模具是用來(lái)制作各種產(chǎn)品的工藝裝備，可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(zhuān)用的模具來(lái)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(xiàn)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(lái)越快，日新月異的產(chǎn)品外觀(guān)設(shè)計(jì)給模具制造行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇。

1. 3C模具市場(chǎng)的現(xiàn)狀

模具加工在我國(guó)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(lèi)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(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(fèi)工費(fèi)時(shí)，還容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

3C模具需要專(zhuān)用的加工和檢測(cè)設(shè)備，行業(yè)內(nèi)部通過(guò)專(zhuān)業(yè)分工和外協(xié)外購(gòu)，可以規(guī)避重復(fù)投資的風(fēng)險(xiǎn)，造就合作共贏(yíng)的局面。可惜， 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(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(fù)雜的工件拆解成簡(jiǎn)單的工序，招錄來(lái)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(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(dāng)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(dá)到微米級(jí)別的無(wú)缺陷制造技術(shù)，涉及到高速加工、在線(xiàn)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)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(shè)計(jì)和加工過(guò)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(kù)，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(lèi)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(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(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(jiàn)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(zhuān)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(guò)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(huà)頁(yè)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(xiàn)的轉(zhuǎn)角和圓弧處簡(jiǎn)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(xiàn)連接處進(jìn)行預(yù)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(jì)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(jī)床采用超短程往復(fù)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(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(guò)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(guò)電極損耗的自動(dòng)補(bǔ)償來(lái)減少模具誤差，加工過(guò)程也做到了無(wú)人干預(yù)，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(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(jiǎn)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(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(lái)某一天，我們拿到用戶(hù)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(guò)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)自動(dòng)更新刀具補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ枰孕拚苊饬顺Ｒ?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(guò)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(lèi)歸檔到數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)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(yǔ)

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(guó)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(guò)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(guó)產(chǎn)3C產(chǎn)品提供一流的模具和服務(wù)。