模具制造 - 行业百科 - 生意经

　　模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。现代模具制造技术正朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。具体表现在模具的CAD/CAM技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的CIMS技术，已在开发的模具DNM技术以及数控技术等先进制造技术方面。

　　模具的生产过程和其它工业产品的生产过程一样，都是指由原材料开始，经过加工转变为成品的全部过程。[1]

　　现代工业产品的生产过程系统包括：生产技术准备过程、基本生产过程、辅助生产过程和生产服务过程。以上这些过程又具体体现在：技术准备工作；生产准备工作；原材料的采购、运输、保管；毛坯的再加工和改制；产品零、组件的加工和检验；产品的装配、调试、检验；产品的装饰、包装、运输等工作。

　　现代工业产品的生产过程也是企业的人力、物力、财力、信息的转化过程。任何一个产品的形成，都是许多企业共同劳动的成果。在今天，随着生产组织的专业化和产品的标准化程度的提高，各个企业间互相协作和共同依存的关系比以往都显得突出和重要。同样，在一个企业内部也是如此，某一车间生产的“成品”往往是其它车间组织生产的“原材料”。

　　在非模具专业生产企业中产品专业厂、，模具作为工艺装备的一部分，在基本产品生产系统中属于辅助生产过程，是保证基本产品生产不可缺少的组成部分。在模具专业生产企业中，模具做为企业的基本产品，其生产过程始终贯穿于企业的全部生产过程之中。

　　模具的种类很多，每种模具的结构、要求和用途不同，它们都有特定的生产过程。但是，同属模具类，它们的生产过程又都具有共性的特点。因此，模具的生产过程可以划分为五个主要阶段：生产技术准备，材料的准备，模具零、组件的加工，装配调试和试用鉴定。

　　在上述生产过程中，生产技术准备阶段是整个生产的基础，对于模具的质量、成本、进度和管理都有重大的影响。生产技术准备阶段的工作内容包括模具图样的设计，工艺技术文件的编制，材料定额和加工工时定额的制定，模具成本的估价等。

　　在模具加工过程中，毛坯、万博max体育零件和组件的质量保证和检验是必不可少的环节，在模具生产中通过“三检制”的实施保证合格制件在生产线上流转。在模具加工过程中，相关工序和车间之间的转接是生产连续进行所必要的，在转接中间和加工不均衡所造成的等待和停歇是模具生产中的突出问题，做为模具生产组织者应该将这部分时间降低到最小程度。

　　1、编制工艺文件。模具工艺文件主要包括模具零件加工工艺规程、模具装配工艺要点或工艺规程、原材料清单、外购件清单和外协件清单等。模具工艺技术人员应该在充分理解模具结构、工作原理和要求的情况下，结合本企业冷、热加工设备条件，企业生产和技术状态等条件编制模具零件和装配的工艺文件。

　　2、二类工具的设计和工艺编制。二类工具二级工具、是指加工和装配模具中所用的各种专用工具。这些专用的二类工具一般都由模具工艺技术人员负责设计和工艺编制特殊的部分由专门技术人员完成、。二类工具的质量和效率对模具质量和生产进度起着重要的作用。在客观条件允许下可以利用通用工具改制，注意应该将二类工具的数量和成本降低到客观允许的最小程度。经常设计的二类工具有非标准的铰刀和铣刀、各型面检验样板、非标准量规、仿形加工用靠模及电火花成形加工电极、型面检验放大图等。

　　3、处理加工现场技术问题。解决在模具零件加工和装配过程中出现的技术、质量和生产管理问题是模具工艺技术人员的经常性工作之一，如解释工艺文件和进行技术指导，调整加工方案和方法。

　　4、参加试模和鉴定工作。各种模具在装配之后的试冲和试压是模具生产的重要环节，模具工艺技术人员和其它有关人员通过试冲和试压，分析技术问题和提出解决方案，并对模具的最终技术质量状态做出正确的结论。

　　具装配工艺规程的编制，对于一般模具只需编制装配要点，而模具的具体装配程序可由模具装配钳工自行掌握，只有对大型复杂模具，才编制较详细的装配工艺规程。

　　1、模具工艺性分析。在充分理解模具结构、用途、工作原理和技术要求下分析各种零件在模具中的作用和技术要求，分析模具材料、零件形状、尺寸和精度要求等工艺性是否合理，找出加工的技术难点，提出合理加工方案和技术保证措施。

　　2、确定毛坯形式。根据零件的材料类别、零件的作用和要求等确定哪些零件分属于自制件、外购件和外协件，分别填写外购件清单和外协件清单。对于自制件应确定毛坯形式，如原型材、铸造件、锻造件、焊接件和半成品件等，并填写毛坯备料清单。

　　3、二类工具的设计和工艺编制。专用二类工具的设计原则应该符合模具生产的特点。

　　4、工艺规程内容的填写。模具工艺规程内容的填写，应该文字简捷、明确、符合工厂用语。对于重要关键工序的技术要求和保证措施、检验方法做出必要的说明，根据需要画出工序加工简图。

　　1、属于单件、多品种生产。模具是高寿命专用工艺装备，每副模具只能生产某一特定形状、尺寸和精度的制件，这就决定了模具生产属于单件、多品种生产规程的性质。

　　2、客观要求模具生产周期短。当前由于新产品更新换代的加快和市场的竞争，客观上要求模具生产周期越来越短。模具的生产管理、设计和工艺工作都应该适应客观要求。

　　3、模具生产的成套性。当某个制件需要多副模具来加工时，各副模具之间往往互相牵连和影响，只有最终制件合格，这一系列模具才算合格。因此，在生产和计划安排上必须充分考虑这一特点。

　　4、试模和试修。由于模具生产的上述特点和模具设计的经验性，模具在装配后必须通过试冲或试压，最后确定是否合格；同时，有些部位需要试修才能最后确定。因此，在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。

　　5、模具加工向机械化、精密化和自动化方向发展。目前产品零件对模具精度的要求越来越高，高精度、高寿命、高效率的模具越来越多。而加工精度主要取决于加工机床精度、加工工艺条件、测量手段和方法。目前，精密成型磨床、CNC高精度平面磨床、精密数控电火花线切割机床、高精度连续轨迹坐标磨床以及三坐标测量机的使用越来越普遍，使模具加工向高技术密集型发展。

　　1、模具加工时尽量采用万能通用机床、通用刀量具和仪器，尽可能减少专用二类工具的数量。

　　2、在模具设计和制造时较多采用“实配法”、“同镗法”等，使得模具零件的互换性降低，这是保证加工精度、减小加工难度的有效措施。随着加工技术手段的提高，互换性程度将会提高。

　　3、在制造工序安排上，工序应相对集中，以保证模具加工质量和进度，简化管理和减少工序周转时间。

　　机械产品的精度包括：尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。机械产品在工作状态和非工作状态的精度不同，又分为动态精度和静态精度模具的精度主要体现在模具工作零件的精度和相关部位的配合精度。模具工作部位的精度高于产品制件的精度。冲裁模刃口尺寸的精度要高于产品制件的精度。冲裁凸模和凹模间冲裁间隙的数值大小和均匀一致性也是主要精度参数之一。平时测量出的精度都是非工作状态下进行的如冲裁间隙、，即静态精度。而在工作状态时，受到工作条件的影响，其静态精度数值都发生了变化，这时称为动态精度，这种动态冲裁间隙才是真正有实际意义的。一般模具的精度也应与产品制件的精度相协调，同时也受模具加工技术手段的制约。随着模具加工技术手段的提高，模具精度会有大的提高，模具工作零件的互换性生产将成为现实。

　　1、产品制件精度。产品制件的精度越高，模具工作零件的精度就越高。模具精度的高低不仅对产品制件的精度有直接影响，而且对模具的生产周期、生产成本都有很大的影响。

　　2、模具加工技术手段的水平。模具加工设备的加工精度和设备的自动化程度是保证模具精度的基本条件。今后，模具精度更大地依赖模具加工技术手段的高低。

　　3、模具装配钳工的技术水平。模具的最终精度很大程度依赖装配调试来完成，模具光整表面的表面粗糙度数值主要依赖模具钳工来完成，因此，模具钳工技术水平是影响模具精度的重要因素。

　　4、模具制造的生产方式和管理水平。模具工作刃口尺寸在模具设计和生产时，是采用“实配法”还是“分别制造法”，是影响模具精度的重要方面。对于高精度模具，只有采用“分别制造法”才能满足高精度的要求和实现互换性生产。

　　对于高速冲压模、大型件冲压成型模、精密塑料模和大型塑料模，不仅要求精度高，还应有良好的刚度。这类模具工作负荷较大，当出现较大的弹性变形时，不仅要影响模具的动态精度，而且关系到模具能否继续正常工作。因此在模具设计中，在满足强度要求时，对于模具生产成本也应得到保证，同时在制造时也要避免由于加工不当造成的附加变形。

　　1、模具结构的复杂程度和模具功能的高低。现代科学技术的发展使得模具向高精度和多功能自动化方向发展，相应使模具生产成本提高。

　　2、模具精度和刚度的高低。模具的精度和刚度越高，模具生产成本也越高。模具精度和刚度应该与客观需要的产品制件的要求、生产批量的要求相适应。

　　3、模具材料的选择。模具费用中，材料费在模具生产成本中约占25％～30％，特别是因模具工作零件材料类别的不同，相差较大。所以，应该正确选择模具材料，使模具工作零件的材料类别首先应该和要求的模具寿命相协调，同时应采取各种措施充分发挥材料的效能

　　4、模具加工设备。模具加工设备向高效、高精度、高自动化、多功能发展，这使模具成本相应提高。但是，这些是维持和发展模具生产所必需的，应该充分发挥这些设备的效能，提高设备的使用效率。

　　5、模具的标准化程度和企业生产的专门化程度。这些都是制约模具成本和生产周期的重要因素，应通过模具工业体系的改革，有计划、有步骤地解决。

　　一般，外形表面是模具零件的外沿表面，这些外沿表面多为由平面组成的矩形体或由圆柱面、圆锥面组成的旋转体，有时也包含二维曲面和三维曲面。

　　成形表面是指在模具中直接决定产品零件形状、尺寸、精度的表面及与这些表面协调的相关表面。例如冲裁模中的凹模、凸模工作表面及与工作表面协调相关的卸料板、固定板等型孔表面。图7-3所示的弯曲模凸模的成型表面就是指由R4.8、R7.8、86°、33°等尺寸构成的二维曲面。

　　一般，成形表面的形状比较复杂、尺寸精度较高和表面粗糙度数值较小，而且多有热处理要求，各相关零件的成形表面的一致性和协调性都有比较严格的要求。成形表面的加工是模具工艺工作的重点和难点之一。

　　结构表面是指在模具中起定位、导向、定距、限位、联接、驱动等作用的表面。图7-3所示的弯曲模凸模的两个的圆柱销孔等表面就属于结构表面，它是和模柄相连的定位和固定表面。

　　结构表面在模具中，对于保证各个零件间的相关尺寸和位置精度，对于联接和相互运动的可靠性起着十分重要的作用。结构表面的形状是各种各样的，而且不同零件的材料及热处理要求也不相同。在工艺安排中，要根据各个零件结构表面的作用及与其它相关零件的关系区别对待。

　　各种模具零件的加工都从外形表面加工开始，并为成形表面和结构表面的后续加工奠定基础。在模具零件的毛坯设计和加工中，应使外形表面的加工余量适当，避免材料浪费和减少后续加工工作量。对于锻件和铸件毛坯，在毛坯加工阶段应进行必要的退火和时效热处理，以减小材料内应力和为后续加工做好金相组织准备。

　　在模具零件的外形表面中，有的表面是后续加工的划线面和划线、尺寸加工的基准面，有的是零件间相联的接合面、模具的分型面、模具和机床联接的安装面。对于将作为划线面、基准面、接合面、分型面、安装面的平面外形表面，表面粗糙度Ra≤0.8μm，其余平面外形表面Ra＝6.3μm即可。平面外形表面的形位精度要求有平面的平面度和平面间的平行度和垂直度要求。这些形位精度要求，有的是在模具设计中已经规定和要求的，有的是由于零件加工工艺的需要，必须在加工中保证的。

　　平面外形表面的加工可以在牛头刨床、立铣床、龙门刨床上进行刨削和铣削加工，以去除毛坯上的大部分加工余量。从生产效率上考虑，大型平面多采用龙门刨床刨削加工；中型平面多采用牛头刨床刨削加工；中、小型平面多采用立铣床铣削加工。通过上述加工可得到平面外形表面的基本形状和尺寸，但是平面的表面比较粗糙，平行度和垂直度都比较低，再通过后续工序的平面磨削来达到规定的尺寸和表面粗糙度、平行度、垂直度要求。对于相邻表面的垂直度要求，一般在平面磨床上利用专用夹具定位夹紧后磨削，以保证垂直度要求，精度检查可以通过直角尺来测量。对于外形表面为矩形和方形的复杂形面的镶块和拼块，一般应进行六个平面的平面磨削，并达到平行度和垂直度要求，以保证后续划线、加工、测量的需要。

　　对于外圆柱体或圆锥体的外形表面，在车床上进行车削加工，一般通过一次装卡，在车削外旋转表面的同时车削端面，并可以在中心部位进行钻孔、铰孔、镗孔，以保证各相关表面的同轴度、垂直度等要求。对于尺寸和质量较大的零件，多采用在立式车床上加工，这样既便于找正和装卡，又易于保证加工精度；对于中、小型零件多采用普通车床进行加工；对于细长轴类零件，由于刚度较差，应该采取两端装卡和支承的办法来进行车削；对于母线为曲线的旋转体零件，多采用数控车床来加工，用型面样板进行检查。

　　4、按曲面的可变坐标点数量不同，又分成二维曲面平面曲面、和三维曲面立体曲面。

　　1、依靠机械力切削加工的金属切削加工方法是最古老、应用最广泛的加工方法，也是模具零件加工的基本方法。

　　2、利用电能、热能、光能、化学能做动力的特种加工方法，是一种新型的、有极大发展前途的加工方法，它在模具零件加工中所占地位越来越重要。

　　3、最后是采用精密铸造、挤压成形、超塑成形方法的专门加工，它在某种特定条件下显示了独特的优越性。

　　成形表面不仅尺寸精度要求高，而且表面粗糙度要求也很高。因此，成形表面的加工又分成两大步骤：

　　1、尺寸加工，通过各种不同的方法达到设计图样所要求的尺寸精度和位置精度。

　　2、通过研磨和抛光的光整加工，使成形表面达到设计图样所要求的表面粗糙度和形状精度，这对于成形表面尤为重要。

　　模具零件的结构表面，由于它们的作用不同，因此形状也都各异，但是多数为简单的几何形状。从加工方法看，采用一般的金属切削加工方法都能实现。结构表面中除平面、斜面、圆柱面、圆锥面以外，还有不同截面形状的通槽、半通槽、不同形状的台阶孔，这些多在工具铣床上进行加工。

　　对于大、中型平板类零件，中间部位有较大通孔时，划线后在立铣床上用立铣刀铣削加工，四壁之间以圆弧相联，圆弧尺寸取决于立铣刀直径。当在插床上插削中间较大的通孔时，应事先做好预孔，插削后四壁之间呈直角联接。对于台阶形的方孔和异形孔以及方形和异形盲孔，必须在立铣床上或工具铣床上用立铣刀铣削加工，使型孔各垂直平面以圆弧面相。

　　3、对于小型模具应放在架上保管，大、中型模具应放在架底层或进口处，底面应垫以枕木并垫平。

　　4、模具存放前，应擦拭干净，并在导柱顶端的贮油孔中注入润滑油后盖上纸片，以防灰尘及杂物落入导套内影响导向精度。

　　5、在凸模与凹模刃口及型腔处、导套导柱接触面上涂以防锈油，以防长期存放后生锈。

　　6、模具在存放时，应在上、下模之间垫以限位木块特别是大、中型模具、，以避免卸料装置长期受压而失效。

　　8、对于长期不使用的模具，应经常检查其保存完好程度，若发现锈斑或灰尘应及时处理。

　　中国模具制造程度已有较大进步。我国塑料模具增长迅速，比重不断提高。近年来，我国塑料模具发展迅速。

　　据前瞻网《2014-2018年中国模具制造行业产销需求预测与转型升级分析报告》调查数据显示，目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%，在模具进出口中的比重高达50～70%。随着中国机械、汽车、家电、电子信息和2006、2008年同期塑料橡胶模具在模具进出口中所占的比重。

　　据了解，制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具仅约50%能够满足。而塑料建材大量替代传统材料也成为所趋，预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%～50%，塑料排水管市场占有率将超过50%，这些都会大大增加对模具的需求。据专家预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。

　　模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。,因此，选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。在模具材料方面新型冷作模具钢有65Nb、O12A1、CG-2等；模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要发展趋势。

　　在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术、镜面抛光的模具表面工程技术也受到广泛的关注。冶炼时要求采用真空脱气、氩气保护铸锭、垂直连铸连轧、柔锻等一系列先进工艺，使镜面模具钢具内部缺陷少、杂质粒度细、弥散程度高、金属晶粒度细、均匀度好等一系列优点，以达到抛光至镜面的模具钢的要求。

　　当代模具的设计与制造广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序、模具拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。模具设计与加工方法的发展主要有以下几方面：

　　模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。集成化软件较高的软件还包括：UG、CATIA和Pro/E等。而新一代模具CAD/CAM软件技术，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。

　　该技术是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出特点就是能直接根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，而不需要任何工装夹具，而迭加形成三维实体。RPM技术与RMT技术的结合，将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。RPM技术与陶瓷型精密铸造相结合。为模具型腔精铸成型提供了新途径。应用RPM/RMT技术从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因而具有广阔的发展前景。

　　高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的5~10倍）及可加工硬质材料（＜60HRC）等诸多优点，高速铣削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。因而在模具加工中日益受到重视。

　　专业化生产是现代工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生产已达75%以上。。这种专业化小模具厂易于管理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。标准化是实现模具专业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。