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| 浅谈现代塑料模具的设计与制造 |
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| 2006-6-8 13:30:34
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二、现代塑料模具的制造
现代经济的飞速发展，推动了我国模具工业的前进。CAD/ CAE/ CAM 技术的日臻完善和在模具制造上的应用，使其在现代塑料模具的制造中发挥越来越重要的作用，C A D / C A E /C A M 技术已成为现代塑料模具的制造必然趋势。
1、CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟、制造一体化
CAD/ CAE/ CAM 一体化集成技术是现代塑料模具制造中最先进最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程。具有现代塑料模具设计制造能力的工厂，该过程都是从CAD/ CAE/ CAM 系统内进行的，其加工程序直接由联机电缆输入加工机台，在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能进行细致的模拟，将零件刀具、刀柄、夹具，平台及刀具移动速度、路径等显示出来，以便观察整个模具零件的切削过程和前后的形状，以检查程序编制的正确性，这对于复杂的多曲面的模具零件尤为重要。在模拟检查中，如果有需要调整产品的不当的地方，如某处刀具过大，不能按设计要求切削出理想的某2 个面接合处圆角等，可以重新给出适当的刀具，或决定该处使用直径较小的刀具，多进行一次或多次切削加工。如果发现模拟的过程效益太低，则可重新修改走刀路径或加大粗切的刀具直径，以提高加工效率等。总之在CAD/ CAE/ CAM 系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现的问题，从而在加工之前，将整套加工程序作好完善修改工作，这对于高效、准确地加工模具零件有着相当重要的意义。
2、 先进设备的作用
现代塑料模具制造的必然趋势，就是机械加工尽可能地取代人工加工，这就确定了先进设备在现代制造中的作用，尤其现在加工中心、数控高速成型铣床、数控铣床、数控车床、多轴联动机床、数控模具雕刻机、电火花加工机床、数控精密磨床、三坐标测量机、扫描仪等现代化设备在工厂中的广泛使用，而且这些设备大部分所用的程序基本上都是应用C A D /CAE/CAM 系统产生的，机台与计算机联机，加工程序是通过联机电缆输入机台的，操作人员按照规定的程序装夹工件， 配备刀具和操作，机台就能自动地完成该机台上应该完成的加工任务，并将理想的模具零件制造出来或为下一加工工序完成规定的部分。操作人员的熟练程度和情绪变化不太影响加工质量和加工效益，这也是现代模具加工优于传统机械加工的一个方面。
3、手工加工的作用
由于模具加工的特殊性，模具都有机械加工无法完成的部分，现代塑料模具加工也是如此。这就决定现代塑料模具加工中，还要依赖具有丰富经验的技术工人去完成模具的组装，各零件之间的配合及复杂不规则型腔的抛光等。
由于现代模具加工的软、硬件的不断改进，手工加工的比例逐渐减少，对型腔的抛光主要是在一些工具的辅助下由手工完成的。因此，现在研究抛光的自动化、智能化已成为模具业比较关注的课题。但不管设备如何先进，由于模具型腔形状复杂，任何一种研究抛光方法都有一定的局限性，手工加工在现代塑料模具制造中仍具有一定的位置，其作用也不容忽视。
4、 检测手段
模具的零部件除了有高精度的几何要求外，其形位精度要求也较高，所以，一般的量具是很难达到理想的目的。这时就要依赖精密零件测量系统。这种精密零件测量系统简称CMM，即Coordinde Measuring Machine，是数控加工中心的一种变形， 它的测量精度可达0 .2 5 ìm，其测量工件的方式如下：经由CAD/CAM 系统或CMM 专用软件所产生的零件数据选送至C M M 的计算机系统，经过适当的设置后，即按照所给出的数据去测量工件，将所得结果与原始数据比较，得出工件加工后的误差。
如果原始数据是从设计图纸得来的，则可直接将设计数据送入C M M 专用软件，然后进行测量，将取得的加工误差数据进行质量分析，以判断工件的加工质量。如果检测的不是单个零件而是若干个零件的组件，则由各零件的误差积累而导致总偏差被显示出来。
三、反向工程的应用
反向工程（Reverse Engineer ing ）即先对制件（ 所加工的产品）进行扫描生成多种格式的CAD 数据，再在另外的CAD/CAE/CAM 软件中进行改型设计，该技术是现代塑料模具制造中最流行的模具制造技术。
其工作原理：是对已有的实物模型进行扫描，采集其表面的坐标数据信息，根据采集的数据生成模型表面的线框模型，之后可根据需要对模型进行凹凸模转换、比例缩放、旋转、平移等处理，再自动生成模具的加工程序。自动生成模具的加工程序可适用于广泛的数控系统。
例如，英国雷尼绍公司专门为塑料模具制造开发生产的扫描系统，就可以成功地应用于塑料模具制造的反向工程中，它不仅可以改善数控机床的性能，扩大数控机床的功能，而且还能提高数控机床的效率。雷尼绍公司的Retroscan、Renscan200 及Cyclone 高速扫描机已被青岛海尔、济南轻骑、国家模具中心等单位使用。
四、快速成型制造的应用
快速成型制造（R P M）技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成型技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/ 堆积（即材料累加）成型思想，根据零件C AD 模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造，R PM 技术是集精密机械制造、计算机、N C 技术、激光成型技术和材料科学最新发展的高科技技术，被公认为是继N C 技术之后的一次技术革命。
R PM 技术可直接用于塑料模具制造。首先是通过立体光固化（ S L A ）、叠层实体制（LOM）、激光选区烧结（SLS）、三维打印（3Dp）、熔融沉积成型（F DM）等不同方法得到制件原型。然后通过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。
主要有精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射（热喷涂）等方法。这种方法制模，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1 / 3 和成本的1 / 4 左右。
R PM 技术也可以间接用于塑料模具制造。
首先用C AD / C AM 设计、模拟的模具所生产的产品，由于装配的复杂性，需要快速成型的制品进行试装，再根据装配需要进行修改制品数模，待定型后再把修改后的数据输入C A D /CAE/CAM 系统进行模具加工。这样既可以节省新产品开发的时间，又可以提高新产品开发的成功率， 避免走弯路。
五、发展方向和前景
随着计算机软件的发展和进步， C A D /CAE/CAM 技术也日臻成熟，其在现代塑料模具中的应用将越来越广泛。由此该技术也推动了现代塑料模具工业的发展，它不仅缩短了塑料模具的设计和制造周期，而且也提高了产品开发的成功率，并增加塑料模具的价值和市场竞争力。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。
六、结束语
加入WTO ，经济的全球化使企业之间的竞争由过去的局部竞争演变成全球范围的竞争，同行业之间，跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈。为了适应快速变化的市场需求，企业必须以最快的速度、最好的质量、最低的成本、最优的服务，来满足不同用户的需求，而模具制造业的竞争更是如此。CAD / CAE/ CAM集成技术就是在这种情况下应运而生的。它已成为现代塑料模具制造技术发展的必然趋势。
并以科学合理的方法给塑料模具制造者提供了一种行之有效的辅助工具。使塑料模具制造者在模具制造之前能借助于计算机对制件、模具结构、加工、成本等进行反复修改和优化，直至获得最佳结果。总之，CAD/ CAE/ CAM 技术能显著地缩短塑料模具设计与制造时间，降低塑料模具成本，并提高制件的质量，是现代塑料模具制造中不可缺少的辅助工具，它与“反向工程”及现代先进加工设备等一起成为现代塑料模具制造业中流行且具有竞争力的必要条件。
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