模具是用來(lái)制作各種產(chǎn)品的工藝裝備，可實(shí)現無(wú)切削成形加工，節約原材料和制造成本，具有一致性好、生產(chǎn)率高等優(yōu)勢。以計算機、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)常使用的手機和平板電腦都需要專(zhuān)用的模具來(lái)進(jìn)行批量制作，計算機內部的集成電路板， 也需要引線(xiàn)框架的精密級沖模和塑封膜，模具制造的優(yōu)劣，直接決定著(zhù)3C產(chǎn)品的質(zhì)量。如今，3C產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭日趨激烈，在消費者的需求刺激下，更新?lián)Q代的速度越來(lái)越快，日新月異的產(chǎn)品外觀(guān)設計給模具制造行業(yè)帶來(lái)了新的機遇。

1. 3C模具市場(chǎng)的現狀

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，設計和制作都比較嚴格，模具工作面不允許有任何缺陷。運用模具軟件，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，設計方案取決于技術(shù)人員的創(chuàng )新思路和實(shí)踐經(jīng)驗。

傳統的模具制造以切削加工和鉗工技術(shù)為主，所運用的制造手段涉及數控和電加工機床、鉗工精修及各類(lèi)工藝裝備。這些普通的切削設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不到驗收要求。要想進(jìn)一步提高精度并做到模具表面的光滑過(guò)渡與無(wú)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(lái)，費工費時(shí)，還容易出現質(zhì)量問(wèn)題。

3C模具需要專(zhuān)用的加工和檢測設備，行業(yè)內部通過(guò)專(zhuān)業(yè)分工和外協(xié)外購，可以規避重復投資的風(fēng)險，造就合作共贏(yíng)的局面?？上?， 在行業(yè)壟斷利益的驅使下，“資源共享”在中小模具企業(yè)中很難做到。有些較為復雜的3C模具，需要特殊的加工方法，如果缺乏這方面的設備與外協(xié)伙伴，將會(huì )出現難以逾越的“卡脖子”環(huán)節。設計人員考慮到加工過(guò)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(xiàn)，可以將復雜的工件拆解成簡(jiǎn)單的工序，招錄來(lái)的員工稍加培訓就可以熟練操作。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。以當前市場(chǎng)上流行的智能手機為例，每一款新產(chǎn)品研發(fā)成功后，都會(huì )在適當的時(shí)機迅速投入市場(chǎng)，趕在競爭對手的前面搶占商機，從模具定制到量化生產(chǎn)，必須在數周的時(shí)間內完成。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（訂單轉化為模具的時(shí)間和進(jìn)度）決定著(zhù)市場(chǎng)競爭能力。如何通過(guò)先進(jìn)的制造技術(shù)提高模具質(zhì)量，縮短交貨周期，是當前模具企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

2. 精密制造技術(shù)

精密制造技術(shù)是指加工精度達到微米級別的無(wú)缺陷制造技術(shù)，涉及到高速加工、在線(xiàn)檢測、自動(dòng)控制等多項技術(shù)，為滿(mǎn)足模具產(chǎn)品的多樣化要求，精密制造技術(shù)在設計和加工過(guò)程中大量采用CNC技術(shù)，實(shí)現數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)量預測方向發(fā)展，已成為模具制造業(yè)的主流趨勢。傳統的模具制造技術(shù)建立在工藝經(jīng)驗和實(shí)驗數據的基礎上，一套成熟的新產(chǎn)品模具方案需要進(jìn)行多次修改和調試。CAM軟件和高端數控設備的廣泛應用，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據庫，結構和形狀相近的模具，只需做成統一的加工模塊，在原有的數據基礎上稍加修改即可付諸生產(chǎn)，節省大量的編程和輔助時(shí)間。精密制造技術(shù)促使模具結構向多功能模塊化方向發(fā)展，針對某一相似類(lèi)型的產(chǎn)品制作的不再是成套的模具，而是不同規格的模具組件，具有很好的通用性。適用于3C模具的精密制造技術(shù)主要體現在以下幾個(gè)方面。

（1）高精度數控加工技術(shù)。數控機床是精密制造的主要切削設備（包括：雕銑機、精雕機等），3C模具對5軸加工中心的需求日益增多，因為在模具加工中，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(xiàn)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，不規則的模具曲面必須實(shí)現多軸聯(lián)動(dòng)加工。德瑪吉公司生產(chǎn)的CMS高精度加工中心（見(jiàn)圖1），在機床的運動(dòng)部件上裝有溫度傳感器，能夠對高速加工時(shí)的熱變形誤差進(jìn)行監測和補償。并提供一種自適應專(zhuān)家系統軟件（ATC），可按照刀具切削點(diǎn)在模具加工區域的不同位置，自動(dòng)選擇合適的切削參數，兼顧表面質(zhì)量與生產(chǎn)效率，實(shí)現最佳切削效果。瑞士米克朗公司出產(chǎn)的HSM高速加工中心，配備矢量控制系統和精密光柵尺，在加工精度上更勝一籌，操作人員通過(guò)MCE軟件的顯示界面即可達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對話(huà)頁(yè)面上將加工時(shí)間設為優(yōu)先選項，數控系統即會(huì )適當增加吃刀深度和進(jìn)給量，放寬尺寸公差，并在加工路線(xiàn)的轉角和圓弧處簡(jiǎn)化路徑， 只粗略地切出模具輪廓，節省切削時(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為優(yōu)先選項，數控系統會(huì )為之設定嚴格的定位偏差和切削速度，指揮伺服進(jìn)給機構在模具的轉折點(diǎn)和曲線(xiàn)連接處進(jìn)行預處理控制，像車(chē)輛拐彎一樣提前加減速，以免發(fā)生過(guò)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90年代開(kāi)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(xiàn)切割機床采用超短程往復走絲模式，切割面平整光滑，無(wú)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0.02mm，還可以通過(guò)數控軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)給實(shí)現異形孔的放電加工。電火花銑削技術(shù)，集成電加工與數控機床的強項，將高速旋轉的電極作為切削刀具，像數控銑一樣進(jìn)行二維輪廓和三維曲面的加工，并且能夠通過(guò)電極損耗的自動(dòng)補償來(lái)減少模具誤差，加工過(guò)程也做到了無(wú)人干預，非常適合3C模具的尖角和窄縫加工，備受制造廠(chǎng)家的青睞，智能電加工機床如圖2所示。

圖2 智能電加工機床

（3）3D打印成型技術(shù)。與傳統的去料加工技術(shù)不同，3D打印機按照計算機軟件的建模路徑，將復雜多變的三維模具制造簡(jiǎn)化為由下至上的二維分層疊加， 快速準確地將設計模型轉化為模具實(shí)物，省去了從毛坯到成品的各種加工過(guò)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(hù)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(zhù)3D打印技術(shù)的日益成熟，將會(huì )改變傳統模具制造的格局。在未來(lái)某一天，我們拿到用戶(hù)訂單后，只需在計算機上設計好三維模型，然后通過(guò)3D打印機，將特殊材料逐層疊加，便可得到合格的模具，金屬材料3D打印機如圖3所示。

圖3 金屬材料3D打印機

（4）在線(xiàn)檢測技術(shù)。新一代三座標測量機具有很好的溫度補償與抗振功能，環(huán)境適應性大幅提高，可在15～30℃的室溫條件下實(shí)現高精度的點(diǎn)接觸測量，完成模具零件的輪廓形狀和三維曲面檢測。在線(xiàn)模具檢測技術(shù)以工作狀態(tài)下的首件測量和精度控制為基礎，探針式三維測頭可直接安裝在數控機床的刀架和主軸上，跟隨模具的加工軌跡進(jìn)行全路徑隨機測量。自帶的圖形處理軟件則直接讀取CAD圖紙和數字模型尺寸，與實(shí)際測量結果比較后生成的偏差數據同步反饋給數控機床的控制系統，在二次加工中通過(guò)自動(dòng)更新刀具補償的方法予以修正，避免了常規測量手段中，模具在加工機床和檢測設備之間的移動(dòng)誤差，提高了檢測精度。

（5）計算機集成制造技術(shù)。計算機集成制造技術(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變?yōu)榧O計、分析、加工和管理為一體的產(chǎn)品過(guò)程控制系統。集成的CAD/CAM/CAE功能不僅可以設計模具結構，生成實(shí)體模型、進(jìn)行數控加工，其加工信息也被分類(lèi)歸檔到數據庫中，編程員一個(gè)人就可以對多臺數控設備進(jìn)行遠程控制，節約人工成本。為了確認加工形狀有無(wú)缺陷，CAM軟件還可實(shí)現仿真加工和動(dòng)態(tài)模擬試驗。幫助工藝人員在試模前對可能存在的缺陷進(jìn)行分析和預測，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. 結語(yǔ)

精密制造技術(shù)是實(shí)現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，對模具供應商也提出了更高的要求。機遇面前，我們要認清形勢，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工作，通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研相結合，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)。