模具是用來制作各種產(chǎn)品的工藝裝備，可實(shí)現(xiàn)無切削成形加工，節(jié)約原材料和制造成本，具有一致性好、生產(chǎn)率高等優(yōu)勢(shì)。以計(jì)算機(jī)、通訊、小家電為主的3C產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成型，有些家用電器能明顯看到模具成型時(shí)留下的痕跡。我們經(jīng)常使用的手機(jī)和平板電腦都需要專用的模具來進(jìn)行批量制作，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的集成電路板， 也需要引線框架的精密級(jí)沖模和塑封膜，模具制造的優(yōu)劣，直接決定著3C產(chǎn)品的質(zhì)量。如今，3C產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，在消費(fèi)者的需求刺激下，更新?lián)Q代的速度越來越快，日新月異的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)給模具制造行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。

1. 3C模具市場(chǎng)的現(xiàn)狀

模具加工在我國起步較晚，即使一些大型企業(yè)，也缺少自己的創(chuàng)新成果。3C產(chǎn)品的成型模具以注塑模和五金模為主，設(shè)計(jì)和制作都比較嚴(yán)格，模具工作面不允許有任何缺陷。運(yùn)用模具軟件，可以創(chuàng)建一般的模型。如何參照這些模型，制作出完美的模具并不是一件容易的事情，設(shè)計(jì)方案取決于技術(shù)人員的創(chuàng)新思路和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

傳統(tǒng)的模具制造以切削加工和鉗工技術(shù)為主，所運(yùn)用的制造手段涉及數(shù)控和電加工機(jī)床、鉗工精修及各類工藝裝備。這些普通的切削設(shè)備可以快速去除模具毛坯的大部分余量，保證其基本的形狀和尺寸（加工誤差一般控制在0.02～0.05mm），但整體效果并不理想，部分切削面粗糙不平，致使組裝后的模具達(dá)不到驗(yàn)收要求。要想進(jìn)一步提高精度并做到模具表面的光滑過渡與無縫銜接，還需要用到修磨和拋光等人工修整方法，從頭到尾十幾道工序忙碌下來，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3C模具需要專用的加工和檢測(cè)設(shè)備，行業(yè)內(nèi)部通過專業(yè)分工和外協(xié)外購，可以規(guī)避重復(fù)投資的風(fēng)險(xiǎn)，造就合作共贏的局面?？上?， 在行業(yè)壟斷利益的驅(qū)使下，“資源共享”在中小模具企業(yè)中很難做到。有些較為復(fù)雜的3C模具，需要特殊的加工方法，如果缺乏這方面的設(shè)備與外協(xié)伙伴，將會(huì)出現(xiàn)難以逾越的“卡脖子”環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)人員考慮到加工過程中的難點(diǎn)，被迫放棄訂單。

模具加工不同于產(chǎn)品流水線，可以將復(fù)雜的工件拆解成簡單的工序，招錄來的員工稍加培訓(xùn)就可以熟練操作。3C產(chǎn)品的模具以單件和小批量加工為主，品種多、任務(wù)急。以當(dāng)前市場(chǎng)上流行的智能手機(jī)為例，每一款新產(chǎn)品研發(fā)成功后，都會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)迅速投入市場(chǎng)，趕在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的前面搶占商機(jī)，從模具定制到量化生產(chǎn)，必須在數(shù)周的時(shí)間內(nèi)完成。工期和質(zhì)量，是模具制造企業(yè)拿到訂單的資本，出模效率（訂單轉(zhuǎn)化為模具的時(shí)間和進(jìn)度）決定著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。如何通過先進(jìn)的制造技術(shù)提高模具質(zhì)量，縮短交貨周期，是當(dāng)前模具企業(yè)亟待解決的問題。

2. 精密制造技術(shù)

精密制造技術(shù)是指加工精度達(dá)到微米級(jí)別的無缺陷制造技術(shù)，涉及到高速加工、在線檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)，為滿足模具產(chǎn)品的多樣化要求，精密制造技術(shù)在設(shè)計(jì)和加工過程中大量采用CNC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制與有限元分析，并且進(jìn)一步向模具成型工藝和質(zhì)量預(yù)測(cè)方向發(fā)展，已成為模具制造業(yè)的主流趨勢(shì)。傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)建立在工藝經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，一套成熟的新產(chǎn)品模具方案需要進(jìn)行多次修改和調(diào)試。CAM軟件和高端數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得模具制造如虎添翼，有效解決了生產(chǎn)領(lǐng)域的很多難題。高難度的模具曲面在正確建模后，可以直接生成加工程序并歸檔數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)和形狀相近的模具，只需做成統(tǒng)一的加工模塊，在原有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上稍加修改即可付諸生產(chǎn)，節(jié)省大量的編程和輔助時(shí)間。精密制造技術(shù)促使模具結(jié)構(gòu)向多功能模塊化方向發(fā)展，針對(duì)某一相似類型的產(chǎn)品制作的不再是成套的模具，而是不同規(guī)格的模具組件，具有很好的通用性。適用于3C模具的精密制造技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）高精度數(shù)控加工技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是精密制造的主要切削設(shè)備（包括：雕銑機(jī)、精雕機(jī)等），3C模具對(duì)5軸加工中心的需求日益增多，因?yàn)樵谀＞呒庸ぶ?，球頭銑刀的中心點(diǎn)位置切削速度接近于零，只有保持刀具軸線與被加工型面之間具有一定的傾角才能獲得較好的表面質(zhì)量，為此，不規(guī)則的模具曲面必須實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)加工。德瑪吉公司生產(chǎn)的CMS高精度加工中心（見圖1），在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上裝有溫度傳感器，能夠?qū)Ω咚偌庸r(shí)的熱變形誤差進(jìn)行監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償。并提供一種自適應(yīng)專家系統(tǒng)軟件（ATC），可按照刀具切削點(diǎn)在模具加工區(qū)域的不同位置，自動(dòng)選擇合適的切削參數(shù)，兼顧表面質(zhì)量與生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)最佳切削效果。瑞士米克朗公司出產(chǎn)的HSM高速加工中心，配備矢量控制系統(tǒng)和精密光柵尺，在加工精度上更勝一籌，操作人員通過MCE軟件的顯示界面即可達(dá)到智能化控制的目的，例如在模具的粗加工階段，需要快速去除大部分余量，操作人員只需在人機(jī)對(duì)話頁面上將加工時(shí)間設(shè)為優(yōu)先選項(xiàng)，數(shù)控系統(tǒng)即會(huì)適當(dāng)增加吃刀深度和進(jìn)給量，放寬尺寸公差，并在加工路線的轉(zhuǎn)角和圓弧處簡化路徑， 只粗略地切出模具輪廓，節(jié)省切削時(shí)間。精加工階段的毛坯余量很小，以保證模具質(zhì)量為前提，操作人員只需將加工精度設(shè)為優(yōu)先選項(xiàng)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)為之設(shè)定嚴(yán)格的定位偏差和切削速度，指揮伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)在模具的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和曲線連接處進(jìn)行預(yù)處理控制，像車輛拐彎一樣提前加減速，以免發(fā)生過切和停頓。

圖1 高精度加工中心

（2）智能電加工技術(shù)。從20世紀(jì)90年代開始，電加工技術(shù)在圖1 高精度加工中心模具制造行業(yè)得到了快速發(fā)展。慢走絲線切割機(jī)床采用超短程往復(fù)走絲模式，切割面平整光滑，無黑白條紋且色澤均勻，不經(jīng)修磨即可獲得合格的模具輪廓。電火花機(jī)床可以進(jìn)行各種形狀的電極反拷貝和模具型腔加工，用于3C產(chǎn)品集成電路板模板的穿絲孔加工時(shí)，最小直徑達(dá)0.02mm，還可以通過數(shù)控軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)給實(shí)現(xiàn)異形孔的放電加工。電火花銑削技術(shù)，集成電加工與數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)項(xiàng)，將高速旋轉(zhuǎn)的電極作為切削刀具，像數(shù)控銑一樣進(jìn)行二維輪廓和三維曲面的加工，并且能夠通過電極損耗的自動(dòng)補(bǔ)償來減少模具誤差，加工過程也做到了無人干預(yù)，非常適合3C模具的尖角和窄縫加工，備受制造廠家的青睞，智能電加工機(jī)床如圖2所示。

圖2 智能電加工機(jī)床

（3）3D打印成型技術(shù)。與傳統(tǒng)的去料加工技術(shù)不同，3D打印機(jī)按照計(jì)算機(jī)軟件的建模路徑，將復(fù)雜多變的三維模具制造簡化為由下至上的二維分層疊加， 快速準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為模具實(shí)物，省去了從毛坯到成品的各種加工過程，既降低了制造難度，又縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。利用3D打印技術(shù)，客戶從提供產(chǎn)品資料到拿到模具樣版，通常只需要2～3天的時(shí)間。隨著3D打印技術(shù)的日益成熟，將會(huì)改變傳統(tǒng)模具制造的格局。在未來某一天，我們拿到用戶訂單后，只需在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)好三維模型，然后通過3D打印機(jī)，將特殊材料逐層疊加，便可得到合格的模具，金屬材料3D打印機(jī)如圖3所示。

圖3 金屬材料3D打印機(jī)

（4）在線檢測(cè)技術(shù)。新一代三座標(biāo)測(cè)量機(jī)具有很好的溫度補(bǔ)償與抗振功能，環(huán)境適應(yīng)性大幅提高，可在15～30℃的室溫條件下實(shí)現(xiàn)高精度的點(diǎn)接觸測(cè)量，完成模具零件的輪廓形狀和三維曲面檢測(cè)。在線模具檢測(cè)技術(shù)以工作狀態(tài)下的首件測(cè)量和精度控制為基礎(chǔ)，探針式三維測(cè)頭可直接安裝在數(shù)控機(jī)床的刀架和主軸上，跟隨模具的加工軌跡進(jìn)行全路徑隨機(jī)測(cè)量。自帶的圖形處理軟件則直接讀取CAD圖紙和數(shù)字模型尺寸，與實(shí)際測(cè)量結(jié)果比較后生成的偏差數(shù)據(jù)同步反饋給數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)，在二次加工中通過自動(dòng)更新刀具補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰孕拚?，避免了常?guī)測(cè)量手段中，模具在加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備之間的移動(dòng)誤差，提高了檢測(cè)精度。

（5）計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（CIMS）幾乎覆蓋了所有的模具制造領(lǐng)域，模具軟件也從單純的建模工具轉(zhuǎn)變?yōu)榧O(shè)計(jì)、分析、加工和管理為一體的產(chǎn)品過程控制系統(tǒng)。集成的CAD/CAM/CAE功能不僅可以設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，生成實(shí)體模型、進(jìn)行數(shù)控加工，其加工信息也被分類歸檔到數(shù)據(jù)庫中，編程員一個(gè)人就可以對(duì)多臺(tái)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，節(jié)約人工成本。為了確認(rèn)加工形狀有無缺陷，CAM軟件還可實(shí)現(xiàn)仿真加工和動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)。幫助工藝人員在試模前對(duì)可能存在的缺陷進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，找出缺陷產(chǎn)生的原因并加以改進(jìn)，提高一次試模的成功率。

3. 結(jié)語

精密制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)模具高效加工的有效途徑，華為、聯(lián)想、康佳等國產(chǎn)品牌憑借自身技術(shù)實(shí)力，在3C新產(chǎn)品研發(fā)方面取得了巨大成就，對(duì)模具供應(yīng)商也提出了更高的要求。機(jī)遇面前，我們要認(rèn)清形勢(shì)，與時(shí)俱進(jìn)，加快模具產(chǎn)業(yè)鏈的前端延伸與人才建設(shè)工作，通過產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，提高模具研究成果的產(chǎn)品化進(jìn)度，以精密制造技術(shù)為方向，攻克難題，為國產(chǎn)3C產(chǎn)品提供一流的模具和服務(wù)。