如何制造模具：模具制造专业指南

模具诞生于青铜时代，它的出现大大提升了我们祖先的原始制造工艺。从那时起，模具制造技术开始兴起，掌握注射成型、热压成型或铸造等先进制造技术的制造商继续依靠模具来生产日常生活中的大多数塑料、硅胶、橡胶、复合材料和金属部件。

如果专业制造商和业余爱好者对如何使用这些工艺感兴趣，那么就必须了解模具制造工艺的工作原理、使用方法以及如何优化使用方式以满足指定的产量要求。

本综合指南将为您介绍有关模具制造入门的详细信息。本指南将深入探讨不同的制模工艺、选择最佳的制模技术、可优化工艺的设备以及 3D 打印的作用等内容，并针对每一步骤提供深度补充内容链接，以确保成功完成制模项目。

各种制造工艺都需要利用设计完善的固定工具、结构或框架（称为模具）来对具有延展性的原材料进行成型。就结构而言，模具可分为凹形（阴模）或凸形（阳模）两种，具体取决于制造商所希望创建的最终设计。

模具是上述制造工艺不可或缺的组成部分，其主要用途是复制给定设计方案并制作出相同的复制品。模具制造过程中使用的材料包括金属、塑料、陶瓷、木材、泡沫等。使用制模工具完成设计和开发后，需要将模具安装到成型设备中，然后将热塑性塑料等原材料倒入模具中或使其在模具周围成型。待材料凝固后，模具会将其图案印在材料上，形成成品。

那么，模具可以制造什么呢？从原型到复杂的最终使用部件，几乎无所不能。模塑技术可用于制造汽车部件、消费品、包装、珠宝、医疗器械等等；事实上，要找到生产过程中未使用模塑技术的功能性产品并非易事。

模具制造对各种制造工艺都十分重要；模具相当于许多物品的复制设计图，并可用于批量生产。依靠模具的制造工艺包括：

• 注射成型是制造热塑性塑料、硅胶或橡胶部件最为热门的工艺之一。该工艺兼具成本效益和极高的可重复性，可大量生产高质量部件，在此过程中，先将准备好的模具插入注射成型机，然后将加热好的热塑性塑料或液化原材料倒入模具中。待材料凝固后，将最终部件从机器中弹出；该过程可快速重复进行。

• 热压成型是指加热塑料片材并使用模具将其成型为特定形状的过程。热压成型设备会将模具用作制造成品部件的模型。工作人员需要根据热压成型工艺的不同，将加热后的易塑形材料拉到或压到模具上，或通过真空吸力压到模具上。热压成型是最常用的生产包装方法，且也可用于制造耐用的成品部件。

• 铸造工艺需要在模具中注入熔融金属或其他液化材料。熔融材料会在模具内冷却并硬化，从而形成所需的产品。铸造通常用于制造金属产品以及硅胶和塑料部件。

• 压缩成型工艺通常使用两个加热模具将定量的预热成型材料压缩成所需形状。人们通常会将压缩成型视为注射成型的替代工艺，并将其用于相对简单的设计以及中低产量的部件生产。

• 吹塑成型是一种类似于玻璃吹制的技术。吹塑成型机会将空气吹入加热后的管状部件（通常由塑料或玻璃制成），并将其夹在模具中。在吹入空气时，压力会将塑料向外推出，使其与模具的形状相匹配。吹塑通常用于制作瓶子等中空产品。

• 复合材料层压是指将复合材料组装到模具上，并采用湿铺工艺、预浸料层压或树脂传递模塑等方法，将碳纤维、玻璃纤维和凯夫拉尔合成纤维等高性能材料制成复合材料成品。

多种模具类型均可用作上述制造工艺的模具解决方案。例如，铝铸中可以使用约七种模具类型，包括砂型铸造模具、陶瓷模具和壳体模具。因此，为了简化不同模具类型的分类，可采用以下分类方法：

• 一体式模具是最简单的模具类型，要求待模塑物体的所有部分都具有均匀表面。模具设计或具有一个平面的物体也可以使用一体式模具或单件式模具进行复制。虽然一体式模具可以根据 CAD 模型制作，但这些模具一般都是根据实物主模型开发而成。

• 两件式模具是生产设计较为复杂的模具的有效方法。两件式模具是指两个独立的部件通过分型线组合在一起以生产最终产品的模具。每个生产部件均反映了模型设计或主模型两个部分的不同特征。制作两件式模具通常也需要根据主模型或 CAD 模型来开发模具的两个部分。

• 多件式模具适用于几何形状较为复杂的模具设计，开发方法不同于一体式或两件式模具。多件式模具考虑了模型的不同方面或特征。因此，最终模具将由多个部件组成，以再现模型的不同特征。

• 多腔模具具有多个形状与同一部件相同的型腔，因此每个生产周期可以生产多个部件，从而提高生产率。

另一个便于针对不同模具类型进行分类的关键特征就是所开发模具的重复利用率。重复利用率指的是制造商计划使用模具的次数。根据此分类方法，不同模具类型包括：

• 一次性或牺牲模具：这些模具仅可复制一个物体，并会在使用后的脱模过程中损毁。一次性模具一般由砂石、粘土、硅胶、蜡或塑料制成。

• 可重用或永久模具：顾名思义，这些模具可以多次重复使用，可用于小批量和大批量生产。用于小批量生产的可重用模具（有时称为软模）可以由硅胶、泡沫、木材、塑料或铝等较软的金属制成。而可重用模具（通常称为硬模）大多由钢等硬金属制成，用于有耐用性且耐磨损要求的大批量生产。

如何确定适合特定应用的最佳模具制造技术？这取决于几个重要因素，包括所需的成品材料、预定的制造工艺、模型的几何形状和产量。

以下内容将介绍针对不同制造阶段，为您的制造项目选择最佳技术的简单分步方法：

制造总计划有助于明确项目的预期目标、开发时间表和可用预算等详细信息。您是计划制造定制部件还是批量生产数千件同类产品，这将决定在接下来的步骤中应选择哪些方案。开发标准可能会因项目而异，但一般来说都包括部件设计、尺寸、材料、质量、公差要求、时间表、产量要求、成本限制等。

在产品开发过程中，产品需求文档 (PRD) 等初始文档通常可以帮助您解决疑问，而物料清单 (BOM) 这一综合性清单则可以为您提供制造产品所需的部件、项目、装配和其他材料的相关信息。

针对特定部件确定正确的制造工艺在很大程度上取决于开发标准。在某些情况下，您可以使用多种生产工艺来创建任意给定设计。一般来说，所选工艺应该既能以最低成本生产符合质量要求的部件，又能满足其他开发标准。材料选择和生产量可能是影响决策的最重要因素。

对于塑料部件，您可以阅读我们的塑料制造工艺指南。

在确定了合适的制造工艺后，该工艺的适用模具类型也在很大程度上取决于开发标准。虽然具体情况视制造工艺而异，但在选择模具制造技术时，您仍可将以下内容视为一些最重要的考虑因素：

• 部件设计：尽量简化设计，并使其符合特定制造工艺的设计规则，以便选择成本最低的技术。简单设计可能只需使用手工技术制作的模具即可，而复杂设计往往会用到多件式模具和使用 3D 打印机或 CNC 加工等数字制造工具制作的模具。

• 产量：大批量生产要求模具经久耐用，能够准确复制模型而不会在使用几次后磨损。然而，此类模具的制造成本高昂且周期漫长。对于一次性部件和小批量生产，选择成本更低且制作速度更快的模具可能更有效，例如当牺牲模具或软模开始出现不可修复的磨损迹象时即可将其丢弃。

• 质量：更严格的公差要求使用更精确的模具和工具（如数字制造工具）来创建部件，并且需要更高的耐用性以确保在多个周期内部件质量始终如一。

• 时间表：通过服务提供商生产复杂金属模具通常需要数月时间。如果您的时间紧迫，可以尝试寻找能缩短前置时间的替代方案，如 3D 打印快速模具制作。

• 材料：熔点较高或耐磨性较强的材料需要用到更耐用的模具，且模具需要在性能不退化的情况下制造出所需数量的部件。