模具的现状及发展 论文综述.doc

模具的现状及发展08机械设计制造及其自动化（4）班*摘要：本文介绍了我国模具行业发展的良好状况，同时说明了冲压模具的发展及现状，并指出我国最大的优势是模具市场发展空间巨大，同时指出了模具行业存在的不可忽视的问题,并且在提出了几点措施。最后，本文列出了模具的发展方向，并对未来的趋势做了总结。关键词：模具制造 模具技术 冲压模具 研究现状 发展方向 0引言模具行业是一个融合多专业、多学科知识并为多种加工领域服务的工业行业。使用模具生产产品，具有效率高、质量好、节约能源和原材料、成本低等一系列优点。模具已成为现代工业生产的重要手段和加工工艺。随着科学技术和社会经济的发展，产品的开发周期和产品的更新期逐渐缩短，模具的使用更加频繁并已渗入到各行各业，它在汽车、电器、通讯、电子及轻工等领域的应用尤为广泛。作为一种产业，模具工业的发展与繁荣是现代工业技术发展的一个重要标志，多数工业产品的发展和技术水平的提高，在一定程度上取决于模具工业的发展水平，这一点在许多发达国家的工业史上已经得到了十分明确的体现。20世纪80年代以来，科学技术的发展，特别是计算机应用技术的迅猛发展，对模具业的发展产生了重大影响。随着计算机辅助设计、辅助制造以及辅助分析相继被普遍引入到模具制造领域，模具CAPP、CIMS工程也开始在一些企业获得成效，模具制造技术发生了根本性的变革。现在，通过互联网传送模具信息，远距离控制模具生产已成为一些企业的重要经营手段。模具生产周期缩短，质量提高，成本降低，使模具制造的整体水平和科技含量得到了质的飞跃。近年来，激光立体制模（SLA）、分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）和熔化沉积制造（FDM）等快速成型制造技术发展很快，新的技术不断涌现，模具制造技术正处于一个非常活跃的发展阶段。1 我国模具行业的迅速发展 近10年来，我国模具工业一肖以每年15的增长速度快速发展。十五期间，我国模具工业年增长速度达到20。据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，2004年模具产值530亿元，进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18、32.4 和45.9。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进151量较大的国家。2005年模具行业的发展迅速， 模具销售额610亿元，同比增长25，排在世界第三位；模具出口大幅增长，表明模具水平和竞争力提高，据海关统计，2005年模具出口74亿美元，同比增长50 以上；模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿的模具份额提高到30。2005年模具进口达2068亿美元，比上一年增长14.07，这说明高技术含量模具仍远远满足不了国内市场需要。2005年进出口之比为2.8:1，比2004年的3.69：1更趋合理。2005年我国模具进出口总量28O6亿元，进出口相抵后的净进口达l33亿美元，为净进口量较大的国家。2006年中国模具工业仍会有较大增长，技术含量高的模具仍为国家发展重点1。我国政府对模具工业和模具技术发展非常重视，特别是在改革开放以来充分肯定了模具工业和技术在制造业和国民经济中的重要基础地位。1984年成立了中国模具工业协会，并在“六五”、 七五”计划中专项支持 八五”科技开发计划中先进制造技术列在第一位而模具设计制造技术又列在先进制造技术的第一位。在此期间国家投入数千万元的研发费用(加上地方和企业自筹研发经费超过l亿元)形成近百项技术成果，大大缩短了我国与世界发达国家的技术差距。改革开放以来，在模具产业发展上我国政府也给与政策方面的优惠支持，我国模具工业的面貌发生了根本性的变化2。2我国模具发展中存在的问题 虽然中国模具工业在过去l0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。如精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CADCAECAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。目前我国模具设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多，也比韩国、新加坡等国落后。21产品质量不高 当前我国模具生产厂中多数是“大而全”、“小而全”，国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。国内模具总量中属大型、精密、复杂、K寿命模具的比例只有30 左右，国外在50以上。国内模具生产厂家，工艺条件参差不齐，差距很大。现代模具工业早已走出以前手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，通过电脑输入数据加工制作模具。我国不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。受售价限制，国产模具多采用2Cr13和3Cr13材料，再作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI、2316，其综合机械性能(耐磨、耐腐蚀)及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。22标准化水平不高 目前，我国已有50多项模具标准共300多个标准号及汽车冲模零部件方面的l4种通用装置和244个品种，共363个标准。这些标准的制订和宣传贯彻，提高了中国模具标准化程度和水平。由于中国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。近年来虽然由于外资企业的介入，比例已有较大提高，但总的来说还很低。据初步估计， 目前这一比例大致为40 45。而国际上一般在70以上，其中中小模具在80以上。由于中国模具企业的性质和所在的地区不同，模具标准件使用覆盖率存在很大差异。三资企业要比其它企业高，南方的企业要比北方的高。23缺乏相关人才 当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国，但我国模具行业人才紧缺成为一个迫在眉睫的问题。据劳动部门调查显示， 目前企业对模具人才的需求越来越大，在北京、广东、浙江等地，模具设计人员、模具开发人员、模具维修人员等已成为人才市场最紧缺的人才之一。模具行业是一个需长期积累经验的行业，现在的年轻人能坚持下来而有所成就的很少。由于最初的学习非常枯燥， 因此许多初学者常半途而废。此外，我国传统教育方式对模具人才的培养存在不足。一些高校尽管在近几年内设立了模具专业，但由于受软硬件设施限制，培养出的学员实际技能不够。而社会上各种各样的模具培训班， 由于缺乏规范的职业标准， 因此学员质量良莠不齐【1】。3冲压模具的发展及存在的问题 冲压模具成型技术已经成为了一种十分重要的制造技术，例如在汽车行业中，汽车覆盖件大都采用冲压而成，其模具制造周期影响汽车的制造成本以及新产品开发的周期。目前，国外汽车界提出缩短产品的市场化周期、降低产品开发费用和减轻汽车的质量的了3R战略，其中的一个重要环节就是降低车身覆盖件模具的制造费用和减少生产周期，并且在车身覆盖件模具的研发方面各个国家都投入了大量的资金。 不仅如此，近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，目前，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。并开始使用UG、ProEngineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了moldflow等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。此外，冲压模具的代表主要有多工位级进模、精密多工位冲压传递模、复杂精密多功能冲压模具等，其中精密多工位级进模占居主流产品地位，占有绝大多数比例的模具市场。而先进的精密多工位级进模主要包括电机铁芯片级进模、空调器翅片级进模、集成电路引线框架级进模、电子连接器级进模、彩管电子枪零件级进模、汽车零件级进模、家电零件级进模等模具类别。其制件覆盖了电子、通讯、汽车、机械、电机电器、仪器仪表和家电等领域产品。随着国内市场产品档次的提升，近些年，先进多工位与多功能冲压模具的总体技术水平提升，特别是产量最大的精密多工位级进模的技术水平、制造精度、使用寿命和制造周期等性能指标方面均有了明显进步，相当一部分高档优质模具的总体水平已达到或接近国际同类模具水平。不仅替代进口，一部分模具还出口到工业发达国家和地区。另外，多工位冲压传递模具基本达到国外同类水平。如电机铁芯自动片级进冲模制造精度达1 m、步距精度达3um、拼块精度1 m、回转精度1，表面粗糙度Ra0.10.4 m。模具在高速冲床上使用，具有自动冲压、片、扭槽、分组、回转等功能，自动叠片铁芯组合的厚度可达到100 mm 以上，铁芯组合的外径可达200 mm左右，模具使用寿命2亿冲次以上【3】。到了21世纪，随着计算机软件的发展和进步，CADCAECAM技术日臻成熟，其现代模具中的应用越来越广泛。目前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，但与国民经济需求和世界先进水平相比，仍具有较大的差异，一些大型、精密、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。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争非常激烈。根据中国模具工业协会的统计数据，2009年中国模具进出口总额为3807亿美元，比上年下降3.03。其中进口总额为l9.64亿美元，同比减少2；出口总额为18.43亿美元，同比减少4.1l。按模具种类分，进出口最高的仍是塑料橡胶模具，分别占了进出口额的50.12 和70.26；其次是冲压模具，分别占了进出口额的42.42 和22.07。按进口货源地分，进口模具主要来自日本、韩国、德国，其次是中国台湾、美国、加拿大、意大利、新加坡、丹麦和法国；按出口目的地分，中国出口模具的市场主要是香港、美国和日本，其次是德国、印度、中国台湾、法国、巴西、韩国和越南；按出口货源地分，出口模具主要来自广东、浙江和江苏。从进出口模具价格方面分析，2009年出口冲压模具平均每吨价88945美元，比上年上升13.5；出口塑料橡胶模具平均每套价963美元，比上年上升156。如果与进口价相比较，一则冲压模具平均每吨进出口之比为1.8：1；塑料橡胶模具平均每套进出口之比为25：1。与上年相比，差距明显缩小。中国模具工业协会的分析指出，从上述价格可看出，中国出口模具的技术含量和附加值比上年又有了上升，与进口模具相比，技术和价格差距也在不断缩小，充分体现出了2009年中国模具产业的技术进步【4】。4促进我国模具工业积极发展的建议我国“十二五”精冲模具的发展目标是面向国内精冲零件市场的需求，从连续精冲模设计制造人手，提升精冲模具行业规模，持续扩大制造能力，在提高复杂精冲模具自主开发能力、数字化精冲模具研究水平、精冲模具材料开发与合理应用以及精冲模具表面处理技术等方面取得明显进步，努力提高企业的精冲模技术水平，缩小与国际先进水平的差距，国内精冲零件获得较广泛的应用。41促进产品结构调整 我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小；而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空问。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。中国模具企业今后的发展方向，应该注重产品结构的调整和定位，进一步提升模具的制造技术水平， 占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。42加大设备和高技术手段的投入 目前国内市场中低档模具供过于求，但高档模具却供不应求。因此，要鼓励企业增加设备，特别是骨干企业要配齐从模具粗加工、热处理到各种精加工、光整加工、质量控制与检测等整套设备，一般企业要配备数控加工设备，实现模具制造的全自动加工。积极鼓励企业与大专院校进行技术合作，广泛采用计算机辅助技术、人工智能技术等进行设计决策、模拟分析和优化设计，增强企业技术创新能力。 43积极开拓国外市场 澳大利亚近年来经济发展较快，而且今后几年还有继续增长的势头。但作为基础工业的模具制造业，尤其是冲压模具的制造能力赶不上经济发展的需要，为此急需从国外进口冲压模具制造技术和能力，而中国模具业在这方面恰好有较大的优势，市场前景看好。中国冲压模具企业的技术装备水平高于澳大利亚。中国有完整的冲模设计制造技术人员和编程人员，有熟练的数控机床操作工人，钳工装配和模具调试人员，劳动工资水平低于澳洲。 此外，还要推进模具企业的专业化分工，大力开展模具设计技术、制造工艺技术及其基础理论等研究和开发工作，自主创新，努力提高达到国际先进水平多工位与多功能冲模的比例(主要类型的级进模技术水平基本达到国际先进水平)和种类，为在下一个五年计划中我国多工位与多功能冲模的整体技术水平追上世界先进水平打好基础。5未来模具的发展方向5.1 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）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要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/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模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模CAD/CAE/CAM系统等。 （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/ENGINEER、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，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学的Z-mold软件。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重要标志之一。如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，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NC加工的钻孔表格，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、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其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40个月缩短到4个月。5.2 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展 （1）模具检测设备的日益精密、高效 精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、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。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm3250mm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备还包括：英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪(CYCLON SERIES2)可实现激光测头和接触式测头优势互补，激光扫描精度为0.05mm，接触式测头扫描精度达0.02mm。另外德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪，日本罗兰公司的PIX-30、PIX-4台式扫描仪和英国泰勒霍普森公司的TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。 （2）数控电火花加工机床 日本沙迪克公司采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。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、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）高速铣削机床(HSM) 铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。瑞士克朗公司UCP710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8m，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速铣床，其加工范围达2500mm5000mm1800mm，转速达20500r/min，切削进给速度达20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。5.3快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。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、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 (1)快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。 (2)表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。 (3)浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。 (4)冷挤压及超塑成形制模技术。 (5)无模多点成形技术。 (6)KEVRON钢带冲裁落料制模技术。 (7)模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。 (8)其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。5.4模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射