模具技术现状与发展趋势综述天津大学国家大学科技园李大鑫张秀棉摘要：介绍了我国模具技术的现状，提出了模具技术的发展趋势。

关键词：模具技术；发展趋势；现代模具1 引言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。

我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。

“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。

近几年，我国模具工业一直以每年15～左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。

2 我国模具技术的现状（1）冲模。

以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。

轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。

在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。

但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，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，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，仍存在一定差距。

（2）塑料模。

近年来，我国塑料模有很大的进步。

在大型塑料模方面，已能生产34英寸大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。

在精密塑料模具方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08 mm的1模2腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。

内热式或外热式热流道装置得以采用，少数单位采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口痕迹。

气体辅助注射技术已成功得到应用。

在精度方面，塑料模型腔制造精度可达0. 02～0.05mm（国外可达0.005～0.01mm），分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0. 05mm，型面的表面粗糙度值为Ra0.2～0.25μm，塑料模寿命已达100万次（国外可达300万次），模具制造周期仍比国外长2～4倍。

这些标志着模具总体水平的参数指标与国外相比尚有较大差距。

（3）压铸模。

汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压铸模技术的发展。

汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸机、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自动扶梯级压铸模等，我国均已能生产。

技术水平有所提高，使汽车、摩托车上配套的铝合金压铸模大部分实现了国产化。

在模具设计时，注意解决热平衡问题，合理确定浇注系统和冷却系统，并根据制造要求，采用了液压抽芯和二次增压等结构。

总体水平有了较大提高。

压铸模制造精度可达0.02～0.05mm（国外0.01～0.03mm），型腔表面粗糙度值为Ra0. 4～0.2μm（国外为Ra0.02～0.01μm），模具制造周期为中小型模具为3～4个月，中等复杂模具为4～8个月，大型模具为8～12个月，约为国外的2倍。

模具寿命：铝合金铸件模具一般为4～8万次，个别可超过10万次，国外可达8～15万次以上。

（4）模具CAD/CAE/CAM 技术。

模具CAD/CAE/CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术，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。

它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形（型）工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。

以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM 系统，实现了CAD/CAM 的集成，并采用CAE 技术对成形（型）过程进行计算机模拟等，数控加工的使用率也越来越高，取得了一定的经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAE/CAM 技术的发展。

近年来，我国自开发的有上海交大的冲裁模CAD/CAM 系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压CAD/CAE/CAM 系统等，为进一步普及模具CAD/CAM 技术创造了良好条件。

目前我国计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。

（5）模具标准件。

模具标准件对缩短模具制造周期，提高质量、降低成本，能起很大作用。

因此，模具标准件越来越广泛地得到采用。

模具标准件主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧等。

新型弹性元件如氮气弹簧亦已在推广应用中。

（6）模具材料与热处理。

模具材料的质量、性能、品种和供货是否及时，对模具的质量和使用寿命以及经济效益有着直接的重大影响。

近年来，国内一些模具钢生产企业已相继建成和引进了一些先进工艺设备，使国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较大程度的提高。

但国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。

另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成型模具用材料系列。

模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。

国内大部分企业在模具淬火时仍采用盐熔炉或电炉加热，由于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高，而且不稳定，直接影响模具使用寿命和质量。

近年来，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。

3 模具技术的发展趋势3.1 模具CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模具软件功能集成化。

模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。

如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。

集成化程度较高的软件还包括：Pro/E、UG和CATIA等。

（2）模具设计、分析及制造的三维化。

传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。

模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。

如Pro/E、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。

另外，Cimatram公司的Moldexpert，Delcam 公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注射模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。

澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受到用户广泛的好评和应用。

面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。

如Cimatram公司的注射模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供J+加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。

（3）模具软件应用的网络化趋势。

随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，模具软件应用的网络化的发展趋势是使CAD/CAE/CAM技术跨地区、跨企业、跨院所在整个行业中推广，实现技术资源的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。

美国在其《21 世纪制造企业战略》中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从80 个月缩短到8 个月。

3.2 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具向着精密、复杂、大型的方向发展，对检测设备的要求越来越高。

目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。

实现了从测量实物→建立数学模型→输出工程图纸→模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。

（2）数控电火花加工机床。

日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。

瑞士夏M尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。

另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制（FC）等技术。

（3）高速铣削机床（HSM）。

铣削加工是型腔模具加工的重要手段。

而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（〈60HR C）等诸多优点。

因而在模具加工中日益受到重视。

HSM主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料模等曲面加工。

（4）模具自动加工系统的研制和发展。

随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统，这也是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

3.3 快速经济制模技术的广泛应用缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。

与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术。

快速原型制造（RPM）技术是集精密机械制造、计算机技术、NC技术、激光成型技术和材料科学于一体的新技术，是当前最先进的零件及模具成型方法之一。

RPM技术可直接或间接用于模具制造，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点。

从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。

现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。

一方面是制品使用周期短，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。

例如，研制各种超塑性材料（环氧、聚脂等）制造（或其中填充金属粉末、玻璃纤维等）的简易模具、中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。