模具设计与制造

绪论

1.模具工业在国民经济中的地位

模具是工业产品生产应用较广的重要工艺装备，也是国民经济各部门发展的重要基础之一。模具因其加工效率高、互换性好且节省原材料而得到广泛的应用。

随着机械工业（尤其是汽车行业）、电子工业、航空工业、仪器仪表工业和日常用品工业的发展，模具成形制件的需求越来越多，质量要求也越来越高。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得很高的经济效益。模具是“效益放大器”——用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍甚至上百倍。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；而在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”；在德国，模具则被冠以“金属加工业之王”的称号；在罗马尼亚，则将其视为“黄金”。因此，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器和通信等产品中60%~80%的零部件都要依靠模具成形。

经过多年努力，我国的模具工业已初具规模，并取得了相当的成就。目前我国已制定模具技术国家标准50多项，包括300多个标准号。在模具CAD/CAM/CAE技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速制模技术、3D打印技术及新型模具材料等方面都有显著进步。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT6和IT7，型面的表面粗糙度值Ra可达0.05~0.025um，并且模具的使用寿命超过100万次。我国现已拥有模具企业1.8万家，仅浙江省的宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业就多达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。

2.模具技术的发展趋势

虽然我国模具工业在过去十余年中取得了令人瞩目的成就，但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重仍较低，CAD/CAMCAE技术的普及率不高，以及许多先进的模具技术应用不够广泛等，致使相当一部分大型、精密、复杂和寿命长的模具仍依赖进口。

未来我国模具技术的发展趋势可以归纳如下：

（1）全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。模具CAD/CAM/CAE技术的出现与应用是模具技术发展的一个重要里程碑。

（2）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准化水平在某种意义上也体现了一个国家模具工业发展的水平。当前我国模具标准化程度正在不断提高，据估计我国模具标准件使用率已达到30%左右。而工业发达国家一般为80%左右。

（3）发展优质模具材料并采用先进表面处理技术。模具材料的选用及热处理在模具设计与制造中是一个涉及模具加工工艺、模具寿命、制件成形质量和成本的重要问题。

（4）模具制造技术的高效化、快速化。随着模具制造技术的发展，许多新的加工技术、加工设备不断出现，模具制造手段越来越丰富，也越来越先进。对于形状复杂的曲面制件，为了缩短研制周期，采用快速成形制造技术（RPM）—— 种综合运用计算机辅助设计、数控技术、激光技术和材料科学发展成果的技术，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。采用这种技术制造模具，所需时间仅为传统加工方法的1/3，而成本也只是传统加工方法的1/4左右。

（5）快速测量与逆向工程技术的应用。在模具产品的开发设计与制造过程中，往往需要把实物样件通过一定的三维数据采集方法，将实物原型转化为CAD造型，这种由实物样件获取产品数学模型的相关技术，称为逆向工程或反求工程技术。对于具有复杂曲面零件的模具设计，通过这种技术可以快速、正确地把复杂的实物复制出来，也可通过实物制造模具再进行复制。

（6）模具的复杂化、精密化和大型化。为适应各种工业产品的使用要求，模具技术正向着复杂化、精密化和大型化方向发展。大型模具成形表面的加工向计算机控制和高精密加工方向发展，数控加工中心、数控电火花成形设备及数控连续轨迹坐标磨床的推广使用，是提高模具制造技术水平的关键之一。

3.模具的分类

（1）按模具所加工材料的再结晶温度可分为冷变形模具、热变形模具和温变形模具。

①冷变形模具。变形在再结晶温度以下进行，产生加工硬化，使塑料变形抗力增大、模具承受载荷的能力增加。它可以分为冷冲压、冷挤、冷镦和冷拔模4类。用冷变形模具加工制品的精度、表面质量、生产率及力学性能均较高，材料利用率也高。

②热变形模具。变形在再结晶温度以上进行，加工硬化和再结晶软化两种过程同时进行，使塑性变形抗力较小、模具承载相应较低。但加工温度高，受高温的影响较大。它主要分为热锻、热镦、热挤和热冲模。

温变形模具。变形介于冷、热变形之间，既比冷变形模具温度高，从而降低了塑性变形抗力，减小了模具的承载，又低于再结晶温度，使制品保留了加工硬化，具有较高的力学性能。

（2）按模具的用途可分为锻造模具、冲压模具、挤压模具、拉拔模具、压铸模具、塑料模具、橡胶模具、陶瓷模具、玻璃模具及其他模具等。

模具设计与制造是一门综合性、实践性、灵活性均较强的机电类专业通用课程。本课程的特点是包含面广、内容丰富且综合性强。因此，在学习时，要善于将已学过的“模具材料及热处理”“互换性与技术测量”和“机械制造工程”等知识同本课程的知识结合起来，并加以合理的运用。本课程同生产实际密切相关，其理论源于生产实际，是长期生产实践的总结。因此，学习本课程时必须注意结合生产实际情况。只有通过实践教学环节（模具实训、课程设计及模具加工参观实习）的配合，深入生产实际有了感性认识，才能掌握本课程的知识，合理地进行模具设计并正确地制定模具制造工艺，从而系统掌握模具技术。