冷冲压模具设计与制造的技术现状及发展趋势 - 图文

一、冲压模具市场情况 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与 国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档 模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档 次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 据中国模具工业协会发布的统计材料，2004 年我国冲压模具总产出约为 220 亿元，其 中出口 0.75 亿美元,约合 6.2 亿元. 根据我国海关统计资料,2004 年我国共进口冲压模具 5.61 亿美联社元,约合 46.6 亿元.从 上述数字可以得出 2004 年我国冲压模具市场总规模约为 266.6 亿元.其中国内市场需求为 260.4 亿元,总供应约为 213.8 亿元,市场满足率为 82%.在上述供求总体情况中,有几个具体 情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技 术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满 足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲 压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟 争力,因此其在国际市场前景看好,2005 年冲压模具出口达到 1.46 亿美元,比 2004 年增长 94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大 量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。近年来，我国 冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具。为中档 轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到 1~2μm，寿命 2 亿次左右的多工位级进模 国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 Ra≤1.5μm 的精冲模，大尺寸 （φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 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。 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。 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。 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。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术 也得到了应用。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。 近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发 生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙 江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美 的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有 几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品 质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，

模具制造技术现已成为衡量一龉 抑圃煲邓 礁叩偷闹匾 曛荆 ⒃诤艽蟪潭壬暇龆ㄆ笠档纳 婵占洹?br>

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要 动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、Pro/Engineer、I- DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、C-

Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功应用于冲压模的设计

中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司 模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和 大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术方 面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析 KMAS 软 件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 CAD/CAE/CAM 软件，上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研 究中心开发的冷冲模和精冲模 CAD 软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

虽然中国模具工业在过去十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的比重比较低；

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。 二、未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、精度高”、质量好”、价格低”的要求 “ “ “ 服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步， 普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术 服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资 源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁 度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的 发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、 智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多 功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控 铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格 式的 CAD 数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等 行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加 工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)， 因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有 使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30% 左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热 处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采 用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷 涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、 智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；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。