模具制造技术与发展趋势
摘要】论述了模具与模具工业概况,以及我国模具工业的现状和发展趋势,指出了我国模
具技术与国外的差距,同时对国内外的模具市场进行了分析。
关键词:模具制造技术;发展;模具工业
1引言
模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工
艺装备,是最重要的工业生产手段和工艺发展方向,
一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具
工业的发展水平,模具工业的发展水平是一个国家工
业水平的重要标志之一。模具工业称作“黄金工业”。
国民经济的5大支柱产业:机械、电子、汽车、石
化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应,模具是
“效益放大器”,用模具生产的最终产品价值,往往是
模具自身价值的几十倍、上百倍,模具生产水平的高
低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标
志,也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,因此,振兴和发展我国的模具工业,日
益受到人们的重视和关注。
2模具与模具工业概述
模具是一种专用工具,用于成形(型)各种金属或
非金属材料所需要零件的形状制品,这种专用工具统
称模具。
模具是工业生产中最基础的设备,是实现少切削
和无切削的不可缺少的工具,广泛用于工业生产中的
各个领域,如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电
子等,它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制
造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标
准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、
合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。
2.1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,我国模具技术水平有了很大的发展
和提高;大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了
一个新台阶,模具质量及寿命明显提高,模具交货期
大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应
用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软
件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了
重要作用。
2.2我国模具工业的发展趋势
当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新
快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制造
要求是“交贷期短”“、精度高”“、质量好”和“价格低”,
模具技术的发展应该与这些要求相适应。
现代模具制造技术是以两大技术的应用为标志
的,一是数控加工技术,二是计算机应用技术。
(1)数控加工技术包括:数控机械加工技术、数控
电加工技术和数控特种加工技术。
数控机械加工技术:模具制造中的数控车削技
术、数控铣削技术,这些技术正在朝着高速切削的方
向发展。
数控电加工技术:如数控电火花加工技术、数控
线切割技术。
数控特种加工技术:通常利用光能、声能和超声
波等来完成加工的,如快速原型制造技术等,它们为
现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。
(2)计算机技术。
CAD/CAM技术:用于建模和为数控加工提供NC
程序。
CAE技术:主要是针对不同的模具类型,以相应
的基础理论,通过数值模拟方法达到预测产品成型
(形)过程的目的,改善模具设计。
仿真技术:主要是检测模具数控加工的NC程序,
减少实际加工过程中的失误。
网络技术:通过局域网和广域网达到异地同步通
信、及时解决问题的目的。
2.3我国模具技术与国外的差距
虽然我国模具工业在过去10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。例如,精密加工设备在模具加工设备中占
的比重较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多
先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分
大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
(1)产需矛盾。
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
工业有了较大的发展,但无论是在数量上,还是在质量
上仍满足不了国内市场的需要,目前满足率只能达到
70%左右,造成产需矛盾突出的原因:一是专业化、标
准化程度低,除少量标准件外购外,大部分工作均需模
具厂去完成,加工企业管理体制上的约束,造成模具制
造周期长,不能适应市场要求;二是设计和工艺技术落
后,如模具CAD/CAM技术普及率不高,加工设备数控
化程度低等,也造成了模具生产效率不高,周期较长。
(2)产品水平。
衡量模具产品的水平,主要有模具加工的制造精
度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用
寿命和制造周期等,国内外模具产品水平仍有很大差
距,见表1、表2和表3所示。
(3)工艺装备水平。
我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度
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、座标磨床、光曲磨床和3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,与国
外相比,仍有较大差距。
3我国模具技术的发展趋势
当前,我国工业生产的特点是产品的品种多、更
新快和市场竞争激烈,在这种情况下,用户对模具制
造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低,因此,
模具工业的发展趋势是非常明显的。
3.1模具产品的大型化和精密化
模具产品成型(形)零件的日趋大型化,以及由于
高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几
百腔),使模具日趋大型化。
随着零件微型化和模具结构发展的要求(如多工
位级进模工位数的增加,其步距精度的提高),精密模
具精度已由原来的5μm提高到2～3μm,今后有些模
具加工精度公差要求在1μm以下,这就要求发展超
精加工。
3.2多功能复合模具
新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上
开发出来的,一副多功能模具除了冲压成形零件外,
还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务,通
过多功能模具生产出来的不再是单个零件,而是成批
的组件。
3.3新型的热流道模具
塑料模中由于采用热流道技术,可以提高模具制
造的生产效率和质量,并能大幅度节省制作的原材料
和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模的一大
变革,国外模具已有一半用上了热流道技术,有的企
业甚至已达80%以上,效果十分明显。
3.4气体辅助注射模和高压注射成型工艺模具
气体辅助注射成型是一种塑料成型的新工艺,它
具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成
型、壁厚差异较大等优点,可在保证产品质量的前提
下,大幅度降低成本。
3.5快速经济模具
目前快速经济模具在生产中的比例将达75%以
上,一方面是制品使用周期短和品种更新快,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。
3.6高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达
到40000～100000转/min,快速进给速度可达到30～
40m/min,换刀时间可提高到1～3s,这样就大幅度提高
了加工效率,如在加工压铸模时,可提高7～8倍,并可
获得Ra≤10μm的加工表面粗糙度,形状精度可达
10μm。另外,还可加工硬度达60HRC的模块,形成了
对电火花成型加工的挑战。因此,高速铣削加工技术
的发展,促进了模具加工的发展,特别给汽车、家电行
业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。
4模具市场分析
从模具市场发展的总体趋势来看应该是平稳向
上的,国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。
模具市场的总体趋势虽然平稳向上,但各类模具的表
现却不可能一致,冲模、塑料模和压铸模的总和一般
占模具总量的80%左右,在未来的模具市场中,塑料
模和压铸模的发展速度将高于冲模,它们在模具总量
中的比例将逐步提高。
模具需要量是根据有关主机产量及其技术发展
来进行预测的,模具需求发展高于主机发展速度是一
般规律。国内的汽车、摩托车行业的模具市场是模具
最大的市场,
4.1家用电器行业
单台电冰箱需用模具生产的零件约150个,共需
模具约350副,价值约400多万元,其中冲模与塑料
模之比为2:1。单台洗衣机需用模具生产的零件约为
500多个,共需模具200副,价值约2000万元到3
000万元,其中冲模与塑料模之比为1:2～1:3。单台空
调器仅塑料模就需近20副,价值约为150万元左右。
单台微波炉共需模具近100副,价值约200万元。
4.2电子及通讯产品
电子产品中,音像产品是模具的主要市场,其中
以彩色电视机为主,单台彩电大约有150个零件需用
模具生产,共需模具约140副,价值约700万元,其中
塑料模约10副,价值120万元左右。
4.3建材行业
随着建筑业的发展,建材的需求量将大幅度增
长,塑料型材和铝合金型材模具需求量将日益增大,其
中塑料型材模具增幅将高于模具行业总体发展水平。
4.4塑料制品
2005年,我国塑料制品将达1800万吨,其中工程
塑料是我国重点支持和优先发展的产业,目前满足率
只有36.2%,预计每年将有25%的增长率。
4.5国际模具市场分析
目前世界模具市场供不应求,近几年,世界模具
市场总量一直为600～650亿美元,美国、日本、法国和
瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/
3。我国模具出口数量极少,模具标准件虽已开始向香
港和东南亚地区出口,但为数也不多,1998年模具出
口总额约为0.96亿美元,约为全国模具总产值的
3.6%,与其他先进国家相比差距甚大。我国模具钳工
技术水平高,劳动力成本低,只要配备一些先进的数
控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通
外贸渠道,模具出口将会有很大发展。
随着经济的高速发展,中、高档模具比例将不断
增大,这也是产品结构调整所带来的市场走势。
综上所述,未来几十年,国内外模具市场需求很
旺,前景很好。
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