淺談我國模具的發(fā)展及其重要性

李 雪

（青島理工大學(xué)〈臨沂〉，山東 費縣 273400）

淺談我國模具的發(fā)展及其重要性

李 雪

（青島理工大學(xué)〈臨沂〉，山東 費縣 273400）

模具是現(xiàn)代工業(yè)的核心，是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，通過分析模具在我國的發(fā)展歷程和核心技術(shù)的應(yīng)用加深對模具重要性的理解，推進我國模具行業(yè)發(fā)展有重要意義。從當前發(fā)展來看，中國經(jīng)濟保持持續(xù)增長，中國模具近年來的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)大幅增長，鑄造模具更以高達25%增速的發(fā)展，高于中國GDP的平均增值一倍多，今后模具總體需求還會進一步增長。

模具；重要性；發(fā)展現(xiàn)狀；技術(shù)；趨勢

1 模具在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性

模具是一種有一定形狀與尺寸的型腔工具，與模具內(nèi)各種系統(tǒng)或輔助機構(gòu)配合使用，將各種高溫液態(tài)的材料（塑料或金屬合金等）填充至模具型腔內(nèi)，即可生產(chǎn)出具有特定的形狀、尺寸、功能和質(zhì)量的工業(yè)零件。在電子、汽車、電機、儀器、電器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%—80%的零部件依靠模具成型。用模具生產(chǎn)出來的零件其高精度、高復(fù)雜度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗是其他加工工藝所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。目前全世界的模具年產(chǎn)值約有600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)產(chǎn)值；從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著毋庸置疑的關(guān)鍵作用。

2 我國模具發(fā)展史

我國開始制造和使用模具的時間較早，但長久以來未形成產(chǎn)業(yè)。建國初期，我國的工業(yè)基礎(chǔ)較差，模具的制造主要依靠鉗工手工完成，模具的數(shù)量及品種很少，并且多為單工序模、簡單復(fù)合模、少工序的級進模和機外脫模的塑料壓縮模。1956年，成型磨削開始應(yīng)用于模具加工中，模具可以在淬火之后進行精加工，初步解決了模具熱處理變形的問題，提高了模具壽命、質(zhì)量及精度，但成型磨削只能加工分體式模具。我國模具工業(yè)解放后從無到有，在經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，已有了較大的提高，發(fā)展速度十分迅速，目前已初具規(guī)模。近年來，對模具技術(shù)的探索和研究取得了可喜的成績。我國模具設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手工作坊制造階段、工業(yè)化生產(chǎn)階段和現(xiàn)代化生產(chǎn)階段。伴隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化、信息化模具CAD／CAE／CAM技術(shù)和數(shù)控加工機床已普遍采用，模具產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段。

3 我國模具發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀90年代以來,我國模具行業(yè)產(chǎn)生了翻天覆地的變化,現(xiàn)在已經(jīng)成為了世界模具生產(chǎn)基地。在絕大多數(shù)領(lǐng)域,中國模具已經(jīng)占領(lǐng)了相當大的份額.但是,在很多高端領(lǐng)域,特別是汽車模具、精密模具及高效功能模具,仍然要從國外大量進口,國內(nèi)只有極少企業(yè)擠入精密模具制造行列.從模具行業(yè)整體而言,我國模具的整體水平仍然是以中低檔模具為主,特別是由于國家對模具行業(yè)缺乏有效的行業(yè)準入門檻,以至于在很多所謂模具發(fā)達地區(qū),也是低端、粗制濫造的模具充斥市場。同國外先進水平相比我國模具有以下不同點：我國模具廠的組織形式是大而全，而國外模具企業(yè)大多是小而專；我國模具標準件使用覆蓋率約占外國的三分之一；我國模具企業(yè)技術(shù)人員少、水平低，忽視產(chǎn)品的研發(fā)工作，模具企業(yè)的管理落后等因素造成我國模具業(yè)在市場中仍處于被動地位；我國模具自產(chǎn)自配比例遠遠高于外國，國外多以商品模具為主。綜述所述，我國模具業(yè)要以生產(chǎn)大型、精密、復(fù)雜、壽命長的模具為主還有很有漫長的道路要走。

4 模具技術(shù)的發(fā)展

4.1 CAD/CAM/CAE技術(shù)的一體化

模具的計算機輔助設(shè)計與制造已經(jīng)在很大程度上在很多模具制造企業(yè)得到應(yīng)用與普及。目前計算機可以運用CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)模擬零件的形成過程，如大型金屬覆蓋件、塑件成型、組合成型等復(fù)雜精密的過程。三維設(shè)計既可用于建模，又可為數(shù)控加工提供NC程序，提高了加工效率和質(zhì)量。前，無論是大型金屬覆蓋件成形、復(fù)雜零件的鍛造成形，還是各類塑件成型或組合成形，不管零件多大、多復(fù)雜，或是多小、多精密，其成形過程一般都可以進行模擬，這是設(shè)計與加工緊密聯(lián)系的不可或缺的手段。

4.2 高速銑削在模具加工中的應(yīng)用

高速銑削在模具加工中有了很大的發(fā)展,在國外已有主軸轉(zhuǎn)速達100000r/min的高速銑,國內(nèi)技術(shù)只能達到60000r/min，刀具進給速度約為30～40m/min。由于高速加工時具有溫升低、熱變形小,切削力小等優(yōu)點，高速銑削已成為生產(chǎn)高品質(zhì)模具的必備工具。納米模具在發(fā)達國家應(yīng)用較多，作為生產(chǎn)工具主要用于精細加工，我國應(yīng)用這方面的技術(shù)還不成熟。此外，將納米級薄膜材料涂在模具表面，增加模具強度并減少模具磨損的技術(shù)在國內(nèi)已有應(yīng)用。激光技術(shù)在模具制造中也有應(yīng)用，例如：快速成形、特殊模具的加工等方面.將激光技術(shù)應(yīng)用于模具制造業(yè)如：激光切割、打孔、刻字等，可以設(shè)計并制造更為復(fù)雜的原型、降低制造成本、縮短生產(chǎn)周期及增加經(jīng)濟效益。

4.3 熱流道技術(shù)、氣輔成型技術(shù)、高壓注射技術(shù)在注射模中的應(yīng)用

熱流道技術(shù)是使用元器件對模具加熱，使通過流道和澆口的塑料保持熔融狀態(tài)，提高注射成型塑件的品質(zhì)，節(jié)省原材料和節(jié)約能源。目前該技術(shù)已在國內(nèi)注塑企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。氣體輔助注射成型是一項新的工藝。氣體輔助注射一般采用氮氣輔助注射，與常規(guī)的注射成型相比，其注射壓力較小，熔體流動性好，制品翹曲變形較小，易于成型壁厚差較大的制品，成型的塑件表面質(zhì)量好。該技術(shù)已在汽車和家電模具中得到應(yīng)用。最近，氣體輔助注射成型中的一項新的技術(shù)是高壓注射成型，其原理是利用高壓氣體在塑件內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利用氣體保壓代替塑料注射保壓，消除制品縮痕，完成注射成型過程。

4.4 納米模具技術(shù)為微細成型提供了技術(shù)支持

納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)，通過對物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件和充分利用它們的特殊性能。碳納米管可生產(chǎn)精度達納米級的細微零件，是使用波長極短的輻射波制作完成的。波長僅0.5nm，比在半導(dǎo)體加工過程中經(jīng)常使用的紫外線激光的波長(約為380nm)短得多，適于進行精細加工。在模具表面涂覆一層納米級薄膜材料，以增加模具強度，減少模具磨損，提高模具壽命。

4.5 逆向工程技術(shù)

逆向工程(RE)又叫反向工程或反求工程，它與傳統(tǒng)的設(shè)計方法和理念不同，通過對實物或零件進行掃描測量和數(shù)據(jù)處理,獲得零件的幾何信息，再通過CAD造型得到零件的幾何模型，經(jīng)對零件的幾何模型進行數(shù)據(jù)重構(gòu)來滿足其功能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，最終確定零件的形狀，然后經(jīng)由CAM編程，直接加工出零件的成形模。整個過程充分體現(xiàn)了設(shè)計者的理念和設(shè)計思想、設(shè)計經(jīng)驗和創(chuàng)新思維。

4.6 模具熱處理與表面強化技術(shù)

模具熱處理與表面強化是提高模具零件強度與硬度、改善其表面組織、確保使用壽命的關(guān)鍵，是影響模具材料性能發(fā)揮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理技術(shù)主要從滲入單一元素向多元共滲、復(fù)合滲方向發(fā)展；由一般擴散向CVD、PVD離子滲入、離子注射方向發(fā)展，熱處理手段向真空熱處理發(fā)展，采用的覆膜有TiC、TiN、TiAlN、CrN、W2C等。

5 我國模具發(fā)展趨勢

21世紀模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計及制造周期，降低生產(chǎn)成本、最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求。具體表現(xiàn)為以下7個特征：集成化技術(shù)、智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù)的應(yīng)用、反求技術(shù)的應(yīng)用、快速成形制造技術(shù)。

［1］洪麗華,陳永祿.中國模具工業(yè)現(xiàn)狀和模具技術(shù)發(fā)展趨勢[J].機電技術(shù),2007(2):96-99.

［2］中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃[J].模具工業(yè),2011,37(1):1-9.

［3］張霞,褚旭宏.模具制造工藝學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

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