國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢xxx公司國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度國內(nèi)外模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢摘要：本文敘述了模具技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，介紹了各行業(yè)模具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向；文中強(qiáng)調(diào)指出了兩個關(guān)鍵問題——模具材料和模具標(biāo)準(zhǔn)——是持續(xù)發(fā)展模具技術(shù)的重大策略。中國模具技術(shù)，則是依據(jù)著國際模具市場的發(fā)展趨勢，轉(zhuǎn)變著模具品牌產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)模，不斷的提高著模具設(shè)計(jì)水平，迎合著模具企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，也會進(jìn)一步的推動著模具技術(shù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢、現(xiàn)狀、模具技術(shù)、塑料模具、模具CAD／CAMAbstract:Thispaperwasnarratedtheimportanceofthemouldtechnologyinthenationaleconomy．Itwasintroducedthepresentsituationanddevelopmentdirectionofalltradeandprofessionsonthemouldanddie．Itwasindicatedemphaticallytwoquestionsofthecrux一一mouldmaterialsandmouldstandard——developingcontinuouslythegreattacticsontheprogressofthemouldtechnology.Chinamoldtechnology,accordingtotheinternationalmoldisthedevelopmenttrendofthemarket,thebrandproductchangemouldthedevelopmentscale,andconstantlyimprovethelevelofthediedesign,cateringtotheneedsofthemouldenterpriseeconomicdevelopment,willfurtherpromotethedevelopmentofthemouldtechnology.引言模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，國民經(jīng)濟(jì)的五大支拄產(chǎn)業(yè)機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑都要求模具工業(yè)發(fā)展與之相適應(yīng)。目前，模具行業(yè)的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，模具標(biāo)準(zhǔn)件、軟件、材料供應(yīng)等服務(wù)模式更為人性化，為企業(yè)一攬子解決問題的服務(wù)模式開始出現(xiàn)，這無疑對模具行業(yè)的發(fā)展有著很大的推動作用，另外，我國的模具品種仍然不豐富，模具行業(yè)的平衡發(fā)展亟需重視。模具是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝裝備。模具在制造業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、研發(fā)和創(chuàng)新中所具有的重要地位，使得模具制造能力和技術(shù)水平的高低已成為衡量國家制造業(yè)水平和創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志。近10年來，我國模具工業(yè)均以每年15％以上的增長速度快速發(fā)展?！笆晃濉逼陂g，我國模具行業(yè)保持產(chǎn)銷兩旺、持續(xù)高速發(fā)展，模具產(chǎn)量、質(zhì)量進(jìn)一步得到提高。中國的模具市場十分廣闊，特別是在汽車制造業(yè)和IT制造業(yè)發(fā)展的帶動下，對模具的需求量和檔次也越來越高，同時精良的模具制造裝備為模具技術(shù)水平的提升提供了保障。2007年模具銷售額870億人民幣，比上一年增長21％，模具出口億美元，比上一年增長35．7％，模具進(jìn)口仍保持在20億美元。數(shù)據(jù)顯示著我國模具整體實(shí)力進(jìn)一步加強(qiáng)。模具現(xiàn)狀（一）國外模具技術(shù)現(xiàn)狀高新技術(shù)在模具企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用（1）廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70～80%。PRO/E、UG、CIMATRON等軟件普遍應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用，保證了模具零件的加工精度和質(zhì)量。CAE技術(shù)已逐漸成熟（意大利COMAU公司應(yīng)用CAE技術(shù)后，試模時間減少了50%以上）。（2）普遍采用高速切削加工技術(shù)特征：以高切削速度、高進(jìn)給速度、高加工質(zhì)量。加工效率：比傳統(tǒng)的切削工藝要高幾倍，甚至十幾倍。轉(zhuǎn)速：15000～30000r/min。效益：大大縮短制模時間。（3）普遍應(yīng)用快速成型技術(shù)與快速制模技術(shù)塑料模具：有專門提供原型制造服務(wù)的機(jī)構(gòu)和公司塑料模具廠家利用快速原型澆制硅膠模具，用于少量翻制塑料件。汽車模具：多為鋅基合金快速制模和使用環(huán)氧樹脂制作金屬成型模。（二）國內(nèi)模具現(xiàn)狀我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。國內(nèi)的模具生產(chǎn)廠已超過17000家，從業(yè)人員達(dá)50萬。近年來，我國的模具工業(yè)一直以每年13％左右的增長速度快速發(fā)展我國模具行業(yè)在“十五”期間的增長速度達(dá)到13％~15％。中國模具產(chǎn)業(yè)的進(jìn)出口近幾年來，我國每年進(jìn)口模具約占市場總量的20％左右，已超過10億美元，成為世界上最大的模具進(jìn)口國其中塑料與橡膠模具占全部進(jìn)口模具的50％以上，沖壓模具占全部進(jìn)口模具約40％中、高檔模具進(jìn)口比例占市場總量的40％以上我國模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步主要表現(xiàn)在1)研究開發(fā)了模具新鋼種及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等新材料，并采用了一些新的熱處理工藝，延長了模具的使用壽命。比如沖模廣泛使用合金工具鋼代替碳素工具鋼，提高模具壽命，減少模具熱處理變形。2)開發(fā)了多工位級進(jìn)模和硬質(zhì)合金模等新產(chǎn)品，并根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)需要研制了精密塑料注射模。3)研究開發(fā)了一些模具加工新技術(shù)和新工藝。如三維曲面數(shù)控加工；模具表面拋光、表面皮紋加工及皮紋輥制造技術(shù)；模具鋼的超塑性成型技術(shù)和各種快速成型技術(shù)等。4)模具加工設(shè)備已得到較大發(fā)展，已廣泛使用精密坐標(biāo)磨床、數(shù)控(CNC)銑床、CNC電火花線切割機(jī)床和高精度電火花成型機(jī)床等。模具零件的精度由數(shù)控機(jī)床保證，解決了以前傳統(tǒng)切削加工生產(chǎn)模具零件，靠鉗工技藝保證質(zhì)量，質(zhì)量難保證的問題。5)模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(模具CAD/CAM/CAE)已在國內(nèi)得到了廣泛的開發(fā)應(yīng)用。三維造型軟件和仿真軟件的廣泛應(yīng)用，不僅能自動編程，還能進(jìn)行干涉檢查，保證設(shè)計(jì)和工藝的合理性。中國模具工業(yè)存在的問題精密加工設(shè)備還很少大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出許多先進(jìn)的技術(shù)如CAD／CAE／CAM技術(shù)的普及率還不高現(xiàn)代模具特點(diǎn)及主要種類（一）現(xiàn)代模具特點(diǎn)（1）高精度比傳統(tǒng)模具高出一個數(shù)量級。（2）長壽命傳統(tǒng)模具50～100萬次，現(xiàn)代模具一般在500萬次以上，硬質(zhì)合金多工位級進(jìn)模可達(dá)2億～6億次。（3）高生產(chǎn)率（4）型腔形狀和模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜塑料注射模、汽車覆蓋件模具（二）現(xiàn)代模具主要種類塑料模從第十三屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會上可見，各類塑料模仍然是展會的主角，其數(shù)量之多、品種之廣、質(zhì)量之高、技術(shù)之新穎創(chuàng)歷屆模展之最，而注射模中又以大型、精密模具居多①生產(chǎn)大型塑料模具如汽車整體儀表板注塑模、汽車橫梁、中網(wǎng)注塑模、貨物托盤1400×1200×150mm、200L垃圾桶、背靠椅等②生產(chǎn)精密塑料模具如筆記本電腦上蓋注塑模、多型腔小模數(shù)齒輪及精度達(dá)5μm的7800腔塑封模具等沖壓模模具上沖壓模具的特點(diǎn)是參展廠家多、展出品種多、展品檔次高，盛況空前。代表沖壓模具發(fā)展方向的多工位級進(jìn)模和精密沖模。涵蓋了電子、通訊、汽車、儀器儀表、電機(jī)電器、辦公設(shè)備和家電產(chǎn)品配套的模具，越來越多的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具出口大幅增加。汽車覆蓋件模①CAD/CAM/CAE技術(shù)的運(yùn)用水平不斷提高a)在CAD方面，進(jìn)行3D-LD圖的設(shè)計(jì)。b)開始采用CAE技術(shù)。②檢測技術(shù)和逆向工程技術(shù)取得新發(fā)展。實(shí)物——建立數(shù)學(xué)模型——出工程圖紙——模具制造鑄造模近幾年我國壓鑄模具制造業(yè)，無論在品種、產(chǎn)量、復(fù)雜程度、綜合設(shè)計(jì)水平、模具大型化、以及企業(yè)的工裝設(shè)備、加工和檢測手段均有很大的提高，顯示出如下幾個新特點(diǎn)：①在普遍實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的基礎(chǔ)上，不少廠家還通過CAE后確定流道、溢流、冷卻及排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，個別廠家還與國外聯(lián)合設(shè)計(jì)或利用外國圖紙進(jìn)行生產(chǎn)(尤其是出口模具)，模具制造前的CAE分析越來越得到重視。②特大型、復(fù)雜壓鑄模具多家企業(yè)可以自行設(shè)計(jì)和制造生產(chǎn)，③出口到歐、美、日等先進(jìn)工業(yè)國家和地區(qū)的模具數(shù)量劇增。多個展臺展出了近年來出口模具的樣品，據(jù)了解部分企業(yè)出口模具已占產(chǎn)量的30％以上。這些產(chǎn)品的展示，打破了我國大型、復(fù)雜、精密汽車壓鑄模以往只進(jìn)口無出口的缺口，預(yù)示著壓鑄模具行業(yè)更加輝煌的前景。④近年來企業(yè)裝備有較大提升，不少企業(yè)購進(jìn)高速切削機(jī)床、龍門數(shù)控銑床、三坐標(biāo)測量儀、大型合模機(jī)、低速走絲電火花線切割機(jī)、石墨加工中心、真空熱處理爐等加工和檢測設(shè)備，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)模具提供了精良裝備。⑤真空壓鑄使用的模具、油溫控制的模具、采用耐熱彈簧、氮?dú)鈴椈傻哪＞?、模具鑲塊采用特殊表面強(qiáng)化處理以及壓鑄鎂合金、銅合金的模具均在展覽會上亮相?，F(xiàn)代模具發(fā)展趨勢（1）粗加工向高速加工發(fā)展（以高速銑削加工為代表，高速銑削加工主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)4000~10000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)30~40m/min,與傳統(tǒng)銑削加工相比，工件溫升低，熱變形小，效率高，還可加工硬度達(dá)HRC60的模塊。（2）成形表面的加工向精密、自動化發(fā)展（成形表面的精加工向數(shù)控、數(shù)顯方向發(fā)展，數(shù)控機(jī)床、電火花成形機(jī)床、慢走絲線切割機(jī)床等精加工廣泛運(yùn)用。（3）光整加工向自動化發(fā)展（目前模具的研磨、拋光等光整加工仍然以手工作業(yè)為主，不僅費(fèi)工費(fèi)力，而且表面質(zhì)量低。發(fā)達(dá)國家正在研制數(shù)控自動化光整加工設(shè)備。（4）快速成形加工模具技術(shù)將得到發(fā)展快速原型制造技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)控制逐層堆積材料來制造復(fù)雜形狀的實(shí)體樣件或模具零件，不用工裝和刀具能實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)。低熔點(diǎn)合金模、精鑄模、層疊模、環(huán)氧樹脂模等一些快速經(jīng)濟(jì)型模具將進(jìn)一步得到應(yīng)用，適合于多品種少批量生產(chǎn)用模。高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)用于逆向工程，掃描系統(tǒng)和加工中心結(jié)合，從實(shí)物掃描到加工一步完成，可大幅縮短制模周期。適合仿造零件和模具的加工，不需要圖紙，直接用實(shí)物就能加工。（5）模具CAD／CAE／CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展模具設(shè)計(jì)中常用的繪圖軟件有CAD、CAXA電子圖板，常用的三維造型和加工軟件有PRO/E、UG、CAXA機(jī)械制造工程師、MOSTERCAM。用于模具設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)軟件日趨完善，并向智能化、集成化方向發(fā)展，能減少設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動，提高效率。運(yùn)用三維造型和加工軟件，可生成刀具軌跡并輸出加工程序代碼，通過仿真進(jìn)行加工精度檢查和干涉檢查，從而保證設(shè)計(jì)和工藝的合理性。（6）模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展一模多腔、大型多工位級進(jìn)模、大型復(fù)合模等高效模具的使用越來越廣泛。超精加工和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將得到發(fā)展。在多工位級進(jìn)模上開發(fā)多功能復(fù)合模，如將沖壓、疊片攻螺紋、鉚接等工序復(fù)合在一副模具中的電機(jī)鐵芯組件多功能復(fù)合模，一副模就能生產(chǎn)成批的組件。①模具向著精密、復(fù)雜、大型的方向發(fā)展對檢測設(shè)備的要求越來越高。目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī)，并具有數(shù)字化掃描功能。實(shí)現(xiàn)了從測量實(shí)物_建立數(shù)學(xué)模型_輸出工程圖紙模具制造全過程，成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用②高速銑削機(jī)床(HSM)銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。HSM主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料模等曲面加工③模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展，國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng)，這也是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征：多臺機(jī)床合理組合；配有隨定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。（7）模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將不斷提高我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高。估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用率已達(dá)30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右，為了適應(yīng)模具工業(yè)的發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必須加強(qiáng)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必須得到發(fā)展。盡量使用模具標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)模坯，將一般模具零件和粗加工等工序發(fā)外加工，通過社會化協(xié)作生產(chǎn)，可大幅度縮短制模周期，降低模具成本。（8）優(yōu)質(zhì)模具材料和新型材料將得到推廣沖模常用的優(yōu)質(zhì)模具鋼有合金工具鋼Cr12、Cr12MoV（SKD11);高速鋼W6Mo5Cr4V2(SKH51)、粉末高速鋼SKH40、HAP40；硬質(zhì)合金YG15、YG20、V3（HIP）。常用新型塑料模鋼有：預(yù)硬鋼5NiSCa、SKD61、H13，新型淬火、回火鋼SKD11（改進(jìn)）、H13+S馬氏體時效鋼18Ni（300）、MASIC，析出硬化鋼P(yáng)MS、NSM，耐腐蝕鋼P(yáng)CR、NAK101。在國外鋁合金已廣泛用作快速經(jīng)濟(jì)型模具的材料。（9）模具材料及表面處理技術(shù)的研究因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45％以上。在整個模具價格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20％～30％，因此，選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說，要采用電渣重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼，如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)因問題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒有材料方向性，因此，它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別對形狀復(fù)雜的沖件及高速沖壓的模具，其優(yōu)越性更加突出，是一種很有發(fā)展前途的鋼材。模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精細(xì)化、制品化，盡量縮短供貨時間亦是重要發(fā)展趨勢。熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。（10）壓鑄模、擠壓模及粉末鍛模比例增加模具工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)隨著汽車、車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝模的比例將不斷提高，對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也