基于模具設計的鍛模教具3D打印與制造

陳志鋒

摘要：隨著技術的發(fā)展，在模具設計與制造方面也進行了一定的優(yōu)化創(chuàng)新，不論是鍛造工藝還是模具設計都得到了提升。對于當前模具設計與制造的發(fā)展，已經(jīng)與3D打印技術相結合，把3D打印技術運用到鍛模教具的設計中和制造中，進一步的提高設計制造效率，降低生產(chǎn)成本，滿足個性化和小批量的生產(chǎn)需求。本文也就對此展開探究，分析在模具設計基礎上的鍛模教具3D打印與制造。

關鍵詞：模具設計;鍛模教具;3D打印與制造

引言：3D打印作為極快成型技術的一種，也被稱之為增材制造，是以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。不能具有節(jié)能高效的優(yōu)勢，還能適合于新產(chǎn)品的開發(fā)以及個性化的需求。被運用于鍛模教具制造中，融入了3D打印的優(yōu)勢，節(jié)能高效更加滿足學校教學的需求。

1.??? 模具設計

模具設計是數(shù)據(jù)數(shù)字化設計，是利用數(shù)字化設計工具進行的模具的設計。這里的模具一般是在工業(yè)中的一些產(chǎn)品，也是可以成批生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的工業(yè)產(chǎn)品零部件的一種生產(chǎn)工具。而模具直接關系著工業(yè)產(chǎn)品的質量、效益以及新產(chǎn)品的開發(fā)能力。目前工業(yè)發(fā)展中，一般都是采用模具生產(chǎn)[1]。

目前，模具設計已經(jīng)開設了相關的課程，培養(yǎng)模具設計制造的專業(yè)人才。隨著模具設計制造行業(yè)的發(fā)展，為了進一步的提高制造效率和降低成本，一些新技術也就被引入并運用到模具設計制造中，3D打印技術就是之一。3D打印技術結合相關的計算機技術，為模具設計與制造行業(yè)發(fā)展帶來了新的發(fā)展，不僅提高了設計和制造的效率，還有效的提高了產(chǎn)品的質量。就比如鍛模教具，作為教學的輔助工具，隨著教具的更新?lián)Q代，在教學上也需要與時俱進，才能培養(yǎng)出滿足社會發(fā)展的技能人才。3D打印技術的運用，解決了學校因為教具制造困難和成本高而更新困難的問題，滿足教學要求。

2.??? 鍛模教具3D打印與制造

2.1? 鍛模教具

鍛模教具輔助教學，提高教學質量。就必須要求具有一定的真實性，能夠滿足現(xiàn)實特點。對于教具要求：一般鍛模教具必須要用真實的鍛件設計出結構模型，鍛模教具的設計要適中，而且還要輕便易攜帶，還需要滿足低成本。再次要求上，鍛模教具的設計與制造就需要注意：鍛模教具設計的相關知識和方法，三維造型相關軟件的應用，以及3D打印機的使用。首先完成模具設計，然后進行實體造型，最后進行3D打印成型[2]。

也就說，對于鍛模教具的設計制造，不緊要掌握鍛模設計的基礎知識和設計方法，可以利用專業(yè)的理論知識，完成模具設計;還要能夠利用相關的軟件，必用專門的軟件來完成鍛模教具的造型;此外還需要利用現(xiàn)代設計軟件及先進的3D打印技術解決實際問題。

2.2? 鍛模教具的設計

鍛模教具設計的基礎知識，主要是一些理論知識，要完成設計就必須要熟練其基礎知識，掌握設計流程。其具體的設計內容就包括了模膛設計、模膛排布、鍛模結構設計等。因此一般設計的流程為：鍛件圖——冷鍛件圖設計——制坯模膛設計——熱鍛件圖設計——鍛模膛設計——鍛模結構設計。

那么在實際的設計中，就必須要明確相關的理論性知識，掌握設計流程和設計規(guī)范，嚴格按照相關的規(guī)定和要求進行設計。才能設計出合

格的鍛模教具。在模具設計中，也涉及到了相關的軟件，比如Mold Planner模具設計輔助軟件，設計者就需要熟練的操作軟件，提高設計效果。

2.3? 鍛模教具3D造型

本次研究鍛模教具在完成設計之后，就需要進行3D造型。鍛模教具的3D造型，這里造型就涉及到相關軟件技術，最常見的就是PRO/E。

PRO/E軟件技術是屬于模具和產(chǎn)品設計三維的軟件，具體是采用參數(shù)化設計，把設計的結果反應在整個三維模型上。是采用模塊化的方式，用戶根據(jù)自身的需要進行選擇，進行草圖繪制、零件制作、裝配設計等。利用軟件功能，讓設計更加的快捷和準確，講個階段的設計結果通過3D形式呈現(xiàn)出來，就包括了鍛件圖、冷鍛件圖、制坯模膛、熱鍛件圖、鍛模膛、鍛模結構。為后續(xù)的3D打印提供數(shù)據(jù)文件[3]。

這里需要注意的是，在鍛模教具3D造型的過程中，操作人員一定要熟練的掌握并使用PRO/E軟件技術，可以利用軟件技術才能完成相關的操作。否則就無法呈現(xiàn)出鍛模教具的3D造型。

2.4? 鍛模教具3D打印成型

在完成造型之后，接下來就需要進行3D打印成型。就涉及到3D打印技術，3D打印是以數(shù)字模型文件為基礎，運用一定材料逐層打印的方式構造物體。經(jīng)常被用于模具制造、工業(yè)設計領域。3D打印存在許多不同的技術，主要針對的是可用材料的方式，并以不同層構建創(chuàng)建部件。3D打印經(jīng)過三維設計、切片處理，最后才完成打印。一般的操作是將一些模型文件導入到打印機相關的軟件中，然后獲得鍛模教具[4]。

在實際的打印中，需要注意打印進的可打印的范圍以及鍛模教具的便捷性，考慮打印的時間;還需要重視材料的選擇，確保鍛模教具可以快速的成型，并且符合相關的要求。一般材料選擇ABS材料，是一種高強度、高韌性并且易于加工成型的熱塑型高分子結構材料，該材料成型的溫度為180-250攝氏度，在其打印中更好的成型。此外，對于3D打印在參數(shù)設計的時候需要注意一些問題，比如因為鍛模模膛是由很多曲面組成，如果打印中的層高參數(shù)設計不符合其要求，就會影響產(chǎn)品表面質量，層高越小，型腔就光滑，產(chǎn)品也就越美觀，反之越粗糙。一般的層高都是采用0.1mm;還需要注意鍛模教具的強度，在實際的打印過程中，因為內部支撐關系著其形狀，所以很容易影響其形狀，所以要注意太少，最后對于鍛模教具的外壁，在打印制造中盡可能的要厚一些，一般可以采用0.8mm。

可見端木教具的3D打印成型是一個非常復雜的過程，而且在成型過程中還會受到一些因素的影響，為了保證鍛模教具成型的質量，就需要操作人員一定要按照相關的標準操作，熟悉相關的軟件。這里涉及的軟件為maker ware軟件，專用來切片，切片效果非常高，在實際的打印中獲得了廣泛的運用。

3.??? 結束語

鍛模教具3D打印與制造，是當前模具發(fā)展的一個重要的內容。對3D打印技術的運用，進一步的促進了模具設計制造行業(yè)的發(fā)展。本文對于其的分析，是在模具設計的基礎上，分析鍛模教具3D打印制造的具體過程和操作，就包括了鍛模教具的設計、3d造型和3d打印成型。在實際的3D打印制造中，涉及到學科知識非常多，為了提高產(chǎn)品質量，相關操作人員一定要掌握熟練的理論知識和相關的軟件。

參考文獻：

[1]?? 李曉波.模具制造新技術應用前景[J].金屬加工（冷加工），2020（06）：13-15.

[2]?? 王麗娟，馬世博，高穎，魯素玲，閆華軍，王偉.基于模具設計的鍛模教具 3D打印與制造[J].中國冶金教育，2019（02）：43-44+47.

[3]?? 鄭海烈，周壽明，謝玉霞，劉曉珺.基于3D打印教具設計與制造[J].機械研究與應用，2019，32（01）：126-127+131.

[4]?? 楊文魁.錘鍛模的設計標準[J].金屬熱處理，1958（02）：7-19.