浅析工业化预制构件模具设计技术

浅析工业化预制构件模具设计技术

发表时间：2017-08-17T15:12:57.813Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第8期作者：李海新[导读] 近些年来，我国高速发展的经济和不断加快的城市化进程使得现代化的建筑产业越来越完善。

上海拜杰实业有限公司摘要：近些年来，我国高速发展的经济和不断加快的城市化进程使得现代化的建筑产业越来越完善，迅速发展的建筑行业已经成为我国经济支柱产业的重要组成部分。预制构件可以节约能源和劳动力，减少施工过程可能会产生的环境污染，缩短建造周期，提高建筑产品的品质等。而其中由于构配件的工厂化生产使得转型升级后的建筑领域越来越多地采用预制构件，预制构件厂商应严格把控质量，而模具是质量控制的核心。本文试图从模具设计技术的角度从模具重要性、国内外现状、模具设计知识分析等方面来叙述模具在整个预制构件产业中的作用，使得越来越多的构件厂商对于模具的规范性、科学性以及重要性能有更加深刻的了解，有利于生产的方式升级和行业的技术进步。

关键词：模具设计；预制构件

目前，由于国家对现代化建筑产业的高度关注和大力推进，建筑领域蓬勃发展，不断更新其产业发展内容。现代化的建筑产业以工业化建筑为核心，预制构件工厂的工业化生产使用信息化管理手段成为工业化建筑中最重要的环节之一，它不仅促进了我国建筑行业业的转型升级，而且改变了以往传统生产方式。因此，一套模具是否方便实用深刻影响着预制构件厂商制造的全过程。而对于高效生产、先进技术相结合的预制构件生产厂商以模具作为质量控制的核心。故本文从模具重要性、国内外现状、模具设计知识探析工业化预制构件模具设计技术方面的具体内容。

1 模具在工业化预制构件中的重要性 1.1 模具重要性

预制构件模具，是指通过一定方式使材料成型的特定结构形式而形成的一种工业产品，此外，它也是一种生产工具，能成批生产出同样尺寸要求和规格的工业产品零部件。预制构件模具所生产的制件远超出任何其它加工方法，特别是它的高效、高一体化、高性能话以及高精度等技术特点。预制构件模具是工业化建筑部品构件质量的保障，预制构件模具技术水平对于工业化建筑部品件的质量起着制约作用，模具的好坏决定产品生产质量的好坏。

（1）成本

外部因素的模具材料费用和内部因素的制造费用是影响模具成本的主要因素。专业的预制构件厂采用模具生产并到现场组装的装配工法代替以往现浇工法。因为工业化的住宅不同于传统的建筑模式。经过调查，而在模具设计优良的前提下，模具的摊销费用在预制构件的组成成本中约占5%～10%。预制构件生产和安装的比例在装配工法的工业化建筑成本中约为7：3，所以，在整个建筑工业化成本中，模具的费用起着非常重要的作用。（2）效率

预制构件成本高低随着生产效率高低波动，因此，影响预制构件制造成本最直接的就是生产效率，。生产效率受很多因素影响，其中一个关键因素就是模具设计是否合理。（3）质量

比起传统现浇工法，工业化建筑采用装配工法能极大的提升精度。预制构件的尺寸精度受模具设计好坏直接影响，各地地方标准和国家标准都严格规范预制构件的尺寸。因此，模具的尺寸对工业化预制构件的尺寸至关重要。

1.2 国内外现状

我国的建筑工业化部品构件模具起步较晚，发展缓慢，技术水平较低，由普通的模具企业转行成大部分建筑模具企业。形式众多的建筑工业化部品构件需要设计、制造大量的模具，目前建筑建筑工业化部品件模具存在的主要问题：（1）由于模具易受水泥与水腐蚀，在预制构件浇筑后需要养护，导致建筑工业化部品件模具寿命低。（2）预制构件模具结构严重影响了建筑工业化部品件的质量与精度。建筑工业化部品件尺寸大，导致模具尺寸大而重，变形大。（3）建筑工业化部品件模具通用性差，缺乏标准化。建筑工业化部品构件受建筑企业的技术标准不同而呈现出标准化程度不高的现象。

2 模具设计分析

2.1模具设计的相关内容（1）模具的结构类型①粉末冶金模具结构粉末冶金模通常由上模冲、下模冲、芯棒和阴模等构成。粉末成型方法很多，因此粉末冶金模具的种类也多种多样，有压模、精整模、复压模、锻模、挤压模、热压模、等静压模、粉浆浇注模、松装烧结模等。

②冷冲模结构

冷冲模的类型虽然很多，但任何一副冲裁模都是由上模和下模两个部分组成的。上模是冲模的活动部分，通过模柄或上模座固定在压力机的滑块上，可随滑块作上、下往复运动；下模是冲模的固定部分，通过下模座固定在压力机工作台或垫板上。

③塑料成型模具结构塑料模是实现塑料成型生产的专用工具和主要工艺装备。如日常生活中常见的塑料茶具、塑料餐具及家用电器中的各种塑料外壳等。利用塑料模可以成型各种形状和尺寸的塑料制件。

④压铸模及锻模结构

合金压铸又称压力铸造。合金压铸使用的模具，称为压铸模。它是将固态金属加热熔化成液态后放入压铸机加料室内，用压铸机活塞加压促使液态金属经浇注系统压入模具型腔内，待液体在型腔内冷却后，便把型腔的轮廓复制出来从而形成制品。

在锻压生产中，将金属毛坯加热到一定温度后，放在模膛内，利用锻锤压力使其发生塑性变形，充满模膛后形成与模膛相仿的制品零件，这种专用工具称为锻模。

锻模是是机械制造中制造毛坯或零件不可缺少的专用工装之一，是锻压生产中的主要工具。

（2）模具材料的选择

模具材料的性能对模具零件质量至关重要，选用模具材料需要具体生产条件和工作条件以及材料的性能等因素相结合。模具材料选择依然是一个经验性很强的系统工程，零件制品性能的基础是选材的合理。模具的使用寿命受模具材料选择的优劣直接影响。

2.2影响模具寿命的因素以及改善措施

（1）模具寿命的影响因素

模具寿命分为刃磨寿命（两次刃磨之间的合格件数表示）和模具总寿命（用模具失效为止的总的合格制件数表示）。磨损、折断、涨裂、变形和崩刃是模具一般失效的原因。如果模具生产的产品报废，就意味着该模具没有使用价值。对已失效的模具进行分析是提高模具的寿命的方法。影响模具寿命的因素实际上就是模具工作条件、模具结构设计、模具材料、模具使用状况、模具的热加工和冷加工等影响模具承载能力的因素。

（2）改善模具寿命的措施

①模具材料须合理选择。根据各种材料的耐磨性、强度、硬度、韧性及疲劳强度等性能特点对合适的模具材料进行优选，可最大程度地提高模具寿命。结合模具自身的使用特点，以满足模具零件经济性、工艺性和使用性作为前提，考虑批量生产零件。

②制定合理的热加工工艺.根据热处理变形规律调整模具冷热加工工序，可以实现对变形的有效控制，提高模具寿命。此外，在整个模具设计、制造、使用过程中实行全面的质量管理来改善模具加工工艺，也是提高模具寿命的有效措施。正确操作、使用与维护模具，提高设备的刚度和精度。

③制定合理的冲压工艺，选用高质量、高性能冲压材料，合理安排冲压工序，可使模具设计与制造过程大大简化，从而提高模具的寿命。

（3）改善模具结构

①保证结构刚度，必须根据冲床在承受负荷的同时要产生变形来决定压由机能力 .如果模具在工作中不能保证工作精度和凸凹模间的动态间隙，会出现凸凹模相互啃伤和卡死。因此，为了避免影响模具寿命模具结构必须具有足够的刚度和可靠的导向。

②采用组合式凸凹模。采用组合式凸凹模，可以提高模具的寿命。因为它能延缓疲劳裂纹的产生，有效减少应力集中。

③减轻工作载荷。为了减轻模具的工作载荷，通过合理的冲压加工工艺设计出经济合理的模具结构。

2.3实践中出现具体问题以及解决措施

（1）上海21丘地下车库项目预制构件模具设计项目中，笔者与客户沟通确定整体方案在现场改造中节约了成本，吊装完成后效果显著，主题突出，得到集团领导的一致好评。

（2）在上海青浦绿地重固项目预制构件模具设计项目中遇到的最大难点就是异型窗，由于其形状不规则，给设计及生产加工带来了难度。经反复分析和现场调研以及与客户沟通确定整体方案；本人提出的异型窗解决方案，解决了窗户面积大，形状复杂的问题。此方案得到了客户的一致认可和好评。

（3）在首创旭辉项目预制构件模具设计项目中，通过组织项目小组收集整理所需资料、确定项目整体初步方案、进一步与客户沟通调整方案等步骤最终决定每种产品均采用SW软件3D建模，SW软件3D建模可以更好的更直观的为客户展现模具的实体效果，使客户和生产人员能更容易理解模具的结构，保障模具的准确性。

3 结束语

综上所述，模具设计技术是对项目实施起着关键作用，该工作不但决定着一个企业的产品质量，还对预制构件成本和生产效率产生直接影响。虽然现代化建筑产业已经辐射全国各地，预制构件产业迎来前所未有的发展机遇，但其起步晚、发展慢、标准化程度低，国内生产大型预制构件的生产线和技术均处于探索阶段，面对这些亟待解决的问题，我们任重而道远。通过设计图标准化、研制先进设备及配套生产工艺、优化精度和刚度、确定具体设计参数、制订标准规范的操作规程和工法、专研差别及设计控制问题来带动提升我国新型建筑工业化，以便能推动建筑模具工业的制造技术水平。我公司也将继续研究开发多种标准化模具，希望该成果能够进一步推广在我国建筑领域中预制混凝土装配式建筑的应用同时也有利于预制构件生产企业模具设计研究。

参考文献

[1]楼志江.论工业化预制构件模具设计的重要性[J].中外建筑，2016（10）：129-130