精密模具制造技术和应用现状

苏铭杰

广州恒佳精工科技有限公司 广东广州 510000

1 序言

精密模具具有制造精度高、效率高等优点，在多个领域得到了广泛应用。随着制造业技术的不断发展，对精密模具的需求也在不断扩大和升级。深入探讨精密模具制造技术和应用现状，对促进我国制造业的发展、提高企业的竞争力和市场占有率，具有重要的现实意义和应用价值。

精密模具的研究始于20世纪初期，至今已经有了很大的进步和发展。国内外许多学者针对精密模具制造技术和应用方向都有不同的研究和探索。日本、德国等国家在精密模具的制造和应用方面处于领先水平。日本的制造企业通过引进国外的数控加工技术，开发了一系列高精度、高效率的精密模具产品，成功地应用于汽车、电子产品和航空航天等领域。德国的精密模具企业则注重研究新型材料和新型加工技术，在高速切削、光学成像等方面取得了重要进展。相比之下，我国的精密模具制造技术与国际先进水平还有一定的差距，特别是在高精度、高难度的复杂模具加工方面仍存在一些问题和挑战。

2 精密模具概述

2.1 精密模具的定义

精密模具是以制造产品为目的，经数控加工等方式加工出来的用于成形、冲裁或其他加工工艺中直接作用于原材料（通常为金属或塑料）的工具。精密模具具有高精度、高重复性和长寿命等特点，其制造过程需要借助先进的切削加工技术、传统的热处理、电火花加工及超精密加工等多种工艺方法。

2.2 精密模具的组成结构

精密模具的组成结构主要包括模架、模座、上模板、下模板、定位销、引导柱、滑块、落料器和开关等部件。其中，模架对其他所有部件进行支撑；模座与模具的拆卸、安装和调试有关；上下模板负责压铸或压力成形，往往分别采用自行脱模式和带提升机构的不同方式来进行；定位销和引导柱提供精确定位、稳定导向和可靠分离等功能；滑块与落料器的功能与具体的模具用途和要求有关；而开关与加工环境和操作方式有关。大水口模架（又称单分型面模架）如图1所示[1]。

2.3 精密模具的分类

（1）按用途分类 主要分为压铸模具、冲压模具、注塑模具、橡胶模具、泡沫模具、铸造模具和剪切模具等多种类型。

（2）按加工方式分类 主要分为钳工加工、数控加工、电火花加工、通用加工和超精密加工等类型。

（3）按制造材料分类 主要分为进口钢材、优质碳素钢、合金钢、特殊钢、无缝钢管、铝合金、硬质合金、陶瓷或非金属等类型。

2.4 精密模具的特点

（1）高精度 精密模具的制造精度能够达到亚微米级别或更高水平。这是因为制造精度的高低很大程度上取决于加工技术和材料的物理性质等因素。

（2）高重复性 精密模具具有良好的可持续性。经过相同的工艺加工后，能够确保每个成品的精度和质量是相同的。

（3）长寿命 精密模具经过合理的设计和制造，往往能够使用多年甚至数十年而不会出现明显的损耗或损坏。

2.5 精密模具的应用范围

精密模具广泛应用于汽车、电子产品、航空航天、医疗器械、家电、机械制造及钢铁等领域。在这些领域，精密模具可以被用于压铸成形、注塑成形、拉伸成形、精密切削加工、模切加工和浇注成形等多种加工工艺中，可以生产出各种形状复杂和高质量的产品，例如汽车发动机缸体、导轨、芯片封装、消费类电子产品外壳、医疗器械零部件及高速列车制动盘等。

2.6 精密模具制造存在的问题与解决途径

（1）加工精度和稳定性有待提升 目前，精密模具制造还存在一些技术上的瓶颈和困难，加工精度和稳定性有待进一步的提升。为解决这一问题，可以进一步将软硬件进行结合，提高加工和检测装备的精度和准确性，完善整个制造流程的控制及质量检测环节。

（2）缺乏系统化管理 由于精密模具的生产流程比较复杂，往往涉及设计、加工和检测等诸多环节，因此在生产过程中容易出现信息断层、沟通不畅等问题。为解决这些问题，可以尝试引入先进的ERP、MES等信息化管理系统，实现全流程的系统化管理，保证各个环节之间的顺畅协作。

（3）人才缺口 精密模具行业涉及多个学科领域，需要高水平的创新型人才支撑。当前人才缺口较大，急需培养高素质的专业人员。企业应加强与高等院校及科研机构的合作，加大对人才的培养力度。

（4）设计和工艺之间沟通不足 设计和制造之间存在很大差异，设计人员在与客户沟通时，缺乏对客户需求的理解，不能在客户需要时提供必要的支持。为避免这种情况发生，设计团队应定期评估技术与非技术组之间的信息交流程度，加强沟通管理和制定项目进度计划，增强有效沟通、职责和目标的相关性。

综上所述，精密模具制造行业在发展过程中依然面临较多的挑战和难题。应该从技术、管理和人力资源等多方面入手，探索出符合行业自身情况的解决途径，不断提升核心竞争力，促进行业健康快速发展。

2.7 精密模具制造的发展方向

（1）数字化技术的应用 精密模具制造工艺正逐渐向数字化转型，数字化建模、可视化仿真和智能制造等新技术被广泛应用，可以实现复杂精密结构的设计和加工，提高生产效率和产品质量[2]。

（2）智能化制造 随着信息技术的迅速发展，精密模具制造也逐渐实现智能化生产。通过引入物联网、人工智能、机器人和云计算等技术，可以实现设备之间的互联互通、数据的实时采集与分析，减少信息传递的中间环节，加快生产节奏，提高生产效率和产品质量。

（3）新型复合材料的应用 未来高强度钢、铝合金、镁合金、超高分子量聚乙烯及碳纤维等新材料将广泛应用于精密模具制造，以满足日益增长的客户需求。复合材料相比传统材料具有更高的强度，具有轻量化、防腐蚀等优点，逐渐成为精密模具制造领域的热门材料。未来随着复合材料技术的发展，将会催生出更多新型的精密模具材料，从而进一步推动整个行业的发展。

（4）精度和表面质量提高 随着市场需求的升级，精度越来越成为关键指标。同时，表面质量好、抗氧化是另一种重要竞争指标，越来越多的生产商不仅要求精密模具准确可靠，而且要求模具外形美观。

（5）轻量化技术的应用 由于精密制造件的质量限制较小，因此可迅速地推进轻量化技术的应用，降低制造成本，同时减轻质量，提高产品性能。

（6）快速成形技术的应用 传统的制造方式往往需要大量时间进行设计、加工和检测等，高昂的费用限制了产品的开发速度和效率。快速成形技术的出现有效地解决了这一问题，可以实现精密模具的快速、高效和低成本制造。

（7）专业化定制 随着市场需求的不断变化，精密模具的设计和制造也逐渐向着个性化、专业化方向发展，越来越多的企业开始注重研发定制化的精密模具，以应对市场需求的多样化。

（8）高可靠性和高耐久性 在汽车、电子产品和航空航天等领域，对于精密模具的高可靠性和高耐久性要求日益提高。未来精密模具制造行业需要更加注重材料、工艺等方面的创新，进一步提升产品质量和竞争力。

3 精密模具制造技术

在先进制造业中，模具制造领域的技术发展影响了产品质量和生产效率。随着制造技术的不断发展，精密模具制造技术也在逐渐完善和升级。

3.1 数控加工技术

数控加工技术是一种数字化的高精度加工方法，在模具制造过程中被广泛应用。其优点在于可以直接将计算机上的虚拟模型转化为真实的物理模型，生产出来的产品尺寸准确度高、重复性好，可减少人为错误的发生。

目前常见的数控加工设备有数控铣床、数控车床和数控电火花加工机等。它们使用计算机程序进行操作，将设计图样上的数据和运动轨迹数值一一对应，通过高速旋转的工具头进行切削，从而得到高精度的零件和模具。

3.2 激光处理技术

激光处理技术是一种快速、高效和灵活的零件加工方法，可以加工各种复杂形状的模具。激光加工的优点是精度高、速度快，在加工过程中不容易破坏零部件表面的结构。

激光处理技术主要有激光切割、激光打标和激光焊接等。其中激光切割和激光打标常用于金属板材的加工，激光焊接主要应用于模具修复和复杂形状的零部件制造。

3.3 电火花加工（EDM）技术

电火花加工（EDM）是一种利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成形的加工技术，广泛应用于制造高精度的模具和工具零件。EDM加工的优点是对硬度较高的材料和脆性材料，比如强化钢、硬质合金等材料的铣削加工更有优势。

在电火花加工中，通过控制电极和工件之间的距离，在放电孔中注入液体介质，在电极和工件之间产生电火花，使工件材料局部熔化和蒸发，从而得到精湛的加工效果。

以上介绍的几种精密模具制造技术，有着各自的优点和适用范围。通常情况下需要根据加工对象的要求，以及设备的特性和成本等综合考虑，确定最适合的加工方法。

在分析比较这些技术时，需要考虑加工时间、精度要求、适用的材料以及成本等各方面因素。在实际生产中，应根据具体需求进行选择，以达到最佳生产效果。

4 精密模具在各领域的应用现状

4.1 汽车领域

精密模具在汽车制造领域应用广泛，主要包括汽车内外饰件成形，发动机、变速器等关键部件的制造。在汽车外观方面，模具可用于车身零部件、门把手及侧裙等的生产；在汽车关键部件方面，模具可用于发动机活塞、曲轴、凸轮轴、变速器齿轮及离合器盘等核心零部件的生产。汽车结构件模具如图2所示。

图2 汽车结构件模具

当前，汽车使用的模具种类越来越多，制造难度不断提高。为避免出现失误，降低制造难度，更多的厂商开始采用模具制造工艺，以确保整体生产效率。

4.2 电子产品领域

精密模具在电子产品制造领域具有重要的应用，例如智能手机、平板电脑等电子产品中的面板、机壳及电池等关键零部件都需要通过模具制造。此外，精密模具还应用于半导体元器件制造等诸多领域。电子产品结构件模具如图3所示。

图3 电子产品结构件模具

4.3 医疗器械领域

精密模具在医疗器械领域应用广泛，主要应用于人工关节、牙科设备和手术器械等。该领域对于模具的制造质量和精度要求较高。通过使用精密模具，可以提高生产效率，同时可以确保医疗产品质量的稳定性和一致性。医疗产品模具如图4所示。

图4 医疗产品模具

4.4 其他领域

除上述领域外，精密模具在其他众多领域都有广泛的应用。例如，在航空航天领域，模具可用于加工精密的碳纤维零件，协助飞行器得以顺利运行；在建筑领域，模具应用在建筑防水隔离材料的生产中，可增强产品质量。建筑领域产品模具如图5所示。

图5 建筑领域产品模具

精密模具制造技术在各个领域发挥着重要作用。随着技术的不断发展，精密模具的应用领域和加工方法将更加多样化、灵活和高效[3]。

5 精密模具制造业的未来发展趋势

（1）智能化 通过使用先进的智能控制技术，使模具具备自动调节、自动检测等功能，并能够实现远程控制。可以大大提高精密模具的制造效率和质量，并且减少制造过程中的人工干预。

（2）通用化及高效能化 传统型精密模具的制造周期较长，且个性化生产具有一定的难度。通用化及高效能化的模具制造已成为未来发展趋势。

通用化模具是指能够为多种类型产品提供生产技术支持的模具，可以实现多种类型产品的生产，提高模具的利用率。高效能化模具拥有更快、更稳定和更节能的性能，可以实现生产过程的高效运转，从而提高制造效率及成本效益。

（3）大规模定制化 在许多领域，由于不同品牌、不同型号和不同规格产品对模具的精度、形状和尺寸等要求都不相同，因此有必要研究和开发大规模定制化精密模具。

大规模定制化模具是指在规模化的基础上，按照客户的需求进行个性化设计，整合精密制造技术，合理规划生产流程。模具制造中通过深度定制以实现工艺的持续优化，智能助力，实现生产加速，减少人力消耗，并保证制品质量，同时增强市场竞争力。

（4）转型升级 当前，在市场竞争加剧、智能技术应用推动产业升级等新形势下，精密模具制造业正在进行转型升级。在发展过程中，构建具有体验式和品质化特色的“新厂房”，通过协同创新实现智能制造、工业变革，实现精密模具制造业向高技术、高附加值和高质量的经济增长方向持续升迁。

精密模具制造业未来将在技术和市场双重驱动下，呈现更加智能化、通用化、定制化和环保化的发展趋势。只有积极迎合新发展模式，不断推动改革和创新，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

6 结束语

本文对精密模具制造领域的相关知识进行了深入探讨，通过相关文献研究和案例分析，得出以下结论。

（1）重要性 精密模具的加工精度和制造周期对于许多行业来说都至关重要。

（2）发展趋势 精密模具制造技术在智能化、通用化、高效能化、大规模定制化和环保化等方面都将得到快速发展。

（3）合作化 通过与多个领域的企业和研究机构合作，可以加速技术研究与开发进度，提高精度，降低成本，实现更快的技术升级。

未来精密模具制造业的发展更加注重以下几方面的研究和应用。

（1）智能化技术 在自动化、数字化、物联网和智能控制等方面加大研究与投入，推动模具制造技术的智能化。

（2）绿色制造 采用环保材料、绿色设计，并在制造过程中减少对环境的影响，实现精密模具制造的环保化。

（3）协同创新 各个研究机构、企业之间在理念、技术和资源等方面进行深度合作，共同研制更加先进的精密模具制造技术，实现提质增效、创新发展的目标。

精密模具制造业的未来充满机遇和挑战。通过不断深入的研究和创新，完善现有技术以及开展前沿技术研究，可以为精密模具行业的可持续发展做出更大的贡献。

专家点评

文章结合当前的模具制造技术和发展趋势，阐述模具制造中存在的问题与解决途径，通过转型升级和技术创新，引导精密模具制造业向高技术、高附加值和高质量方向发展。

文章主题明确，结构合理，内容广泛，论据有力。亮点是文献资料和实证研究方法，综合国内外研究成果和实际应用案例，侧重于精密模具的智能制造和前沿技术研究，迎合模具制造业的加工模式和发展方向，以智能化、通用化、定制化和环保化为目标，推动技术改革和工艺创新，具有很好的参考借鉴作用。