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模具制造技术与发展趋势摘要】论述了模具与模具工业概况，以及我国模具工业的现状和发展趋势，指出了我国模具技术与国外的差距，同时对国内外的模具市场进行了分析。关键词:模具制造技术;发展;模具工业1引言模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段和工艺发展方向，一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要标志之一。模具工业称作“黄金工业”。国民经济的5大支柱产业:机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，模具生产水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也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，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。2模具与模具工业概述模具是一种专用工具，用于成形(型)各种金属或非金属材料所需要零件的形状制品，这种专用工具统称模具。模具是工业生产中最基础的设备，是实现少切削和无切削的不可缺少的工具，广泛用于工业生产中的各个领域，如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表、电子等，它们中60%～80%的零件都需要模具来进行制造;高效大批量生产的塑料件、螺钉、螺母和垫圈等标准件也需要模具来生产;工程塑料、粉末冶金、橡胶、合金压铸、玻璃成型等更需要用模具来成型。1我国模具工业的现状我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术水平有了很大的发展和提高;大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，模具质量及寿命明显提高，模具交货期大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用。2我国模具工业的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造要求是“交贷期短”“、精度高”“、质量好”和“价格低”，模具技术的发展应该与这些要求相适应。现代模具制造技术是以两大技术的应用为标志的，一是数控加工技术，二是计算机应用技术。(1)数控加工技术包括:数控机械加工技术、数控电加工技术和数控特种加工技术。数控机械加工技术:模具制造中的数控车削技术、数控铣削技术，这些技术正在朝着高速切削的方向发展。数控电加工技术:如数控电火花加工技术、数控线切割技术。数控特种加工技术:通常利用光能、声能和超声波等来完成加工的，如快速原型制造技术等，它们为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。(2)计算机技术。CAD/CAM技术:用于建模和为数控加工提供NC程序。CAE技术:主要是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，改善模具设计。仿真技术:主要是检测模具数控加工的NC程序，减少实际加工过程中的失误。网络技术:通过局域网和广域网达到异地同步通信、及时解决问题的目的。3我国模具技术与国外的差距虽然我国模具工业在过去10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。例如，精密加工设备在模具加工设备中占的比重较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。(1)产需矛盾。工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大的发展，但无论是在数量上，还是在质量上仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右，造成产需矛盾突出的原因:一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作均需模具厂去完成，加工企业管理体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求;二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术普及率不高，加工设备数控化程度低等，也造成了模具生产效率不高，周期较长。(2)产品水平。衡量模具产品的水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等，国内外模具产品水平仍有很大差距，见表1、表2和表3所示。(3)工艺装备水平。我国机床工具行业已经可以提供成套的高精度模具加工设备，如加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床和3坐标测量机等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面，与国外相比，仍有较大差距。3我国模具技术的发展趋势当前，我国工业生产的特点是产品的品种多、更新快和市场竞争激烈，在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低，因此，模具工业的发展趋势是非常明显的。1模具产品的大型化和精密化模具产品成型(形)零件的日趋大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(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)，精密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要求在1μm以下，这就要求发展超精加工。2多功能复合模具新型多功能复合模具是在多工位级进模基础上开发出来的，一副多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务，通过多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。3新型的热流道模具塑料模中由于采用热流道技术，可以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，所以广泛应用这项技术是塑料模的一大变革，国外模具已有一半用上了热流道技术，有的企业甚至已达80%以上，效果十分明显。4气体辅助注射模和高压注射成型工艺模具气体辅助注射成型是一种塑料成型的新工艺，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。5快速经济模具目前快速经济模具在生产中的比例将达75%以上，一方面是制品使用周期短和品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。6高速铣削加工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，快速进给速度可达到30～40m/min，换刀时间可提高到1～3s，这样就大幅度提高了加工效率，如在加工压铸模时，可提高7～8倍，并可获得Ra≤10μm的加工表面粗糙度，形状精度可达10μm。另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成型加工的挑战。因此，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。4模具市场分析从模具市场发展的总体趋势来看应该是平稳向上的，国内外行家都称现代模具工业是不衰亡工业。模具市场的总体趋势虽然平稳向上，但各类模具的表现却不可能一致，冲模、塑料模和压铸模的总和一般占模具总量的80%左右，在未来的模具市场中，塑料模和压铸模的发展速度将高于冲模，它们在模具总量中的比例将逐步提高。模具需要量是根据有关主机产量及其技术发展来进行预测的，模具需求发展高于主机发展速度是一般规律。国内的汽车、摩托车行业的模具市场是模具最大的市场，1家用电器行业单台电冰箱需用模具生产的零件约150个，共需模具约350副，价值约400多万元，其中冲模与塑料模之比为2:1。单台洗衣机需用模具生产的零件约为500多个，共需模具200副，价值约2000万元到3000万元，其中冲模与塑料模之比为1:2～1:3。单台空调器仅塑料模就需近20副，价值约为150万元左右。单台微波炉共需模具近100副，价值约200万元。2电子及通讯产品电子产品中，音像产品是模具的主要市场，其中以彩色电视机为主，单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具约140副，价值约700万元，其中塑料模约10副，价值120万元左右。3建材行业随着建筑业的发展，建材的需求量将大幅度增长，塑料型材和铝合金型材模具需求量将日益增大，其中塑料型材模具增幅将高于模具行业总体发展水平。4塑料制品2005年，我国塑料制品将达1800万吨，其中工程塑料是我国重点支持和优先发展的产业，目前满足率只有2%，预计每年将有25%的增长率。5国际模具市场分析目前世界模具市场供不应求，近几年，世界模具市场总量一直为600～650亿美元，美国、日本、法国和瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/3。我国模具出口数量极少，模具标准件虽已开始向香港和东南亚地区出口，但为数也不多，1998年模具出口总额约为96亿美元，约为全国模具总产值的6%，与其他先进国家相比差距甚大。我国模具钳工技术水平高，劳动力成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。随着经济的高速发展，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所带来的市场走势。综上所述，未来几十年，国内外模具市场需求很旺，前景很好。5参考文献[1]蒋建强模具数控加工技术[M]北京:电子工业出版社，[2]李发致模具先进制造技术[M]北京:机械工业出版社，[3]孔德音模具制造学[M]北京:机械工业出版社，[4]蒋建强数控加工技术与实训[M]北京:电子工业出版社，2003 
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特种加工机床范围较广，有几十个门类。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。 特种加工机床原属金属切削加工机床范畴，但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同，机床功能部件的性能不同，以及它在国民经济中重要地位和作用等原因，2003年国家标准化管理委员会明确为与金切机床并行的独立的机床体系。1、特种加工机床主要特点 (1)特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分 随着特种加工技术的发展，一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科(声、光、电、热、化学等)和专业之间不断渗透、交叉、融合，因此，特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方向。这二方面说明，特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展，如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。 (2)特种加工具有独特的加工机理 特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工，而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能及液动力能等进行加工，其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高新技术的重要部分。这是特点之二。 (3)增材加工是特种加工的重要发展方向 金属切削机床、特种加工机床一大部分是减材加工。我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形(RP)加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理(离散堆积)及分层处理软件，理论上可以制造任意复杂形状的零、部件，能适应高科技、个性化、小批量生产的需要，增材加工的RP加工技术已成为特种加工的特点之三。 (4)特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工 一般来说，“组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式(能量)在加工过程中交替使用的加工方式；“复合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量(形式)在加工过程中同时作用的加工方式，例如，电能和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能及机械能等复合，以获得高效或精密加工的效果，这是特点之四。 (5)特种加工技术应用领域的重要性和特殊性 特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特点之五。 (6)特种加工机床产量世界第一 由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性，在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所200多个单位组成的特种加工机床行业，其电火花加工机床的年产量就约达30000台之多，其产量为世界第一。是名副其实的生产大国(但不是生产强国)这是特点之六。 2、行业概况和现状 (1)我国生产的特种加工机床主要种类 特种加工机床种类较多，据不完全统计约有30多种。在我国已形成了产业化生产或具有一定产量的特种加工机床主要种类有： ①电火花加工机床：以电火花成形机、电火花线切割机、电火花高速小孔加工机等为主。 ◆ 电火花成形机：产量约3500～4000台/年。普及型数控电火花成形机(NCSEDM)约800～1000台/年。部分NCSEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆ 电火花线切割机(WEDM)：分高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)，HSWEDM和LSWEDM数控化率均为100%，产量约25000台/年。LSWEDM属国产高档机床，为普及型数控机床，产量约占WEDM的3～4%，部分LSWEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆电火花高速小孔加工机(HSEDM)：产量约1500台/年。极大部分为手动型或点位控制型。最大径深比为1：300(也有1：1000的)，其加工工艺指标与国外水平相当。 其他电火花加工机床均为专用机床。 ②电解加工机床 ◆ 电解成形加工机床：有普通型、数控型(包括展成加工型)，产量约20～30台/年。 ◆ 电解去毛刺机床：都为专用机床，约15～20台/年。 ③电解磨削加工机床 都为专用机床，约十几台/年。 ④超声加工机床 ◆ 超声抛光机：有二种型式，一种为单一用声能的超声抛光机，一种为电火花—超声抛光机。产量约为150～200台/年。 ◆ 超声成形加工机床：产量较少。 ⑤快速成形(RP)机床 ◆ 选择性激光烧结(SLS)机床： 我国作为高新技术产品，产量约为30台/年。 ◆ 三维光刻(SL)机床：为高新技术产品，产量约25～30台/年。产品性能与国外相比差距已在缩小，但成形材料性能与国外相比还有相当大的差距。 ◆ 熔融挤压成形(FDM)机床：为高新技术产品，产量约30台/年。产品部分指标已达到国际先进水平。 ◆ 分层实体制造(LOM)机床：产量约15台/年。 ⑥激光加工机床 ◆ 激光切割机床：产量约100台/年。国内在大功率快速轴流CO2激光器的研制上落后，因而国内激光切割机的激光器都依赖进口(或国内组装生产的激光器)。 其他激光加工设备，如激光雕刻机、激光小孔加工机等产量不大。 ⑦等离子弧切割机 产量约15～20台/年。 ⑧高压水射流切割机床 我国的产量不大，约20～30台/年。 ⑨电熔爆加工机床 主要用于冶金及建筑行业等轧辊加工，为国家高新技术产品，产量约10～15台/年。 (2)特种加工机床行业总的产量、产值 ①总产量31000～32000台/年。 (2)总产值(按人民币核算) 电火花加工机床总产值约：17亿/年。 其他特种加工机床产值约：3～4亿/年。 总产值约：20～21亿/年。 (3) 特种加工机床的出口情况 ①出口量 主要为电火花加工机床及少量的RP机床出口，包括二个独资企业在内出口量约1100～1200台/年。 ②出口金额 总出口额约3500万美元/年
