浅谈模具设计在制造中的应用及趋势前景

2021-02-18郝建玲周旭

科学与生活 2021年30期

郝建玲周旭

摘要：近年来，我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右，而在整个塑料模具市场以注塑模具需求量最大。随着模具制造行业的发展，许多企业开始追求提高产品质量及生产效率，缩短设计周期及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力等目标。

关键词：模具设计; 注塑模具;注塑材料;注塑机;

引言

新兴的模具CAD 技术很大程度上实现了企业的愿望。近年来，CAD 技术的应用越来越普遍和深入，大大缩短了模具设计周期，提高了制模质量和复杂模具的制造能力[1]。打印机是计算机重要的文字、图形图象输出设备，是中国计算机外部设备市场上最普及、最活跃，也是竞争最为剧烈的计算机产品之一。

一.模具设计在制造中的应用

近年，由于打印机在SOHO（小型办公和家庭办公）应用领域的不断扩大;同时，打印机自身也在技术上的集成化、网络化，以及打印速度、质量的不断提高和发展使其拥有稳定增长且又不断扩大的市场。作为打印机重要组成部分之一—打印机壳体，它的结构设计及质量也式非常重要的[2-3]。目前，主要采用注射成型的方法得到打印机壳体，用这种方法生产的优点是：成型周期短，能一次成型外形复杂的结构，对各种塑料的适应性强，生产效率高。

二. 国内现状及发展趋势

经過多年努力，我国已发展成为模具生产和使用大国。目前世界上超过40%的模具产品都是在中国制造，世界几大顶尖IT、数码产品都是由中国代工，在模具制造领域中国的水平已经与国际接轨伴随着制造业的发展，产品零件微型化和精密度要求的提高，对模具加工精度的要求也越来越高。有些模具的加工精度要求在1μm以内，这就要求发展超精加工。用于汽车、飞机、精密机械的微米级精密加工;用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级（0.01μm）精密加工;用于超精密电子器件的毫微米级（0.001μm）精密加工[5]。模具成型零件日渐大型化和零件的高生产率要求一模多腔，几吨到几十吨的模具非常普遍，一模几百腔，甚至上千腔。因此要求机床工作台面能承受大重量，这就要求设备必须具有大承重和高刚性的特性，还必须有足够大的台面尺寸和工作行程与之相适应。另外，模具型腔多为复杂的空间六曲面及沟槽所构成，且许多模具具有深孔腔，这就要求机床具有多轴联动及良好的深孔腔综合。

三.国外现状及发展趋势

（一）目前，英，美，德等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具有新一代模具 CAD/CAM 软件的智能化，集成化，模具可制造性评价等特点 . 新一代模具软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上.这些知识经过了系统化和科学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能方便地被模具所调用. 在智能化软件的支持下，模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性. 新一代模具软件以立体的思想，直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型，成型过程模拟，数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度并有较高集成化水平.衡量软件集成化程度的高低，不仅要看功能模块是否齐全，而且要看这些功能模块是否共用同一数据模型，是否以统一的方式形成全局动态数据库，实现信息的综合管理与共享，以支持模具设计、制造、装配、检验、测试及投产的全过程.激光快速成型技术（RPM）发展讯速，我国已达到国际水平，并逐步实现商品化.世界上已经商业化的快速成形工艺主要有 SLA（立体光刻），LOM（分层分体制造），SLS（选择性激光烧结），3D-P（三维印刷）[6-7]. 清华大学最先引进了美国3D公司的 SLA250（立体光刻或称光敏树脂激光固化）设备与技术并进行开发研究，经几年努力，多次改进，完善，推出了"M-RPMS-型多功能快速原型制造系统"（拥有分层实体制造-SSM，熔融挤压成型-MEM），这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种快速成形工艺的系统（国家专利），具有较好的性能价格比.

（二）无模多点成形技术是用高度可调的冲头群体代替传统模具进行板材曲面成形的又一先进制造技术，无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAT 技术为主要手段，快速经济地实现三维曲面的自动成形.吉林工大承担了有关无模成形的国家重点科技攻关项目，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备. 我国这项技术与美国的麻省理工学院，日本东京大学，日本东京工业大学相比，在理论研究和实际应用方面均处领先地位，目前正向着推广应用方面发展.

（三）树脂冲压模具首次在国产轿车的试制中得到成功应用.一汽模具制造有限公司设计制造了12套树脂模具用于全新小红旗轿车的改型试制，这12套模具分别是行李箱，发动机罩，前后左右翼子板等大型复杂内外覆盖件的拉延模具，其主要特点是模具型面以 CAD/CAM 加工的主模型为基准，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形，凸凹模间隙采用进口专用蜡片准确控制，模具的尺寸精度高，制造周期可缩短二分之一至三分之二，制造费用可节省1000万元左右（12套模具）.为我国轿车试制和小批量生产开辟了一条新途径，属国内首创.瑞士汽巴精化有关专家认为可达90年代国际水平. 五，现场化的模具检测技术精密模具的发展，对测量的要求越来越高. 精密的三坐标测量机，长期以来受环境的限制，很少在生产现场使用.新一代三座标测量机基本上都具有温度补偿及采用抗振材料，改善防尘措施，提高环境适应性和使用可靠性，使其能方便地安装在车间使用，以实现测量现场化的特点。

四.结束语

在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM 技术;充分运用如autoCAD，机械制图[8-9]，机械原理[10]等知识;并在未来制造中实现模块化、集成化、高效化、精密化以及虚拟技术将得到发展。

参考文献

[1]詹友刚.Pro/ENGINEER 野火版3.0 机械设计教程[M].机械工业出版社，2020.

[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].化学工业出版社，2020.

[3]钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版装配设计与产品实例[M].机械工业出版社，2020.

[4]江南，易宏，甑亮等.管壳式换热器壳程强化传热研究进展[J].安徽工业，2020.

[5]匡国忠.化工机器与设备[M].北京：化学工业出版社，2018.

[6]谭雪松，朱金波，朱新涛.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版典型实例[M].人民邮电出版社，2020.

[7]郭年祥.化工过程及设备[M].冶金工业出版社，2018.

[8]王先逵.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，2020.

[9]傅水根.机械制造工艺基础[M].清华大学出版社，2020.