模具發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望

李婷 范興平

摘要：模具產(chǎn)業(yè)是所有工業(yè)的基礎(chǔ)，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性的生產(chǎn)工藝裝備。簡要的介紹了我國模具行業(yè)的地域分布、冷沖模具、熱沖壓模具鋼、發(fā)展前景。簡述了當(dāng)前現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展的趨勢以及提出了相應(yīng)的發(fā)展對策。

關(guān)鍵詞：模具;冷沖模具;熱沖壓模具鋼;

通訊作者：范興平（1979-）博士，副教授，主要從事材料成型、釩鈦新材料制備研究。

模具是一種具有特定形狀和尺寸的產(chǎn)品，因此材料可以根據(jù)其形狀生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸的零件。近年來，隨著市場需求的增加，對產(chǎn)品的質(zhì)量、精度的要求也越來越高，我國在這方面取得較大的成就，模具的好壞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。

1.模具行業(yè)的現(xiàn)狀

模具滲透我們生活各個方面，不論是簡單和復(fù)雜，都有模具的身影，各行各業(yè)都離不開模具。模具可細(xì)分為金屬模具和非金屬模具。按照制作原材料的不同，模具又可分為砂型模具、金屬模具、真空模具、石蠟?zāi)＞叩鹊?。模具技術(shù)在中國工業(yè)生產(chǎn)中起著一個很重要的角色。零件的加工方法不止一種，與其他生產(chǎn)方式相比，其中模具生產(chǎn)方式的優(yōu)點有著高效率，設(shè)備成本低這兩點。機(jī)械模具技術(shù)與其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合將會是模具技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2. 冷沖模具

冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀

中國是制造大國，其中，模具的制造產(chǎn)業(yè)也是占據(jù)中國工業(yè)的大頭。據(jù)估計，我國現(xiàn)有制造模具廠點差不多20000家，從業(yè)人員高達(dá)60多萬人。模具行業(yè)地域分布比較集中，從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲、長江三角洲以及華中等地發(fā)展較快，東北和中西部地區(qū)發(fā)展則相對遲緩。廣東是當(dāng)今中國最主要的模具市場，也是中國最大的模具進(jìn)出口省;長江三角洲地區(qū)近年也展現(xiàn)出持續(xù)增長的步伐?，F(xiàn)今，長三角的模具市場在中國粗略估計占有四成市場份額，在我國具有極其重要的地位。

冷沖模具制作要求

冷沖模具的制作對質(zhì)量、制作周期、使用壽命、精度 、成本等有一系列的要求。在制作的過程中，必須要達(dá)到實際設(shè)計的要求，精度壓迫達(dá)到使用的要求，以便后期的裝配順利。為了能滿足生產(chǎn)的需求，且不斷的提高零件的使用次數(shù)，縮短周期是有必要的，但是縮短周期的同時，也要保證整個周期的完整性。模具材料、模具的熱處理和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計對模具的壽命有著極大的影響，可以通過選用不同的模具間隙、不同的材料和對模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理等。

冷沖模具工作環(huán)境和狀態(tài)不同有如下幾種失效形式

（1）磨損失效。模具工作過程中，由于上下相互運(yùn)動，會產(chǎn)生不同程度的磨損。

（2）疲勞失效。模具在遠(yuǎn)低于正常強(qiáng)度情況下的往復(fù)交替和周期循環(huán)應(yīng)力下，產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的脆性裂紋，最終導(dǎo)致斷裂。

（3）磨蝕磨損。模具表面由于產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致表面材料受到侵蝕從而脫落。

（4）斷裂失效。模具出現(xiàn)裂紋或者斷裂

（5）塑性變形失效。由于模具所承受的應(yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力，會產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸和形狀。

3.熱沖壓模具鋼

熱沖壓模具鋼性能要求及失效形式

由于與坯料接觸時間過長，且與持續(xù)不斷加熱的坯料相接觸，模具型腔的外層急劇升溫，表層造成了壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，因此模具必須具有較高的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性;在保持壓力不變的過程中用具備冷卻水道的模具對零件淬火，鋼板的熱量被模具快速帶走，為了確保模具在整個工作過程中的精準(zhǔn)度，較大的導(dǎo)熱率和相對于較小的膨脹系數(shù)是制造模具材料必須具備的;當(dāng)金屬件取出時，凹模表面由于溫度下降過大，受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變作用，此時很容易產(chǎn)生熱疲勞等，并且熱沖壓模具鋼在服役過程中，還要承受較大的沖擊載荷，模具需要較高的沖擊韌性。

國外熱沖壓模具鋼主流產(chǎn)品和發(fā)展動態(tài)

HTCS-130和HTCS-150是西班牙ROVALMA 公司旗下的品牌，應(yīng)用最為廣泛。HTCS-130和HTCS-150的導(dǎo)熱率分別達(dá)到60W/（m·K）和66W/（m·K）。

日本DAIDO STEEL 公司旗下的DHA-Thermo具備高熱導(dǎo)率的一種模具材料，其適用尺寸通常小于1m。

德國KIND&CO公司的Cr7V是一種具有高 C、Cr、Mo 和 V含量的鋼種，硬質(zhì)合金能有效抑制高溫回火軟化，提高熱模具鋼的高溫摩擦磨損性能。

4.我國模具 CAD/CAM/CAE發(fā)展趨勢

在數(shù)學(xué)控制機(jī)床和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展下，數(shù)控技術(shù)在模具設(shè)計和生產(chǎn)過程中使用得越來越多。模具 CAD/CAM/CAE 要在各個模具間信息的提取、交換和處理的集成化這幾個方面實現(xiàn)，必須建立一個統(tǒng)一的全局模具集成化的產(chǎn)品信息模型。模具 CAD/CAM/CAE是傳統(tǒng)模具改良的關(guān)鍵技術(shù)。采用基于特征變量化設(shè)計，工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等技術(shù)已成為研究的熱門。利用反演技術(shù)，可迅速將實物模型CAD模型化，再利用已有的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計制造，同時讓模具設(shè)計制造的流程由開環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成向閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

5.發(fā)展基本對策

加大技術(shù)投入，提高市場竟?fàn)幜?。缺少先進(jìn)的加工設(shè)備和先進(jìn)的加工技術(shù)，使得高檔次、高精度的模具制造在中國寸步難行。因此，在我國開發(fā)和制造高檔模具，代替進(jìn)口生產(chǎn)，提高企業(yè)在高檔、高檔模具中的市場地位已刻不容緩。

加速模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化。想要國內(nèi)模具步入頂尖行業(yè)，就要對國內(nèi)模具規(guī)范化，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。美國、日本、德國對模具標(biāo)準(zhǔn)化十分重視，他們的程度已達(dá)70%～80%，而中國僅有20%，在此對比下，指定標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要;而且美國、日本、德國專業(yè)化程度分別為90%、70%、60%， 而中國只有10%。

一個國家制造業(yè)水平程度高低是決定其硬實力是否強(qiáng)大的關(guān)鍵因素，而模具工業(yè)的水平則是衡量制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是IT的發(fā)展，將IT與模具設(shè)計相結(jié)合，將會帶動模具行業(yè)全體的發(fā)展，我國模具行業(yè)的前途一片光明，最終走向國際機(jī)械模具技術(shù)頂尖行列。

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