中外模具制造技术

国内外模具现状及发展趋势前言模具工业是国民经济的基础工业模具工业是衡量一个国家工业水平的重要标志模具工业是技术转化成果的基础国外对模具工业的评价

欧美等工业发达的国家称模具工业为“点铁成金”的“磁力工业”美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”德国则认为是所有工业中“关键工业”日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富强的动力”近年来的世界模具市场世界模具市场总量一直保持在600-650亿美元的水平美日法瑞士等国每年出口的模具约占其模具总产值的三分之一日本模具产业年产值达13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元如今世界模具工业的发展甚至超过了新兴的电子工业我国的模具工业产值在国际上排名位居第三，仅次于日本和美国国内的模具生产厂超过17000家，从业人员达50万近年来我国的模具工业一直以每年13%左右的增长速度快速发展我国模具行业在“十一五”期间的增长速度达到13%-15%我国模具产业的进出口近几年来我国每年进口模具约占市场总量20%左右，已超过10亿美元，成为世界上最大的模具进口国塑料与橡胶模具占全部进口模具的50%以上，冲压模具占全部进口模具约40%中高档模具进口比例占市场总量40%以上我国模具工业存在的问题精密加工设备还较少大型、精密、复杂和长寿模具的产需矛盾十分突出许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术普及率还不高模具日趋大型化一方面是由于用模具生产的零件日渐大型化另一方面是由于高生产率要求二发展多工位模具，多腔模具所致新型轿车的大尺寸覆盖件成形，大功率汽车的大拐曲轴成形模具的精度越来越高约在10年之前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达2-3微米，不久1微米精度的模具业将出现。随着零件微型化及精度要去的提高，有些模具的加工精度要求在1微米以内超精密加工已进入纳米级精度阶段大致分为三个层次：一是用于汽车飞机精密机械的微米级加工二是用于磁盘磁鼓制造的亚微米级加工三是用于超精密电子器件的毫微米级加工压铸模具及塑料模具的比例提高随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，压铸模具的比例不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度将不断提出更高的要求随着以塑代钢，以塑代木的进一步发展，塑料模具的比例也将不断提高挤压模及粉末成形模将增多由于汽车电机等产品向轻量化发展，以铝代钢、高分子材料、复合材料、过程陶瓷、超硬材料的成形加工技术新型材料的采用不仅改变产品结构和性能，而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态、半固态挤压模具及粉末锻模金属粉末锻造成形、金属粉末超塑性成形、粉末注射成形、粉末喷涂成形大大扩大了现代精密塑性成形的应用范围多功能复合模具进一步发展级进组合冲压模具已在美国汽车工业普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切自动冲切、叠压、铆合、分组、转子铁芯扭斜和全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具这种多功能复合模具生产出来不再是单个零件，而是成批的组件热流道技术的应用扩大采用热流道技术的模具可提高制件的生产率，并能大幅度节约制件的原材料国外热流道技术的应用发展较快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具50%以上采用了热流道技术，甚至达80%以上，效果十分明显热流道模具在国内已经生产，也有企业使用率上升至20%-30%制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉质高的元器件，是发展热流道技术的关键塑料气辅成型、高压注射成形工业的日趋成熟辅成型是在传统的注射成型基础上发展起来的一种创新的注射成型工艺，在充填阶段，当型腔充填至70%-95%时向型腔内注入高压气体，并使气体进入型腔，进入保压阶段，继续注入高压气体以弥补因熔体冷却而引起的收缩气体辅助注射成型能改善塑料内在和外观质量，它具有压力低、制品翘曲率小，易于成型壁厚差异较大的制品高压注射成型可减少树脂收缩率，增大塑件尺寸的稳定性，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本该工业在国外已经十分成熟，国内目前在汽车和家电行业中正在逐步推广，已能用于电视机外壳和洗衣机外壳、汽车饰品以及一些厚壁塑料件的模具上快速经济模具中低熔点合金模具、喷涂成形模具、精铸模、层叠模、陶瓷吸塑模、环氧树脂模以及光造型等快速经济模具将进一步发展铝合金优良的综合性能，用它作模具材料可缩短模周期和降低模具成本，且用于塑料模可有10万以上的寿命，故铝合金进行高速切削来作快速经济模具已在世界上得较为广泛的应用特殊成形工艺液压成型聚氨酯成形无墨多点成形技术超塑性成形高能率成形模具设计技术的发展技术支持——模具设计资料库和知识库系统统一技术——模具及零件的标准件化在理论研究方面，要进一步讨探讨新型塑料弹塑性变形本构关系，表面摩擦特征冲压模金属成形过程的模拟，缺陷预测，起皱，破裂及回弹分析压铸成形流动模拟，热传导及凝固分析锻件成形过程模拟及金属流动和充填分析模具刚性、强度、流道及冷却通路设计计算机辅助工艺设计（CAPP）塑料模具塑料成形过程的各种模拟分析（澳大利亚Moldflow公司美国AC—Tech公司）模具加工技术的发展传统的模具制造技术，主要是根据设计图纸，用仿形加工，成形磨削以及电火花加工方法来制造模具而现代模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须采用先进制造技术才能达到它的技术要求模具CAD/CAE/CAM一体化技术高速铣削（HSM-high-speedmachining）技术电火花加工技术快速原型制造（RPM-RapidprototypingManufacturing）快速经济制模技术（RTM）反求技术（RE-ReverseEngineering）精密测量及高速扫描数字化系统模具研磨抛光技术模具C纺AD/搁CAE瓶/CA袭M一体上化技术模具CA康D/CA蚁E/CA妇M技术是帝模具发展厉的一个里妖程碑，模倘具行业普鹅及CAD证/CAE框/CAM虏的条件皂已经成熟酷，今后必史将会有很腿快的发展目前，行世界上姥汽车的凝改型换写代一般汗约为4眨8个月外，而美乳国则只肤需要3痒0个月蜜，这蹦主要得笨益于在死模具业摆中应用政了CA终D/C光AE/苍CAM匙和三维干实体汽洋车覆盖进件模具铸结构设瘦计软件模具CA之D/CA台E/CA巨M一体化代及软件的叮宜人化，绘集成化，宾智能化，另网络化将税是今后发仗展的方向CAD推EM大牌型软件美国参罩数技术逮公司P兔TC的数集成化录系统p起ro/惊eng霜ine饮eri稍ngUnig睬raph可ics晶Solu恨tion芬s公司开悠发的软件阵Unig战raph仁ic（U妥G）美国SD乘RC公司乎开发的I伏-DEA渡S以色列母Cim赠atr俯om公寒司的三壤维CA借D/C凉AM软握件Ci冷mat泄ron法国达顶索Da降ssa柳ult乱公司开叙发的C会ATI战A真正的细win赖dow雀s软件雹SOL予IDE失GE国内使用网CAD/低CAE/急CAM情泡况国内一下些大型鸽模具企博业，C煌AD/抵CAM铅应用多捉停留在庭以国外劣购买先争进的C尝AD/伙CAM兽系统和呼设备，蛮但在其烤上进行捉二次开犹发较少债，资源敬利用率滔低国内一些峡中小型模糟具企业，闯它们CA的D/CA房诚M应用很丛少，有将些仅停留盈在以计算哨机代替画誓板绘图国外的东一些C弯AD/猫CAM吴系统虽筋然功能甩强大，盐但是价挽格昂贵安，一般溜企业难缴以支付阀，而国貌内优秀热的CA垄D/C毅AM系子统很少高速铣芒削（H旅SM）舒技术铣削加工堂是型腔模贪具加工重唇要手段高速数控碰加工是模设具加工的眠前沿技术其关键休技术之盈一就灾是采用古先进的榜CAD馆/CA滥M集成如设计和惯制造系牲统进行吉图形交胸互的自厌动数控层编程高精度麦化：督定位精扒度2-莲5微米狮全程，浇加工精雕度2-敬5微米高速化绩：主轴便转速：豆400婚00-脸600宪00r吃/mi投n切削进给按速度：1商-6m/帜min快速进给楼速度：3脉0-40裤m/mi乱n换刀时间牌：1-2扒s从而加工特效率提高替了5-1绢0倍高速铣促削技术烈的优点柄及不足优点：工撞件温升小吐；热变形殿小；切削傻力小；加窑工平稳，绿加工质量蛋好；加工挤效率高（朝为普通的膜5-10锅倍）；可蔑加工硬材贩料（<6精0HRC制）不足：对晶刀具提出背很高要求江；采用与详铣削材料架相适应的荐特殊材料奋；适合比悬较平坦的分浅型腔加添工，对深柿型腔加工悄有一定的作难度；对爪于具有内己倾角的型味腔模具，苗表面有花线纹或图案魔的模具，越具有深槽纪或窄缝的掏模具加工吵也都存在脂一定困难高速铣乘削机床闯造价高国内高速掀铣削技术际的应用在一定姨时间内泼，我国武模具企耍业进口石的高速泻加工机迅床主轴鄙最高转斩速仍将屑以10道000绕-20演000值r/m捡in为疼主，少肝数会达复到40楚000肠r/m那in近年来捐我国支模具制斯造业中虫的一些肾骨干重蔽点企业录也先后梨进口了近高速铣乖床和高鞠速加工腥中心电火花加猜工技术电火花加别工（ED隆M-El剂ectr厕ical阵Dis柴char阳geM顶achi废ning寻）虽然胡已受到高浸速铣削的畜严峻挑战匀，但高速纸铣削不家能完全替菊代之在模具勿的复杂浮型面、毅深窄小欣型腔、抱尖角、矮窄缝、炸沟槽、肚深坑等蛛处的加袜工（将舟是今后够EDM彼应用的凯重点）染，但成得本要比垂EDM苏高得多对于刺60H嗽RC以纱上的高早硬材料墙，ED哲M要比化HSM偏成本低同时较之竞铣削加工于，EDM送更容易实惧现自动化电火花丈铣削加球工技术它是用城高速旋苍转的简共单的管档状电极廊，应用婶CAD归/CA铲M技术辨三维或窑二维轮包廓加工皇（像数召控铣一喇样）EDM铣奖削的最大环特点是简闯化电极制予造，不披需要加工仅成形电机龙，可选用讲标准电极你，在电极膀库中进行胸电极自动糊交换（A芳EC），循用以补偿倒电极损耗抹，提高加位工精度在高精度泊微细加工矮方面，这出种方式具乖有良好的锯前景，国外外已在模捐具加工中登应用使用魄这种技术低速走扑丝数控饶电火花肤切割机嗽床低速走过丝数控资电火花裳切割机狱床（L筛WED虾M）发颗展的水丧平已相堆当高旱，功能最相当完出善，自酱动化程写度已达蚊到无人绣看管运闲行的程功度最大切傍割速度样已达3甲00m句m2/巡寿min圾，加工偿精度可择达到正干负0.矛5微米绣。加工校表面粗借糙度R谋a0.瓦1-0春.2微跌米直径0.份03-0糕.1毫米割细丝精密交切割技术额的开发，迈可实现凹树凸模一次优切割完成司，并可进池行0.0剪4毫米的钱窄缝及半产径0.0阅2毫米内妈圆角的切狭割加工已能进适行30讽度以上存锥度的进精密加比工快速原型吃制造（钢RPM）快速成形埋（原型）白制造技术箭室美国首爽先推出的它是伴随专着计算机拖技术、激经光成形技洋术和新犯材料技碑术的发展阀而产生的轻，是一种馒全新的制竭造技术，才被公认为无是继NC乐技术之后擦的一次当技术革命RPM腹基于它仅是新颖闻的离散鸽/堆积黑（即材恳料累加测）成形锤思想，严根据零腊件的三件维计算斗机CA洗D模型逆，不借绵助任何索加工工牙具，快政速自动展完成复蚊杂三维奸实体（伤模型）径制造，工而与零载件的几汇何复杂辣程度丝珍毫没有选关系CAD模构型——模演型Z向离押散（分层贤）——层群面信息处纺理——层语面加工与绍粘结——拨逐层堆积炼——应用RPM嫂方法与允应用应用RP腥M技术，聚从模具的售概念设计钞到制造完策成，仅为宣传统加工报方法所需皂世间的三颗分之一和糖成本的四腔分之一左梅右，因而烂具有广阔饶的发展前症景国内的清一些大伶企业集闭团，如绪海尔、蚁春光、欺科龙和根华宝等串公司已抵经运用悟激光快和速成形写于新产跑品开发沿方面，荣并取得易了显著摧的积极飞效益RPM模廊具制造技棒术：由快赔速原型或寨其他实物拣模型复制仙金属模具柿的间接法性，以及直砌接由RP尸系统无模损制造金属视模具的直哭接法两大军类直接快早速模具亦制造指利用不柱同类型的锻快速原型皱技术直接灿制造出模借具本身，根然后进行考一些必要牌的后处理骆和机加工皇以获得模待具所要求妻的机械性熔能、尺寸闪精度和表修面糙度目前能够速直接制造蕉金属模具壮的RP工摇艺包括：激光选区论烧结（S药LS）三维打印帅（3D-尺P）形状沉练积制造朗（SD云M）三维焊接歼（3D-薯Weld灾ing）诸等间接快速社模具制造首先是通渣过立体光塌固化（S跳LA）、桥叠层实体伯制造（L赛OM）、秀激光选区禽烧结（S骄LS）、零三维打印幸（3D-哨P）、熔酒融沉积成升形（FD基M）等不傅同方法得圣到制件原爷型然后通过瓣一些传统目的快速制净模RMT歌方法，主援要有精密牌铸造、粉可末冶金、扶电珠、表骡面沉积、没旋转铸造押（用热硬自化橡胶做阅模具）和背熔射（热蔽喷涂）等电方法，获孔得长寿命饶的金属模匀具或非金躁属的低寿遵命模具RPM的乘缺陷及发裙展趋势两弱点亭限制了汇它的工劲业应用鼻推广：不适合铃于大批朱量生产同时其匆所用材秋料基本且上不属视于工业陆产品洋所常应用材料目前正朽向快速梢制造金椒属硬模炮（RH晕MT-蔽Rap卸id择Har遮dM贱eta蓬lT朴ool逃ing爽）尤其蹈是铁系鬼金属硬狗模方向城发展90年代渴，清华大雷学、西安爽交通大学极、华中科病技大学和鞭北京的隆帅源公司相书继进行了湿成形理论烟、工艺方始法、设备姓、软件、牢材料等配捐套技术的廉研究快速经请济制模恳技术缩短产希品开发类周期是载赢得市呢场竞争称的有效宴手段之齿一快速经济遣制模技术认RTM具赤有制模周鹊期短、成撞本较低的拾特点，精无度和寿命瓦又能满足砌生产需斜求，是综形合经济效观益比较显葵著地模具堆制造技术非常适合遇于新产品穷开发、样躁品试制、品工艺验证鼠或中小批渗量生产的漠需要，故碎近几年在屯国内得勇到了迅速格的发展反求技术幻玉（RE）一般而太言，反排求工程照（RE惯）是指落:对难以用什CAD建改立数据模麦型，而只虏能通过实洲物进行数登据扫描、肌测量的方俘法采集数远据在CA侦M软件段系统中倘利用测帆量数据夕进行实毫物的C醋AD几攀何模型岗的重新片构造（兔建立数桑学模型舍）建立了各CAD烛几何模焦型以后乏，就可倾以依据堆这种数才字化的究几何模棒型用于议后续的判许多操就作（如孔实物C敬AD模秩型的修予改、零构件的重凑新设计梢、有限叉元分析煤、误差束分析）最后生成作NC程序桑，控制数众控中心进壶行模具制食造的过程实物模型咐——测量芬、扫描实守物获取数境据——测泪量数据的埋修正——策建立数学诊模型——脂模具设计陶——模具唇制造——更零件制造精密测晴量及高抗速扫描院数字化始系统随着模具拌日益精密钳、高效、督精密、复载杂、大型添模具的发蒜展，对检缩慧测设备的阶要求越来烤越高（现微在精密模吃具的精度舰已达2-定3微米）数控加狗工过程塞中的在菠线激光及测量不汇但有利屡于保证菠工件的骗加工质毁量，而年且大大甘提高了炎NC机责床的运鹊转安全高速扫框描机和寸模具扫优描系统芽提供了幻玉从模具巴或实物死扫描到璃加工出亿期望的增模型所巾需的诸腊多功能思，可大愈大缩短撞模具制掉造周期精密测支量实例目前国内是厂家使用乱较多的有沸意大利、滑美国、日育本等国家济的高精度葱三坐标测叔量机，并挤且有数字容化扫描功辉能东风汽车定模具厂不练仅拥有意佳大利产3滋250m摆mX32馆50mm摸三坐标测梅量机，还家拥有数码很摄影光学育扫描仪，选率先在国贵内采用数垦码摄影、烦光学扫描迁作为空间兔三维信息壁的获得手设段，从而店实现了从登测量实物航-建立数埋学模型-乌输出工程吨图纸-模典具制造全钳过程，默成功实现钩了逆向工