《金属模具基础教程》课件

金属模具基础教程欢迎学习《金属模具基础教程》！本课程将全面介绍金属模具的基础知识、设计方法、制造工艺及应用技术模具是现代制造业的基础工艺装备，被誉为工业之母通过本课程的学习，您将掌握模具设计与制造的核心技能，为未来在制造业的发展奠定坚实基础本课程涵盖从模具基础概念到先进制造技术的全方位知识，结合实际案例和最新行业趋势，帮助您系统性地理解模具技术的发展与应用无论您是初学者还是希望提升专业技能的从业人员，这门课程都将为您提供宝贵的学习资源课程概述课程目标学习内容12本课程旨在培养学生掌握金属课程内容包括模具概述、金属模具设计与制造的基本理论和材料基础、模具制造工艺、各技能通过系统学习，学生将类模具（冲压、注塑、压铸、能够理解模具的基本原理，掌锻造）的设计与制造、握常见模具类型的设计方法，CAD/CAM技术应用、模具新熟悉模具制造工艺，并具备基技术、质量控制以及经济性分本的模具设计能力析等方面的知识考核方式3学生成绩评定将综合考虑平时作业（30%）、课堂表现（10%）、模具设计项目（30%）和期末考试（30%）要求学生积极参与课堂讨论，按时完成作业，独立完成模具设计项目，并通过期末理论考试第一章模具概述模具的定义模具的分类模具在制造业中的重要性模具是用来成形物品的工具，这种工具按加工工艺可分为冲压模具、塑料模模具被誉为工业之母，是现代制造业的由各种零件构成，不同的模具由不同的具、压铸模具、锻造模具、粉末冶金模基础工艺装备约60%-80%的工业产品零件构成简单地说，模具是工业生产具等按结构特点可分为单工位模、需要依靠模具成形模具技术水平直接上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压复合模、级进模、传递模等按精度等影响产品的质量、效率和成本，是衡量成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品级可分为普通模、精密模和超精密模一个国家制造业水平的重要标志的各种模子和工具模具的发展历史古代模具未来模具发展趋势模具的历史可追溯到公元前4000年，古埃及人使用简单模具制作金饰和器皿未来模具技术将向智能化、数字化、绿色化方向发展3D打印技术在模具制造中国周代（公元前1046-256年）已使用陶范铸造青铜器，汉代发明了分型脱模中的应用，模具数字孪生技术的发展，以及人工智能辅助设计将成为主要趋势技术这些古代模具虽然简单，但奠定了现代模具技术的基础同时，环保材料和节能设计也将成为模具行业关注的焦点123现代模具技术的发展19世纪工业革命后，模具技术随机械制造业迅速发展20世纪初，金属冲压模具、压铸模具相继出现1940年代，注塑模具技术取得突破1970年代后，CAD/CAM技术应用于模具设计，极大提升了模具设计效率和精度模具的基本组成型腔和型芯1模具的核心部分，决定产品形状浇注系统2引导材料流入型腔的通道冷却系统3控制模具温度的水道或油道顶出系统4将成型件从模具中顶出的机构模具的基本结构由多个系统组成，缺一不可型腔和型芯是模具的核心部分，直接决定产品的形状和尺寸精度浇注系统包括主流道、分流道和浇口，负责将熔融材料引导到型腔中冷却系统通过水道或油道网络控制模具温度，影响产品质量和生产效率顶出系统通常由顶针、顶板和顶杆等组成，负责将成型后的产品从模具中顶出此外，模具还包括导向系统、定位系统和固定系统等辅助部分，共同确保模具的正常运行和产品的质量稳定模具设计流程需求分析首先需要深入理解产品特点和生产要求，包括产品的形状、尺寸、精度要求、材料特性、生产批量等通过与客户充分沟通，明确设计目标和约束条件，为后续设计奠定基础概念设计基于需求分析，确定模具类型、结构形式、分型面位置、浇注系统形式等关键参数这一阶段通常需要绘制模具结构示意图，并进行初步的可行性评估，为详细设计提供框架详细设计利用CAD软件进行模具的三维建模，设计型腔型芯、浇注系统、冷却系统、顶出系统等具体结构同时确定模具材料、热处理要求、加工工艺等技术参数，并生成完整的工程图纸优化和验证通过CAE分析软件对模具进行充填分析、冷却分析、变形分析等模拟计算，预测可能出现的问题并进行设计优化必要时制作模具原型进行试验验证，确保最终设计满足所有技术要求和生产需求第二章金属材料基础金属材料的分类常用金属材料的性能金属材料可按组成分为黑色金属（模具材料需要具备良好的强度、硬铁基合金）和有色金属（非铁基合度、韧性、耐磨性、耐热性和耐腐金）；按用途分为结构材料、工具蚀性不同类型的模具对材料性能材料和功能材料；按冶金状态分为要求各异，如冲压模具强调耐磨性铸态、锻态、退火态和正火态等，压铸模具则更注重耐热性和热疲模具制造中常用的金属材料主要是劳性能，注塑模具则需要良好的抛各种合金钢、工具钢和特种合金光性和导热性金属材料在模具中的应用模具的不同部位通常采用不同的金属材料工作零件如型腔、型芯、冲头等采用高性能工具钢；结构件如模架、导柱等可采用结构钢或铸铁；特殊部位如热流道组件可能使用高温合金或铜合金合理选择材料对提高模具性能和使用寿命至关重要钢铁材料碳钢是含碳量在

0.0218%-

2.11%之间的铁碳合金，根据含碳量不同分为低碳钢、中碳钢和高碳钢在模具制造中，低碳钢主要用于制作模具的非工作部分，如垫板、支撑板等；中碳钢适用于制作受力较小的模具结构件；高碳钢则由于硬度较高，可用于制作一些简单的冲压工具合金钢是在碳钢基础上加入一种或多种合金元素的钢材，常见的合金元素包括铬、镍、钼、钨、钒等合金钢具有更好的强度、韧性、耐磨性和耐热性，广泛应用于模具制造工具钢是专门用于制造各种工具的高碳合金钢，通常含碳量在

0.6%以上，并含有适量的合金元素，如铬、钨、钼、钒等，具有高硬度和耐磨性，是制造模具工作部件的理想材料有色金属材料铝合金铜合金锌合金铝合金具有密度低、比强度高、导热性好铜合金具有优异的导热性和耐腐蚀性，主锌合金熔点低（约385℃），流动性好，、耐腐蚀性强等特点在模具制造中，常要用于制作需要快速导热的模具部件，如凝固收缩率小，表面光洁度高在模具行用于制作大型注塑模具的型腔和型芯，特热流道系统中的喷嘴、热流道板等在压业中，主要作为压铸产品的材料，而非模别是对冷却性能要求高的模具部件典型铸模具中，常使用铍铜或铬锆铜制作需要具本身的材料不过，锌合金也可用于制的模具用铝合金有

7075、5083等系列，经高导热性能的型芯，以加速热量散发，减作一些原型模具或低压注塑模具的插件，过特殊热处理后，可达到较高的硬度和强少热疲劳和增加模具寿命特别是在快速成型应用中度材料选择原则耐磨性和耐腐蚀性热处理性能模具在使用过程中会与工件材料发生摩擦，需要具备良好的耐磨性同时，某模具材料必须能够通过热处理获得所需些成形环境（如压铸铝合金）会产生化的性能良好的淬透性确保大尺寸模具强度和硬度要求学腐蚀，模具材料需要有足够的耐腐蚀获得均匀硬度；低热处理变形可减少后加工性能能力高铬钢和表面镀层处理是提高耐续加工量；热处理稳定性则影响模具的模具工作部位需要具备足够的强度和硬模具制造涉及多种加工工艺，材料应具腐蚀性的常用方法尺寸精度和使用寿命度，以承受成形过程中的高压力和反复有良好的加工性能切削加工性影响加冲击一般冲压模具的工作部件硬度要工效率；电火花加工性关系到表面质量求在HRC58-62，压铸模具在HRC42-48；抛光性影响模具表面粗糙度；焊接性，注塑模具在HRC48-52材料的抗拉强则影响修复难度经济性和材料可获得度和屈服强度也是重要考量因素性也是重要考虑因素2314第三章模具制造工艺传统制造工艺1包括机械加工、热处理和装配等基础工艺先进制造技术2特种加工和数字化制造技术工艺选择依据3基于材料、精度、效率和成本的综合考量模具制造工艺是将设计转化为实际模具的关键环节传统制造工艺包括各种机械加工方法，如车削、铣削、磨削和钻削等，这些是模具加工的基础工艺热处理工艺用于改善模具材料的力学性能，而装配工艺则确保模具各部件的正确组合随着技术的发展，电火花加工、线切割、激光加工等特种加工技术被广泛应用于模具制造，特别是对于复杂形状和高硬度材料的加工选择适当的制造工艺需综合考虑模具材料特性、几何复杂度、精度要求、生产效率和成本等因素，制定最优的工艺路线机械加工车削铣削磨削车削是利用车床对旋转的工件进行切削铣削是用铣刀对工件进行切削加工的方磨削是利用砂轮高速旋转对工件表面进加工的方法在模具制造中，主要用于法铣削在模具制造中应用极为广泛，行精加工的方法，可获得很高的尺寸精加工轴类零件、圆柱形或圆锥形的模具可加工平面、沟槽、型腔等多种形状度和表面光洁度在模具制造中，磨削零件，如导柱、导套、轴套等车削加数控铣削可实现复杂曲面的高精度加工主要用于热处理后的硬质零件的精加工工可获得较高的尺寸精度和表面质量，，是模具型腔、型芯等核心零件的主要，如工作面、导向面等关键部位的加工是模具制造中的基础加工方法之一加工方法，以及刃口的修整和锐化钻削钻削是用钻头在工件上加工圆孔的方法在模具制造中，钻削用于加工各种连接孔、定位孔、冷却水道孔等深孔钻技术可加工模具中的长径比大的冷却通道，是保证模具冷却系统性能的关键工艺特种加工技术激光加工电火花加工线切割化学加工激光加工利用高能激光束对材料电火花加工是利用电极和工件之线切割是一种线状电极的电火花化学加工利用化学反应选择性地进行切割、钻孔、表面处理等间的放电效应去除金属的加工方加工技术，可实现高精度的二维去除材料表面在模具制造中，在模具制造中，激光切割可用于法它特别适合加工高硬度材料轮廓切割在模具制造中，线切化学加工主要用于表面处理，如薄板材料的快速成形；激光焊接和复杂形状的模具零件，尤其是割主要用于加工冲裁模的凸凹模化学抛光、化学蚀刻等这种方可用于模具的修复和连接；激光热处理后的工具钢电火花加工、导向板等精密零件，以及一些法可以在不改变硬度的情况下改表面强化可提高模具表面硬度和精度高，可达±

0.005mm，但加难以用常规方法加工的狭窄槽或善表面质量，特别适用于复杂形耐磨性；激光微加工则适用于微工效率较低，表面会形成重铸层小孔现代数控线切割可实现多状零件的均匀处理，但精度控制细结构的精密加工，需要后续处理次切割，获得极高的表面质量较困难热处理工艺淬火是将钢件加热到奥氏体状态后快速冷却，获得马氏体组织以提高硬度的热处理方法模具钢淬火温度通常在800-1250℃之间，冷却介质可选择油、盐、气体等淬火后的模具硬度高但韧性差，需要进行回火处理回火是将淬硬的钢件在一定温度下保温后缓慢冷却，以降低内应力、调整硬度和韧性的过程退火用于降低硬度、消除内应力、改善加工性能，多在模具毛坯加工前进行表面处理则通过改变模具表面的化学成分或组织结构，提高耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度常见的表面处理方法包括渗碳、渗氮、氮化、物理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD等正确的热处理工艺对保证模具质量和延长使用寿命至关重要模具装配技术装配流程模具装配是将加工完成的各个零部件组合成一个完整、可正常工作的模具的过程标准装配流程包括零件清洗→检验→试装→调整→最终装配→试模→再调整→入库装配前必须确保所有零件加工精度符合要求，表面无毛刺和油污装配工具模具装配需要各种专用工具，包括各类扳手、专用拆装工具、测量工具、顶针安装工具、导向件安装工具等许多大型模具还需要使用吊具、翻转架等辅助装置现代模具厂通常配备专业的装配工作台和装配操作平台，以提高装配效率和质量质量控制装配质量直接影响模具的使用性能和寿命质量控制措施包括装配前的尺寸检查，关键配合面的接触检查，运动部件的间隙和行程检查，螺栓扭矩的控制，以及最终的功能测试对于精密模具，还需要进行封闭高度、定位精度等特殊检查第四章冲压模具冲压模具的类型2包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和复合模等冲压工艺原理1利用压力机和模具对金属板材施加外力，使其产生塑性变形或分离冲压模具的结构由上下模架、工作部件、导向定位、保护装置等3组成冲压是一种金属板材成形工艺，通过压力机施加压力，使金属板材在模具上产生分离或塑性变形，从而获得所需形状的零件冲压工艺具有生产效率高、材料利用率高、产品精度好等优点，广泛应用于汽车、家电、电子等行业冲压模具是实现冲压加工的关键工具，按工序分类可分为单工序模和多工序模；按模具结构可分为单工位模、复合模、级进模和传递模等典型的冲压模具由上模、下模、工作部件（凸凹模、冲头等）、定位元件、导向系统和安全装置等组成模具的设计和制造质量直接影响产品的精度和生产效率冲裁模具结构特点设计要点应用实例冲裁模具主要由凸模、凹模、压板、卸料冲裁模具设计中，关键考虑点包括凸凹冲裁模具广泛应用于各种板材零件的制造装置和导向系统等组成凸模和凹模的刃模间隙的选择（通常为板厚的5%-10%）；例如，汽车行业的车身面板、底盘支架口是核心工作部件，其形状对应被冲零件刃口形状和耐磨性设计；合理的排样以提；电子行业的散热片、屏蔽罩；家电行业的轮廓模具还配有定位装置，确保板料高材料利用率；适当的卸料和排废方式；的外壳、内部支架等根据产品的复杂度准确放置；导向系统确保凸凹模精确对准导向精度和稳定性；以及防错结构设计和生产批量，可选择简单的单工位冲裁模；压板用于防止板料变形；卸料装置用于对于精密冲裁模，还需考虑压边设计和

三、复合冲裁模或高效的级进冲裁模将冲裁后的废料或产品顺利排出重作用力的配置弯曲模具弯曲原理弯曲模具设计金属板材弯曲是利用外力使金属板料弯曲模具主要由凸模、凹模、压板和产生塑性变形的过程弯曲时，板料定位装置组成设计时需考虑弯曲力外侧受拉伸，内侧受压缩，中间存在的计算、弯曲半径的选择（一般不小一个中性层弯曲过程涉及多种复杂于板厚）、压板力的确定、弯曲间隙因素，包括材料特性、板厚、弯曲半的留置（通常为

1.05-

1.15倍板厚）以径、弯曲角度等理解弯曲回弹现象及防止工件歪斜的措施对于复杂弯对弯曲模具设计尤为重要，通常需要曲，可能需要多工位或多工序弯曲模考虑超弯以补偿回弹具，甚至需要辅助成形装置常见问题及解决方案弯曲成形中常见的问题包括回弹量过大导致尺寸不准确，可通过增加压边力或采用反弯方法解决；工件不对称弯曲，可通过改进定位装置或增加导向装置解决；弯曲处开裂，可通过增大弯曲半径或采用退火处理解决；表面划伤，可通过改善模具表面质量或采用保护垫片解决拉深模具1拉深工艺分析2拉深模具结构拉深是将平板料变形为开口空心件的基本拉深模具由凸模、凹模、压边圈冲压工艺拉深过程中，材料经历复和凸凹模圆角等部分组成凸模决定杂的应力-应变状态筒壁部分主要承内轮廓尺寸，凹模决定外轮廓尺寸，受拉伸应力，法兰部分承受径向拉伸两者间隙通常为

1.1-

1.3倍板厚压边和切向压缩应力拉深成形的关键参圈控制材料流动，防止起皱凸凹模数包括拉深比（毛坯直径与筒壁直径圆角影响材料流动性和成形质量，凹之比）、拉深圆角半径、压边力大小模圆角一般为5-10倍板厚，凸模圆角以及润滑条件等过大的拉深比可能为3-5倍板厚对于复杂拉深件，可能导致筒壁破裂，而不足的压边力则可需要多工序拉深模具或采用局部加热能导致起皱等辅助技术3拉深缺陷及防治拉深成形中常见缺陷包括筒壁破裂，可通过减小拉深比、增大模具圆角或采用多道次拉深解决；法兰起皱，可通过增加压边力或改进压边面设计解决；耳边现象，可通过优化毛坯形状或采用变压边力技术解决；表面划伤，可通过改善模具表面质量和润滑条件解决；壁厚不均，可通过控制材料流动或采用可变间隙拉深模具解决冲压模具材料选择模具部位材料类型推荐材料硬度要求凸模、凹模工具钢Cr12MoV,SKD11HRC58-62压边圈工具钢Cr12,9CrSi HRC54-58导向件轴承钢GCr15,SUJ2HRC60-64模架结构钢45#,S50C HRC30-35弹性元件弹簧钢65Mn,SK5HRC45-50模具钢的选用是冲压模具设计中的关键环节对于工作部件如凸模和凹模，通常选用高碳高铬钢（如Cr12MoV、SKD11）或高速钢（如M

2、W18Cr4V），这些材料具有高硬度、高耐磨性和良好的韧性平衡对于大型或复杂形状的工作部件，为了减小变形风险，可选用预硬化模具钢或采用表面硬化处理的低碳合金钢耐磨材料的应用对延长模具寿命非常重要除传统的工具钢外，现代冲压模具还广泛应用硬质合金、陶瓷材料和各种涂层技术例如，在高速冲裁模具中，可用钨钴硬质合金作为凸凹模的镶件；在拉深模具中，可对工作面进行PVD涂层（如TiN、TiCN、CrN等）以提高耐磨性和降低摩擦系数近年来，纳米复合材料、金属基复合材料等新型材料也逐渐应用于高性能冲压模具第五章注塑模具注塑模具的分类2按结构可分为两板模、三板模、热流道模等注塑成型原理1热塑性塑料加热熔融后注入模具，冷却固化成型注塑模具的结构组成由模架、型腔型芯、浇注系统、冷却系统和顶出系统组成3注塑成型是最常用的塑料加工方法，其原理是将热塑性塑料加热到熔融状态，通过注射装置将熔融塑料注入闭合模具内，经冷却固化后得到所需形状的产品注塑成型具有生产效率高、产品精度好、表面质量好、自动化程度高等优点注塑模具是实现注塑成型的关键工具，按结构可分为两板模、三板模、滑块模、叠层模等；按浇注系统可分为冷流道模和热流道模；按用途可分为普通注塑模、气辅注塑模、双色注塑模等模具的质量直接影响产品的外观、精度、性能和生产效率，是注塑成型的核心技术之一注塑模具的进料系统浇口类型浇道设计分流道设计浇口是塑料熔体进入模腔的最后通道，其设计直浇道是连接主流道和浇口的通道，其作用是将塑分流道系统用于多型腔模具，其设计目标是使各接影响产品质量常见的浇口类型包括直接浇料熔体均匀分配到各个型腔浇道的截面形状通型腔的充填条件尽可能一致分流道系统可分为口（用于大型或厚壁产品）、侧浇口（最常用的常为圆形、梯形或半圆形，直径一般为3-8mm自然平衡型和几何平衡型自然平衡型结构简单浇口形式）、点浇口（用于小型产品和自动化生浇道设计需考虑流动均衡性、填充阻力和浇道废但易造成充填不均；几何平衡型（如H型、X型、产）、膜浇口（用于宽而薄的产品）、扇形浇口料的最小化对于多型腔模具，应采用平衡的浇星型等）能确保各型腔充填平衡，但加工复杂（用于圆柱形产品的径向注射）等浇口位置和道系统，确保各型腔同时充满热流道系统作为一种先进的分流技术，可消除冷尺寸的选择需考虑产品结构、材料特性、成型条料块，提高生产效率件等因素模腔和型芯设计分型面的确定分型面是模具合模时的接触面，也是产品上可能出抽芯机构侧抽芯结构现的分型线位置分型面设计原则包括尽量沿产品的最大轮廓设置；避免穿过重要的外观面；考虑抽芯机构用于成形产品上的凹凸特征和内腔常见侧抽芯结构用于成形产品侧面的凹槽或孔典型的脱模可行性；尽量采用平面或简单曲面；确保足够的抽芯机构包括斜销抽芯、液压抽芯、气动抽芯等侧抽芯结构包括斜导柱侧抽芯、角度销侧抽芯和齿的密封性能合理的分型面设计可简化模具结构，斜销抽芯利用模具开合动作驱动斜销移动，结构轮齿条侧抽芯等侧抽芯设计需注意行程计算、运减少飞边，并便于模具加工和维护简单但行程有限；液压/气动抽芯通过外部动力源动干涉检查、导向精度和锁紧可靠性对于复杂产驱动，可实现大行程和精确控制，但系统复杂抽品，可能需要多级侧抽芯或组合抽芯机构，设计时芯机构设计需考虑运动干涉、密封可靠性和抽芯力应权衡制造难度和模具可靠性的计算冷却系统设计冷却系统是注塑模具的关键组成部分，其设计质量直接影响产品的冷却时间、变形程度和表面质量冷却通道布局应遵循以下原则尽量靠近型腔表面（通常距离为型壁厚度的2-3倍）；保持均匀的温度分布；考虑产品厚薄变化区域的差异化冷却；避免与其他结构干涉；便于加工和维护冷却效率计算需考虑多种因素，包括塑料材料的热物理性能、产品壁厚、冷却通道尺寸和布局、冷却介质流量和温度等现代模具设计通常采用CAE软件进行冷却分析和优化温控系统选择需根据模具尺寸和复杂度确定，可选用水温机、油温机或两者组合对于高精度模具，还可采用区域温控技术，为不同区域提供差异化的温度控制，以平衡充填和冷却需求顶出系统设计顶针的布置顶针是最常用的顶出元件，其布置应满足以下原则沿产品轮廓均匀分布；位于产品加强筋、筋墙或厚壁区域；避开产品外观重要部位；考虑产品的变形特性和收缩行为顶针类型包括圆柱顶针、阶梯顶针、管状顶针、扁顶针等，应根据产品特点选择合适的顶针类型和尺寸顶出机构的类型常见的顶出机构包括顶针式（最基本的顶出方式）、顶板式（用于大面积产品）、拉杆式（用于深筒状产品）、气动顶出（用于薄壁产品）和液压顶出（用于大型产品）复杂产品可能需要组合使用多种顶出方式顶出机构设计需考虑顶出行程、导向精度、复位可靠性和操作便捷性顶出力的计算顶出力计算需考虑以下因素产品与型芯的粘附力、收缩产生的摩擦力、抽真空产生的吸附力以及顶出系统自身的摩擦力粘附力与产品材料、表面积、模具表面粗糙度和温度有关；收缩力与产品材料、尺寸和收缩率有关为确保顶出可靠，设计时应适当增加安全系数，并考虑顶出力的平衡分布，避免产品变形或损坏第六章压铸模具压铸工艺特点压铸模具的结构压铸模具的设计要点压铸是一种将熔融金属在高压下注入金属压铸模具主要由定模、动模、型芯、浇注压铸模具设计需特别注意以下方面合理模具型腔，并在压力下冷却凝固成形的工系统、冷却系统、顶出系统和导向系统等的分型面设计，避免熔融金属泄漏；充分艺其特点包括生产效率高（单件生产组成与注塑模具相比，压铸模具需要承考虑金属的收缩特性，预留合适的收缩余周期通常为15-60秒）；尺寸精度高（可达受更高的压力（50-100MPa）和温度（约量；设计良好的排气系统，防止气孔缺陷±

0.05mm）；表面质量好（Ra

1.6-

3.2μm）600℃对于铝合金），因此结构更为复杂，；优化浇注系统，确保型腔快速充满；合；可成形复杂形状；机械性能良好；适合材料要求更高模具通常采用模块化设计理布置冷却系统，控制凝固方向；考虑热大批量生产常用的压铸金属包括铝合金，便于维修和更换型芯等易损件膨胀因素，预留适当间隙；强化模具材料、锌合金、镁合金和铜合金等和热处理，延长模具寿命压铸模具的浇注系统内浇道设计溢流槽设计真空系统内浇道是熔融金属进入型腔的最后通道，其设溢流槽（又称溢流井或集渣包）是压铸模具的真空辅助压铸技术是提高铸件质量的有效方法计直接影响充填质量内浇道厚度通常为

0.5-重要组成部分，用于收集金属前端面的冷料和真空系统由真空阀、真空管道和真空泵组成

2.5mm，宽度为3-12mm，设计时需考虑位气体溢流槽应设置在远离内浇道的位置和型，在金属注入前将型腔抽成负压（约50-80kPa置应避开产品重要表面和薄壁区域；截面形状腔最后充填的区域溢流槽的厚度应小于产品）真空系统设计要点包括真空阀位置应靠应为扁平矩形，有利于快速凝固；与型腔连接最小壁厚，宽度一般为5-15mm，长度为15-近型腔最后充填区域；真空通道截面积应足够处应设计锐利的刃口，便于切断多型腔模具30mm对于复杂产品，需设置多个溢流槽，大，确保快速抽气；系统应具有防止金属进入应采用平衡的内浇道系统，确保各型腔同时充形成完善的排气网络，防止气孔和冷料缺陷的保护装置真空压铸可显著减少气孔率，提满高铸件密度和表面质量压铸模具的温控系统℃2008-12mm模具预热温度冷却通道直径压铸前必须对模具进行预热，避免熔融金属接触冷压铸模具的冷却通道直径通常比注塑模具大，一般模具造成的热冲击和提前凝固问题铝合金压铸模为8-12mm，以提供足够的冷却介质流量冷却通具预热温度一般为150-250℃，锌合金为120-道应尽量靠近型腔表面，一般距离为15-25mm，但180℃，镁合金为180-300℃预热方法包括燃气必须确保有足够的强度冷却系统设计应考虑金属加热、电热元件加热和热油循环加热等的凝固特性，促进定向凝固，减少缩孔和缩松缺陷℃±5温度控制精度高精度的温度控制对压铸模具至关重要，一般要求控制精度在±5℃以内现代压铸模具通常采用分区温控技术，对不同功能区域实施差异化温度控制例如，浇口区域温度较高，促进金属流动；型腔主体区域保持适中温度；薄壁区域温度略低，促进快速凝固压铸模具的运动机构滑块设计滑块是成形压铸件侧面特征的关键部件滑块设计抽芯机构顶出系统需考虑工作面与成形表面精密配合；导向面确保抽芯机构用于成形压铸件内的孔或凹槽压铸模具高精度运动；锁紧机构防止高压下的位移；冷却通压铸模具的顶出系统比注塑模具复杂，因为需要克的抽芯机构通常采用液压驱动，具有力大、行程长道布置以控制滑块温度；材料和热处理选择以提高服更大的粘附力和收缩力顶出系统通常由顶针、、控制精确的优点抽芯机构设计要点包括确保耐磨性和热疲劳性能滑块的驱动方式包括斜导柱顶板、复位机构和液压驱动装置组成顶针材料应足够的抽芯行程；设计可靠的密封系统，防止熔融驱动、液压驱动和机械联动驱动等，应根据产品特金属渗漏；考虑热膨胀影响，预留适当间隙；设置选用耐热耐磨的工具钢，如H

13、8407等，并进行点和模具结构选择合适的驱动方式适当的热处理和表面处理对于大型或复杂压铸件冷却系统，控制抽芯温度；采用耐热材料和表面处，可能需要分段顶出或采用顶板联动系统，确保顶理，提高耐久性出力的均匀分布，防止铸件变形或损坏压铸模具的材料选择第七章锻造模具锻造工艺概述锻造模具的类型锻造模具的设计原则锻造是通过对金属坯料施加压锻造模具按结构可分为闭式锻造模具设计应遵循以下原则力，使其产生塑性变形以获得锻模（全封闭模腔）、开式锻合理确定分型面，通常沿锻所需形状和性能的加工方法模（有飞边槽）和半闭式锻模件最大轮廓；合理规划成形工锻造可显著改善金属的力学性；按工序可分为预锻模、终锻序，复杂锻件需多工序逐步成能，产品具有良好的强度、韧模和切边模等；按加工方法可形；考虑金属流动规律，保证性和耐疲劳性根据变形温度分为整体式锻模和组合式锻模充满模腔且纤维流线合理；预，锻造分为热锻（高于再结晶现代锻造生产线通常使用多留适当的锻造余量和收缩裕量温度）、温锻和冷锻；根据成工序模具，包括拔长模、预成；设计合适的排气系统，防止形方式，分为自由锻和模锻；形模、终锻模和切边模等，形气囊缺陷；强化模具结构，确根据设备类型，分为锤锻、压成完整的锻造工艺链保足够的强度和刚度；便于锻锻和辗锻等件取出和模具维护闭式锻造模具结构特点设计要点应用范围闭式锻造模具的特点是没有飞边槽，金属完全闭式锻模设计的关键是精确控制坯料体积，通闭式锻造主要用于生产形状相对简单、尺寸精填充密闭的模腔模具通常由上模、下模和顶常要求坯料体积误差控制在±

0.5%以内为防度要求高、材料成本较高的零件，如齿轮、轴出装置组成上下模之间配合精密，成形后的止过载，模具需设计防过载保护装置或精确的类零件、紧固件等在汽车行业，许多传动系锻件毛坯体积约等于型腔体积闭式锻模可以行程限位装置分型面设计应简单，尽量采用统和悬挂系统的零部件采用闭式锻造生产；在节约材料（无飞边损失），提高材料利用率（平面，以减少密封难度模具导向系统必须高航空航天领域，一些关键的结构件和联接件也可达95%以上），并能获得较高的尺寸精度（精度，以确保上下模精确对准模腔设计应考采用闭式锻造随着精密成形技术的发展，闭公差等级可达IT8-9）和较好的表面质量（虑金属流动规律，避免末端填充不足，必要时式锻造正逐步扩展到更复杂形状零件的生产Ra

1.6-

6.3μm）可设计感应加热系统辅助成形开式锻造模具开式锻造模具的最显著特征是具有飞边槽，用于容纳多余的金属形成飞边模具主要由上下模、飞边槽和模架组成飞边槽分为储料区和挤压区，储料区较深，用于容纳多余金属；挤压区较窄，用于控制金属流动和提高模腔压力开式锻造的优点是容错性高，对坯料体积要求不严，且适用于复杂形状锻件；缺点是材料浪费（利用率通常为70%-85%）和需要额外的切边工序开式锻模设计需注意以下事项合理确定分型面位置，通常沿锻件最大轮廓或在垂直方向上的中间位置；科学设计飞边槽尺寸，飞边厚度一般为锻件最小壁厚的15%-30%；预留适当的锻造斜度（通常为3°-7°），便于锻件取出；设计足够的圆角半径，避免应力集中；考虑锻造收缩，预留收缩裕量（钢材约

1.5%）；注意防止折叠等缺陷的产生，必要时设计排气槽或预成形工序常见问题包括模具过早磨损、锻件充填不完全和飞边过厚等，可通过优化模具材料、改进锻造工艺参数和调整飞边槽设计来解决精密锻造模具精密锻造工艺1精密锻造是一种高精度的近净成形锻造技术，其目标是获得接近最终尺寸和形状的锻件，最大限度地减少后续机械加工与常规锻造相比，精密锻造的尺寸精度模具结构设计2可达IT7-9级，表面粗糙度Ra

0.8-

3.2μm，锻造余量减少50%-90%精密锻造工艺通常包括精确的坯料准备、精确加热、严格控制的变形条件和精密的模具精密锻造模具结构比常规锻模复杂，通常采用组合式设计，包括型腔镶块、预应力环、模架和精确的导向系统模具设计特点包括模腔表面高精度加工（通常采用精密磨削或电火花加工）；采用预应力复合结构，提高模具刚度和寿命；精精度控制方法3确的温度控制系统，减少热变形；高精度的导向和定位装置，确保上下模精确对准精密锻造的精度控制涉及多方面因素坯料体积控制在±

0.3%以内；模具温度控制在±10℃范围内；采用计算机模拟优化模具设计和工艺参数；设计合理的收缩裕量，考虑材料和几何形状因素；采用高精度的锻压设备，控制行程和速度；进行严格的质量检测和反馈改进某些特殊形状的精密锻件可能需要采用特殊工艺，如等温锻造、温锻或冷锻，以获得更高的精度和表面质量锻造模具的寿命与维护1模具磨损机理2寿命预测方法锻造模具的失效主要有以下几种机理磨模具寿命预测方法包括经验公式法、有限损（由金属流动引起的摩擦和磨粒磨损）元分析法和实际测试法经验公式法基于；热疲劳（热-机械交变载荷导致的表面历史数据，考虑材料、几何形状、工艺参裂纹网络）；热软化（长时间高温导致硬数等因素建立数学模型；有限元分析法模度降低）；机械疲劳（循环应力导致的裂拟锻造过程中的应力、应变和温度场，评纹扩展）；塑性变形（高压下的永久变形估模具的潜在失效区域和机理；实际测试）；热冲击（急剧温度变化导致的表面开法通过小批量试生产，记录模具磨损速率裂）不同位置的失效模式各异，如模腔，外推预测寿命现代寿命预测通常结合拐角处易发生热疲劳裂纹，而直线运动部多种方法，采用计算机辅助工程软件进行位则主要为磨损模拟和优化3维护保养策略有效的维护保养策略包括建立定期检查制度，记录模具状态变化；科学的预热和冷却程序，减少热应力；合理的润滑剂选择和使用方法；适当的修复技术（如焊接、镶拼、表面强化等）；规范的拆装和存储流程；完善的维护记录系统，积累经验数据对于高价值模具，可采用预防性维护策略，在达到预定锻件数量时进行修复，而不等到模具失效随着传感器和物联网技术的发展，智能化监测和预测性维护正成为模具维护的新趋势第八章模具技术CAD/CAMCAD/CAM技术概述常用软件介绍CAD/CAM在模具设计中的应用CAD（计算机辅助设计）和CAM模具行业常用的CAD软件包括（计算机辅助制造）是现代模具UG NX、CATIA、Pro/ECreo、CAD/CAM在模具设计中的具体应设计制造的核心技术CAD用于SolidWorks等通用设计软件；用包括产品三维建模和分析；创建产品和模具的二维和三维模Cimatron、Moldflow、DFMA等根据产品模型自动进行模具结构型；CAM将CAD模型转换为数控专业模具设计软件CAM软件包设计；分型面生成和抽芯方向分加工指令两者结合形成从设计括Mastercam、PowerMILL、析；浇注系统和冷却系统的设计到制造的数字化链条，大大提高HSMWorks等此外，还有专门与分析；自动生成标准部件库和了模具设计和制造的效率、精度的CAE（计算机辅助工程）软件常用结构；通过CAE进行充填、和一致性模具行业的CAD/CAM，如注塑模拟软件Moldflow，压冷却、变形等模拟分析；生成模应用具有特殊性，需要处理复杂铸模拟软件AnyCasting，冲压模具装配图和零件工程图；直接生曲面、考虑成形工艺和材料特性拟软件AutoForm和Dynaform等成数控加工程序；提供工艺文档，用于模具设计的验证和优化和技术规范现代模具企业通常建立统一的PDM（产品数据管理）系统，实现设计数据的统一管理和共享三维建模技术曲面建模参数化设计实体建模曲面建模用于创建复杂形状的表面模型，特别适参数化设计是通过参数和约束控制模型形状和尺实体建模是创建具有体积和质量属性的三维模型合自由曲面的设计曲面建模常用方法包括放寸的设计方法参数可以是尺寸、位置、数量等的方法基于特征的参数化实体建模是模具设计样、扫描、网格曲面、边界曲面和自由曲面等，通过修改参数可快速调整模型在模具设计中中最常用的建模方式，其特点是通过拉伸、旋转在模具设计中，曲面建模主要用于复杂型腔型芯，参数化设计具有明显优势相似模具可通过修、扫描、放样等特征操作构建模型，并通过参数的设计，如汽车外观件模具、家电外壳模具等改参数快速设计；设计变更可迅速传递并自动更控制特征尺寸实体模型包含完整的拓扑信息，现代CAD系统支持曲面和实体的混合建模，可以新相关部件；可建立设计规则和知识库，提高设可直接用于工程分析、加工编程和模具设计在在曲面建模后转换为实体模型，或者在实体上进计标准化程度现代模具企业通常建立参数化模模具设计中，实体建模主要用于模架、标准部件行曲面特征操作具部件库，如模架、浇注系统、冷却系统等，大和结构相对规则的模具零件的设计大提高设计效率模具设计自动化标准件库的建立和应用1标准件库是提高模具设计效率的基础工具，包括模架、导柱导套、顶针、浇口套、弹簧等标准零件的参数化模型建立标准件库需要考虑参数化设计，通过输入关键参数自动生成模型；关联设计，相关零件尺寸自动匹配；属性管理，包含材料、热处理、表面处理等技术要求；自定义功能，允许企业添加自有标准件模具设计时可直接调用标准件，大大减少重复建模工作模具设计知识库2模具设计知识库是将模具设计经验和知识规则化、系统化的数据库，包括设计规范和标准；材料数据库（物理、力学和加工性能）；工艺数据库（成形工艺参数和设计准则）；案例库（成功案例和失败案例分析）；故障诊断和解决方案库；供应商和成本数据库等知识库通常与CAD系统集成，在设计过程中提供实时参考和检查，防止设计错误，提高设计质量和一致性设计自动化流程3模具设计自动化流程通过软件程序和脚本实现设计过程的自动化或半自动化典型流程包括产品模型导入和检查；自动分型面生成；模架自动设计和标准件布置；浇注系统和冷却系统自动设计；自动干涉检查和工艺可行性分析；加工工艺自动规划；工程图自动生成等设计自动化可通过CAD系统的二次开发实现，如UG/Open API、CATIA VBA等先进企业还开发专用的模具设计自动化软件，实现模具设计的智能化和规范化数控加工编程刀具路径生成后处理技术刀具路径生成是CAM系统的核心功能，根后处理是将CAM系统生成的刀具路径转换据零件模型和加工策略计算刀具运动轨迹为特定数控机床可执行的NC代码的过程模具加工常用的路径类型包括平面加后处理需考虑机床控制系统类型（如工（用于平整表面）；等高线加工（适合FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等）、斜面和弧面）；等参数线加工（适合复杂机床坐标系、刀具交换方式、冷却方式等曲面）；光顺加工（用于精加工和表面光因素高级后处理还可实现机床优化功能洁度要求高的区域）；深腔加工（适合深，如加减速控制、刀具轨迹平滑化、避让型腔和高陡壁）；螺旋路径和摆线路径（功能等，提高加工效率和质量模具企业适合光洁度要求高的复杂曲面）通常需为不同机床配置专用后处理，确保CAM与实际加工的匹配加工仿真与优化加工仿真用于虚拟验证刀具路径的可行性和加工结果，发现并修正可能的碰撞、过切、欠切等问题模具加工仿真包括刀具运动仿真（验证干涉和碰撞）；材料去除仿真（验证加工余量和精度）；机床运动仿真（验证机床限位和运动学约束）；加工时间估算（优化生产计划）优化技术包括高速加工策略、恒切削力控制、自适应进给速度调整等，可显著提高加工效率和表面质量，减少刀具磨损逆向工程技术三维扫描技术点云数据处理模型重构三维扫描是获取实物模型的三维数字数据的技术点云数据处理是将原始扫描数据转换为可用的三维模型重构是根据处理后的点云或曲面创建完整的模具逆向工程常用的扫描技术包括接触式测量（模型的过程主要步骤包括数据预处理（噪声过CAD模型重构方法包括直接曲面重建（保留原如三坐标测量机，精度高但速度慢）；激光扫描（滤、数据简化）；点云对齐和拼接（合并多视角扫始几何形状，但不便于修改）；参数化重建（识别非接触式，速度快，适合大型模具）；结构光扫描描数据）；点云分割（将点云分割为不同特征区域并重建参数化特征，便于修改但可能与原型有偏差（适合中小型模具，具有高精度和良好细节捕捉能）；曲面重建（将点云转换为曲面模型）；特征识）；混合重建（关键区域精确重建，次要区域参数力）；计算机断层扫描（适合内部结构复杂的模具别（识别孔、槽、平面等特征）模具行业的点云化简化）模具逆向工程通常需要高精度重建，确）现代扫描设备可达到

0.01-

0.05mm的精度，满处理对精度和表面质量要求极高，通常需要专业软保重构模型与原型的偏差控制在允许范围内（通常足大多数模具逆向工程需求件如Geomagic、Polyworks、Rapidform等为±

0.05mm）重构完成后，还需进行误差分析，比对重构模型与原始点云的偏差，确保逆向工程质量第九章模具制造新技术复合材料模具2新型材料提高模具性能和寿命3D打印技术1金属3D打印实现复杂模具直接制造智能模具技术传感器和数据分析优化模具运行3模具制造技术正经历深刻变革，3D打印技术（增材制造）为模具带来革命性创新金属3D打印可直接制造具有复杂内部结构的模具零件，如共形冷却通道的型芯型腔，大幅提高冷却效率目前主要的金属3D打印技术包括选择性激光熔融SLM、直接金属激光烧结DMLS和电子束熔融EBM等复合材料模具结合不同材料的优势，如金属基复合材料模具具有高强度和良好导热性；陶瓷金属复合材料模具具有优异的耐磨性和热稳定性智能模具通过传感器监测模具状态，结合大数据分析和人工智能算法，实现模具运行优化、故障预测和自适应控制，是工业

4.0背景下模具技术的重要发展方向金属打印模具3D后处理技术设计注意事项打印工艺选择3D打印模具的后处理对最终性能至关重要，主要包括3D打印模具设计需特别注意充分利用增材制造优势支撑结构去除（机械切除或化学溶解）；热处理（金属3D打印模具常用工艺包括选择性激光熔融，设计复杂内部结构如共形冷却通道和拓扑优化结构消除内应力和提高机械性能）；表面加工（研磨、抛SLM，适合精密模具零件，精度可达±

0.05mm；直；考虑打印方向，减少悬垂结构，降低支撑需求；设光、喷砂或电解抛光）；精密机械加工（提高关键尺接金属激光烧结DMLS，适合中小型模具部件，表面计适当的壁厚（通常不小于

0.4mm）和孔径（通常不寸精度和配合面质量）；表面处理（如渗氮、PVD涂粗糙度Ra5-10μm；电子束熔融EBM，成形速度快但小于

0.5mm）；考虑热处理变形和表面加工余量（通层等提高表面性能）对于模具工作面，通常需要结精度较低，适合大型模具结构件；金属粘结剂喷射常

0.2-

0.5mm）；整体设计与分块设计相结合，大型合CNC精加工和手工抛光，达到模具要求的表面质量MBJ，成本低但需后处理，适合原型模具工艺选模具可采用3D打印关键区域与传统加工非关键区域相择应综合考虑模具零件的尺寸、精度要求、材料特性结合的方式和成本因素复合材料模具1材料选择2制造工艺复合材料模具常用材料包括金属基复合复合材料模具的制造工艺包括粉末冶金材料，如铜钨合金（高导热性和耐磨性）技术，适用于金属基复合材料模具，如热、铝基碳化硅（轻量化和高导热性）；陶压烧结、热等静压烧结等；树脂浇注技术瓷金属复合材料，如金属结合碳化物和氧，适用于聚合物基复合材料模具，如真空化铝金属复合物（高硬度和耐磨性）；聚辅助浇注、压力浇注等；层压成型技术，合物基复合材料，如环氧树脂加碳纤维或适用于纤维增强复合材料模具，如手糊成玻璃纤维（低成本和易加工性）；纳米复型、热压成型等；喷涂技术，适用于复合合材料，如纳米碳管增强金属基体（优异材料表面层，如等离子喷涂、高速火焰喷的力学性能和导热性）材料选择应基于涂等不同工艺组合可实现复合材料模具模具类型、工作条件和成本要求的最佳性能-成本比3应用优势复合材料模具相比传统全金属模具具有多方面优势可实现材料性能的量身定制，如高导热区域和高耐磨区域结合；减轻模具重量，提高操作便捷性；改善热管理，减少热点和热应力；延长模具寿命，特别是在腐蚀环境和高温条件下；降低制造成本，尤其是对于小批量生产和原型模具典型应用包括玻璃模具中的导热铜钨复合材料镶件、压铸模具中的耐热陶瓷复合材料浇口套、注塑模具中的高导热铝基复合材料冷却部件等智能模具技术传感器集成数据采集与分析自适应控制系统智能模具中集成的传感器主要包括压力传感器（智能模具的数据采集与分析系统包括高速数据采基于传感数据分析结果，智能模具可实现自适应控监测型腔压力分布）；温度传感器（监测模具温度集模块（采集速率可达kHz级）；边缘计算设备（制，包括模具温度自适应控制（根据温度分布调场）；位移传感器（监测模具开合和顶出行程）；现场数据预处理）；无线通信模块（数据传输至主整冷却系统参数）；压力自适应控制（根据型腔压振动传感器（监测模具运行状态）；力传感器（监控系统）；数据存储与管理平台（历史数据归档和力调整注射参数）；流动自适应控制（根据充填状测锁模力和顶出力）；流量传感器（监测冷却介质检索）；数据分析软件（统计分析、相关性分析、态调整浇注系统）；顶出自适应控制（根据粘附情流量）传感器集成方式包括嵌入式安装（埋入趋势分析等）；人工智能算法（模式识别、异常检况调整顶出力和速度）；预测性维护（根据模具状模具内部）；表面安装（安装在模具表面）；无线测、预测分析等）现代系统通常采用边缘计算+态智能安排维护时间）自适应控制系统通常与生传感器网络（免布线，便于安装和维护）传感器云平台架构，实现实时响应和深度分析的结合产设备控制系统集成，形成闭环控制，实现生产过选择和布置应综合考虑监测需求、安装空间和成本程的持续优化和稳定模具制造自动化柔性制造系统机器人应用智能工厂概念柔性制造系统FMS是一种高度自动化的生产系统，机器人在模具制造中的应用日益广泛，主要包括加智能工厂是工业

4.0的核心理念，在模具行业的应用可快速切换不同模具零件的加工模具柔性制造系统工辅助机器人（工件上下料、工件翻转、工具更换等正逐步深入模具智能工厂的特征包括数字化和网通常包括多台CNC加工中心（3-5轴）；自动化刀）；模具装配机器人（零件精确定位、螺栓紧固等）络化（所有设备、产品和系统互联互通）；虚拟制造具库和刀具管理系统；自动化工件装卸和传输系统；；表面处理机器人（打磨、抛光、涂装等）；质量检（通过仿真优化制造过程）；实时监控（生产过程全集中式加工控制系统；柔性夹具系统FMS的优势在测机器人（尺寸测量、表面缺陷检测等）；仓储物流程数据采集和监控）；自适应优化（系统能根据实时于可实现小批量、多品种模具零件的高效加工，平均机器人（原材料和模具零件的存取和配送）现代工数据自动调整生产参数）；垂直集成（从设计到制造可提高设备利用率40%-60%，减少加工准备时间业机器人具有高精度（可达±

0.05mm）、高柔性和的无缝衔接）智能工厂可实现模具制造的透明化、60%-80%协作能力，可显著提高模具制造的自动化水平可追溯、高效和高质量，代表着模具制造业的未来发展方向第十章模具质量控制质量检验1对模具进行测量和验证质量标准2建立明确的质量要求和规范质量管理3构建全面的质量管理体系模具质量控制是确保模具符合设计要求和使用性能的系统性工作完善的质量控制体系应涵盖模具制造的全过程，包括原材料检验、过程控制、成品检验和使用跟踪模具质量控制的核心要素包括质量标准的建立、检测方法的选择、缺陷分析与预防措施的实施现代模具企业通常采用ISO9001质量管理体系，并结合行业特定标准如ISO/TS16949（汽车行业）或IATF16949检测方法涵盖尺寸精度、形位公差、表面质量、材料性能和功能性能等多方面常见的模具缺陷包括尺寸偏差、表面缺陷、装配间隙不当、冷却系统不良等，通过适当的预防措施和早期干预可大大降低缺陷发生率模具精度检测尺寸检测技术形状和位置精度检测表面粗糙度检测模具尺寸检测主要采用以下技术形状和位置精度对模具配合和功表面粗糙度直接影响模具的摩擦传统量具测量（如千分尺、卡能至关重要，主要检测项目包括特性、密封性能和使用寿命表尺、量块等），适用于简单尺寸平面度（使用精密水平仪或三面粗糙度检测方法包括接触式的快速检测；三坐标测量机坐标测量机）；垂直度和平行度粗糙度仪（常用方法，精度高，CMM，可实现复杂零件的高精（使用垂直度仪或三坐标测量机但有接触痕迹）；非接触式光学度测量（精度可达

0.001mm），）；圆度和圆柱度（使用圆度仪粗糙度仪（无损测量，适合精密是模具检测的主要设备；光学测或三坐标测量机）；直线度（使表面）；比较样块法（快速但主量系统，如投影仪、影像测量仪用直线度仪或光学平行尺）；同观性强，适合现场初检）模具，适用于二维轮廓测量；激光跟轴度和对称性（使用三坐标测量不同部位的表面粗糙度要求各异踪仪，适用于大型模具的空间定机或专用量具）对于复杂模具，如工作面通常要求Ra

0.4-

0.8μm位测量现代模具企业通常将，通常采用三坐标测量机结合专，导向面Ra

0.8-

1.6μm，非功能面CAD数据与实际测量数据对比，业软件进行全面的GDT（几何尺Ra

1.6-

3.2μm先进的表面检测还生成色差图直观显示误差分布寸与公差）分析包括表面纹理分析，评估表面微观结构对模具性能的影响模具试模试模流程1包括准备、运行、调整和验收四个阶段数据采集与分析2记录和评估试模过程中的关键参数问题诊断与优化3识别缺陷原因并实施改进措施模具试模是验证模具性能和产品质量的关键环节标准试模流程包括试模前准备（检查模具装配、设置生产设备参数）；初次试模运行（低速、低压力条件下验证基本功能）；参数调整（逐步优化成形参数，如压力、温度、速度等）；样品生产（在确定的参数下生产样品）；质量检测（检测样品尺寸、外观、性能等）；模具优化（根据检测结果对模具进行修改）；最终验收（确认模具达到设计要求和客户标准）试模过程中应全面采集数据，包括工艺参数（如注射压力、温度、速度等）、模具状态（如型腔压力、模具温度、顶出力等）和产品质量数据（如尺寸、重量、外观等）通过数据分析，可识别产品缺陷的根本原因，如翘曲可能由不均匀冷却或排气不良引起；缩痕可能由注射压力不足或保压时间不当引起针对性的模具优化措施包括修改冷却系统、调整浇注系统、改进排气设计和优化顶出系统等模具寿命管理模具质量改进六西格玛方法2定义→测量→分析→改进→控制的系统性改进方法PDCA循环1计划Plan→执行Do→检查Check→改进Act持续改进策略建立长效机制，实现模具质量的螺旋式提升3PDCA循环是模具质量改进的基本方法论在计划阶段，明确改进目标和方案；执行阶段，按计划实施改进措施；检查阶段，评估改进效果；改进阶段，标准化成功经验并解决新问题六西格玛方法则更加系统和数据驱动，通过DMAIC流程（定义问题、测量关键指标、分析根本原因、改进流程、控制结果）实现模具质量的精确改进持续改进策略的关键要素包括建立质量文化，全员参与质量改进；实施标杆管理，学习行业最佳实践；推行知识管理，系统化积累和应用经验；建立激励机制，鼓励创新和问题解决；采用信息化工具，支持数据分析和决策有效的质量改进应关注短期问题解决和长期能力提升的平衡，通过系统性方法和文化建设，实现模具质量的持续提升第十一章模具经济性分析40%35%25%材料成本占比加工成本占比人工和管理成本占比模具成本中材料约占30-50%，是最大成本加工费用约占总成本的30-40%，包括机加设计费用、装配调试费用和管理费用约占总项材料成本取决于模具类型、尺寸和性能工、特种加工、热处理和表面处理等费用成本的20-30%这部分成本受模具复杂度要求，高性能模具钢、特种合金材料价格可加工成本受工艺复杂度、精度要求和设备费、技术要求和企业管理效率影响标准化设能是普通钢材的5-10倍优化材料选择和设率影响优化加工工艺和提高自动化水平可计和高效项目管理可显著降低成本计可显著影响成本有效降低成本模具成本估算成本项目计算方法影响因素降低措施材料成本材料重量×单价+损耗材料类型、尺寸、形状优化设计、减少余量加工成本加工时间×工时单价加工难度、设备类型优化工艺、提高效率人工成本工时×人工单价技术难度、工人技能标准化、培训管理费用直接成本×管理费率企业规模、管理水平完善体系、信息化材料成本估算需考虑材料类型、材料规格和材料利用率合理选择材料规格可减少浪费，如大型模具可选用预加工坯料而非从毛料开始加工钢材费用计算公式为重量kg×单价元/kg×1+损耗率对于特种材料如钨钢、铍铜等，由于价格昂贵，应精确计算使用量加工成本通常按工时计算，不同加工方式的工时单价差异较大例如，普通机加工约200-500元/小时，而电火花加工可达500-1000元/小时，五轴联动加工可达1000-2000元/小时加工时间取决于工艺复杂度、精度要求和加工余量人工成本包括设计费用、装配调试费用等，与模具复杂度和技术人员工资水平相关管理费用包括研发费用、检验费用、运输费用、税金等，通常按直接成本的一定比例计算，比例因企业而异，一般为10%-30%模具寿命周期成本分析模具效率提升生产效率分析节拍时间优化生产效率是评估模具经济性的重要指标，通节拍时间是完成一个完整生产周期所需的时常用每小时产出件数或每班产量来衡量影间，直接决定了生产效率优化节拍时间的响模具生产效率的因素包括成形周期时间方法包括优化模具结构设计，如改进浇注（如注塑周期、冲压节拍等）；模具型腔数系统减少填充时间，优化冷却系统缩短冷却量（多型腔模具可提高单位时间产量）；设时间；改进工艺参数，如优化压力曲线、温备性能（如锁模力、注射速度等）；操作技度曲线和速度曲线；采用先进技术，如气辅能和工艺参数优化程度；辅助时间（如模具成形、共注技术、变频控制等；使用自动化安装、调试、维护等）通过对这些因素的辅助设备，如机械手、自动输送带等节拍系统分析，可找出效率瓶颈并制定针对性改时间优化需平衡效率和质量的关系，过度追进方案求速度可能导致产品质量问题换模时间缩短换模时间是更换模具所需的停机时间，对于小批量多品种生产尤为重要缩短换模时间的方法包括实施SMED单分钟换模技术，将内调整转化为外调整；采用标准化快速连接接口，如快换模板、快换水接头、气接头等；设计通用模架和标准化接口，减少调整需求；使用模具预热系统，减少模温调整时间；采用换模小车或自动换模系统，提高换模效率；培训操作人员，提高换模技能有效的换模优化可将换模时间从数小时缩短至数十分钟甚至更短模具经济批量经济批量计算方法影响因素分析最优化策略模具经济批量是指使用模具生产产品的最优数量，使得影响模具经济批量的因素众多，主要包括模具投资成制定模具经济批量的最优化策略包括分阶段投资（先单位产品成本最低经济批量计算通常采用以下方法本（成本越高，经济批量越大）；产品市场需求（需求使用低成本模具生产小批量，验证市场后再投入高性能总成本法（计算不同批量下的单位产品总成本，找出最不确定性大，经济批量小）；模具寿命（寿命长，经济模具）；模组化设计（共用模架和标准部件，仅更换型低点）；边际成本法（当边际收益等于边际成本时的产批量大）；模具维护成本（维护成本高，经济批量小）腔型芯，降低模具投资）；家族模具（一套模具可通过量）；经验公式法（基于行业经验数据的简化计算）；生产效率（效率高，经济批量大）；仓储物流成本（更换部分零件生产多种产品）；柔性制造（采用快速换基本计算公式为单位产品成本=模具成本/生产数量+成本高，经济批量小）；资金成本（资金成本高，经济模技术，实现小批量经济生产）；合同生产（对于超出单位生产成本+单位维护成本当生产数量增加时，摊批量小）；技术更新速度（更新快，经济批量小）实企业制造能力的大批量，考虑外包给专业制造商）；智销到每个产品的模具成本下降，但维护成本可能上升际计算中需综合考虑这些因素的相互影响能仓储（采用自动化仓储和需求预测技术，平衡生产与库存）最优化策略应根据企业实际情况和市场需求灵活调整第十二章模具行业发展趋势1全球模具市场分析2技术发展方向全球模具市场规模持续增长，预计到2025模具技术正朝着数字化、智能化、绿色化和年将超过950亿美元中国已成为世界最大高效化方向发展数字化趋势包括数字孪生的模具生产国和消费国，市场规模占全球的技术、云设计制造和大数据应用；智能化趋30%以上从区域分布看，亚太地区（尤其势包括人工智能辅助设计、智能传感模具和是中国、日本、韩国）是最大的模具市场，预测性维护；绿色化趋势包括节能模具设计占全球份额的50%以上；欧洲（尤其是德国、环保材料应用和废料回收利用；高效化趋、意大利）以高精密模具著称；北美市场以势包括增材制造技术、高速加工技术和模具创新技术和自动化程度高为特点汽车、电标准化未来五年，模具制造将进一步融合子、家电和医疗是模具需求最大的四个行业信息技术、材料科学和智能制造技术，推动，共占总需求的75%左右行业质的飞跃3人才需求趋势模具行业人才需求正从传统的蓝领技工向技术技能复合型人才转变未来模具人才需具备跨学科知识（机械、材料、信息技术等）；数字化素养（CAD/CAM/CAE应用能力）；创新思维（解决新材料、新工艺挑战的能力）；终身学习意识（适应快速变化的技术环境）企业更加注重与院校合作培养人才，建立产学研一体化人才培养模式随着自动化程度提高，基础操作工人数量需求减少，而高端技术人才需求增加，人才结构呈现橄榄型分布绿色模具技术节能设计节能模具设计的核心是减少能源消耗，主要方向包括轻量化设计（减少模具重量，降低搬运和加热能耗）；优化废弃物回收利用冷却系统（如共形冷却通道，提高冷却效率）；保温设计（减少热量损失）；电气系统优化（如变频控制、伺服驱模具制造和使用过程中产生的废弃物主要包括废金属（环保材料应用动代替液压系统）；工艺参数优化（减少成形周期，降低如加工切屑、报废模具）；废油液（如切削液、液压油）能耗）实践证明，良好的节能设计可降低模具使用过程；废塑料（如注塑过程中的废料）；包装材料等绿色模绿色模具材料的应用正逐步拓展，主要包括无铅、无镉中15%-40%的能源消耗，同时提高生产效率和产品质量具企业通常采取以下回收利用措施建立废金属分类回收等有害元素的模具钢（如ECO系列模具钢）；可回收利用系统，提高金属回收价值；采用油液净化和再生技术，延的复合材料模具；生物基材料在非金属模具中的应用；纳长油液使用寿命；塑料废料粉碎再生或能源回收；包装材米材料在表面处理中的应用，减少重金属污染环保材料料减量化和可循环利用先进企业正努力构建零废弃模不仅符合日益严格的环保法规，也能提供更好的性能，如具制造体系，将废弃物转化为资源，实现循环经济更高的耐腐蚀性和更长的使用寿命材料选择需权衡环保性、性能和成本，实现最佳平衡模具数字化转型云计算和大数据应用2分布式计算资源和海量数据分析支持智能决策数字孪生技术1虚拟模型与实体模具同步运行，提供实时监测和优化人工智能在模具设计中的应用AI辅助设计显著提高设计效率和质量3数字孪生技术是模具数字化转型的核心，它创建模具的虚拟映射，可实时反映物理模具的状态和性能模具数字孪生系统集成了几何模型、物理模型、行为模型和规则模型，能够进行预测性分析、虚拟试验和优化例如，通过数字孪生技术，可以在虚拟环境中模拟不同工艺参数对模具性能的影响，提前发现潜在问题，避免实物试验的时间和成本云计算和大数据为模具设计制造提供了强大支持云计算平台使小型模具企业也能使用高性能CAE分析和模拟；大数据分析可从历史生产数据中挖掘有价值的模式和关联，指导模具设计优化人工智能正逐步应用于模具设计各环节，如拓扑优化、参数化设计、工艺规划等AI设计助手可基于设计需求自动生成多个可行方案供设计师选择，大幅提高设计效率先进企业正积极构建基于工业互联网的智能模具生态系统，实现模具全生命周期的数字化管理模具标准化与国际化国际标准对接1模具标准化是提高模具设计效率和互换性的关键国际上主要的模具标准包括ISO、DIN、HASCO、DME等中国模具标准体系主要包括国家标准GB、行业标准JB和企业标准随着全球化进程，中国模具标准正积极与国际标准接轨，包括标准术语统

一、技术参数统

一、检测方法统一和质量评价统一等方面标准化程度的提高有助于降低沟通成本，提升国际市场竞争力模块化设计2模块化设计是模具标准化的高级形式，将模具划分为多个功能模块，如模架模块、浇注模块、冷却模块、顶出模块等，每个模块内部标准化，模块间通过标准接口连接模块化设计的优势包括缩短设计周期30%-50%；降低制造成本20%-35%；提高模具可靠性；便于维护和升级；促进模具零部件的专业化生产现代模具企业普遍采用模块化设计理念，并建立企业内部的模块库，不断积累和优化设计资源全球协同设计与制造3信息技术的发展使全球协同设计与制造成为可能在这种模式下，模具设计可能在中国进行，模具制造在东南亚完成，而最终使用地点在欧美协同设计与制造依赖于PDM/PLM系统、云平台和标准化数据交换格式如STEP,IGES，实现设计数据的无缝传递跨国模具企业通常建立全球资源调配中心，根据各地成本、技术和交期等因素，优化资源配置国际化发展要求模具企业不断提升技术水平、管理能力和国际化人才储备，适应全球市场的多元化需求课程总结本课程系统介绍了金属模具的基础理论、设计方法、制造工艺和应用技术我们从模具概述开始，学习了金属材料基础知识，深入探讨了各类模具（冲压模具、注塑模具、压铸模具、锻造模具）的设计与制造，了解了CAD/CAM技术在模具设计中的应用，探索了增材制造、复合材料和智能模具等新技术，并掌握了模具质量控制和经济性分析方法模具作为工业之母，是制造业的基础工艺装备，其技术水平直接影响产品质量和生产效率未来模具行业将向数字化、智能化、绿色化方向发展，需要复合型技术人才建议同学们关注行业前沿技术和标准，参与实践项目提升动手能力，拓展跨学科知识，培养创新思维和终身学习习惯课程结束只是学习的起点，希望大家在未来的职业生涯中不断探索和成长。