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模具加工工艺优化设计 张忠纯ZHANGZhong-chun （唐山学院，唐山063000） （TangshanCollege，Tangshan063000，China） 摘要：模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。本文介绍了国内模具技术的现状，模具零件的制造特点以及利用价值工程理论方法对优化模具加工工艺进行优化设计的途径。以期达到保证加工质量最大限度地提高企业生产效率目的。 Abstract：Thelevelofmoldproductiontechnologyhasbeetheimportantsymboltomeasureanationalproductmanufacturelevel.Thispaperintroducesthepresentsituationofdomesticmouldtechnology，themanufacturingcharacteristicsofmouldpartsandtheoptimizationdesignmeanofmoldprocessingtechnologybyusingvalueengineeringtheorytoensuretheprocessingqualitymaximizeproductionefficiency. 关键词：模具制造技术现状；制造特点；优化设计；实例分析 Keywords：currentsituationofmoldproductiontechnology；manufacturecharacteristics；optimizationdesign；instanceanalysis ：TG76：A：1006-4311（xx）25-0147-03 作者简介：张忠纯（1963-），男，河北唐山人，教授，工学学士，主要研究方向为机械设计及机械加工工艺。 0引言 模具制品行业是我国轻工业中的一个重要组成部分，与人民生活息息相关。近年来，随着经济全球化趋势不断加深，不断有国外模具制造企业来我国采购或建立跨国业务，国内模具制造业在稳步发展的同时迎来了高速发展的条件和机遇。模具是技术型产品和典型的非定型产品，每套模具都要进行创造性的设计、加工数控编程、生产准备、机械加工、装配及试模等阶段，所经过的周期较长，特别是其机械加工费时。因此，如何提高生产效率、缩短开发周期、提高模具制造水平、降低生产成本一直是模具制造企业面临的难题。 1我国模具制造技术的现状 中国模具业的发展使得中国的模具生产总量在世界上已经位列前列，并且开始从模具进口大国逐渐转变为模具出口国。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具企业对专利技术越来越重视，目前我国已有发明专利5200多项，实用新型专利7200多项。xx年模具进出口总额为56.20亿美元，同比增加24.06%。其中进口总额为23.6亿美元，同比增加8.82%；出口总额为32.3亿美元，同比增加37.96%。模具已出口到188个国家和地区。但是在良好的发展态势之下也存在一些问题，就目前来看，我国模具行业主要呈现的发展特点如表1所示。 1.1在全球产业链中，我国所提供的模具产品始终位于中低档次。随着市场需求逐步萎缩，行业竞争越来越严苛。模具生产企业都试图降低产品价格来占领更多市场份额，导致企业利润越来越低，产品质量却未见提高。 1.2目前发达国家在模具研发和制造方面的技术和管理模式已相当成熟，加工制造流程也比较严谨，模具开发周期较短，产品质量有保障。相比之下，国内模具制造业无论是技术、管理模式还是产品质量，都与发达国家有一定差距。 1.3目前发达国家的模具制造业已形成专业化生产模式。专业化分工有助于提高生产效率，缩短模具研发和生产周期，同时提高产品质量，因此是模具制造业未来一个必然发展趋势。专业化分工使企业能集中大部分精力来拓展核心业务，并且不断积累产品研发、生产和服务等方面的经验，用以改进生产模式，向市场提供质优价廉的产品。我国模具企业专业工还不明确。 1.4高新技术已在发达国家的模具制造业普及，比如信息化管理技术、新型（多功能复合）模具技术、新材料成形技术、自动化加工技术、高速加工技术、表面处理技术、数字化模具技术、成形过程模拟（CAE）技术等等。高新技术的在模具制造领域的应用大大提高了模具研发、加工和制造水平，并且将模具制造推向了一个前所未有的高度。 1.5在新技术研发创新方面，包括新材料的应用、成形技术的创新、成形品质的改进等等，我国缺乏自主创新能力，始终沿用发达国家的技术路线。 近些年我国模具加工业确实发展很快，并且小有成就，但是与发达国家相比尚有差距。比如模具制造对精密仪器的利用率较低；CAD/CAE/CAM技术应用仍停留在初级阶段；仍沿用传统模具成型技术，技术创新能力差，许多精密仪器、成型模具等设备和相关技术对国外企业的依赖程度较大。 2模具的技术要求和制造特点 2.1模具制造的基本要求 2.1.1模具寿命高 从使用角度来讲，模具寿命越高越好，对模具设计制造者来说是一项综合性指标，这不仅促进了模具新材料的应用，也给模具生产带来了新的要求，加工精度要求高，表面粗糙度要求低。 2.1.2生产周期短 随着技术研究不断推进，模具市场上的产品不断推陈出新，企业竞争加剧，客户普遍要求尽量缩短模具生产周期。为了适应紧张的发展形势，企业需要持续改进生产工艺和生产管理技术，积极引入高精尖设备，提高制造水平，以缩短生产周期，降低生产成本，占领更多市场份额。 2.1.3成本低 模具成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度等要求及加工方法有关。必须根据制品要求合理设计和制订其加工工艺，降低成本。 2.1.4成套性生产 当某个制件需要多副模具加工时，前一模具所制造的产品是后一模具的毛坯，模具之间相互牵连制约，只有最终制件合格，这一系列模具才算合格。因此，在模具的生产和计划安排上必须充分考虑这一特点。 2.1.5要求进行试模和试修 模具的设计与生产出了自身特点外还和经验有关，模具的有些部位需要通过试修才能最后确定，装配后的模具必须通过试冲或试压，最后才能确定模具是否合格。所以，在生产进度安排上必须留有一定的试模周期。 2.2模具制造的特点 模具作为一种专用工艺装备，模具生产与一般机械制造相比既具有一定的共性，又具有其自身的特殊性。一般相对来说模具制造难度较大一些。模具生产和工艺主要有以下几个方面特点。 2.2.1单件、多品种生产 每副模具只能生产某一特定形状、尺寸和精度的制件。一般在加工制造中尽量采用通用机床、通用刀量具和仪器，最大限度地减少专用工具的数量。在制造工序安排上要求工序相对集中，以保证模具加工的质量和进度，简化管理和减少工序周转时间。 2.2.2制造质量要求高 模具制造即要求加工精度高，又要求加工表面质量好。一般来说，模具工作部分的制造公差都应该控制在0.01mm以内，有的甚至要求在微米级范围内，模具加工后的表面缺陷要求非常严格，而且工作部分的表面粗糙度要求0.8m。 2.2.3形状复杂 普通的机械加工只是加工简单几何形面，但模具工作部分的加工，尤其型腔类模具工作部分的加工一般都是二维或三维的复杂曲面，这是产品所要求的。 2.2.4材料硬度高 模具实质上讲是一种生产制品的工具，其硬度要求较高，一般都是用淬火合金工具钢或硬质合金等材料制成，形状以制件形状而定，所以模具加工方法有别于一般机械加工。 从模具制造的特点和基本要求来看，各项指标是相互关联、相互影响的。片面追求模具精度和使用寿命必然会导致制造成本的增加。当然，只顾降低成本和缩短制造周期而忽视模具精度和使用寿命的做法也是不可取的。应根据实际情况在设计与制造模具时作出全面考虑，总的原则是应在保证制品质量的前提下，选择与制品生产量相适应的模具结构和制造方法，使模具制造周期短、成本低。 3模具加工工艺的优化设计 在模具结构合理设计基础上，用价值工程理论方法来研讨模具零件加工作业过程的优化设计，充分结合企业实际情况，把模具设计作为用户，详细论证其功能，以保证模具零件加工精度为目标，寻求提高效率、降低成本的有效途径。 3.1合理编制模具零件加工工艺规程 工艺规程指导生产的主要纪律性技术文件。 工艺规程是生产组织和生产管理的依据。 生产前用它作生产的准备，生产中用它作生产的指挥，生产后用它作生产的检验。 3.2合理安排加工设备的布局 结合企业产品的实际情况，采用以减少工序间中转辅助时间为目的加工设备布局。 3.3采用高效率的加工设备 数控技术的广泛应用为工作人员提供了高质量、多品种、高效率生产模具零件的物质基础。 3.4合理选择工艺基准 合理选择工艺基准和采用工序集中的原则是保证模具零件加工质量的前提条件之一。 3.5采用高效率机床夹具和量具。 3.6采用快速成型的先进模具制造技术。 4实例分析 以LED球形灯罩注塑模具凹模加工为例。 凹模采用超塑性材料，经过强化后强度可以达到400MPa以上。 生产类型为小批量生产，凹模零件图如图1。 球形灯泡凹模加工工艺特点工艺是采用超塑性材料的挤压成形工艺，中小批量生产模具中，极大地提高了生产效率，保证凹模型腔加工质量的一致性，如果采用相同工艺加工凸模，可以很好地保证球形灯罩壁厚的均匀性。 5结束语 模具产品制造过程受多种因素制约，结合企业实际情况，通过先进的管理与制造