《模具设计与制造》课件

模具设计与制造欢迎来到《模具设计与制造》课程！本课程将系统介绍模具设计与制造的基本理论与实践技能，帮助学习者全面了解模具技术在现代制造业中的重要地位模具作为工业生产的母工具，是现代制造业的基础支柱据最新数据显示，2023年全球模具市场规模已达到853亿美元，并且仍在持续增长随着高精度、高效率、高自动化的发展需求，模具技术正经历前所未有的创新与变革通过本课程的学习，您将掌握从模具设计到制造的完整知识体系，为未来在模具行业的职业发展奠定坚实基础课程内容与学习目标掌握模具设计基本理论系统学习模具设计的基础理论知识，包括模具类型、结构、材料选择等核心内容，建立完整的模具设计理论体系了解各类模具结构与制造工艺深入研究冲压模、注塑模、压铸模等各类模具的结构特点与制造工艺，掌握不同类型模具的设计与制造方法培养模具设计实践能力通过实际案例分析和设计练习，培养独立完成模具方案设计、结构设计和零件设计的实践能力熟悉软件应用CAD/CAM掌握主流模具设计软件的使用方法，能够运用计算机辅助设计与制造技术完成模具数字化设计工作模具概述模具定义行业规模模具是工业生产中用于将原材料加工成特定形状和尺寸产品中国模具产业已形成完整的产业链，年产值超过2000亿元的工具，被誉为工业之母它通过施加压力、温度等物理人民币，是全球最大的模具生产国和消费国模具产业集群条件，使材料按照预定形状成型主要分布在长三角、珠三角和环渤海地区根据加工对象和工艺方法的不同，模具可分为冲压模、注塑模具在汽车、电子、家电、医疗、航空航天等领域有着广泛模、锻造模、压铸模等多种类型，每种类型都有其独特的结应用，是制造业的基础支柱，对产品质量、生产效率和成本构特点和应用领域控制具有决定性影响模具发展历史古代时期现代精密模具早在公元前3000年，古埃及和中国等文明已开始使用简易20世纪中期，计算机技术与模具设计相结合，CAD/CAM技模具制作陶器和青铜器这些早期模具虽然简单，但奠定了术的应用使模具精度和复杂度大幅提高，塑料模具技术取得模具应用的基础突破性进展工业革命时期数字智能化时代18世纪工业革命后，金属冲压模和铸造模具得到广泛应用，21世纪以来，模具设计与制造进入数字化、智能化阶段，机械化生产推动了模具技术的快速发展，出现了标准化模具3D打印技术、物联网、人工智能等新技术融入模具行业，部件开启智能模具新时代模具分类与应用压铸模具用于有色金属液体的高压铸注塑模具造，适用于生产结构复杂、锻造模具用于塑料制品的成型，通过精度要求高的金属零件，如高温使塑料熔融，注入模腔用于金属材料的锻压成形，汽车发动机零部件、铝合金后冷却成型，广泛应用于电通过高温和高压使金属塑性结构件等子、家电、玩具、日用品等变形，主要用于生产强度和冲压模具产品生产韧性要求高的机械零部件精密模具用于金属板材的冲裁、弯精度达到微米甚至纳米级的曲、拉深、成形等加工，主高精度模具，主要应用于电要应用于汽车车身、家电外子、光学、医疗器械等高精壳、电子元件等领域密零部件的生产制造5模具材料概述模具钢硬质合金模具钢是最常用的模具材料，硬质合金主要由碳化钨WC和具有高硬度、高强度、耐磨性钴Co组成，具有极高的硬度和耐热性好等特点按用途可和耐磨性，热稳定性好，常用分为冷作模具钢、热作模具钢于制作高精度、高耐磨的模具和塑料模具钢常见的模具钢零件，如冲头、凹模等，特别有Cr12MoV、H

13、P20等，适用于加工高硬度材料每种钢材都有其特定的应用场景新型模具材料随着科技发展，粉末冶金高速钢、陶瓷材料、金属陶瓷复合材料等新型模具材料不断涌现这些材料具有更优良的性能，能满足特殊工况下模具的使用要求，代表着模具材料的发展方向常用模具钢的性能与选择钢种类别典型牌号主要特性应用领域冷作模具钢Cr

12、高硬度、高耐磨冲裁模、冷冲Cr12MoV、性、尺寸稳定性模、量具等SKD11好热作模具钢H

13、高温强度高、热压铸模、热锻4Cr5MoSiV

1、疲劳性能好模、挤压模等SKD61塑料模具钢P

20、718H、抛光性好、切削注塑模、吹塑模NAK80加工性能好等塑料模具高速钢M

2、W18Cr4V红硬性好、韧性精密冲压模具、高复杂型面模具模具钢的选择应综合考虑工作条件、生产批量、成本因素等多方面因素在实际应用中，需要根据模具的具体工作环境和要求，选择最合适的材料，以保证模具的使用寿命和加工质量模具设计基础需求分析全面了解产品特点、生产批量、加工设备等信息，明确设计要求和限制条件，为后续设计奠定基础方案设计根据产品特点选择合适的模具类型，确定基本结构形式、分型面位置、成形方式等关键技术方案结构设计进行模具各功能机构的详细设计，包括成形部分、导向部分、传动部分、冷却系统等，并生成三维模型和工程图纸设计验证通过CAE分析、虚拟装配、干涉检查等手段，验证设计方案的可行性和合理性，必要时进行优化修改模具技术CAD/CAMUG NXCATIA Pro/E CreoSiemens公司的旗舰产达索系统开发的软件，具PTC公司的三维设计软品，具有强大的曲面设计有出色的参数化设计功能件，以其强大的参数化设能力和完整的和数据管理能力，在航空计和装配功能著称，适用CAD/CAM/CAE集成解决航天和汽车领域的高端模于复杂机构模具的设计，方案，在模具行业应用广具设计中占有重要地位具有良好的数据兼容性泛，特别适合复杂模具设计Cimatron专注于模具设计与制造的专业软件，提供从产品设计到NC加工编程的完整解决方案，操作简便，适合中小型模具企业冲压工艺基础冲裁利用冲模与凹模间的间隙，对板材施加剪切力，使其沿预定轮廓分离的工艺，包括落料、冲孔、切边等弯曲使板料沿直线产生塑性变形，形成一定角度的工艺，如V形弯、U形弯、卷边等，需考虑回弹因素拉深将平板料拉伸成开口空心件的工艺，通过凸凹模配合，迫使板料流入模腔形成所需形状，常用于制作盒形、杯形等零件成形不改变板料厚度的前提下，使其产生局部变形的工艺，包括胀形、缩口、翻边等，用于制作复杂形状的零件冲压模具结构冲裁模结构弯曲模结构复合模与级进模主要由凸模、凹模、脱料板、导向元包括上模架、下模架、凸模、凹模、复合模在一个工位上完成多道工序，件等组成凸模负责施加冲裁力，凹压料装置等弯曲模的关键在于凸凹结构紧凑但复杂度高；级进模在多个模提供支撑和成形，二者之间的间隙模形状设计和间隙控制，需考虑材料连续工位完成不同工序，材料随模具决定冲裁质量脱料板用于防止材料回弹特性，适当增加弯曲角度或采用运动逐步成形，适合批量生产复杂零粘附和导向板料，导向装置确保凸凹反向弯曲措施件，定位精度要求高模同轴度冲裁模设计冲裁间隙设计合理的冲裁间隙是获得高质量冲裁件的关键1排样优化提高材料利用率和生产效率结构设计确保模具强度、刚度和使用寿命废料处理解决废料排出和堆积问题冲裁模设计的核心是确定合适的冲裁间隙，一般为材料厚度的5%～8%，过大或过小都会影响冲裁质量排样设计需考虑材料利用率、工件方向性和加工工艺等因素冲头和凹模的结构设计应保证足够的强度和耐磨性，特别是小尺寸冲头容易断裂，需加强设计废料排出系统设计不当会导致模具堵塞和损坏，应设计合理的排废通道和排废机构弯曲模设计倍7%

2.5常见回弹率最小弯曲半径普通钢板在标准弯曲条件下的平均回弹率通常不小于材料厚度的

2.5倍，以防开裂40%中性层位移弯曲变形中，中性层向内侧移动的比例弯曲模设计的核心问题是解决回弹问题回弹量与材料性质、厚度、弯曲角度、弯曲半径等因素有关，设计时需按经验公式计算补偿量，或采用过弯、二次压延、热弯等工艺措施减少回弹弯曲半径不宜过小，以防工件外侧开裂，同时要考虑中性层的变化V型弯曲模结构简单，应用广泛，但精度较低；U型弯曲模需设计压料装置，以防工件变形；多工位弯曲模则能完成复杂形状的弯曲工序，但结构复杂，制造难度大拉深模设计压边力控制拉深比设计模具几何形状材料流动控制润滑条件级进模设计工序分析排样设计工位布局传递设计分析产品特征，确定加工工序数量和确定工件在带料上的位置和方向，优按工艺顺序合理布置各工位，确定工设计可靠的传递机构，确保带料准确顺序，合理规划每个工位的加工内化材料利用率，设计合适的连接筋步距，安排必要的空工位送进，精确定位容级进模是一种高效率的连续冲压模具，其设计难点在于工序安排和传递精度控制工序安排应遵循从简到繁、先主后次的原则，避免后续工序干扰前道工序传递机构通常采用导向销、导向板和定位销配合，确保带料准确定位级进模的精度保证措施包括采用高精度标准模架，加工精度高的凸凹模，合理的热处理工艺，以及精确的装配调试在大批量生产时，级进模具有生产效率高、自动化程度高的优势，但前期投入较大，设计制造周期长复合模设计复合模结构特点设计关键点与级进模比较复合模是在一个工位上完成多道工复合模设计的关键是工序安排和力与级进模相比，复合模占用空间序的模具，其特点是结构紧凑、生平衡工序安排应考虑工艺顺序的小，工件精度高，适合精密零件生产效率高、定位精度好典型结构合理性和各机构的干涉问题；力平产；但结构复杂，制造难度大，维包括上下模板、凸凹模组、导向装衡设计需确保各工序力的合理分修不便级进模则工序安排灵活，置和传动机构等，通过不同机构的配，避免局部受力过大导致模具损维修方便，但占用空间大，工序间协同工作，实现多工序同时或顺序坏或精度下降此外，还需注重各精度积累误差大选择时应根据产加工机构的同步性和可靠性设计品特点和生产要求综合考虑塑料成型工艺基础塑料成型工艺是将塑料原料加工成所需形状和性能的产品的工艺方法根据塑料的特性，可分为热塑性塑料成型和热固性塑料成型两大类热塑性塑料可反复加热软化、冷却硬化；热固性塑料则在加热固化后不能再次软化常见的塑料成型工艺包括注塑、挤出、吹塑、压制等注塑是最常用的塑料成型方法，适合生产形状复杂的三维产品；挤出适合生产截面形状一致的长条产品；吹塑主要用于生产中空制品；压制适用于热固性塑料成型工艺参数控制是保证产品质量的关键，包括温度、压力、时间等因素注塑模具概述模具基本结构注塑模具主要由动模板、定模板、型腔、型芯、浇注系统、冷却系统、顶出系统和导向系统等部分组成动、定模板在闭合状态下形成完整的型腔空间，用于塑料成型；浇注系统将熔融塑料导入型腔；冷却系统快速冷却成型件；顶出系统将成型件从模具中顶出浇注系统设计浇注系统包括主流道、分流道和浇口，其设计直接影响塑料的流动性能和制品质量主流道应光滑平直，分流道应保证各型腔填充平衡，浇口类型和位置需根据产品要求选择热流道系统可减少材料浪费，提高生产效率，但结构复杂，成本高冷却系统设计冷却系统由水道、接头和密封装置组成，其设计目标是快速均匀地冷却成型件水道布局应遵循贴近型腔、均匀分布的原则，对壁厚大的部位要加强冷却水道直径一般为8-12mm，间距为2-3倍水道直径，与型腔表面距离为10-15mm注塑模具型腔设计型腔加工方法型腔表面处理多型腔平衡型腔加工是模具制造的核心环节，常型腔表面质量直接影响塑件外观和脱多型腔模具需考虑各型腔填充平衡问用的加工方法包括铣削、电火花加模性能，常用的表面处理技术包括研题，确保每个型腔同时充满并获得相工、线切割和高速加工等对于形状磨、抛光、喷砂、蚀纹和表面涂层同的成型条件平衡技术包括流道平复杂的型腔，通常采用电火花成形加等不同产品对表面处理有不同要衡、浇口平衡和冷却平衡等方面，通工；对于高光整表面，则需要精密铣求，如透明件需高光抛光，纹理件需过合理设计流道截面、调整浇口尺寸削和精细研磨特定蚀纹和优化冷却系统布局来实现•数控铣削适用于规则形状和曲面•机械抛光达到镜面效果•自然平衡流道对称分布•化学抛光复杂形状的均匀处理•人工平衡调整流道尺寸•电火花加工适用于复杂型腔和硬•激光蚀纹精确纹理图案•顺序阀门控制精确控制充填顺序质材料•线切割适用于贯通孔和复杂截面注塑模具浇注系统设计主流道设计分流道设计主流道是连接注塑机喷嘴和分流道的分流道将塑料从主流道引导至各浇通道，通常采用锥形设计，大端与注口，截面形状通常为圆形、梯形或半塑机喷嘴对接，小端与分流道连接，圆形，其布局应均衡，保证各型腔同锥度一般为2°~5°，以facilitating便于时充满复杂模具中需通过流道平衡脱模和材料流动技术调整各分支尺寸热流道系统浇口设计热流道系统通过加热元件保持流道中浇口是连接分流道和型腔的狭窄通的塑料始终处于熔融状态，可减少材道，类型包括点浇口、边浇口、扇形料浪费，提高生产效率但结构复浇口等浇口位置和尺寸对产品成型杂，成本高，维护难度大，适用于大质量影响显著，需根据产品特点和要批量生产和对外观要求高的产品求选择合适的浇口类型和位置注塑模具冷却系统设计冷却水道布局原则冷却效率计算特殊冷却技术冷却水道布局是注塑模具设计的关键环冷却效率分析需考虑热平衡方程，通过计对于结构复杂的模具，常规水道难以实现节，直接影响产品冷却均匀性和生产周算确定冷却时间和冷却均匀性影响冷却有效冷却，需采用特殊冷却技术气泡棒期布局设计应遵循以下原则贴近型腔效率的因素包括水道直径、水道间距、冷却，用于细长凸起部位；铜合金嵌件，表面，保持合理距离；均匀分布，避免热水道与型腔距离、冷却介质温度、流速提高局部热导率；型芯内部喷水冷却，用点；对壁厚大和热集中区域加强冷却；水等现代设计中，通常采用CAE软件分析于深腔冷却；3D打印共形冷却通道，根据道之间保持足够间距，防止强度下降；考冷却效果，优化水道布局参数常见的冷产品形状定制冷却水道，提高冷却均匀性虑其他结构如顶针、滑块的干涉却时间计算公式为t=s²/π²·α，其中s为壁和效率，尤其适用于复杂形状部位的冷厚，α为导热系数却注塑模具脱模系统设计顶出器系统顶出器是最常用的脱模机构，由顶针、复位弹簧、顶针板组成顶针直径通常为3-8mm，布局应均匀分布在产品适当位置，避免变形和划痕圆顶针适用于平面顶出，扁顶针适用于筋位顶出，管状顶针可顶出深孔顶出力不足时可增加气动辅助脱模斜顶机构斜顶机构用于侧向脱模，适用于有侧向凹槽或倒扣的产品斜顶通过导向斜面转换动模的直线运动为侧向运动，实现侧向脱模斜顶角度一般为15°~30°，角度过小易卡滞，过大则侧向力小斜顶机构设计需考虑强度、刚性和导向精度滑块机构滑块机构用于复杂侧向脱模，适用于大型侧向结构的脱模滑块通过斜导柱或液压缸驱动，运动精度高，承载能力大滑块设计需解决支撑、导向、锁紧和驱动问题，确保运动可靠和定位精准对于大型滑块，常采用液压驱动提高稳定性塑料模具分析CAE充填分析充填分析模拟塑料熔体在模腔中的流动过程，预测充填时间、压力分布、熔接线位置和充填不足区域通过分析可优化浇口位置和尺寸，调整工艺参数，避免短射、气泡等缺陷充填分析是模流分析的基础，为后续分析提供初始条件保压分析保压分析研究保压阶段塑料的压实过程，计算体积收缩率、压力分布和密度分布通过合理设计保压参数，可减少缩水和翘曲保压分析需要准确的PVT数据和黏弹性模型，结果对预测产品尺寸精度和内应力分布至关重要冷却分析冷却分析计算模具和塑件的温度场分布，评估冷却系统效率和冷却均匀性通过分析可优化冷却水道布局，调整冷却参数，减少冷却时间和温度不均匀性冷却分析对预测产品变形和生产周期具有重要意义翘曲变形预测翘曲分析综合考虑流动取向、冷却不均、收缩差异等因素，预测产品最终形状和尺寸通过分析可调整产品设计、模具结构和工艺参数，减少翘曲变形翘曲分析是塑料模具设计的重要验证手段，能有效降低开发风险注塑模具结构设计实例家电外壳模具设计案例中，采用侧向分型和滑块脱模解决复杂结构问题主要设计难点包括大面积高光泽表面处理、多点均衡注塑和翘曲变形控制通过优化浇口布局和冷却系统设计，实现了产品外观质量和尺寸精度的要求精密电子连接器模具采用多型腔热流道系统，配合高精度型腔加工和精密脱模机构，解决了微小尺寸、高精度要求的难题汽车内饰件模具则重点解决了材料流动长度大、壁厚变化、表面纹理一致性等问题，采用气辅成型技术减轻重量并提高刚性这些案例展示了不同应用领域的模具设计特点和解决方案压铸工艺基础熔炼准备将压铸合金熔化到适当温度，去除杂质和气体，调整合金成分，准备浇注铝合金一般熔炼温度为660~720℃，锌合金为420~480℃熔炼质量直接影响铸件性能高压注射熔融金属通过高压15~100MPa高速30~60m/s注入模具型腔，填充复杂形状注射过程分慢速阶段和快速阶段，控制参数包括注射速度、压力、时间等保压冷却注射完成后，维持高压状态，促进金属凝固致密冷却时间取决于铸件壁厚和材质，一般为数秒至数十秒冷却过程模具温度控制十分关键开模取件铸件冷却凝固后，模具开启，通过顶出系统将铸件从模具中取出，同时准备下一循环生产开模取件是实现高效自动化生产的关键环节压铸模具结构浇注系统控制金属流动和填充质量成形系统型腔和型芯构成产品形状温控系统调节模具温度分布顶出系统实现铸件顺利脱模导向定位系统保证模具准确合模压铸模具由定模和动模两部分组成，合模后形成完整型腔定模固定在压铸机固定模板上，包含浇注系统和部分型腔；动模安装在压铸机动模板上，包含顶出系统和另一部分型腔浇注系统包括直浇道、横浇道和内浇口，其设计直接影响金属流动状态和铸件质量压铸模具的特点是工作温度高、压力大，所以模具材料多采用热作模具钢如H13，并需要良好的热处理和表面处理模具设计需考虑足够的强度和刚性，以承受高压铸造过程中的巨大压力，同时还要考虑热膨胀和热疲劳问题压铸模具型腔设计°1~3拔模斜度压铸件最小拔模斜度，确保顺利脱模

0.3~

0.5%收缩率铝合金压铸件的平均收缩率范围R≥

0.5mm最小圆角压铸件设计的最小内圆角，防止受力集中1~2mm最小壁厚铝合金压铸件的一般最小壁厚要求压铸模具型腔设计的首要原则是合理确定分型面分型面应尽量选择在铸件的最大轮廓处，保证易于脱模，减少飞边对有侧向特征的铸件，需设计滑块或抽芯机构型腔加工应考虑模具材料的热处理状态，一般采用预加工、热处理后精加工的工艺路线压铸模具内部型芯设计需考虑足够的强度和刚性，防止在高压下变形或断裂对于细长型芯，应进行弯曲强度和热应力计算排气系统设计是压铸模具的关键，通常在分型面、顶针和滑块处设置排气槽或排气塞，宽度一般为

0.03~

0.05mm，以确保型腔内气体顺利排出，防止气孔缺陷压铸模具温控系统温控通道布局温度场分析模温机应用压铸模具温控通道通常采用直径模具温度场分析可通过热传导理论和计算压铸模具温控系统通常采用油温机或水温8~12mm的钻孔，布局应遵循贴近型机模拟实现温度场均匀性是衡量温控系机实现精确控制油温机适用于高温工况腔、均匀分布的原则对于热点区域，如统设计质量的重要指标，不均匀的温度场150~300℃，水温机适用于低温工况浇口附近和厚大部位，应增加冷却强度；会导致铸件变形、开裂和内应力增大现90~150℃模温机的选择应考虑热容对于薄壁区域，应适当减弱冷却，保持均代设计中，通常采用CAE软件模拟分析温量匹配、加热功率和流量等因素对于大匀温度场温控通道间距一般为通道直径度场分布，通过反复优化温控通道布局，型复杂模具，可采用多区段温控，不同区的

2.5~3倍，与型腔表面的距离不小于实现温度场的均匀性和稳定性域使用不同温度的温控介质，实现差异化15mm，以确保足够的强度温控模具标准件模架系统模架是模具的支撑框架，由模板、导柱、导套、顶针板等组成，其规格和尺寸已标准化标准模架具有互换性好、装配方便、制造周期短等优点根据不同应用需求，模架可分为冲压模架、注塑模架和压铸模架等类型，每种类型都有相应的规格系列导向机构导向机构确保模具上下模精确对位，主要包括导柱、导套、导向块和导向销等标准导向元件的精度等级、材料和热处理状态均有严格规定高精度导向系统采用滚珠导套，具有摩擦小、寿命长的特点，适用于高精度和高频率开合的模具弹簧元件模具弹簧用于提供回位力或压紧力，包括普通螺旋弹簧、氮气弹簧和聚氨酯弹簧等氮气弹簧具有行程长、力值稳定的优点，广泛应用于大型模具；聚氨酯弹簧具有缓冲性能好、寿命长的特点，适用于冲压模具的缓冲减震顶出机构顶出机构用于将成型件从模具中顶出，主要包括顶针、推板、推杆等标准件顶针按形状可分为圆形顶针、扁平顶针、管状顶针等；按结构可分为直顶针、斜顶针、浮动顶针等标准顶出元件具有标准化尺寸和硬度要求，便于采购和更换模具制造工艺路线工艺分析模具制造前需对设计图纸进行全面工艺分析，确定加工难点、关键尺寸和技术要求工艺分析阶段需明确模具各零件的材料状态、加工特点和装配关系，为后续工艺规划奠定基础工艺规划根据工艺分析结果，制定详细的加工工序安排，确定加工方法、工装夹具、刀具选择和加工余量工艺规划要考虑模具零件的精度要求、材料特性和热处理变形等因素，合理安排粗加工和精加工顺序机械加工按工艺路线进行各工序加工，包括铣削、车削、钻削、磨削、电火花加工等机械加工阶段需严格控制加工精度和表面质量，关键部位采用多次装夹对刀，确保累积误差在允许范围内热处理按材料要求进行热处理，提高模具零件的硬度、强度和耐磨性热处理工序通常安排在粗加工后、精加工前，以消除内应力并为精加工留出足够的加工余量，补偿热处理变形装配调试将各零件按装配关系组装成完整模具，进行匹配调整和功能测试装配调试是模具制造的最后环节，需检验各机构的运动精度、间隙配合和同步性，发现问题及时修正模具机械加工技术铣削加工是模具制造中最常用的加工方法，主要用于型腔、型芯和结构件的加工数控铣削可实现复杂曲面加工，高速铣削能大幅提高效率铣削加工参数选择应考虑材料特性、刀具性能和表面质量要求，合理选择切削用量钻削加工用于模具中各类孔的加工，包括冷却水道、导向孔、螺纹孔等精密钻削需注意刀具选择和切削参数控制，确保孔位精度和表面质量车削加工适用于回转类零件，如导柱、导套等磨削加工是实现高精度和高表面质量的关键工序，包括平面磨、成形磨和内外圆磨削等，特别是热处理后的精加工阶段高速加工与精密加工高速铣削技术精密磨削技术超精密加工高速铣削是指主轴转速达精密磨削是获得高精度表面的重要手超精密加工指加工精度达到纳米级的15000~40000r/min的铣削加工，具段，可实现微米级甚至亚微米级的加加工技术，如光学曲面模具加工超有效率高、表面质量好、热变形小等工精度精密磨削包括平面磨、成形精密加工需要高刚性机床、高精度测优点高速铣削技术的关键在于高性磨、内外圆磨和无心磨等多种形式，量设备和严格的环境控制，可实现镜能机床、高硬度刀具和优化的切削参对模具型腔、导向元件等关键部位的面效果，广泛应用于光学元件、微细数精加工至关重要结构模具等领域•高速铣主轴转速通常在20000rpm•精密磨削表面粗糙度可达•超精密加工表面粗糙度可达以上Ra

0.1~

0.4μm Ra

0.008μm以下•切削速度可达500~1000m/min•形位公差控制在

0.005~

0.01mm范•精度控制在

0.1~1μm范围围•适用于硬度为30~65HRC的材料•需恒温环境和隔振措施保证加工质加工•采用CBN或金刚石砂轮提高效率量电火花加工技术电火花成形加工线切割加工电火花成形加工利用电极和工件间脉冲线切割是使用细金属丝作电极的电火花放电产生的电蚀作用，将电极形状转移加工方法，适用于制作各种复杂截面的到工件上适用于复杂型腔、深孔和难通孔和型腔线切割的优点是无变形加工材料，特别是硬度大于45HRC的已力、切缝窄、精度高，可加工硬度高达热处理模具钢电极材料通常选用石墨70HRC的材料现代数控线切割设备可或铜钨合金，加工精度可达±

0.01mm实现四轴联动，加工复杂型面表面质量控制工艺参数控制电火花加工表面具有微小放电坑特征，电火花加工参数包括放电能量、脉冲频表面粗糙度与放电能量相关通过多次率、极性和工作液等粗加工阶段使用精加工可获得Ra

0.2~

0.8μm的表面质大能量、低频率参数，提高效率；精加量对于要求高光洁度的表面，电火花工阶段使用小能量、高频率参数，提高加工后需进行抛光处理先进的电火花表面质量合理的参数控制可在效率和设备通过控制放电波形，可减小热影响精度间取得平衡层厚度数控加工技术编程基础刀具选择与优化CNC数控加工编程是将设计图纸转化为模具数控加工刀具选择应考虑材料机床可执行指令的过程现代模具硬度、加工特点和表面要求常用加工主要采用CAD/CAM软件自动编刀具包括立铣刀、球头铣刀、T型刀程，如Mastercam、PowerMILL和枪钻等硬质合金、涂层刀具和等编程过程包括建立模型、设定陶瓷刀具适用于高速加工刀具几工艺参数、生成刀具路径、模拟验何参数如前角、后角和螺旋角等应证和生成NC代码等步骤编程质量根据加工材料优化选择合理的刀直接影响加工效率和质量，需考虑具选择可显著提高加工效率和表面材料特性、刀具性能和机床性能等质量，延长刀具寿命因素加工路径规划加工路径规划是数控编程的核心环节，包括粗加工、半精加工和精加工路径粗加工以大切深、高效率为主，常用等高线和区域清除策略；精加工以表面质量为主，常用等参数线和螺旋路径复杂曲面加工需合理分区，控制切入切出路径，避免刀具突变，减少表面痕迹五轴联动加工可实现刀具垂直于加工表面，获得更好的表面质量模具加工自动化机器人应用自动化生产线数字孪生技术工业机器人在模具生产中主要用于工件装模具自动化生产线整合了加工中心、电火数字孪生技术为模具生产提供了虚拟仿真卸、工序间传输和打磨抛光等环节多关花设备、测量系统和物流系统，实现模具平台，通过建立模具和生产设备的数字模节机器人配合视觉系统和力控系统，可完零件的连续加工柔性制造系统FMS能型，实现加工过程优化和故障预测数字成复杂的模具表面处理工作机器人应用根据不同模具零件的加工需求，自动调整孪生系统收集实时生产数据，与虚拟模型降低了劳动强度，提高了生产连续性和一加工路线和工艺参数，适应多品种小批量比对分析，及时调整生产参数，预防质量致性，是模具生产自动化的重要组成部生产自动化生产线通过中央控制系统协问题这项技术是工业

4.0背景下模具智分调各设备运行，大幅提高生产效率和质量能制造的核心技术，为生产决策提供数据稳定性支持特种加工技术电化学加工激光加工超声波加工电化学加工ECM基于阳极激光加工利用高能量密度激超声波加工利用工具高频振金属溶解原理，在电解液作光束熔化或气化材料，实现动和磨料作用，加工硬脆材用下精确去除金属材料该精密切割、打孔和表面处料对于陶瓷、硬质合金等技术无热影响、无应力、无理适用于精密微细结构加传统难加工材料效果显著，刀具磨损，适用于硬质合金工，加工精度可达无明显热影响和化学作用，和复杂型腔加工，表面质量±

0.01mm激光热处理可适合精密模具零件加工可达Ra

0.1~

0.4μm选择性强化模具表面，提高耐磨性复合加工技术复合加工技术集成多种加工方法于一台设备，如铣削-电火花复合、车削-磨削复合等，减少工件装夹次数，提高加工效率和精度，是模具制造技术发展的重要方向增材制造在模具中的应用快速原型制造3D打印技术可快速制作模具设计方案的实体模型，帮助设计人员直观评估模具结构和功能相比传统制造方法，大幅缩短了设计验证周期，降低了设计修改成本常用的材料包括光敏树脂、尼龙和ABS等金属直接打印金属粉末激光选区熔化SLM和电子束熔化EBM技术可直接打印钢材、铝合金等金属模具零件这些技术适用于结构复杂、传统方法难以加工的零件，如多孔结构、内部通道和轻量化结构打印材料包括模具钢、不锈钢和钛合金等共形冷却通道增材制造最具革命性的应用是实现贴近型腔表面的共形冷却通道这种通道沿型腔轮廓分布，大幅提高冷却效率和均匀性，缩短成型周期，提高产品质量相比传统直线钻孔冷却系统，共形冷却可减少20%~40%的冷却时间混合制造技术增材与减材制造相结合的混合技术，充分发挥两种工艺的优势一般采用增材制造形成粗胚，再通过机械加工实现精确尺寸和表面质量这种方法适用于局部特征复杂但整体尺寸较大的模具零件，平衡了制造效率和精度要求模具热处理工艺温度°C硬度HRC模具表面处理技术模具表面处理技术是提高模具表面性能的重要手段表面硬化处理如氮化、渗碳和硼化等，通过改变表面化学成分和组织结构，获得高硬度和耐磨性表面层气体氮化是模具常用的表面处理方法，处理温度低500~570℃，变形小，可获得表面硬度HV1000~1200的硬化层PVD/CVD涂层技术通过在模具表面沉积TiN、TiCN、TiAlN等硬质薄膜，大幅提高表面硬度和耐磨性PVD工艺温度低200~500℃，适合模具钢；CVD工艺温度高800~1000℃，主要用于硬质合金激光表面改性技术利用高能激光束局部熔化、合金化或相变硬化模具表面，形成高硬度、耐磨、耐腐蚀的表面层，加工精度高，热影响区小模具装配技术装配准备装配前需对模具零件进行清洗、去毛刺和检验，确保满足装配要求准备装配工装、工具和润滑材料，并按装配顺序排列零件装配环境应保持洁净，工作台应宽敞平整，光线充足装配前需详细阅读装配图和装配说明，了解装配要点和注意事项装配过程模具装配通常遵循从内到外、从下到上的顺序首先装配内部机构如滑块、顶出系统等，然后安装导向元件和主要功能部件，最后完成外围结构装配装配过程中需进行功能性检查，如导向系统的运动精度、顶出系统的同步性等对精密配合部位需涂抹适量润滑油，防止摩擦损伤精度调整模具装配后需进行精度调整和功能测试调整内容包括型腔合模精度、滑块配合间隙、顶出系统行程等调整方法包括刮研、修配和调整垫片等精度检验采用塞尺、百分表、投影仪等测量工具，确保模具各部分精度符合设计要求最后进行试模前的最终检查，确认模具各系统正常工作模具调试与试模空载调试将模具安装到成型设备上进行空载运行测试，检查各机构动作是否协调、顺畅，确认无干涉现象低参数试模采用低于正常生产的工艺参数进行首次试模，如注塑模具使用低压力、低速度，获得初步样品样品检验对试模样品进行尺寸测量、外观检查和功能测试，发现问题并分析原因，确定修改方案参数优化根据样品检验结果，调整工艺参数或修改模具结构，进行多次试模，直至产品质量达到要求模具调试的核心是找出设计与实际使用之间的差异，并通过修改和调整达到理想状态试模过程中常见问题包括产品变形、尺寸偏差、表面缺陷、内部缺陷等这些问题有些可通过调整工艺参数解决，如注塑温度、压力、时间等；有些则需要修改模具结构，如调整冷却系统、改变浇口位置、修正型腔尺寸等试模数据记录对模具改进至关重要，应详细记录每次试模的工艺参数、问题现象和改进措施，建立试模数据库，为后续生产和类似模具设计提供参考最终模具验收通常需要进行小批量试生产，确认模具在连续生产条件下的稳定性和可靠性模具维护与保养日常维护定期检修生产过程中的日常维护是延长模根据模具使用频率和工作条件，具寿命的基础工作包括及时清制定定期检修计划检修内容包理模具表面和型腔内的残留物，括检查模具各部件磨损状况，测每次使用后彻底清洗并涂抹防锈量关键尺寸变化，检查导向系统油，检查并紧固松动零件，对滑精度，压紧部件弹性，热处理硬动部位适量加注润滑油操作人度等定期检修可发现潜在问员应记录模具工作状况，及时报题，防止突发故障导致生产中告异常情况对于长期存放的模断检修记录应详细记载检查结具，应定期检查并重新涂抹防锈果和处理措施，建立模具健康档油案模具维修当模具出现影响正常使用的磨损或损坏时，需进行及时维修常见维修内容包括更换磨损的顶针、修复损坏的型腔、调整间隙配合等维修工作应由专业人员进行，使用合适的工具和方法，确保维修质量对于复杂或精密模具的维修，可能需要特殊设备如激光堆焊机、电火花堆焊机等，修复后需重新热处理和精加工，确保恢复原有性能模具质量控制全面质量管理构建完整的质量保证体系标准化规范制定并执行严格的质量标准检测与验证采用先进设备全面检测模具质量数据分析应用统计方法分析质量数据持续改进建立质量改进机制和文化模具质量控制是贯穿设计、制造、使用全过程的系统工程质量检验标准包括尺寸精度、表面质量、硬度、装配精度等方面，应根据模具类型和使用要求制定合理的检验标准检测方法和设备不断更新，从传统的卡尺、千分尺、百分表等机械测量工具，发展到三坐标测量机、激光扫描仪、工业CT等高精度测量设备统计过程控制SPC是模具生产中的重要质量管理工具，通过收集和分析关键工序的数据，监控过程稳定性，预防质量波动质量追溯系统则建立模具全生命周期的质量信息链，记录从材料、设计、制造到使用的各环节质量数据，一旦出现问题，能迅速定位原因并采取措施现代模具企业普遍实施ISO9001质量管理体系，部分企业还实施IATF16949等行业特定标准模具精度测量技术三坐标测量技术光学测量技术激光扫描技术三坐标测量机CMM是模具精度检测的光学测量技术利用光学原理进行非接触式激光扫描技术通过发射激光并接收反射信主要设备，通过测头接触工件表面，获取测量，包括投影仪、影像测量仪和激光干号，快速获取模具表面形貌数据，生成点空间坐标数据，与CAD模型比对分析涉仪等这些设备适用于测量平面轮廓、云模型这种技术测量速度快，精度可达现代三坐标测量机精度可达

0.001mm，小型特征和易变形零件，测量速度快，不

0.01mm，特别适合大型模具和复杂曲面配合特殊测头可测量复杂曲面和深孔测会对工件造成损伤视觉测量系统配合图的快速检测扫描数据可直接与CAD模量软件能自动生成测量路径，进行形位公像识别算法，可自动检测和分析模具表面型比对，生成彩色偏差图，直观显示误差差分析和偏差图示，提供全面的质量报特征，提高检测效率分布，为模具修改提供精确指导告模具成本控制材料费用加工费用设计费用标准件费用装配调试费管理费用模具寿命分析万次万次30100冲压模具注塑模具标准冲压模具的平均冲次寿命精密注塑模具的平均成型次数万次1540%压铸模具寿命延长铝合金压铸模具的平均浇注次数表面工程技术可提升模具寿命的平均比例模具寿命是评价模具质量和经济性的重要指标模具失效机理主要包括磨损、疲劳开裂、变形、腐蚀和黏结等形式磨损是最常见的失效形式，尤其在冲压模具和压铸模具中；疲劳开裂常发生在承受循环载荷的部位；热疲劳是热作模具的主要失效原因，表现为表面龟裂网络提高模具耐磨性的主要技术包括材料选择优化、热处理工艺改进和表面工程技术应用表面工程技术如氮化、物理气相沉积PVD涂层和激光表面强化等可显著提高模具表面硬度和耐磨性模具寿命预测方法包括实验室加速试验、数值模拟分析和基于历史数据的统计分析经济寿命评估需综合考虑模具成本、维修成本、使用寿命和产品质量影响，确定最佳更换时机模具设计与制造案例分析汽车覆盖件冲压模具是模具行业的高端产品，以汽车引擎盖模具为例，其特点是尺寸大2m×

1.5m、形状复杂、精度要求高±

0.1mm设计难点在于回弹控制和成形分析，采用CAE技术进行曲面展开和成形模拟，优化工艺参数；制造难点在于大型曲面精加工，采用五轴联动加工中心和多次试模调整实现质量目标高精度电子连接器模具代表了精密注塑模具的技术水平，其特点是尺寸小插针间距

0.5mm、公差严±

0.01mm、多型腔16~64腔关键技术包括高精度电火花加工、精密研磨、热流道系统平衡和模温精确控制医疗器械模具则以洁净度高、透明度好、尺寸稳定性强为特点，采用层叠模技术和无尘车间生产，保证产品质量的一致性和可靠性智能模具技术发展传感器集成技术智能监控系统将压力、温度、位移、应变等传感器直基于物联网技术的模具监控系统，通过接集成到模具结构中，实时监测模具工无线传输技术将模具状态数据实时传输作状态和加工过程参数新型薄膜传感到监控平台系统利用大数据分析技术器和MEMS传感器能适应模具的苛刻工处理采集的数据，生成模具健康状态报作环境，提供高精度的数据采集这些告，预警异常情况，提供维护建议，实数据成为智能控制和预测性维护的基现模具全生命周期管理础模具物联网应用自适应控制技术通过云平台连接分布在不同地点的模具根据传感器反馈的实时数据，智能模具设备，实现远程监控、诊断和维护模系统能自动调整工艺参数，如调整压力具物联网应用支持专家远程指导排障、分布、改变冷却强度、修正顶出力度预测性维护规划和模具资产管理，大幅等自适应控制使模具能根据材料批次提高设备利用率和生产效率，降低维护变化、环境条件和设备状态，自动优化成本生产参数，保持产品质量稳定模具行业发展趋势绿色环保模具技术数字化与网络化生产环保理念引导模具行业向低能耗、低污数字孪生技术实现模具设计、制造、使染、高效率方向发展清洁生产技术如用全过程的虚拟映射；云制造平台整合干式加工、微量润滑、无氰电镀等减少设计、分析、加工资源，提供按需服环境污染；资源节约技术如材料优化设务；区块链技术应用于模具知识产权保计、增材制造、模块化设计等降低资源护和质量追溯；5G技术支持大规模数消耗；能源高效利用技术如热能回收、据实时传输，促进远程协作和智能控变频驱动等减少能源浪费绿色模具已制数字化转型已成为模具企业提升核成为行业新标准和竞争力象征心竞争力的必由之路国际竞争与合作全球模具市场竞争加剧，中国模具产业面临转型升级压力欧美日等发达国家掌握高端模具核心技术；中国凭借完整产业链和成本优势占据中低端市场；印度、越南等新兴国家追赶发展未来模具行业将形成技术互补、专业分工的国际合作网络，共同应对制造业智能化、个性化的新挑战课程总结与展望知识体系构建本课程系统介绍了模具设计与制造的基础理论和实用技术，从模具概念、分类、材料到设计方法、制造工艺和质量控制，构建了完整的知识体系这些知识为您进入模具行业奠定了坚实基础学习方法指导模具领域知识更新快，建议采用理论学习+实践操作+案例研究的学习方法通过CAD/CAM软件实践巩固设计技能；参观工厂了解制造工艺；分析成功案例积累经验持续关注行业前沿技术和标准规范的更新职业发展路径模具行业职业发展路径多样可从模具设计师起步，发展为高级设计师、设计主管、技术总监；可专注制造工艺，成为工艺工程师、生产主管；也可向模具项目管理、质量管理或技术研发方向发展不同路径需要侧重不同技能的培养创新精神培养模具行业的发展离不开创新鼓励探索新材料、新工艺、新技术在模具中的应用；善于发现并解决实际问题；跨领域学习吸收新知识；保持开放心态，与同行交流合作创新精神和终身学习是模具工程师持续成长的动力。