精选文档如何成为一名合格的塑胶模具设计师

如何成为一名合格的塑胶模具设计师一、

序言

据统计，日常生活中一个普通人身上物品直接、间接的与约2千套模具有关！模具行业发达的程度可以说已成一个国家工业现代化的重要标志之一。国内很多大型企业的模具部门在整个公司中的地位都及其重要，像深圳的比亚迪最初就是由一个小模房发展起来的，而奇瑞汽车的模具制造技术在国际上也是一流的。随着珠三角经济的持续发展，越来越多的国际性大公司看中这里成熟的模具制造技术及具有丰富从业经验的技术人才，都纷纷把其塑胶、模具部门转来，或把模具发来制造。珠三角的模具出口数量逐年递增，已成为中国乃至国际最重要的模具生产、加工基地。特别是家用电器及汽车业的发展速度更快。说到珠三角模具制造业，就不得提香港、台湾。上世纪八、九十年代珠三角的经济刚刚起飞，其模具技术几乎空白，而随着香港、台湾的企业把工厂转移到内地，其先进的模具制造技术也带了过来。当时，一名熟练的模具制造师傅月薪可达上万RMB。其中，最重要的技术是CAD/CAM，即模具设计电脑化技术和模具加工电脑化技术（CNC，电脑锣技术）两项技术。现在珠三角的深圳、东莞两地的模具设计及制造技术都达到了较高的水平，在每年举办此类的展览中都有很多的领先国际的新技术、新设备涌现。这方面的人才亦成为抢手货，甚至长三角、江浙一带的企业也加入这场人才大战中，在各类招聘会中抢夺人才！！！

为使更多有志加入此行业的青年朋友、初学者得到相关的基础知识，本人总结了自己这几年从业的经验及平时收集的资料整理成文，供大家参考。全文分为序言、什么是塑胶模具、必备的知识、塑胶模具结构及分类、常用塑胶原料的特性、塑胶模具的加工方法及工艺、塑胶模具设计要点等几大部分。限于本人的水平，书中难免有错漏，欢迎各位朋友、同业者批评指正，不胜感激。此资料属免费提供，版权所有，任何个人、团体、组织、网站、公司等未经许可不得将其用于商业用途！！！

二、

什么是塑胶模具

人们为满足生产及生活的需要，按一定的要求而制造的生产工具。模具即生产工具，一般均可重复使用。工业中常见的有塑胶模、五金冲压模、压铸模、吹塑模、挤塑模等；广义来讲，一些日常生活中的刀模、纸模、石膏模、甚至拍月饼的木板模等都可称为模具。塑胶模具就是注塑成型生产中使用的模具。塑胶模具主要是装在塑胶注塑机上啤塑胶产品时使用的，如无特别注明，以下文章中提到的模具均指塑胶模具。

三、

必备的知识

1、

基础知识：三角函数、平面&立体几何、解析几何、工程制图、画法几何、机械基础、五金&化学基础等；

2、

基础实践经验；

3、

软件知识：AutoCAD、PRO-E、UG、SilodWorks、CATIA、MasterCAM、CIMATRONIT、MOLDFLOW等；

四、

塑胶模具结构及分类

1）

模具的基本结构及相关概念

1、模胚即模架：MoldBase。

模胚是整套模具的骨架，所有模具的零部件的制作均需考虑模胚的结构。模胚的成本一般占整套模具的30%左右，模胚由专门的大型模胚厂制造，已标准化，各模具制造厂只需根据自身的需要向模胚厂定制即可。模胚分为面板、A板（前模板）、B板（后模板）、C板（方铁）、底板、顶针面板、顶针底板、司筒、导柱、回针、顶针、撑头、限位钉等。目前珠三角区域规模较大的模胚厂商有龙记模胚（LKM）、鸿丰模胚、中华模胚等，其中又以LKM名气最大，其模胚广大模具制造厂普遍采用，品质、精度均有保障。

2、模仁又称型腔，即嵌入模胚模板内的成型模芯。分为前模仁，后模仁，俗称前模（Cavity），后模（Core）。为何要在模板内嵌入模仁呢？主要是为节约成本。因为塑胶对模具的钢材特性有很高的要求，如硬度、耐腐蚀性、耐高温（热变形）等；而模胚的模板则无需太高的要求。模仁硬度一般为45~65HRC，模胚的模板硬度30~45HRC；用作模仁的钢料每公斤可达RMB200，而模胚的钢料一般只需RMB20~30元。

注：HRC为洛氏硬度。

3、唧嘴：Sprue。注塑机炮筒的射胶嘴通过该装置将熔融的塑胶原料注入型腔。

4、滑块又称行位：Slider。为顺利出模而必须使用的结构部件。因为有些产品结构特殊，如有侧边有空，有倒扣（勾）等，需用行位才可出模。

5、斜顶：Angle-Lifter。与行位相似，也是为顺利出模而必须使用的结构部件。

6、还有一些与模具有关的名词：分模线（P/L）、模具基准、缩水率（Shrinkage）、排位（Layout）、钢料、铜公（电极，其材质有铜、石墨等）、倒扣、运水、出模斜度（Draftangle）、冷料井、流道、注塑仿真、分模、出模、开&合模步骤、模号、抛光（省模）、软模、硬模、模具表明处理、试模（TESTMOLD）、改模、装模、交模等。

以下为一套有前模行位的模具结构图：

7、从上可看一套模具按其各部件的功能可细分为：流道系统、成型系统、温度调节系统、排气系统、顶出系统、开合模系统、复位系统。

2）分类

1、按结构分为两大类：大水口模具及细水口模具，又称单分型面模具、双（多）分型面模具；（三）细水口模具

开模步骤说明：a、第一步P/L-1先开约10mm距离，水口勾将把水口从产品拉开；

b、第二步P/L-2开至少约100mm（此距离很重要，订模胚一定要参考它。一般不小于成人拳头或机械手的尺寸，且空间大小能保证顺利取出水口），水口将从此两板间取出；

c、第三步P/L-3开，取出产品，同样，此距离也由产品的尺寸决定。2、按热流道分为：普通流道模具及热流道模具。热流道模具除能满足有特殊结构、特大型的制品需要外，其还具有生产效率高、无水口产生的特点。从模具造价方面来说虽然贵很多，但从长远生产来讲还是很节约成本的。

图（四）热流道模具

4、

按注塑的颜色数量分为：单色模具、双色模具、三色模具。

5、

按模具钢料之硬度又可分为软模、硬模。硬模通常用较硬的钢材（如LKM8407#钢材）制成，也有把软模经热处理得到的。一些大公司，一般都会先开一套软模，待模具改好，样板OK后，再开几套相同的硬模。比如NOKIA的手机模具，在开发阶段时就会先开软模，正式生产用的必是硬模。硬模除单价高外，其使用寿命高，啤件质量稳定，外观优良。有些硬模保养好的话，历经二十几年几百万次啤塑后，其啤件仍很漂亮，几乎像新模时刚啤出的一样！！！

五、

常用塑胶原料的特性

1）

分类

1、定义：

塑胶即塑料是一种以合成的或天然的高分子为主要成分的物质，通常含有添加剂等的辅助成分，广义地说，他是一种在一定温度及压力下可塑造成一定形状的高分子有机材料。在1996年公布的新国标（GB/T2035-1996）对塑料重新定义为：以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某各阶段可流动成型的材料。

2、塑料的组成：

塑料的主要成分是合成树脂，再加上一些添加剂及填充材料。

a、合成树脂----人工合成的有机高分子化合物，其结构单元主要由碳原子、氢原子、氧原子及其它如硫原子、硅原子等通过化学键等连接组成。

b、填充材料-----常用有玻璃纤维、碳素纤维、碳酸钙（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）、金属粉、木粉、棉布、石棉、云母、石粉等。

c、添加剂---------常用有增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、抗静电剂、阻燃剂、抗UV剂等。

3、一般而言，塑胶原料可大分为两大类：「热塑性塑胶」（Thermoplastic）及「热固性塑胶」(Thermosetting)。热塑性塑胶在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融的状态，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融的状态，而可进行再次的塑化成型。因此，热塑性塑胶可经由加热熔融而反覆固化成型，所以热塑性塑胶的废料通常可回收再利用，亦即有所谓的「二次料」。相反的，热固性塑胶则是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态。因此，热固性塑胶无法经由再加热来反覆成型，所以热固性塑胶的废料通常是不可回收再利用的。其分类方式如下图所示。

4、塑胶按应用的范围也可分为通用塑胶、工程塑胶、特种塑胶；

通用塑胶常见的有：PP、PVC、PE、PS、等；

工程塑胶常见的有：ABS、PC、PMMA、POM、PA6、PA66、PET、PBT、SAN等；

特种塑胶常见的有：PPS、PEI等；

工程塑胶往往由一些通用塑胶改性得到；如改变某些分子结构、添加其它成分如玻璃纤维等；

工程塑胶就是被用做工业零件或外壳材料的工业用塑胶，其强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑胶。日本业界的定义为「可以做为构造用及机械零件用之高性能塑胶，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上」。其性能包括：

a、

热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高、热变形温度(HDT)高、长期使用温度高(UL-746B)、使用温度范围大、热膨胀系数小。

b、

机械性质：高强度、高机械模数、潜变性低、耐磨损、耐疲劳性。

c、

其他：耐化学药品性、优良的抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。

2）

常用塑胶原料的特性：

略。3）

常见塑胶原料在实际应用中的经验谈

1、

ABS料：最常用的塑胶料，很多家电产品的外壳均用它。具有较高的机械强度、耐热、耐化学腐蚀性及高光泽。常见的有台湾奇美、国乔产的ABS。如奇美：ABSPA757通用级，良好的高光泽性；ABSPA727电镀级；ABSPA777D耐热级。通常ABS的热变性温度不会超过88℃。

2、

PC料：俗称百折胶，力学性能优良。有良好的热稳定性（-100~126℃可稳定使用）及透光性。常见有德国拜尔PC-2805、美国通用PC-241R、141R等。

3、

尼龙：PA6、PA66。尼龙（Nylon）最大优点是韧性大，耐疲劳性极佳、摩擦系数低。常用于造纤维，牙刷毛，鱼丝，轴套，包装胶膜，齿轮，电动工具外壳，电器配件等。但最大的缺点是吸水性大，而吸水的增加使其拉伸强度急剧下降。如添加玻璃纤维可大大提高其耐温性能，即PA66+GF15%、PA66+GF30%耐温达180~210℃。因此，没有加玻璃纤维的尼龙不得用于有耐高温要求的部件上。胶件啤出来后应尽快使用，以免放置时间过长使得尼龙吸水后发生不良变化。

六、

塑胶模具的加工方法及工艺

1）

常用加工工具及机器

1、

测量工具：卡尺、千分尺、千分表、标准量块、标准角块、转盘、角规、投影仪、抄数机等；

2、

加工机器及设备：锣床、车床、磨床、钻床、CNC（电脑锣）、火花机、线切割机等。

2）

加工方法及工艺

一般模胚直接从模胚厂订回，其加工方法这里略去。

按模具设计图纸，订回模胚、模仁、行位、斜顶、镶件等钢料即可开始安排加工。按加工工艺大概分为粗加工及精加工两块。模胚开框，由锣床或电脑锣先开粗、后精框（也可由模胚厂代为加工，但要付给相应的费用；一些小型模房为节约成本往往自己加工，但效率低，精度不高），其它部件同样也是先粗加工成粗胚，后经电脑锣、火化机、线切割机精加工的到符合图纸精度要求的零件，最后装配入模胚成为一套完整的模具。其流程大概如下：模胚开框

模仁、行位等CNC加工

铜公加工

火机加工型腔（EMD）

钳工加工（FIT模）

抛光（省模）

装模

试模。

实际制造中，几种加工工艺交织在一起，需要模具设计人员与模具师傅安排好各个环节，一步出错，满盆皆负！返工往往造成对模具的损害，做出来的模就不漂亮了。要补救好的话，只能换料，这将增加时间和成本，而很多时候时间是最重要的。现在模具行业竞争很激烈，客户给模房的时间都很急，不能按时交模，最终将失去客户！

各加工机械设备的功能简介：

1、

锣床，用于人工铣、切较形状较简单、规则的工件，如直线、斜线；常用来加工精度不是很高的工件，模胚开框、模仁、行位开料等。

2、

车床，主要用于圆形的工件加工，如唧嘴、定位环、法兰、圆形模呵（CORE）、圆形铜公等；精度可达较高的要求。

3、

磨床,主要用于钢料磨平，磨基准等，可满足大部精度要求。

4、

钻床，主要用于钻空、攻牙、打运水孔等。

5、

CNC（电脑锣），已成为现代化模具工业的标志性设备，主要用于复杂、不规则曲面的数控加工。其特点是精度高、可靠性好、效率高，基本上任何模具的加工都离不开它。型腔、铜公等工件的加工都由它完成；它几乎可以加工任何形状的工件。

电脑锣由计算机程式控制，因此，其操控人员——CNC编程员除对电脑锣加工控制软件熟悉以外，还要对模具结构及加工方法有深入的了解。一个光懂加工软件而不懂模具结构及加工方法的编程员只能是纸上谈兵。一名优秀的编程员一般都经过3~5年的实践才可达成，其薪金一般都在RMB5.0K以上！目前，珠三角地区常用的加工控制软件是：MasterCAM、CIMATRONIT、UG、CATIA。近两年，UG以其操作方便、可靠性好、效率高、仿真性能良好而越来越受模具加工厂家的欢迎，其人才变得更抢手。

6、

火花机，用于电蚀工件。把电极（铜公）装在机头上，通过机器的内部电路控制电流放电在工件上蚀出和电极形状一样的凹腔。工模术语：EMD加工。

7、

线切割机，用于工件外形的切割。它把一根极细的钼丝穿过预先在工件上打的孔，依照电脑内的数据，控制钼丝放电及运行，在工件上割出设定的形状。一般钼丝直径为0.07~0.10mm，因此，它加工的精度也很高。线切割分为快走丝、慢走丝。一般模房的线切割机都属快走丝，

慢走丝顾名思意即加工速度很慢。它以牺牲速度换来的是高精度，基本上精密模具、一些五金端子模具都要用它来加工。单价为快走丝3~5倍。有个细节需提一提，即慢走丝使用的水是纯净水。当然，它也是数控的，需编写计算机程式来控制。七、

塑胶模具设计要点

本章为全书的重点，首先介绍模具公司整体运作程序，如下图：

本章的内容基本围绕上述流程进行讲解。

1）模具报价

在接到客户样板或图纸询价后，应组织相关工程师进行图纸评审及初步报价。

1、

客户图纸评审

要注意以下几点：

产品的材质、尺寸、结构，客户对模具材料的要求及热处理工艺。材料越好价格越高。

特别还要从模具角度分析其结构，是否需三板模、模出数、入水形式、抽芯结构（斜顶、行位构造）、冷却系统、开&合模系统、顶出结构等。结构越复杂模具造价越高。另，从简化模具结构，节约成本、提高模具生产效率、模具寿命方面，针对产品的结构，模具设计师有义务建议客户对某些结构细节进行变更。

2、

模具报价分析图纸评审完成后，下一步可进行报价。

a、首先要看客户的要求，因为要求决定材料的选择以及热处理工艺；

b、选择好材料，出一个粗略的模具方案图，从中算出模具的重量（计算出模芯材料和模架材料的价格）和热处理需要的费用。（都是毛胚重量）；

c、加工费用，根据模芯的复杂程度，加工费用一般和模芯材料价格是1.5~3：1，模架的加工费用一般是1：1；

d、风险费用是以上总价的10%；

f、税率；

g、设计费用是模具总价的10%；

公式：模具价格=材料费+设计费+加工费与利润+增值税+试模费+包装运输费

各项比例通常为:

材料费:材料及标准件占模具总费用的15%-30%;

加工费与利润:30%-50%;

设计费:模具总费用的10%-15%;

试模:大中型模具可控制在3%以内,小型精密模具控制在5%以内;

包装运输费:可按实际计算或按3%计;

增值税:17%

现举例说明，如下一个产品“标志盖”，为ABS料，喷油件，有外观要求，月订单量约3000PCS。模具完成后，即可啤货。

模具高速加工技术与策略1引言作为现代先进制造技术中最重要的共性技术之一的高速加工技术代表了切削加工的发展方向，并逐渐成为切削加工的主流技术。高速切削中的“高速”是一个相对概念，对于不同的加工方式及工件材料，高速切削时采用的切削速度并不相同。一般来说，高速切削采用的切削速度比常规切削速度高5～10倍以上。由于高速切削技术的应用可显著提高加工效率和加工精度、降低切削力、减小切削热对工件的影响、实现工序集约化等，因此已在航空航天、模具制造、汽车制造、精密机械等领域得到广泛应用，并取得了良好的技术经济效益。在现代模具的成形制造中，由于模具的形面设计日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，因此对模具加工技术提出了更高要求，即不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术的研究不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具的制造加工。高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1μm，刀具切削效率可提高一倍。2模具高速加工对加工系统的要求由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。1)机床主轴高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10,000～100,000m/min，并要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、磁悬浮轴承式等结构形式。2)机床驱动系统为满足模具高速加工的需要，加工机床的驱动系统应具有下列特性：a.高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20～30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min；采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。b.高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，驱动系统加速度应达到20～40m/s2。c.高的速度增益因子(Velocitygainfactor)KV。为达到较高的三维轮廓动态精度以及最小的滞后，一般要求速度增益因子KV=20～30(m/min)/mm。3)数控系统先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：a.高速的数字控制回路(Digitalcontrolloop)。包括：32位或64位处理器及1.5Gb以上的硬盘；极短的直线电机采样时间(小于500μs)；b.速度和加速度的前馈控制(Feedforwardcontrol)；数字驱动系统的爬行控制(Jerkcontrol)。c.先进的插补方法(基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。d.预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达1000～2000个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。e.误差补偿功能。包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。传统的数据接口如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。4)高速切削刀具系统高速切削刀具系统的主要发展趋势是空心锥部和主轴端面同时接触的双定位式刀柄(如德国OTT公司的HSK刀柄、美国Kennametal公司的KM刀柄等)，其轴向定位精度可达0.001mm。在高速旋转的离心力作用下，刀夹锁紧更为牢固，其径向跳动不超过5μm。用于高速切削加工的刀具材料主要有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼(PCBN)、聚晶金刚石等。为满足模具高速加工的要求，刀具技术的发展主要集中在新型涂层材料与涂层方法的研究、新型刀具结构的开发等方面。3模具高速加工工艺及策略1)粗加工模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。图1所示为粗加工过程中工件轮廓形状对刀具载荷的影响。由图可见，在切削过程中因切削层金属面积发生变化，导致刀具承受的载荷发生变化，使切削过程不稳定，刀具磨损速度不均匀，加工表面质量下降。目前开发的许多CAM软件可通过以下措施保持切削条件恒定，从而获得良好的加工质量。粗加工时工件轮廓形状对刀具载荷的影响a.恒定的切削载荷。通过计算获得恒定的切削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡，以提高刀具寿命和加工质量。b.避免突然改变刀具进给方向。c.避免将刀具埋入工件。如加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°～30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷；加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。d.刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。e.采用攀爬式切削(Climbcutting)可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。2)半精加工模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。粗加工是基于体积模型(Volumemodel)，精加工则是基于面模型(Surfacemodel)。而以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。现有的模具高速加工CAD/CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如OpenMind公司的HyperMill和HyperForm软件提供了束状铣削(Pencilmilling)和剩余铣削(Restmilling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。Pro/Engineer软件的局部铣削(Localmilling)具有相似的功能，如局部铣削工序的剩余加工余量取值与粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到的角落，然后再进行半精加工；如果取局部铣削工序的剩余加工余量值作为半精加工的剩余加工余量，则该工序不仅可清除粗加工未切到的角落，还可完成半精加工。3)精加工模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工(见图2)，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Stepover)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。组合曲面的加工Pro/Engineer解决上述问题的方法是在定义侧吃刀量的同时，再定义加工表面残留面积高度(Scallopmachine)；HyperMill则提供了等步距加工(Equidistantmachine)方式，可保证走刀路径间均匀的侧吃刀量，而不受表面斜率及曲率的限制，保证刀具在切削过程中始终承受均匀的载荷。一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。4)进给速度的优化目前很多CAM软件都具有进给速度的优化调整功能(如图3所示)：在半精加工过程中，当切削层面积大时降低进给速度，而切削层面积小时增大进给速度。应用进给速度的优化调整可使切削过程平稳，提高加工表面质量。切削层面积的大小完全由CAM软件自动计算，进给速度的调整可由用户根据加工要求来设置。4结语模具高速加工技术是多种先进加工技术的集成，不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及CAD/CAM技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，大力发展和推广应用模具高速加工技术对促进我国模具制造业整体技术水平和经济效益的提高具有重要意义。模具制造的现代化一、前言随着模具制造的技能化逐步向科学化发展，原来依靠主模型和绘制图形制造汽车覆盖件模具的传统方法也逐步由CAD/CAM终端将由数字描述的汽车覆盖件形状转为加工轨迹的方法所取代。用电话线路遥控加工过程则又将模具制造科学化的水平推向一个新高度。回顾以前，在加工用具有于冲制汽车外覆件的钢制模具时，必须绘制详尽的蓝图和具有按照冲件精确尺寸制造的主模型。可以说，模型是设计和制迼模具的母型。在用铸造方法制造模具时，首先必须置备木模或汽车零件的样件。按照一定比例制成的模型称之为靠模，常被用作仿形加工中的母型，或作为显示铣床加工轨迹的辅助模型。作形铣床上的靠模指沿靠模轮廓形状移动，铣刀则按照靠模指的移动对模具材料进行铣削加工，仿出所需的模具型腔。现在的加工方法则发生了根本的变化。由客户所提供的CAD数据生成铣刀的切削加工轨迹，自动加工出汽车覆盖件的冲压模具和进行塑料板材模压成形的型腔模具。虽然用这种新工艺能比以往加工方法更精确地加工出模具的两对合面，但对于压形还要进行试模，并对试样进行测量。通常由CAD数据正确地加工出模具的主要型腔表面，然后由防止磨损垫块和其它零件与主要型腔面相配合。现在可将这种新技术的特征归纳为以下几个方面。二、不需要主模型和靠模虽然不再使用主模型和靠模，但加工精度反而有了提高。例如，加工公差很严和主要型腔面磨削后需用手工拋光的模具时，用CAD数据加工比用主模型和靠模的效果好。其主要差别是对尺寸控制从根本上得到了改善。用传统方法加工成形塑料件的型腔模具时，其加工公差将随每天温度不同而发生变化。用于塑料板材模压成形的模具虽然加工精度也很好，但对塑料板材的热压成形不像冲压金属板材那样有回弹，所以由CAD数据精确控制加工以后，一般不需要试模。对于这种模具只要经过常规的客户验证即可，一般不再需要递交制件。这主要是因为用CAD数据加工以对加工结果进行检验，对模具的型腔面还可以进行数学分析，从而保证了制造过程能极严格地按照原始设计数据实施。正是由于排除了模具制造过程中的手工操作，改善了模具精度和加工周期方面的竞争力。为此应用CAD数据进行模具加工技术在大多数模具制造厂中得到了推广。现在由许多工厂的经验可证实，应用这种技术之后，虽然按CAM生成的刀具轨迹时间增加了14%，但用于拋光的时间却减少了33%，总加工时间缩短了16.5%，模具的品质提高了12%。现在，各种CAD/CAM软件可以帮助工程师进行模具设计和生成CNC铣床的刀具轨迹。该系统还可以在屏幕上显示3维彩色模型供设计模具和进行分析之用。还可以提供用于改进铸造品质的有限元分析和模具的热性能分析。实际上，任何客户的数据库都可以直接被用于输入，或者通过转换以后输入。三、由三坐标测量机进行检验用于配合CAD/CAM系统进行检验的三坐标测量机也与原来适合于传统工加工模具的可移动式三坐标测量机不同。现在所用的三坐标测量机都带有自动化测量系统。这种三坐标测量机在3250X2090X1370mm的测度空间中的任何一点的定位精度为0.015mm。可测量冲模或塑料模的零件质量为40吨。为了使测量机保持其最高的测量精度，应将它放在与外界环境隔绝的独立机房中，室温应保持20℃四、塑料板材模压成形模具的特点用于对塑料板材进行模压成形的模具，与冲压金属板材的模具不同，它没有材料回弹的问题。所以加工这种模具时不需要去调整模具的对合状况，而是眼于塑件需使用表面的状况。即以使用表面的表面精度和形状精度为重点。五、对加工过程的管理应用上述系统的网络通常小型计算器和个人计算器终端所组成。一种有效管理系统（EffectiveManagementSystem－EMS）软件可对加工过程进行跟踪管理。如掌握加工进度，零件流转状况，外购件的采购状况，收货状况和加工品质等。这种管理系统还包括材料清单、计划和控制，库存物品管理，标准铸件，材料履历，总生产时间表，所需材料计划，订货和销售历史，到货数量，操作人员履历，对车间的控制状况，计划时间，品质评估，标准加工路线，所需生产能力计划，劳动力成本，外购计划及到货状况，请购单，外购件历史和可交付数量等。应用这种软件则可以选择适当的外购物品时机和节省劳动力。使所有加工状况信息完全进库存管理，从而生成完善的材料清单。然后按照加工路线进行有条不紊地加工。该系统还逐日提供操作人员加工工时和机床运转时间的数据，以及停工待料的时间。这样不仅可以减少机床空耗的时间，还可以计算出实际生产成本，从而达到降低生产成本的目的。手机外壳模具型芯的数控加工在现代化的模具生产中，随着对塑料件功能要求的提高，塑件内部结构也变得越来越复杂，相应的模具结构也要随之复杂化。本文阐述了在塑料模具制造中所采用的新的设计制造工艺方法路线：首先利用Pro/ENGINEER或MasterCAM等先进的CAD/CAM软件进行产品的3D图形设计；然后根据产品的特点设计模具结构，生成模具型腔实体图和工程图；再在MasterCAM中根据模具型腔的特点绘制CNC数控加工工艺图，拟定数控加工工艺路线，输入加工参数，生成刀具路径；最后进行三维加工动态仿真，生成加工程序，并输送到数控机床进行自动加工。以下就以一个手机前壳的模具为例，重点体说明这一加工流程。为减少篇幅，本文假定从生成三维加工工艺模型后开始，只涉及加工部分。一、前模的数控加工根据手机前壳的3D图形进行模具设计后，将模具型芯的3D实体图转换成IGS图形格式，输入到MasterCAM中。其数控加工工艺如下：(1)曲面挖槽粗加工，采用φ16的平底镶合金刀；(2)曲面等高外形半精加工，采用φ6的平底刀；(3)曲面的外形粗加工前模的电池插口枕位，采用φ6的平底刀；(4)直纹曲面粗加工枕位的平面部分，采用φ6的平底刀；(5)直纹曲面粗加工枕位的圆弧面部分，采用φ6的平底刀；(6)曲面平行精加工，采用φ10的球头刀；(7)等高外形精加工下部的清角部分，采用φ3的平底刀；(8)等高外形精加工上部的清角部分，采用φ3的平底刀；(9)曲面等高外形精加工型腔，采用φ3的平底刀；(10)直纹曲面加工型腔的分型面，采用φ16的球头刀；(11)直纹曲面精加工枕位的平面部分，采用φ3的平底刀；(12)直纹曲面精加工枕位的圆弧面部分，采用φ3的平底刀。下面分别予以介绍。1.曲面挖槽粗加工采用双刃φ16的平底镶合金刀，预留了0.3mm的加工余量。机床的进给率，1500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，2000r/min。(1)曲面参数安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；过滤公差，0.025mm。刀具的边界取外形边界。无须选择检查面。(2)挖槽粗加工参数

Z方向的每步最大的下刀量，0.4mm；刀径百分比的进刀量，75%；实际进刀量，12mm。选择平行螺旋线铣削方式，输入一个刀具路径接近的起点，将下刀的中心设在边界的外面，采用螺旋下刀方式，切削深度设定为相对增量方式，预留0.2mm的余量。

(3)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中选取所有加工面，加工边界选取图1所示的外形边界（以工件毛坯外径向外扩展刀具直径的1.5倍）。无须选择检查面。

２.曲面等高外形半精加工

采用φ6的平底超硬合金刀，进一步加工尖角或细小倒圆角的残留余量，预留0.15mm的加工余量。机床的进给率，500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，1800r/min。

(1)等高外形参数

切削刀具的每次高度下降值为0.15mm；下刀点选择在边界内；切削深度选用相对深度，0.2mm。

(2)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中选取所有加工面。

３.曲面的外形加工

采用曲面的外形粗加工刀路方式加工前模的电池插口枕位，采用φ6平底刀合金刀，预留0.15mm的加工余量。

(1)外形参数

安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；过滤公差，0.025mm。多层切削参数是设置XY平面内的切削次数和切削用量的，根据加工余量而定：粗切削次数，2次；步距，4mm；精切削次数，0；步距，0.5mm。设定合适的进刀、退刀的路径。因加工深度只有2mm，这里不使用Depth深度切削。设置完所有参数后，在Geometry中Chain选取如图1所示的外形。从Toolpaths/Operations命令中进入操作管理菜单，用Backplot—Run命令模拟刀具路径，检查Contour，刀具铣削路径有无问题。

4.直纹面加工

采用直纹面加工方式粗加工枕位的平面部分，刀具采用φ6的平底合金刀，度预留0.1mm的加工余量。

(1)直纹曲面刀路参数

切削方式采用往复式切削；切削间距，0.1mm；切削余量，0.1mm；快速进给的深度（绝对尺寸），15.0mm，Left，刀具左补偿。

(2)刀具路径

设置完所有参数后，在Geometry中Chain选取如图1所示的两条Ruled线。

同样，采用Ruled直纹曲面加工模式粗加工枕位的另一半的圆弧部分，采用φ6的平底合金刀，刀具参数和直纹面参数不变，预留0.1mm的加工余量。

5.曲面平行加工

采用曲面平行加工方式精加工全部的曲面。刀具采用φ10的球头刀，不留加工余量。机床的进给率，1300mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，2500r/min。

(1)曲面参数

安全高度绝对坐标，15mm；进给进刀增量坐标，1mm；预留0.3mm的加工余量。因为要精加工所有的面，这里无须确定刀具的边界，不使用检查面。

(2)曲面平行加工参数

加工最大步距，0.1mm。该选项可以设置刀具的横向进给量，其值越小就越精确，加工面越光滑，但是生成NC程序的时间和程序也越长。切削方法定为来回切削。切削角度可以设置成加工刀具路径与当前构图平面中X轴的夹角，此处设定为45°。6.曲面等高外形半精加工

采用等高外形刀路方式精加工下部的清角部分。刀具采用φ3的平底超硬合金刀。

(1)机床参数

机床的进给率，500mm/min；Z方向进给速度，500mm/min；抬刀速率，2000mm/min；主轴转速，3500r/min。打开冷却液，预留0.3mm的加工余量，不使用检查面。(2)等高外形参数

切削刀具的每次高度下降值为0.15mm。下刀点选择在边界内；采用顺铣往复模式进给；切削深度选用绝对深度，最小深度为0.0mm，最大深度为-4.0mm。同样采用等高外形刀路方式精加工上部的清角部分，仍然采用φ3的平底刀，刀具参数、曲面参数、加工参数同前，选取所有加工面作为加工面，边界选取图10所示的外形边界。最小加工深度为-1.5mm，最大加工深度为-4.0mm。7.曲面等高外形精加工

采用等高外形刀路方式精加工整个型腔。刀具采用φ3的平底刀。刀具参数和加工面的参数同前，加工边界选取图11所示的边界。虽然最后的曲面精加工，仍然留0.3mm的余量给后续的电火花加工。选取所有加工面作为精加工面：每次高度下降值为0.1mm，加工最小深度为-4.0mm，加工最大深度为-9.1mm。

8.直纹面加工

采用直纹曲面加工方式精加工分型面。刀具采用φ16的平底合金刀，预留0.1mm的加工余量。切削方式采用往复式切削，切削间距为0.2mm。刀具的加工路径如图12所示。同样采用直纹曲面加工模式精加工枕位的平面部分和圆弧面。刀具采用φ3的平底合金刀，不留加工余量，切削间距为0.2mm。

二、后模的数控加工

后模的数控加工工艺如下（与前模大同小异，限于篇幅不再展开）：

(1)曲面挖槽粗加工，采用φ25的平底镶合金刀，留0.4mm余量；

(2)曲面等高外形半精加工，采用φ12的平底刀，留0.15mm余量；

(3)曲面平行精加工，采用φ10的球头刀，不留加工余量；

(4)曲面的外形，Contour方式加工前模的Len透镜位置，采用φ4的平底刀。

三、面壳铜电极的数控加工

铜电极的数控加工工艺如下（限于篇幅不再展开）：

(1)采曲面的外形加工方式粗加工铜电极的基准位置，采用φ16的四刃平底刀，不留加工余量；

(2)采用曲面平行加工方式粗加工铜电极的全部曲面，采用φ16的平底刀，留有0.35mm的加工余量；

(3)采用曲面等高外形加工方式半精加工铜电极曲面，采用φ6的平底刀，留有0.1mm的加工余量；

(4)采用挖槽加工方式加工Lens部分，采用φ6的平底刀，留有0.3mm的加工余量；

(5)采用曲面的外形加工方式粗、精加工Lens装配位置，采用φ1的四刃平底刀，不留加工余量；

(6)采用面平行加工方式精加工铜电极的全部曲面，采用φ6的球头刀（EndmillSphere），不留加工余量；

(7)采用曲面的外形加工方式精加工铜电极的按键位置，采用φ2的双刃平底刀，不留加工余量；

(8)采用曲面等高外形加工方式精加工Battery-cover装配位置，采用φ2的双刃平底刀，不留加工余量。

四、结束语

数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。从Pro/ENGINEER中以IGS格式将签名设计的3D图形调入，根据模具型腔的特点，确定模具型腔、分模面，生成模具型腔实体图、工程图、加工工艺图。根据CAM系统的功能，从CAPP数据库获取加工过程的工艺信息，进行零部件加工工艺路线的控制，输入加工参数，然后再在CAM中编制刀具路径，进行三维加工动态仿真，生成加工程序并输送到数控机床完成自动化加工。这些加工步骤是现代化模具生产的过程和发展趋势，它使复杂模具型芯的生产简化为单个机械零件的数控自动化生产，全部模具设计和数控加工编程过程都可以借助CAD/CAM软件在计算机上完成。它改变了传统的模具制造手段，有效地缩短了模具制造周期，大大提高了模具的质量、精度和生产效率。模具类别和分类方法模具分类方法很多，过去常使用的有：按模具结构形式分类，如单工序模，复式冲模等；按使用对象分类，如汽车覆盖件模具、电机模具等；按加工材料性质分类，如金属制品用模具，非金属制用模具等；按模具制造材料分类，如硬质合金模具等；按工艺性质分类，如拉深模、粉末冶金模、锻模等。这些分类方法中，有些不能全面地反映各种模具的结构和成形加工工艺的特点，以及它们的使用功能。为此，采用以使用模具进行成形加工的工艺性质和使用对象为主的综合分类方法，将模具分为十大类，见表1各大类模具，又可根据模具结构、材料、使用功能以及制模方法等分为若干小类或品种。数控加工工艺设计无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。一．数控加工的基本特点：１．数控加工的工序内容比普通机加工的工序内容复杂。２．数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在编制数控加工工艺时却要认真考虑。二．数控加工工艺的主要内容１．选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。２．分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等等。３．调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。４．分配数控加工中的容差。５．处理数控机床上部分工艺指令。三．常用数控加工方法１．平面孔系零件常用点位、直线控制数控机床（如数控钻床）来加工，选择工艺路线时，主要考虑加工精度和加工效率两个原则。若考虑效率，则上述零件采用图１的路线比图２好，因为经过计算前者刀具空行程路线短。若考虑精度，则采用图3的路线比图4差，因为后者消除了反向间隙。２．旋转体类零件常用数控车床或磨床加工。（１）考虑加工效率：在车床上加工时，通常加工余量大，必须合理安排粗加工路线，以提高加工效率。实际编程时，一般不宜采用循环指令（否则，以工进速度的空刀太大）。比较好的方法是用粗车尽快去除材料，再精车。（２）考虑刀尖强度：数控车床上经常用到低强度刀具加工细小凹槽。图５的b采用斜向进刀，不宜崩刃，a则易崩刃。３．平面轮廓零件常用数控铣床加工。应注意：（１）切入与切出方向控制：图６左图的径向切入，工件表面留有凹坑；右图切向切入、切出，工件表面光滑。（２）一次逼近方法选择：只具有直线和圆弧插补功能的数控机床在加工不规则曲线轮廓时，需要用微小直线段或圆弧段去逼近被加工轮廓（其误差称为一次逼近误差），逼近时，应该使工件误差在合格范围同时程序段的数量少为佳。润滑油知识介绍(1)润滑作用发动机在运转时，如果一些摩擦部位得不到适当的润滑，就会产生干摩擦。实践证明，干摩擦在短时间内产生的热量足以使金属熔化，造成机件的损坏甚至卡死(许多漏水或漏油的汽车出现拉缸、抱轴等故障，主要原因就在于此)。因此必须对发动机中的摩擦部位给予良好的润滑。当润滑油流到摩擦部位后，就会粘附在摩擦表面上形成一层油膜，减少摩擦机件之间的阻力，而油膜的强度和韧性是发挥其润滑作用的关键。(2)冷却作用燃料在发动机内燃烧后产生的热量，只有一小部分用于动力输出以及摩擦阻力消耗和辅助机构的驱动上；其余大部分热量除随废气排到大气中外，还会被发动机中的冷却介质带走一部分。发动机中多余的热必须排出机体，否则发动机会由于温度过高而烧坏。这一方面靠发动机冷却系来完成，另一方面靠润滑油从气缸、活塞、曲轴等表面吸收热量后带到油底壳中散发。(3)洗涤作用发动机工作中，会产生许多污物。如吸入空气中带来的砂土、灰尘，混合气燃烧后形成的积炭，润滑油氧化后生成的胶状物，机件间摩擦产生金属屑等等。这些污物会附着在机件的摩擦表面上，如不清洗下来，就会加大机件的磨损。另外，大量的胶质会使活塞环粘结卡滞，导致发动机不能正常运转。因此，必须及时将这些污物清理，这个清洗过程是靠润滑油在机体内循环流动来完成的。(4)密封作用发动机的气缸与活塞、活塞环与环槽以及气门与气门座间均存在一定间隙，这样能保证各运动副之间不会卡滞。但这些间隙可造成气缸密封不好，燃烧室漏气结果是降低气缸压力及发动机输出功率。润滑油在这些间隙中形成的油膜，保证了气缸的密封性，保持气缸压力及发动机输出功率，并能阻止废气向下窜入曲轴箱。(5)防锈作用发动机在运转或存放时，大气、润滑油、燃油中的水分以及燃烧产生的酸性气体，会对机件造成腐蚀和锈蚀，从而加大摩擦面的损坏。润滑油在机件表面形成的油膜，可以避免机件与水及酸性气体直接接触，防止产生腐蚀、锈蚀。(6)消除冲击载荷在压缩行程结束时，混合气开始燃烧，气缸压力急剧上升。这时，轴承间隙中的润滑油将缓和活塞、活塞销、连杆、曲轴等机件所受到的冲击载荷，使发动机平稳工作，并防止金属直接接触，减少磨损。润滑油必须满足的性能要求(1)适宜的粘度和良好的耐温性能润滑油的粘度关系到发动机的起动性、机件的磨损程度、燃油和润滑油的消耗量及功率损失的大小。机油粘度过大，流动性差，进入磨擦面所需时间长，燃料消耗就会增大机件磨损增大，清洗及冷却性差，但密封性好；粘度过小，不能形成可靠油膜，不能保持润滑，密封性差，磨损大，功率下降。所以粘度过大、过小都不好，应当适宜。发动机润滑油应用的工作温度范围很广，在300℃左右要求它有足够的粘度保证润滑；在0℃以下，甚至-40(2)清净分散性能好润滑系统产生的油泥等污垢过多时会从油中析出，造成机油滤清器和油孔堵塞、机油的流动性差、活塞环粘着、燃油油耗增大、功率降低等现象。为防止上述故障，必须要在润滑油中添加油溶性的清净分散剂。净分散剂主要分为金属型清净剂和无灰型分散剂。其中，金属型清净分散剂能防止活塞环槽中的油泥沉积，对活塞环区的清净能力好，单独使用时称为清净剂；无灰型清净剂对防止环槽中的油泥能力差，但促使油泥在油中分散的能力强，有时单独称为分散剂。两者最好复合使用。(3)良好的润滑性发动机使用的大都是滑动轴承，而且要承受很大的负荷，如主轴承为5-10MPa(汽)和10-20MPa(柴)，连杆轴承为7-14MPa(汽)和12-15MPa(柴)，个别部件更可达到90MPa。发动机润滑油在高负荷、高压的条件下，必须有良好的润滑性。(4)酸中和性好燃油尤其是柴油中，含有大量的硫成分，燃烧后产生的酸性气体与水结合形成硫酸或亚硫酸等溶液。这些酸会对发动机内的金属产生腐蚀。因此要求润滑油具有很好的与酸中和能力，减少燃烧产生的酸性物质对发动机的损害。(5)抗氧化及热氧化性能好润滑油会在高温下与氧结合，其氧化生成物使润滑油变质失效，这是造成发动机许多故障的主要原因之一。润滑油中应添加各种抗氧化添加剂，避免其氧化变质。(6)良好抗泡沫性由于曲轴的强烈搅动和飞溅润滑，容易使润滑油生成气泡，润滑性能下降，并能导致机油泵故障。因此，润滑油中必须加入良好的泡沫抑制剂产品，抑制泡沫的产生，保持润滑油的功效。模具精加工综述模具型腔的精加工工序是模具加工的最后一道工序，是直接影响模具质量好坏的最重要的一环，它占整个模具加工量的30%～40%左右，因此倍受国内外专家的重视。在我国尽管模具加工的大部分工序（车、铣、刨、磨、电火花、线切割等）已经实现了高度自动化，但模具的精整加工大部分仍采用手工加工的方式，在一定程度上严重影响了我国模具的发展。所谓精整加工就是在保证零件型面精度的前提下，降低零件表面粗糙度的加工方法。目前常用的方法有：手工抛光、超声波抛光、化学与电化学抛光等等。在这些方法中，手工抛光是最常用的精整方法，因为手工抛光运动灵活，可以加工任何复杂的型腔，但同时该方法的劳动强度大，生产效率低，产品的质量没有保障。而其它方法虽然效果也不错，从产品的质量、加工的效率和工人的强度都有很大的改善，但由于模具型腔的复杂性、多样性、不规则性，使得这些加工工具很难完全沿着工件的轮廓线加工、有时受到这些型腔空间的限制，所以很多精整加工方法只能在某些领域有自己的用武之地，却很难广泛地推广使用。模具型腔表面精加工中存在的问题国外大多数模具厂家都采用模具设计、加工甚至装配一体化，也就是模具CAD/CAM/CAE的一体化，利用模具CAD软件和反求工程进行设计；利用虚拟现实系统进行装配试模，发现干涉及时调整，在没有问题的条件下，才进行加工；在加工过程中，利用加工中心和CAD/CAM，把整个加工过程一体化，也就是工件一次安装就完成零件的加工，所以工件的精度可以保证。尽管如此，对于模具型腔表面的精加工问题仍是个世界难题，这主要是由于存在以下几方面的问题：◆模具型腔的多样化和不规则性。在很多场合下，模具的型腔表面都是三维不规则的自由曲面，由于这些曲面的形状各异，这给光整加工时的刀具或磨具的运动轨迹及进给带来很大的麻烦。即使用现代的数控加工技术来控制刀具或磨具的运动，但给数控程序的编制也带来很大的困难，所以这是导致模具光整加工难以实现自动化的根本原因。◆用于模具光整加工的刀具或磨具的自适应性和柔性差。由于模具型面的特殊性，要求加工它的刀具或磨具要有很好的自我调整的能力，也就是所谓的自适应性，要随着加工轮廓形状的改变而改变自己的运行轨迹，当然这里指的是微调。这就要求加工模具型腔的工具具有一定范围的可塑性，即柔性。◆模具表面的精度和光洁度要求较高。这也是模具自身的特点决定的，模具作为加工工件的模型，它的精度的高低直接决定了工件精度的好坏，也对自身的寿命、耐腐蚀性、耐磨性以及加工后能否顺利把工件从模具中取出都起到至关重要的作用。即使有些加工方法本身加工精度很高，但用在模具加工上，却由于在提高模具表面光洁度的同时，很难保证工件的原始形位公差，结果也很难胜任。目前，我国对模具型腔精加工方法仍然是机械加工和电加工两大方面，并且有电加工越来越占优势的趋势；另外就是模具CAD/CAM技术的应用，但由于模具本身的特点，形状复杂难于规范化，所以型腔模CAD/CAM的开发不如冲模及塑料模在CAD/CAM上开发的那样快，那么成熟。尽管如此，这仍是型腔模加工方法的一个发展方向。在这些加工方法中，发展较快的是机械加工中的铣削技术、磨削技术和电加工中的电火花成形加工技术。分别简介如下。（1）铣削加工技术的崛起——高速铣削加工铣削加工是型腔模的重要加工手段，特别适用于中、大型锻模的加工。近年来铣削加工获得了迅速的发展，主要体现在以下几个方面：◆高精度化：认为铣削加工是普通加工的时代已经过去。机床的定位精度从80年代的±12mm/800mm，已提高到90年代的±2～5mm/全行程。采用了精密机床的热平衡结构，以及主轴冷却等措施，以控制热变形，其控制分辨率已由原来的1mm提高到0.2mm。这样使加工精度由原来的±10mm提高到±2～5mm，精密级可达±1.5mm，使铣削加工机床进入了精密机床的领域。◆加工效率高速化：随着刀具、电机、轴承、数控系统的进步，高速铣削技术迅速崛起。目前主轴转速已从4000～6000r/min提高到14200r/min。切削进给速度提高到1～6m/min，快速进给速度由8～12m/min提高到30～40m/min，换刀时间由5～10s降到1～3s，这就大幅度提高了加工效率。高速铣削与普通的加工方式相比，加工效率可提高5～10倍。◆铣削材料的高硬度化：高速铣削技术与新型刀具(金属陶瓷刀具、PCBN刀具、特殊硬质合金刀具等)相结合，可对硬度为36～52HRC的工件进行加工，甚至可加工60HRC的工件。高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工技术的进步。特别是对汽车，家电行业等中、大型型腔模具制造方面注入了新的活力。（2）电火花成形加工面临新的挑战高速铣削技术发展了，作为型腔模加工另一重要手段的电火花成形加工的发展也相当完美，但作为一个加工体系，确实面临着高速铣削加工的新的挑战。◆电火花成形加工的技术进步：由于微精加工脉冲电源、工作液、混硅粉加工工艺等相关技术的进步，使电火花成形加工表面粗糙度达到Rmax0.6～0.8mm，而且可以进行大面积加工。并且由于电极损耗不断降低（最小达0.1%）以及对微加工加工余量的精确控制等，可以说电火花成形加工已进入了精密加工领域。◆电火花成形加工面临的挑战：由于高速铣削能加工硬度36～52HRC，甚至60HRC的材料，几乎所有型腔模材料都能加工，改变了高硬度材料只有采用电加工的局面。高速铣削的加工效率与电火花加工的效率相比为4:1，有的甚至是电火花成形加工的7～8倍，而且节省了电极的制造。高速铣削还具有一定加工精度和较好的表面粗糙度。国外认为，在型腔模的加工领域里，高速铣削可以替代电火花加工，这不是没有根据的。由于这样，在应用领域方面，特别是在汽车等行业，电火花成形加工有被高速铣削挤出来的危险。不过电火花成形加工在加工深槽、窄缝、筋肋、纹理等方面有其不可替代的优越性。但总的说来。电火花成形在加工的应用领域缩小了，一部分市场被别的加工设备占领了，特别是对大型电火花成形加工机床的发展会产生更大的影响。◆电火花成形加工的发展战略：电火花成形加工是几十年形成的一个加工体系，本身也在不断地发展，针对铣削加工技术的发展，最近提出了“电火花铣削加工”技术与之相抗衡。总体来说，“电火花铣削加工”是以提高电火花成形加工效率为目标，采用成形（石墨电极），以水作为工作液的电火花成形加工，与以油作为工作液相比，其加工效率提高2～3倍，国外称之谓“电火花铣削加工”，这代表了一个发展方向。但与高速铣削加工相比其整体加工效率还有较大差距。采用高速旋转的主轴，带动棒状（管状）电极旋转，配合工作台及主轴的数控轨迹运动及伺服进给，其加工成形方式类似于机械铣削加工。这种“电火花铣削加工”可以在电极库中存放不同直径的标准管电极，而在数控进给中成形，这大大简化了电极的设计、制造、管理等。这是一种新的发展策略，但同样存在加工效率低的问题。预计“电火花铣削加工”将有新的进展，与高速铣削加工会进行激烈的竞争。随着电子、电器、通讯、计算机等行业的迅速发展，精密、微细、复杂模具的加工越来越多，市场越来越大，这些模具的加工正是电火花成形加工的优势。因此，在竞争的同时，应充分发挥电火花成形加工的优势，即应重点向精密、复杂、微细模具加工方向转移，这是电火花成形加工发展的又一重要方向。（3）磨削加工仍是精密模具加工的主要手段磨削加工是一种精密加工技术，到目前为止，磨削加工精度已经很高了，最高可达1～2mm，加工的表面质量也非常好，其表面的粗糙度一般在Ra0.04～0.32μm，并且利用磨削加工，加工出的表面没有软化层、变质层等缺陷，所以广泛用于精密模具的加工中。随着磨床种类的增多，如坐标磨床、成形磨床、光曲磨床以及专用模加工磨床等，特别是数控程度的提高，使加工的范围越来越大，精度越来越高。不仅能加工冷冲模，而且也能加工各种型腔模，如锻模、塑料模等，所以说，磨削加工仍是精密模具加工的主要手段。下面将重点介绍磁粒研磨技术。磁粒研磨技术的原理磁力研磨就是在磁场中放入磁性磨料，磁性磨料在磁场力的作用下形成磁粒刷，当工件在磁场中相对磁极做相对运动时，磁粒刷将对工件表面进行研磨。由于形成的磁粒刷有很好的自适应性和柔性，因此非常有利于对复杂型面的加工。磁粒研磨的特点磁力研磨与其它加工方法相比具有以下特点：◆工件不与磁极相接触，磁极的磨损量较小，磁极的形状误差对加工表面的形状精度影响较小。◆磁极的结构形状不同，会影响加工区域磁场的分布状况，因而影响加工表面的质量和加工效率。◆磁性磨料刷既有一定的刚性，同时又具有一定的柔性，可以随加工表面形状的变化而变形，因此它可以加工形状极为复杂的表面。◆研磨的压力可以通过改变励磁电流进行调节，研磨过程比较容易控制。◆受磁场力的作用，磨料不易飞散，磨料的耐用度高可反复使用，磨料的损耗少，工作环境比较清洁。◆采用金刚石粉作为磨料时，可对陶瓷等超硬的非金属进行加工。◆加工设备简单，成本较低。该技术在国外研究的较多，在国内研究的人还很少，笔者认为该技术的发展如能和数控技术相结合必将对模具型腔的加工带来新的革命。我国模具精加工的发展方向21世纪模具制造业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。具体表现为以下7个特征：◆集成化技术；◆智能化技术；◆网络技术的应用；◆多学科多功能综合产品设计技术；◆虚拟现实与多媒体技术的应用；◆反求技术的应用；◆快速成形技术。模具的最新和最佳新材料内容摘要:模具制造商一直坚持不懈地寻找用于制造模具的最新和最佳的材料，而材料供应商对提供更好的表面硬度、更高的强度、更佳的可焊性、更高的抛光性和更容易的可加工性的工具钢和合金材料则一直充满信心。模具制造商之所以始终对新材料充满兴趣，这是因为新材料可降低加工周期和减少对于模具制造商加工模具所用机床的磨损和损伤，从而帮助模具制造商降低零件成本。以下提供若干材料制造商对模具材料发展趋势的阐述以及一些关于模具材料常见问题的回答。1.请你预测今年模具材料方面的主要进展是什么。模具制造商一直坚持不懈地寻找用于制造模具的最新和最佳的材料，而材料供应商对提供更好的表面硬度、更高的强度、更佳的可焊性、更高的抛光性和更容易的可加工性的工具钢和合金材料则一直充满信心。模具制造商之所以始终对新材料充满兴趣，这是因为新材料可降低加工周期和减少对于模具制造商加工模具所用机床的磨损和损伤，从而帮助模具制造商降低零件成本。以下提供若干材料制造商对模具材料发展趋势的阐述以及一些关于模具材料常见问题的回答。1.请你预测今年模具材料方面的主要进展是什么？这些进展是如何影响模具制造商、模具设计人员和模具加工工艺的？铜和黄铜销售公司（Southfield，MI）全国产品经理JohnM.Perryman先生：我所看到的是在关于铝合金模具材料的表面硬度和更高的强度方面正在获得很大的进展。这使得铝合金的淬透性具有更好的一致性，材料厚度达12英寸及以上。随着机械性能的提高，这些合金仍然具有人们使用铝合金材料时已经习惯的很高的导热性能。再者，许多高强度铝合金的耐蚀性能将大幅提高。对于这些铝合金，模具制造商将看到加工时更高的进给量和速度并伴随着更好的表面粗糙度，使得粗、精加工的成本更为节约。设计人员在使用铝合金替代钢件时将获得更好的柔性，还使他们能确定类似于钢制注塑模的流道和其它尺寸。ThyssenKrupp特种钢公司（ClintonTownship，MI）有色金属产品北美地区经理BobMang先生：多数汽车OEM供应商现在希望看到在生产加工中可使用能替代P20的材料。这些进展将为模具制造商、模具设计人员和模具制造工艺提供更好的通用性。模具厂不能再只提供钢制模具─他们必须要适应于其它材料和工艺。Bohler-Uddeholm集团公司（RollingMeadows,IL）塑料应用部门技术经理EdSeverson先生：正在发展中的趋势之一来自最终用户不断提高的要求，这些要求包括：模具能出色地通过初始零件加工的批准，并可长时间无问题运转。这已经迫使模具制造商坚决要求模具材料在抛光性能、韧性和可焊性方面必须不断改进。Performance合金公司/Performance模具产品公司（Germantown，WI）总裁/副总裁CliffMoberg先生：由于对工作场所安全性以及公司可靠性的重视不断提高，因此有关安全夹持、加工和处理铍铜合金等问题重新受到强调，公司需要全面考虑地使用或者不再把铍铜合金作为一种模具结构材料。环境必须要受到保护，至少要遵循和坚持OSHA/NIOSH的安全性规定。我们不断地扩大不含铍的铜合金产品的供应，成功地替代铍铜合金产品，这有助于用户彻底避免铍元素带来的问题。国际模具钢公司（Florence，KY）PaulBritton先生：我们有一种新的模具钢，它能被热处理到HRC62/64并且比H-13、S-7模具材料耐用。我们的一些客户开始把这种材料用于塑料和橡胶模具。BrushWellman有限公司（Cleveland，OH）塑料/加工部门的应用工程和市场总监DougVeitch先生：模具材料的进展之一缘于一些模具制造商不得不优先选用不含铍元素的材料。我们的模具用铜合金在响应那种优先性的同时仍然提供极佳的可加工性，它能缩短模具加工时间。我们已经找到了在高速机床上能获得接近铝合金的加工速度和进给量的铜合金。模具制造行业最近关注的问题是原材料的持续涨价，导致塑性树脂的价格变得更高。模具界需要大量地降低成本，而为数不多的一些方法之一是使用能缩短加工周期的模具材料。模具材料起初可能确实相对昂贵，但是由于其更高的生产率，投资回收期通常不到六个月。以大型平板形式提供模具合金是制造商对于使用高强度、高传导性铜合金的大型模具应用所需大型盘类零件的一种响应。这使得加工周期和所有型芯、型腔应用时直壁比率得以缩减。你现在能从整块金属料上加工模具，与其相反的是要使用一组镶嵌件。这为模具加工提供更好的完整性，减少模具维护并简化模具设计。2．模具制造商关于模具材料最常见的问题是什么？你的答案是什么？模具制造商关于今日的模具材料所面临的常见挑战是什么？铜和黄铜销售公司Perryman先生：如今由注塑模具制造商提出的最常见问题是关于有色金属模具材料承受耐磨树脂引起的磨损的能力、分型线上的支撑能力、模具材料的导热性和模具承受模具工不正确使用的能力。吹塑模具制造商很关心在使用铝合金时，流道内由金属各向异性引起的晶粒间的腐蚀。然而，非常耐磨的树脂会擦伤和损伤许多铝合金、铜合金的表面，对于今日广泛使用的很多常见树脂，这不是一个问题。这些树脂中的很多种非常适用于有色合金型腔，不会损坏表面，即使在百万次的模具注塑加工之后。很多模具工认为必须对铝合金模具施加极高的夹紧力以防止模具内的喷溅。高强度铝合金和铜合金能轻易地承受保持模具闭合所需的夹紧力。此外，你能设计有色合金模具并有许多途径保护分型线，如在A和B板上使用钢制镶嵌件。铝合金和铜合金的导热性大约比钢件高两到十倍，所以它们把树脂上的热量传递到流道要比钢件快得多，降低了加工周期。腐蚀问题要比多数模具制造商的认识复杂得多，它涉及几种不同类型的问题。晶粒间腐蚀通常由较差的水冷工况或添加到水中的化学物所引起。这种腐蚀多数能够被控制并通过材料加工时的控制转变成非破坏性的点蚀。这还防止模具内的裂纹或应力腐蚀裂纹的扩散。这些裂纹可由以下三个必须列出的因素进行模拟：应力、腐蚀工况和材料的敏感性。通过消除材料的敏感性，你能把问题最小化。电腐蚀能够在某种程度上以类似的方式被控制，也可通过镀层或一些其它手段来分离金属的扩散。ThyssenKrupp公司的Mang先生:如何才能削减模具成本？你可以不去通过控制每磅材料的价格来消减成本，而是通过注重导热性、加工和其它与模具相关的成本项目来达到目的。模具加工的挑战包括钢件和铝合金的价格上涨和如何把这些成本转嫁到客户身上。公司自身必须与其竞争对手在模具材料的切削性能上区分开来。Performance合金公司/Performance模具产品公司的