一、北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整分析

北京作為首都，已在全國率先發(fā)展成為服務(wù)型城市。高端服務(wù)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)將會占據(jù)明顯優(yōu)勢，成為北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的發(fā)展趨勢。北京發(fā)展正面臨成本約束、空間約束以及環(huán)境約束三大約束，這也導(dǎo)致北京產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級。上述約束條件要求產(chǎn)業(yè)發(fā)展做到價值鏈上高端化、體量上輕型化、生產(chǎn)上清潔化，著力培育服務(wù)經(jīng)濟(jì)、總部經(jīng)濟(jì)、平臺經(jīng)濟(jì)等經(jīng)濟(jì)形態(tài)。在新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式、新業(yè)態(tài)上，北京市重點發(fā)展新能源裝備、環(huán)境污染檢測及治理設(shè)備，打造以機(jī)器人、3D打印機(jī)、高檔數(shù)控機(jī)床和智能微電網(wǎng)為代表的智能產(chǎn)業(yè)集群。

二、3D打印技術(shù)領(lǐng)域人才需求分析

2015年5月28日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》，明確指出3D打印技術(shù)已成為我國加快實現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)手段。3D打印作為制造業(yè)有代表性的顛覆技術(shù)，需要的人才分為技術(shù)型人才、應(yīng)用型人才和商業(yè)型人才。高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)是技術(shù)技能型人才，主要工作是3D打印技術(shù)在市場的具體應(yīng)用。3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才需求崗位主要有:數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、模具鉗工。數(shù)字化設(shè)計主要工作任務(wù):模具設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計。數(shù)字化制造主要工作任務(wù):模具制造、3D打印制造。模具鉗工主要工作任務(wù):鉗工修模、鉗工試模、鉗工裝配。

三、模具設(shè)計與制造(3D打印)核心職業(yè)能力

1．模具設(shè)計與制造(3D打印)人才培養(yǎng)的兩條主線(1)典型機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計能力:主要是指運(yùn)用CAD/CAMPROE，AutodeskInventor，Professional(AIP)等軟件，進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計。(2)典型產(chǎn)品3D打印技術(shù)能力:主要具備3D測量技術(shù)與逆向工程、產(chǎn)品造型與快速制造技術(shù)生產(chǎn)制造能力2．模具設(shè)計與制造(3D打印)核心職業(yè)能力通過分析模具設(shè)計與制造(3D打印)核心職業(yè)能力典型機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計能力和典型產(chǎn)品3D打印技術(shù)能力，總結(jié)出必須具備的七項職業(yè)能力。分別是:具備繪制和識別機(jī)械圖樣的能力;具有操作普通機(jī)床、數(shù)控機(jī)床加工零件的能力;運(yùn)用CAD/CAM進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計;具備產(chǎn)品造型三維設(shè)計能力;具有3D打印制造的工藝設(shè)計、工藝實施能力;具有能夠完成3D測量、3D打印的先進(jìn)制造技術(shù)的能力;具有熟練進(jìn)行產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量管理的能力。(1)具備典型機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計能力。數(shù)字化設(shè)計能力主要包括:①能夠創(chuàng)建零件實體三維模型;②能夠應(yīng)用曲面特征構(gòu)建零件實體三維模型;③能夠?qū)⒃M裝為部件;④能夠創(chuàng)建三維零件模型的工程圖;⑤能夠進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真設(shè)計;⑥會使用逆向工程設(shè)備。(2)具備典型產(chǎn)品3D打印技術(shù)能力。3D打印制造的工藝設(shè)計、工藝實施能力和具有能夠完成3D測量、3D打印的先進(jìn)制造技術(shù)的能力屬于3D打印的工藝與制造能力。主要包括:①能夠操作測量設(shè)備對工件進(jìn)行測量，獲得3D數(shù)據(jù);②會操作計算機(jī)進(jìn)行測量數(shù)據(jù)拼接;③使用3D設(shè)計軟件進(jìn)行建模，使測量結(jié)果形象化;④具備基準(zhǔn)3D數(shù)據(jù)與3D模型進(jìn)行比較，以“點云”評價找出最大偏差值的能力;⑤具備使用快速成型設(shè)備及輔助工具完成對被測件的制造;⑥能夠?qū)焖俪尚图M(jìn)行后處理。

一、模具材料種類、特性簡介

為便于對后面高效模具加工刀具介紹的理解，有必要對模具材料及加工方式作一個簡單介紹。

（一）模具類型

模具主要分為以下幾個類型：大型汽車外覆蓋件沖壓模具、普通塑膠注塑模具、PVC注塑模具、吹塑模具、五金沖壓及板金模具、熱擠壓模具、熱鍛模具等等。

（二）模具材料

每種不同的模具以及同一模具的不同部位所采用的材料有相當(dāng)大的差別，其加工特性也有很大的區(qū)別。模具材料的種類極為繁多，這里只介紹與本文相關(guān)的被加工材料。

一、塑料制品材料的選用對模具設(shè)計的影響

一般來說，并沒有不好的材料，只有在特定的領(lǐng)域使用了錯誤的材料。因此，設(shè)計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能，并仔細(xì)測試這些材料，研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說，半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強(qiáng)度高的部件，而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲，則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框，其次，還要根據(jù)填料和增強(qiáng)材料繼續(xù)選擇。

（一）根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析

熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強(qiáng)度、堅固度和提高應(yīng)用溫度；礦物和玻纖則具較低的增強(qiáng)效果，主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工，尤其會對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以，玻璃纖維增強(qiáng)材料不能被未增強(qiáng)熱塑性塑料或低含量增強(qiáng)材料來替代，而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定，這將引起部件機(jī)械強(qiáng)度的變化。試驗（從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條，并在同一個拉力測試儀上對它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較）表明，對添加了30％玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹脂，其橫向的拉伸強(qiáng)度比縱向（流動方向）低了32％，撓曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了43％和53％。

在綜合考慮安全因素的強(qiáng)度計算中，應(yīng)注意到這些損失。

在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強(qiáng)材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱，更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。

摘要本文介紹了科龍集團(tuán)配件公司模具廠實施項目管理與并行工程的經(jīng)驗，論述了模塊化設(shè)計方法在模具設(shè)計中應(yīng)用的特點，研究了模具模塊化CAD系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)。

關(guān)鍵詞模具開發(fā)周期

Reducetheconstructioncycleofdiebyseizingkeys

Abstract：ThispaperintroducedtheexperienceofapplyingtheprojectmanagementandconcurrentengineeringinKELONgroupfittingscompanymouldfactory，studiedthecharacteristicofmodular-designofdie&mouldandthetechniqueofdevelopmentofadie&mouldmodularCADsystem

Keywords：die&mould；constructioncycle

0引言

引言

模具是一種技術(shù)密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國國民經(jīng)濟(jì)巾的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點扶持產(chǎn)業(yè)。由于新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術(shù)不斷進(jìn)步，對人才的知識、能力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。

根據(jù)社會發(fā)展對模具專業(yè)學(xué)生的新要求以教學(xué)生的實際情況，探圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院對99級模具設(shè)計方向?qū)W生的畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)行了較大的改節(jié)，并取得了較好的效果。

2模具專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)

深圳大學(xué)模具設(shè)計專業(yè)隸屬于深圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械制造及其自動化專業(yè)，主要是從事注射模的設(shè)計與制造。為了明確本方向的培養(yǎng)目標(biāo)，我們對珠江三角洲，特別是深圳周邊地區(qū)模具企業(yè)進(jìn)行了比較廣泛的社會調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，用人單位要求畢業(yè)生有較高的思想品質(zhì)和道德修養(yǎng)，愛崗敬業(yè)和較好的與人協(xié)調(diào)共事能力，要求畢業(yè)生基礎(chǔ)理論扎實，著重基本技能的掌握和再學(xué)習(xí)能力，要求畢業(yè)生熟練掌握外語，有一定的計算機(jī)軟件應(yīng)用和開發(fā)能力。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，我們把模具專業(yè)人才培養(yǎng)的規(guī)格定位于：面向各類型企業(yè)，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)，具備機(jī)械及各類模具設(shè)計與制造基礎(chǔ)知識，具有較強(qiáng)的再學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力，能在模具生產(chǎn)第一線從事模具設(shè)計制造、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究和經(jīng)營銷售的應(yīng)用型工程技術(shù)和管理人才。據(jù)此把拓寬專業(yè)口徑，課程體系合理，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實驗研究能力強(qiáng)，社會適應(yīng)面寬，作為本方向教學(xué)的基本指導(dǎo)思想，將模具設(shè)計理論、實踐與及計算機(jī)應(yīng)用融合為一體。

1.改造思路

車間目前是依靠制度要求，將支撐塊取放在固定位置?，F(xiàn)在改造的思路是：將每個支撐塊安裝一個安全定位銷，定位銷尺寸統(tǒng)一，(φ20×150mm)與支撐塊實焊連接；壓力機(jī)每個立柱上安裝一個安全銷座，操作人員打開模具將4個支撐塊插在壓力機(jī)立柱的4個安全銷座上。安全銷插上以后，安全銷座內(nèi)部的接近開關(guān)（傳感器）感應(yīng)到模具支撐塊放到位了，就給壓力機(jī)控制系統(tǒng)傳遞信號，壓力機(jī)接到信號，運(yùn)行條件滿足后開動機(jī)床生產(chǎn)。如果操作人員沒有將4只支撐塊全部插到安全銷座上，機(jī)床運(yùn)行條件將無法滿足，也無法實現(xiàn)動作。圖2為改造后整體效果圖。

圖2改造后整體效果圖

2.模具支撐塊結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)調(diào)查，目前模具使用的支撐塊規(guī)格形狀不統(tǒng)一，有方塊狀形、圓環(huán)形、半圓柱體形、圓柱體形。圓環(huán)形的支撐塊安全可靠性好，但由于各支撐塊與模具一一對應(yīng)，要將支撐塊的形狀統(tǒng)一成圓環(huán)形改造難度大且費(fèi)用太高。

據(jù)統(tǒng)計，模具支撐塊只有以上4種外形結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍如表所示。

摘要：利用激光熔敷合金粉末的方法對模具進(jìn)行了修復(fù)。研究了工藝參數(shù)對熔敷效果的影響，并對其修復(fù)過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，預(yù)處理、送粉量、激光的掃描速度是決定模具修復(fù)質(zhì)量的關(guān)鍵。通過優(yōu)化工藝參數(shù)、機(jī)體預(yù)熱的方法可以提高模具修復(fù)質(zhì)量。

模具使用壽命取決于抗磨損和抗機(jī)械損傷能力，一旦磨損過度或機(jī)械損傷，須經(jīng)修復(fù)才能恢復(fù)使用。目前可采用的修復(fù)技術(shù)有電鍍、電弧或火焰堆焊、熱噴涂(火焰、等離子)等。電鍍層一般很薄，不超過0.3mm，而且與基體結(jié)合差，形狀損壞部位難于修復(fù)，在堆焊、熱噴涂或噴焊時，熱量注入大，能量不集中，模具熱影響區(qū)大，易畸變甚至開裂，噴涂層稀釋率大，降低了基體和材料的性能。

利用激光熔覆的方法可實現(xiàn)對模具的修復(fù)。用高功率激光束以恒定功率P與熱粉流同時入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬時被吸收的能量超過臨界值后，金屬熔化產(chǎn)生熔池，然后快速凝固形成冶金結(jié)合的覆層。激光束根據(jù)CAD二次開發(fā)的應(yīng)用程序給定的路線，來回掃描逐線逐層地修復(fù)模具。由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱，對基體的熱影響較小，引起的畸變可以忽略，特別是經(jīng)過修復(fù)后的模具幾乎不需再加工。

1激光修復(fù)系統(tǒng)

激光修復(fù)技術(shù)是集高功率激光、計算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、CAD/CAM、先進(jìn)材料、數(shù)控技術(shù)等多學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)。修復(fù)系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和制造過程軟件組成。硬件設(shè)備包括激光器、數(shù)控系統(tǒng)及工作臺、送粉裝置、光路系統(tǒng)、水冷裝置、保護(hù)氣系統(tǒng)和在線控制所涉及的數(shù)據(jù)采集裝置。軟件系統(tǒng)包括制造零件成型軟件擻據(jù)通訊和在線控制軟件。激光修復(fù)過程如圖2所示。CO2激光器發(fā)出的激光經(jīng)CNC數(shù)控機(jī)床Z軸(垂直工作臺)反射鏡后，進(jìn)入三維光束成形聚焦組合鏡，再進(jìn)入同軸送粉工作頭，組合鏡和工作頭都固定在機(jī)床Z軸上，由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一控制。載氣式送粉器將粉末均勻輸送到分粉器的同軸送粉工作頭。

模具位于CNC數(shù)控工作臺X-Y平面上，根據(jù)CNC指令，工作臺、組合鏡和送粉頭按給定的CAD程序運(yùn)動。同時加入激光和粉末，逐層熔敷。在溫度檢測和控制系統(tǒng)作用下，使模具恢復(fù)原始尺寸。為保證熔覆材料(金屬粉末)和基體(模具)材料實現(xiàn)冶金結(jié)合，以及模具的尺寸精度、表面光潔度和材料性能，需將φ50mm圓形多模1kW-5kW高功率激光束變換成強(qiáng)度均勻分布的圓形光束，光斑尺寸可調(diào)(光路系統(tǒng))，并配有水冷系統(tǒng)和光束頭氣體保護(hù)系統(tǒng)，同時需重點考慮同軸送粉裝置和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的設(shè)計。

合同雙方：

購貨單位（甲方）：北京金鷹包裝制作有限公司

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供貨單位（乙方）：北京寶翔包裝紙品有限公司

1模具設(shè)計

1.1模具結(jié)構(gòu)及工作原理

根據(jù)上述確定的工藝方案，設(shè)計了如圖3所示的落料-沖孔-拉伸復(fù)合模。

模具工作過程為:坯料送人，上模下行，落料-拉伸凸凹模6、凹模4及沖孔凸模11、拉伸-沖孔凸凹模13分別與坯料接觸完成落料和沖孔，壓機(jī)滑塊繼續(xù)下行，落下的帶孔圓形毛坯隨即被落料一拉伸凸凹模6、拉伸-沖孔凸凹模13的相應(yīng)拉伸工作部位拉成橢圓，隨著拉伸完成，壓機(jī)滑塊上升，拉伸好的半成品橢圓蓋分別被卸料塊12、頂料板14推出各自拉伸工作零件型腔。

圖4為設(shè)計的零件整形修邊復(fù)合模結(jié)構(gòu)。

模具置于壓力機(jī)工作臺面上，壓機(jī)滑塊上升，模具開啟，上、下模脫離接觸，卸料板6通過頂料桿7在壓機(jī)彈性緩沖器的作用下上升至凹模4型腔中適當(dāng)位置。此時，將橢圓蓋半成品置于凹模4型腔中，完成零件的定位。

摘要：采用有限元分析算法來設(shè)計鈑金模具，重點解決凸凹模問題，較好解決拉深中的斷裂和起皺，具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：鈑金模具；有限元；設(shè)計

在航空制造領(lǐng)域，鈑金零部件應(yīng)用非常廣泛。鈑金零部件一般包括蒙皮類、梁類、框肋類和壁板類等幾大類。鈑金零部件是飛機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)中最重要和最關(guān)鍵的零部件，大約占飛機(jī)所有零部件總數(shù)的50%以上。在航空制造過程中，鈑金零部件由于具有質(zhì)量好和成本低的優(yōu)點，應(yīng)用比例越來越高。由于航空制造業(yè)的特殊性，鈑金零部件體積一般都非常大，形狀多以自由曲面等復(fù)雜形狀居多，導(dǎo)致設(shè)計及數(shù)控加工的難度倍增，這也一定程度決定了鈑金模具的設(shè)計周期非常長和設(shè)計難度非常大。如何提高鈑金模具的設(shè)計質(zhì)量和降低設(shè)計工作的勞動強(qiáng)度，同時提高設(shè)計效率，是擺在鈑金模具設(shè)計工程師面前的一大難題。在飛機(jī)鈑金模具設(shè)計中，具有鈑金零部件種類繁多并且形狀復(fù)雜的特點，一般生產(chǎn)批量非常小和批次多，且隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)鈑金零部件自由曲面和形狀不規(guī)則的所占比例越來越高，這就導(dǎo)致了鈑金模具設(shè)計工程師工作任務(wù)非常重。目前的鈑金模具設(shè)計技術(shù)與達(dá)到實用化水平還有很大差距[1]，鈑金模具設(shè)計的很多瓶頸問題還未攻克。

1有限元分析簡介

有限元分析最初是應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算的[2]，隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，有限元分析算法由于其效率高的優(yōu)點幾乎應(yīng)用于所有的科學(xué)和工程計算領(lǐng)域，是當(dāng)今工程界應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值分析算法，它具有比較好的通用性和有效性，在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域也應(yīng)用十分廣泛。有限元分析是基于變分原理的一種求解數(shù)學(xué)物理問題的數(shù)值計算方法，采用的基本數(shù)學(xué)思想是將連續(xù)的求解域離散成為一組有限單元的組合體，這些組合體能無限逼近求解域，找到最優(yōu)解。有限元分析的計算步驟分為3步：1）預(yù)處理。根據(jù)具體的工程問題要定義求解模型，一般包括這些方面：定義幾何區(qū)域、定義單元類型、定義單元的材料屬性、定義單元的幾何屬性、定義單元的連通性、定義單元的基函數(shù)、定義邊界條件、定義載荷。2）求解過程。求解的原理是采用加權(quán)殘值和泛函極值等兩種方法，利用數(shù)值離散技術(shù)，將單元封裝到整個離散域的總矩陣方程中，封裝是在相鄰的單元節(jié)點完成的，狀態(tài)變量及導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性是建立在上面的節(jié)點處，總矩陣方程的求解可以用直接法和迭代法兩種，求解結(jié)果是單元節(jié)點處狀態(tài)變量的無限近似值。3）求解值的評價。要對所有的解依據(jù)科學(xué)的準(zhǔn)則進(jìn)行分析和評價，對所有解進(jìn)行分析和評價是為了后面工程設(shè)計中更好地應(yīng)用這些結(jié)果。

2鈑金模具快速設(shè)計系統(tǒng)