关于模具设计制造过程中的若干问题探讨

苏春会

【摘 要】通过模具进行产品设计与制造是现代制造业的重要生产技术之一，随着科技的更新进步，我国目前的模具设计制造技术已经达到了一定的水平，对我国产品制造有着深远影响。但是其设计制造过程中依然存在很多问题，需要加以完善。本文针对当前模具设计制造情况，分析了目前模具设计过程中存在的缺陷，并提出了解决策略。

【关键词】模具设计；生产制造；产品设计；问题探讨

我国是一个生产制造大国，中国制造在国际市场中已经开始占有一定的份额，这种市场占有额随着我国生产技术的不断更新进步逐渐得以扩大，并且慢慢的获得市场的认可。通过模具进行产品设计与制造是现代制造业的重要生产技术之一，我国目前的模具设计制造技术已经达到了一定的水平，模具生产技术水平高低已经成为衡量一个国家生产制造水平的重要标志。与传统的模具设计相比，现代模具设计凝聚了各类高技术，通过智能数控生产制造，能快速精密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品， 其效率、精度、流线、超微型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，大大的提高了生产效率与产品的质量，都是传统工艺所无法比拟的。展望21世纪，无论电子、生物、材料、汽车、家电等哪个行业，不装备由计算机、模具和加工中心砌成的生产线，都不可能在制造业中担纲支柱产业。模具是现代制造技术的重要装备，其水平标志着一个国家或企业的制造水平和生产能力。今后一段时期内，我国五大支柱产业的产品质量、批量化成本和包括产业更新在内的技术进步的关键是模具。现在全球模具总产值早已超过传统机械工业，并且随着科技和新设备的投入使用，模具设计制造慢慢的取代了传统的机械生产模式。提高现代模具设计生产水平是我国制造业一大重要任务，对我国国民经济的可持续发展和中国制造水平的提高有着十分重要的意义。

1.模具的模块化设计分析

缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性，而实现产品的标准化与组合化。大量实践表明，模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。因此本文探索在模具设计中运用模块化设计方法。模具模块化设计的实施。

1.1建立模块库

模块库的建立有三个步骤： 模块划分、构造特征模型和用户自定义特征的生成。标准零件是模块的特例，存在于模块库中。标准零件的定义只需进行后两步骤。模块划分是模块化设计的第一步。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本。每一类产品的模块划分都必须经过技术调研并反复论证才能得出划分结果。对于模具而言，功能模块与结构模块是互相包容的。结构模块的在局部范围内可有较大的结构变化，因而它可以包含功能模块；而功能模块的局部结构可能较固定，因而它可以包含结构模块。模块设计完成后，在Pro/E 的零件/ 装配（Part/Assembly）空间中手工建构所需模块的特征模型， 运用Pro/E 的用户自定义特征功能，定义模块的两项可变参数：可变尺寸与装配关系，形成用户自定义特征（User-DefinedFeatures，UDFs）。生成用户自定义特征文件（以gph 为后缀的文件）后按分组技术取名存储， 即完成模块库的建立。

1.2模块库管理系统开发

系统通过两次推理，结构选择推理与模块的自动建模， 实现模块的确定。第一次推理得到模块的大致结构，第二次推理最终确定模块的所有参数。通过这种途径实现模块“可塑性”目标。在结构选择推理中， 系统接受用户输入的模块名称、功能参数和结构参数，进行推理，在模块库中求得适用模块的名称。如果不满意该结果，用户可指定模块名称。在这一步所得到的模块仍是不确定的，它缺少尺寸参数、精度、材料特征及装配关系的定义。在自动建模推理中，系统利用输入的尺寸参数、精度特征、材料特征与装配关系定义，驱动用户自定义特征模型，动态地、自动地将模块特征模型构造出来并自动装配。自动建模函数运用C语言与Pro/E 的二次开发工具Pro/TOOLKIT开发而成。通过模块的调用可迅速完成模具设计。应用此系统后模具设计周期明显缩短。由于在模块设计时认真考虑了模块的质量，因而对模具的质量起基础保证作用。模块库中存放的是相互独立的UDFs文件，因此本系统具有可扩充性。

2.现阶段我国模具制造过程中存在的缺陷及防止措施

2.1锻造加工

由于市场的需要，高碳、高合金钢等生产材料被广泛用于制造模具。但这类钢不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均匀、组织不均匀等缺陷。选用高碳、高合金钢制造模具，必须采用合理的锻造工艺来成形模块毛坯，这样一方面可使钢材达到模块毛坯的尺寸和规格， 一方面可改善钢的组织和性能。另外高碳、高合金的模具钢导热性较差，加热速度不能太快，且加热要均匀，在锻造温度范围内，应采用合理的锻造比。

2.2切削加工

模具的切削加工应严格保证尺寸过渡处的圆角半径，圆弧与直线相接处应光滑。如果模具的切削加工质量较差，就可能在以下3 个方面造成模具损：（1）由于切削加工不恰当，造成的尖锐转角或圆角半径过小，会导致模具在工作时产生严重的应力集中。（2）切削加工后的表面太粗糙，就有可能存在刀痕、裂口、切口等缺陷，它们既是应力集中点，又是裂纹、疲劳裂纹或热疲劳裂纹的萌生地。（3）切削加工没能完全、均匀地切除模具毛坯在轧制或锻造时产生的脱碳层，就可能在模具热处理时产生不均匀的硬化层， 导致耐磨性下降。

2.3磨削加工

模具在淬火、回火后一般要进行磨削加工， 以降低表面粗糙度值。由于磨削速度过大、砂轮粒度过细或冷却条件较差等因素的影响，引起的模具表层局部过热，造成局部显微组织变化，或引起表面软化、硬度降低，或产生较高的残余拉应力等现象，都会降低模具的使用寿命选择适当的磨削工艺参数减少局部发热，磨削后在可能的条件下进行去应力处理， 就可有效地防止磨削裂纹的产生。防止磨削过热和磨削裂纹的措施较多，例如：采用切削力强的粗颗粒砂轮或粘结性较差的砂轮；减少模具的磨削进给量；选用合适的冷却剂；磨削加工后250～300 ℃的回火消除磨削应力等。

2.4电火花加工

应用电火花工艺加工模具时，放电区的电流密度很大，产生大量的热，模具被加工区域的温度高达10000℃左右，由于温度高，热影响区的金相组织必将发生变化，模具层由于高温而发生熔化，然后急冷，很快凝固，形成再凝固层。在显微镜下可看到， 再凝固层呈白亮色，内部有较多显微裂纹。为了延长模具寿命可以采用以下措施：调整电火花加工参数用电解法或机械研磨法研磨电火花加工后的表面，除去异常层中的白亮层，尤其是要除去显微裂纹；在电火花加工后安排一次低温回火，使异常层稳定化， 阻止显微裂纹扩展。根据上文中所述方法可缩短开发周期和有效地防止模具制造缺陷， 提高模具制造质量、降低生产成本。

3.结束语

通过以上对我国模具设计与制造业的现状分析，认识到现阶段我国模具设计与制造存在的缺陷，在我们日常的模具设计生产中必须得到重视。注意生产细节，灵活运用现代模具设计生产技术，构建一种由计算机技术与数控智能化的模具服务平台。这种现代模具设计生产技术对于制造行业快速响应市场机遇，最大限度地提高设计与制造资源的利用效率，实现快速、优质、低成本的开发模具产品具有重要意义。