我国模具技术的发展现状及其发展趋势 摘要:本文主要介绍了我国模具工业的 发展现状、存在的问题以及我国模具产业的发展趋势。
关键词:模具技术 发展现状 发展趋势 1. 引言 模具工业是国民经济的基础产业,是“百业之母”，有“不衰亡工业”之称, [1]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。我国模具 工业解放后从无到有,在经历了半个多世纪的发展,已有了较大的提高,发展速度十 分迅速,目前已初具规模。近年来,对模具技术的探索和研究取得了可喜的成绩。我 国模具设计与制造技术的发展经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现代化 生产阶段。伴随着计算机技术的快速发展,数字化、信息化模具 CAD/CAE/CAM [2]技术和数控加工机床已普遍采用,模具产业正处于高速发展阶段。 虽然我国模具技术水平正在逐步提高,但与工业较为先进的国家相比,仍存在较 大的差距,纵观我国的模具工业,既有高速发展的良好势头,又存在模具品种少、精 度低、结构欠合理、寿命短等一系列的不足,无法满足整个工业迅速发展的迫切要 求。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志, 因为模具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。随着我国加 入 WTO,我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。 2. 中国模具工业发展现状 2.1 模具产业总额迅速增长 鉴于模具工业的特点和重要性，我国对模具产业的发展极为重视，自 1997 年 以来，相继把模具及其加工技术和设备列入了《当前国家重点鼓励发展的产业、产 品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》，并对全国部分重点专业模具厂实行 增值税返还 70%的优惠政策;1999 年，国家又把有关模具技术和产品列入国家计委
和科学技术部发布的《当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目 录)》。以上措施均有力推动我国模具产业的飞速发展，充分发挥模具工业在整个 国家工业发展中的“效益放大器”作用。2005 年我国模具工业总产值已跃居世界 第三位，达到 610 亿元(广东约 185 亿元，浙江 100 亿元，江苏 60 亿
元，上海 40 亿元)，其中模具生产最为集中的地区在珠三角和长三角地区，约 占全国模具总产值的三分之二以上，模具发展有力支持着这两个地区工业的快速发
最新统计数据表明:2006 年我国共进口模具 20.47 亿美元，与 2005 年相比 约减少 2100 万美元，降幅为 1%;出口模具突破 10 亿美元大关，提前 4 年完成 了模具行业“十一五”规划中的出口目标，达 10.41 亿美元，同比增幅高达 41%; 外贸逆差为 10.06 亿美元，同比减少 3.24 亿美元，降幅为 24.4%。从模具价格分 析，2006 年我国进出口的冲压模具分别为 50645 吨和 39890 吨，按每吨单价算， 进口的冲压模具合 14913 美元/吨，出口的冲压模具只有 5867 美元/吨。2006 年， 我国进出口塑料橡胶模具分别为 413715 套和 1217772 套，平均价格为进口 2532 美 元/套，出口 602 美元/套。从上述数字可以看出，出口模具的平均单价大约只有进 口模具的 1/3,1/4。除了国外模具的成本和价格确实要比我们高之外，上述数字也 充分说明我们出口的模具仍以中低档为主，而进口模具却以中高档为主，其主要缺 口集中于精密、大型、复杂、长寿命等技术含量高的模具领域。 2.2 中国模具工 业存在的问题 与发达国家相比，中国模具工业无论在技术上还是在管理上，都存在较大差 距。特别在大型、精密、复杂、长寿命模具技术上，差距尤为明显[2，3,4]。 (1)中国每年需要大量进口此类模具，2003 年进口额达 13.7 亿美元。在模具产 品结构上，中低档模具相对过剩，市场竞争加剧价格偏低，降低了许多模具企业的 效益。而中高档模具能力不足。模具的开发能力较弱，技术人才严重不足，科研开 发和技术攻关投入少。 (2)模具生产的商品化率较低，约占总产值 1/2 以上的模具属企业自产自用， 作为商品销售的模具产值不到 1/3。随着模具企业体制改革的扩大和深入，模具的 商品化率将会不断提高。 (3)专业化水平相对较低，特别是中西部地区，地区配套能力较低。 (4)CAD/CAE/CAM、高速切削、新材料、热流道等先进模具技术的推广应用有待 进一步加强，模具的标准化程度需不断提高。
(5)模具技术人才，特别是中高级技术人才和经营管理人才缺乏，远不能满足 模具工业快速发展的需求。模具企业外贸人员短缺，国际市场的开拓急需加强。
(6)模具的分离和分包业务、市场的有序销售都有待加强。 3. 我国模具技术 的发展趋势
丰富且廉价的人力资源、庞大的市场及其它许多有利条件，使中国已成为承 接工业发达国家模具业转移的良好目的地。随着国际交往的日益增多和外资在 中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分，中国模具在世 [6]。据相关专业人士分析，未来十年，中国模界模具中的地位和影响越来越 重要 [2,3]具工业和技术的主要发展方向将主要集中在以下几个方面。 3.1 模具结 构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高 由于成型(形)零件日趋大型化以及高效率生产所要求的一模多腔(如塑封模已 达到一模几百腔)，使模具日趋大型化;随着零件微型化和模具结构发展的要求(如 多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)，模具精度已由原来的 5μm 提高 到 2~3μm，今后有些模具加工精度公差更是要求在 1μm 以下，这必将促进超精密 加工的发展。 3.2 CAD/CAE/CAM 技术在模具设计制造中的广泛应用 模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。 实践证明，模具 CAD/CAM/CAE 技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、 为数控加工提供 NC 程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数 值模拟方法达到预测产品成型(形)过程的目的，改善模具结构。从 CAD/CAE/CAM 一 体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是 让用户在统一的环境中实现 CAD,CAE,CAM 协同作
[7]业，以便充分发挥各单元的优势和功效。因此，应大力进行 ANSYS、MSC、 Moldflow、Dynaform 等高端辅助设计制造软件的培训、推广和应用。 3.3 快速经 济制模技术的推广应用
快速模具制造及快速成型技术(RP)是在近两年内迅速发展起来的，并正向着高 精度、更快捷的方向发展。与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本 低的特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。近年来快速模具制造商投入了 很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造 技术进行改造，嫁接了先进的 RP 及 NC 技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的 生产需求。具体新技术包括:快速原型制造技术(RPM)、表面现象成形技术、浇铸成 形制模技术、冷挤压及超塑成形制模技术、无模多点成形技术、KEVRON 钢带冲裁 落料制模技术以及模具毛坯快速制造技术。此外，氮气弹簧压边与卸料、快速换 模、冲压单元组合、刃口堆焊以及实型铸造冲模刃
口镶块等辅助技术也有极大提高了快速经济制模的综合技术水平。 3.4 新型技 术在塑料模具中的推广应用
采用新型热流道技术是塑料模设计制造中的一大变革，可显著提高模具制造的 生产效率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，国外模具企业已有一 半用上了该项技术，甚至已达 80%以上;气体辅助注射成型也是塑料成型的一种新 工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成型、壁厚差异较大等 优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。 3.5 提高模具标准化水平 和模具标准件的使用率
模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的 质量和降低模具制造成本。模具标准件应进一步增加规格、品种，发展和完善销售 网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命 长、价格低的优质模具标准件。
3.6 开发优质模具材料和先进的表面处理技术 模具材料是模具工业的基础，当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，系列 化程度已越来越高。中国是世界第一产钢大国，国内开发的高级优质模具钢品种虽 然不少，已纳入国标的如:6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)，7Cr7Mo2V2Si(LD)，7CrSiMnMoV(CH-1)等，但推广应用不足，每年所需约 70 万吨模具钢还要有相当一部分 进口。为了扭转这种局面，应根据模具对使用性能的新要求，通过调整材料成份， 或借助先进的工艺方法和工艺手段，不断开发具有特殊使用性能的新型模具材料。 建议先从质量较为稳定的合金工具钢(如 GCr15、5CniMo、5CrMnMo 等)以及高速钢 (W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 等)做起，逐步拓展。 3.7 高速铣削在模具加工中的推广应 用 高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高 (为普通铣削加工的 5~10 倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点，是高精度型腔模 具的重要加工手段。国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达到 40000~100000 转/min，快速进给速度达到 30~40m/min，换刀时间可提高到 1~3s， 大幅度提高了加工效率，并可获得 Ra?10μm 的加工表面粗糙度，形状精度可达 10μm。高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别给汽车、家电行 业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。 3.8 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 随着三坐标测量机、扫描仪、便携式扫描仪、激光跟踪仪等先进测量仪器的应 用，现代检测技术正向高速度、高精度、高适应性、数字化、自动化方向发展，并 不断融入模具产品逆向工程设计中，进一步推动模具制造产品快速制造的响应能 力。 逆向工程(RE)又称反向工程或反求工程，是相对于传统的产品设计流程 [8]。其基本思想是:通过对实物或零件进行扫即所谓的正向工程(FE)而提出的
描测量以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息，然后充分利用 CAD/CAM 技术快速、准确地建立产品的数学几何模型，进行数据重构设计，最后经 过适当的工程分析、结构设计和 CAM 编程，就可以加工出产品模具。该设计理念是 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。
3.9 开发成形新工艺和模具，培养新理念和新模式 在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技 术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随 着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新 的设计、生产、管理理念与模式，具体主要有:适应模具单件生产特点的柔性制造 技术;创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产;提高快速应变能力的并行工程、 虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理;广泛采用标准件的分工协作 生产模式;适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。 此外，还应大力研发模具的抛光技术和模具制造设备，可进一步改善成型产品 的表面质量。 4. 结束语 我国模具工业虽然有了长足的发展，但总体水平仍比工业发达国家要落后 15~20 年，这与我国制造业发展的要求相比差距还很大。目前，我国正处在第十一 个五年计划建设初期，制造工业对模具的市场需求量仍将以 12~15%以上的速度逐 年增长。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工 业面临着进一步技术结构和加速国产化的繁重任务。因此，应立足国情， 着重发展模具行业中的关键、共性技术，不断加大新技术的开发和推广应用力 度，不断提高行业的自主创新能力，用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水 平，积极采用高新技术和先进适用技术来提高行业的总体水平，使我国模具行业向
大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，推动我国模具工业技术进步 再上新台阶。