模具先进制造技术论文

我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具的生产能力。 一、冲压模具市场情况 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下： 据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口亿美元,约合亿元. 根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具亿美联社元,约合亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为亿元.其中国内市场需求为亿元,总供应约为亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到亿美元,比2004年增长就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 二、冲压模具水平状况 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 1、 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。 21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。 模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。 快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。 2、模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。 但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。

模具制造技术与发展趋势摘要】论述了模具与模具工业概况,以及我国模具工业的现状和发展趋势,指出了我国模具技术与国外的差距,同时对国内外的模具市场进行了分析。关键词:模具制造技术;发展;模具工业1引言模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备,是最重要的工业生产手段和工艺发展方向,一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展水平,模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要标志之一。模具工业称作“黄金工业”。国民经济的5大支柱产业:机械、电子、汽车、石化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应,模具是“效益放大器”,用模具生产的最终产品价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍,模具生产水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,也在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力,因此,振兴和发展我国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。2模具与模具工业概述模具是一种专用工具,用于成形(型)各种金属或非金属材料所需要零件的形状制品,这种专用工具统称模具。模具是工业生产中最基础的设备,是实现少切削和无切削的不可缺少的工具,广泛用于工业生产中的各个领域,如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电子等,它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。我国模具工业的现状我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术水平有了很大的发展和提高;大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了一个新台阶,模具质量及寿命明显提高,模具交货期大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用。我国模具工业的发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制造要求是“交贷期短”“、精度高”“、质量好”和“价格低”,模具技术的发展应该与这些要求相适应。现代模具制造技术是以两大技术的应用为标志的,一是数控加工技术,二是计算机应用技术。(1)数控加工技术包括:数控机械加工技术、数控电加工技术和数控特种加工技术。数控机械加工技术:模具制造中的数控车削技术、数控铣削技术,这些技术正在朝着高速切削的方向发展。数控电加工技术:如数控电火花加工技术、数控线切割技术。数控特种加工技术:通常利用光能、声能和超声波等来完成加工的,如快速原型制造技术等,它们为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。(2)计算机技术。CAD/CAM技术:用于建模和为数控加工提供NC程序。CAE技术:主要是针对不同的模具类型,以相应的基础理论,通过数值模拟方法达到预测产品成型(形)过程的目的,改善模具设计。仿真技术:主要是检测模具数控加工的NC程序,减少实际加工过程中的失误。网络技术:通过局域网和广域网达到异地同步通信、及时解决问题的目的。我国模具技术与国外的差距虽然我国模具工业在过去10多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中占的比重较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。(1)产需矛盾。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,尽管改革开放以来,模具工业有了较大的发展,但无论是在数量上,还是在质量上仍满足不了国内市场的需要,目前满足率只能达到70%左右,造成产需矛盾突出的原因:一是专业化、标准化程度低,除少量标准件外购外,大部分工作均需模具厂去完成,加工企业管理体制上的约束,造成模具制造周期长,不能适应市场要求;二是设计和工艺技术落后,如模具CAD/CAM技术普及率不高,加工设备数控化程度低等,也造成了模具生产效率不高,周期较长。(2)产品水平。衡量模具产品的水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等,国内外模具产品水平仍有很大差距,见表1、表2和表3所示。(3)工艺装备水平。我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度模具加工设备,如加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机等。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方面,与国外相比,仍有较大差距。3我国模具技术的发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品的品种多、更新快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低,因此,模具工业的发展趋势是非常明显的。模具产品的大型化和精密化模具产品成型(形)零件的日趋大型化,以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔),使模具日趋大型化。随着零件微型化和模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加,其步距精度的提高),精密模具精度已由原来的5μm提高到2～3μm,今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下,这就要求发展超精加工。多功能复合模具新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上开发出来的,一副多功能模具除了冲压成形零件外,还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务,通过多功能模具生产出来的不再是单个零件,而是成批的组件。新型的热流道模具塑料模中由于采用热流道技术,可以提高模具制造的生产效率和质量,并能大幅度节省制作的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模的一大变革,国外模具已有一半用上了热流道技术,有的企业甚至已达80%以上,效果十分明显。气体辅助注射模和高压注射成型工艺模具气体辅助注射成型是一种塑料成型的新工艺,它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成型、壁厚差异较大等优点,可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。快速经济模具目前快速经济模具在生产中的比例将达75%以上,一方面是制品使用周期短和品种更新快,另一方面制品的花样变化频繁,均要求模具的生产周期越快越好。因此,开发快速经济模具越来越引起人们的重视。高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达到40000～100000转/min,快速进给速度可达到30～40m/min,换刀时间可提高到1～3s,这样就大幅度提高了加工效率,如在加工压铸模时,可提高7～8倍,并可获得Ra≤10μm的加工表面粗糙度,形状精度可达10μm。另外,还可加工硬度达60HRC的模块,形成了对电火花成型加工的挑战。因此,高速铣削加工技术的发展,促进了模具加工的发展,特别给汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。4模具市场分析从模具市场发展的总体趋势来看应该是平稳向上的,国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。模具市场的总体趋势虽然平稳向上,但各类模具的表现却不可能一致,冲模、塑料模和压铸模的总和一般占模具总量的80%左右,在未来的模具市场中,塑料模和压铸模的发展速度将高于冲模,它们在模具总量中的比例将逐步提高。模具需要量是根据有关主机产量及其技术发展来进行预测的,模具需求发展高于主机发展速度是一般规律。国内的汽车、摩托车行业的模具市场是模具最大的市场,家用电器行业单台电冰箱需用模具生产的零件约150个,共需模具约350副,价值约400多万元,其中冲模与塑料模之比为2:1。单台洗衣机需用模具生产的零件约为500多个,共需模具200副,价值约2000万元到3000万元,其中冲模与塑料模之比为1:2～1:3。单台空调器仅塑料模就需近20副,价值约为150万元左右。单台微波炉共需模具近100副,价值约200万元。电子及通讯产品电子产品中,音像产品是模具的主要市场,其中以彩色电视机为主,单台彩电大约有150个零件需用模具生产,共需模具约140副,价值约700万元,其中塑料模约10副,价值120万元左右。建材行业随着建筑业的发展,建材的需求量将大幅度增长,塑料型材和铝合金型材模具需求量将日益增大,其中塑料型材模具增幅将高于模具行业总体发展水平。塑料制品2005年,我国塑料制品将达1800万吨,其中工程塑料是我国重点支持和优先发展的产业,目前满足率只有,预计每年将有25%的增长率。国际模具市场分析目前世界模具市场供不应求,近几年,世界模具市场总量一直为600～650亿美元,美国、日本、法国和瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/3。我国模具出口数量极少,模具标准件虽已开始向香港和东南亚地区出口,但为数也不多,1998年模具出口总额约为亿美元,约为全国模具总产值的,与其他先进国家相比差距甚大。我国模具钳工技术水平高,劳动力成本低,只要配备一些先进的数控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有很大发展。随着经济的高速发展,中、高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所带来的市场走势。综上所述,未来几十年,国内外模具市场需求很旺,前景很好。5参考文献[1]蒋建强.模具数控加工技术[M].北京:电子工业出版社,2005.[2]李发致.模具先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2003.[3]孔德音.模具制造学[M].北京:机械工业出版社,1998.[4]蒋建强.数控加工技术与实训[M].北京:电子工业出版社,2003