模具文献综述

模具的文献综述1.1模具工业在国民经济中的地位模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中,60％～90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，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。早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准，从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取的优惠政策也将对其发展提供有力支持模具是工业生产的基础装备，被称为“工业之母”。75％的粗加工工业产品零件、50％的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。模具技术水平的高低，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，因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力塑料成型工业是随着石油工业的发展应运而生的一种新兴的工业。在短短的几十年内塑料成型模具的应用在各类模具的应用中就占有了与冲压模齐驾并驱的“老大”位置。目前，由于用模具生产的塑料制品具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率、质量稳定和低消耗等特点，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定的发展，材料制件的应用快速上升，模具设计与制造和塑料成型的各类企业日益增多，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。1.2国内外模具行业的发展状况改革开放以来，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。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，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、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。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个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间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。虽然这些年来，中国模具工业一直以15％左右的增长速度发展，年模具生产总量仅次于日、美之后位居世界第三位。2007年上半年模具进口量和出口量分别为9．47亿美元和5．95亿美元。我国模具生产点多数是自产自用的模具车间(分厂)，商品化模具仅占I／3左右。从模具市场来看，国内的模具生产仍供不应求，约20％左右靠进口，特别是精密、大型、复杂和长寿命的高档模具进口比例高达到40％。由此可见，虽然我们模具总量目前达到相当规模，模具水平也有很大提高，但在模具产品和生产工艺水平总体上要比德、美、日、法、意等发达国家至少落后十年，也比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等国落后。此外，模具的标准化、专业化、商品化程度低，模具配料及模具相关技术比较落后，也是造成与国外先进水平差距大的重要原因。CAD／CAE／CAM一体化先进技术已经在国内部分模具企业得到应用，但要得到推广和普及还要很长一段时间。近年来，国有模具企业、三资企业、乡镇(个体)模具企业有了很大发展。但企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。专业模具厂大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式。而国外模具企业大多是“小而专”、“小而精”。中国模具自产自配比例高达50％以上。国外70％以上是商品模具。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30％左右，国外在50％以上，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装1备等方面。中国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。国内每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而模具工业发达国家大多是l5～20万美元，有的甚至达到25～30万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70％以上，国内模具标准件使用覆盖率只有45％左右。与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术。管理落后易被忽视，国内大多数模具企业还沿用过去作坊式粗放经营管理模式．真正实现现代化企业管理的还不多。综上所述，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。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求。因而需要大量从国外进口。国外模具设计愚想十分明确，力求设计的模县尽可能以低造债，短周期，高质量去适应自动化生产并符台生产批量等各种因素的要求，从而降低产品成本和价格，以获得最大的利润即使是一个紧固螺钉也要精打细算，例如在美国BorgWorner公司的试验中心有一副模板面积为600×9O0mm的大摸具，其模板周定仅1／2的螺钉八只，而国内一般就要选用M16或M18的螺钉。国外多工位级进模大多采用镶拼结构，凸模用标准型式进行镶嵌，凹模拼块用环氧树脂粘结周定，普遍使用气动迭料器，通过锁紧进给机构，利用压缩空气推动活塞往复进行送料。国外塑料模向一模多腔方向发展，型腔数量可多达l0O0个，尺寸精度5微米并普遍采用热流道塑料模，这种模具的成本虽然比冷流遘模具高20~20％但工件成本却降低30—5O％。法国已成功地把热流道技术应用在注塑成型46公斤重塑件的注塑模上。CAD／CAM是模具生产走向全面自动化的根本措施，但还没有普遍推广使用。国外工业发达国家摸具采用CAD／CAM约占20—3o％，只用CAD系统，可缩短设计时间4o70@，画图质量提高，可避免图纸错误国内CAD／CAM总的情况是处于起步和研究阶段，1984年华中理工大学与国营733厂共同开发了国内第～个精冲模具CAD／CAM系统一北京机电研究院开发了冲裁模cAD／cAM系统。1987年华中理工大学与北京模具厂，星火模具厂等共同开发了我国第一个注堡摸CAD系统。CADI／CAM还没有普遍推广使用的主要原因是：设备投资大；技术不够成熟；培训工作跟不上基础工作和标准化工作不够国外模具加工设备和加工方法都是根据模具的品种、类别、批量不同来确定的。总的特点和发展趋势：1.采用数控(NC)和计算机控制(CNC)等高效自动化设备在加工模具的车、铣、镗、磨等备类机床上部附加了一套读数显示装置，包括一一个传惑器和一个数字显示器，并有公英制转换开关。一般模具厂主要设备中NCCNC设备巳占2030骺，生产效率可提高30~50晒。在NC基础上叉发展TDNC(群控)MC(加工中心)，对于各种型孔，螺纹孔、型腔模的孔道等可以一次加工，节省辅助时间，提高效率和加工精度。CNC仿形铣快速行程可达3000—650Omm／min，一般仿形精度可达0．01一O．1mm2.采用座标镗床、座标磨床等高精度设备用于精密模具的孔加工，一般座标镗床精度可达2m，高的可达0．5m。3．发展电加工技术用于加工复杂形状和硬材料模具。国外一般采用多电极加工，常用4—5个电极加工一个型腔．以保证尺寸精度和表面粗糙度线切割加工应用慢走丝·钢丝切割，不重复使用等新技术，使加工精度达到m级。4.采用先进的检铡装置对于形状复杂的空间曲面三座标测量机的测头可以达到任何一点，测出、Y、z三个方向的精确位置，由计算机打印出数据，测量精度一般可达1m左右。5.计算机集成制造及管理系统(CIMS)机床的加工指令可由计算机的后置处理软件自动编程后，由计算机中心通过接口直接输入机床进行加m(DNC技术)。进一步发展柔性加工系统(FMs)，从而形成：制品设计一模具设计一模具制造一检测一制品生产一检测一包装的完整过程的CIMS系统。国外模具制造精度水平，如彩色显象管电子枪的膜片制件，用22步精密级进模自动冲制，有三个小孔，直径4'0．67ram，孔径误差为±0．0lmm，孔的位置误差为±0．01mm，孔的罔度误差小于±0．01ram，日本日立公司制造的模具实铡值为，凸模、凹模等零件尺寸误差2m，步距误差2—3m，步距累积误差0．Ol5mm。国内模具制造精度水平：上海星火模具厂的制造精度可迭3—5m，表面粗糙度Ra0．1—0．2m：谓河工具厂的硬质台金级进模步距精度为±5P-m，镶拼件尺寸精度为±2m。国外模具制造周期快．一般冲模制造周期为2—4周，中等复杂程度的为3个月，大型精密复杂的为6—7个月。1000克以下的注塑模具交贷期不超过3个月。外形尺寸在40mm左右的中等复杂的精冲件模具交货期为3个月。汽车模具制造周期也很快，美国完成一个车型模具，只要8一lo-9月，日本要9一l2个月．我国至少要2—3年国外设备更新换懵快，在日本一般机床设备更新搠为9—10年，而摸具制造的设备更新期为4—5年。国内模具厂设备陈旧不配套，数控机床仅占3骺，电加工机床占15骺，模具加工新工艺采用较少，使国内模县制造精度泡国外低l一2级，制造闫期长l一2倍。汽车覆盖件模具制造的难度大，国外已普遍采用实型铸造法制造模具铸件，使铸造模具毛坯余量控制在5—10ram范围内实型铸造就是采用发泡塑料一聚苯乙烯制造模型。造型时，模型埋在型砂里不取出，待铁水浇人后，发拖塑料模型就溶化并挥发成