关于我国模具发展现状与发展趋势综述.doc

模具设计及UG二次开发课程作业之文献综述关于我国模具发展现状与发展趋势综述 摘 要： 本文结合相关文献主要对我国模具技术发展现状及未来发展趋势进行了综述和探讨。强调了模具技术的重要性。关键词： 模具技术； 发展趋势； 综述；Review of Status and Development Trend in Die and Mold Technology of our country Abstract: With the related articles, this paper reviews and discusses the status of the die and mold technology and future trends. On the same time, this paper stresses the importance of the mold technologyKeywords: Die and mold technology； Development trend；Review1.引言模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础。模具能够在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。在现代机械制造业中，模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一，直接影响着国民经济中许多部门的发展。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，绝大部分零部件都要依靠模具成形。模具是工业生产的基础工艺装备。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。现代模具正向高精度，长寿命，高生产率，结构复杂的方向发展。在这种情况下应运而生CADCAECAM技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CADCAECAM技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。2.我国模具技术现状在工业生产中，模具的用途广泛，种类繁多。按照模具结构形式可分为冲压模、注塑模、压铸模。在模具工业中，冲压模具、注塑模具和压铸模具应用最为广泛的3类模具。其中，冲压模具约占50%，注塑模具约占36%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占8%。下面将对这几种模具的发展现状及其模具相关技术的发展趋势进行综述。 2.1冲压模具发展现状冲压是在室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上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。由于模具材料、热处理技术以及制造装配技术等影响，我国冷冲模模具寿命水平普遍较国际先进水平低，差距在3050。特别是一次刃磨寿命低导致模具维护次数增加，降低了冲压生产效率以及提高了模具维护成本，进而影响国内模具的市场竞争力。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。先进多工位与多功能冲压模具的代表主要有精密多工位级进模、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。对比国外先进多工位与多功能冲压模具，国内模具行业整体水平不高，还存在诸多问题，主要有：设计制造的专业化和精细化不够，企业缺少代表核心竞争力的模具核心技术的积淀，对特种高精尖模具如特大型高精、超高速冲压、超薄、超强和微细型零件成形冲压模具还未掌握其关键技术，对多功能复合模具还涉及不多，模具材料、标准件、热处理工艺、表面处理工艺以及试模技术还不能跟上发展要求，以及模具使用的可靠性和部分技术指标稳定性不够等。另外，目前模具设计制造中的软件、关键设备主要依赖进口。这些问题的解决将是“十二五”发展的主要方向。2.2压铸模发展现状压住模具是实现压铸生产的基础工艺装备。压铸即压力铸造，是将熔融合金在高压、高速条件下充填型腔，并在高压下冷却凝固成型的一种静谧铸造方法。压铸生产工艺具有尺寸精度和表面质量高、铸件组织细密、硬度和强度高等特点，并且可以生产出形状复杂的薄壁件。铸造模具的产品应用范围很广，几乎涉及到所有工业制造领域，其中汽车零件的铸件以其数量大、品种多、要求严名列首位。汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模技术的发展。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却系统，并根据制造要求，采用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0.02一0.05mm(国外0.010.03mm)，型腔表面粗糙度值为0.40.2um(国外为0.02一0.01u m)，模具制造周期为中小型模具为34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48万次，个别可超过10万次，国外可达815万次以上。目前铸造模具中的大型、复杂、精密汽车压铸模目前依然大量进口，影响到汽车行业的发展。国内对于一些有特殊性能要求的优质铸件，如高强度件，高耐磨性件、薄壁件及高气密性铸件的模具研究甚少，无法满足军工、航天、航空等行业需求，这部分铸造模具国外还未达到完全成熟阶段。加快对新型、特殊工艺铸造模具的研发，在这些领域中与国际先进技术水平接近同步发展，最有利于抢占高端铸造模具制高点，从而带动一般模具技术和产品质量提升，制造出具有特色的、有核心技术的模具。其中真空压铸、半固态金属铸造、金属挤压铸造、金属液锻所需模具的开发、研究及其推广是重点课题。同时，铸造模具的设计理论和技术发展制约着水平的进一步提升，模具浇注系统、排渣排气系统、补缩系统和温控系统设计上普遍还处在仿效和类推的做法，往往造成设计失误，或加大模具的调试难度和难以提高铸件合格率。“十二五”期间应加快和系统研究金属铸造成形理论、顺序凝固精确控温技术、大的典型模具开展攻关：展开桥车发动机缸体压铸模具的研发制造；自动波汽车变速箱压铸模具的研发制造。2.3注塑模具发展现状注塑模具是一种用来生产塑料零件的模具。它被安装在塑料注塑机上，由塑料注塑机将塑料颗粒融化成熔体，经过合模、高压注塑、高压冷却定型、开模、推出制件等工序，获得所需的塑料制品。近年来随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品广泛应用于家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。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仪表板等塑料模具。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，还能生产厚度仅为008mm的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用，少数单位采用了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。在精度方面，塑料模型腔制造精度可达0.020.05mm(国外可达0.005一0.01mm)，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0.20.25um，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.我国现代模具设计技术发展现状模具设计是随工业产品零件的形状，尺寸与尺寸精度，表面质量要求以及成型工艺条件的变化而变化的。传统模具设计，制造技术，根本不能满足市场对模具的要求。因此，研制和开发新的模具设计、制造技术势在必行。模具CADCAECAM技术正是在这种形势下现代模具的生产中发挥了重要作用。模具CADCAECAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CADCAECAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量。陆续引进了相当数量的CADCAM系统，实现了CADCAM的集成，并采用CAE技术对成形(型)过程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，取得了一定的经济效益，促进和推动了我国模具CADCAECAM技术的发展。近年来，我国自开发的有上海交大的冲裁模CADCAM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CADCAECAM系统等，为进一步普及模具CADCAM技术创造了良好条件。目前我国计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。模具CADCAECAM技术的主要特点是设计与制造过程的紧密联系设计制造一体化，其实质是设计分析和制造的综合计算机化。在模具CADCAECAM系统中，产品的几何模型是关于产品最基本的核心数据，并作为整个设计、计算、分析中最原始的依据。通过模具CADCAECAM系统的计算，分析和设计而得到的大量信息，可运用数据库和网络技术将其存储和直接传送到生产制造环节的各个方面从而实现设计制造一体化。4.模具材料与热处理发展现状模具材料是模具制造业的基础，随着模具工业生产技术的发展和新材料的不断出现，对模具材料的性能、质量、品种等方面的要求也越来越高。模具材料基本分为热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢和特殊模具钢这四大系列，其应用的比例是2：28：5：02。近二十年来国内一些大学、研究所和钢厂相继开发了在冷模、热模、塑料模等方面有一定特色的新型模具钢，其中有一些新材料的技术性能已达到或超过国外同类材料的性能。近年来，在模具新材料的研发做的最多的是引进消化工作。如热作模具钢H13，许多研究者都在冶炼工艺、生产手段上做了大量工作，使国内生产的H13精品钢质量上都达到ASSAB8407或北美压铸协会的标准。在冷模钢方面，引进消化生产日本DC53等新材料都取得较好的效果。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。另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成型模具用材料系列。模具材料是模具工业的基础，但即使是新型模具材料仍难以满足模具的较高综合性能的要求，采用表面工程技术可在一定程度上弥补模具材料的不足。可用于模具制造的表面工程技术十分广泛，既包括传统的表面淬火技术、熟扩渗技术、堆焊技术和电镀硬铬技术，又包括近20年来迅速发展起来的激光表面强化技术、物理气相沉积技术、化学气相沉积技术、离子注入技术、热喷涂技术、热喷焊技术、复合电镀技术、复合电刷镀技术和化学镀技术等。而稀土表面工程技术和纳米表面工程技术的进展必将进一步推动模具制造的表面工程技术的发展。模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。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，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。我国经济正进入一个高速发展期。未来的510年，汽车、化工、电子等行业的迅速发展，带动机械制造业和模具工业的发展，必将给模具材料市场打出一片广阔天地，也将给模具材料生产从冶炼质量、生产工艺及热处理技术带来发展的空间。 “十二五”期间，一方面是模具行业必然会对模具材料提出更高的技术要求，另一方面总不能长期依赖大量进口模具材料来支撑我国的模具工业发展，因此必须大力发展模具材料新技术、新工艺。5.现代模具制造技术发展现状模具制造技术的迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分，如模具的CADCAM技术、模具的激光快速成形技术、模具的精密成形技术、模具的超精密加工技术、模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术、模具的CIMS技术以及数控技术等几乎覆盖了所有现代制造技术。现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。5.1高速数控加工：第三代制模技术高速数控加工的关键技术是高速主轴及高速进给驱动系统机床；高速加工刀具系统；基于CADCAM自动化数控编程。高速数控加工的精度和表面质量也越来越高，一般加工精度为IOUM，有的甚至更高；加工的表面没有变质层及微裂纹，热变形小，最好的表面粗糙度值可达Ra 1um；且可加工高硬材料，最高硬度可达60HRC。5.2先进的快速成型制造技术快速成型技术是利用离散堆积原理来制造零件的，其工作过程是通过离散获得堆积的路径、限制和方式，通过堆积将材料“叠加”起来形成三维实体。RPM技术发展到今天，其发展重心己从快速原型制造(RPM)向快速模具(RT)制造及金属零件快速制造方向转移，各种各样的后续制造材料及工艺不断出现。(1) 基于分层制造思想，利用简单工具实现三维成型加工的去除型特种加工技术。(2)基于电场控制、溶解与切削相结合的复合加工技术。(3)三维型腔的精密成形及镜面电火花加工一体化技术。(4)基于RP技术的快速制模技术，以及面向RP技术的特种加工工艺组合技术。其中面向快速成型模具制造技术的特种加工技术是在传统的特种加工技术与材料技术、控制技术、微电子技术和计算机技术紧密结合的基础上，随着快速响应市场需求而逐步发展起来的。5.3反向工程技术反向工程是指以实物为依据的产品设计和制造过程，即是先对制件进行扫描生成多种格式的CAD数据，再在另外的CADCAECAM软件中进行改型设计。基于反向工程的模具制造技术有两种，一是RE+RP，二是RE技术和CADCAM的结合，基于RE的模具制造的CAD模型是来自实物或样件模型，通过数字化扫描和三维重建获得，它能根据多种数据来源重构出实物的CAD模型，然后转换成STL文件和NC代码，该技术是现代模具制造中最流行的模具制造技术。6.模具的发展趋势在信息社会和经济全球化发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着专业化、信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。针对我国模具工业的现状，通过进一步搞好模具行业的结构调整和创新，大力提高模具的开发效率，增加大型、精密、复杂和长寿命等技术含量高的中高档模具的比例，今后我国模具技术的研究重点和主要发展方向应该是：6.1模具CADCAECAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。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。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。6.2模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模具的出口量，随着模具检测设备的日益精密、高效，高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺发展，模具加工的精度越来越高。6.3快速经济制模技术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，具体主要有快速原型制造技术，表面成形制模技术，浇铸成形制模技术，模具毛坯快速制造技术等。他被越来越广泛的应用。另外，采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置，快速试模技术也会得到发展和提高。6.4模具材料及表面处理技术发展迅速模具材料是模具工业中的关键。因此，模具的选材和用材的不当导致模具失效的占失效模具的45以上。因此选材和用材须慎重，因材而异。例如，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Crl2MoV和W6M05Cr4V2，常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QR080M、QR090SUPREME等；在模具表面处理方面，主要是由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展。同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。还有目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也在不断成熟和发展，且日益受到重视。6.6开发新的成型工艺与模具开发新的成型工艺与模具以满足未来的多学科多功能综合产品开发设计技术随着模具技术的不断发展，开发新的成型工艺和模具也是模具发展的必然趋势，提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理也在逐步认同和发展。6.7信息化管理技术是现代模具业发展的核心信息化的管理系统将为企业提供共享的、一致的、忠实的进程监控平台。在信息化系统中，通过项目计划与进程控制，可以对模具的整个生命周期(定单确定一设计一采购一生产一首次试模模具修改一交付)进行管理。信息化的实时车间监控系统可以帮助生产主管监控每台设备的生产情况及模具的加工进程，提高设备的利用率，控制工件的生产进度。而且信息化的管理系统将能够帮助模具企业更好地与客户进行信息沟通，满足市场需要。结语本文综合论述我国模具发展现状和趋势从中我们可以看出现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。参考文献1. 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