蘇春會

【摘 要】通過模具進行產(chǎn)品設計與制造是現(xiàn)代制造業(yè)的重要生產(chǎn)技術之一，隨著科技的更新進步，我國目前的模具設計制造技術已經(jīng)達到了一定的水平，對我國產(chǎn)品制造有著深遠影響。但是其設計制造過程中依然存在很多問題，需要加以完善。本文針對當前模具設計制造情況，分析了目前模具設計過程中存在的缺陷，并提出了解決策略。

【關鍵詞】模具設計；生產(chǎn)制造；產(chǎn)品設計；問題探討

我國是一個生產(chǎn)制造大國，中國制造在國際市場中已經(jīng)開始占有一定的份額，這種市場占有額隨著我國生產(chǎn)技術的不斷更新進步逐漸得以擴大，并且慢慢的獲得市場的認可。通過模具進行產(chǎn)品設計與制造是現(xiàn)代制造業(yè)的重要生產(chǎn)技術之一，我國目前的模具設計制造技術已經(jīng)達到了一定的水平，模具生產(chǎn)技術水平高低已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)制造水平的重要標志。與傳統(tǒng)的模具設計相比，現(xiàn)代模具設計凝聚了各類高技術，通過智能數(shù)控生產(chǎn)制造，能快速精密的直接把材料成型、焊接、裝配成零部件、組件或產(chǎn)品， 其效率、精度、流線、超微型化、節(jié)能、環(huán)保，以及產(chǎn)品的性能、外觀等，大大的提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的質量，都是傳統(tǒng)工藝所無法比擬的。展望21世紀，無論電子、生物、材料、汽車、家電等哪個行業(yè)，不裝備由計算機、模具和加工中心砌成的生產(chǎn)線，都不可能在制造業(yè)中擔綱支柱產(chǎn)業(yè)。模具是現(xiàn)代制造技術的重要裝備，其水平標志著一個國家或企業(yè)的制造水平和生產(chǎn)能力。今后一段時期內(nèi)，我國五大支柱產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品質量、批量化成本和包括產(chǎn)業(yè)更新在內(nèi)的技術進步的關鍵是模具?，F(xiàn)在全球模具總產(chǎn)值早已超過傳統(tǒng)機械工業(yè)，并且隨著科技和新設備的投入使用，模具設計制造慢慢的取代了傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)模式。提高現(xiàn)代模具設計生產(chǎn)水平是我國制造業(yè)一大重要任務，對我國國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和中國制造水平的提高有著十分重要的意義。

1.模具的模塊化設計分析

縮短設計周期并提高設計質量是縮短整個模具開發(fā)周期的關鍵之一。模塊化設計就是利用產(chǎn)品零部件在結構及功能上的相似性，而實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化與組合化。大量實踐表明，模塊化設計能有效減少產(chǎn)品設計時間并提高設計質量。因此本文探索在模具設計中運用模塊化設計方法。模具模塊化設計的實施。

1.1建立模塊庫

模塊庫的建立有三個步驟： 模塊劃分、構造特征模型和用戶自定義特征的生成。標準零件是模塊的特例，存在于模塊庫中。標準零件的定義只需進行后兩步驟。模塊劃分是模塊化設計的第一步。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本。每一類產(chǎn)品的模塊劃分都必須經(jīng)過技術調(diào)研并反復論證才能得出劃分結果。對于模具而言，功能模塊與結構模塊是互相包容的。結構模塊的在局部范圍內(nèi)可有較大的結構變化，因而它可以包含功能模塊；而功能模塊的局部結構可能較固定，因而它可以包含結構模塊。模塊設計完成后，在Pro/E 的零件/ 裝配（Part/Assembly）空間中手工建構所需模塊的特征模型， 運用Pro/E 的用戶自定義特征功能，定義模塊的兩項可變參數(shù)：可變尺寸與裝配關系，形成用戶自定義特征（User-DefinedFeatures，UDFs）。生成用戶自定義特征文件（以gph 為后綴的文件）后按分組技術取名存儲， 即完成模塊庫的建立。

1.2模塊庫管理系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)通過兩次推理，結構選擇推理與模塊的自動建模， 實現(xiàn)模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結構，第二次推理最終確定模塊的所有參數(shù)。通過這種途徑實現(xiàn)模塊“可塑性”目標。在結構選擇推理中， 系統(tǒng)接受用戶輸入的模塊名稱、功能參數(shù)和結構參數(shù)，進行推理，在模塊庫中求得適用模塊的名稱。如果不滿意該結果，用戶可指定模塊名稱。在這一步所得到的模塊仍是不確定的，它缺少尺寸參數(shù)、精度、材料特征及裝配關系的定義。在自動建模推理中，系統(tǒng)利用輸入的尺寸參數(shù)、精度特征、材料特征與裝配關系定義，驅動用戶自定義特征模型，動態(tài)地、自動地將模塊特征模型構造出來并自動裝配。自動建模函數(shù)運用C語言與Pro/E 的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT開發(fā)而成。通過模塊的調(diào)用可迅速完成模具設計。應用此系統(tǒng)后模具設計周期明顯縮短。由于在模塊設計時認真考慮了模塊的質量，因而對模具的質量起基礎保證作用。模塊庫中存放的是相互獨立的UDFs文件，因此本系統(tǒng)具有可擴充性。

2.現(xiàn)階段我國模具制造過程中存在的缺陷及防止措施

2.1鍛造加工

由于市場的需要，高碳、高合金鋼等生產(chǎn)材料被廣泛用于制造模具。但這類鋼不同程度的存在成分偏析、碳化物粗大不均勻、組織不均勻等缺陷。選用高碳、高合金鋼制造模具，必須采用合理的鍛造工藝來成形模塊毛坯，這樣一方面可使鋼材達到模塊毛坯的尺寸和規(guī)格， 一方面可改善鋼的組織和性能。另外高碳、高合金的模具鋼導熱性較差，加熱速度不能太快，且加熱要均勻，在鍛造溫度范圍內(nèi)，應采用合理的鍛造比。

2.2切削加工

模具的切削加工應嚴格保證尺寸過渡處的圓角半徑，圓弧與直線相接處應光滑。如果模具的切削加工質量較差，就可能在以下3 個方面造成模具損：（1）由于切削加工不恰當，造成的尖銳轉角或圓角半徑過小，會導致模具在工作時產(chǎn)生嚴重的應力集中。（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，它們既是應力集中點，又是裂紋、疲勞裂紋或熱疲勞裂紋的萌生地。（3）切削加工沒能完全、均勻地切除模具毛坯在軋制或鍛造時產(chǎn)生的脫碳層，就可能在模具熱處理時產(chǎn)生不均勻的硬化層， 導致耐磨性下降。

2.3磨削加工

模具在淬火、回火后一般要進行磨削加工， 以降低表面粗糙度值。由于磨削速度過大、砂輪粒度過細或冷卻條件較差等因素的影響，引起的模具表層局部過熱，造成局部顯微組織變化，或引起表面軟化、硬度降低，或產(chǎn)生較高的殘余拉應力等現(xiàn)象，都會降低模具的使用壽命選擇適當?shù)哪ハ鞴に噮?shù)減少局部發(fā)熱，磨削后在可能的條件下進行去應力處理， 就可有效地防止磨削裂紋的產(chǎn)生。防止磨削過熱和磨削裂紋的措施較多，例如：采用切削力強的粗顆粒砂輪或粘結性較差的砂輪；減少模具的磨削進給量；選用合適的冷卻劑；磨削加工后250～300 ℃的回火消除磨削應力等。

2.4電火花加工

應用電火花工藝加工模具時，放電區(qū)的電流密度很大，產(chǎn)生大量的熱，模具被加工區(qū)域的溫度高達10000℃左右，由于溫度高，熱影響區(qū)的金相組織必將發(fā)生變化，模具層由于高溫而發(fā)生熔化，然后急冷，很快凝固，形成再凝固層。在顯微鏡下可看到， 再凝固層呈白亮色，內(nèi)部有較多顯微裂紋。為了延長模具壽命可以采用以下措施：調(diào)整電火花加工參數(shù)用電解法或機械研磨法研磨電火花加工后的表面，除去異常層中的白亮層，尤其是要除去顯微裂紋；在電火花加工后安排一次低溫回火，使異常層穩(wěn)定化， 阻止顯微裂紋擴展。根據(jù)上文中所述方法可縮短開發(fā)周期和有效地防止模具制造缺陷， 提高模具制造質量、降低生產(chǎn)成本。

3.結束語

通過以上對我國模具設計與制造業(yè)的現(xiàn)狀分析，認識到現(xiàn)階段我國模具設計與制造存在的缺陷，在我們?nèi)粘５哪＞咴O計生產(chǎn)中必須得到重視。注意生產(chǎn)細節(jié)，靈活運用現(xiàn)代模具設計生產(chǎn)技術，構建一種由計算機技術與數(shù)控智能化的模具服務平臺。這種現(xiàn)代模具設計生產(chǎn)技術對于制造行業(yè)快速響應市場機遇，最大限度地提高設計與制造資源的利用效率，實現(xiàn)快速、優(yōu)質、低成本的開發(fā)模具產(chǎn)品具有重要意義。