我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議

中國(guó)模協(xié)技術(shù)委員會(huì) 張華禹(執(zhí)筆)

1 我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具發(fā)展現(xiàn)狀

快速經(jīng)濟(jì)模具是利用新材料、新技術(shù)、新工藝,在較短的時(shí)間內(nèi)完成模具的加工制造,使模具能滿足產(chǎn)品單件小批量生產(chǎn),同時(shí)在精度上符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的一種先進(jìn)的模具制造技術(shù)?？焖俳?jīng)濟(jì)模具包括:汽車覆蓋件快速模具、沖壓快速模具、塑膠快速模具、鑄、鍛快速模具等?？焖俳?jīng)濟(jì)模具被廣泛應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)和小批量試制,是各類產(chǎn)品更新?lián)Q代必不可少的基礎(chǔ)裝備。

隨著各種高新技術(shù)的迅猛發(fā)展,快速經(jīng)濟(jì)模具被賦予了新的使命和全新的內(nèi)涵,其分類不斷增加,快速經(jīng)濟(jì)制模材料向著多品種系列化邁進(jìn),工藝不斷有新的創(chuàng)新和突破,與之配套設(shè)備相繼問世,服務(wù)領(lǐng)域在不斷地拓寬,創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益越來越顯著。

我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)發(fā)展迅速,已接近國(guó)際先進(jìn)水平。特別是“十一五”以來,汽車行業(yè)的快速發(fā)展,極大地促進(jìn)了快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)的發(fā)展,使我國(guó)的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)由原來服務(wù)于低檔小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)向服務(wù)于高檔轎車的新車型開發(fā)以及各類新產(chǎn)品開發(fā)?？焖俳?jīng)濟(jì)模具技術(shù)屬于先進(jìn)制造技術(shù),目前快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)的開發(fā)研究基本分布在大專院校、科研院所以及科技型高新技術(shù)企業(yè),專業(yè)研究、生產(chǎn)快速經(jīng)濟(jì)模具的企業(yè)不是很多,且多為中小型企業(yè)。因此,目前亟待膨脹快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)的規(guī)模,支持其對(duì)新型快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)的研發(fā)。

快速經(jīng)濟(jì)模具領(lǐng)域存在的主要問題是:我國(guó)專業(yè)的快速模具制造企業(yè)相對(duì)較少,影響了我國(guó)自主品牌新產(chǎn)品的開發(fā)試制。如汽車新車型開發(fā),主機(jī)廠大多選擇國(guó)外的新車型快速試制企業(yè),或者國(guó)內(nèi)的外資企業(yè),其主要原因是國(guó)內(nèi)的快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)較少,或還不夠強(qiáng)大,影響了汽車主機(jī)廠的選擇。其次,我國(guó)快速模具企業(yè)多為中小企業(yè),自我發(fā)展能力較弱,雖然在技術(shù)上接近國(guó)外先進(jìn)水平,但在技術(shù)改造投入方面能力有限。

2 我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具與國(guó)際先進(jìn)水平的主要差距

近年來,我國(guó)的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)發(fā)展很快,特別是加工設(shè)備的普及,模具的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量有了很大的提高,完全可替代進(jìn)口。但是與國(guó)外先進(jìn)的快速模具技術(shù)水平相比,仍存在一定的差距。

(1)汽車覆蓋件快速模具方面

汽車覆蓋件快速模具經(jīng)多年的技術(shù)積淀,以及與新技術(shù)、新材料的嫁接,其制造水平和速度都有了明顯的提升。與國(guó)際先進(jìn)水平相比其差距主要體現(xiàn)在:國(guó)際先進(jìn)的汽車覆蓋件快速模具制造企業(yè)是集快速模具技術(shù)、汽車車身技術(shù)于一身,對(duì)汽車主機(jī)廠的新產(chǎn)品開發(fā),實(shí)施從快速模具制造、沖壓、焊接一條龍服務(wù)。國(guó)內(nèi)的汽車覆蓋件快速模具制造企業(yè),只能承擔(dān)快速模具的制造及沖壓,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的快速模具企業(yè)活源匱乏,整體水平提升較慢。再加上汽車覆蓋件快速模具制造企業(yè)多為中小企業(yè),投資能力較弱,對(duì)于先進(jìn)的高速加工設(shè)備以及在線檢測(cè)設(shè)備的引進(jìn)較少,保證不了高檔次產(chǎn)品的快速開發(fā)。

(2)快速原型技術(shù)應(yīng)用于快速模具方面

自快速原型技術(shù)出現(xiàn)以來,經(jīng)過20多年的發(fā)展,已進(jìn)入技術(shù)成熟穩(wěn)步發(fā)展的階段,出現(xiàn)了幾十種不同工藝。我國(guó)的快速原型制造技術(shù)水平并不差,與國(guó)際先進(jìn)水平比,主要差距在:研究成果的產(chǎn)品化和商品化轉(zhuǎn)換較慢,目前快速原型作為我國(guó)快速制模技術(shù)的轉(zhuǎn)換手段,用于大型快速?zèng)_壓模具超大尺寸的快速原型制作技術(shù)和設(shè)備還沒有出現(xiàn)。

3 我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)

在“十二五”期間應(yīng)著重膨脹快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)的規(guī)模,支持快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)將研究成果盡快產(chǎn)品化、商品化。因此,快速經(jīng)濟(jì)模具領(lǐng)域“十二五”的主要目標(biāo)和任務(wù):

(1)通過產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合,提高快速經(jīng)濟(jì)模具研究成果的產(chǎn)品化、商品化比例,迅速將產(chǎn)業(yè)化的研究成果應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)工程上,提高我國(guó)產(chǎn)品的自主開發(fā)能力。進(jìn)一步擴(kuò)大快速經(jīng)濟(jì)模具在快速制造中的作用,提高快速模具市場(chǎng)占有率。

(2)普及技術(shù)應(yīng)用,全面實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。

(3)進(jìn)一步縮短快速經(jīng)濟(jì)模具制造周期,在快速經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上,再縮短20%以上。

(4)根據(jù)不斷出現(xiàn)的新材料的特點(diǎn),研究開發(fā)與之相適應(yīng)的快速成型模具。

(5)針對(duì)汽車輕量化、節(jié)能減排降耗,開發(fā)基于快速模具的高強(qiáng)鋼汽車構(gòu)件成形技術(shù),使快速經(jīng)濟(jì)模具能壓制抗拉強(qiáng)度在750 MPa以上的板材。實(shí)現(xiàn)汽車構(gòu)件高強(qiáng)鋼成形產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化。

(6)建設(shè)國(guó)家級(jí)快速經(jīng)濟(jì)模具工程技術(shù)研究中心,確立快速經(jīng)濟(jì)模具制造基地,使新研發(fā)的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

4 產(chǎn)品和技術(shù)方面的發(fā)展重點(diǎn)和重大課題

隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度越來越快,新材料的種類越來越多,成形工藝不斷變化,要求快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)能迅速適應(yīng)新材料的變化。因此,快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)需求、技術(shù)含量、節(jié)能環(huán)保以及能否代表快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)發(fā)展方向來確定。

4.1 產(chǎn)品和技術(shù)等方面的發(fā)展重點(diǎn)

(1)重點(diǎn)發(fā)展汽車覆蓋件快速經(jīng)濟(jì)模具

汽車覆蓋件快速經(jīng)濟(jì)模具屬大型沖壓模具,主要為汽車主機(jī)廠新車型開發(fā)快速試制配套,以及對(duì)大型汽車覆蓋件沖壓工藝進(jìn)行驗(yàn)證。是汽車新產(chǎn)品開發(fā)中不可缺少的、具有高技術(shù)特點(diǎn)的工藝工裝。我國(guó)汽車覆蓋件快速經(jīng)濟(jì)模具,具有較好的技術(shù)基礎(chǔ),已為中檔轎車新車型研發(fā)配套,目前生產(chǎn)能力只能滿足市場(chǎng)需求的1/3左右?！笆濉逼陂g,應(yīng)重點(diǎn)瞄準(zhǔn)高檔轎車新車型的研發(fā)試制,著重研究解決基于快速經(jīng)濟(jì)模具的高強(qiáng)鋼汽車構(gòu)件成形技術(shù)。同時(shí)解決高強(qiáng)度板成形中的回彈、扭曲、法蘭面不平等技術(shù)難題,總結(jié)給出合理的解決辦法和關(guān)鍵技術(shù),形成汽車高強(qiáng)鋼構(gòu)件成形工藝。爭(zhēng)取到2015年,對(duì)國(guó)內(nèi)中檔以下轎車新車型試制的覆蓋件快速模具做到完全自配。到2020年除個(gè)別高檔轎車外,滿足國(guó)內(nèi)所有轎車新車型試制的覆蓋件快速模具的配套。

(2)重點(diǎn)發(fā)展適用于大型快速經(jīng)濟(jì)模具制造的快速原型設(shè)備

快速原型技術(shù)已逐漸成為現(xiàn)代制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一,一直保持著迅速發(fā)展的勢(shì)頭。它改變了傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù),形成了具有我國(guó)特色的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)?？焖僭图夹g(shù)用于快速經(jīng)濟(jì)模具的制造,關(guān)鍵在于快速原型設(shè)備,因此,應(yīng)大力發(fā)展各種不同工藝的、適用于大型快速經(jīng)濟(jì)模具制造的快速原型設(shè)備。

(3)重點(diǎn)發(fā)展塑料、復(fù)合材料、高分子材料等新型材料的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)

塑料、復(fù)合材料、高分子材料等新型材料,以其優(yōu)異的加工性能、成形性能,被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的試制、驗(yàn)證成形工藝,快速經(jīng)濟(jì)模具將起到不可替代的作用。

國(guó)防裝備和飛機(jī)制造多為單件小批量生產(chǎn),特別是在研制過程中更是單件生產(chǎn),快速經(jīng)濟(jì)模具是該領(lǐng)域零件成形最好的選擇。包括各種新材料的大型零件的沖壓成形模具,各類塑料、高分子材料成形模具。

(5)重點(diǎn)研發(fā)快速經(jīng)濟(jì)模具新工藝、新技術(shù)

隨著新材料的不斷出現(xiàn),成形特點(diǎn)的變化,要求不斷探索新的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù),以適應(yīng)新材料成形的需要。包括探索新型的制模材料,探索新的制模工藝。

4.2 “十二五”期間快速經(jīng)濟(jì)模具的重大課題

(1)基于快速經(jīng)濟(jì)模具的高強(qiáng)鋼汽車構(gòu)件成形技術(shù)

以CAD/CAE/CAM集成為技術(shù)支撐,利用數(shù)控銑、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等技術(shù)設(shè)備,開展對(duì)抗拉強(qiáng)度高于700 MPa的高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行成形技術(shù)研究。研究建立高強(qiáng)度板材成形的快速經(jīng)濟(jì)模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù),包括模具材料選擇、模具制造工藝的研究等。

(2)基于快速經(jīng)濟(jì)模具的不等厚激光焊接板的成形技術(shù)

以CAD/CAE/CAM的集成為技術(shù)支撐,利用數(shù)控銑、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等技術(shù)設(shè)備,開展不等厚激光焊接板材的成形技術(shù)研究。研究開發(fā)適應(yīng)不等厚板材的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù),包括快速模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù),模具材料、制造工藝的研究等。實(shí)現(xiàn)快速經(jīng)濟(jì)模具對(duì)不等厚板材汽車覆蓋件的成形。

(3)各種快速原型(RP)技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)模具中的應(yīng)用研究

自我國(guó)開展快速原型技術(shù)研究以來,快速原型技術(shù)已逐漸成為現(xiàn)代制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一,發(fā)展勢(shì)頭迅猛。新的快速原型制作工藝方法不斷出現(xiàn),如何將快速原型技術(shù)應(yīng)用于快速經(jīng)濟(jì)模具的制造,是我們?cè)凇笆濉逼陂g重點(diǎn)研究的課題。其快速原型技術(shù)包括:直接金屬激光選區(qū)燒結(jié)(SLS),激光選區(qū)熔化(SLM),激光近凈成形(LENS),電子束熔化(EBM),電子束自由制造(EBF3),熔融沉積制造(FDM)等。

五是加快標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。著力開展涉及資源環(huán)境管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、保障公共安全、政府社會(huì)管理等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，按照經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求合理確定飲水、灌排、堤防等標(biāo)準(zhǔn)水平，建立與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平相適應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

(4)鑄造砂型數(shù)控加工技術(shù)研究

為滿足市場(chǎng)對(duì)單件、小批量金屬件快速制造的需求,十二五期間應(yīng)重點(diǎn)研究鑄造砂型數(shù)控加工技術(shù)及設(shè)備。這種新工藝是先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)與傳統(tǒng)的精密鑄造技術(shù)的結(jié)合,具有數(shù)字化、精確化、綠色化的特點(diǎn)。鑄造砂型數(shù)控加工快速成形機(jī)由三維CAD模型驅(qū)動(dòng),能完成水玻璃砂、樹脂砂、覆膜砂等多種鑄造用砂型的快速制造,可應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、排氣管、離合器殼體等鑄造砂型制造。

(5)無模鑄型快速制造(PCM)

無模鑄型快速制造(PCM)是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù),特別適合單件、小批量、形狀復(fù)雜的大中型鑄件的生產(chǎn)以及新產(chǎn)品的試制?？蓮V泛應(yīng)用于裝備制造業(yè)等行業(yè),尤其適用具有自由曲面的模具毛坯的生產(chǎn)。

5 我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具發(fā)展建議

自主創(chuàng)新能力的培育與發(fā)展是加快經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式根本性轉(zhuǎn)變的核心支撐,是企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)效益的源泉。長(zhǎng)期以來,我國(guó)快速經(jīng)濟(jì)模具增長(zhǎng)方式一直未能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的根本原因在于自主創(chuàng)新能力薄弱,科技競(jìng)爭(zhēng)力和供給力不足。推動(dòng)快速經(jīng)濟(jì)模具增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變,必須營(yíng)造良好創(chuàng)新環(huán)境,增強(qiáng)自主創(chuàng)新動(dòng)力。在“十二五”期間,應(yīng)重點(diǎn)支持快速經(jīng)濟(jì)模具領(lǐng)域的自主創(chuàng)新,培養(yǎng)造就一支富有創(chuàng)新精神的人才隊(duì)伍。同時(shí)建立快速模具制造平臺(tái),所制造的快速模具涵蓋面應(yīng)更加廣泛,平臺(tái)應(yīng)當(dāng)包括下列技術(shù)與設(shè)備:大型沖壓快速模具技術(shù),等離子噴涂、電弧噴涂技術(shù),無焙燒陶瓷型制模技術(shù),硅膠模、電鑄模技術(shù),無模鑄型制造技術(shù)(PCM),電子束(激光)選區(qū)熔化技術(shù),早期、多回路反饋的CAD/CAM集成的快速模具制造系統(tǒng),此系統(tǒng)中除了三維CAD之外,還包括反求工程及其設(shè)備。平臺(tái)易采用市場(chǎng)化操作模式。

模具是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備,快速經(jīng)濟(jì)模具是現(xiàn)代快速制造技術(shù)的重要組成部分,是促使工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本發(fā)展的基礎(chǔ)?？焖俳?jīng)濟(jì)模具和快速成形技術(shù)的發(fā)展,使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的周期大大縮短,提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的一次成品率,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,從而給制造業(yè)帶來了根本性的變化。

快速經(jīng)濟(jì)模具和快速成形技術(shù)應(yīng)用,已涉及我國(guó)不同的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā),為發(fā)展我國(guó)自主品牌做出了重要貢獻(xiàn)。特別是為我國(guó)自主品牌汽車新車型的開發(fā)試制提供了有力的支撐。為了使現(xiàn)代快速制造技術(shù)更好更全面的服務(wù)于工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā),得到更好的普及,需要調(diào)動(dòng)各方面的積極因素,需要各方面的大力支持?，F(xiàn)提出實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)的政策措施建議如下:

(1)重點(diǎn)扶持。通過協(xié)會(huì)向各級(jí)政府爭(zhēng)取給予快速經(jīng)濟(jì)模具、快速制造企業(yè)稅收等方面的政策支持。以迅速膨脹快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)的規(guī)模和能力,提高快速經(jīng)濟(jì)模具的市場(chǎng)占有率。

(2)鼓勵(lì)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合。為提高快速經(jīng)濟(jì)模具研究成果的產(chǎn)品化、商品化,鼓勵(lì)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合,使研究成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,提高我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品的自主開發(fā)能力。

(3)重點(diǎn)培育具有專項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)。對(duì)我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)有重要支撐作用的,具有一定專項(xiàng)技術(shù)的企業(yè),應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)培育。如對(duì)中高檔轎車新車型開發(fā)有支撐作用的汽車覆蓋件快速經(jīng)濟(jì)模具企業(yè)。

(4)建議建設(shè)國(guó)家級(jí)快速經(jīng)濟(jì)模具工程技術(shù)研究中心。確立快速經(jīng)濟(jì)模具制造基地,使新研發(fā)的快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。