模具的发展及现状06机械设计制造及其自动化（1）班金小龙摘要：本文阐述了注塑模具的特点，介绍了国内外注塑模具的研究现状，探讨了注塑模具今后的主要发展方向。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它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。
振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。
模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
关键词：注塑模具模具发展研究现状发展方向模具的起源模具起源于何时，现已无从考证。
在距今二百多万年前的石器时代，要说人类就已经知道制造模具，那有些不切实。
因为那时的人类主要以生存为主，没时间和精力支思考生存以外的事。
石器时代是一个以石制器械为主的时代，当然人们也使用木、竹、骨做器件从事生产活动。
早期的石器制作主要以打制为主。
在石器时代晚期，人们又加上了研磨的工序。
这是一个巨大飞跃，它使打制的石器更尖锐、锋利、并具有一定的美感。
考古发现，当时人类所使用的较简单的石制工具有砍砸器、刮削器、尖状器、球状器各镞形器等；复杂的有石斧、石刀、石矛、石铲、石锛、石凿、石镰和石磨等。
进一步的挖掘表明，当时的人类已开始使用了一定数量的石质装饰品。
在远古，一项更富有创意的技术是石头的钻孔技术。
一件成熟的石器，需要经过选料、切割、打制、磨光等一系列工序，有的还要进行钻孔或雕刻这样一些艰难工序。
就钻孔而言，没有一定的发明技巧是不可能的。
在远古，由于没有金属工具人们只能使用木棒、竹棒或石制的钻头来从事这项艰难技艺。
在制作过程中，在钻头上蘸上湿的沙子是一个重要工序。
因为它会加大摩擦力，起到润滑作用，这样就能提高工作效率。
在石器时代，最富创意的发明应该是弓箭。
不过这些与我们所说的模具没有直接线的关系。
这里提到它，主要是想指出早期的人类不具备一定的制造能力，那要追溯模具的远古起源就没有意义。
石器时代没有出现真正意义上的模具，一种制造意义上的模具，其原因，有些人认为主要是由于生产力低下的缘故。
这种解释有点模糊和笼统。
根本的原因应该是那时和人们根本没有意识到有必要制造或使用模具，在人们的意识当中没有哪怕是最初的模具概念[1]。
模具真正的起源应该是在铜器时代。
铜器时代距今约5000-7000年左右，是一个主要以铜为生产原料和制作工具原料的社会发展期。
考古发现，在中国，距今约5000-6000年以前以西北地区为主的北方地区出现了一些以铜为原料的小型合金制品。
不过这只是一个开始。
远不是成熟期。
据记载，最早进入青铜器时代的国家是古巴比仑国。
距今5000年前，古巴比仑国就创造了大量的青铜雕像，其中的“大胡子”国王雕像、青铜女神立像和祭师铜像更是人间精品。
当时最有名的雕像是出土于海法吉遗址的高达176厘米的裸体带冠祭师立人像。
这被誉为早期青铜文明的最高成就。
中国青铜文明的鼎盛期出现在商代盘庚迁殷至春秋战国时期。
著名的司母戊大方鼎与四羊方尊就是这时的作品。
1986年8月23日在成都平原上发现的距今5000-3000年高达260。
8厘米的青铜大立人也是这时期的杰出作品。
这些事实表明早在5000-7000年前，人类就开始使用了模具，因为不使用模具，要制造象青铜大立人、裸体带冠祭师立人像以及司母戊大方鼎这样的大型青铜作品是无法想象的。
青铜主要是铜、锡的合金，其间也含有少量的铅、锌等。
一件铜器的制作，如果要全面考察，大致可以包括这样一些程序即采矿、冶炼、合金配制、制范、浇铸与后期处理等。
其中的制范其实是模具制作。
在古代，曾先后出现了这样一些模具制制作方式即泥范、石范、陶范、铜范以及铁范、熔模等。
在我国、泥范、铁范、熔模被称为先秦“三绝”。
[1]泥范因为易损坏，古代世界使用较少，但在我国却大量使用，是先秦时期铜器铸造的基本范型，并一直沿用到近代的砂型之前。
铁范出现较晚，但因其地质坚硬、难以损坏，而成为大量重复铸造的首选范型。
熔模铸造是一项更为先进的铸造技术。
具体用作塑模的材料较多，古代中国最先创造的是蜡制成的模具、称为“失蜡法”铸造[2]。
泥范铸造法大体要经过制模、塑出花纹、翻制泥范、经高温焙烧、浇注金属液体以及加工修整等工艺过程。
泥范需要有很高的清晰度和准确度，这样制作出来的成品才美观漂亮、线条错落有致。
范泥又分单合范、双合范、三合范等。
造型简单的就用单合范或双合范制作，比如刀、戈等器件；复杂的就用三合范或三块以上的多合范制成，比如鼎、壶等日常用品。
著名的司母戊大方鼎就是这样制成的。
它的鼎身是由8块外范构成，鼎底是由3块外范组成，鼎耳、鼎足中空，鼎耳是事先铸好，然后再铸在鼎身上面形成。
但是，泥范铸造法不适宜铸造器形和雕镂复杂的器物，进而人们又发明了“失蜡法”，又称“熔模法”。
这是冶铸史上的一项重大发明。
其具体工艺是：先用蜡、松香、油脂等配制成蜡料，后根据需要制成不同形状、纹饰的蜡模，再以马粪泥或低浆泥挂涂成型，阴干后加热把蜡化去，形成铸形空腔，再浇铸成器。
这种方法可用整模，无需分块，铸出的成品可达很高的精度。
用失蜡法铸造青铜器，从出土的实物看，可追溯至战国早期。
湖北随县曾候乙墓出土的尊和尊盘就是用失蜡法铸造的。
其颈部透空附饰，表层有蟠虺（虺音hui，毒蛇）和蟠螭纹内外两层纹饰，各中间铜梗分层联结，剔透镂空，易失蜡法铸造技术的杰作。
泥范铸造法和失蜡铸造技术是古代世界先进的模具制造技术，但是真正的模具起源仍然被湮没在历史的长河中，人们没有办法知道真正的模具造型到底起源于何时。
因为一个简单的造型，一片小小的树叶都有可能成为模具的最初起源。
没有办法怀疑远古时代的人们所使用的任何一件粗陋简单的器件不可以成为一件模具。
使用模具真正的意义就在于复制同一形状的物体，而这也是人们没有办法知道它的真正起源的原因之一。
我国考古发现。
早在2000多年前。
我国已有冲压模具被用于制造铜器。
证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。
1953年。
长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间。
该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。
我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。
在走过了温长的发展道路之后。
目前我国已形成了300多亿元(未包括港。
澳。
台的统计数字。
下同。
)各类冲压模具的生产能力[2]。
1. 模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。
上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。
20世纪90年代以来。
国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术[3]。
国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂。
由华中理工大学作为技术依托单位。
开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。
在此期间。
一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统。
并在模具设计制造中实际应用。
取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及。
现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。
其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期。
降低生产成本。
提高产品质量。
已成为人们的共识。
在[八五"。
九五[期间。
已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术。
数控加工的使用率也越来越高。
并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。
如美国EDS的UG。
美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer。
美国CV公司的CADSS。
英国DELCAM公司的DOCT5。
日本HZS公司的CRADE及space-E。
以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD。
多数企业已经向三维过渡。
总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域[3]。
在冲压成型CAE软件方面。
除了引进的软件外。
华中科技术大学。
吉林大学。
湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件。
并已在生实践中得到成功应用。
产生了良好的效益。
快速原型(RP)传统的快速经济模具相结合。
快速制造大型汽车覆盖件模具。
解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具。
模具精度低。
制件精度低。
样样制作难等问题。
实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造。
它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
围绕着汽车车身试制。
大型覆盖件模具的快速制造。
近年来也涌现出一些新的快速成型方法。
例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降低成本。
提高效率等优点[3]。
2．模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下。
经过几十年努力。
现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平。
包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
虽然如此。
我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面。
无论在设计还是加工工艺和能力方面。
都有较大差距。
轿车覆盖件模具。
具有设计和制造难度大。
质量和精度要求高的特点。
可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平。
模具结构周期等方面。
与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具。
是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具。
已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比。
在制造精度。
使用寿命。
模具结构和功能上。
仍存在一定差距。
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美。
高精度。
高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。
NC。
DNC技术的应用越来越成熟。
可以进行倾角加工超精加工。
这些都提高了模具面加工精度。
提高了模具的质量。
缩短了模具的制造周期。
模具表面强化技术也得到广泛应用。
工艺成熟。
无污染。
成本适中的离子渗氮技术越来越被认可。
碳化物被覆处理(TD处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的应用日益增多。