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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 模具技术现状与进展趋势综述摘天津高校国家高校科技园李大鑫张秀棉要： 介绍了我国模具技术的现状,提出了模具技术的进展趋势；关键词： 模具技术；进展趋势；现代模具1 引言模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,由于模具在很大程度上打算着产品的质量、效益和新产品的开发才能；随着我国加入 遇和挑战；WTO,我国模具工业的进展将面临新的机我国的模具工业的进展,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、汽车、电机、电器、仪器、外表、家电和通信等产品中,60%80%的零部件都要依靠
2、 模具成形（型）；用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一样性、高生产率和低消耗,是其它 加工制造方法所不能比拟的；模具又是“ 效益放大器” ,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身 价值的几十倍、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；近几年,我国模具工业始终以每年 15左右的增长速度进展,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；以大型掩盖件冲模为代表,我国已能生产部分轿车掩盖件模具；轿车掩盖件模具设计和制造难度大,质量和精度要求高,代表掩盖件模具的水平；在设计制造方法、手段上
3、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,与国外相比仍存在肯定的差距；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 点进展的精密模具品种,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,仍存在肯定差距；（2）塑料模；近年来,我国塑料模有很大的进步；在大型塑料模方面,已能生产34英寸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外表板等塑料模具；在精密塑料模具方面,已能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具,仍能生产厚度仅为0.08mm的
4、 1模 2腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等；内热式或外热式热流道装置得以采纳,少数单位采纳了具有世界先进水平的高难度针阀式名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 热流道模具,完全排除了制件的浇口痕迹；气体帮助注射技术已胜利得到应用；在精度方面,塑料模型腔制造精度可达 0.02 0.05mm（国外可达 0.005 0.01mm）,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 Ra0.2 0.25 m,塑料模寿命已达 100万次（国外可达 300万次）,模具制造周期仍比国外长
5、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较大差距；（3）压铸模；汽车和摩托车工业的快速进展,推动了压铸模技术的进展；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,注意解决热平稳问题,合理确定浇注系统和冷却系统,并依据制造要求,采纳了液压抽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 0.02 0.05mm（国外 0.01 0.03mm）,型腔表面粗糙度值为 Ra0.4 0.2 m（国外为 Ra0
6、.02 0.01 m）,模具制造周期为中小型模具为 3 4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 4 8万次,个别可超过 10万次,国外可达 815万次以上；（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,降低生产成本,提高产品质量；它使技术人员能借助于运算机对产品、模具结构、成形（型）工艺、数控加工及成本等进行设计和优化；以生产家用电器的企业为代表,间续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统,实现了CAD/CAM 的集成,并采纳 CAE
7、技术对成形（型）过程进行运算机模拟等,数控加工的使用率也越来越高,取得了肯定的经济效益,促进和推动了我国模具 CAD/CAE/CAM 技术的进展；近年来,我国自开发的有上海交大的冲裁模 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讨论中心的冲压 CAD/CAE/CAM 系统等,为进一步普及模具 CAD/CAM 技术制造了良好条件；目前我国运算机帮助技术的软件开发,尚处于较低水平,需要学问和体会的积存；（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,模具标准件越来越广泛地得到采纳；模具标准件主要有冷冲模架、塑料模
8、架、推杆和弹簧等；新型弹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、品种和供货是否准时,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、精名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 料化、制品化等方面尚待解决；另外,仍需要讨论适应玻璃、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
9、的关键环节；国内大部分企业在模具淬火时仍采纳盐熔炉或电炉加热,由于模具热处理工艺执行不严,处理质量不高,而且不稳固,直接影响模具使用寿命和质 量；近年来,真空热处理炉开头广泛应用于模具制造；3 模具技术的进展趋势 3.1 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向进展（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,同时各功能模块采纳同一数据模型,以实现信 息的综合治理与共享,从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产治理的全过程,达到实现正确 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
10、、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仍包括：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,所采纳的三维数字化模型能便利地用 于产品结构的 CAE分析、模具可制造性评判和数控加工、成形过程模拟及信息的治理与共享；如 Pro/E 、UG 和CATIA等软件具备参数化、基于特点、全相关等特点,从而使模具并行工程成为
11、可能；另外,Cimatram 公司的 Moldexpert ,Delcam公司的 Ps-mold 及日立造船的 Space-E/mold 均是 3D专业注射模设计软件,可进 Moldflow 公司的三维真实感流淌模拟软 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 件MoldflowAdvisers 已经受到用户广泛的好评和应用；面对制造、基于学问的智能化功能是衡量模具软件 先进性和有用性的重要标志之一；如 Cimatram公司的注射模专家软件能依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 J+加工的钻孔 表
12、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、生产和治理等方面的全球化、国际化,以及运算机软硬件技术的快速发 展,模具软件应用的网络化的进展趋势是使 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、灵敏制造技术成为可能；美国在其21 世纪制造企业战 80 个月缩短到 8 个 略中指出,到 2006年要实现汽车工业灵敏生产 / 虚拟工程方案,使汽车开发周期从 月；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.2
13、模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向进展（1）模具向着精密、复杂、大型的方向进展,对检测设备的要求越来越高；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；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,胜利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；日本沙迪克公司采纳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 M尔公司的 NCEDM 具有 P-E3自适应掌握、 PCE能量掌握及自动编程专家系统；另外有些 EDM仍采纳了混粉加工工艺、微精加工脉
14、冲电源及模糊掌握（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（为一般铣削加工的 5 10 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；HSM主要用于大、中型模具加工,如汽车掩盖件模具、压铸模、大型塑料模等曲面加 工；（4）模具自动加工系统的研制和进展；随着各种新技术的快速进展,国外已显现了模具自动加工系统,这也是我国长远进展的目标；模具自 动加工系统应有如下特点：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、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有
15、质量监测掌握系统；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,精度和寿命又能满意生产需求,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、运算机技术、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之一；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 和成本的 1/4 左右；现在是多品种、少批量生产的时代,到
16、下一个世纪,这种生产方式占工业生产的比例将达 75%以上；一方面是制品使用周期短,品种更新快,另一方面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,研制各种超塑性材料（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、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 将进一步进展；快换模架、快换凸模等也将日益进展；另外,采纳运算机掌握和机械手操作的快速换
17、模装 置、快速试模技术也会得到进展和提高；3.4 模具材料及表面处理技术的讨论 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,要采纳电渣重熔工艺,努力提高钢的纯洁度、等向性、致密度和匀称性及研制 更高性能或有特殊性能的模具钢,如采纳粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等；粉末高速钢解决了原先高速 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,组织匀称,没有材料 方向性,因此,它具有韧性高、磨削工艺性好、耐
18、磨性高、长年使用尺寸稳固等特点,特殊对外形复杂的 冲件及高速冲压的模具,其优越性更加突出,是一种很有进展前途的钢材；模具钢品种规格多样化、产品 精细化、制品化,尽量缩短供货时间亦是重要进展趋势；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 CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方 元素向多元素共渗、复合渗（如 TD 法）进展；由一般扩散向 向进展；可采纳的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、 TiAlN 、CrN、 Cr7C3、W2C等,同时热处理手段由大气热处理向真空热处理进展；另外,目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀 重视；3.5 模具
19、研磨抛光将向自动化、智能化方向进展B刷镀 C防腐强化等技术也日益受到模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一；模具表面的质量对模具使用寿命、制件外 观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低（约占整个模具制造周期的 1/3 ）,且工人劳动强度大,质量不稳固,制约了我国模具加工向更高层次进展；因此,讨论抛光的自动 化、智能化是模具抛光的进展趋势；日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化；另外,由于模具型腔外形复杂,任何一种研磨抛光方法都有肯定局限性；应进展特种研磨与抛 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
20、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 准件的应用必将日渐广泛；为此,第一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,进展和完善联销网,保证供货 快速；3.7 压铸模、挤压模及粉末锻模比例增加名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 随着汽车、车辆和电机等产品向轻量化进展,压铸模的比例将不断提高,对压铸模的寿命和复杂程度 也将提出越来越高的要求
21、；同时挤压模及粉末锻模比例也将有不同程度的增加,而且精度要求也越来越 高；3.8 模具工业新工艺、新理念和新模式 在成形（型）工艺方面,主要有冲压模具多功能复合化、超塑性成形（型）、塑性精密成形（型）技 术、塑料模气体帮助注射技术及热流道技术、高压注射成形（型）技术等；另一方面,随着先进制造技术 的不断进展和模具行业整体水平的提高,在模具行业显现了一些新的设计、生产、治理理念与模式；详细 主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；制造正确治理和效益的团队精神,精益生产；提高快速 应变才能的并行工程、虚拟制造及全球灵敏制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采纳标准件、通用件的 分工协作生产模式；适
22、应可连续进展和环保要求的绿色设计与制造等；3 终止语 目前我国模具工业的进展步伐日益加快,但在整个模具设计制造水平和标准化程度上,与德国、美 国、日本的发达国家相比仍存在相当大的差距；在经济全球化的新形势下,随着资本、技术和劳动力市场 的重新整合,我国装备制造业在加入 WTO以后,将成为世界装备制造业的基地；而在现代制造业中,无论 哪一行业的工程装备,都越来越多地采纳由模具工业供应的产品；为了适应用户对模具制造的高精度、短 交货期、低成本的迫切要求,模具工业应广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步,满意各 行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求,以实现我国模具工业的跨过式进展；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页