模具工业与技术的发展状况

［Key words］ mold design； manufact development trends
一、我国模具产业概况
模具是工业生 产 的 基 础 装 备，被 称 为“工 业 之 母 ”。75 % 的粗加工工业产品零件、50% 的精加工零件由模具成型，绝大 部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具 涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用 范围十分广泛。模具技术水平的高低，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，因此模具工业的发展水 平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。
基础，以虚拟现实技术为支撑的全新的技术（ 图 2） 。 （ 3） 反求工程技术（ RE） 随着检测技术 的 发 展，将 现 代 测 量 技 术 不 断 融 入 模 具 产
品设计中，进一步推动了模具制造产品快速制造的能力。反求 工程是以设计方法学为指导，以现代化设计理论、方法、技术为 基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对 已有产品进行解剖、深化和再创造，通过对存在实物模型或零 件进行测量，然后根据数据进行重构设计的过程（ 图 3） 。
2010 年
几倍，甚至十几倍。目前，欧美模具企业在生产中广泛应用数 控高速铣 . 三轴联动的比较多，也有一些是五轴联动的，转数 一般在 1. 5 万 ～ 3 万 r / min。采用高速铣削技术，可大大缩短 制模时间。同时，工件在高速加工过程中温升低、切削力小、加 工平稳、加工质量好，提高了模具精度。研究表明，对于一般复 杂程度的模具，经高速铣削精加工后的模具型面 . 仅需略加抛 光便可使用，节省了大量修磨、抛光的时间，HSM 加工时间可 减少 30% 以上。更新和增加数控高速铣床，是模具企业设备 投资的重点之一。
三、模具行业及模具技术发展趋势
汽车、摩托车 行 业 的 发 展 大 大 地 推 动 模 具 工 业 的 高 速 增 长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例 如，2005 年汽车行业需要各种塑料件 45. 5 万吨，到 2010 年需 求将达 72. 2 万吨，发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰 箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的 年产量已超过 4000 万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超 过了 1500 万台。电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求， 都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。未 来我国模具行业的趋势是：
近年来，国有模具企业、三资企业、乡镇（ 个体） 模具企业 有了很大发展。但企业组织结构、产品结构、技术结构和进出 口结构都不够合 理。 专 业 模 具 厂 大 多 数 是“大 而 全”、“小 而
全”的组织形式。而国外模具企业大多是“小 而 专”、“小 而 精”。中国模具自产自配比例高达 50% 以上。国外 70% 以上 是商品模具。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具 的比例只有 30% 左右，国外在 50% 以上，而模具生产周期却要 比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表 面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上； 工艺水平低主要表现在 设计、加工、工艺装 1 备等方面。中国模具企业技术人员比例 较低，水 平 也 较 低，不 重 视 产 品 开 发，在 市 场 中 常 处 于 被 动 地 位。国内每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右， 而模具工业发达国家大多是 15 ～ 20 万美元，有的甚至达到 25 ～ 30 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70% 以 上，国内模具标准件使用覆盖率只有 45% 左右。与国际先进 水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术。管理落后易被忽 视，国内大多数 模 具 企 业 还 沿 用 过 去 作 坊 式 粗 放 经 营 管 理 模 式 . 真正实现现代化企业管理的还不多。
综上所述，虽 然 中 国 模 具 工 业 在 过 去 十 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。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显 差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需 要大量从国外进口。
二、我国模具技术水平概况
模具制造方法包括直接成型和堆积涂层。以去除部分材 料的方法为主，其 中 以 电 加 工 为 主 的 特 种 加 工 和 使 用 最 多 的 机械切削加工。模具的传统机械加工，大多采用普通切削速度 仿型铣、数控铣或者电火花加工方法进行粗加工和半精加工， 然后通过曲线磨削、电火花加工以及人工完成精加工。
1. 越来越多的新技术地运用到模具生产中去。 高速加工（ High Speed Machining，简称 HSM） 技术引入模 具行业。高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量 为主要特征的加 工 技 术，其 加 工 效 率 比 传 统 的 切 削 工 艺 要 高
9
第3 期
湖南工业职业技术学院学报
图 4 有限元模拟的一般过程
（ 5） 模具中其他的先进制造技术 除了上述模具先进制造技术，还有模具微细加丁、模具纳 米加工、模具微型机械加工、模具的敏捷制造技术、模具柔性制 造技术、模具集成制造技术、模具企业网络制造联盟技术、模具 制造 CAPP 技术、模具的智能制造技术等。模具制造技术种类 繁多，大部分的先进制造技术都可以应用到模具制造中，而且 在不断发展。
Mould Industry and Technology Development
YU Lan － lin，LI Ying － li
（ 1. Hunan Industry Polytechnic，Changsha 410208，Hunan； 2. Jiangsu Changzhou Polytechnic. Changzhou 213164，Jiangsu）
第 10 卷第 3 期 2010 年 6 月
湖南工业职业技术学院学报
JOURNAL OF HUNAN INDUSTRY POLYTECHNIC
Vol. 10 No. 3 Jun. 2010
模具工业与技术的发展状况
喻楠霖1 李英利2
（ 1. 湖南工业职业技术学院汽车工程学院，湖南 长沙 410208； 2. 江苏常州职业技术学院化工系，江苏 常州 213164）
图 3 模具反求工程的一般过程
（ 4） 有限元仿真、模拟技术的应用 随着 计 算 机 技 术 的 迅 速 发 展，融 合 了 CAD、数 值 计 算、 CAM、CG 等各类技术的数值模拟技术———有限元分析，逐步 应用在模具的设计制造中。数值模拟技术通用或专用的软件 各类很多 . 如 DYN 一 3D、OPTRIS、ANSYS、MARC、ANAQUAS、 ALGOR 等。可直观地在计算机屏幕上观察到材料变形和流动 的详细过程，了解材料的应变分布、材料厚度变化、破裂及皱曲 的形成。设计人员根据已有的经验来调整模具参数及成型工 艺、修改毛料形状和尺寸，极大缩短试模和修模时间，有效地提 高产品质量和生产效率（ 图 4） 。
虽然这些年来，中国模具工业一直以 15% 左右的增长速 度 发 展，年 模 具 生 产 总 量 仅 次 于 日、美 之 后 位 居 世 界 第 三 位。 2007 年上半 年 模 具 进 口 量 和 出 口 量 分 别 为 9. 47 亿 美 元 和 5. 95 亿美元。我国模具生产点多数是自产自用的模具车间 （ 分厂） ，商品化模具仅占 1 /3 左右。从模具市场来看，国内的 模具生产仍供不应求，约 20% 左右靠进口，特别是精密、大型、 复杂和长寿命的高档模具进口比例高达到 40% 。由此可见， 虽然我们模具总 量 目 前 达 到 相 当 规 模，模 具 水 平 也 有 很 大 提 高，但在模具产品和生产工艺水平总体上要比德、美、日、法、意 等发达国家至少落后十年，也比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、 韩国、新加坡等国落后。此外，模具的标准化、专业化、商品化 程度低，模具配料及模具相关技术比较落后，也是造成与国外 先进水平差距大的重要原因。CAD / CAE / CAM 一体化先进技 术已经在国内部 分 模 具 企 业 得 到 应 用，但 要 得 到 推 广 和 普 及 还要很长一段时间。
图 1 快速原型技术产品开发的一般过程
（ 2） 虚拟制造技术（ VMT）
图 2 虚拟制造技术的一般过程
虚拟制造是采 用 计 算 机 仿 真 与 虚 拟 现 实 技 术，在 计 算 机 上实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、品质检验 以及企业各级过 程 的 管 理 与 控 制 等 的 产 品 制 造 全 过 程 ，是 一 种通过计算机虚拟模型来模拟生产各场景和预估产品功能、 性能及加工性能 等 各 方 面 可 能 存 在 的 问 题，从 而 提 高 人 们 的 预测和决策水平。虚拟制造技术是以三维建模和仿真技术为
1. 模具设计技术 模具设计 长 期 以 来 一 直 依 靠 人 的 经 验 和 机 械 制 图 来 完 成，随着国民经 济 和 生 产 技 术 的 不 断 发 展 以 及 计 算 机 设 计 技 术的开发，模具设计有了新的发展方向。 CAD / CAE / CAM 技术应用。CAD 绘图技术的出现给模具 设计工作带来极大的方便。CAD 系统在模具设计中得到了广 泛应用，部分模具企业应用 CAD 技术已从二维设计发展到三 维设计，而且三维设计已达 70% 以上。现阶段使用最多的主 要有“Pro / E、UG、Cimatron”等软件，这类软件具有易用性、高 效率、实用性的特点。此外，从 20 世纪 90 年代开始发展的模 具计算机辅助工程分析（ CAE） 技术、计算机辅助制造（ CAM） 技术现在也已有 许 多 企 业 应 用，这 对 于 缩 短 模 具 制 造 周 期 及 提高模具质量有显著的作用。 2. 先进制造技术（ AMT） 在模具中的应用 （ 1） 快速原型制造（ RPM） 技术； RPM 技术在模具制造领域的应用主要是制作模具设计制 造过程中所用的母模，有时也用于直接制造模具。RPM 技术 可分为直接快速模具与间接快速模具技术。如 SL、LOM、SLS、 SDM。其优点是制 造 环 节 简 单，能 够 较 充 分 地 发 挥 其 技 术 优 势； 对于那些需要复杂形状的内流道冷却模具与零件，采用直 接 RT（ 由 RP 直接制造出使用模具的技术称为直接 RT 技术） 有着其他方法不能替代的独特优势。 间接快速模具 制 造，通 过 快 速 原 型 技 术 与 传 统 的 模 具 翻 制技术相结合制造模具。一方面可以较好地控制模具的精度、 表面质量、机械性能与使用寿命，另一方面也可以满足经济性 的要求。如基于喷射的成型技术，如 FCM、3DP、快速精密铸造 模具 等。RP 各成形工艺都是基于离散—叠加原理而实现快速 加工原型或零件，如图 1。