模具设计制造感想

模具设计制造感想

模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：

(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。

(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。

(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。

(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。

(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。

(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。

目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks 等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。

模具专业学生毕业设计模式的实践与探讨

[摘要] 以深圳大学99级模具专业学生的毕业设计模式的改革为例，探讨了计算机技术在模具专业学生毕业设计中的应用范围、步骤及结果，明确指出了模具设计理论同先进设计方法相结合在模具专业学生毕业设计教学环节的重要性和必然性。

关键词模具设计毕业设计计算机技术

1 引言

模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。

根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。

2 模具专业学生培养目标

深圳大学模具设计专业隶属于深圳大学工程技术学院机械制造及其自动化专业，主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对珠江三角洲，特别是深圳周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。

根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。

3 计算机技术在注射模中的应用领域

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：

(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。

(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。

(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。

(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。

(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。

(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。

目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks 等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。

4 模具专业毕业设计模式

模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是学生大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要学生了解大量的实践经验。

通过毕业设计，应使学生在下述基本能力上得到培养和锻炼：①塑料制品的设计及成型工艺的选择；②一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；④了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合，以往的毕业设计严格来说只能算是模具设计这门课的课程设计；老师指定一个塑料产品，有时甚至连产品模型图都交给学生，学生按照谍本上的模具设计步骤一步步做下去，由于没有实践经验，学校也不可能将学生的设计变成实际产品，因此，设计的合不合理，学生不知道，即使有经验的老师指不出不合理处，学生也没有感性认识，只能是纸上谈兵。学生踏人社会，从事实际产品设计，往往会发现无从下手，即使设计出来也是废纸一张，通常都要通过1到2年的时间才能入门。因此，学生常会感叹：在学校什么也没学到这不能不说是我们教育的失败。

为了改变这种状况，在99级的毕业设计中，我们采取将模具设计内容同

CAD/CAM/CAE紧密结合在一起，学生通过先进的软件仿真，可以随时发现自己在每一步设计中的不合理处，会找出各种解决方案让设计趋于合理，同时掌握了最先进的设计，加上及分析技术，提高了学生的学习兴趣和创新能力，使毕业设计真正成为了学生实际工作前的一次全过程模拟。设计流程如图1所示。

为了保证毕业设计的质量，我们专门成立了一个由4名老帅组成的模具设计指导小组，每个老师负责设计流程的一个步骤。此次参加模具设计毕业课题的学生共15人，我们分成5组，每组3人。

首先在布置毕业设计题目时，不给出具体的塑件制品，只是告诉学生要做一个开关按钮，

学生根据自己的兴趣，确定自己的设计产品：游戏机手柄按钮、眼镜盒开关按钮、电灯墙壁开关按钮以及鼠标按钮等。通过市场调研、查阅大量的文献资料，确定自己塑件的外形及内部结构。采用三维造型软件Pro/E设计出塑件的内外结构，用AutoCAD绘出二维图，在结构设计过程中，运用结构分析软件MSCPatran分析按钮受力后的结构强度、刚度及应力等，对结构进行不断修正，学生会发现机械设计、工业产品设计、材料力学、理论力学等课程的知识在这个阶段都有所体现，对以前所学课程也是一个综合应用的过程。图2为某学牛设计的游戏机按钮装配图及爆炸图，图3为按钮对角两点受力时的最大变形和最大应力图。

塑料制品设计完成后，进行模具结构设计，采用的是Prom/E下的模具设计模块对产品建立工件进行分型、分割、抽取得到型芯、型腔文件；通过专家模座系统EMX(Pro/E,系统外挂程序之一)建立标准模座零件及滑块、斜销等其它附件。这个过程实际上并没有结束，它要同后续的注塑过程数值分析紧密联系起来，所采用的注射流动分析软件是MoldFlow，根据熔体在浇注系统和型腔中的流动过程的动态图，改进模具浇注系统、调整注射工艺参数，使模具各系统的设计达到最佳。图4为分析出的最佳浇注位置以及采用圆形排列的流道方式进行注塑，最后注塑出来的结果。图5为按钮模具的装配图及爆炸图。

模具结构完成后，进行数控加工，我们采用的是MasterCAM8.0加工软件，完成模具的虚拟加工过程，并自动编制数控加工的NC代码，利用仿真模块可以查看加工完后工件的合理性。

最后学生要提供详细的设计说明书以及完整的二维、三维图纸。在论文撰写阶段和答辩过程中，学生还采用了ACDSee图像软件，用来截取设计图像并辅助介绍整个设计过程；采用Office软件用来做文字的处理，写出分析报告。

每位学生在整个设计完成后，都必须对自己的没计过程及结果做一个总结，提出本设计的创新与特色在何处。例如在建模部分或流道设计部分，同时也要考虑设计中存在问题以及相应的解决方法，从大多数学生的总结来看，学生迫切体会到了实践经验的欠缺，因此，在下一届学生的毕业设计中我们力争多请企业的设计人员同学生交流，多让学生接触到实际的设计、生产过程，

至此，学生完成了一个项目的全过程：塑料制品设计--模具设汁--模具加工．学生可以在计算机上看到自己设计、加工出来的最终产品，体会到成功的感觉。

为期六周的塑料模具设计制造实训在大家的依依不舍中落下了帷幕！想想这短暂的六周，让我们真正领略并学习到了模具设计与制造的流程，让我们大开眼界，起初，对于模具，我也是一只半解！通过此次实训，不仅让我看到了世界先进国家模具发展的快速和高质量高标准，也让我看到我国模具行业发展的现状以及存在的问题！引发、坚定了**后倍加努力钻研，开拓创新，投身模具行业的激情和信念！

前三周，塑料模设计。在设计之前，老师给我们详细讲解了塑料模具的结构和组成以及各个零部件的功能。让我们在脑海中产生一种塑料模具的框架，在设计的时候能够清晰明了！画图一直不是我的强项，以前学习的画图软件CAD、UG的一些指令都已忘记的差不多了，猛地用起来，还真是很生硬！但是还好，在其他组员的帮助下，我又重新熟悉了软件的功能，慢慢尝试，用起来竟得心应手，不仅完成了任务而且回顾了从前的知识！这次设计中，在组长带领下，大家协手同心，分工明确，计算，画图……让我们感受到了团队协作的重要性，更增强了我们的集体誉感！

后三周，塑料模具制造。设计好的图纸在老师们的细心审阅下不断被修复，终于审阅过关！在加工的阶段，我看到了久违没碰的数控铣床直往后退，以前的手工编程早已忘却，但总是不想重拾起来！懒惰，惶恐不安一直笼罩我！看到周围同学乐此不疲，虚心请教，不断提高自己，我也克服心理障碍，翻阅编程书，又重新学习了解并掌握了数控铣床的基本操作流程……不仅是数控铣床，对于模具的其他加工工艺，线切割，车床，磨床等等我们都有涉及到，真正做到了大融合大贯通！看着最后设计好的模具安装成功，看着产品在出炉，我们真的是长长的舒了一口气，一身的疲惫都被抛到九霄云外……辛勤的付出换来了甜蜜的回报，值了！

这次实训中，真的很感谢季进军老师、王迪老师的辛勤讲解跟热情的帮助，让我们大家看到了无限的希望！老师们，您们辛苦啦！还要感谢组长张聪的英明领导，组员崔盼盼的殷切指导和点播，以及其他组员们的配合和热情的帮助！

读了两年的大学，然而我与大多数同学一样对模具制造与模具设计的认识还是寥寥无几，虽然每学期系部都曾为我们安排一个月左右的院内实训基地的实习，但由于最初所学涉及本专业的知识不多，总感觉所看到的东西与专业知识很难联系起来。今年暑假，经过系里的努力，为我们争取了许多去模具厂实习的名额，而我也是其中幸运的一份子，与几位组员到了福州灵智塑胶模具厂实习。

什么是模具制造与设计?本专业适合干哪方面的工作?本专业前途如何?带着这些问题，我们参加了这次的生产实习。本次生产实习我们组由黄龙明老师带领，共七名同学参加。

还记得7月4日开始实习的那天，由于是平生第一次到模具厂，我们特别兴奋，对身边的机床与新鲜的设备怀有浓厚的兴趣。

本次实习预定是两个月，但由于各种原因，最终把实习时间缩短为四十天，在这四十天的生产实习中，我们就是工厂的员工，厂里的一切规章制度都必须遵守。在设计室的一周实习里，设计员们简要地向我们讲解如何从工件的成形工艺分析入手，完成模具结构设计，并用PRO/E软件以及AutoCAD绘出模具总装图及各种非标准件零件图，并制定出合理的零件制造工艺及模具装配工艺，让我们对整副模具的工艺流程有了更深的了解。其余的三十五天里我们跟着各自的模具师傅，认真完成师傅们所分配的任务：划线、打点、钻孔、攻螺纹;车、铣、磨等工序。由于这些任务，我们在院内实习中都接触过，并能较熟练地掌握，所以大家工作起来个个认真负责、有条不紊，获得了师傅们的信任，并放心让我们去加工更多的零部件。全部零件加工好后，我们再协助模具师傅对模具进行装配、试模、修模，最后完成。

经过这样从设计到制造的训练后，我们都真切地体会到了这次实习的作用和意义。通过实践，我们不仅了解了模具制作的整个流程，强化了在课堂上学习的不足，而且还增长才识，使自己较快成长，将来更好地适应社会。

去年十二月，欧洲模具展览会Euromold 2011在德国法兰克福举行，Euromold展览会已经成为大

部份欧洲模具从业者必到的盛会。参加本次展会的中国模具企业的数量破了历年的纪录。虽然展览会

主办单位已答应了中国参展者的要求，将部份中国参展展位安排在了参观者较多的展馆。即便如此，

中国馆的参观者都显得较为冷清。据几天的观察，参观者似乎都不太愿意走访中国馆，大部分都是在

外围看看之后，便匆匆而去，好像没兴趣了解中国模具制造业的发展近况。

老实说，中国的模具工业经过了过去十年的高速发展后，模具厂大都已拥有较佳的生产条件，如精密

加工机床、CAD/CAM软件、空调车间等，设备绝对不比欧、美的模具企业差，而且中国的模具制造企

业一般规模较大，能把工序细分，实行流水作业，降低成本。理论上，我们的模具应该是有很强的可

观性，应该成为展会的焦点之一，实不应出现这种泠泠清清的场面。

中国模具业未来将会面对的挑战

从本次Euromold 2011上中国展馆所出现的上述现象来看，中国模具要大量打入欧美高端市场仍有一条漫长的路要走。先从参展的布置会说起：展台太细、挂图以及派发的单张表达方式死板，参观者找不到宣传重点；展台的销售人员的语言能力也不足，对参观者的问题答非所问，这些都是使参观者望而却步的因素。但最大的问题，还是国产模具的平均水平仍然不高，参观者提不起兴趣。

去年，德国和美国的模具厂大多比较忙碌，可算是丰收的一年，他们已努力抢回了不少以往流向中国的订单。他们经过了多年的低潮之后，不断改善，已经形成了一个灵活而交货期短的生产模式，充分展现出了中国模具厂大多无法达到的一种境界。简单来说，就是『认真的加工、稳定的质量』。

先进国家走过的路

自上世纪六十年代开始，美国、德国、日本等工业先进国家都在致力于发展模具制造业，而促使模具技术突飞猛进发展的就是模具设计的标准化。所谓标准化，主要是指在模架、配件的标准化；其次是指在模具设计、加工方式及精度的标准化。这些标准化普及之后，带动了模具材料、模架、零配件供应商的大规模扩张，大量生产使生产成本降低，且大大加快了交货速度。

目前，模具设计的三大主流标准为：以英制尺寸为主的美洲标准(DME)，以互换板用家自行组合的欧洲高精度模板标准(Hasco)，以价格大众化、设计简便的亚洲标准(Futaba及LKM)。而模具配件方面，市场上的品牌更是百花齐放，只要模具设计走上标准化之路，就一定能很容易地在市场上找到价格和质量合适的供应商。

标准化的各项优势

多年前，我认识一个锐意开发欧美市场的客户，他费尽心思，制作了一套他自认为质量一流的注塑模，送给一家国际品牌的家电生产商使用。但当这家品牌家电生产商收货之后，对他所生产的这套注塑模具的评价是——“只能在中国国内使用。”他知道后感到非常不快，多次追问原因，这家品牌家电生产商客户只是给他提了一个简单问题，就让他无话可说了。客户问：“如果这套注塑模明天运到非洲某偏远地区使用，而其中一个零配件或内模镶件损坏了，你能马上在中国市场买到备件，又或在极短时间内自行生产，供应给他们当地人员简单安装后使用吗？”

如果该注塑模的标准化很高，或许他的客户就不存在这样的疑问了。可见，模具标准化的优势可谓显著。

我们可以走的路

记得二十多年前，生产模架是要先用铰刀做精孔，然后才量度孔径去制作导柱。每当导柱磨损，首要的事情是量孔径、订制新导柱，非常麻烦和费时。由于机床及测量技术都比较原始，所有镶件也要在现场加工，一件一件的去配合(一般叫Fit模)。如果将来万一其中一件出事，需要更换，那就需要师傅出马了。

如今，在外资工厂以及海外客户的指导和要求下，中国华南地区的模具制造业的标准化程度已经达到了较高的水平，大部份有规模的模具企业已经体会到了标准化带来的好处：设计简便快捷、采购容易、交货期短、成本有竞争力、质量稳定……。而华东及中国其他地区的一些模具企业，标准化程度还不高，部份模具企业仍停留在先量孔、后造导柱的阶段。这种状况使得不少外国人对中国华东地区的模具的质量评价不高，而华东地区的部分模具企业也只有用低价作为卖点，将货就价，导致恶性循环。而华南地区的模具制造企业也面临着一个问题，就是成本的上升，出口竞争力不足。要解决这种困难的局面，可以外国模具厂过往所走过的路作为参考。

近年，我走访过不少欧美的先进模具厂，留给我印象最深刻的是，虽然他们所使用的设备与中国的一些先进模具企业所用的没有什么差别，但他们一般用人不多，机床使用到位，效率非常高，而最突出的是在设计软件数据库内，每间公司的计算机数据库内，都会预载大量行业或企业自行研制的标准组件图档，设计人员只需在数据库中把这些预定标准调出，灵活使用，可以在短时间内完成设计，简单快捷，成本低。如果找不到合适的标准件，他们将现存标准作出修改。当完成设计后，采购单通过互联网发出予供应商之时，内部加工的程序同时下达到生产工场进行加工生产。当所有组件都按图、按公差的要求加工后，模具便马上轻松组装，一次试模完成并交货，整个流程又快又准。这种厂内厂外分工合作，各供应商及各加工部门严格按图示的精度施工，一次试模并能成功的做事作风，已经成了那些国外模具企业员工的习惯。这也是欧美模具厂能抢回部份流向中国订单的一大竞争优势。

近年中国人力成本不断提升，但工人素质并没有跟着提高，模具企业的管理也没有得到多大的改善。一些极端情况更因企业互相挖角或劳资之间的不协调，而导致设计和制造水平的下降，竞争力大不如前。长此以往，模具行业将会更难争取到高要求的出口订单，更多模具厂将会加入中低档次质量的模具市场价格战，更多实力较差的模具企业也将会面临着被淘汰的命运。

中国模具制造业的未来，将会和日本现在的情况近似。未来数年，将会面对更多的老一代的技术人员退休，年青人又不太愿意加入这行业，形成了严重的青黄不接困境。中国的模具业转型，相信已是刻不容缓了。想要踏出转型的第一步，应是要朝向更广泛及深层的『模具标准化』之路。