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中国当前模具制造业水平综合评述

时间:2012-10-18 16:16:47来源:必赢科技浏览次数:3277

第十三届中国国际模展模具评定评述专家组名单:  
    
        叶军(组长)单秉俊(副组长)林建平(副组长)陈德忠(副组长)张顺福(副组长)张孝民(副组长)李德群
蔡紫金 张华禹 吴玉道 安文宝 赵炳桢 郑义和 于平良 赵震 祝云 郑立人 邵仁兴 罗椿年 汪齐 殷黎明
本文执笔:林建平 李德群 张孝民 张顺福 吴玉道蔡紫金 张华禹 于平良 祝云
 
    第十三届中国国际模具技术和设备展览会于2010年5月11日至15日在上海举行。与往届相比,本届展会无论在规模、面积还是展商数量方面又创历史新高。展会共设6个展馆,吸引了北京、上海、天津、广东、香港、台湾等国内各省、市、自治区的代表团,境外的美国、德国、英国、日本、意大利和韩国等15个发达国家的企业展团,共计1500多家企业参展,囊括了几乎所有国内外模具行业及其加工机床的品牌及骨干企业,是一届规模继续保持世界领先的高水准、高质量的国际化展览会。
本届展会展出的塑料模具、冲压模具、汽车覆盖件模具、铸造模具、快速经济模具与快速成形技术、模具标准件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE等,反映出我国模具及其相关技术的发展现状和技术水平。下面就塑料模具、冲压模具、汽车覆盖件模具、铸造模具、快速经济模具与快速成形技术、模具标准件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE等技术及其发展进行评述。
    1、 塑料模具
与往届模展相比,本届模展塑料模是参评最多、参展模具品种最多、水平最高的一届。本届塑料模具最鲜明的一个亮点是“新工艺新技术层出不穷”。各种新技术的出现给本届展会带来了一股清亮的技术创新之风。
    新工艺新技术层出不穷。如安徽鲲鹏装备模具制造有限集团研制的双料复合真空成型模,该模具用于成型拖拉机的双层顶蓬,模具采用了新型复合成型工艺,中空气缸保证模腔内气体平衡技术和新型真空成型模具材料及热处理工艺的应用,解决了双料一次成型、压合。厦门市驰杰模具工业有限集团研制的飞机座椅真空复材吸塑模,该模具成型的是复有碳纤维的飞机座椅,由于制件形状复杂,而且要贴复上一层碳纤维,故而在成型中采用了创新的特殊的工艺,制成了合格的制件。而由宁波方正汽车模具有限集团研制的“高挡汽车蝶形模具”, 该模具系大型、复杂吹塑模具。模塑制品用于高挡轿车,其蝶形结构的油箱口应确保其密封性,多层吹塑技术在油箱模具上的成功应用,满足了油箱的技术要求。模具结构复杂,且脱模滑块的距离;挤压盘的行程均设计成可调,达到顺利脱模。
    大型、精密、高效、长寿命仍然是注塑模的主题。如陶氏模具集团有限集团研制的“英国路虎汽车后保险杠注塑模”,不仅制品大,而且高,模具型腔深达850mm,模具型腔及其零件加工均采取了很多新的措施,取得很好的效果。宁海县第一注塑模具有限集团展示的“W23汽车格栅注塑模具”,有效解决了分布于整个表面的大面积六角形小孔的型芯的的加工关键技术,采取针阀程序控制及网眼部分的模温调节,解决了大面积网孔的脱模,及其熔接痕的难题。以海尔模具有限集团展示的展示的重卡底版叠层模具,模具尺寸达3300×1720×1600,开创了特大型叠层高效模具的先例。淅江黄岩美多模具厂研制的“高音喇叭注塑模”,塑制品形状特殊,其网孔脱模方向与水平面成45°角。脱模方向是椭圆形,而正面是是圆形,故需解决石墨电极加工,及成型加工中的绪多问题。黄岩星泰塑精模具有限集团研制的“前除霜隔栅注塑模”,该模具塑制品很长,有2.15M但允许变形很小,仅0.35mm,形状复杂,抽芯滑块多,制作品质佳。宁波舜宇模具有限集团研制的“AudiC7饰条注塑模具”,该模具制品是高挡轿车的木皮饰条,关键是饰条的模内固定及保护,并且不允许有熔接痕等。为此该模具还采用程序控制热流道,确保了制品质量。深圳银宝山新科技股份有限集团展示的“椅子注塑模”该模具制件,形状复杂,多方向抽芯脱模,制件是透明件,采用气辅注射,制件品质高。淅江航宇模具模具有限集团展示的了“HY-V3-座椅本体注塑模具”,其塑制件有大量的不同方向的抽芯,模具结构异常复杂,制品质量优异。四川省宜宾普什模具有限集团研制的32腔PC01881含气盖注塑模该模制品为螺旋纹瓶盖,硬脱模困难,为此,模具型芯进行表面处理使硬度达HRC85左右,其寿命可达3000万模次。
    多种材料混合的注塑模异军突起。例如,天津津荣天和机电有限集团研制的MIM胃镜钳头模具。该模具注射的制件,用90%的金属粉未与塑料混合的料,注射成型后,再将塑件烧结,得到最后的金属件,由于收缩率很大达17.5%,而最后的制件精度要求在0.5%,技术难度很高。宁波的贝隆精密模具有限集团也展示了他们的同类模具制品。这类模具由于其制件精度高、可批量生产制件,而替代了过去传统的加工形式,大大提高了生产效率、降低了生产成本。又如宁波锦隆电器有限集团研制的台盆注塑模,该模具成型件是混有80%-85%纳米级矿粉未的特殊注塑模,该模具结构特殊,制品最薄处仅3mm,可达到花岗岩的硬度,且造型复杂,较之目前市场上的人造大理石台面,其用途更广泛,可替代陶瓷制品,有很高的社会经济效益。
    高精度精密模具水平登上新台阶。如宁波横河模具有限集团展示的RS3630200钉仓注塑模及贝隆精密模具有限集团研制的测距仪主体注塑模,塑制件用于医疗手术中替代传统羊肠线的钛钉储仓,因为在手术中不允许钉子卡住,因而制件的精度要求很高,属精密注塑模,模具零件加工精度达0.002mm,材料要去应力,塑件允差0.008mm,不允许有任何毛刺。在恒温车间中(20℃±0.5)生产模具和塑件。而贝隆精密模具有限集团研制的测距仪主体注塑模,塑制品形状复杂,在同轴的二端有不等径的三组装镜片调焦用的精密螺纹,模具有四个不同方向的抽芯模具结构复杂,因制件要装光学镜片,故精度高,飞边毛刺不得大于0.05mm。深圳市昌红模具科技股份有限集团研制的一模十六穴墨盒注塑模,模具结构复杂,改变了国外一模八穴的结构,研制成功一模十六穴的精密注塑模。此模有208块镶块,并可互换,实现了一付模具多种用途,模具寿命在100万模以上。北京东明兴业科技有限集团的电器元件外壳的超薄注塑模,该模具成型最薄壁厚为0.8mm,成形面积达1429mm2,模具设计了有效的排气和导气(抽真空)结构,模具零件加工精度高,达±0.002mm,塑制品精度达±0.01mm。厦门精卫模具有限集团研制的“医疗用毛刷注塑模”,该模具成型的制件形状异常复杂,有很多的小刺,脱模困难,该集团为此开发出一套成功的加工工艺,保证了成形质量。
    模具信息化向成形过程智能控制方向发展。如天津国丰模具有限集团研制的轿车翼子板注塑模,该模成型高挡轿车翼子板,外观要求相当高,且有相当高的强度要求,不允许有熔接痕,该模具采用三点进料,其中一点为针阀式热流道,另二点进料用顶针替代,应用计算机进行程序控制料流,消除了塑制件的熔接痕,节约了制造成本和塑制件生产时的耗能费用。
    双色(料)注塑模各领风骚。青岛海信模具有限集团研的大型“双色高光无熔痕注塑模具”,其塑制品是42寸电视机前框。大型双色无痕注塑模在国内尚属首例。有效解决了在第一次注塑后以可靠的机构顶住由于收缩等原因脱离第一型腔及第二注塑过中的排气不畅、排气困难等问题。四川长虹模塑科技有限集团的“平板底座双色注塑模具”,该模具型腔采用蒸汽模水路实现产品高光外观,采用特有的型芯旋转机构的一付模具,替换了常用的二付模具的双色模,一次开模取一个成品的高生产率。型芯从旋转轴中间进水,解决了水路密封的难题。上海威虹模塑制造有限集团生产的“Housing ofsealing油箱盖注塑模”,该模具成型的大型双色件,因为太大,不能用通常的双色模方式,而是采用了机械手取、放件的形式实现双色注射。
总之,本届展会的塑料模具较之历届均有较大的进步,技术、质量、创新达到了一个新的高度,模具企业注重创新、注重质量、注重新技术的应用已经蔚然成风。              
    2、 冲压模具
    本届模展的冲压模具仍然是展会重点,展品覆盖了电子、通讯、汽车、机械、电机电器、仪器仪表和家电等产品范畴,在新能源、自动化装备、医疗器械、航空航天和节能减排等产品领域模具发展势头强劲。其中精密多工位级进模占据主流产品地位,不仅是参展的数量多和品种覆盖面大,而且模具品质和技术含量也远高于历届模展。从展出的模具及制品水平分析,模具结构、制造精度、使用寿命、性能、技术含量、制品质量和加工周期等方面总体水平与上届展会相比,进步显著。许多国产精密冲压模具在寿命和主要性能上与国际先进水平相比,差距越来越小,部分精密冲压模具的总体水平与国际先进水平相当,不仅完全替代进口,并有相当一部分模具出口到美国、日本等工业发达国家和地区。
    精密冲压模具引领冲模技术的发展。近年来,先进精密冲压模具的总体技术水平提升很快,其模具技术水平、制造精度、使用寿命和制造周期等性能指标方面均有了明显的提升,相当一部分高档优质模具的总体水平已达到或接近国际同类模具水平。如无锡国盛精密模具有限集团生产的空调器翅片级进模使用寿命可达5亿冲次,生产规模和技术发展等方面处于国内领先地位。研制的0.4mm间距高精度微型接插件级进模制造精度达0.5,最小的凸模0.13mm直接磨削达到镜面,保证了制件的针脚最细处0.17mm,折弯精度0.01mm和S形弯等高精度要求。江苏华富电子有限集团研制的高精度微型连接器级进模,在高速冲床上的冲速可达到2500次/min以上,寿命可达4亿冲次,接近国外同类模具先进水平。宁波鸿达电机模具有限集团生产的电机铁芯自动叠片级进模,使用寿命可达1.5亿冲次以上,技术水平和叠片技术等已接近国外同类模具先进水平。研制的0.5m直径在400吨高速冲床上生产的大型铁芯片级进模、0.88m方形铁芯片带90 
    旋转的大型精密拼块复合模和1.2m直径定转子片的特大型精密冲模等专业化生产水平和能力处于国内领先地位。广东科龙模具有限集团研制的汽车结构件大型级进模结构新颖,工艺先进,制件形状复杂,曲面深度起伏大,精度要求高,材料厚及强度高。模具水平与国外同类模具水平相当。
    专业化的模具企业发展势头强劲。专业化使冲压模具企业创新能力大大提高,技术水平向专、精、优、强方向发展,涌现出许多高技术水平的精密冲压模具和新技术。如黄山三佳谊华精密机械有限集团的空调翅片步进精密级进模,创新性提出了“异形切”的简单快速切换,能满足5类片形的快速切换生产,具备一定的柔性化生产特点,为国内首创,模具水平与国际先进水平相当。厦门特克模具工业有限集团参展的引线框架37工位级进模,一模三列,在12 12mm内冲制48条内外引线腿,最小间距0.12mm,产品的平面度在0.01mm内。其高速批量的生产性能和寿命与国际先进水平相当,并获结构创新专利。厦门捷昕精密科技有限集团参展的TS003精密弹片级进模,14工位双列冲制手机侧向开关高精度微型弹片。通过创新,较好地解决了0.14mm微细凸模强度差、易磨损难题,并开发了新的前送后拉送料机构,解决0.06mm超薄料带的送料顺畅问题,高速生产连续运行150万冲次无故障。常州展翔精密模具厂参展的空调电机定转子铁芯三拼式套冲级进模,其定子铁芯由三部分共13个部件拼接组合而成,并在一副模具上实现了成套冲和微量冲切,技术属国内首创。浙江华锦微电子有限集团参展的集成电路引线框架42工位级进模,结构新颖,工艺先进,模具水平超过进口模具水平。综述本次模展,我国的精密冲模总体水平接近国际先进水平,相当一部分精密冲模正在走出国门,参与国际竞争。
    3、 汽车车身模具
    汽车覆盖件模具充分显示了整体实力。本次展会,国内各主要汽车覆盖件模具企业悉数到会,既有龙头企业如一汽模具、东风模具、成飞集成和天汽模具,也有后起之秀如湖北先锋模具、宜宾普什模具、安徽瑞鹄模具、泊头模具团组、潍坊福田模具、湖南晓光模具、上海屹丰模具、上海赛科利模具、上海亿森模具等。模具整体水平明显提高,汽车覆盖件模具企业层次分明,以一汽模具、东风模具、成飞集成和天汽模具为代表的汽车模具领军企业集团,模具水平直逼发达国家汽车覆盖件模具水平,表现出我国汽车模具飞速发展的良好势头。 
    汽车模具类型广泛、品种齐全,涉及白车身所有关键零件。此次模展,参展模具类型包括:单工序模具、多工位模具、大型结构件级进模等,参展范围覆盖了轿车的所有重要冲压件如:左右前翼子板、左右整体侧围、发动机盖内外板、顶盖、行李箱盖内外板、举升门内外板、左右前后门内外板,大型复杂地板、左右纵梁等主要冲压件。也涵盖了所有压合包边零件如:发动机盖包边模、车门边包边模、行李箱盖包边模等。另外,一个显著的特点就是:外覆盖件模具制造技术已经普及。此次参展的模具企业几乎都具备外覆盖件模具制造能力,如瑞鹄汽车模具有限集团为奇瑞轿车制造的整体侧围模具;山东潍坊福田模具有限集团制造的发动机盖外板模具;四川省宜宾普什模具制造的顶盖模具等都非常出色。由此可见,近二年来,国内的汽车模具制造企业在模具品种、档次和质量提升上取得了长足的进步。多工位模具技术在汽车模具中的广泛应用作为未来模具的发展方向引起模具行业的普遍关注,以广东南方冲压联盟为集体展示的汽车结构件多工位级进模具显示了相当的实力。
    参展模具结构新颖、技术难度大、创新点多。由于汽车冲压件形状复杂、技术要求高,本次模展出现了很多新颖、巧妙的结构。如瑞鹄汽车模具有限集团设计、制造的翻边侧翻边冲孔模具采用了气缸驱动式旋转斜楔:由气缸提供动力、推动旋转臂绕旋转轴进行旋转,使得与旋转臂一体的成形凸模到达工作位置,进而实现翻边整形等成型动作;该集团的另一副侧围翻边、冲孔模具,采用了一种镶嵌式子母斜楔机构,能够完成普通对向双活斜楔机构无法胜任的工况,大大改善制件整形的质量。又如山东潍坊福田模具集团的发动机盖外板翻边整形侧翻边模,在发动机盖前侧、左右侧共三面的侧翻边活动凸模采用了新颖的“中心滑块驱动活动凸模开花结构”,利用中心滑块内侧异向斜导板将三块活动凸模沿翻边方向运动,从而实现了同时正翻与侧翻边,结构巧妙,安全性高,制造成本低,使用寿命长。
    东风模具冲压技术有限集团设计、制造的侧围斜楔整形斜楔冲孔模,结构紧凑,并设计了三处往复斜楔和氮气弹簧压料,确保良好的成形效果。四川省宜宾普什模具有限集团为武汉神龙汽车设计、制造顶盖翻边整形冲孔模具,通过气动切换机构、实现汽车顶盖带天窗零件与无天窗零件共模,采用四工序完成零件冲压制造,该套模具生产可靠,零件品质优于同车型法国原厂冲压件。
    此次模展,还有湖北十堰先锋模具、泊头市兴达汽车模具、泊头市京泊汽车模具、亿森(上海)模具有限集团等四家企业提交了不等料厚激光焊接纵梁模具,这说明汽车拼焊板模具技术已经被广泛掌握。
    三维CAD设计以及成形仿真技术已经得到广泛应用。此次模展,以模具三维设计为代表的汽车模具CAD技术和以钣金成形仿真为代表的模具CAE技术得到了广泛的、普及性的应用。汽车模具三维设计技术由传统的结构设计向虚拟装配、运动仿真、干涉检查延伸。如山东潍坊福田模具参展的门板包边模,要求窗口内部三面压合,由于窗口空间狭小,用一般的预弯机构和普通的正向压合方式难以实现,该模具使用UGNX进行三维运动仿真分析,设计出双动压合机构,实现了车门周圈包边压合及窗口内部三面压合。四川成飞集成科技集团参展的行李箱盖内板吊楔修边冲孔模,该模具必须适应全自动冲压线的生产要求,模具结构不能与零件冲压中的传送发生干涉,运用三维设计手段、结合干涉曲线进行运动仿真,成功地解决了运动干涉问题。
    随着计算机成形仿真技术(CAE)的日趋成熟,在冲压设计阶段使用CAE技术已经发展为各模具企业的标准流程。如烟台泰利汽车模具制造有限集团在高温镍基合金板拉延模的制造过程中就使用AutoForm软件进行成形分析,效果很好。东风模具在日产轿车前门外板模具补充面设计中,应用CAE技术分析门框沿周边区域及窗口处的塑性变形,提供了模具设计的合理性,缩短了模具调试周期。 
大企业优势明显,中小企业急于做大做全。由于汽车模具市场日趋饱,模具价格竞争激烈。大的模具企业在这方面的策略就是:要么锁定用户,要么锁定产品。对于“锁定用户”那些与汽车整车制造厂有关联的大模具厂往往具有得天独厚的优势。而其他大模具企业只有想方设法“锁定产品”,专心于复杂、附加值高的汽车冲压件如侧围、翼子板、四门(前后左右)三盖(发盖、顶盖、行李箱盖)等模具,做精做强。对于大多数中小模具企业而言,激烈的市场竞争迫使企业对用户和产品没有什么选择空间。从结构件到覆盖件、从普通板料到高强度厚板料基本上是来者不拒,急于做大做全。这些企业在模具制造工艺和水平上很接近,特色和优势明显的企业很少,表现出强者不强、弱者不弱的“战国”时代格局,也映射出当今我国汽车模具行业的一个阶段性特征。
    4、 铸造模具
    压铸模、低压铸造模、重力铸造模仍然是铸造模具制造厂家展台上的主角,铸件品种之广、质量之高和技术的创新亮点都超越了以往,集中反映了近年来我国铸造模具的制造朝大型化、复杂化、注重结构设计的合理性和人性化发展的趋势。各企业紧跟国外同行的新动向,努力缩短我国与国外先进工业国之间的差距。其中,作为国内最大的商品铸造模制造基地—宁波北仑地区和象山地区参展商数量最多,显示了“中国压铸模之乡”和“中国铸造模之乡”的强大优势和实力。
    铸造模具大型化趋势明显。随着我国压铸行业大吨位压铸机数量激增,对大型压铸模需求越来越迫切,相应的模具无法国内配套一直阻碍着压铸业的同步发展。而近年来不少模具企业通过技术改造,购置了大型加工及热处理设备,设计制造水平提高,这种情况初步得到了缓解。如宁波北仑辉旺铸模实业有限集团展出的模重53吨的“汽车发动机V6缸体压铸模具、宁波臻至机械模具有限集团和宁波北仑辉旺铸模实业有限集团的模重达50吨的“发动机变速器中间壳体”压铸模具,都是安装在38000N~40000N大型压铸机上使用的超级大型的压铸模。模重在20~30吨,像汽车自动档变速器壳体、汽车缸体、电梯踏板、大型載重汽车变速箱等压铸模具,也在多个展台上出现。此外,在杭州合立机械有限集团的展出的由“4114缸体模具”生产的大铸铁柴油缸体,产品体积大、形状复杂。表明我国在制造大型铸造模的能力和水平上有了长足的进步,大型铸造模具国产化率得到了提高。
    铸件复杂,模具制造难度越来越提高。由于铸件的轻量化要求以及功能的增加,造成铸件形状愈加复杂,尺寸精度和内外质量要求也愈加严格,给模具的制作提出了更高的要求。在这次模具展览会上的几副高水平模具引人注目。如广州市型腔模具制造有限集团的重型卡车发动机零件“康明斯大齿轮室压铸模”,模具由2400个零件组合而成,周边有5个用油缸抽拔的滑块,采用三个方导柱导向,四个精定位元件定位,保证了铸件精度。为满足产品内在质量要求,压铸过程采用了真空压铸和模具内设置挤压销技术。采用指形流道设计方案,使金属液各行其道,能较好地控制金属液的流向、流量和流速,提高了产品质量。模具使用了大型活块辅助成型,合理地设计了复杂的温控系统,布置了40条冷却路线,25个分水器,温控部件的零件超过800个;同时在模具上布置温度监测点21个,外接温度值数字显示器,根据实时温度监测的反馈,在压铸机控制端输入参数,实现冷却时间的起止与长短的程序控制,从而保证了模具工作时良好的温控能力。宁波鑫达模具制造有限集团的“X90转向器壳体”压铸模,产品是长筒形,有多个异向的抽拔需要,要求一模两腔,该集团很好地解决了分模选择、细长型芯的冷却和重复定位等问题,现已生产系列的转向器壳体压铸模具,并多套出口到欧洲。宁波合力铸造模具科技股份有限集团送展的“1.8T发动机缸体模具”,用来生产广州汽车集团1.8TS汽车发动机缸体,采用变截面浇注系统,模具结构上采用了异形芯撑,特殊芯头结构,解决冷芯薄壁水套在浇注过程中的变形,是一套对国内自主品牌汽车的发展作出贡献的成功的铸造模。宁波盛技机械有限集团展示的“齿条壳体”、“变速箱体”压铸件,反映了该集团模具制作过程注重细节,造工精湛,尺寸精度高,外观轮廓清晰美观。
    V型汽车缸体大型压铸模具问世。作为制造汽车的“心脏”—发动机的缸体压铸模具,其研发和制造难度极大,技术含量极高,产品技术质量指标极严,一直是压铸模制造厂家致力攻克的难题。上届模具展览会“汽车直排四缸压铸模”首次亮相,在行业中引起了关注,时隔两年,国内已有7~8家厂家能够制造。这次宁波北仑辉旺铸模实业有限集团展出的“汽车发动机V6缸体压铸模具”,再一次在行业中引起轰动。该模具是国内首次研制成功的V型缸体压铸模具,在国外生产过同类模具的厂家也为数不多。该铸件530mm×360mm×300mm,模具外形尺寸大(1935mm×1850mm×1690mm),模具重量达53T,加工和装配难度大,产品外形特征多,所需滑块数量多,铸件还有较高的致密性和压铸成品率要求,属大型、复杂、难度大的压铸模。该模具采用双边进料的浇道,各大滑块采用了双油缸抽拨、特殊的滑块摩擦副和后定位结构,保证运行平稳可靠。由于铸件重热容量大,模具工作温度平衡条件差,因而必须通过多项措施加强了模具工作温度的控制。
    技术进步提升了行业的整体水平。本次展会,我国铸造模制造产业技术水平有了明显的提升。CAE的应用已从过去只为争取订单的需要回归到发挥其实际技术功能的作用,从客户要求到成为设计人员必不可少的辅助工具。其中不少的企业还建立了本企业的模具基础结构图库、标准件图库、铸机机型图册、铸造工艺参数等资料库,方便工程师在设计时选用典型案例和利用参数化手段实现资源共享,缩短了设计周期。另外,企业在承接模具时更多考虑从“能否造出”过渡到“能否做好”,“以质取胜”的意念增强,关注延长使用寿命、确保可靠性和稳定性、提高成品及格率以及生产效率上。关注到模具运行时各参数的监控、反馈及自动调整,使模具更人性化和智能化。对于技术上和结构上的创新和发明,企业申报国家专利热情高漲,知识产权保护意识明显增强。
    5、 快速经济模具与快速成形技术
    参加本届展会的快速经济模具技术和快速成形技术的厂商虽然有一定程度的增加,但仍然不多,约有20余家。其中大部分参展商展出的是快速成型技术与快速成型设备,对冷冲压快速制模技术的展出比上届有所增加,基本上都是汽车覆盖件冷冲压快速模具,并且已基本上从快速模具制造理论阶段、试验阶段转向了实际应用到汽车车身开发的快速试制上。
    汽车覆盖件冷冲压快速模具技术。本次展会参展的大型冷冲压快速模具技术,全部是针对汽车覆盖件开发的快速模具技术,主要用于汽车车身设计与同步开发。例如烟台泰利集团(山东省快速模具工程技术研究中心)展出的铋锡合金快速模具技术、锌基合金快速模具技术以及钢、合金复合快速模具技术,已为国内众多汽车主机厂的车身开发同步服务,其技术水平已接近国际先进水平,完全可替代进口。还有西安交通大学先进制造技术研究所展出的金属电弧喷涂制模技术,是一种基于电弧喷涂、快速原型、数控加工和材料科学技术等的经济、快速的模具制造工艺。它通过电弧喷涂工艺制造模具金属型壳,并通过材料累加方法制造出具有材料梯度、功能梯度结构的模具,是一种近净成形的模具制造技术,可用于制作金属冲压模具、热压成型模具以及塑料模具等。该研究所还发明了金属喷涂和电刷镀相结合的模具制造方法,发明了金属电弧喷涂快速制造汽车覆盖件模具专用机器人。
    真空浇注及低压灌注快速模具。真空浇注技术是一种小批量生产方式,使用聚氨酯材料生产用于原型或者检验功能的产品。即在真空条件下对浇注材料进行脱泡、搅拌、预热、浇注并固化成型。低压灌注技术是利用快速原型翻制树脂简易模具。然后将改性的聚氨酯树脂在常温、低压环境下注入快速模具内,在常温下快速固化形成产品。深圳殷华快速模具制造有限集团和无锡易维模型设计制造有限集团都展出了这两种快速模具技术,可根据不同的要求制作成硅胶模具、树脂模具、铝合金模具等等。适用于汽车、电子、玩具、医疗、航天等领域的各种塑料件的快速制作。低压浇注技术特别适合试制汽车保险杠、仪表盘、车门内板等大型汽车塑料装饰件。
    快速原型技术与快速原型设备。快速原型技术是为小批量个性化生产而产生的。目前我国的快速成型技术研究已应用到了先进制造领域和新产品研发领域。例如材料成型与模具技术国家重点实验室、快速制造国家工程研究中心(教育部快速成型工程中心)、北京殷华激光快速成型与模具技术有限集团等等。他们分别展示出了最新的研究成果、研发的设备和快速制造工艺等等。材料成型与模具技术国家重点实验室发明了一种振镜式激光扫描系统,实现了激光快速成型制造装备关键部件的国产化。研制成功了系列高性能低成本快速成型制造用材料。解决了大尺寸选择性激光烧结制件易翘曲变形等技术难点,研制出世界最大成型尺寸的SLS装备;发明了小功率光纤和YAG激光直接成型复杂精细金属件的选择性激光溶化(SLM)装备。快速制造国家工程研究中心展出了SPS系列激光快速成型机、SCPS紫外光快速成型机等等。北京殷华激光快速成型与模具技术有限集团展出了熔融挤压快速成型系列产品以及激光固化快速成型设备等。
    快速成型材料。在本次展会上众多国内外展商展出了快速模具材料和快速成型材料,在快速模具的发展过程中始终伴随着先进技术和新材料的发展,使其互为促进、互为带动。如:亨斯迈(HUNTSMAN)展出了用于模型和模具制作的可加工塑料板材;用于原型和部件生产的光敏树脂聚合物等等。
    综观本届模展,展出的快速模具及快速制造技术来看,充分的反映了快速模具和快速成形技术的应用,已经涉及我国不同领域的工业产品开发,为我国自主品牌开发做出了重要贡献。
    6、 模具标准件
    模具标准件是模具的重要组成部分,这几年制造技术水平进步很快,企业的自主研发能力也有了一定的加强和提高,为我国的模具工业的发展提供很好的保障和支持。本届展览会,参展的模具标准件厂商约80多家,与上一届展会基本相当,著名的集团有:美国的IEM、戴顿,日本的盘起工业、三住、昆山优德、大同弹簧,北京世茂、北京永茂、西安1001、天津众鑫、河北三达、武汉东风科尔、镇江船山模架等,众多小模具标准件企业,也带来了自己的模具标准件产品。
    从本届参展的情况看,为了适应我国汽车模具市场的需求,国内外模具标准件厂商家都不同程度的加大了新产品开发的力度,力求用新产品提高企业的效益和占据更多的市场份额,如北京世茂为了满足用用户大幅度提高侧冲机构使用寿命的要求,开发了菱形定位的“下置式”侧冲机构,将传统的滑块和下底座用钩扳组装在一起,依靠凸V形的自动导向和钩扳的导向使侧冲机构的导向比普通侧冲机构更加可靠,精度达到0.01-0.02mm,使用寿命超过了100万次。天津众鑫集团设计开发的复合折边机构,此翻边机构是在常规翻边机构上进行结构优化和改进,采用双滑轨、双驱动的结构,将传统的预翻边、翻边保压两个动作集合在一套翻边机构上完成,缩小了翻边机构的结构尺寸,简化了翻边模的装配和调试过程,取得了良好的经济效益。氮气弹簧这一重要的模具标准件,湖北十堰兴升集团展出了自己研制的氮气弹簧产品,产品的品种和规格已比较齐全。另外还有常州东力集团、湖北邵阳兴达集团也展出了自己的氮气弹簧产品。这使氮气弹簧的价格明显下降,打破了国外模具标准件厂商对这一产品的垄断。
    由于原材料的价格涨幅较大,铜材更为突出,国内外模具标准件厂商为了应对铜等原材料的涨价,现大部分已采用了工作表面烧结铜、钼粉末、爆炸焊接的方法,这样既能满足使用的要求,又有效的降低了产品的成本。大连盘起工业此次展出了用爆炸焊接的方法将3mm厚度的铜板焊接在钢基体上,导板的强度高,使用效果和铜导板的完全相同,单价下降了百分之三十左右。模具标准件的价格这几年在不断下降,而原材料又在不断的涨价,作为下游模具标准件厂商受到了双重的压力,工艺技术的改进和生产率的提高已成为标准件企业的共识。
    模具标准件生产厂随市场变化调整产品结构,专业化生产。此次展览会,除几家大集团的展品种类比较齐全外,众多小集团为了适应模具市场变化的要求,同两年前相比较,都不同程度的调整了各自集团的产品结构,在品种和规格十分庞大的模具标准件产品中,根据自己的实际情况,选择自己的强项产品,专业化生产,力争提高产品质量,降低生产成本,缩短交货周期,满足用户的要求。以冲切类为主的昆山优得,以侧冲机构为主的天津众鑫、河北三达、北京世茂、北京永茂和以生产北美汽车标准件为主的武汉东风科尔都给人们留下了很深的印象,这些集团侧重发展自己的特色产品,专业化生产,在模具标准件市场的竞争中占据主动。
    模具标准件快速向3D转变。这几年,模具标准件企业为提高生产率,降低生产成本,使模具标准件的一致性、互换性满足模具制造的要求。大量的采用数控加工、电加工等设备、特殊表面处理、真空热处理,铸件采用实芯铸造,有力的推动了模具标准件生产技术的进步和产品质量、档次的提升,与此同时,为适应满足模具设计的要求,模具标准件企业向模具用户提供3D标准数模,这对减少模具设计的工作量,缩短模具设计周期起到了很好的促进作用。
    模具标准件市场的竞争激烈,小企业面临困难。在模具标准件高度市场化的情况下,有技术和资金实力的模具标准件企业为了占领更多的市场份额,投资的规模加大,引进先进设备,扩大的生产规模。另外,专业化程度很高,专注于生产某几类模具标准件。并在模具用户比较关注的价格、交货周期、质量、售后服务、销售等方面利用自身的优势,抢占市场,小模具标准件企业生存压力很大。
    尽管我国的模具标准件技术水平这几年进步较快,质量有了很大的提高,模具新品的增加较多,已经基本可以满足我国模具工业发展的要求,但还存以下问题,应引起我们的足够重视。
    我国模具标准件标准的编制、修订滞后于模具工业的发展。模具标准件市场上采用的标准比较多,日本和欧美几家著名的标准件厂商的标准已占据到主导地位,应加快国外的精密模具标准件的国产化推进工作,积极制定相应的国家标准、行业标准。
    努力培育创建我国自己的模具标准件品牌是必须考虑的问题。许多国内的标准件企业为适应市场而依照别人的标准进行生产,难以形成自己品牌,致使高端模具很少采用国产模具标准件。国内标准件企业做大、做强、需要有自己的知名品牌,培育自己的知名品牌,需要企业、政府、模具协会的共同努力。
        技术含量较低模具标件所占比例偏高。目前各模具标准件企业有了一定的自主开发能力,但技术含量不高、结构先进的模标件基本上都是参照国外的标准生产的。本届展会上,低技术含量的模具标准件所占比例和上届展览会相比,相差不大,本届“精模奖”的申报数量下降也说明模具标件的创新和研发工作仍是我国标准件的薄弱环节,亟待加强。
    7、 模具材料
    本届展览会,模具材料参展商的数量超过历届,达到四十余家,其中包括十余家国内外较知名的模具材料生产企业,基本反映了当前国内外模具材料的发展状况。
    新型模具钢的开发又有新进展。在本届展览会上,一些企业根据应用需求,通过调整成分或改进工艺,开发了一些具有特殊使用性能的新型模具钢。
    在压铸模具钢方面,日本大同特殊钢株式会社针对压铸模具78%为龟裂(热疲劳)失效、8%为开裂破坏的统计结果,通过优化成分配比,采用电炉+炉外精炼和均质化热处理工艺,开发了一种DHA-WORLD压铸模具钢,使钢中碳化物形态和分布,特别是粗大碳化物和非金属夹杂物得到了改善,钢的质量达到了电渣重熔(ESR)的品质,提高了韧性(夏氏冲击值大于20J/㎝2),改善了压铸模具的热龟裂问题,降低了开裂破坏的机率。与经电渣重熔的SKD61(相当于AISIH13)相比,DHA-WORLD的淬透性、韧性、抗热龟裂性和抗回火软化能力都有提高,热处理变形也小,适用于大型铝、镁合金压铸模具。该集团还推出了DH31-EX和DHA-Thermo两种钢,其中DHA-Thermo的导热率高,可使模具的表面温度得到降低,粘附性得到改善,适用于有冷却孔的中小型压铸模具。日立金属株式会社致力于减小材料的纵向和横向机械性能的差异,开发了DAC-MAGIC热作模具钢。与 SKD61钢相比较,该钢具有高的高温强度和优良的耐热疲劳性能,延迟了使用中热疲劳裂纹的产生;由于具有较强的耐应力腐蚀开裂的能力,可以防止模具在冷却孔出现开裂。法国奥伯杜瓦集团推出的SMV4S钢具有耐磨性高、抗高温氧化性好的特点,据称是超级优质H13类钢种。
    在塑料模具钢方面,德国斯穆-碧根柏特种钢材集团推出了该集团经多年研究改进的FormadurPH×Supra高镜面时效硬化不锈钢。该钢精炼后再经真空或电渣重熔,达到了高纯度和细晶粒,时效后硬度可达37-42HRC,耐磨性和镜面抛光性优良,适用于注塑和高级车灯模具。日本大同特殊钢株式会社在NAK80的基础上,通过改进,推出了NAK-PRM镜面塑料模具钢。该钢具有高镜面性,镜面度可达10000目,同时其耐蚀性优良,韧性高,预硬硬度可达HRC37-43,适用于液晶面板、摄像机、化妆品容器、透明罩、透明胶片等模具。
    在冷作模具钢方面,大同特殊钢株式会社开发的DCMX钢,不仅硬度高、韧性好,而且耐磨性好,热处理变形小。德国斯穆-碧根柏特种钢材集团推出的FlnklS7钢,是一种高强度、高耐磨铬钼钢,热处理方便、不易变形,可用于制造冷冲压模具,也可用于制造某些塑料、热作模具。上海大学和宝山钢铁股份有限集团特钢事业部合作开发了冷作模具钢SDC90和SDC99,可以替代大同DC53钢。据介绍,其质量优于进口DC53。
    降低材料成本、提高性能价格比成为先进模具钢生产企业新型模具钢开发的重点。如日立金属株式会社、大同特殊钢株式会社在展览会期间的技术交流会上介绍自己的产品时,均不约而同地以客户为应对金融危机以及更为激烈的市场竞争,相应开发了DAC-MAGIC热作模具钢、HPM-MAGIC和CENA1塑料模具钢、DHA-WORLD压铸模具钢。日本高周波钢业株式会社针对高强度钢板冲压模具的使用要求,在SKD11(相当于AISID2)的基础上,经过调整成分,使一次碳化物均匀细小,开发了NOGA冷作模具钢。该钢种与SKD11相比,尽管价格低,但抗划痕性好、模具出现崩裂的可能性小、可焊性好、热处理变形小、切削性能优异。
    近年来国内模具钢生产方面的进步很大。目前,国内许多钢厂在批量生产国际上一些通用性强或性能优良的钢种,如4Cr5MoSiV1(相当于AISIH13)、3Cr2Mo(相当于AISI P20) 、10Ni3MnCuAl 、Cr12MolV1(相当于AISID2)等等。其中,4Cr5MoSiV1、3Cr2Mo的生产和使用量相对较多,对其研究改进工作也做得较深入。如宝山钢铁股份有限集团特钢事业部采用电炉熔炼(EF)+钢包精炼微调成分(LF)+真空脱气精炼(VD)以及多向锻造工艺,生产SW718(相当于AISIP20+Ni)大型预硬化模块,用于制造汽车保险杠等大型塑料模具,当其厚度达1200㎜、宽度1500㎜时,仍然能够保证心部硬度与表层硬度均匀一致(30-36HRC)。在本届展览会上该集团分别展示了一块凹型汽车保险杠大型模具坯料和一块2300×1000×1300㎜的SW718H预硬化模块。东北特钢集团抚顺特殊钢股份有限集团批量生产10Ni3MnCuAl,据称已达年产量近千吨;该集团还生产Cr12MolV1薄板和中厚板。据介绍,由其生产的截面φ703㎜的Cr12MolV1锻件,探伤级别可达欧洲标准E/e级。另外,Cr8Mo2VSi钢(类似于大同DC53)也在该集团实现批量生产。
    本届展览会反应出的国产模具钢与进口模具钢的差距。总体来看,国外一些知名的模具钢生产企业在模具钢的生产手段、品种规格、系列化程度、售后服务以及开发新钢种的意识和效果上仍有明显优势。国产模具钢系列化程度和质量稳定性不高的状况仍待改善;一些性能优良模具钢的生产和应用的比例仍然偏低,多数新钢种的应用量仍然不大,同时也缺少有效的推广销售手段,售后服务待改进;另外,还有待开发一些具有特殊使用性能的新钢种。改进和完善上述不足,仍将是今后一段时期内我国模具钢发展的主要任务。
    8、 模具CAD/CAE/CAM技术
    模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。
    从这次申报第十三届国际模具展“精模奖”的130多副塑料注射模的技术资料中可以看到,绝大部分模具企业在模具设计中均已使用三维造型和二维绘图的CAD技术,数控加工技术CAM也已得到广泛使用,CAD/CAM技术在模具行业中已产生了显著的社会和经济效益。
    今人欣喜的是,已有相当多的企业在模具设计时使用了CAE技术,这些企业采用计算机模拟软件,分析塑料熔体在充模、保压和冷却阶段的行为来优化模具的浇注系统、冷却系统和工艺参数,采用应力和翘曲分析软件预测和减少塑料制品在成形是可能产生的变形,已产生较好的成效。
    近几年来,CAD/CAE/CAM/PDM技术发展很快,为了满足模具工业界越来越高的技术需求,体系更完善、功能更强大的各种CAD/CAE/CAM软件应运而生。虽然参加这次模展的软件供应商不多,但是仅从下面参展的几家集团和高校的软件产品来看便可窥见一斑。英国Delcam集团所提供的CAD/CAM软件集设计、制造、测量和管理为一体,其系列软件已广泛地应用于模具的设计和制造。如Delcam PowerSHAPE是三合一的混合造型CAD设计系统,它集实体、曲面、三角形造型建模于一体,系统提供了完整的线框造型、曲面造型和实体造型工具,可广泛应用于模具设计和加工模型修整准备中。Delcam FeatureCAM是基于特征、基于知识的智能型CAM系统,基于知识的加工功能组合加速了从设计到制造的全过程,使数控编程更方便、管理更有效。
    加拿大PolyWorks集团的系列软件包括了检测模块和模拟模块。检测模块通过引入和完善全新的点云数据计算技术,可以将高密度3D扫描仪转化为实用的测量仪器,模拟模块能够将点云扫描设备和三角化模型、曲面模型和实体模型完全协同起来,做到CAC/CAM的关联和互动。
    我国的益模软件集团是一家专业从事模具、工装、非标等单件小批量类型生产企业信息化技术研究、开发与应用的软件集团。这次展示了eMan和MoldDM两款软件。eMan用于生产管理,包括模具厂的主计划管理、设计管理、工艺编制管理、车间生产优化调度、物料管理、车间实时监控和统计分析。MoldDM用于模具的结构设计,其特点是在模具3D设计完成后可全自动、高效率地生成2D的结构和图形,能显著提高模具的设计效率和质量。
    华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开发的注塑成形模拟软件“华塑CAE”,铸造成形模拟软件“华铸CAE”和板料成形模拟软件“FASTAMP”又有新进展,无论在软件的功能还是水平上都有很大的提升。华塑CAE、华铸CAE和FASTAMP作为我国模具行业具有自主知识产权的国产优秀模具软件的代表,已越来越得到模具界广泛的应用和好评。目前他们的研究重点是微宏观分析相结合,数值计算和人工智能相结合,目标是将模拟软件由传统的被动式计算工具提升为主动式优化系统。
    上海交通大学的模具CAD国家工程研究中心这次也展示了他们多年来在CAD/CAE/CAM/PDM方面的研究成果。他们在机械产品结构和材料加工过程CAE分析与工艺优化方面成果十分显著。机械产品结构CAE的成果包括机械产品的强度分析、振动分析、疲劳寿命分析、冲击与碰撞分析、多体动力学分析和多学科优化。材料加工过程CAE的成果包括金属冷温挤压成形工艺分析、金属热塑性成形工艺分析、板料成形工艺分析、注塑成型工艺分析和铸造成型工艺分析,以上成果都得到了广泛的应用。
    9、 我国模具的发展趋势与问题
    从模具国家级新产品的评审推荐以及第十三届中国国际模展来看,我国模具技术发展显示出以下一些发展的趋势与问题:
    ①模具整体水平继续向大型、精密、复合方向发展。近几年,模具中高端市场由替代进口转向开始出口,向发达国家市场拓展。国内模具技术发展迅速,大型精密模具水平节节攀升,大型模具、精密模具、大型汽车结构件冲压级进模、先进新型复合模具以及复杂多功能模具等纷纷涌现出来,引领着国内模具技术飞速发展。
    ②创新依然是模具企业提高核心竞争力的关键。模具技术的特点注定创新能力是模具企业生存的关键,本次模展出现的大量新结构、新方法、新工艺以及新技术已经成为我国的模具技术发展的新动力,许多新结构、新方法、新工艺以及新技术技术水平处于国际领先水平,必将形成我国模具技术新的核心竞争力。
    ③模具信息化技术的不断突破,使模具成形过程的在线智能化控制成为模具发展的里程碑。继上届模展出现的模具生产过程中的温度控制、熔接痕控制、流量控制、冷却过程控制等模具信息控制应用技术,本届模展出现了塑料膜成形过程在线控制、压铸模成形过程在线控制、冷冲模成形过程在线控制等一大批成形过程在线控制模具。而这种模具成形过程的在线智能化控制必将成为我国乃至世界模具发展的里程碑。
    ④模具企业由制造型开始向制造服务型转变。随着市场需求的变化以及竞争的加剧,模具企业单纯的模具设计制造模式已经不能满足市场竞争的需要,部分企业已经开始主动配合产品生产企业工作,参与产品生产企业的研发、设计和生产服务,提供全过程的模具、工装甚至产品服务,使模具企业由制造业向制造服务型企业转变。
    ⑤模具产业集群优势凸显。经过多年的发展,模具产业的集群效应本届展会上已经显现出来,以昆山模具城为代表的模具产业集群,无论从企业规模还是技术水平都显现出模具产业集群的成效,说明模具产业集群是一条模具发展的有效途径。
    ⑥专业化发展仍然是模具企业的必由之路。本届展会,许多专业化模具企业因其专、特而发展迅速,水平直追国际先进水平。但是大多数模具企业还是“大而全”、“小而全”。必须摆脱“大而全”、“小而全”的模具企业形式,努力发展自己的专有模具技术,形成核心竞争力,使企业在未来的市场竞争中占有一席之地。
    ⑦精密冲裁模具任重而道远。本届展会,国际主流精冲模具企业没有参展,国内参展的精密冲裁模具主要是将精冲工艺与冲裁工艺相结合的冲压模具,与国际先进水平相差甚远,精密冲裁模具还是国内模具技术的短板。
    综上所述,随着我国先进制造业的发展和制造业的国际化,我国模具行业正在经历着有进口替代转向出口,技术水平快速与国际接轨。但国内激烈的市场竞争日趋白热化,已经严重影响了模具企业的生存,种种迹象表明,模具行业面临重新洗牌的问题,模具企业必须认识和充分重视核心竞争力的形成,利用模具产品的专业化和差异化发展,为产品企业提供更好地服务。因此,创新能力是模具企业生存的关键,专业化发展是模具企业的必由之路。
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