《金属模具设计原理》课件

金属模具设计原理欢迎大家来到《金属模具设计原理》课程！本课程将系统介绍金属模具设计的基础理论、关键技术和实践应用模具被誉为工业之母，是现代制造业的重要基础，掌握模具设计原理对于提升制造能力具有重要意义本课程内容涵盖模具基本概念、材料选择、结构设计、制造工艺及行业应用等方面通过理论与实践相结合的教学方式，帮助同学们建立完整的模具设计思维体系，为今后从事相关工作奠定坚实基础模具行业就业前景广阔，汽车、电子、家电等领域对模具人才需求旺盛，希望同学们通过本课程学习，成为具有创新能力的模具设计专业人才金属模具的基本概念模具定义金属模具分类主要功能模具是工业生产中用来成型物品的工具，按加工工艺可分为冲压模、锻造模、铸金属模具的主要功能是实现材料的成型和它能把原材料（如金属、塑料等）通过压造模、挤压模、粉末冶金模等按结构特尺寸控制，保证产品的一致性和互换性，力加工成为特定形状和尺寸的零件或产品点可分为单工位模、复合模、级进模等提高生产效率，降低制造成本，实现批量模具的精度和寿命直接决定了产品的质量按使用温度可分为冷作模、热作模和温化、自动化生产和生产效率作模金属模具发展历史古代时期1早在公元前年，古埃及人就开始使用简单的金属模具制作装饰品3000和工具中国商周时期的青铜器制作也采用了原始的模具技术，如铸造青铜礼器的陶范工业革命时期2世纪工业革命催生了机械化生产需求，模具技术开始系统化发展18世纪中期，随着钢铁冶炼技术进步，金属模具得到广泛应用，特别19是在武器和机械零件制造领域现代发展3世纪以来，数控技术、计算机辅助设计与制造的应用20CAD/CAM极大提升了模具设计与制造水平世纪，智能制造、打印等新技213D术正在革新传统模具行业金属模具在工业中的作用汽车工业电子电器汽车制造中约的零部件需要模具成型，包括车身冲压件、发动机手机外壳、电脑零部件、家电外观件等大多通过模具生产现代电子80%缸体铸件、内饰件注塑等模具质量直接影响汽车的性能、外观和使产品对精密度和表面质量要求极高，需要高精度模具支持用寿命航空航天医疗器械飞机发动机叶片、结构件等关键零部件常采用特种模具制造这类模医疗器械制造中使用的模具需满足生物相容性和高洁净度要求精密具需要具备极高的耐热性、耐磨性和精度稳定性医疗器械的微小零件对模具精度要求尤为严格金属模具设计的重要性成本控制模具设计阶段决定了约的成本构成合理的模具方案可大幅降低材料消70%耗、加工时间和后续维护成本，对产品整体经济性有决定性影响产品质量模具设计直接决定产品的形状精度和表面质量优秀的模具设计能确保产品尺寸稳定、外观完美、功能可靠，减少废品率生产效率科学的模具设计能优化生产工艺，提高自动化程度，缩短生产周期特别是多工位级进模的应用，可显著提升复杂零件的生产速度产品创新先进的模具设计理念和技术能够实现复杂产品形态，支持产品创新许多新型产品的开发都依赖于模具技术的突破模具材料基础知识合金工具钢碳素工具钢含有、、等合金元素，综合性能Cr W Mo优于碳素钢如适合制作冷冲Cr12MoV含碳量在以上，硬度高但韧性较差

0.7%模，具有良好的耐磨性和淬透性适用于制造小型、简单、要求不高的冷作模具，如、等牌号T8T10A热作模具钢在高温条件下仍保持高硬度和耐磨性，含较高比例的、、等元素如W MoV适合压铸模和热锻模制作H13预硬塑料模具钢高速工具钢如、等，出厂时已调质处理P20718H至，可直接加工成型，适合430-36HRC含较高的、、、等元素，红硬WMoV Co大型塑料模具制作性好，适合制作要求高耐磨性和高耐热性的模具，如W18Cr4V模具钢的分类与特性钢种类型主要特性典型牌号适用模具冷作模具钢高硬度、高耐、冲裁模、冷挤Cr12磨性压模Cr12MoV热作模具钢高温强度、耐、压铸模、热锻H13热疲劳模4Cr5MoSiV1塑料模具钢易加工、高抛、注塑模、吹塑P20718H光性模高速工具钢红硬性好、韧、精密冲模、拉W18Cr4V性高深模M2特种模具钢特殊性能导向、镜面模、腐蚀S136环境模具NAK80模具材料的热处理工艺退火淬火回火深冷处理将钢材加热至温度以上，将钢材加热至奥氏体化温度，淬火后将钢材再次加热至低于将钢材冷却至℃以下，促Ac3-60保温后缓慢冷却目的是降低保温后快速冷却目的是获得温度，保温后冷却目的使残余奥氏体转变为马氏体Ac1硬度，改善切削加工性能，为高硬度和高强度，但会产生较是降低脆性，调整硬度，消除目的是提高硬度、稳定尺寸和后续热处理做准备大内应力内应力减少变形模具设计的基本流程需求分析分析产品结构、材料、精度要求、生产批量等因素，确定模具类型和基本方案这一阶段需要充分理解产品功能和制造条件，为后续设计奠定基础方案设计确定分型面、浇注系统、冷却系统、脱模机构等关键结构，完成模具总体布局需要综合考虑技术可行性、经济性和维护便利性详细设计设计各零部件的具体结构和尺寸，进行必要的校核计算，完成零件工程图和装配图此阶段通常应用软件进行三维建模和仿真分析CAD设计评审组织专家对设计方案进行多方面审核，检查设计合理性、工艺性和安全性，及时发现并解决潜在问题这是确保模具设计质量的关键环节模具设计的主要技术要求精度要求强度与刚度耐久性工艺性现代模具需要达到高精模具在工作过程中承受模具设计要考虑使用寿模具设计必须考虑加工度标准，通常关键尺寸巨大压力和冲击载荷，命，包括耐磨性、耐腐工艺的可行性，尽量采公差控制在±必须具备足够强度和刚蚀性和热疲劳性能合用标准化、通用化结构，

0.01mm范围内精密模具甚至度特别是压铸模和热理的材料选择、结构设减少复杂结构和特殊工要求达到微米级精度，锻模，还需考虑高温条计和表面处理是提高模艺，便于制造和维护，这对设计和制造提出了件下的强度衰减问题具寿命的关键因素降低成本极高挑战模具结构组成模架系统模具的基础框架，支撑和连接其他部件成型系统型腔、型芯等直接成型零件的部分功能系统浇注、冷却、脱模、排气等辅助系统导向定位系统确保模具精确闭合和定位的机构模具结构设计需要综合考虑各系统之间的协调配合定模与动模是模具的两个主要部分，分别固定在压力机的固定板和移动板上型腔和型芯形成产品的外形和内腔，是模具的核心部件导向系统确保动模和定模准确对接，通常由导柱和导套组成型腔与型芯设计型腔设计型芯设计型腔型芯配合型腔是形成产品外表面的凹模部分，设计型芯是形成产品内表面的凸模部分，需要型腔与型芯的配合间隙通常控制在

0.02-时需考虑产品的收缩率、脱模角和表面处考虑其固定和冷却方式对于深腔产品，，配合面要有足够的接触面积以

0.05mm理要求对于复杂曲面，通常采用数控加型芯可能需要采用分段结构，便于加工和防止高压下的变形分型面设计要尽量简工或电火花加工制造型腔设计要充分考维护型芯的强度和冷却效果直接影响产单平直，减少飞边产生对于精密模具，虑材料流动特性，避免出现飞边和充填不品质量和模具寿命配合面通常需要研磨或抛光处理足浇注系统设计主浇道连接浇口与分流道的通道，一般为锥形分流道将材料分配到各个型腔的通道浇口连接分流道和型腔的狭窄通道浇注系统设计的主要目标是确保型腔均匀快速充填，减少气泡和熔接痕主浇道通常采用锥形设计，大端与注塑机或压铸机喷嘴对接分流道截面形状常见的有圆形、梯形和半圆形，其尺寸应根据产品大小和材料特性确定浇口类型包括点浇口、边浇口、扇形浇口等，选择时需考虑产品外观要求和脱模便利性对于多型腔模具，需特别注意流道平衡设计，确保各型腔同时充满并保持相同压力和温度条件冷却系统设计温度控制冷却方式维持模具工作温度稳定，提高产品质量水冷、油冷、气冷或复合冷却系统效率优化水路设计缩短冷却时间，提高生产效率合理的管道布局确保均匀冷却冷却系统的质量直接影响产品成型周期和表面质量水路直径通常为，与产品壁厚和型腔表面的距离应保持在倍水路直径水路布局8-12mm

1.5-2应尽量靠近型腔表面的高温区域，但不能过近导致强度不足对于形状复杂的产品，可考虑采用气泡水路、螺旋水路或热管等特殊冷却结构冷却系统设计时还需考虑防漏水措施，如使用高质量密封圈和防腐蚀处理现代模具设计中，冷却系统优化通常借助模流分析软件进行热平衡计算脱模机构设计顶出系统分析根据产品结构和材料特性，确定适合的顶出方式考虑产品的收缩特性、壁厚分布和脱模难度，选择合适的顶出力和顶出位置，避免产品变形或损坏顶针设计顶针是最常用的顶出元件，直径一般为顶针位置应均匀分布，优先选择3-8mm产品的加强筋、边缘或不影响外观的位置顶针数量和直径需根据产品面积和刚性计算确定顶板结构顶板固定并驱动顶针运动，通常采用两板结构（前顶板和后顶板）顶板厚度和材料要有足够强度承受顶出力，同时保证顶针安装精度侧向脱模机构对于带有侧向凹槽的产品，需设计斜顶或滑块机构斜顶通过斜导柱引导运动，滑块则通常由斜导轨或角度销驱动，需精确计算运动行程和锁紧力导向与定位装置设计导向系统是确保模具精确闭合的关键部件，主要由导柱和导套组成标准导柱通常采用轴承钢制作，表面硬化处理后硬度可达GCr15，表面粗糙度导套内孔一般采用铜基合金材料，具有良好的自润滑性和耐磨性HRC58-62Ra≤

0.4μm导向精度通常控制在范围内，导柱与导套的配合间隙为除主导向系统外，还需设置辅助定位元件，

0.01-

0.02mm

0.01-

0.03mm如定位销、对中块等，确保模具在高速运动和反复开合下保持稳定的定位精度对于精密模具，还可采用自锁式导向结构，如圆锥配合或球面导向模具的装配结构装配前准备检查所有零件尺寸精度，准备必要的工具和标准件，确认装配图纸和工艺要求特别注意清洁度，避免杂质和污物影响装配质量基础部件安装先安装模架和导向系统，建立基准导柱导套的配合是保证整体精度的关键，必须确保垂直度和同轴度固定板和动板的平行度偏差应控制在以内

0.02mm型腔型芯装配将型腔和型芯精确安装到模板上，确保位置准确和稳固型腔型芯的定位通常采用台阶结构和定位销，固定则使用螺钉和定位销配合功能系统安装安装浇注系统、冷却系统、顶出系统等功能部件各系统之间需协调配合，避免干涉特别注意水路和油路密封性，防止泄漏装配检查与调试完成装配后进行全面检查，包括尺寸精度、运动顺畅性、系统完整性等进行手动试模，检查分型面密合情况和顶出系统工作状态模具的标准件应用导向标准件弹性元件连接紧固件包括导柱、导套、导向轴承等国际上有包括各种模具弹簧、气弹簧和缓冲器弹包括各种螺钉、螺母、垫圈、定位销等多种规格系列，如、等标准簧材料多采用合金钢，表面经过喷丸模具专用螺钉通常采用高强度合金钢制作，DME HASCOCr-V选择时应考虑负载、使用寿命和维护便利强化处理气弹簧适用于需要大力程和稳硬度可达连接件的选择应考HRC40-45性标准导向件通常经过高频淬火和精密定力的场合，但需注意防漏气维护虑工作负荷、温度条件和防松要求研磨，具有高硬度和耐磨性金属模具的精度分析±

0.005mm型腔精度高精密模具的型腔加工公差±

0.01mm导向精度导柱导套系统的定位精度

0.03mm分型面间隙高质量模具的最大允许间隙

0.02mm型芯同轴度多型芯模具的同轴度要求模具精度是保证产品质量的关键因素不同类型模具的精度要求不同，精密注塑模具精度可达±，普通冲压模具一般控制在±范

0.005mm

0.02mm围内影响模具精度的因素包括加工设备精度、热处理变形、装配误差和使用磨损等精度分析方法包括几何尺寸测量、三坐标测量和光学扫描等现代模具制造中，常采用数控加工结合电火花加工和精密研磨，以达到高精度要求模具精度验证应包括静态和动态检测，除了尺寸检查外，还应进行试模分析和产品实测金属模具的公差与配合模具寿命的影响因素材料因素模具钢的化学成分与组织结构•硬度与韧性的平衡•材料纯净度与均匀性•热处理质量与残余应力•结构设计因素应力集中与过渡圆角设计•冷却系统布局合理性•型腔型芯支撑强度•脱模系统设计与作用力•制造工艺因素加工方法与表面完整性•表面粗糙度与微观结构•热处理工艺参数控制•装配精度与应力分布•使用维护因素工作温度与压力控制•润滑条件与冷却效果•定期检查与预防性维护•操作规范与人为因素•金属模具的表面处理物理气相沉积PVD在真空环境下，通过蒸发、溅射等方式将金属或化合物沉积到模具表面，形成硬质薄膜常用涂层包括、、等，厚度一般TiN TiCNTiAlN在这些涂层具有高硬度（）、低摩擦系数和良好的化学稳定性2-5μm2000HV涂层适用于精密冲模、塑料模具型腔等，可有效提高耐磨性和抗粘附性，延长模具寿命倍涂层颜色各异，如为金黄色，PVD2-5TiN为蓝灰色，便于区分TiCN注塑模具设计要点塑料特性分析根据塑料流动性、收缩率设计浇注系统浇口设计优化选择合适浇口类型和位置，控制流动和压力冷却系统规划均匀冷却避免变形，缩短成型周期脱模系统设计4确保产品顺利脱模，不留下明显痕迹排气系统布置防止气体滞留造成不良品注塑模具设计需特别关注塑料材料的流动特性和收缩特性不同塑料的收缩率差异很大，如的收缩率为，而的收缩率可达设计时必须考虑这一因素，合理确定PE

1.5-

3.5%PA

0.8-

2.0%型腔尺寸注塑模具的分型面设计应尽量避免在产品表面形成明显痕迹浇口位置选择需考虑熔接线位置、气体排出和表面质量要求对于壁厚不均的产品，应通过流道平衡或调整浇口尺寸来保证充填均匀性现代注塑模具设计中，模流分析软件已成为必不可少的工具冲压模具设计要点冲压间隙结构布局弹性元件冲压间隙是冲头与凹模内壁之冲压模设计需考虑工序安排、弹簧或气弹簧用于卸料和压料，间的间隙，直接影响冲裁质量步距控制和废料处理级进模确保工件平整和脱模顺利弹一般取材料厚度的，精结构紧凑但设计复杂，复合模簧选择需考虑工作力和行程要5-8%密冲模可取间隙过大结构简单但调试难度大合理求，避免过早疲劳失效气弹3-5%导致毛刺，过小则增加冲裁力布局可提高材料利用率，降低簧适合大行程和恒力需求场合和工具磨损生产成本废料切断废料切断设计至关重要，避免废料堆积导致模具损坏切断方式包括齿形切断、斜切断和阶梯切断等合理的废料排出通道和收集装置可提高生产效率压铸模具设计要点型腔设计温度控制脱模系统压铸模型腔需承受高温、高压和强烈冲刷，压铸模具温度控制对产品质量至关重要压铸产品收缩率小，脱模较困难脱模角材料通常选用热作模具钢，硬度要求水路直径一般为，与型腔表面距度一般设计为°，顶出系统需有足够H138-12mm1-3型腔设计应避免尖角和急转离保持在重点区域可采用热强度承受高顶出力对于复杂产品，可采HRC45-4815-20mm弯，保证金属液流动顺畅，避免卷气和冷管或铜合金嵌件提高散热效率型腔预热用分段顶出或气动辅助脱模顶针与型芯隔浇口速度控制在，以确保温度通常控制在℃，以防止金配合间隙控制在，防止飞30-60m/s180-

2500.03-

0.05mm充型迅速属液过早凝固边锻模设计基础冲边与校正精锻工序设计冲边工序去除多余飞边，校正工序修正变形和提预锻工序设计精锻是形成最终产品形状的关键工序精锻模设高精度冲边模设计需确保剪切线与飞边根部吻预锻工序包括切断、加热和镦粗等，目的是获得计需精确计算材料流动路径和变形力，合理设置合，避免损伤锻件校正模设计则注重尺寸精度合适的毛坯形状和尺寸预锻模设计应考虑后续分型面和飞边槽模具型腔尺寸应考虑材料冷却和变形控制，通常采用冷作模具钢如Cr12MoV工序的要求，为精锻创造良好条件常见的预锻收缩和弹性回弹，一般工件尺寸需放大制作，硬度可达

0.5-HRC60-62模有镦粗模、辗制模和分流模等，材料通常选用精锻模常采用或钢制作

1.5%H138407或5CrNiMo4Cr5MoSiV1模具热平衡分析模流仿真技术充填分析冷却分析通过数值模拟预测材料在模具中的流动路径、速度和压力分布帮分析冷却系统效率和温度分布均匀性通过温度场可视化，检查热助设计者优化浇口位置和尺寸，避免产品缺陷如短射、焊接线和气点位置和冷却不均情况优化冷却通道布局和尺寸，减少冷却时间，泡等现代模流软件可实时显示充填过程，直观判断潜在问题提高生产效率对于大型或复杂模具，冷却分析尤为重要翘曲变形分析优化设计预测产品成型后的变形趋势和程度考虑材料的收缩特性、结晶行基于仿真结果进行模具参数优化，包括浇口尺寸、冷却布局、顶出为和冷却条件，给出更准确的变形预测根据分析结果，可通过调位置等多方案对比分析，选择最优解决方案模流优化可显著提整设计或工艺参数来减小变形，提高产品精度高产品质量，减少试模次数和开发周期在模具设计中的应用CAD三维建模装配验证工程图输出现代模具设计广泛采用三维软件如、数字装配可在物理制造前检验模具各部件从三维模型自动生成二维工程图，包括零CAD UG、等三维建模为模具设计的配合关系和运动干涉虚拟运动仿真可件图、装配图和明细表标准化的图纸标CATIA Pro/E提供了直观可视化环境，方便检查装配关验证模具开合过程中的运动状态，防止碰注和尺寸标注系统确保制造精度自动生系和干涉问题参数化设计功能使设计变撞和卡死通过爆炸图和三维剖视功能，成各种视图和剖视图，减少绘图工作量更更加便捷，提高设计效率特殊的模具清晰展示内部结构和装配顺序，便于工程表管理功能便于零部件和标准件的统BOM设计模块如型腔抽壳、分型面生成等，简交流和技术培训计与采购化了设计流程与模具制造CAM数控编程基于模型生成加工路径和数控代码CAD加工仿真虚拟验证加工过程，避免碰撞和错误自动化加工多轴数控机床执行精密加工任务计算机辅助制造技术已成为现代模具加工的核心软件可根据模具三维模型自动生成最优加工路径，考虑刀具参数、切削条件和工艺CAM CAM要求先进的系统支持高速加工策略，如等高轮廓、螺旋切削和摆线切削等，显著提高加工效率和表面质量CAM数控加工仿真可在实际加工前验证程序正确性，检查是否存在刀具干涉、碰撞风险或切削死角过程监控系统可实时采集机床参数和加工状态，确保加工质量对于复杂的型腔型芯，通常采用粗加工、半精加工和精加工三步策略，最终表面粗糙度可达以下Ra

0.2μm快速成型技术与模具开发打印直接制模原型验证与间接制模3D采用选择性激光烧结或直接金属激光烧结等技术直使用打印技术快速制作产品原型，验证设计方案，进行功能测SLS DMLS3D接打印金属模具零部件这种方法适合于结构复杂、难以传统加试和装配检查通过原型可以及早发现设计问题，减少开发风险工的零件，特别是内部有复杂冷却水路的型芯型腔打印模具原型制作常用材料包括光敏树脂、、尼龙等，根据验证目的3D ABS的优势在于可实现复杂内部结构，如共形冷却通道，提高冷却效选择合适材料率间接制模是指利用打印制作模具型腔型芯的模型或型芯，然后3D直接打印的金属模具通常需要后处理，如热处理、精密磨削和抛通过硅胶浇注、真空铸造等方法制作小批量模具这种方法适合光等，以达到所需的表面质量和精度要求目前常用的金属打印短期生产和少量多样化生产，可显著缩短开发周期和降低前期投材料包括马氏体时效钢、工具钢和钛合金等入典型模具设计实例一注塑模以手机外壳注塑模为例，产品为薄壁结构，壁厚，材料为合金模具采用型腔热流道设计，分型面设置在产品边缘轮

1.0mm PC/ABS2廓处，以减少飞边型腔材料选用钢，硬度，表面经精密研磨和抛光处理，粗糙度达P20HRC40-42Ra

0.2μm浇口采用点浇口设计，位于产品不可见部位冷却系统采用配置均匀的直孔水路，靠近浇口区域加强冷却脱模系统使用顶针和气压顶出相结合的方式，避免产品变形和顶痕为解决卡扣部位的脱模问题，设计了两组液压抽芯机构，确保产品顺利脱模模具标准件采用标准，方便维护和更换DME典型模具设计实例二冲压模需求分析工艺设计汽车钣金件，厚度，材料，年产量采用五工位级进模，步距，带有冲孔和成

1.2mm SPCC65mm万件形工序50材料选择结构设计凸凹模采用钢，硬度，Cr12MoV HRC58-62模架采用标准件，导向系统采用四柱导向LKM表面氮化处理该冲压模具为汽车加强板级进模，工作原理是利用冲床的往复运动，通过多工位依次完成落料、冲孔、成形、切边等工序模具设计重点包括合理的工艺排序、精确的步距控制和可靠的废料切断机构模具采用四柱导向结构，导柱直径，确保精确定位凸凹模间隙设置为材料厚度的，约为防止板料粘模，采用气动卸料装置考虑到产量40mm8%

0.096mm要求高，选用耐磨性好的钢材，并进行氮化处理，提高表面硬度和耐磨性安全设计方面，增加了压料失效保护和错送检测装置，有效防止模具损坏Cr12MoV典型模具设计实例三压铸模℃650铝合金浇注温度确保材料流动性好但不过热120MPa注射压力保证充型完全和产品致密度25m/s金属液流速快速充满型腔避免冷隔15s冷却时间确保产品凝固并保持尺寸稳定以汽车发动机支架压铸模为例，产品为铝合金材质，重约，结构复杂，有多个内腔和筋板模具设计采用一模一腔结构，分型面沿产品轮廓设置，以减少

1.2kg飞边型腔和型芯材料选用热作模具钢，经过真空热处理，硬度，具有良好的热疲劳抗力H13HRC46-48浇注系统设计采用扇形浇口，宽度，厚度，确保金属液快速充填溢流槽和排气槽设置在远离浇口的末端充填位置，有效排出气体和冷金属液20mm

1.2mm冷却系统采用分区控温设计，注入区温度控制在℃，远端区域控制在℃模具寿命设计为万次，关键部位如浇口区采用钨钢镶块，提160-180140-16010高局部耐磨性模具常见故障与对策故障类型主要原因解决对策断裂设计强度不足或使用过载增大危险截面，改进热处理，避免冲击载荷磨损摩擦副硬度不足或润滑不良表面硬化处理，改善润滑条件，使用耐磨涂层变形热处理变形或使用过程热应力调整热处理工艺，优化冷却系统，采用预变形补偿粘模表面粗糙度或脱模角度不足提高表面抛光度，增加脱模角，使用防粘涂层热裂热疲劳导致表面微裂纹优化冷却系统，选用热疲劳性能好的材料，控制工作温度模具维护与保养日常检查每班次检查模具外观、紧固件和润滑状态观察产品质量变化，及时发现潜在问题使用专用检查表记录检查结果和异常情况，建立模具健康档案确保清洁和润滑到位，延长模具使用寿命定期清洗根据生产节奏安排模具拆卸清洗，彻底去除积碳和污垢使用专用清洗剂和工具，避免损伤模具表面重点清理冷却水道、浇注系统和滑动部件，确保各系统正常工作清洗后进行防锈处理，避免氧化腐蚀预防性维修定期检修易损件，如导柱导套、弹簧和密封件等对磨损部件进行修复或更换，避免产生连锁故障进行精度检测和校正，确保模具保持设计精度预防性维修可有效减少突发故障，提高设备可用率维护记录建立完善的模具维护档案，详细记录维修历史和状态变化分析故障模式和频率，制定针对性维护策略利用数据分析预测模具寿命，及时安排大修或报废更换科学的维护管理可显著提高模具综合效益模具标准化与通用化趋势模架标准化零部件通用化快速装配技术模架标准化是模具设计的重要趋势，全球模具零部件通用化包括导向系统、顶出系模具快速装配技术是标准化的高级应用，已形成多个标准体系，如美国的、欧统、浇注系统等标准化零部件具有互换通过预设的定位和连接系统，实现模具的DME洲的、日本的等标准模性好、采购便捷、质量稳定的优势现代快速安装和更换这种技术在汽车和电子HASCO MISUMI架采用系列化尺寸和统一的安装接口，大模具设计中，约的零部件可使用行业应用广泛，可将模具更换时间从传统70-80%幅减少设计和制造时间中国也已建立自标准件，大幅提高设计效率和降低成本的几小时缩短到几分钟快速装配系统通己的模具标准体系，与国际标准逐步接轨使用标准件还便于后期维护和配件更换常包括液压或气动快速夹紧装置、自动定位机构和快速连接接头等现代模具制造工艺流程设计阶段包括产品分析、模具方案设计、三维建模和工程图输出现代设计过程高度依赖软件，CAD/CAE通过数字化技术提高设计质量和效率设计时考虑制造工艺性和成本控制，为后续加工做好准备工艺准备制定详细加工工艺路线，确定加工方法、设备选择和工装夹具编程人员根据三维模型生成CAM数控加工程序，进行虚拟仿真验证采购部门同步进行材料和标准件采购，确保生产物料齐备加工制造按照工艺流程进行机械加工、热处理、表面处理等现代模具制造广泛采用高速加工、电火花加工和线切割等先进工艺精密加工阶段注重尺寸精度和表面质量控制，确保模具核心部件达到设计要求装配调试按照装配图和工艺要求进行模具组装，检查配合精度和运动状态进行手动试模和小批量试生产，验证模具性能和产品质量根据试模结果进行必要修改和优化，直至模具稳定可靠模具企业项目管理项目立项设计评审客户需求分析与确认方案设计评审••技术可行性评估详细设计评审••成本核算与报价工艺性与制造性分析••合同签订与项目启动客户确认与设计冻结••制造过程管控项目验收工艺编制与审核模具调试与试模••材料与标准件采购产品检验与验证••加工进度监控客户验收与交付••质量检验与过程改进项目总结与知识积累••模具设计的新技术和发展智能模具是当前发展的重要方向，通过内置传感器实时监测型腔温度、压力和模具状态这些数据可用于自动调整工艺参数，实现闭环控制，提高产品质量稳定性智能模具还可结合物联网技术，实现远程监控和预测性维护，降低故障率绿色制造理念在模具行业得到广泛应用，包括干式加工、微量润滑和近净成形技术这些技术显著减少切削液使用量和材料浪费，降低环境污染新型环保材料和表面处理技术的应用，如涂层替代电镀，也是绿色模具发展的重要内容新兴的复合制造技术将传统加PVD工与增材制造相结合，为模具制造带来全新可能信息化管理在模具厂的应用系统应用系统应用PLM MES产品生命周期管理系统是模具企业信息化的核心，集成产制造执行系统负责车间层面的生产管理，包括工序调度、PLM MES品数据管理、工作流程和变更控制系统能够管理从设计到设备监控、质量跟踪等功能在模具厂，系统通常与数控设PLM MES报废的全过程数据，实现设计文档的版本控制和权限管理备直接连接，实时采集加工状态和参数高级系统可与系统无缝集成，支持协同设计和并先进的系统支持电子工艺卡，操作工通过终端获取加工指导PLM CAD/CAM MES行工程例如，设计师在修改模具结构时，系统会自动通知相关和图纸，记录加工数据和质量检测结果系统会自动分析生产瓶人员并更新关联文档，确保信息一致性这大大提高了设计质量颈，优化资源配置和工作流程通过数据可视化，管理人员可直和响应速度，减少了设计错误观了解生产状态，及时调整生产计划模具行业人才需求与发展编程师CAM模具设计师负责数控加工程序编制和优化，要求熟悉各类加工工艺和数控编程技术随着五轴加工和高速加负责模具结构设计和技术方案制定，要求掌握工技术普及，编程师需具备更高水平的工艺规划软件，具备材料学和机械设计知识CAD/CAE能力随着智能化发展，设计师需不断学习新技术和设计理念高级技工操作先进设备执行精密加工任务，要求具备设备操作和维护能力随着自动化程度提高，技工角色正从单纯操作向工艺优化和设备管理转变智能制造工程师新兴岗位，负责数字化车间规划和智能系统集成项目经理随着工业发展，此类人才需求显著增长，成

4.0负责模具项目全过程管理，协调各部门资源，确为行业转型的关键力量保项目质量和进度需具备技术背景和管理能力，是连接技术和管理的关键角色环境与安全管理安全生产规范环保措施模具制造涉及多种危险工序，如高温热处理、重物吊装和电火花加工等企业模具制造过程产生的废切削液、废油和金属屑等需妥善处理企业应建立清洁必须建立完善的安全管理制度，包括操作规程、应急预案和安全培训特别注生产体系，采用循环利用和无害化处理技术现代模具厂通常配备专业的废液意数控设备的安全操作，防止机械伤害对于压力机和锻压设备，必须安装双处理和金属屑回收系统，减少环境污染水基切削液逐步替代油基切削液，减手操作保护装置，防止误操作造成伤害少有害物质排放乳化液处理设备可将废液分离成水和油，便于后续处理职业健康法规标准模具制造环境中可能存在噪音、粉尘和有害气体等职业危害因素企业应定期模具企业需遵守多项环保和安全法规，如《安全生产法》、《环境保护法》和进行职业危害因素检测，为员工配备必要的防护用品对于电火花加工区域，《职业病防治法》等同时还应符合环境管理体系和ISO14001ISO45001需安装强力排风系统，防止有害气体积累磨削和抛光工位应设置除尘装置，职业健康安全管理体系的要求企业应建立合规性评价机制，定期审核各项措减少粉尘危害企业应定期组织员工体检，关注职业病防治施的执行情况，确保持续符合法规要求质量控制与检测技术尺寸精度检测表面质量检测无损检测三坐标测量机是模具精度检测的主要表面粗糙度仪用于测量模具加工表面的微观超声波探伤用于检测模具内部缺陷，如裂纹、CMM设备，精度可达可对模具型腔、形貌，分为接触式和非接触式两种光学显夹杂和气孔等磁粉探伤适用于检测表面及

0.001mm型芯进行全方位测量，生成尺寸偏差报告微镜和电子显微镜可观察表面缺陷，如微裂近表面裂纹，主要用于铁磁性材料模具X新型光学扫描系统可快速获取模具表面点云纹、孔洞和划痕等对于高光模具，需使用射线和工业可对模具进行断层扫描，观察CT数据，与模型对比分析，直观显示形状光泽度计检测表面光洁度，确保产品表面质内部结构，特别适用于复杂模具的质量验证CAD偏差对于大型模具，可使用便携式测量臂量表面硬度测试使用洛氏硬度计或维氏硬热像仪可检测模具温度分布，发现潜在热问和激光跟踪仪进行现场测量度计，验证热处理效果题这些无损检测技术可在不破坏模具的情况下发现潜在缺陷国外先进模具技术综述德国模具技术日本模具技术德国模具工业以精密和耐用著称，在汽车和精密机械领域处于领日本模具以超高精度和表面质量著称，在电子和光学领域具有明先地位德国模具企业广泛采用数字化技术和自动化生产，如西显优势日本模具企业专注于微细加工技术，如公司的纳FANUC门子的数字化工厂解决方案模具材料方面，德国米级精度加工中心材料方面，日立金属的高性能粉末高速钢具公司开发的新型热作模具钢，具有优异的耐热性有优异的均匀性和耐磨性ThyssenKrupp和韧性，大幅延长模具使用寿命日本注重精益生产和持续改进，如丰田生产方式在模具行业的应德国在模具标准化方面成就显著，标准系统被广泛采用用日本模具企业重视工匠精神和技术传承，注重细节和完美主HASCO在教育培训方面，德国双元制职业教育模式为模具行业培养了义，这种文化特质成就了其模具产业的卓越品质大量高技能人才，确保工艺传承和创新国内模具行业现状分析行业热点与未来挑战数字化转型模具行业全面数字化是大势所趋新材料应用特种合金和复合材料模具开发技能提升培养跨学科复合型模具人才数字化转型是模具行业面临的首要挑战和机遇工业互联网、大数据和人工智能技术正在重塑模具设计和制造流程数字孪生技术实现模具全生命周期的虚拟仿真和优化，远程监控和预测性维护成为可能然而，数字化转型需要大量投资和人才储备，中小企业面临较大压力新材料与新工艺协同发展是提升模具性能的关键金属打印、激光熔覆和超精密加工等新工艺不断成熟，为模具制造带来新可能同时，环保3D压力和成本控制推动企业寻求更高效的生产方式全球化竞争加剧，模具企业需在专业化和差异化方面寻求突破，建立自己的技术壁垒和品牌优势课程难点与学习方法建议理论与实践结合积极参与课程实验和实习•利用软件进行模拟练习•CAD/CAE参观模具企业了解实际生产•尝试完成简单模具设计项目•重点知识掌握模具结构设计原理与方法•工艺性与制造性分析•材料选择与热处理知识•精度控制与公差配合•学习资源利用课本与参考书籍系统学习•在线课程和视频补充知识•行业标准和规范文件•专业论坛和技术社区交流•能力培养方向三维建模与工程图表达能力•工艺分析与问题解决能力•团队协作与项目管理能力•持续学习与创新思维•期末课程考核与项目说明考核方式项目选题建议本课程采用多元化考核方式，包括平时成绩、课程设计课程设计可选择以下方向

①注塑模设计如手机壳、家电外壳；30%和期末考试三部分平时成绩包括出勤、课堂表现

②冲压模设计如汽车钣金件、电子连接器；

③压铸模设计如铝40%30%和作业完成情况；课程设计要求学生完成一个完整的模具设计项合金结构件；

④复合模设计如多工位级进模项目难度应适中，目，包括设计方案、三维模型、计算分析和工程图；期末考试以能够覆盖主要设计环节开卷形式进行，侧重考察解决实际模具设计问题的能力建议选择与自己兴趣相符的领域，可参考企业实际需求或实习经历设计过程需注重实用性和创新性，充分运用课程所学知识总结与展望知识体系回顾本课程系统介绍了金属模具设计的基本理论和方法，包括模具结构设计、材料选择、制造工艺和应用实例等内容通过学习，希望同学们已建立起完整的模具设计知识框架，掌握了解决实际问题的基本能力行业发展趋势模具行业正朝着智能化、精密化、绿色化方向发展数字化设计与制造、增材制造技术、新材料应用等将重塑模具产业模具企业需加强创新能力建设，培养复合型人才，适应产业升级需求学习目标展望希望同学们在掌握基础知识的同时，保持对新技术的学习热情，关注行业发展动态建议结合个人兴趣，在某一细分领域深入研究，形成专业特长理论学习与实践锻炼相结合，不断提升综合能力产学研合作学校将继续加强与企业的合作，提供更多实习和项目实践机会鼓励同学们参与教师科研项目和企业合作项目，将所学知识应用于实际问题解决，为未来职业发展打下坚实基础。