jì)實(shí)踐中歸納總結(jié)出的大量知識上.這些知識經(jīng)過了系統(tǒng)化和科學(xué)化 的整理， 以特定的形式存儲在工程知識庫中并能方便地被模具所調(diào)用. 在智能化軟件的支持下， 模具CAD不再是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算方法的模仿，而是在先進(jìn)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下，充分運(yùn)用本領(lǐng)域?qū)＜业呢S富知識 和成功經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)結(jié)果必然具有合理性和先進(jìn)性. 新一代模具軟件以立體的思想，直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，所生成的三維結(jié)構(gòu)信息能方便地用于模具 可制造性評價(jià)和數(shù)控加工，這就要求模具軟件在三維參數(shù)化特征造型，成型過程模擬，數(shù)控加工過程仿 真及信息交流和組織與管理方面達(dá)到相當(dāng)完善的程度并有較高集成化水平.衡量軟件集成化程度的高低， 不僅要看功能模塊是否齊全，而且要看這些功能模塊是否共用同一數(shù)據(jù)模型，是否以統(tǒng)一的方式形成全局動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，以支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及投產(chǎn)的全過程.激光快速成型技術(shù)（RPM）發(fā)展訊速，我國已達(dá)到國際水平，并逐步實(shí)現(xiàn)商品化.世界上已經(jīng)商業(yè)化的 快速成形工藝主要有 SLA（立體光刻），LOM（分層分體制造），SLS（選擇性激光燒結(jié)），3D-P（三維印刷）[6-7]. 清華大學(xué)最先引進(jìn)了美國3D公司的 SLA250（立體光刻或稱光敏樹脂激光固化）設(shè)備與技術(shù)并進(jìn)行開發(fā)研究， 經(jīng)幾年努力， 多次改進(jìn)， 完善， 推出了"M-RPMS-型多功能快速原型制造系統(tǒng)"（擁有分層實(shí)體制造-SSM， 熔融擠壓成型-MEM），這是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界唯一擁有兩種快速成形工藝的系統(tǒng)（國家專利），具有較好的性能價(jià)格比.

（二）無模多點(diǎn)成形技術(shù)是用高度可調(diào)的沖頭群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板材曲面成形的又一先進(jìn)制造技術(shù)，無 模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAT 技術(shù)為主要手段，快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)成形.吉林工大承 擔(dān)了有關(guān)無模成形的國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，已自主設(shè)計(jì)并制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點(diǎn)成形設(shè) 備. 我國這項(xiàng)技術(shù)與美國的麻省理工學(xué)院，日本東京大學(xué)，日本東京工業(yè)大學(xué)相比，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用 方面均處領(lǐng)先地位，目前正向著推廣應(yīng)用方面發(fā)展.

（三）樹脂沖壓模具首次在國產(chǎn)轎車的試制中得到成功應(yīng)用.一汽模具制造有限公司設(shè)計(jì)制造了12套樹脂模具用于全新小紅旗轎車的改型試制，這12套模 具分別是行李箱，發(fā)動(dòng)機(jī)罩，前后左右翼子板等大型復(fù)雜內(nèi)外覆蓋件的拉延模具，其主要特點(diǎn)是模具型 面以 CAD/CAM 加工的主模型為基準(zhǔn)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹脂澆注成形，凸凹模間隙采用進(jìn)口 專用蠟片準(zhǔn)確控制，模具的尺寸精度高，制造周期可縮短二分之一至三分之二，制造費(fèi)用可節(jié)省1000萬元左右（12套模具）.為我國轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了一條新途徑，屬國內(nèi)首創(chuàng).瑞士汽巴精化有關(guān)專家認(rèn)為可達(dá)90年代國際水平. 五，現(xiàn)場化的模具檢測技術(shù) 精密模具的發(fā)展，對測量的要求越來越高. 精密的三坐標(biāo)測量機(jī)，長期以來受環(huán)境的限制，很少在生產(chǎn) 現(xiàn)場使用.新一代三座標(biāo)測量機(jī)基本上都具有溫度補(bǔ)償及采用抗振材料，改善防塵措施，提高環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性，使其能方便地安裝在車間使用，以實(shí)現(xiàn)測量現(xiàn)場化的特點(diǎn)。

四.結(jié)束語

在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM 技術(shù);充分運(yùn)用如autoCAD，機(jī)械制圖[8-9]，機(jī)械原理[10]等知識;并在未來制造中實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化、高效化、精密化以及虛擬技術(shù)將得到發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[10]孫桓，李繼慶.機(jī)械原理教程[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2020.

作者簡介：郝建玲（1983.07.27）女，漢，籍貫：遼寧沈陽，本科學(xué)歷，研究方向--工模具設(shè)計(jì)與制造。