精密智造讓手機外殼越來越精美

模具是用來制作各種產(chǎn)品的工藝裝備，可實現(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。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留下的痕跡。我們經(jīng)常使用的手機和平板電腦都需要專用的模具來進行批量制作，計算機內部的集成電路板， 也需要引線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3C產(chǎn)品的質量。如今，3C產(chǎn)品的市場競爭日趨激烈，在消費者的需求刺激下，更新?lián)Q代的速度越來越快，日新月異的產(chǎn)品外觀設計給模具制造行業(yè)帶來了新的機遇。

1. 3C模具市場的現(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人員的創(chuàng)新思路和實踐經(jīng)驗。

傳統(tǒng)的模具制造以切削加工和鉗工技術為主，所運用的制造手段涉及數(shù)控和電加工機床、鉗工精修及各類工藝裝備。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，費工費時，還容易出現(xiàn)質量問題。

3C模具需要專用的加工和檢測設備，行業(yè)內部通過專業(yè)分工和外協(xié)外購，可以規(guī)避重復投資的風險，造就合作共贏的局面。可惜， 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，將會出現(xiàn)難以逾越的“卡脖子”環(huán)節(jié)。設計人員考慮到加工過程中的難點，被迫放棄訂單。

模具加工不同于產(chǎn)品流水線，可以將復雜的工件拆解成簡單的工序，招錄來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、任務急。以當前市場上流行的智能手機為例，每一款新產(chǎn)品研發(fā)成功后，都會在適當?shù)臅r機迅速投入市場，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(shù)周的時間內完成。工期和質量，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間和進度）決定著市場競爭能力。如何通過先進的制造技術提高模具質量，縮短交貨周期，是當前模具企業(yè)亟待解決的問題。

2. 精密制造技術

精密制造技術是指加工精度達到微米級別的無缺陷制造技術，涉及到高速加工、在線檢測、自動控制等多項技術，為滿足模具產(chǎn)品的多樣化要求，精密制造技術在設計和加工過程中大量采用CNC技術，實現(xiàn)數(shù)字化控制與有限元分析，并且進一步向模具成型工藝和質量預測方向發(fā)展，已成為模具制造業(yè)的主流趨勢。傳統(tǒng)的模具制造技術建立在工藝經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)的基礎上，一套成熟的新產(chǎn)品模具方案需要進行多次修改和調試。CAM軟件和高端數(shù)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，結構和形狀相近的模具，只需做成統(tǒng)一的加工模塊，在原有的數(shù)據(jù)基礎上稍加修改即可付諸生產(chǎn)，節(jié)省大量的編程和輔助時間。精密制造技術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主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）高精度數(shù)控加工技術。數(shù)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量，為此，不規(guī)則的模具曲面必須實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工。德瑪吉公司生產(chǎn)的CMS高精度加工中心（見圖1），在機床的運動部件上裝有溫度傳感器，能夠對高速加工時的熱變形誤差進行監(jiān)測和補償。并提供一種自適應專家系統(tǒng)軟件（ATC），可按照刀具切削點在模具加工區(qū)域的不同位置，自動選擇合適的切削參數(shù)，兼顧表面質量與生產(chǎn)效率，實現(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頁面上將加工時間設為優(yōu)先選項，數(shù)控系統(tǒng)即會適當增加吃刀深度和進給量，放寬尺寸公差，并在加工路線的轉角和圓弧處簡化路徑， 只粗略地切出模具輪廓，節(jié)省切削時間。精加工階段的毛坯余量很小，以保證模具質量為前提，操作人員只需將加工精度設為優(yōu)先選項，數(shù)控系統(tǒng)會為之設定嚴格的定位偏差和切削速度，指揮伺服進給機構在模具的轉折點和曲線連接處進行預處理控制，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。從20世紀90年代開始，電加工技術在圖1 高精度加工中心模具制造行業(yè)得到了快速發(fā)展。慢走絲線切割機床采用超短程往復走絲模式，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。電火花機床可以進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，最小直徑達0.02mm，還可以通過數(shù)控軸聯(lián)動進給實現(xiàn)異形孔的放電加工。電火花銑削技術，集成電加工與數(shù)控機床的強項，將高速旋轉的電極作為切削刀具，像數(shù)控銑一樣進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補償來減少模具誤差，加工過程也做到了無人干預，非常適合3C模具的尖角和窄縫加工，備受制造廠家的青睞，智能電加工機床如圖2所示。

圖2 智能電加工機床

（3）3D打印成型技術。與傳統(tǒng)的去料加工技術不同，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，客戶從提供產(chǎn)品資料到拿到模具樣版，通常只需要2～3天的時間。隨著3D打印技術的日益成熟，將會改變傳統(tǒng)模具制造的格局。在未來某一天，我們拿到用戶訂單后，只需在計算機上設計好三維模型，然后通過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）在線檢測技術。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℃的室溫條件下實現(xiàn)高精度的點接觸測量，完成模具零件的輪廓形狀和三維曲面檢測。在線模具檢測技術以工作狀態(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(shù)控機床的刀架和主軸上，跟隨模具的加工軌跡進行全路徑隨機測量。自帶的圖形處理軟件則直接讀取CAD圖紙和數(shù)字模型尺寸，與實際測量結果比較后生成的偏差數(shù)據(jù)同步反饋給數(shù)控機床的控制系統(tǒng)，在二次加工中通過自動更新刀具補償?shù)姆椒ㄓ枰孕拚苊饬顺Ｒ?guī)測量手段中，模具在加工機床和檢測設備之間的移動誤差，提高了檢測精度。

（5）計算機集成制造技術。計算機集成制造技術（CIMS）幾乎覆蓋了所有的模具制造領域，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)品過程控制系統(tǒng)。集成的CAD/CAM/CAE功能不僅可以設計模具結構，生成實體模型、進行數(shù)控加工，其加工信息也被分類歸檔到數(shù)據(jù)庫中，編程員一個人就可以對多臺數(shù)控設備進行遠程控制，節(jié)約人工成本。為了確認加工形狀有無缺陷，CAM軟件還可實現(xiàn)仿真加工和動態(tài)模擬試驗。幫助工藝人員在試模前對可能存在的缺陷進行分析和預測，找出缺陷產(chǎn)生的原因并加以改進，提高一次試模的成功率。

3. 結語

精密制造技術是實現(xiàn)模具高效加工的有效途徑，華為、聯(lián)想、康佳等國產(chǎn)品牌憑借自身技術實力，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，與時俱進，加快模具產(chǎn)業(yè)鏈的前端延伸與人才建設工作，通過產(chǎn)、學、研相結合，提高模具研究成果的產(chǎn)品化進度，以精密制造技術為方向，攻克難題，為國產(chǎn)3C產(chǎn)品提供一流的模具和服務。