模具發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)展望

李婷 范興平

摘要：模具產(chǎn)業(yè)是所有工業(yè)的基礎(chǔ)，模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性的生產(chǎn)工藝裝備。簡(jiǎn)要的介紹了我國(guó)模具行業(yè)的地域分布、冷沖模具、熱沖壓模具鋼、發(fā)展前景。簡(jiǎn)述了當(dāng)前現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)以及提出了相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策。

關(guān)鍵詞：模具;冷沖模具;熱沖壓模具鋼;

通訊作者：范興平（1979-）博士，副教授，主要從事材料成型、釩鈦新材料制備研究。

模具是一種具有特定形狀和尺寸的產(chǎn)品，因此材料可以根據(jù)其形狀生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸的零件。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)需求的增加，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、精度的要求也越來(lái)越高，我國(guó)在這方面取得較大的成就，模具的好壞很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。

1.模具行業(yè)的現(xiàn)狀

模具滲透我們生活各個(gè)方面，不論是簡(jiǎn)單和復(fù)雜，都有模具的身影，各行各業(yè)都離不開(kāi)模具。模具可細(xì)分為金屬模具和非金屬模具。按照制作原材料的不同，模具又可分為砂型模具、金屬模具、真空模具、石蠟?zāi)＞叩鹊取Ｄ＞呒夹g(shù)在中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中起著一個(gè)很重要的角色。零件的加工方法不止一種，與其他生產(chǎn)方式相比，其中模具生產(chǎn)方式的優(yōu)點(diǎn)有著高效率，設(shè)備成本低這兩點(diǎn)。機(jī)械模具技術(shù)與其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合將會(huì)是模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2. 冷沖模具

冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀

中國(guó)是制造大國(guó)，其中，模具的制造產(chǎn)業(yè)也是占據(jù)中國(guó)工業(yè)的大頭。據(jù)估計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有制造模具廠點(diǎn)差不多20000家，從業(yè)人員高達(dá)60多萬(wàn)人。模具行業(yè)地域分布比較集中，從地區(qū)分布來(lái)看，以珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲以及華中等地發(fā)展較快，東北和中西部地區(qū)發(fā)展則相對(duì)遲緩。廣東是當(dāng)今中國(guó)最主要的模具市場(chǎng)，也是中國(guó)最大的模具進(jìn)出口省;長(zhǎng)江三角洲地區(qū)近年也展現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的步伐。現(xiàn)今，長(zhǎng)三角的模具市場(chǎng)在中國(guó)粗略估計(jì)占有四成市場(chǎng)份額，在我國(guó)具有極其重要的地位。

冷沖模具制作要求

冷沖模具的制作對(duì)質(zhì)量、制作周期、使用壽命、精度 、成本等有一系列的要求。在制作的過(guò)程中，必須要達(dá)到實(shí)際設(shè)計(jì)的要求，精度壓迫達(dá)到使用的要求，以便后期的裝配順利。為了能滿足生產(chǎn)的需求，且不斷的提高零件的使用次數(shù)，縮短周期是有必要的，但是縮短周期的同時(shí)，也要保證整個(gè)周期的完整性。模具材料、模具的熱處理和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)模具的壽命有著極大的影響，可以通過(guò)選用不同的模具間隙、不同的材料和對(duì)模具表面進(jìn)行強(qiáng)化處理等。

冷沖模具工作環(huán)境和狀態(tài)不同有如下幾種失效形式

（1）磨損失效。模具工作過(guò)程中，由于上下相互運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損。

（2）疲勞失效。模具在遠(yuǎn)低于正常強(qiáng)度情況下的往復(fù)交替和周期循環(huán)應(yīng)力下，產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的脆性裂紋，最終導(dǎo)致斷裂。

（3）磨蝕磨損。模具表面由于產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致表面材料受到侵蝕從而脫落。

（4）斷裂失效。模具出現(xiàn)裂紋或者斷裂

（5）塑性變形失效。由于模具所承受的應(yīng)力超過(guò)材料的屈服應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸和形狀。

3.熱沖壓模具鋼

熱沖壓模具鋼性能要求及失效形式

由于與坯料接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且與持續(xù)不斷加熱的坯料相接觸，模具型腔的外層急劇升溫，表層造成了壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，因此模具必須具有較高的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性;在保持壓力不變的過(guò)程中用具備冷卻水道的模具對(duì)零件淬火，鋼板的熱量被模具快速帶走，為了確保模具在整個(gè)工作過(guò)程中的精準(zhǔn)度，較大的導(dǎo)熱率和相對(duì)于較小的膨脹系數(shù)是制造模具材料必須具備的;當(dāng)金屬件取出時(shí)，凹模表面由于溫度下降過(guò)大，受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變作用，此時(shí)很容易產(chǎn)生熱疲勞等，并且熱沖壓模具鋼在服役過(guò)程中，還要承受較大的沖擊載荷，模具需要較高的沖擊韌性。

國(guó)外熱沖壓模具鋼主流產(chǎn)品和發(fā)展動(dòng)態(tài)

HTCS-130和HTCS-150是西班牙ROVALMA 公司旗下的品牌，應(yīng)用最為廣泛。HTCS-130和HTCS-150的導(dǎo)熱率分別達(dá)到60W/（m·K）和66W/（m·K）。

日本DAIDO STEEL 公司旗下的DHA-Thermo具備高熱導(dǎo)率的一種模具材料，其適用尺寸通常小于1m。

德國(guó)KIND&CO公司的Cr7V是一種具有高 C、Cr、Mo 和 V含量的鋼種，硬質(zhì)合金能有效抑制高溫回火軟化，提高熱模具鋼的高溫摩擦磨損性能。

4.我國(guó)模具 CAD/CAM/CAE發(fā)展趨勢(shì)

在數(shù)學(xué)控制機(jī)床和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的發(fā)展下，數(shù)控技術(shù)在模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中使用得越來(lái)越多。模具 CAD/CAM/CAE 要在各個(gè)模具間信息的提取、交換和處理的集成化這幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)，必須建立一個(gè)統(tǒng)一的全局模具集成化的產(chǎn)品信息模型。模具 CAD/CAM/CAE是傳統(tǒng)模具改良的關(guān)鍵技術(shù)。采用基于特征變量化設(shè)計(jì)，工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等技術(shù)已成為研究的熱門(mén)。利用反演技術(shù)，可迅速將實(shí)物模型CAD模型化，再利用已有的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)制造，同時(shí)讓模具設(shè)計(jì)制造的流程由開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成向閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

5.發(fā)展基本對(duì)策

加大技術(shù)投入，提高市場(chǎng)竟?fàn)幜ΑＨ鄙傧冗M(jìn)的加工設(shè)備和先進(jìn)的加工技術(shù)，使得高檔次、高精度的模具制造在中國(guó)寸步難行。因此，在我國(guó)開(kāi)發(fā)和制造高檔模具，代替進(jìn)口生產(chǎn)，提高企業(yè)在高檔、高檔模具中的市場(chǎng)地位已刻不容緩。

加速模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化。想要國(guó)內(nèi)模具步入頂尖行業(yè)，就要對(duì)國(guó)內(nèi)模具規(guī)范化，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。美國(guó)、日本、德國(guó)對(duì)模具標(biāo)準(zhǔn)化十分重視，他們的程度已達(dá)70%～80%，而中國(guó)僅有20%，在此對(duì)比下，指定標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要;而且美國(guó)、日本、德國(guó)專業(yè)化程度分別為90%、70%、60%， 而中國(guó)只有10%。

一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平程度高低是決定其硬實(shí)力是否強(qiáng)大的關(guān)鍵因素，而模具工業(yè)的水平則是衡量制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是IT的發(fā)展，將IT與模具設(shè)計(jì)相結(jié)合，將會(huì)帶動(dòng)模具行業(yè)全體的發(fā)展，我國(guó)模具行業(yè)的前途一片光明，最終走向國(guó)際機(jī)械模具技術(shù)頂尖行列。

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