陈枫、吕浩、杨昊、潘凤军、王波
北方华安工业集团有限公司 黑龙江 碾子山 161046
摘要：对模具而言，它在很大程度上对所生产出来的产品质量、效率、开发功能都有决定性的作用，所以人们也称模具为工业之母。基于此，本文详细探讨了模具的设计与加工。
关键词：模具；设计；加工
模具设计和加工工艺应密切协调,设计中应充分考虑加工中的基准及方法,不仅可实现设计的目的,也在确保设计意图的前提下,减少设计中尺寸精度要求,以此简化工艺的繁琐及复杂性,从而降低生产成本。
一、模具概述
模具是在工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工，素有“工业之母”的称号。
二、模具设计与加工中存在的问题
长期以来，我国模具行业都存在品质不高，在管理上散、乱、差等问题。虽然我国企业在模具设计与加工中有了一定的提高，但与发达国家相比，模具设计与加工还存在很大差距。我国模具设计与加工中存在的最主要问题，就是模具设计、加工与模具需求上的供需发展不平衡。在低端模具的制造数量上，我国存在着供大于求的现象，很多企业不了解实际国情，片面生产一些技术含量低的模具。由于社会无法消化这些低端模具，导致企业大量模具积压的状况，影响公司资金链条的正常运转。而在高端模具的制造上，我国存在着供小于求的尴尬。我国很多模具制造企业设备较为落后、科技创新能力、科技创新水平不高。在模具的生产上沿用古老的工艺，又不注重对模具创新研究的投入，导致企业无法生产高端模具产品。但改革开放以来我国的经济得到了飞速的发展，产业结构进行了优化和升级，急需高端的模具作为依托。我国模具生产较为落后的现实，使我国不得不从国外进口模具来满足本国经济发展的要求。
三、模具设计与加工中的关键技术
1、利用立体印刷方式进行制模。20世纪80年代，美国一家著名的制模公司推出“立体印刷装置”，这项装置在学界也被称为激光立体光刻技术或激光立体造型技术。立体印刷制模工艺在使用前，需要使用CAD系统对即将要制作的模型，进行三维性实体造型设计，接着由专属的计算机切片软件对平面数据模型进行切割，切割的标准为若干薄层平面。经实验对比发现：薄层的厚度与制作模型的精确度成反比。即薄层的厚度小，模型的制作精确度反而高。当然这种方式也有一定的弊端，那就是薄层厚度小，制作模型需要的时间长，所以对薄层的厚度问题，要进行综合性的考虑。RT软件可通过每个薄层的X-Y运动指令，结合Z坐标的间歇性下降运动，来完成对整个模型的数控加工指令。
2、利用层叠实体方式进行制模。目前，层叠实体式制模方法在我国还不够完善和成熟。最开始是由美国海利斯公司自主研发的一项制模工艺。虽然这项工艺成本低，制模速度快，但要对这项工艺进行应用，还需解决很多技术方面的难题。而且这项工艺也存在着不可忽视的弊端，即对材料的利用率不够高及薄壁模具的弹性和延展性不够强。即便如此，这项工艺成本低廉，适合制作中、大型模具及耐高温和翘曲变形小等特点，还是值得科研工作者花费时间和精力对其进行研究。
3、建立计算机建模体系。计算机建模工作是整个RT技术最为重要的组成部分，而且无论是在那种RT技术中，计算机建模都是最为关键的一步。在计算机建模过程中，通常选择CAD软件。以LOM法制作水瓶模型的过程为例，对LOW法进行一定的探索。
首先，要打开计算机中的Solid Works界面，同时对零件的草图进行一定的编辑。其次，选择基准面，对草图进行绘制。再次，可依据水瓶结构特征等，采用实体、特征造型相结合的方法，绘制出水瓶的模型图。最后，在模型建立完成后，可自由选择材质进行贴图线的交互渲染。
四、模具在设计加工时需注意的问题
1、对加工模具的综合考虑。加工模具的综合性考虑包括经济、质量、服务和周期等方面，在高精度模具的要求中应使用到高精度的数控机床或一些电加工设备来对模具的材料、成型工艺等进行把关，然后用计算机来作为辅助设计，确保模具的精度；在有特殊要求的模具中需运用到气辅成型技术和热道流技术；在对协作厂家的考虑中也需全面了解清楚，设备运用、管理水平、加工经验，还有不同厂家间对同一模具报价的差异等问题都要有一个细致的了解，然后综合考虑，从用户自身的需求出发来进行衡量，以此得出最佳选择。
2、模具研发和试制中的问题。在模具的研发和试制中要注意与模具单位间的沟通和协调，当产品的初步方案得以确定后要及时与模具厂商进行接触讨论，保证产品设计的成型工艺良好，同时也不会因零件的加工难度而修改已定型的产品设计。在经过充分的讨论与沟通协调后模具制作方可提前进行材料的准备，也可防止由于考虑欠缺而使工期受到影响。在模具的研发和试制中只有进行充分的沟通协调才能使双方配合紧密，从而达到利益最大化，缩短制作的工期。
3、模具零件加工和装配问题。在零件的加工和配置问题上要尽量保持一条龙方式完成，这样才能保证模具零件加工的各个部件保持在相同的加工水平上，避免多个厂家参与责任的不明确、加工水平、人员技术不统一等问题的出现，造成模具零件差异过大。
五、模具加工技术未来的发展趋向
1、高压注射工艺与气体辅助技术。使用高压注射工艺制作模具，能更好的确定和控制模具的加工参数，进一步促进了模具加工工艺的水平。而气体辅助技术是模具加工行业中比较新兴的一种加工技术，在模具加工过程中使用气体辅助技术能避免模具发生弯曲的现象，不仅降低了模具的加工成本，而且提高了其成品质量。因此，高压注射工艺与气体辅助技术在模具中的应用，对模具行业的发展有重大的意义。
2、数字化快速扫描系统。数字化快速扫描系统可通过对实物模型的扫描进行实物模型的初建，然后再传达到计算机系统，经计算机系统的CAD软件进行数据处理，从而得到想要的模型，其扫描速度最快可达到3m秒。数字化快速扫描技术的应用能快速推进模具行业在加工领域的发展。目前，在我国模具行业中使用数字化快速扫描系统的企业相对来说较少，但为了提高我国模具行业的快速发展，必须大力推广数字化快速扫描系统在模具行业的应用。
3、模具抛光趋向于智能化及自动化方向发展。在模具生产中最难解决的问题就是抛光，因模具表面的平整度不仅会影响其外观，而且还严重影响了模具的质量和使用寿命。在整个模具行业中，仍然在使用传统的方式进行模具的抛光打磨，这种传统的打磨方式是依靠操作人员进行手工打磨，这种方式不仅浪费了时间，还浪费了大量的人力，并且还不能保证模具抛光的质量。因此，为了改变限制模具行业发展的这一问题，需大力推广模具抛光朝着智能化和自动化的方向发展。
4、优质价廉加工原料的应用。原材料在很大方面也限制了模具行业的发展。在模具生产中，原材料占据了整个模具加工生产环节成本费用的10～30％，这是模具整体价格偏高的原因。因此，想要进一步推动模具行业的发展，同样需要在原材料上进行研究，以找到质优价廉的加工原料，并进行大力的推广应用。
综上所述，模具是现代工业生产的重要基础和装备之一，模具工业也是高新技术产业的重要组成部分。另外，随着现代社会经济的快速发展，模具在机械工业领域与人们的日常生活中扮演着重要角色。因此，对模具的设计与加工进行研究具有重要的意义。
参考文献：
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