模具技术现状与发展趋势综述

1、模具技术现状与发展趋势综述天津人学国家大学科技园李人鑫 张秀棉摘要：介绍了我国模具技术的现状，提出了模具技术的发展趋势。关键词：模具技术；发展趋势；现代模具1引言模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模 具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。随看我国加入wto,我国模 具工业的发展将而临新的机遇和挑战。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装 备”也已经取得了共识。在电子、汽千、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中， 60%80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程

2、度、 高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具乂是“效益放人器”, 用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的儿十倍、上百倍。目前全世界模具年 产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近儿年，我 国模具工业一立以每年15左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人 民币。2我国模具技术的现状（1）冲模。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆語件模具设计和 制造难度大，质量和精度耍求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本 达到了国际水平，模具结构功能方而也接近国际水平，在轿车模

3、具国产化进程中前进了一大 步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方血，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，在制造精度、 使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，仍存在一定差距。（2）塑料模。近年来，我国塑料模有很大的进步。在大型塑料模方仙 已能牛产34英寸大屏幕彩电塑 壳模具，6kg人容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。在粘密塑 料模具方而，已能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0. 08mm 的1模2腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。内热式

4、或外热式热流道装置得以采 用，少数单位采用了具冇世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口 痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在精度方面，槊料模型腔制造精度可达0.020. 05mm （国外可达0.0050.01mm）,分型面接触间隙为0. 02mm,模板的弹性变形为0. 05mm, 型面的表面粗糙度值为ra0.20.25pm,塑料模寿命已达100力次（国外可达300力次），模 具制造周期仍比国外长24倍。这些标志着模具总体水平的参数指标与国外相比尚有鮫大差 距。（3）压铸模。汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模技术的发展。汽车发动机缸罩、盖板、变 速器壳体和糜托车发动

5、机缸机、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自动扶梯 级压铸模等，我国均已能牛产。技术水平有所提高，使汽车、摩托车上配套的铝合金压铸模 大部分实现了国产化。在模具设计时，注意解决热平衡问题，合理确定浇注系统和冷却系统, 并根据制造要求，采川了液压抽芯和二次增压等结构。总体水平有了较人提高。压铸模制造 精度可达0.020. 05mm （国外0.010.03mm）,型腔表而粗糙度值为rao. 40. 2円】（国外 为rao. 020.01®），模具制造周期为中小型模具为34个月，中等复杂模具为48个月， 大型模具为812个月，约为国外的2倍。模具寿命：铝合金铸件模具一般为彳8万次

6、，个别 可超过10万次，国外可达815力次以上。（4）模具cad/cae/cam 技术。模具cad/cae/cam技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计与制 造周期，降低生产成木，提高产品质量。它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、 成形（型）工艺、数控加工及成木等进行设计和优化。以生产家用电器的企业为代表，陆续 引进了相当数量的cad/cam系统，实现了cad/cam的集成，并采用cae技术对成形（型）过 程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，収得了一定的经济效益，促进和推动 了我国模具cad/cae/cam技术的发展。近年来，我国自开发的有上海交人的冲裁模

7、cad/cam系统；北京北航海尔软件有限公司 的caxa系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压cad/cae/cam系统等，为进一步普 及模具cad/cam技术创造了良好条件。目前我国计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水 平，需要知识和经验的积累。（5）模具标准件。模具标准件对缩短模具制造周期，提高质量、降低成本，能起很大作用。因此，模具标 准件越來越广泛地得到采用。模具标准件主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧等。新型 艸性元件如氮气弹簧亦已在推广应用中。（6）模具材料与热处理。模具材料的质量、性能、品种和供货是否及时，对模具的质量和使用寿命以及经济效益 有着直接的重大影响。近年来，国

8、内一些模具钢生产企业己相继建成和引进了一些先进工艺 设备，使国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较人程度的提高。但国产 模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。另外，还需要研究 适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成型模具用材料系列。模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。国内人部分企业在模具淬火时 仍采用盐熔炉或电炉加热，rh于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高，而且不稳定，直 接影响模具使用寿命和质量。近年來，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。3模具技术的发展趋势3.1模具cad/cae/cam正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模

9、具软件功能集成化。模具软件功能的集成化耍求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模 型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管 理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实 体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体cam、 艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高 的软件还包括：pro/e、ug和catia等。（2）模具设计、分析及制造的三维化。传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、 制

10、造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三 维数字化模型能方便地用于产品结构的cae分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程 模拟及信息的管理与共享。如pro/e、ug和catia等软件具备参数化、基于特征、全相关等特 点，从而使模具并行工程成为可能。另外,cimatram公司的moldexpert, delcam公司的ps- mold及口立造船的space-e/mold均是3d专业注射模设计软件，可进行交互式3d型腔、型芯设 计、模架配置及典型结构设计。澳人利亚moldflow公司的三维真实感流动模拟软件moldflo wadvisers已经受到川户广泛

11、的好评和应川。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具 软件先进性和实用性的車要标志2。如cimatram公司的注射模专家软件能根据脱模方向口 动产生分型线和分型而，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产 生材料明细表和供j+加工的钻孔衣格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。（3）模具软件应用的网络化趋势。随着模具在企业竞争、合作、牛产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软便件 技术的迅速发展，模具软件应用的网络化的发展趋势是使cad/cae/cam技术跨地区、跨企业、 跨院所在整个行业中推广，实现技术资源的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。 美国在

12、其21世纪制造企业战略中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方 案，使汽车开发周期从80个月缩短到8个月。3.2模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具向着粘密、复杂、人型的方向发展，对检测设备的要求越来越鬲。i前国内 厂家使川较多的有意人利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。 实现了从测量实物一建立数学模型一输出工程图纸一模具制造全过程,成功实现了逆向工程 技术的开发和应用。（2）数控电火花加工机床。h本沙辿克公司釆用直线电机伺服驱动的aq325l. aq550lls-wedm具有驱动反应快、传 动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔

13、公司的ncedm具有p-e3 口适应控制、pce能量 控制及自动编程专家系统。另外有些edm还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊 控制（fc）等技术。（3）高速铳削机床（hsm）。铳削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铳削具有工件温升低、切削力小、加工平 稳、加工质量好、加工效率高（为普通铳削加工的510倍）及可加工更材料（60iirc） 等诸多优点。因而在模具加工中口益受到重视。hsm主要川于人、屮型模具加工，如汽车覆 盖件模具、压铸模、人型塑料模等曲而加工。（4）模具自动加工系统的研制和发展。随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具口动加工系统，这也是我国长远发展的 目标。模具

14、自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合：配有随行定位夹具或定位盘； 有完整的机具、刀具数控廉；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。3. 3快速经济制模技术的广泛应用缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段z-o与传统模具加工技术相比，快速经 济制模技术具有制模周期短、成木较低的特点，精度和寿命乂能满足生产需求，是综合经济 效益比较显著的模具制造技术。快速原型制造（rpm）技术是集精密机械制造、计算机技术、nc技术、激光成型技术和 材料科学于一体的新技术，是当前最先进的零件及模具成型方法rpm技术可直接或间 接用于模具制造，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点。从

15、模具的 概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的1/3和成木的1/4左右。现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将 达75%以上。一方而是制品使用周期短，品种更新快，另一方而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。例如，研制 各种超犁性材料（环氧、聚脂等）制造（或其中填充金属粉末、玻璃纤维等）的简易模具、 中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸蜩模、叠层模 及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换凸模筹也将日益发展。另外，采用计算机控制和机械手操作 的

16、快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。3. 4模具材料及表面处理技术的研究因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在整个模具价格 构成中，材料所占比重不大，一般在20%30%,因此，选用优质钢材和应用的衣面处理技术 来提高模具的寿命就显得十分必要。对丁模具钢来说，要采用电渣至熔工艺，努力提高钢的 纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢，如采用粉末冶金 工艺制造的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来筒速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗人 和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此，它具有 韧性高、携削工艺性好、耐

17、序性高、长年使川尺寸稳定等特点，特別对形状复杂的冲件及高 速冲压的模具，其优越性更加突出，是一种很有发展前途的钢材。模具钢品种规格多样化、 产品精细化、制品化，尽最缩短供货时间亦是重要发展趋势。热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。模具热处理的主要趋势 是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如td法）发展；由一般扩散向cvd、pvd、pc vd、离子渗入、离子注入等方向发展;可釆用的镀膜有:tic、tin、ticn、tialn、crn> c r7c3. w2c等，同吋热处理手段由人气热处理向真空热处理发展。另外，目前対激光强化、 辉光离子氮化技术及电镀13刷镀c防腐强化

18、等技术也口益受到重视。3.5模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展模具表而的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表而的质量对模具使用 寿命、制件外观质量筹方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研熾抛光为主，不仅效率低 （约占整个模具制造丿制期的1/3）,且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的口动化、智能化是模具抛光的发展趋势。h本已研制了 数控研磨机，可实现三维曲血模具研磨抛光的自动化、御能化。另外，由于模具型腔形状复 杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应发展特种研磨与抛光，如挤压衍磨、电化学 抛光、超声波抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。3.6模具标准件的应用将日渐广泛使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。 因此，模具标准件的应川必将口渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准 生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成木；再次是要进一步增加标准件 规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。3.7压铸模、挤压模及粉末锻模比例增加随着汽车、年辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不