浅谈机械制造模具成型设计

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摘要：随着科技水平的不断提高，机械设计和制造领域得到较大发展，而现代机械制造过程中，模具成型是关键技术之一，其可有效保障模具在机械设计和制造领域的实际应用。随着模具成型技术的不断发展，机械制造模具成型设计的发展方向是大型化、精度高、环保以及技术含量高。本文主要阐述了模具设计与制造的研究现状，并对机械制造模具成型设计进行分析，以期为模具成型在机械制造的大规模应用提供一定的参考意见。

关键词：机械制造；模具成型；设计

中图分类号：TG386 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）009-000-02

目前我国制造行业中，机械模具的实际应用可有效的提高生产效率，因此其已成为现阶段制造业的研究热点，其中模具成型阶段的模具设计对整个机械制造效率影响较大，所以模具设计需参考相关国家标准和国外先进技术水平。同时我国的机械制造模具设计采用的技术种类繁多并各具优缺点，可用于不同用途的机械制造。因此对我国机械制造模具成型设计进行研究分析具有重要意义。

一、模具设计与制造的研究现状

目前我国的模具设计与制造领域还处于向世界先进水平的学习阶段，自主创新程度不足。与国际先进水平相比，我国整体模具工业水平差距较大，尤其模具加工在线测量和质量管理差距超过15年，具体为模具使用寿命低以及生产周期长，特别是一些精度要求高的模具，其寿命不到国外先进水平的40%[1]。而目前我国模具设计发展较快，不仅模具的设计水平较高，同时模具设计总量已达到一定规模。与一些发达国家的模具设计相比，我国模具的设计水平还具有较大的发展空间。特别是大型、精密的模具的实际设计应用比例较低，不到其他发达国家的50%，这主要是由于我国制造行业的研发能力、精密加工设备、人员专业素质和创新意识的不足造成的。这也使得我国的模具设计和制造领域差异性发展，中低档模具出现供过于求的现象，而大型、精密的高技术模具则主要依靠进口。因此我国的模具设计和制造领域的发展必须依靠模具成型技术、设备加工精度和产品质量的不断提高。

二、机械制造模具成型设计

机械制造模具成型设计是机械加工业的重要技术环节之一，其设计的好坏直接关系到模具成型质量，因此应该进行严格的设计研究和分析。设计人员接受模具成型设计任务书后，应对设计图纸和模具的原材料进行严格检查，需对这些材料标注具体性质信息。同时也需对机械制造模具的技术要求进行仔细的技术分析，使得生产出的模具的相关参数符合设计要求，进而保证利用模具生产产品可达到企业加工和设计要求。还需对模具尺寸进行精细计算，确保加工零件的尺寸和技术参数满足模具成型设计任务书的具体要求。对于机械制造模具成型设计步骤，本文以注射模具设计为例进行具体说明。

1.模具成型设计考虑的问题

注射模具设计是机械制造领域中比重较大的一类模具成型设计，其具体设计应考虑：首先是塑料材质选择，其是否符合设计任务书的要求以及冷却过程的收及补问题。其次是模具浇口和分型面的具体类型和参数，同时也需考虑模具制造过程的冷却或加热对模具的性能影响。最后是根据模具尺寸合理选用注射机，注射机选型应考虑注射机的最大注射量、锁模力以及模具尺寸等参数，保证模具结构和零件形状简单实用，整个模具的精度、表面粗糙度和刚度符合设计任务书的要求，便于模具制造和加工[2]。

2.模具成型的设计步骤

（1）塑件分析

塑件分析的两个重要考虑因素是塑件设计要求和塑件生产批量。确定塑件设计要求时，应根据塑件制品零件图、成型工艺的实用性和经济性进行设计，要明确塑件性质、形状要求、尺寸精度和表面粗糙度等相关技术参数，如塑件的相关技术参数需变动时，应与产品设计人员进行商讨变动可能性。塑件生产批量对塑件生产成本影响较大，对其进行分析时，首先应明确塑件的生产批量，根据其选择合适的模具，如生产批量较小，可考虑使用简单模具，降低生产成本。而生产批量较大时，在保证塑件质量的前提下，尽量缩短生产周期，提高生产效率，可考虑使用一模多腔或高速自动化生产模式，同时也应严格要求模具推出或脱模机构的控制使用。除了上述两种重要考虑因素外，塑件分析过程应计算塑件的体积、质量和模具型腔数量，为接下来的注塑机选用做好前期准备工作。

（2）注塑机选用

根据塑件分析对塑件的体积和质量计算确定模具的结构，再进行注塑机型号的选用，明确其与模具设计相关的技术参数。这些技术参数主要包括注塑机最大注塑量，注塑压力大小，安装螺孔位置，注塑机模板面积、定位圈和喷嘴等相关构件尺寸，进而保证注塑机型号可以满足实际模具设计需求。

（3）模具成型设计计算项目

完成注塑机型号的选用后，可进行模具设计计算项目，明确具体技术参数，如凹凸模尺寸计算，型腔壁厚和底板厚度的确定，以及模具加热、冷却系统的选型和设计。

（4）模具成型结构设计

模具成型结构设计应主要明确以下相关参数，首先是塑件成型位置以及各分型面的实际应用。其次是模具型腔数量、型腔排列的选择。再次是模具相关零件、顶出机构以及排气方式等相关设计。最后是根据模具总体尺寸选择适当的模架，目前模架型号已标准化制造，可根据实际要求直接购买。通过上述参数的确定，进而绘制完成的模具成型结构图。

（5）模具成型相关图纸绘制

模具成型相关图纸绘制主要包括绘制模具总装图和零件工作图，其绘制过程应严格参照机械制图国家标准和相应的行业规范，其绘制原则与常规机械图画法基本一致，需明确模具成型的形状和浇口位置。同时制模具总装图的俯视图中，可去除定模部分，只保留相应动模部分。模具总装图应包括模具外形尺寸，装配尺寸、极限尺寸以及技术条件等，并编写相应的零件明细表。

3.机械制造模具成型设计的相关技术

（1）计算机CAD/CAM辅助设计软件

机械设计和辅助加工制造技术的大量应用，有效提高机械设计制造的研发效率，促进现代制造业的研究开发工作，我国模具成型设计发展得益于计算机CAD/CAM辅助设计的发展应用。该技术可通过计算机进行模具成型模拟设计，进而有效提高设计效率。同时该技术可以与数字、数控等技术联用，既可进行开发设计过程中各种信息的定量表达、存储和控制，实现模具成型设计全局优化运算，也可通过数字建模和仿真模拟和动态分析优化设计思路和要求，同时其可有效降低模具成型设计和改造成本，缩短模具成型设计时间，提高模具成型设计效率。目前计算机CAD/CAM辅助设计软件的开发利用，实现模具软件应用的集成化、网格化发展。如Power Solution CAD/CAM集成化系统，其可完成几何建模、工业设计和制图、仿真分析、数控编程、测量分析等多种功能设计，同时该系统的各功能模块相对独立，也可使用数据接口与其他系统联用运行，体现该系统的开放性和兼容性。

（2）模具成型三维化设计软件

传统的模具成设计是二维设计过程，其已不适应现代制造行业的发展要求。而采用模具成型三维化设计软件可以立体直观的设计模具，设计出的三维数字化模型便于产品结构的CAE分析、模具性能评估以及加工成型过程模拟。如Pro / E和CATIA等软件的使用，可进行模具并行工程设计。专业3D注塑模设计软件，可实现3D型腔、型芯结构、模架配置及结构设计优化。如Moldflow Advisers三维真实感流动模拟软件、3D Quickfill、HSC 3D4.5F、Z-mold等软件实际设计应用效果良好。

（3）模具成型设计相关的制造技术

机械制造模具成型设计过程中，对模具的加工精度和强度有严格的技术要求，而常规的模具设计制造技术满足不了这些要求，使得模具成型设计的实用性降低，同时也浪费相应的设计成本，因此需要采用先进制造技术满足技术要求。目前可采用的先进制造技术主要包括以下3种：首先是电火花加工技术，该技术是利用火花放电产生的瞬间高温蚀去金属进行模具的加工成型。该技术分为电火花穿孔成型加工和电火花线切割加工两种，电火花穿孔成型应用在型腔加工环节，而电火花线切割加工主要用于注射模、压铸模和热锻模等模具型腔成型作业[3]。其次是高速切削加工技术，该技术主要利用高速切削对高硬度、耐磨损模具材料进行加工处理。与传统模具设计与制造相比，高速切削加工技术可有效提高模具加工效率，保障模具制造质量。最后是快速模具制造技术，该技术是快速成型技术（RPM）与常规模具制造技术的有效结合，其可以大量缩短模具设计开发时间，有效提高生产效率，节约生产成本，已成为模具设计与制造的重要技术方法。其主要包括基于RPM原型的精密铸造模具、喷涂法、熔模铸造以及直接制造金属模具等具体技术方法。

三、结语

通过本文对模具设计与制造的研究现状以及机械制造模具成型设计的阐述分析来看，与国际先进水平相比，我国机械制造模具成型设计水平差距较大，需增加模具成型设计与制造领域的研究力度，采用新设计软件和先进模具制造技术，确保机械制造模具设计和制造向大型化、高精度、环保以及技术含量高的方向发展。

参考文献：

[1]佛德红.关于模具制造技术的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（19）.

[2]杨汉嵩，张占领，牛瑞利.利用Pro/E和智能专家系统的壳体零件注塑模设计[J].现代制造工程，2012（6）.

[3]张文秀.关于电火花成型机床加工技术的思考[J].山西煤炭管理干部学院学报，2012（1）.