清华模具构造与制造课件第9章 我国模具技术的现状与发展

第9章我国模具技术的现状与发展

（时间：1次课，2学时）第9章我国模具技术的现状与发展1. 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，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。(1) 冲模轿车覆盖件模具，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。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖件模具。在设计制造方法，手段上面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模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叠片多功能模具，已基本达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜、安全保护等功能，凹模采用拼块式，零备件可互换。常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转子冲片落料、旋转72°再叠片，定子冲片落料、回转90°再叠片(以消除料厚误差)等功能。这两项模具精度达2μm，步距精度2μm~3μm，双回转精度1′，寿命达到1亿次以上，制造周期5~6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2~1/3，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。其他如48、54、68条腿集成电路柜架多工工位级进模、电子枪硬质合金多工进级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。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。第9章我国模具技术的现状与发展(2) 塑料模塑料模应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有了长足的进步。在大型塑料模方面，已能生产34"大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等的塑料模具。模具重量可达10t~20t。在精密塑料模具方面，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的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。一般均采用内热式或外热式热流道装置。少数单位采用具有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。在高效多色注射的应用和抽芯脱模机构的创新设计方面，也取得较大进展。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT6~IT7级，分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型面的表面粗糙度为Ra=(0.02mm~0.025)μm。塑料模寿命已达100万次，但模具制造周期仍比国外长2~4倍，总体水平与国外比尚有较大差距。(3) 压铸模汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模生产技术的发展。汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸机、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，我国均已能生产，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冻系统，并根据制作要求，采用了液压轴芯和二次增压等结构。总体水平有了较大提高。压铸模制造精度可达0.02mm~0.05mm(国外为0.01mm~0.03mm)，型腔表面粗糙度为Ra=0.4~0.2μm(国外为Ra=0.02μm~0.01μm)，模具制造周期中小型的为3~4个月，中等复杂的为4~8个月，大型的为8~12个月，约为国外的1倍。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4~8万次，个别可超过10万次，国外可达8~15万次以上。模具价格：国内约为引进价格的1/4~1/3。第9章我国模具技术的现状与发展(4) 模具CAD/CAM技术模具CAD/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，以CAD绘图代替了手工制图，以CAM取代了手工编程，并能采用CAE技术对成型过程进行计算机模拟等，为用户提供一种有效的辅助工具，使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。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。特别是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。如美国EDS的UGⅡ；美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美国CV公司的CADS5；英国Deltacam公司的DOCT5;日本HZS公司的CRADE；以色列公司的Cimatron。近年来，我国自主开的CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统，华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件；上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等，这些软件具有适应国内模具和具体情况，在微机在应用，价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。(5) 快速经济制模技术快速经济制模技术与传统的机械加工相比，具有模具制造周期短、制造成本低、综合经济效益好等突出特点，已在我国得到越来越广泛的应用。快速原型制造(RPM)技术是一种集CAD、CAM、NCN、激光及材料科学于一体的新技术，是当前最先进的零件及模具的成形方法之一。近年来在我国发展很快。清华大学最先引进的美国3D公司的SLA250(立体光固化或称光敏树脂激光固化)设备与技术，并进行了开发研究。经多年努力，已开发出了RPMSⅡ型式功能快速原型制造系统拥有叠层实体制造SSM，熔融挤压成形EME，具有较好的性能价格比。第9章我国模具技术的现状与发展树脂冲压模具在国产轿车的试制中得到成功应用。一汽模具制造中心设计制造了12套树脂模具分别是行李箱、发动机罩、前后左右翼子板等大型复杂内外覆盖件的拉伸模具。其主要特点是模具型面以CAD/CAM加工的主模型为基准，采用端士汽巴(一种脂品牌名)精化的高强度树脂浇注成形，凸凹模间隙采用进口专用蜡片准确控制，模具尺寸精度高，制造周期可缩短1/2~2/3，12套模具制造费用可节省1000万元左右。树脂冲压模具技术为我国轿车试制和小批量生产开辟了一条途径。属国内首创。可达20世纪90年代国际水平。其他快速经济制模技术，如电弧喷涂脂抹粉成形模具技术、铍铜塑料成形模具技术，低熔点合金、锌合金制模技术，快速电铸制模技术等，也得到不同程度的应用。(6) 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，越来越广泛地得到采用。模具标准件主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧等。新型弹性元件氮气弹簧亦已在推广应用中。目前我国模具标准化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%~80%相比，仍有很大差距。第9章我国模具技术的现状与发展(7) 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。大量使用的模具材料为模具钢，年消耗量在10万吨以上。近年来，国内一些模具钢生产企业已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，模具钢质量有较大程度的提高。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。国内大部分企业在模具淬火时仍采用盐熔炉或电炉加热。由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。近年来，真空热处理炉有了很大发展，正在推广使用。(8) 模具制造的相关技术模具制造的相关技术与工艺的发展，对模具水平的提高起到了重要作用。模具抛光技术引起重视，机械磨抛光、超声波抛光、电化学抛光及上述几种方法的复合抛光，已开发出专用机械、专用工具，得到了广泛的应用。挤压珩磨抛光已有应用于生产现场，但面不广。大型高效自动抛光专用设备有待开发。模具花纹的蚀刻技术，工艺水平提高较快，能制作各类模具的装饰纹，且仿真性越来越好。模具强化技术进一步发展。除原来已推广的电火花强化机外，又开发了电刷镀强化设备。模具修复技术也有了进步。除电刷镀修复模具外，又引进和开发了多种脉冲焊接机，修复效果较好。综上所述，近年来我国模具技术有了长足的进步，但与国外先进技术相比还存一定的差距。第9章我国模具技术的现状与发展2. 我国模具技术与国外的差距(1) 高精度、高技术类模具产需矛盾突出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，模具工业有了较大发展，常规模具基本可以满足国内各行业的生产需要，但大型、精密、复杂、高效和长寿命模具的设计与制造方面，无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。其差距见表9.1。(2) 产品结构不平衡模具按国家标准分为十大类，其中冲压模、塑料模占模具用量的主要部分。按产值统计，我国目前冲压占50%~60%，塑料模占25%~30%。而国外先进国家对发展塑料模很重视，塑料模比例一般占30%~40%。(3) 模具企业结构不合理我国模具生产企业结构不合理，主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内，模具商品化率低，模具自产自用比例高达70%以上。而在国外，70%以上的模具是商品化的。(4) 模具标准化、专业化程度低、生产周期长模具设计、制造标准少，模具制造专业化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成，因此相应的生产周期也较长。见表9.2。第9章我国模具技术的现状与发展第9章我国模具技术的现状与发展第9章我国模具技术的现状与发展(5) 模具工艺装备水平有待提高我国机床工具行业已可提供比较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、坐标磨床、光曲磨床、三坐标测量机等。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，和国外相比仍有较大差距。(6) 先进模具技术深层次应用不足如模具CAD/CAM技术、加工设备数字控制化技术等，许多模具厂家也在应用，但只能在较低层次使用，而许多深层次的技术开发应用没有得到很好的开发。(7) 模具寿命较低国内模具的寿命比较低，这与目前国内模具材料与加工技术相对落后有一定的关系。见表9.3。第9章我国模具技术的现状与发展第9章我国模具技术的现状与发展第9章我国模具技术的现状与发展(3) 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，模具标准件的应用必将日渐广泛。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、降低成本；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。(4) 模具使用优质材料及应用先进的表面硬化处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%~30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，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作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，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、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间也是重要方向。模具热处理和表面硬化处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具的表面硬化方法，除人们熟悉的镀硬铬、氮化方法外，从20世纪70年代到80年代，硬质化合物涂覆技术已被推广应用到模具上。现在，对模具进行硬质化合物涂覆处理已成为提高模具寿命最有效的方法之一。大力推广这项技术，对于提高模具的加工效率和质量，减少昂贵模具材料的消耗有着十分深远的意义。目前，适用于模具的硬质化合物涂覆方法主要有：化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)和在盐浴中向工件表面浸镀碳化物的方法(TD)。第9章我国模具技术的现状与发展(5) 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。加大技术培训和技术服务的力度，应进一步扩大CAE技术的应用范围。对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批