第一章 绪 论
1.1塑料模具制造企业的背景及现状
塑料模具由功能件和支持件组成，功能件为型腔和型芯，支持件一般为标准件。因此，塑料模具加工的主要部位可分为两类，即型腔、型芯加工和型孔加工。型腔、型芯加工主要依靠铣削加工及电火花成形加工（EDM）。在铣削加工方面，主要有各类数控铣床、数控仿形铣床、加工中心等，这些加工技术及设备在我国已大量应用。在 EDM方面，主要有各类电火花成形机床、数控电火花成形机床（NCEDM），在我国也已大量应用。塑料模具加工设备的发展主要体现在以下几个方面。
（1）高速铣削加工。
高速铣削加工在模具制造中具有以下特点：
1）高效：高速铣削的主轴转速一般为 15000~40000r/min，最高可达 100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为 400m/min，比传统的铣削加工高 5~10 倍；在加工型腔模时与传统的加工方法相比（传统铣削、电火花成形加工、抛光）其效率提高 4~5 倍；与完全采用 EDM 加工相比，其加工速度提高 4~8 倍。
2）高精度：一般加工精度为 10μm，有的精度还要高。
3）高表面质量：由于高速铣削的工件温升小（约 3℃），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度 Ra 小于 1μm。
4）可加工高硬材料：可铣削 HRC50~54 的钢材，铣削的最高硬度可达 HRC60。由此可见，高速铣削加工设备无疑是模具制造技术重要的发展方向。
1.2国内外研究现状
当前，为了降低模具制造成本，提高模具企业竞争力，国内外对模具制造技术革新和机床设备工装改造提出了新的要求，新产品、新技术、新设备、新工艺得到不断推广，低碳经济、绿色制造技术研究应用是未来经济发展方向，也是产品进入国际市场基础，机床、模具行业企业应高度重视，应提早做好准备，迎接未来。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起国民经济各产业部门的重视。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。日、美等工业发达国家模具的产值早已超过机床工业的产值。1997 年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业的产值。目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。机械工业是我国国民经济五大支柱产业之一，是十分重要的装备工业。
模具工业是其中的一个重要组成部分。模具工业直接为高新技术产业化服务，模具工业已成为高新技术产业的重要组成部分。高新技术的产业化离不开模具，模具制造技术水平的提高也离不开高新技术的产业化。模具加工是精密成型工艺的一种，具有低耗能和省材等特点，充分体现了国家可持续发展的战略。模具工业是无与伦比的“效益放大器”，这不仅体现在模具所形成的最终商品的产值是模具自身产值的上百倍，更体现在高附加值的产品离不开高水平的模具，模具有巨大的技术经济效益。知识经济时代是中小企业空前活跃和迅猛发展的时代，而模具工业的发展是与此相关的中小企业获得良性发展的一个必要条件，浙江民营企业的发展就是一个极具说服力的例证。国家提出“抓大放小”发展中小企业，为模具工业的发展提供了良好的机遇。同时模具工业也是以中小企业为主，适合多种所有制共同发展的产业。在进一步扩大开放的过程中，我国模具工业（包括外资和中外合资模具企业）的发展，将有利于扩大出口和提高我国制造业的国际竞争力。
衡量模具产品水平，主要有模具的制造精度和表面粗糙度，模具的复杂程度，模具的使用寿命、制造成本和制造周期等。当前国内外模具产品水平仍有一定的差距，尽管我国机床工具行业已可提供成套的高精度加工设备，但在加工和定位精度，加工表面粗糙度，机床刚性、稳定性、可靠性，刀具和附件的配套性及精度保持性等方面，和国外相比，仍有一定的差距。虽然国内许多企业也引进了不少国外先进设备，但总的装备水平仍比国外企业落后许多，设备数控率和 CAD/CAM 应用覆盖面都低得多，且设备不配套、利用率低现象比较严重。随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高。
第二章 塑料模具制造企业的生产管理及影响因素
2.1 塑料模具制造企业的生产流程分析
传统的塑料模具制造企业生产系统为金字塔式分级递阶结构，其规划、调度和控制一般为串行方式，缺乏柔性，不能适应市场竞争条件下生产组织方式的频繁调整和产品需求的动态变化，这种集中分析递阶式的组织方式还限制了制造系统进行扩展和重构的能力，系统的鲁棒性较差，往往由于个别环节的错误导致整个系统不能正常运行。因此，迫切需要具有良好柔性、快速反应性和容错能力的新型制造系统，这种制造系统应当能够在具备一定效益优势的情况下快速响应市场变化，根据不同的需求，迅速、经济地构建制造过程，动态地对整个制造过程进行自适应、自组织、自学习、自优化和自维护。为了实现这一目标，近年来人们将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术、人工智能及系统工程方法相互融合，提出了先进制造技术（Advanced ManufacturingTechnology，AMT）的概念，并进行了广泛研究。到目前为止，已提出或实施的先进制造系统模式有柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS、精良生产系统LP，智能制造系统IMS、敏捷制造系统AMS、全能制造系统HMS、虚拟制造系统VMS、分形企业FE等，其中敏捷制造和智能制造模式是具有代表性的两种模式。
第三章 利用试验方法提炼影响...................... 48-68
3.1 试验环境的介绍...................... 48-50
3.2 影响制造成本因素的选择...................... 50-52
3.3 试验与结果分析 ......................52-67
3.3.1 试验方案的实施 ......................52-59
3.3.2 试验结果的分析...................... 59-67
3.3 本章小结 ......................67-68
第四章 塑料模具制造过程关键...................... 68-81
4.1 NC加工过程的分析与实验优化...................... 68-75
4.1.1 NC加工铣削参数与铣削刀具...................... 68-69
4.1.2 塑料模具型腔粗铣的工艺优...................... 69-70
4.1.3 实验优化 ......................70-73
4.1.4 NC加工中的刀具路径优化...................... 73-75
4.2 放电加工的分析与试验优化 ......................5-80
4.2.1 超声电火花复合加工的...................... 76
4.2.2 加工效果预测模型的建立...................... 76-80
4.3 本章小结...................... 80-81
结论
本文对塑料模具制造过程中的成本进行了分析与研究，总结了塑料模具制造过程关键影响因素。针对这些问题，结合了数学统计方法及先进技术的应用对制造过程中的影响因素进行了研究整理。通过本论文的研究，取得了如下几个研究成果：
（1）深入分析了塑料模具制造过程中的模具成本组成特点及统计要求，运用了数学统计试验方法，对塑料模具制造过程中影响成本的各种因素进行了统计，给出了制造加工工时的计算及制造加工成本的统计计算。
（2）把 25 套小型塑料模具制造加工工时及制造加工成本 9 个影响因素，即型腔NC 加工成本、电极 NC 加工成本、镶件 NC 加工成本、型腔线切割加工成本、电极线切割加工成本、模板线切割加工成本、镶件线切割加工成本、型腔放电（电火花）加工成本及镶件放电加工成本，引入研究制造成本的分析过程中，使得结果更加准确。
（3）针对塑料模具的设计和制造特点，对选用的 25 套小型塑料模具进行集中分析，使研究结果更加准确，得出影响塑料模具制造加工过程的三个关键影响因素，即型腔NC 加工时间、电极 NC 加工时间及型腔放电加工时间。
（4）对影响塑料模具制造过程成本的型腔 NC 加工时间、电极 NC 加工时间及型腔放电加工时间等三个关键影响因素，进行了深入的分析与试验优化。分别对 NC 加工过程和放电加工过程进行了分析与试验优化。利用数控加工仿真系统 VERICUT 软件建模得出 NC 程序的优化过程及方法。通过优化，无论是精加工还是粗加工，加工效率都有了大幅的提高；高速精加工效率提高不如粗加工和半加工，这主要与在精加工中，采用环形走刀，切削量小，空走刀时间短，所以优化效果没有那么明显。利用超声电火花复合加工得出电火花加工的优化过程及方法，提供了建立加工参数与加工指标之间映射关系的方法，并利用遗传算法对加工参数进行优化，大大提高了超声电火花复合加工中参数选择的可靠性和应用的经济性。通过试验优化，得出的结果，在生产实现上得到了更好的指导作用。
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