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第九届中国国际模具技术和设备展览会 现代模具制造技术评述摘 要 通过第九届国际模具技术和设备展览会模具加工技术及设备、三坐标测量机及扫描仪、快速经济模具技术及设备、模具的CAD/CAM技术等评述，介绍了国内外模具现代制造技术的现状及发展趋势。关键词 加工中心 电火花加工机床 数控精密磨床 三坐标测量机 快速经济模具技术 模具CAD/CAM技术第九届中国国际模具技术和设备展览会（以下简称模展）于2002年5月1014日在上海举行。本次模展与历届相比，盛况空前，展出面积为历届之最，达28000m2，摊位数达1500多个，与第八届相比面积约增加1倍左右。有关模具及其设备的国内外知名厂、商都参加了展出，展出了众多的新品、精品，体现了当代模具工业及其技术水平的强劲发展趋势，说明了模展将越办越好，越办越有生命力。本文就本届模展中的现代模具制造技术及设备进行评述。1 加工中心与数控铣床据不完全统计，本届参展的加工中心和数控铣床（不含经济型）共70余台，其中国外机床约28台；台湾机床约30台；大陆（包括合资、独资企业）约13台。参展厂商约44家，国外著名厂家如德国的德马吉（DMG）、斯宾纳（SPINNER）、海默（HERMLE）；日本的马扎科（MAZAK）、牧野（MAKINO）、大隈（OKUMA）、安田（YASDA）；瑞士的米克朗（MIKRON）、威力铭-马科黛尔（WILLEMIN-MACODEL）；美国的哈挺（HARDINGE）、法道（FADAL）、辛辛那提（CINCINNATI）、哈斯（HAAS）；英国的桥堡（BRIDGEPORT）；法国的鱼雷（HURIN）；韩国的斗山（DOOSAN）；意大利的菲迪亚（FIDIA）；新加坡的精湛等。台湾的永进、大立、立扬、高明、友嘉、匠泽、福裕、新卫、亚崴、扬铁、协鸿等厂商，有的直接带展品，有的委托代理商进行展出。大陆的汉川机床厂、北京第三机床厂等7家工厂和四家外资企业也展出了产品。日本的新日本工机和东芝公司展出了图片及样本资料。总的来看，上述厂家展出的展品具有以下特点：1.1 高速铣削（HSM）加工模具将日益普及HSM（指主轴在10000r/min以上的）是模具加工工艺的发展方向，在本届展会上进一步得到体现。据统计国外28台展机有24台为HSM，占85%；中国台湾30台展机中13台为HSM，占43%。瑞士的米克朗（MIKRON）公司展出的HSM立式加工中心，其主轴为30000r/min /12.5kW，进给速度40m/min，加速度17m/s2 ，另外还有42000 r/min /14kW和60000r/min /8.5kW的选件。该机床为人造大理石床身，整体龙门式框架组成，并有喷油雾及水冷两套系统，故在高速下加工的模具精度高、表面粗糙度低，可大大减轻进一步加工的负担。德国的德马吉（DMG）公司展出的DMC64立式加工中心，是一台相对该公司其他机床价位较低的HSM，其主轴12000 r/min，X轴70m/min ，其余二轴为40m/min，机床结构为X、Z轴导轨置于宽大的立柱上，X轴为直线电机驱动，工作台在床身导轨上作Y轴进给，机床可实现高速、高刚度，机床为全封闭控制，精度高，可实现高速精铣。该机床据说将在上海设厂生产，售价为人民币61.4万。该公司展出的新产品DMU 60L高速铣，在机床上同时装有一个转速为42000 r/min的高速铣头用于高速铣削和一个光束直径为0.040.1mm的YAG激光头用于精密雕刻。在集成有Laser Soft 3D软件的Mill Plus IT 控制系统的控制下无需二次装卡即可完成铣削与雕刻，既保证了加工精度又节省了加工时间。日本安田公司展出的YBM 950V型立式加工中心也是一台典型的HSM。该机床采用龙门框架式结构的整体立柱，刚性很好，X轴在龙门框架上移动，主轴电机与主轴间由可吸收震动的联轴器连接，可隔热、隔振。在机床的立柱、横梁及主轴滑块的空腔中注满水，可使温度恒定，并可吸收振动，所以主轴在20000 30000 r/min高速下运行十分平稳，铣削表面粗糙度可达Ra0.4m，在表演时采用等差法在一个自身铣削的平面上再将切深加大0.3m, 按编程铣出的文字，在光照下清晰可见。除此之外，日本的牧野、马扎克；德国的斯宾纳；英国的桥堡；法国的鱼雷；意大利的菲迪亚；美国的辛辛那提等展示的HSM，高速精铣的效果均很引人注目。 本届模展上，台商也展出了相当数量的HSM，不少台商虽然展机主轴只有8000r/min，但其样本上均有12000甚至20000、22000r/min的主轴可选购。永进机械的TCV41A立式加工中心在模展中首次展出，其主轴转速为12000r/min，采用机械传动，其电机通过隔热联轴器与主轴直联，主轴采用油气润滑，主轴扭距达72.8Nm( 7.14kg?m), X、 Y、 Z三轴快速均为48m/min，这是一台动柱式双交换工作台的机床，刀库置于机外，从而不影响机床刚度，机床采用ISO 10791-4标准，定位精度0.022mm, 重复定位精度0.012mm。立扬公司的MV204动柱卧式加工中心，其主轴10000r/min，选项可达15000r/min，双交换工作台的重复精度2，按VDI3441标准的重复定位精度为0.008mm。匠泽的F5型立式加工心，主轴15000 r/min，并有选项22000和20000 r/min，其工作台负重1200N，三向快速为40/40/30，并保修3年。综上所述，可见国外及台湾模具加工业的HSM已日益普及，通过这么多HSM的展出，势必对我国模具加工业产生影响，近年来不少模具厂已经尝试到了HSM不仅可提高效率，而且也可提高表面质量，从而减轻了精加工负担，缩短了制模周期。按照我国目前的工艺水平，一般机床主轴能达到60008000 r/min，并能相应适当提高进给速度和快速性，使机床具有相应的刚度和精度，能充分发挥机床的效能，已可将我国模具制造工艺水平提高一大步了，我国对HSM的应用还需在此基础上推广。值得一提的是HSM的应用必须有相应刀具和刀杆、刀套等工具配套，本次展览，不少工具厂商及其代理商也参加了展出。如瑞典山特威克公司;日本DIJET产业集团、大昭和精机株式会社；OSG的代理欧士机（上海）精密工具有限公司；上海恩迪亚贸易公司代理日本住友电工、德国WIDIA、KONET、DINE等，还有台湾的广杰机械，维旭机具厂、上海贺立国际贸易等，均展出了适合于高速精铣的各种刀具和附件。因此目前用于HSM的刀具、附件条件均已具备，故HSM加工模具的工艺将日益普及。1.2 多轴联动机床用于模具加工日益增多本届模展上有6台多轴联动加工中心展出，其中5台为五轴联动。复杂模具很多型面需多轴联动机床加工，特别是球头刀，在高速铣削时要避免刀具在0速区切削，需要主轴与型面保持一定倾角，所以国外模具厂已将多轴联动机床应用于模具加工。展品中的多轴联动机床有：德国海默（HERMLE）公司展出的C600U五轴联动立式加工中心。这是在柱动立式加工中心基础上增加一个绕X轴摆动的工作台形成A轴，在其台面上装置一个圆工作台为C轴，在X Y Z 三轴控制刀具位移的同时，工件在圆工作台上回转和绕X轴摆动，从而构成五轴联动，用来铣制汽车轮胎模非常合适。该机床主轴10000 r/min为HSM。德国的德马吉（DMG）展出的DMU50E VOLUTION五轴立式加工中心和DMU60T五轴加工中心各有特色，前者是在工作台系统实现B 、C 轴控制，后者是铣头摆动实现B轴动作，工作台回转实现C轴。两台机床都是HSM。瑞士威力铭-马科黛尔的W-408S 及W-428两台五轴联动立式加工中心与DMG的一样，也是一台由工作台作B、C 轴运动，一台由铣头作B轴，工作台作C轴，前者规格小，用于加工铜电极。两台也都是HSM。1.3 数控铣床各具特色具有各类专家系统的数控铣床： 日本牧野（MAKINO）展出了KE55型数控立铣, 这是一台全功能数控铣床，为了方便模具加工，它将模具加工采用的铣斜角、铣园、铣方的型腔和凸台攻丝和钻孔等系统（SkiLL-MASTER功能）固化并制成功能键，操作者只需作简单设定即可自动完成所需的形状加工。除此，该机床还可运行正常的数控程序，操作者极易掌握。 横梁移动桥式数控龙门铣床是首次展出：这是一种工作台固定由横梁移动进行加工的数控龙门铣床，国外称之为高架桥式数控龙门铣。近年来国外发展很快，已有多家工厂生产，意大利的兰宝迪、德国的瓦德里希-济根等均有产品，颇受模具行业重视。台湾的快捷机械股份有限公司展出一台型号为GTV-96型小型横梁移动数控龙门铣床，其X、 Y、 Z三轴行程为900/600/500 mm，主轴24000r/min/29kW，是一台HSM。该系列机床有多种规格，最大的X、 Y、 Z三轴行程为1600/1200/700mm，工作台承重5T。此外，新日本工机在展出的图片中也有与此相同的DCV型超高速铣床，该机床还配置了双摆铣头，可实现五轴联动加工。另外北京第三机床厂最近也研制出XK2912数控动梁龙门铣床，会上提供了样本，其工作台为12502000mm，XYZ三向行程为2000/1250/700mm，这类机床由于其承载能力大，占地面积小，相对价位低，所以将给模具行业带来一种新的选择。数控铣床上的装夹模块有新的方法：传统的工件装夹是用螺丝压板，本届模展意大利泰磁（TECNOMAGNETE）公司展出了一种用于加工中心和数控铣床的永磁吸盘及浮动等高垫。工件置于其上，断电时吸牢，通电时可卸去工件，同时退磁。该吸盘装在机床上可承受强力铣削加工；浮动等高垫可使工件装夹平面在不平时也能吸牢。类似产品上海伟求永磁设备有限公司也有生产，该产品主要用于磨削作业，能否用于铣削，还需试验。 1.4 数控模具雕刻机又有进步本届模展上意大利Cielle公司展出了BETA 40-35、GAMMA 60-50、EPSILON 60-40三台数控雕刻机，其中，GAMMA 60-50的主轴转速为40000 r/min，主轴功率为7.6kW，最大雕刻速度可达40m/min。北京精雕公司推出了一系列（JDEM、JDDMS、JDZM、JDXM、JDDZ）数控精密雕刻机，有专门用于鞋模雕刻的JDXM CNC雕刻机、有适合批量生产提高效率的双Z轴JDDZ CNC雕刻机。1.5 车铣复合加工机床首次展出日本的马扎克（MAZAK）展出了一台型号为INTEGREX 200 V型带Y B轴的车铣复合加工机床，这是一种多功能机床，它集车、铣、镗、钻、攻丝等多种功能 ，使工件在一次装夹下完成全部或大部分加工功能。该机为车床造型，同一轴线上有2个主轴，垂直于主轴轴线方向为刀架滑板，其上装有可延Y轴移动并具有B轴摆动功能的铣头，在此刀架旁设有刀库，可与摆动铣头换刀，从而使该车铣复合加工机床在实现X Z C车床传统的动作外又增加了Y轴和B轴，从而实现多功能复合加工的目的。2 电火花加工机床这次参展的电火花加工机床（EDM）在模具加工设备中可以说阵容最强、数量最多，充分体现了在模具制造中EDM有着不可替代的作用和重要地位。这次参展的厂商共有38家，其中国内厂商33家，国外厂商5家。国内外一些知名厂商都参加了展出。这次展出的EDM设备共计112台，国外参展有16台，其中低速走丝电火花线切割机床（LSWEDM）7台、数控电火花成型机床（NCSEDM）7台，其他EDM 2台 ，主要参展商有：瑞士阿奇夏米尔公司、日本沙迪克公司、日本三菱公司、日本牧野及韩国等。国内大陆参展有85台：电火花线切割机床（WEDM）38台、其中LSWEDM 5台；电火花成型机（SEDM）33台，其中NCSEDM 4台，其它EDM 14台。主要参展厂商有：苏州电加工机床研究所（中特公司）、汉川机床有限责任公司、苏州沙迪克三光机电有限公司、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司、北京迪蒙卡特机械电子设备技术有限责任公司、苏州市金马机械电子有限公司、常州第二机床厂（展出EDM 1250K 大型龙门式NCSEDM）等等。台湾参展EDM有11台：其中LSNEDM 5台、NCSEDM 2台、SEDM 3 台、其它EDM 1台。 这次展出的大部分EDM的性能、特点已在电加工与模具杂志上陆续进行过报道，故本文只对有关重点问题进行讨论。2.1 NCSEDM 主轴高速性能的发展趋势由于主轴高速性能可实现优异的深槽、窄缝加工，还可实现免冲液加工，使流场均匀，间隙变小，得以提高加工精度和精加工效率，又由于免冲液加工可避免侧面二次放电，使型腔变得轮廓清晰等一系列优点，故主轴的高速性能越来越引起人们的重视，这次模展上展出的NCSEDM 的高速主轴又有新进展。应该说主轴高速性能的应用价值早就有所认识，但直到直线电机的开发，以及日本沙迪克公司首先在NCSEDM 上的应用，使高速主轴有了新的发展，对其应用价值才有了更深一步的认识。本次模展上，沙迪克公司又展出了AQ35L、AM3L直线电机主轴的NCSEDM。但值得注意的是，这次瑞士夏米尔公司展出的ROBOFORM 35P，采用交流电机实现了主轴高速跳跃的目的，其主轴速度可达6070mm/s，加速度为1m/s2 ，比以往的主轴速度提高了4倍，这主轴速度与直线电机最大速度相比虽有较大差距，但深槽窄缝工艺实验证明, 同样具有优异的加工性能，并可达到提高精加工效率和提高加工精度的目的。这种高频抬刀（跳跃）方式也配以积极的自适应控制和专家系统，可按加工深度随时改变脉冲停歇时间，抬刀高度、抬刀频率以及控制集中放电的门槛值。例如，采用石墨/紫铜电极，免冲液加工15mm2mm深100mm的窄缝，Ra4.0m，仅用4h50min，与普通加工方式相比，效率提高3倍以上，且型腔侧面的垂直度可达0.02mm。又例如，用石墨电极进行40mm30mm0.8（厚）mm，斜度为0.5o的精细窄槽加工、加工深度为18mm，Ra2.2m，与常规加工相比，其加工效率提高87%。值得指出的是，精密深槽、窄缝加工在型腔模加工中具有重要意义，因为目前型腔模中深槽、窄缝有日益增加的趋势，而用常规加工和镶拼的措施是相当困难的。型腔模具中的深槽、窄缝一般都形成制品的加强筋板或风冷的翅片。型腔中的深槽、窄缝一般深50mm左右，但近来100mm的筋板和翅片也不少。在实际制造中，一般深槽、窄缝都由SEDM加工，由于加工面积小，因而加工规准也较小，这样形成的放电间隙也小，故加工越深，排屑就越困难，常规的加工方法是冲油加抬刀，这种加工方式加工20mm深犹可，再深就较为困难了，主要表现在效率低下，有时还会烧弧、侧面的二次放电使深槽、窄缝的精度变差等，所以为什么主轴高速性能，免冲液加工显得越来越重要，已成为NCSEDM一个重要的发展方面。2.2 LSWEDM将成为今后市场的热点这次参展的国内外LSWEDM达17台之多，是历届模展中最多的一次，从近几年的LSWEDM市场发展来看，LSWEDM的前景看好。2.2.1 能进行精密冲压模加工已成为LSWEDM发展的基础以往LSWEDM的加工表面质量问题，特别是硬质合金冲压模加工表面软化层的问题，一直受到模具界的质疑，认为LSWEDM只能进行半精加工，而精加工应由坐标磨来完成，有的坐标磨难于加工的模具，则采用镶拼结构，以便采用坐标磨、光曲磨等进行加工。直到LSWEDM技术不断发展，特别是无电解脉冲电源、优化能量脉冲电源的开发、去离子水对离子的控制等，使LSWEDM加工的表面质量大为改观，还加上一系列精密加工技术的开发，使LSWEDM发展达到了一个新的阶段，在这方面，这次模展中具有代表性的产品有：瑞士阿奇公司的EXCELLENCE机床能获得轮廓度TKm1.5m，及Ra0.1m的加工质量，适合于精密冲压模的加工；日本沙迪克公司展出的AP200L可进行水、油二种工作液加工，在加工硬质合金梳齿的节距为0.2mm工件时，采用0.05mm的碳化钨丝及油工作液，其加工精度为1.0m，及Ra0.09m；日本三菱公司FA20M机床的高效防电解电源，其最大切割速度达325mm2/min（0.3mm电极丝，浸入式加工），在加工高60mm的凹槽型工件时，其直线度为23m，最佳表面粗糙度Ra0.18m；日本牧野展出的32i也具有较高的水平。这些高精度机床的开发应用，都将对LSWEDM的进一步发展和市场开拓起到积极的推动作用。2.2.2 LSWEDM将成为我国今后市场的热点这次展出的除苏州电加工机床研究所、苏州沙迪克三光机电有限公司的DK7632机床外，北京阿奇夏米尔公司在原有自行开发的基础上，这次展出新型号XENON机床、汉川机床有限责任公司第一次展出了自行开发的HCX300、HCX250二台LSWEDM，根据所了解的情况，我国生产LSWEDM的厂家预计今后将越来越多。2001年产量约150台，2002年预计250300台左右，市场将不断发展，前景确实看好。造成市场不断发展主要原因是：用户的水平在不断提高，不再满足粗放型的生产方式，为获得更高的利润必须生产技术含量较高的产品，因此设备的要求也高了。例如，电机定转子自动叠铆多工位进给模是高技术模具，利润较高，但这种模具离不开高精度LSWEDM。随着用户经济实力不断提升，特别是模具行业的全面好转，具备了购买中、高档设备的条件，使LSWEDM的销售量逐年增加。EDM行业经过多年引进、开发、技术合作、合资等方式，一批企业已具备开发LSWEDM的能力。目前国内LSWEDM水平基本达到：最大切割速度200300mm/min，Ra0.50.6m，加工尺寸精度约0.065mm，具有防电解电源及优化脉冲能量电源等，总体来说，与国外先进水平还有一定差距，但已具有一定的水平，可能将成为EDM行业首先达到或接近国外先进水平的产品。2.2.3 LSWEDM的价格竞争已经开始国内目前LSWEDM大致有二个档次的价位，一为2025万元/台价位，一为4550万元/台价位。这次模展上我们看到日本三菱公司在大连组装生产的RA90机床，其X、 Y行程为320mm250mm，采用防电解（AE3-HS）电源，最大加工速度达325mm2/min，具有最大能量控制（PM2）功能及E. S. P. E. R专家系统等等。加工表面粗糙度Ra0.37m，可加工R0.11mm的内角，总的来说其性能优于国内产品，但由于该机床在国内生产组装，价格大幅下降，不带自动穿丝的AR90虽比国内LSWEDM价位要高，但已相差不大，这对国产50万元/台的机床造成一定竞争压力。 展出的台湾LSWEDM同样存在这一问题，例如台湾心昌生产的TW30，其X 、Y行程为350mm250mm，最大加工速度达200mm2/min，最高加工精度为45m，Ra0.5m，从性能来看，基本与大陆的LSWEDM的相当，价格也相差不大，但与大陆的机床相比，一般来说台湾机床的可靠性、稳定性等方面具有较高的声誉，所以国内（大陆）的LSWEDM同样还会遇到台湾机床的价格性能比的激烈竞争。2.3 高速走丝电火花线切割机床（HSWEDM）及专用EDM设备的新动向本届模展上HSWEDM有33台之多，重点介绍北京市电加工研究所（北京迪蒙斯巴克公司）展出的mincut 100机床。该机床采用横向走丝结构，走丝路线呈三角型，加工区域的丝段呈水平放置，工件垂直放置在工作台上，这样加工区开档可根据工件厚度任意调节，减少了加工区的丝振动，并且又由于克服了传统走丝系统的路线长、环带多，易引起丝振动的缺点，故提高了加工质量，消除了振纹，还由于丝架中心可绕中心轴转动，故又可进行斜度切割。该机床还可实现多次切割，最佳表面粗糙度Ra0.8m。并能进行0.05mm的细丝切割，能切割Z=8、M=0.062、D=0.469mm、=20o的微型齿轮。苏州电加工机床研究所首次展出了新开发的DK632数控电火花精密小孔内圆磨床、磨削孔径范围为0.220mm，深径比200：1，磨孔精度高，其圆度为3m、Ra0.3m，能磨削机械磨削无法加工的高硬度、高脆性、高韧性材料的深小孔。广泛应用于航天航空、轻工机械及军工等领域。3 数控精密磨床本届模展上日本株式会社和井田制作所、FSK株式会社古川精机制作所分别展出了JG-15CPX五轴四联动数控坐标磨床、FSK-6300六轴四联动数控坐标磨床的样本及加工样件，其中FSK-6300的特点是精度高（定位精度为0.001mm、轮廓精度为0.0025mm/100mm），Z轴既可参与联动也可独立控制，使其对连接的内外圆柱面、锥面、环面、底平面连续加工，机床配有高精度自旋转台，（回转精度：0.5m，转速：0750r/min）其气动磨头的转速可达200000 r/min，具有砂轮磨损自动补偿功能（注：定位精度非VDI标准）。瑞士Studer公司展出了S31Lean CNC/S31 CNC数控精密万能外圆磨床，（中心高175mm，顶尖距：650mm）该机床采用回转式砂轮头架，可装二个外圆砂轮和一个内圆磨头，一次装卡就可完成内外圆磨削和内圆磨削，其同轴度、不园度可达1m，数控系统具有Studer图标编程软件，大大简化了操作。据介绍该公司即将推出的S41 CNC 型将具有车削功能，用于提高磨削效率。日本株式会社和井田制作所展出了PGX-2500SP高速数控成型磨床，其砂轮主轴转速为30000 r/min，可实现镜面磨削（Ra0.032m）。机床配有大屏幕（500mm500mm）的高精度投影装置。适用于小型精密零件的加工。4 三坐标测量机、扫描仪4.1 三坐标测量机本届模展上意大利COOD3公司展出了采用铝合金结构并具有温度补偿的桥式、龙门式三坐标测量机、用于车身测量的水平臂式三坐标测量机、用于车间环境的多功能（测量和划线）测量机，配备WinMeil plus 测量软件可进行自动和手动测量，对于双臂机型的两个单臂可进行组合测量，并具有防碰撞功能。配备ARCO CAD plus 测量软件可与CAD系统连接，直接读入IGES等常用格式的工件模型控制测量系统以完成相应的测量工作。我国青岛前哨朗普公司展出了GAGE 2000、GLOBL、IMAGE、ZOO 3L、BRAVO NT等高精度三坐标测量机八台，显示了该公司的实力，可配接触式、非接触式和扫描式测头，配备可与CAD系统双向连接的PC-DIMS通用测量软件。德国WERTH公司展出了Scope-Check 400（通用型）、Video-Check-IP HA 400（精密型）多功能测量机。其特点是配有视像测头、接触式测头、可跟踪80o倾斜面的激光测头和测头半径只有12.5m的光纤测头。可进行接触式测量、非接触式测量，也可配SP600扫描头作连续扫描用。Video-Check-IP HA 400的分辨率为0.01m，测量误差为0.5+L/500（m）。配有WINWERTH三维测量软件，它的影像处理技术具有自动识别测量几何元素的功能，它的CAD ONLINE/ CAD OFFLINE 软件模块具有与CAD系统连接进行自动编程的功能。美国CIMCORE公司展出的3000i 系列便携式三坐标测量机，其测量臂采用碳素纤维材料（强度高、温度影响小）制作，配有三个可快速更换的球型和针式测头，更换测头后由软件自动识别，不必重新校准，该测量机的各关节臂可无限旋转，在各种场合使用无死点，其测量精度为0.05mm。美国FARO公司的FARO ARM 便携式三坐标测量机，装有温度补偿器，使其可在045的环境中使用，测量精度为0.025mm。4.2 扫描仪、便携式扫描仪 英国RENISHAW 公司展出的CYCLONE 2高速扫描仪，配有接触式测头和激光扫描头，在同一台仪器上可进行接触式扫描和非接触式扫描，其接触式探针采用磁性连接保护测头不受损坏，其激光扫描的精度为0.05mm，扫描速度为6m/min。西安交通大学和台湾智泰科技公司合作开发的LSH型激光扫描仪是一种基于三角测量原理通过将激光束照射到物体表面，利用二个CCD 摄取物体表面上的二维变形线图像，从而求出相应的坐标。其扫描精度为0.05mm。德国GOM公司展出的ATOS流动式光学扫描仪，测量时将光带投射于被测工件上，基于光学三角型原理由摄像机摄取光带影像，经数码影像处理器处理并计算出工件的坐标。其精度为0.1mm/m。4.3 激光跟踪仪美国API公司展出了用于现场检测大型零件及机器人误差的3D/6D激光跟踪仪，它由一个将激光干涉仪、位置传感器、光学部件集成在一起的激光跟踪头、控制器、反射器及相应的软件组成。具有绝对测量（ADM）功能，可同时测量被测目标的六个自由度，即空间坐标X Y Z 和姿态的三个转角值，该仪器的测量距离可长达35m，坐标的准确度为10ppm（动态），角度精度为3；美国FARO公司也展出了与API公司性能相近的激光跟踪仪。纵观本届模展上意大利、德国、英国、美国、日本、中国近20个著名厂商展出的用于制造业的三坐标测量机、便携式三坐标测量机、扫描仪、激光跟踪仪等展品，显示出现代测量技术融入产品设计（逆向工程）、制造、质量控制和检验的全过程，向高速度、高精度、高适应性、数字化、自动化方向发展的趋势，它的发展必将进一步推动现代制造业的不断发展。5 快速经济模具技术及设备参加本届模展的快速经济模具制造技术方面的厂商和展品主要有西安交通大学先进制造技术研究所开发的LOS激光快速成型机、CPS系列紫外光快速成型机、ZK400真空浇铸成型机、DZ400电铸成型机、MS400金属喷涂机等；华中科技大学快速制造中心武汉滨湖机电技术产业有限公司开发的金属板料无模快速成型系统、HRP系列薄板叠层快速成型系统、HRPS-III激光快速成型系统；快速原型制造生产力促进中心天津市快速成型技术工程中心的快速原型制造、快速模具制造等；清华大学企业集团北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司的快速原型机、快速原型制造等；香港立丰机械有限公司的SLS及SLA快速制造、SLS快速模具；上海联泰科技有限公司的RS350型激光快速成型机、快速原型制作、快速模具制造等；长春瑞光科技股份有限公司吉林大学无模成型技术开发中心的多点成型压力机；烟台清华泰利快速模具有限公司主要展品为以快速原型技术（RP）与低熔点合金快速模具技术结合的快速制造汽车车身大型覆盖件模具、电弧喷涂模具及设备等；深圳生产力促进中心的快速原型制造、真空复模等；上海瑞普快速成型模具技术有限公司的快速原型制造、快速模具制造等；济南华宇新铸锻材料有限公司的低熔点合金模具、快速电铸制模工艺、高强度铝合金石膏型真空吸铸工艺、复膜砂等；迅达化学有限公司展出了系列快速模具制造用树脂材料；浩腾（天津）新技术有限公司展出了系列快速模具制造用材料、低压注射成型机、真空注型机等；沈阳市（丁氏）宏可材料有限公司展出了宏可基础制模系列材料。以上参展厂商展示的快速模具技术，快速原型设备及快速模具材料，基本上代表了目前国际、国内先进水平和发展趋势。快速经济模具技术从参展的情况看突出地表现在快速原型（RP）与快速模具制造（RT）上，RP+RT已成为国际国内大力开发的领域之一。首先体现在快速原型制造（RP）上，国内外开发的快速原型设备品种逐年增多，性能逐年完善，软件系统逐年升级，制作效率有了很大的提高，如西安交通大学先进制造技术研究所研制的CPS系列紫外光快速成型机，自动化程度高，后续处理简易、时间短，且运行成本低，为激光成型机的1/20，目前该所的激光快速成型技术、快速模具技术成果已达国内外先进水平，并已形成了产业化生产。在快速原型制造的基础上，实现快速模具的制造，已有多家厂商实现了RP+RT的快速模具制造，其应用领域大多为塑胶产品的模具，其工艺路线趋于完善，制模速度得到了很大的提高，特别适合于新产品的开发与试制。特别引人注目的是快速原型（RP）与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，样件制件难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造。如烟台清华泰利快速模具制造有限公司，利用快速原型（RP）技术与传统的低熔点合金模具技术嫁接，实现了汽车车身大型覆盖件模具的快速制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功，该公司已为国内多家汽车公司新车试制提供了车身覆盖件。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，如长春瑞光科技股份公司、吉林大学无模成型技术开发中心推出的板类件无模多点成型系统，它是用高度可调的基本体成形工具曲面进行板材三维曲面成型的先进制造技术，是以计算机辅助设计、辅助分析、辅助制造、辅助测试（CAD/CAE/CAM/CAT）技术为主要手段的高技术集成系统，已用于三维曲面（如球面、扭曲、马鞍面等）的实际生产中，降低了成本，提高了效率。华中科技大学快速制造中心武汉滨湖机电技术产业有限公司研制的金属板料无模快速成型系统，是一种数字化成型新工艺新装备，引入RP技术分层制造的思想，柔性加工大型板壳类工件，它适用于轿车新车型大型覆盖件的无模成型，并也可以与快速制模技术相结合，快速制造覆盖件模具。快速制模技术的另一个重要方面，是快速模具材料，低熔点合金、中熔点合金、电弧喷涂材料、复合树脂材料等在本次展览会上有多家展出，特别是复合树脂材料，如迅达化学有限公司、浩腾（天津）新技术有限公司都展出了代表国际先进水平的系列模型及模具用树脂材料，更可喜的是国内也有多家研制出了新的快速模具材料，如沈阳市（丁氏）宏可材料有限公司研制开发的用以制作基础模型模具的专用系列材料，并已达到了国际同类产品的技术指标，且价格低。随着经济的快速发展和市场需求多样化，人们对产品生产周期的要求越来越短，要求现代制造技术不仅要有较高的柔性，还要有更新的，更能满足市场要求迅速变化的生产模式，在本届模展上有多家国内外厂商展出了快速拼装模具，以及模具的快速换模系统（装置），这也展示了快速模具发展的另一个重要方面。6 模具的CAD/CAM技术模具CAD/CAM技术在近两年来发展很快，本届模展的有关模具的CAD/CAM系统的厂家和研究单位只有十余家，但参展的水平和内容给人们留下了深刻的印象，体现了模具CAD/CAM技术向宜人化、集成化、智能化和网络化的发展趋势和技术进步。 6.1 CAD/CAM系统专用化程度不断提高随着模具工业的飞速发展以及CAD/CAM技术的重要性被模具界所认可, 近几年来CAD/CAM开发商投入了很大的人力和物力，将通用CAD/CAM系统改造为模具行业专用的CAD/CAM系统，针对各类模具的特点，推出了宜人化、集成化、和智能化的专用系统，受到了广大模具工作者的好评。例如以色列Cimafron公司推出的Quick系列产品，能在统一的系列环境下，使用统一的数据库，完成产品设计，生成三维实体模型，在此基础上进行自动分类，生成凸、凹模，完成模具的结构设计，能方便地对凸、凹模进行自动的NC加工。又如英国DELCAM公司推出的Power SHAPE系统，包括有PS-Moldmaker模块，是面向模具制造的模具总装设计专家系统，可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构、自动产生分模面，加工信息被自动封装，并可直接输出到Power MILL 模块，自动产生加工程序。日本造船信息系统株式会社的三维CAD/CAM系统Space-E中也增加了专用于注塑模的设计模块。日本UNISYS株式会社推出的专用于塑料模设计和制造系统的CAD CEUS 也颇具特色，该系统综合了塑料产品设计从产品形状设计、模具设计到模具生产所需要的全部功能，重点在于三维设计与二维视图的关联，体现了宜人化和集成化方面的技术进步。6.2 为企业提供模具CAD/CAE/CAM技术全方位解决方案的能力不断增强随着模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈，模具界对CAD/CAM系统的要求也从单纯的建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。在本届模展有不少研究单位和公司都展示了他们为企业提供模具CAD/CAE/CAM技术全方位解决方案的能力和技术。如上海交通大学国家模具工程中心（上海模具技术研究所）在数字化制造、系统集成、反向工程、快速原型/模具以及计算机辅助应用技术等方面已形成了全方位解决方案 的能力，能够提供模具开发与工程服务的业务，全面地提高模具企业的水平和产品质量。又如浙江大学旭日科技开发公司，能为企业提供产品设计、三维造型与NC编程、逆向工程、三坐标测量、模具设计与分析、技术培训以及模具CAD/CAE/CAM技术开发的全方位技术支持。北京航天航空大学海尔软件有限公司推出的CAXA品牌系列CAD/CAE/CAM也能够为用户提供有关模具工程的全方位解决方案。6.3 塑性成型过程计算机模拟的技术不断完善塑性成型过程计算机模拟技术在近两年来也取得了突飞猛进的发展，在大型汽车覆盖件成型过程模拟方面，这次模展展出了华中科技大学模具技术国家重点实验室和湖南大学研制的模拟软件，在数学建模、算法、前后置处理以及实验验证、工厂运用等方面两校都有显著的进步，这标志着我国在板料成型过程计算机模拟方面已接近国际先进水平。在注塑成型过程计算机模拟方面，本届模展的展示内容十分全面，澳大利亚Moldflow公司、我国台湾科盛科技股份有限公司和华中科技大学模具技术国家重点实验室均展出了他们的CAE产品。Moldflow公司展出了注塑产品优化顾问（MPA）和注塑成型模拟分析软件（MPI），包括基于中性面、双面和实体的各种用途的模块。华中科技大学模具技术国家重点实验室推出了基于双面和实体的三维真实感流动保压分析软件，都表明了注塑过程模拟的技术不断完善，体现了注塑过程模拟从中面流到双面流再到实体流的发展方向。例如华中科技大学三维流动分析软件HSCAE 3DRF 5.10，实现了基于三维实体模型的分析，支持国内外塑料流动数据库、采用人工智能技术实现了输入参数的优化，并采用智能决策系统自动生成分析报告，缩短了用户需求与分析结果之间存在的距离，将传真软件有传统的被动式计算工具提升为主动式优化系统，代表了当前CAE软件的发展方向。 中国模协技术委员会模具评定评述专家组名单组长： 叶 军 副组长：单秉俊 张孝民 陈德忠组员： 张顺福 蔡紫金 邹云甫 张华禹 安文宝李德群 马颖生 郑义和 吴玉道 经象山第九届中国国际模具技术和设备展览会 模具技术评述中国模协技术委员会模具评定评述专家组 摘 要 对第九届中国国际模具技术和设备展览会上展出的各类模具、模具标准件及模具材料进行了评述，介绍了主要展品的技术特点，分析了我国模具制造水平与国外先进水平的差距，展望了模具技术的发展趋势。关键词 模具 模具标准件 模具材料 展览会第九届中国国际模具技术和设备展览会于2002年5月1014日在上海举行，是历届展览会规模最大、参展厂商最多的一届，也是展出模具品种最多、水平最高的一届，反映了模具紧跟制品市场的要求，出现了很多新的特色。新技术、新工艺的应用更趋成熟，并有所创造，大量参展或参加评定的模具水平接近或达到国际水平，模具的大量出口己成不争的事实。1 塑料模各种塑料模仍是本届模具展的主角，在展览会上展出的塑料模有着鲜明的时代特色，可归纳为快、精、多、高四个特点。所谓快，就是市场对产品的更新周期要求越来越短，相应要求制模周期快，因而各种快速加工手段大量出现并得到推广。例如这次模展中各种规格的高速铣参展数量明显高于历届，各种电加工机床的加工速率也有所提高，高性能的刀具、打磨工具也有较多的展台展示，CAD/CAM /CAE等技术也有很大发展，趋向于操作更简便、功能更强大、速度更快，所有这些都为缩短制模周期创造了条件。而作为新观念针对塑料注射模的快速制模也得到了相当快的发展，全国几个主要工业基地(上海、南京、天津、山东等)都有快速制模的公司参展，展位从过去几届鲜有的几家发展到这次的20多家。而且制模的方法也有了很大的变化，不仅有真空浇注的硅橡胶模，而且有用树脂浇注的树脂模，还有美国3D-SYSTEME公司用激光成型方法直接制成的塑料注射模，其将涂有塑料薄膜的不锈钢微粒利用激光烧结、渗铜而成，寿命可达10万模次，制模周期仅10天，这已经突破了原来快速模仅生产几模、几十模的限制。由于产品的科技含量迅猛发展，因而对模具的精度要求也越来越高，即模具精。例如东泰实业香港有限公司、台湾力卓精密工业股份有限公司、天津市津荣天和机电有限公司等都能生产十分精密的小模数齿轮、精密结构件等精密模具，为照相机、DVD等产品提供成套模具。有的甚至还能生产制品精度达0.005mm的模具，这些高精度的塑料注射模不仅在模具设计时要考虑模具的结构形式、模具零件的精度、配合精度、零件的材料及其热处理等，而且要考虑合适的浇注系统、冷却系统及注射工艺。品种、规格多也是这次模展的特点。除了历届都有的大量各种规格（小的仅几克重的塑制件模具，重的如海尔公司达35吨重的洗碗机模具）的注射模外，异型材挤塑模、大型浴缸吸塑模、玻璃钢热压成型模、塑封模、双色(料)注射模等都有展出，这是塑料在我国各个领域大量应用带来的必然结果。效益高是市场经济的基本追求，很多模具厂商都十分重视模具的生产效率。例如台湾明模工业股份有限公司生产的大型汽车保险杠模具，每个零件塑压时间仅1min左右，即使模具价格贵些，产品厂也十分欢迎。这不仅是明模工业公司所追求的目标，也是众多模具公司在模具设计、制造中十分关注的。例如韩国LG公司展出的双层光盘存放盒模具，不仅一模四件，而且由于投影面积的减小而可以选用较小锁模力的注塑机进行生产，从而在另一个方面降低了生产成本。三佳山田科技有限公司生产的塑封模，解决了技术难题，生产出几十点浇口、上千腔的塑封模。湖北鄂丰模具有限公司展出的供水管道塑料球阀模，其中球体部分是一次模塑成型，不作任何加工，而后与密封圈等组装后作为阀体的嵌件一次模塑组装成形，球芯既可作180o旋转又不漏水，不但大大提高了生产效率，降低了成本，而且确保质量，这在国内甚至国际上也处于领先地位。塑料模的飞速发展一方面是市场的紧迫要求逼出来的，另一方面也是应用各种先进技术的结果。模具CAD/CAM/CAE己广泛应用，而在模具设计、工艺安排方面也都有很大进步。例如冷却系统设计，过去很多厂根本没有考虑或很少考虑，而现在可以说绝大多数厂家都将此列为主要指标。为了达到模具制品的高精度，不少厂家不但在模具设计(特别是冷却设计)、模具制作中有周密的措施，而且对注塑工艺都有相当的研究。而模具技术中国际上流行的气体辅助注射成形技术、热流道浇注系统、双色注射等等的应用广度和深度均有大幅度的增长。本届展览会不仅在参展的厂商数量上较以往各届有大幅度的增长，而且参展的模具水平，运用的设计、制造技术，手段等等都有十分明显的提高，更加接近和达到国际水平。2 冲模标志着冲模技术先进水平的高精度多工位级进模，在本届模展上，展出的厂家约30个。从展出的品类来看，有电机、电器铁芯片、空调器散热片、电子枪零件、电子电脑零件、引线框架零件、接插件、壳体拉深件等。从展品的的水平来分析，模具的复杂程度、制造精度、使用寿命和性能、制品质量及外观等，均有显著进步，主要表现在下述几个方面： （1）模具CAD/CAM技术得到普遍采用，提高了模具设计质量，缩短了模具设计时间，结构上形成规范化、典型化、标准化。模具制造技术数控化，应用数控铣床、数控加工中心、数控低速走丝线切割机、数控坐标磨床等精密数控设备，已成为加工凸模、凹模及高精度零件的主要手段，确保了精度和质量，并加快了制造周期。（2）精密、复杂、高效、长寿命的多功能模具和高精度多工位级进模，在功能、精度、寿命、制品质量等方面，已达到国外同类模具水平，完全可以替代进口。（3）此次参展的电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模，以大中型为主，大型铁芯叠铆双排转子扭斜、大规格铁芯自扣、定转子双回转叠片、塑封半定子叠铆等模具的展出，其品类之多、难度之大是历届之最。（4）模具的制造周期逐步缩短，现代模具制造技术进一步得到推广应用，标准化程度逐步提高，使高精度多工位级进模的制造周期逐步缩短。大型的制造周期4个月，中型的3个月，小型的2个月。制造周期已达到国外同类模具的水准。（5）模具的综合性能已达到较高水平，展出的电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模，具有自动冲压、叠铆、扭槽、分组、回转等功能。模具主要零件制造精度达2m。步距精度达3m内，表面粗糙度达Ra0.40.10m。模具在高速冲床上使用，总寿命可达1亿冲次以上。铁芯叠铆后的抗拉强度8kg以上。如常州日新精密机械有限公司：参展的交流电机定转子铁芯硬质合金双排级进模，模具外形尺寸为1470mm600mm415mm，重2.2 t, 用于200 t高速冲床上生产。这是一副国内最大的双排扭斜自动叠铆级进模,扭斜采用步进电机式的机械驱动结构,转子铁芯双排扭斜,定子铁芯外径95mm的大尺寸双排重铆，结构复杂难度大，该模具达到国际水平。参展的方形步进电机定转子带双回转叠片硬质合金级进模，转子冲片旋转72o、定子冲片旋转90o落料叠片，该模具通过大回转叠片，减少带料厚度误差，提高铁芯精度。回转机构通过高速冲床的曲轴运动，带动机械式驱动装置，同步皮带等传动，使转子定子落料凹模双回转叠片。结构复杂精度高，制造难度大，该模具填补国内空白，达到国际水平。参展的空调塑封电机定转子铁芯硬质合金级进模，转子铁芯扭斜旋转，定子铁芯由两件半圆组合在一副模具上冲制两种不同形状的半定子铁芯，经塑封再组合成定子铁芯，达到高精度内孔要求，设计结构、制造精度达到国外同类模具水平。参展的串激电机定转子铁芯硬质合金双排级进模，双排双工位，对自动叠铆级进模来说，难度和精度要求在设计结构和制造水平又提高了一个层次，而且无搭边废料，由于无搭边废料而产生定子落料上跳，该模具设置了防废料上跳装置。双排提高生产效率和材料利用率，设计、制造达到国外同类模具水平。南京长江机器集团工模具有限公司参展的自动扣片模，转子铁芯外径160mm扭斜叠铆，采用离合器的机械扭转结构，驱动凹模旋转套扭斜，是一副大规格吊扇电机定转子铁芯硬质合金级进模，也是自动叠铆系列中尺寸规格最大的铁芯零件。模具外形尺寸1614mm600mm380mm，重2t，用于200t高速冲床上生产。槽型凹模采用拼块结构，技术难度大，精度高、结构复杂，设计、制造达到国外同类模具水平。上海宝捷丽钢精密机电模具公司展出的电机自动叠铆双排级进模，设计结构和制造精度与国外同类模具体相当。大连达利精密模具开发公司，芜湖万通模具有限责任公司展出的自动叠铆级进模，均有一定水平和实力。（6）其他品类的多工位级进模也达到较高水平。如陕西彩虹彩色显像管总厂彩虹零件厂的64cm FS彩色显象管电子枪C3帽级进模