我國模具產業(yè)結構與技術升級提升方向

“模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備”，是金屬與非金屬壓力成型、塑性成型加工工藝系統(tǒng)的專用工藝裝備（工裝）。據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝介紹，模具應用廣泛，電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具產業(yè)是國家高新技術產業(yè)的重要組成部分，是國家振興裝備制造業(yè)的指導方向之一。模具實現(xiàn)工業(yè)化、商品化和標準化生產，是制造業(yè)生產技術進步和水平的標志，是制造業(yè)現(xiàn)代化的工藝基礎。現(xiàn)代模具設計與制造技術，涉及機械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學科專業(yè)領域。

羅百輝表示，由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”、“小而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產專業(yè)化這個概念。模具工業(yè)主要加工設備分散在各部門主要產品廠內的工模具車間，所生產的模具基本自產自用。

據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝介紹，產品廠的模具加工設備占全國模具加工設備的75％，其模具裝備水平較好，技術力量較強，生產潛力較大，但主要為本廠產品服務，與市場聯(lián)系較少，經(jīng)營機制不靈活，不能發(fā)揮人力物力的潛力。模具專業(yè)廠全國只有二百家左右，商品模具只占總數(shù)的20％左右，模具標準件的商品率也不到20％。由于受舊管理體制的影響較深，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組織協(xié)調，存在著“中而全”，“小而全”的結構缺陷，生產效率不高，經(jīng)濟效益較差。

按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產值計算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產值的40％以上。

我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到3～5um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。

我國的塑料成形模具設計，制作技術起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達70％以上，仍占主導地位。一模多腔精密復雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。

我國模具工業(yè)目前技術水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有一定差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無論是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。在應用CAD技術設計模具方面，僅有約10%的模具在設計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應用CAE進行模具方案設計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應用CAM技術制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設備（包括近10多年來引進的先進設備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設備近年來才開展這項工作；在應用CAPP技術進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎工作；在模具共性工藝技術，如模具快速成型技術、拋光技術、電鑄成型技術、表面處理技術等方面的CAD/CAM技術應用在我國才剛起步。計算機輔助技術的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具業(yè)務設備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設備簡陋，能耗高。設備更新速度緩慢，技術改造，技術進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具業(yè)務設備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。

我國早期缺乏技術素質較高的模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結構層次高的復合型人才。模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術人員和技術工人的總體技術水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術人員和技術工人知識老化，知識結構不能適應現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學技術。近年來人才外流不僅造才數(shù)量與素質水平下降，而且人才結構也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設計、制造的技術水平難以提高。

近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關部委已多次組織有關材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質合金及其他模具業(yè)務的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術服務支撐薄弱及價格偏高、外匯結算制度等因素的影響，目前推廣應用不多。

模具業(yè)務的輔助材料和專用技術近年來雖有所推廣應用，但未形成成熟的生產技術，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術、模具表面熱處理技術、模具導向副潤滑技術、模具型腔傳感技術及潤滑技術、模具去應力技術、模具抗疲勞及防腐技術等尚未完全形成生產力，走向商品化。一些關鍵、重要的技術也還缺少知識產權的保護。

我國的模具標準件生產，80年代初才形成小規(guī)模生產，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應，模具及零件生產供應渠道不暢，精度和質量也較差。

我國的模具工業(yè)相對較落后，近年來已形成一個獨立的產業(yè)鏈。據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝介紹，我國目前的模具生產企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產外供模具；產品廠的模具分廠或車間，以供給本產品廠所需的模具為主要任務；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產量約占總產量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。

模具適宜于中小型企業(yè)組織生產，而我國技術改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產品廠的模具車間、分廠在內，技術改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。雖然大多數(shù)產品廠的模具車間、分廠技術力量強，設備條件較好，生產的模具水平也較高，但設備利用率低。

我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始模蓸藴始牟蝗绺赡＞邘Ъa的。干帶件生產的不如用模具業(yè)務產品的”之類不正?，F(xiàn)象存在，極大地挫傷了模具企業(yè)（包括模具車間和分廠）職工的積極性。這也是模具行業(yè)留不住人才，青年技術人員和青年工人不愿學技術的原因之一。

我國模具技術升級提升方向

1、模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展

（1）模具軟件功能集成化

模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設計、制造、裝配、檢驗、測試及生產管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復雜形體工程制圖、工業(yè)設計高級渲染、塑料模設計專家系統(tǒng)、復雜形體CAM、藝術造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內有上海交通大學金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。

（2）模具設計、分析及制造的三維化

傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現(xiàn)代化生產和集成化技術要求。模具設計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產品結構的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關等特點，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設計及典型結構設計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應用。國內有華中理工大學研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。

（3）模具軟件應用的網(wǎng)絡化趨勢

隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡使得在模具行業(yè)應用虛擬設計、敏捷制造技術既有必要，也有可能。美國在其《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。

2、模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展

（1）模具檢測設備的日益精密、高效

精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風汽車模具廠不僅擁有意大利產3250mm×3250mm三坐標測量機，還擁有數(shù)碼攝影光學掃描儀，率先在國內采用數(shù)碼攝影、光學掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實現(xiàn)了逆向工程技術的開發(fā)和應用。這方面的設備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀CYCLONSERIES2可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒－霍普森公司的TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復合化等特點。

（2）數(shù)控電火花加工機床

日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅動反應快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制FC等技術。

（3）高速銑削機床HSM

銑削加工是型腔模具業(yè)務的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質量好、加工效率高為普通銑削加工的5～10倍及可加工硬材料<60HRC等諸多優(yōu)點。因而在模具業(yè)務中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機床定位精度可達8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm，轉速達20500r/min，切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具業(yè)務，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。

3、快速經(jīng)濟制模技術

縮短產品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。國際模協(xié)秘書長羅百輝認為，與傳統(tǒng)模具業(yè)務技術相比，快速經(jīng)濟制模技術具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產需求，是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術，具體主要有以下一些技術。

1快速原型制造技術RPM。它包括激光立體光刻技術SLA；疊層輪廓制造技術LOM；激光粉末選區(qū)燒結成形技術SLS；熔融沉積成形技術FDM和三維印刷成形技術3D-P等。

2表面成形制模技術。它是指利用噴涂、電鑄和化學腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細花紋的一種工藝技術。

3澆鑄成形制模技術。主要有鉍錫合金制模技術、鋅基合金制模技術、樹脂復合成形模具技術及硅橡膠制模技術等。

4冷擠壓及超塑成形制模技術。

5無模多點成形技術。

6KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術。

7模具毛坯快速制造技術。主要有干砂實型鑄造、負壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造及失蠟精鑄等技術。

8其他方面技術。如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術、沖壓單元組合技術、刃口堆焊技術及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術等。

4、模具材料及表面處理技術發(fā)展迅速

模具工業(yè)要上水平，材料應用是關鍵。據(jù)國際模協(xié)秘書長羅百輝估算，因選材和用材不當，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼如日本的AUX2、SX105V7CrSiMnMoV等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預硬鋼如美國P20、時效硬化型鋼如美國P21、日本NAK55等、熱處理硬化型鋼如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等、粉末模具鋼如日本KAD18和KAS440等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結硬質合金及硬質合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復合滲如TD法發(fā)展；由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強化、輝光離子氮化技術及電鍍刷鍍防腐強化等技術也日益受到重視。

5、模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同

在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復合化、超塑性成形、塑性精密成形技術、塑料模氣體輔助注射技術及熱流道技術、高壓注射成形技術等。另一方面，隨著先進制造技術的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設計、生產、管理理念與模式。具體主要有：適應模具單件生產特點的柔性制造技術；創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神，精益生產；提高快速應變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡制造等新的生產哲理；廣泛采用標準件通用件的分工協(xié)作生產模式；適應可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設計與制造等

來源：機電在線

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