现代模具技术的现状及发展趋势

专 稿

SPECIAL PAPER

30航空制造技术２００６年第６期

近年来，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地。据权威报告，中国已成为世界第一制造大国。作为产品制造的重要工艺装备，国民经济基础工业之一的模具工业将直面竞争的第一线。

“十五”规划指出，模具是工业生产的基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石

化、建筑都要求模具工业的发展与之相适应。

模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，这是其他加工制造业所无法比拟的。模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通信、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占８０％以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占８５％以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手

表等轻工业产品中占９０％以上；在子弹、枪支等兵器产品中占９５％以上。

我国加入ＷＴＯ以后，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，致使模具需求量增加，对模具的质量要求也越来越高，因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。例如，日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种、数量、质量在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水平。

从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业产品的发展，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值将超过模具自身价格的几十

美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”；德国给模具工业冠之以“金属加工业中的帝王”称号；欧盟一些国家称“模具就是黄金”；新加坡则把模具工业作为“磁力工业”；中国模具权威称“模具是印钞机“。可见模具工业在世界各国经济发展中所具有的重要地位，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一

上海交通大学 教授 洪慎章

现代模具技术的

现状及发展趋势

洪慎章：

上海交通大学塑性成形工程系教授。１９６０年毕业于原苏联列宁格勒加里宁工学院机械系，获技术科学副博士学位。长期从事塑性成形加工教学及科研工作；多次参加国际学术会议；在国内外发表论文２００余篇，著有《ＣＡＤ、ＣＡＥ、ＣＡＭ在锻压生产中的应用》、《滚锻工程学》、《冷挤压实用技术》等１２

部著作

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倍乃至上百倍、上千倍。

模具的主要类型有：冲模、锻模、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模等。除部分板料冲压以外，上述各种模具都属于型腔模，因为它们一般都是依靠三维模具型腔使材料成形的。

模具属于边缘科学，它涉及机械设计制造、塑性加工、铸造、金属材料及其热处理、高分子材料、金属物理、凝固理论、粉末冶金、塑料、橡胶、玻璃等诸多学科、领域和行业。

从起步到现在，我国模具工业经历了半个多世纪的发展，已有了较大的提高，与国外的差距正在进一步缩小。纵观我国的模具工业，既有高速发展的良好势头，又存在精度低、结构欠合理、寿命短等一系列不足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求。现代模具的现状简介如下。

（１）　精密模具。当代模具要求的精度比传统模具高出一个数量级。多工位级进模、精冲模、精密塑料模的精度已达到０．００３ｍｍ，甚至更高。多工位的级进模设计和制造技术已日趋成熟，在引进技术及设备情况下，部分企业的此类模具已达到或接近国外先进水平；照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具均已形成规模化生产，子午线轮胎橡胶活络模国产化率已大为提高。目前，模具超精密加工已达到纳米级精度。

（２）　大型模具。我国已能生产轿车覆盖件模具、４８英寸（２１２ｃｍ）大屏

幕彩色电视机前壳及后盖注塑模具、

６．５ｋｇ大容量洗衣机全套塑料模、轿

车仪表板形状复杂的注塑模、自动扶

梯整体阶梯压铸模及汽车变速箱体压

铸模等大型模具。另外，为了提高生

产率，采用了多工位及多模腔方式，

例如，高生产率级进模有５０多个工

位，塑封模每模一次生产数百件，塑

胶鞋模有１８个工位等等。

（３）　成形工艺。随着人们对产品

形状、尺寸精度、整体性及生产效率

等要求的提高，以及许多新材料新工

艺的广泛应用，当代模具结构和型腔

日益复杂。例如，一台大型复合材料

成型模具，其结构复杂程度和价格超

过一台精密机床。一些大型覆盖件成

形模具，不仅型腔形状复杂，而且模

具配套性要求极高，要求多个相关模

具型腔协调一致，用传统加工方法无

法达到其质量要求。

除液态模锻、粉末锻造成型工艺

外，还有多材质塑料成型模、高效多

色注塑模、镶件互换结构和各种轴芯

脱模机构的创新设计也取得了较大进

展；在陶瓷模具成形工艺中，成形表

面采用硅胶技术解决了模具的粘粉问

题，同时采用磁吸技术，使其具有自

动调整间隙的功能，保证陶瓷砖面平

整，简化了模具结构。在冲压成形加

工中，多功能复合模具逐渐增多，一

副多功能复合模具除了冲压成形零件

外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁

紧等组装任务。这种用多功能复合方

式生产出来的不再是单个零件，而是

成批的组装件，可大大

缩短产品的生产及装配

周期，显著地提高生产

率。

（４）　模具的制造技

术。ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ

技术的应用水平已上了

一个新台阶。以高速发

展的家电制造业为例，

引进了美国、德国、日

本、澳大利亚等国相当数量的ＣＡＤ／

ＣＡＭ系统，取得了一定的经济技术

效益，促进和推动了我国的ＣＡＤ／

ＣＡＭ技术的发展。数控机床、加工

中心、激光、电火花、线切割、真空

淬火以及ＰＶＯ等表面强化技术在模

具制造中已得到普及。

（５）　模具工程师。人是企业最活

跃的因素，市场竞争最主要的是人才

竞争。我国模具行业的工程技术人员

的素质不能适应模具工业的发展，而

且人才断层现象十分明显。队伍不稳

定、人才匮乏是制约模具工业发展的

重要因素之一。

为了制造高精度、长寿命、高效

的复杂腔结构的现代模具，需解决以

下３个方面的问题：

（１）　模具材料及其表面处理技术。

模具工业要上水平，材料应用是

关键。因选材和用材不当，致使模具

过早失效，大约占失效模具的４５％以

上。在模具材料方面常用的冷作模具

钢有ＣｒＷＭｎ、Ｃｒ１２、Ｃｒ１２ＭｏＶ和

Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２，新型冷作模具钢有

６５Ｎｂ、Ｏ１２Ａｌ、ＣＧ－２、ＬＤ、ＧＤ、ＧＭ

等；常用新型热作模具钢有美国

Ｈ１３、瑞典ＱＲＯ　８０Ｍ、ＱＲＯ　９０

ＳＵＰＲＥＭＥ等；常用塑料模具用钢有

预硬钢（Ｐ２０、ＳＭ１　Ｂ３０）、时效硬化

型钢（Ｐ２１、ＰＭＳ、ＳＭ２、日本ＮＡＫ５５

等）、热处理硬化型钢（ＭｎＣｒＷＶ、日

本Ｓ－ＳＴＡＲ、瑞典－胜百Ｓ－１３６等）、

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航空制造技术

２００６年第６期

冷冲级进模精密闭路辊锻模具

现代模具技术的现状

现代模具技术的发展趋势