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现代模具技术


第九届中国国际模具技术和设备展览会 现代模具制造技术 评述
摘 要 通过第九届国际模具技术和设备展览会模具加工技术及设备、 三坐标测量机及扫描仪、 快速经济模具技术及设备、模具的 CAD/CAM 技术等评述,介绍了国内外模具现代制造技术的 现状及发展趋势。 关键词 加工中心 电火花加工机床 数控精密磨床 三坐标测量机 快速经济模具技术 模具 CAD/CAM 技术 第九届

中国国际模具技术和设备展览会 (以下简称"模展") 2002 年 5 月 10~14 日在上海举 于 行。本次模展与历届相比,盛况空前,展出面积为历届之最,达 28000m2,摊位数达 1500 多 个,与第八届相比面积约增加 1 倍左右。有关模具及其设备的国内外知名厂、商都参加了展 出,展出了众多的新品、精品,体现了当代模具工业及其技术水平的强劲发展趋势,说明了 模展将越办越好, 越办越有生命力。 本文就本届模展中的现代模具制造技术及设备进行评述。 1 加工中心与数控铣床 据不完全统计,本届参展的加工中心和数控铣床(不含经济型)共 70 余台,其中国外机床约 28 台;台湾机床约 30 台;大陆(包括合资、独资企业)约 13 台。参展厂商约 44 家,国外 著名厂家如德国的德马吉 (DMG) 斯宾纳 、 (SPINNER) 海默 、 (HERMLE) 日本的马扎科 ; (MAZAK) 、 牧野(MAKINO) 、大隈(OKUMA) 、安田(YASDA) ;瑞士的米克朗(MIKRON) 、威力铭-马科黛尔 (WILLEMIN-MACODEL) ;美国的哈挺(HARDINGE) 、法道(FADAL) 、辛辛那提(CINCINNATI) 、 哈斯(HAAS) ;英国的桥堡(BRIDGEPORT) ;法国的鱼雷(HURIN) ;韩国的斗山(DOOSAN) ;意 大利的菲迪亚(FIDIA) ;新加坡的精湛等。台湾的永进、大立、立扬、高明、友嘉、匠泽、 福裕、新卫、亚崴、扬铁、协鸿等厂商,有的直接带展品,有的委托代理商进行展出。大陆 的汉川机床厂、北京第三机床厂等 7 家工厂和四家外资企业也展出了产品。日本的新日本工 机和东芝公司展出了图片及样本资料。 总的来看,上述厂家展出的展品具有以下特点: 1.1 高速铣削(HSM)加工模具将日益普及 HSM(指主轴在 10000r/min 以上的)是模具加工工艺的发展方向,在本届展会上进一步得到 体现。据统计国外 28 台展机有 24 台为 HSM,占 85%;中国台湾 30 台展机中 13 台为 HSM,占 43%。 瑞士的米克朗(MIKRON)公司展出的 HSM 立式加工中心,其主轴为 30000r/min /12.5kW,进 给速度 40m/min,加速度 17m/s2 ,另外还有 42000 r/min /14kW 和 60000r/min /8.5kW 的选 件。该机床为人造大理石床身,整体龙门式框架组成,并有喷油雾及水冷两套系统,故在高 速下加工的模具精度高、表面粗糙度低,可大大减轻进一步加工的负担。 德国的德马吉(DMG)公司展出的 DMC64 立式加工中心,是一台相对该公司其他机床价位较低 的 HSM,其主轴 12000 r/min,X 轴 70m/min ,其余二轴为 40m/min,机床结构为 X、Z 轴导 轨置于宽大的立柱上,X 轴为直线电机驱动,工作台在床身导轨上作 Y 轴进给,机床可实现 高速、高刚度,机床为全封闭控制,精度高,可实现高速精铣。该机床据说将在上海设厂生

产,售价为人民币 61.4 万。该公司展出的新产品 DMU 60L 高速铣,在机床上同时装有一个转 速为 42000 r/min 的高速铣头用于高速铣削和一个光束直径为 0.04~0.1mm 的 YAG 激光头用于 精密雕刻。在集成有 Laser Soft 3D 软件的 Mill Plus IT 控制系统的控制下无需二次装卡 即可完成铣削与雕刻,既保证了加工精度又节省了加工时间。 日本安田公司展出的 YBM 950V 型立式加工中心也是一台典型的 HSM。该机床采用龙门框架式 结构的整体立柱,刚性很好,X 轴在龙门框架上移动,主轴电机与主轴间由可吸收震动的联 轴器连接,可隔热、隔振。在机床的立柱、横梁及主轴滑块的空腔中注满水,可使温度恒定, 并可吸收振动,所以主轴在 20000 ~30000 r/min 高速下运行十分平稳,铣削表面粗糙度可达 Ra0.4μ m, 在表演时采用等差法在一个自身铣削的平面上再将切深加大 0.3μ m, 按编程铣出 的文字,在光照下清晰可见。 除此之外,日本的牧野、马扎克;德国的斯宾纳;英国的桥堡;法国的鱼雷;意大利的菲迪 亚;美国的辛辛那提等展示的 HSM,高速精铣的效果均很引人注目。 本届模展上,台商也展出了相当数量的 HSM,不少台商虽然展机主轴只有 8000r/min,但其样 本上均有 12000 甚至 20000、 22000r/min 的主轴可选购。 永进机械的 TCV41A 立式加工中心在 模展中首次展出,其主轴转速为 12000r/min,采用机械传动,其电机通过隔热联轴器与主轴 直联, 主轴采用油气润滑, 主轴扭距达 72.8Nm( 7.14kg?m), X、 Y、 Z 三轴快速均为 48m/min, 这是一台动柱式双交换工作台的机床,刀库置于机外,从而不影响机床刚度,机床采用 ISO 10791-4 标准,定位精度 0.022mm, 重复定位精度 0.012mm。立扬公司的 MV204 动柱卧式加工 中心, 其主轴 10000r/min, 选项可达 15000r/min, 双交换工作台的重复精度±2〞, VDI3441 按 标准的重复定位精度为 0.008mm。 匠泽的 F5 型立式加工心, 主轴 15000 r/min, 并有选项 22000 和 20000 r/min,其工作台负重 1200N,三向快速为 40/40/30,并保修 3 年。 综上所述,可见国外及台湾模具加工业的 HSM 已日益普及,通过这么多 HSM 的展出,势必对 我国模具加工业产生影响,近年来不少模具厂已经尝试到了 HSM 不仅可提高效率,而且也可 提高表面质量,从而减轻了精加工负担,缩短了制模周期。按照我国目前的工艺水平,一般 机床主轴能达到 6000~8000 r/min,并能相应适当提高进给速度和快速性,使机床具有相应 的刚度和精度,能充分发挥机床的效能,已可将我国模具制造工艺水平提高一大步了,我国 对 HSM 的应用还需在此基础上推广。 值得一提的是 HSM 的应用必须有相应刀具和刀杆、刀套等工具配套,本次展览,不少工具厂 商及其代理商也参加了展出。 如瑞典山特威克公司;日本 DIJET 产业集团、 大昭和精机株式会 社;OSG 的代理欧士机(上海)精密工具有限公司;上海恩迪亚贸易公司代理日本住友电工、 德国 WIDIA、KONET、DINE 等,还有台湾的广杰机械,维旭机具厂、上海贺立国际贸易等,均 展出了适合于高速精铣的各种刀具和附件。因此目前用于 HSM 的刀具、附件条件均已具备, 故 HSM 加工模具的工艺将日益普及。 1.2 多轴联动机床用于模具加工日益增多 本届模展上有 6 台多轴联动加工中心展出,其中 5 台为五轴联动。复杂模具很多型面需多轴 联动机床加工,特别是球头刀,在高速铣削时要避免刀具在"0"速区切削,需要主轴与型面保 持一定倾角, 所以国外模具厂已将多轴联动机床应用于模具加工。 展品中的多轴联动机床有: 德国海默(HERMLE)公司展出的 C600U 五轴联动立式加工中心。这是在柱动立式加工中心基 础上增加一个绕 X 轴摆动的工作台形成 A 轴,在其台面上装置一个圆工作台为 C 轴,在 X Y Z 三轴控制刀具位移的同时,工件在圆工作台上回转和绕 X 轴摆动,从而构成五轴联动,用来 铣制汽车轮胎模非常合适。该机床主轴 10000 r/min 为 HSM。 德国的德马吉(DMG)展出的 DMU50E VOLUTION 五轴立式加工中心和 DMU60T 五轴加工中心各 有特色,前者是在工作台系统实现 B 、C 轴控制,后者是铣头摆动实现 B 轴动作,工作台回 转实现 C 轴。两台机床都是 HSM。

瑞士威力铭-马科黛尔的 W-408S 及 W-428 两台五轴联动立式加工中心与 DMG 的一样, 也是一 台由工作台作 B、C 轴运动,一台由铣头作 B 轴,工作台作 C 轴,前者规格小,用于加工铜 电极。两台也都是 HSM。 1.3 数控铣床各具特色 具有各类专家系统的数控铣床: 日本牧野(MAKINO)展出了 KE55 型数控立铣, 这是一台全 功能数控铣床,为了方便模具加工,它将模具加工采用的铣斜角、铣园、铣方的型腔和凸台 攻丝和钻孔等系统(SkiLL-MASTER 功能)固化并制成功能键,操作者只需作简单设定即可自 动完成所需的形状加工。除此,该机床还可运行正常的数控程序,操作者极易掌握。 横梁移动桥式数控龙门铣床是首次展出:这是一种工作台固定由横梁移动进行加工的数控龙 门铣床,国外称之为高架桥式数控龙门铣。近年来国外发展很快,已有多家工厂生产,意大 利的兰宝迪、德国的瓦德里希-济根等均有产品,颇受模具行业重视。台湾的快捷机械股份有 限公司展出一台型号为 GTV-96 型小型横梁移动数控龙门铣床,其 X、 Y、 Z 三轴行程为 900/600/500 mm,主轴 24000r/min/29kW,是一台 HSM。该系列机床有多种规格,最大的 X、 Y、 Z 三轴行程为 1600/1200/700mm,工作台承重 5T。此外,新日本工机在展出的图片中也 有与此相同的 DCV 型超高速铣床,该机床还配置了双摆铣头,可实现五轴联动加工。另外北 京第三机床厂最近也研制出 XK2912 数控动梁龙门铣床,会上提供了样本,其工作台为 1250 ×2000mm,XYZ 三向行程为 2000/1250/700mm,这类机床由于其承载能力大,占地面积小,相 对价位低,所以将给模具行业带来一种新的选择。 数控铣床上的装夹模块有新的方法:传统的工件装夹是用螺丝压板,本届模展意大利泰磁 (TECNOMAGNETE)公司展出了一种用于加工中心和数控铣床的永磁吸盘及浮动等高垫。工件 置于其上,断电时吸牢,通电时可卸去工件,同时退磁。该吸盘装在机床上可承受强力铣削 加工;浮动等高垫可使工件装夹平面在不平时也能吸牢。类似产品上海伟求永磁设备有限公 司也有生产,该产品主要用于磨削作业,能否用于铣削,还需试验。 1.4 数控模具雕刻机又有进步 本届模展上意大利 Cielle 公司展出了 BETA 40-35、GAMMA 60-50、EPSILON 60-40 三台数控 雕刻机,其中,GAMMA 60-50 的主轴转速为 40000 r/min,主轴功率为 7.6kW,最大雕刻速度 可达 40m/min。北京精雕公司推出了一系列(JDEM、JDDMS、JDZM、JDXM、JDDZ)数控精密雕 刻机,有专门用于鞋模雕刻的 JDXM CNC 雕刻机、有适合批量生产提高效率的双 Z 轴 JDDZ CNC 雕刻机。 1.5 车铣复合加工机床首次展出 日本的马扎克(MAZAK)展出了一台型号为 INTEGREX 200 ⅡV 型带 Y B 轴的车铣复合加工机 床,这是一种多功能机床,它集车、铣、镗、钻、攻丝等多种功能 ,使工件在一次装夹下完 成全部或大部分加工功能。该机为车床造型,同一轴线上有 2 个主轴,垂直于主轴轴线方向 为刀架滑板,其上装有可延 Y 轴移动并具有 B 轴摆动功能的铣头,在此刀架旁设有刀库,可 与摆动铣头换刀,从而使该车铣复合加工机床在实现 X Z C 车床传统的动作外又增加了 Y 轴 和 B 轴,从而实现多功能复合加工的目的。 2 电火花加工机床 这次参展的电火花加工机床(EDM)在模具加工设备中可以说阵容最强、数量最多,充分体现 了在模具制造中 EDM 有着不可替代的作用和重要地位。 这次参展的厂商共有 38 家, 其中国内 厂商 33 家,国外厂商 5 家。国内外一些知名厂商都参加了展出。这次展出的 EDM 设备共计 112 台,国外参展有 16 台,其中低速走丝电火花线切割机床(LSWEDM)7 台、数控电火花成 型机床(NCSEDM)7 台,其他 EDM 2 台 ,主要参展商有:瑞士阿奇夏米尔公司、日本沙迪克 公司、 日本三菱公司、 日本牧野及韩国等。 国内大陆参展有 85 台: 电火花线切割机床 (WEDM) 38 台、其中 LSWEDM 5 台;电火花成型机(SEDM)33 台,其中 NCSEDM 4 台,其它 EDM 14 台。

主要参展厂商有:苏州电加工机床研究所(中特公司) 、汉川机床有限责任公司、苏州沙迪克 三光机电有限公司、北京阿奇夏米尔工业电子有限公司、北京迪蒙卡特机械电子设备技术有 限责任公司、苏州市金马机械电子有限公司、常州第二机床厂(展出 EDM 1250K 大型龙门式 NCSEDM)等等。台湾参展 EDM 有 11 台:其中 LSNEDM 5 台、NCSEDM 2 台、SEDM 3 台、其它 EDM 1 台。 这次展出的大部分 EDM 的性能、特点已在《电加工与模具》杂志上陆续进行过报道,故本文 只对有关重点问题进行讨论。 2.1 NCSEDM 主轴高速性能的发展趋势 由于主轴高速性能可实现优异的深槽、窄缝加工,还可实现免冲液加工,使流场均匀,间隙 变小,得以提高加工精度和精加工效率,又由于免冲液加工可避免侧面二次放电,使型腔变 得轮廓清晰等一系列优点,故主轴的高速性能越来越引起人们的重视,这次模展上展出的 NCSEDM 的高速主轴又有新进展。 应该说主轴高速性能的应用价值早就有所认识, 但直到直线 电机的开发,以及日本沙迪克公司首先在 NCSEDM 上的应用,使高速主轴有了新的发展,对 其应用价值才有了更深一步的认识。本次模展上,沙迪克公司又展出了 AQ35L、AM3L 直线电 机主轴的 NCSEDM。但值得注意的是,这次瑞士夏米尔公司展出的 ROBOFORM 35P,采用交流电 机实现了主轴高速跳跃的目的,其主轴速度可达 60~70mm/s,加速度为 1m/s2 ,比以往的主 轴速度提高了 4 倍,这主轴速度与直线电机最大速度相比虽有较大差距,但深槽窄缝工艺实 验证明, 同样具有优异的加工性能,并可达到提高精加工效率和提高加工精度的目的。这种 高频抬刀(跳跃)方式也配以积极的自适应控制和专家系统,可按加工深度随时改变脉冲停 歇时间,抬刀高度、抬刀频率以及控制集中放电的门槛值。例如,采用石墨/紫铜电极,免冲 液加工 15mm×2mm 深 100mm 的窄缝,Ra4.0μ m,仅用 4h50min,与普通加工方式相比,效率 提高 3 倍以上, 且型腔侧面的垂直度可达 0.02mm。 又例如, 用石墨电极进行 40mm×30mm×0.8 (厚)mm,斜度为 0.5o 的精细窄槽加工、加工深度为 18mm,Ra2.2μ m,与常规加工相比, 其加工效率提高 87%。 值得指出的是,精密深槽、窄缝加工在型腔模加工中具有重要意义,因为目前型腔模中深槽、 窄缝有日益增加的趋势,而用常规加工和镶拼的措施是相当困难的。型腔模具中的深槽、窄 缝一般都形成制品的加强筋板或风冷的翅片。型腔中的深槽、窄缝一般深 50mm 左右,但近来 100mm 的筋板和翅片也不少。在实际制造中,一般深槽、窄缝都由 SEDM 加工,由于加工面积 小,因而加工规准也较小,这样形成的放电间隙也小,故加工越深,排屑就越困难,常规的 加工方法是冲油加抬刀,这种加工方式加工 20mm 深犹可,再深就较为困难了,主要表现在效 率低下,有时还会烧弧、侧面的二次放电使深槽、窄缝的精度变差等,所以为什么主轴高速 性能,免冲液加工显得越来越重要,已成为 NCSEDM 一个重要的发展方面。 2.2 LSWEDM 将成为今后市场的热点 这次参展的国内外 LSWEDM 达 17 台之多, 是历届模展中最多的一次, 从近几年的 LSWEDM 市场 发展来看,LSWEDM 的前景看好。 2.2.1 能进行精密冲压模加工已成为 LSWEDM 发展的基础 以往 LSWEDM 的加工表面质量问题, 特别是硬质合金冲压模加工表面软化层的问题, 一直受到 模具界的质疑,认为 LSWEDM 只能进行半精加工,而精加工应由坐标磨来完成,有的坐标磨难 于加工的模具,则采用镶拼结构,以便采用坐标磨、光曲磨等进行加工。直到 LSWEDM 技术不 断发展,特别是无电解脉冲电源、优化能量脉冲电源的开发、去离子水对离子的控制等,使 LSWEDM 加工的表面质量大为改观,还加上一系列精密加工技术的开发,使 LSWEDM 发展达到 了一个新的阶段,在这方面,这次模展中具有代表性的产品有:瑞士阿奇公司的 EXCELLENCE 机床能获得轮廓度 TKm±1.5μ m,及 Ra0.1μ m 的加工质量,适合于精密冲压模的加工;日本 沙迪克公司展出的 AP200L 可进行水、 油二种工作液加工, 在加工硬质合金梳齿的节距为 0.2mm

工件时,采用Φ 0.05mm 的碳化钨丝及油工作液,其加工精度为±1.0μ m,及 Ra0.09μ m;日 本三菱公司 FA20M 机床的高效防电解电源, 其最大切割速度达 325mm2/min (Φ 0.3mm 电极丝, 浸入式加工) ,在加工高 60mm 的凹槽型工件时,其直线度为 2~3μ m,最佳表面粗糙度 Ra0.18 μ m;日本牧野展出的u32i 也具有较高的水平。这些高精度机床的开发应用,都将对 LSWEDM 的进一步发展和市场开拓起到积极的推动作用。 2.2.2 LSWEDM 将成为我国今后市场的热点 这次展出的除苏州电加工机床研究所、 苏州沙迪克三光机电有限公司的 DK7632 机床外, 北京 阿奇夏米尔公司在原有自行开发的基础上,这次展出新型号 XENON 机床、汉川机床有限责任 公司第一次展出了自行开发的 HCX300、HCX250 二台 LSWEDM,根据所了解的情况,我国生产 LSWEDM 的厂家预计今后将越来越多。2001 年产量约 150 台,2002 年预计 250~300 台左右, 市场将不断发展,前景确实看好。造成市场不断发展主要原因是:①用户的水平在不断提高, 不再满足粗放型的生产方式,为获得更高的利润必须生产技术含量较高的产品,因此设备的 要求也高了。例如,电机定转子自动叠铆多工位进给模是高技术模具,利润较高,但这种模 具离不开高精度 LSWEDM。②随着用户经济实力不断提升,特别是模具行业的全面好转,具备 了购买中、高档设备的条件,使 LSWEDM 的销售量逐年增加。③EDM 行业经过多年引进、开发、 技术合作、合资等方式,一批企业已具备开发 LSWEDM 的能力。目前国内 LSWEDM 水平基本达 到:最大切割速度 200~300mm/min,Ra0.5~0.6μ m,加工尺寸精度约 0.065mm,具有防电解电 源及优化脉冲能量电源等,总体来说,与国外先进水平还有一定差距,但已具有一定的水平, 可能将成为 EDM 行业首先达到或接近国外先进水平的产品。 2.2.3 LSWEDM 的价格竞争已经开始 国内目前 LSWEDM 大致有二个档次的价位, 一为 20~25 万元/台价位, 一为 45~50 万元/台价位。 这次模展上我们看到日本三菱公司在大连组装生产的 RA90 机床,其 X、 Y 行程为 320mm× 250mm,采用防电解(AE3-HS)电源,最大加工速度达 325mm2/min,具有最大能量控制(PM2) 功能及 E. S. P. E. R 专家系统等等。加工表面粗糙度 Ra0.37μ m,可加工 R0.11mm 的内角, 总的来说其性能优于国内产品,但由于该机床在国内生产组装,价格大幅下降,不带自动穿 丝的 AR90 虽比国内 LSWEDM 价位要高,但已相差不大,这对国产 50 万元/台的机床造成一定 竞争压力。 展出的台湾 LSWEDM 同样存在这一问题,例如台湾心昌生产的 TW30,其 X 、Y 行程为 350mm ×250mm,最大加工速度达 200mm2/min,最高加工精度为 4~5μ m,Ra0.5μ m,从性能来看, 基本与大陆的 LSWEDM 的相当,价格也相差不大,但与大陆的机床相比,一般来说台湾机床的 可靠性、稳定性等方面具有较高的声誉,所以国内(大陆)的 LSWEDM 同样还会遇到台湾机床 的价格性能比的激烈竞争。 2.3 高速走丝电火花线切割机床(HSWEDM)及专用 EDM 设备的新动向 本届模展上 HSWEDM 有 33 台之多,重点介绍北京市电加工研究所(北京迪蒙斯巴克公司)展 出的 mincut 100 机床。该机床采用横向走丝结构,走丝路线呈三角型,加工区域的丝段呈水 平放置,工件垂直放置在工作台上,这样加工区开档可根据工件厚度任意调节,减少了加工 区的丝振动,并且又由于克服了传统走丝系统的路线长、环带多,易引起丝振动的缺点,故 提高了加工质量,消除了振纹,还由于丝架中心可绕中心轴转动,故又可进行斜度切割。该 机床还可实现多次切割,最佳表面粗糙度 Ra0.8μ m。并能进行Φ 0.05mm 的细丝切割,能切割 Z=8、M=0.062、D=0.469mm、α =20o 的微型齿轮。 苏州电加工机床研究所首次展出了新开发的 DK632 数控电火花精密小孔内圆磨床、磨削孔径 范围为Φ 0.2~20mm,深径比 200:1,磨孔精度高,其圆度为 3μ m、Ra0.3μ m,能磨削机械磨 削无法加工的高硬度、高脆性、高韧性材料的深小孔。广泛应用于航天航空、轻工机械及军 工等领域。

3 数控精密磨床 本届模展上日本株式会社和井田制作所、FSK 株式会社古川精机制作所分别展出了 JG-15CPX 五轴四联动数控坐标磨床、FSK-6300 六轴四联动数控坐标磨床的样本及加工样件,其中 FSK-6300 的特点是精度高(定位精度为 0.001mm、轮廓精度为 0.0025mm/Φ 100mm) 轴既可 ,Z 参与联动也可独立控制,使其对连接的内外圆柱面、锥面、环面、底平面连续加工,机床配 有高精度自旋转台, (回转精度:0.5μ m,转速:0~750r/min)其气动磨头的转速可达 200000 r/min,具有砂轮磨损自动补偿功能(注:定位精度非 VDI 标准) 。 瑞士 Studer 公司展出了 S31Lean CNC/S31 CNC 数控精密万能外圆磨床, (中心高 175mm,顶 尖距:650mm)该机床采用回转式砂轮头架,可装二个外圆砂轮和一个内圆磨头,一次装卡就 可完成内外圆磨削和内圆磨削,其同轴度、不园度可达 1μ m,数控系统具有 Studer 图标编 程软件,大大简化了操作。据介绍该公司即将推出的 S41 CNC 型将具有车削功能,用于提高 磨削效率。 日本株式会社和井田制作所展出了 PGX-2500SP 高速数控成型磨床, 其砂轮主轴转速为 30000 r/min,可实现镜面磨削(Ra0.032μ m) 。机床配有大屏幕(500mm×500mm)的高精度投影装 置。适用于小型精密零件的加工。 4 三坐标测量机、扫描仪 4.1 三坐标测量机 本届模展上意大利 COOD3 公司展出了采用铝合金结构并具有温度补偿的桥式、龙门式三坐标 测量机、用于车身测量的水平臂式三坐标测量机、用于车间环境的多功能(测量和划线)测 量机,配备 WinMeil plus 测量软件可进行自动和手动测量,对于双臂机型的两个单臂可进 行组合测量,并具有防碰撞功能。配备 ARCO CAD plus 测量软件可与 CAD 系统连接,直接读 入 IGES 等常用格式的工件模型控制测量系统以完成相应的测量工作。 我国青岛前哨朗普公司展出了 GAGE 2000、GLOBL、IMAGE、ZOO 3L、BRAVO NT 等高精度三坐 标测量机八台,显示了该公司的实力,可配接触式、非接触式和扫描式测头,配备可与 CAD 系统双向连接的 PC-DIMS 通用测量软件。 德国 WERTH 公司展出了 Scope-Check 400(通用型) 、Video-Check-IP HA 400(精密型)多 功能测量机。其特点是配有视像测头、接触式测头、可跟踪 80o 倾斜面的激光测头和测头半 径只有 12.5μ m 的光纤测头。可进行接触式测量、非接触式测量,也可配 SP600 扫描头作连 续扫描用。Video-Check-IP HA 400 的分辨率为 0.01μ m,测量误差为 0.5+L/500(μ m) 。配 有 WINWERTH 三维测量软件,它的影像处理技术具有自动识别测量几何元素的功能,它的 CAD ONLINE/ CAD OFFLINE 软件模块具有与 CAD 系统连接进行自动编程的功能。 美国 CIMCORE 公司展出的 3000i 系列便携式三坐标测量机,其测量臂采用碳素纤维材料(强 度高、温度影响小)制作,配有三个可快速更换的球型和针式测头,更换测头后由软件自动 识别,不必重新校准,该测量机的各关节臂可无限旋转,在各种场合使用无死点,其测量精 度为 0.05mm。 美国 FARO 公司的 FARO ARM 便携式三坐标测量机,装有温度补偿器,使其可在 0~45℃的环境 中使用,测量精度为±0.025mm。 4.2 扫描仪、便携式扫描仪 英国 RENISHAW 公司展出的 CYCLONE 2 高速扫描仪,配有接触式测头和激光扫描头,在同一 台仪器上可进行接触式扫描和非接触式扫描, 其接触式探针采用磁性连接保护测头不受损坏, 其激光扫描的精度为 0.05mm,扫描速度为 6m/min。 西安交通大学和台湾智泰科技公司合作开发的 LSH 型激光扫描仪是一种基于三角测量原理通 过将激光束照射到物体表面,利用二个 CCD 摄取物体表面上的二维变形线图像,从而求出相 应的坐标。其扫描精度为±0.05mm。

德国 GOM 公司展出的 ATOS 流动式光学扫描仪, 测量时将光带投射于被测工件上, 基于光学三 角型原理由摄像机摄取光带影像,经数码影像处理器处理并计算出工件的坐标。其精度为 0.1mm/m。 4.3 激光跟踪仪 美国 API 公司展出了用于现场检测大型零件及机器人误差的 3D/6D 激光跟踪仪,它由一个将 激光干涉仪、位置传感器、光学部件集成在一起的激光跟踪头、控制器、反射器及相应的软 件组成。具有绝对测量(ADM)功能,可同时测量被测目标的六个自由度,即空间坐标 X Y Z 和姿态的三个转角值,该仪器的测量距离可长达 35m,坐标的准确度为 10ppm(动态) ,角度 精度为 3″;美国 FARO 公司也展出了与 API 公司性能相近的激光跟踪仪。 纵观本届模展上意大利、德国、英国、美国、日本、中国近 20 个著名厂商展出的用于制造业 的三坐标测量机、便携式三坐标测量机、扫描仪、激光跟踪仪等展品,显示出"现代测量技术 "融入产品设计(逆向工程) 、制造、质量控制和检验的全过程,向高速度、高精度、高适应 性、数字化、自动化方向发展的趋势,它的发展必将进一步推动现代制造业的不断发展。 5 快速经济模具技术及设备 参加本届模展的快速经济模具制造技术方面的厂商和展品主要有西安交通大学先进制造技术 研究所开发的 LOS 激光快速成型机、 系列紫外光快速成型机、 CPS ZK400 真空浇铸成型机、 DZ400 电铸成型机、MS400 金属喷涂机等;华中科技大学快速制造中心武汉滨湖机电技术产业有限 公司开发的金属板料无模快速成型系统、HRP 系列薄板叠层快速成型系统、HRPS-III 激光快 速成型系统;快速原型制造生产力促进中心天津市快速成型技术工程中心的快速原型制造、 快速模具制造等;清华大学企业集团北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司的快速原型 机、快速原型制造等;香港立丰机械有限公司的 SLS 及 SLA 快速制造、SLS 快速模具;上海 联泰科技有限公司的 RS350 型激光快速成型机、快速原型制作、快速模具制造等;长春瑞光 科技股份有限公司吉林大学无模成型技术开发中心的多点成型压力机;烟台清华泰利快速模 具有限公司主要展品为以快速原型技术(RP)与低熔点合金快速模具技术结合的快速制造汽 车车身大型覆盖件模具、电弧喷涂模具及设备等;深圳生产力促进中心的快速原型制造、真 空复模等;上海瑞普快速成型模具技术有限公司的快速原型制造、快速模具制造等;济南华 宇新铸锻材料有限公司的低熔点合金模具、快速电铸制模工艺、高强度铝合金石膏型真空吸 铸工艺、复膜砂等;迅达化学有限公司展出了系列快速模具制造用树脂材料;浩腾(天津) 新技术有限公司展出了系列快速模具制造用材料、低压注射成型机、真空注型机等;沈阳市 (丁氏)宏可材料有限公司展出了宏可基础制模系列材料。 以上参展厂商展示的快速模具技术, 快速原型设备及快速模具材料, 基本上代表了目前国际、 国内先进水平和发展趋势。 快速经济模具技术从参展的情况看突出地表现在快速原型(RP)与快速模具制造(RT)上, RP+RT 已成为国际国内大力开发的领域之一。首先体现在快速原型制造(RP)上,国内外开 发的快速原型设备品种逐年增多,性能逐年完善,软件系统逐年升级,制作效率有了很大的 提高,如西安交通大学先进制造技术研究所研制的 CPS 系列紫外光快速成型机,自动化程度 高,后续处理简易、时间短,且运行成本低,为激光成型机的 1/20,目前该所的激光快速成 型技术、快速模具技术成果已达国内外先进水平,并已形成了产业化生产。 在快速原型制造的基础上,实现快速模具的制造,已有多家厂商实现了 RP+RT 的快速模具制 造,其应用领域大多为塑胶产品的模具,其工艺路线趋于完善,制模速度得到了很大的提高, 特别适合于新产品的开发与试制。特别引人注目的是快速原型(RP)与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,样件制件难等问题,实现了以三维 CAD 模型作为制模依据的快速模具 制造。如烟台清华泰利快速模具制造有限公司,利用快速原型(RP)技术与传统的低熔点合

金模具技术嫁接,实现了汽车车身大型覆盖件模具的快速制造,并且保证了制件的精度,为 汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证,它标志着 RPM 应用于汽车 车身大型覆盖件试制模具已取得了成功,该公司已为国内多家汽车公司新车试制提供了车身 覆盖件。 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, 如长春瑞光科技股份公司、 吉林大学无模成型技术开发中心推出的板类件无模多点成型系统, 它是用高度可调的基本体成形工具曲面进行板材三维曲面成型的先进制造技术,是以计算机 辅助设计、辅助分析、辅助制造、辅助测试(CAD/CAE/CAM/CAT)技术为主要手段的高技术集 成系统,已用于三维曲面(如球面、扭曲、马鞍面等)的实际生产中,降低了成本,提高了 效率。华中科技大学快速制造中心武汉滨湖机电技术产业有限公司研制的金属板料无模快速 成型系统,是一种数字化成型新工艺新装备,引入 RP 技术分层制造的思想,柔性加工大型板 壳类工件,它适用于轿车新车型大型覆盖件的无模成型,并也可以与快速制模技术相结合, 快速制造覆盖件模具。 快速制模技术的另一个重要方面,是快速模具材料,低熔点合金、中熔点合金、电弧喷涂材 料、复合树脂材料等在本次展览会上有多家展出,特别是复合树脂材料,如迅达化学有限公 司、浩腾(天津)新技术有限公司都展出了代表国际先进水平的系列模型及模具用树脂材料, 更可喜的是国内也有多家研制出了新的快速模具材料,如沈阳市(丁氏)宏可材料有限公司 研制开发的用以制作基础模型模具的专用系列材料,并已达到了国际同类产品的技术指标, 且价格低。 随着经济的快速发展和市场需求多样化,人们对产品生产周期的要求越来越短,要求现代制 造技术不仅要有较高的柔性,还要有更新的,更能满足市场要求迅速变化的生产模式,在本 届模展上有多家国内外厂商展出了快速拼装模具,以及模具的快速换模系统(装置) ,这也展 示了快速模具发展的另一个重要方面。 6 模具的 CAD/CAM 技术 模具 CAD/CAM 技术在近两年来发展很快,本届模展的有关模具的 CAD/CAM 系统的厂家和研究 单位只有十余家,但参展的水平和内容给人们留下了深刻的印象,体现了模具 CAD/CAM 技术 向宜人化、集成化、智能化和网络化的发展趋势和技术进步。 6.1 CAD/CAM 系统专用化程度不断提高 随着模具工业的飞速发展以及 CAD/CAM 技术的重要性被模具界所认可, 近几年来 CAD/CAM 开 发商投入了很大的人力和物力,将通用 CAD/CAM 系统改造为模具行业专用的 CAD/CAM 系统, 针对各类模具的特点,推出了宜人化、集成化、和智能化的专用系统,受到了广大模具工作 者的好评。例如以色列 Cimafron 公司推出的 Quick 系列产品,能在统一的系列环境下,使用 统一的数据库,完成产品设计,生成三维实体模型,在此基础上进行自动分类,生成凸、凹 模,完成模具的结构设计,能方便地对凸、凹模进行自动的 NC 加工。又如英国 DELCAM 公司 推出的 Power SHAPE 系统,包括有 PS-Moldmaker 模块,是面向模具制造的模具总装设计专家 系统,可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构、自动产生分模面,加工信息 被自动封装,并可直接输出到 Power MILL 模块,自动产生加工程序。日本造船信息系统株 式会社的三维 CAD/CAM 系统 Space-E 中也增加了专用于注塑模的设计模块。 日本 UNISYS 株式 会社推出的专用于塑料模设计和制造系统的 CAD CEUS 也颇具特色,该系统综合了塑料产品 设计从产品形状设计、模具设计到模具生产所需要的全部功能,重点在于三维设计与二维视 图的关联,体现了宜人化和集成化方面的技术进步。 6.2 为企业提供模具 CAD/CAE/CAM 技术全方位解决方案的能力不断增强 随着模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈,模具界对 CAD/CAM 系统的要求也从单纯的 建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。在本

届模展有不少研究单位和公司都展示了他们为企业提供模具 CAD/CAE/CAM 技术全方位解决方 案的能力和技术。如上海交通大学国家模具工程中心(上海模具技术研究所)在数字化制造、 系统集成、 反向工程、 快速原型/模具以及计算机辅助应用技术等方面已形成了全方位解决方 案 的能力,能够提供模具开发与工程服务的业务,全面地提高模具企业的水平和产品质量。 又如浙江大学旭日科技开发公司,能为企业提供产品设计、三维造型与 NC 编程、逆向工程、 三坐标测量、 模具设计与分析、 技术培训以及模具 CAD/CAE/CAM 技术开发的全方位技术支持。 北京航天航空大学海尔软件有限公司推出的 CAXA 品牌系列 CAD/CAE/CAM 也能够为用户提供有 关模具工程的全方位解决方案。 6.3 塑性成型过程计算机模拟的技术不断完善 塑性成型过程计算机模拟技术在近两年来也取得了突飞猛进的发展,在大型汽车覆盖件成型 过程模拟方面,这次模展展出了华中科技大学模具技术国家重点实验室和湖南大学研制的模 拟软件,在数学建模、算法、前后置处理以及实验验证、工厂运用等方面两校都有显著的进 步,这标志着我国在板料成型过程计算机模拟方面已接近国际先进水平。 在注塑成型过程计算机模拟方面,本届模展的展示内容十分全面,澳大利亚 Moldflow 公司、 我国台湾科盛科技股份有限公司和华中科技大学模具技术国家重点实验室均展出了他们的 CAE 产品。Moldflow 公司展出了注塑产品优化顾问(MPA)和注塑成型模拟分析软件(MPI) , 包括基于中性面、双面和实体的各种用途的模块。华中科技大学模具技术国家重点实验室推 出了基于双面和实体的三维真实感流动保压分析软件,都表明了注塑过程模拟的技术不断完 善,体现了注塑过程模拟从中面流到双面流再到实体流的发展方向。例如华中科技大学三维 流动分析软件 HSCAE 3DRF 5.10,实现了基于三维实体模型的分析,支持国内外塑料流动数 据库、采用人工智能技术实现了输入参数的优化,并采用智能决策系统自动生成分析报告, 缩短了用户需求与分析结果之间存在的距离, 将传真软件有传统的"被动式"计算工具提升为" 主动式"优化系统,代表了当前 CAE 软件的发展方向。 中国模协技术委员会模具评定评述专 家组名单 组长: 叶 军 副组长:单秉俊 张孝民 陈德忠 组员: 张顺福 蔡紫金 邹云甫 张华禹 安文宝 李德群 马颖生 郑义和 吴玉道 经象山

第九届中国国际模具技术和设备展览会 模具技术评述 中国模协技术委员会模具评定评述专家组 摘 要 对第九届中国国际模具技术和设备展览会上展出的各类模具、模具标准件及模具材料 进行了评述, 介绍了主要展品的技术特点, 分析了我国模具制造水平与国外先进水平的差距, 展望了模具技术的发展趋势。 关键词 模具 模具标准件 模具材料 展览会 第九届中国国际模具技术和设备展览会于 2002 年 5 月 10~14 日在上海举行,是历届展览会 规模最大、参展厂商最多的一届,也是展出模具品种最多、水平最高的一届,反映了模具紧 跟制品市场的要求,出现了很多新的特色。新技术、新工艺的应用更趋成熟,并有所创造, 大量参展或参加评定的模具水平接近或达到国际水平,模具的大量出口己成不争的事实。 1 塑料模 各种塑料模仍是本届模具展的主角,在展览会上展出的塑料模有着鲜明的时代特色,可归纳 为"快、精、多、高"四个特点。 所谓"快",就是市场对产品的更新周期要求越来越短,相应要求制模周期快,因而各种快速

加工手段大量出现并得到推广。例如这次模展中各种规格的高速铣参展数量明显高于历届, 各种电加工机床的加工速率也有所提高,高性能的刀具、打磨工具也有较多的展台展示, CAD/CAM /CAE 等技术也有很大发展,趋向于操作更简便、功能更强大、速度更快,所有这些 都为缩短制模周期创造了条件。而作为新观念针对塑料注射模的快速制模也得到了相当快的 发展,全国几个主要工业基地(上海、南京、天津、山东等)都有快速制模的公司参展,展位 从过去几届鲜有的几家发展到这次的 20 多家。 而且制模的方法也有了很大的变化, 不仅有真 空浇注的硅橡胶模, 而且有用树脂浇注的树脂模, 还有美国 3D-SYSTEME 公司用激光成型方法 直接制成的塑料注射模,其将涂有塑料薄膜的不锈钢微粒利用激光烧结、渗铜而成,寿命可 达 10 万模次,制模周期仅 10 天,这已经突破了原来快速模仅生产几模、几十模的限制。 由于产品的科技含量迅猛发展,因而对模具的精度要求也越来越高,即模具"精"。例如东泰 实业香港有限公司、台湾力卓精密工业股份有限公司、天津市津荣天和机电有限公司等都能 生产十分精密的小模数齿轮、精密结构件等精密模具,为照相机、DVD 等产品提供成套模具。 有的甚至还能生产制品精度达 0.005mm 的模具,这些高精度的塑料注射模不仅在模具设计时 要考虑模具的结构形式、模具零件的精度、配合精度、零件的材料及其热处理等,而且要考 虑合适的浇注系统、冷却系统及注射工艺。 品种、规格"多"也是这次模展的特点。除了历届都有的大量各种规格(小的仅几克重的塑制 件模具,重的如海尔公司达 35 吨重的洗碗机模具)的注射模外,异型材挤塑模、大型浴缸吸 塑模、玻璃钢热压成型模、塑封模、双色(料)注射模等都有展出,这是塑料在我国各个领域 大量应用带来的必然结果。 效益"高"是市场经济的基本追求,很多模具厂商都十分重视模具的生产效率。例如台湾明模 工业股份有限公司生产的大型汽车保险杠模具, 每个零件塑压时间仅 1min 左右, 即使模具价 格贵些,产品厂也十分欢迎。这不仅是明模工业公司所追求的目标,也是众多模具公司在模 具设计、制造中十分关注的。例如韩国 LG 公司展出的双层光盘存放盒模具,不仅一模四件, 而且由于投影面积的减小而可以选用较小锁模力的注塑机进行生产,从而在另一个方面降低 了生产成本。三佳山田科技有限公司生产的塑封模,解决了技术难题,生产出几十点浇口、 上千腔的塑封模。湖北鄂丰模具有限公司展出的供水管道塑料球阀 模,其中球体部分是一次模塑成型,不作任何加工,而后与密封圈等组装后作为阀体的嵌件 一次模塑组装成形, 球芯既可作 180o 旋转又不漏水, 不但大大提高了生产效率, 降低了成本, 而且确保质量,这在国内甚至国际上也处于领先地位。 塑料模的飞速发展一方面是市场的紧迫要求逼出来的,另一方面也是应用各种先进技术的结 果。模具 CAD/CAM/CAE 己广泛应用,而在模具设计、工艺安排方面也都有很大进步。例如冷 却系统设计,过去很多厂根本没有考虑或很少考虑,而现在可以说绝大多数厂家都将此列为 主要指标。为了达到模具制品的高精度,不少厂家不但在模具设计(特别是冷却设计)、模具 制作中有周密的措施,而且对注塑工艺都有相当的研究。而模具技术中国际上流行的气体辅 助注射成形技术、热流道浇注系统、双色注射等等的应用广度和深度均有大幅度的增长。本 届展览会不仅在参展的厂商数量上较以往各届有大幅度的增长,而且参展的模具水平,运用 的设计、制造技术,手段等等都有十分明显的提高,更加接近和达到国际水平。 2 冲模 标志着冲模技术先进水平的高精度多工位级进模,在本届模展上,展出的厂家约 30 个。从展 出的品类来看,有电机、电器铁芯片、空调器散热片、电子枪零件、电子电脑零件、引线框 架零件、接插件、壳体拉深件等。从展品的的水平来分析,模具的复杂程度、制造精度、使 用寿命和性能、制品质量及外观等,均有显著进步,主要表现在下述几个方面: (1)模具 CAD/CAM 技术得到普遍采用,提高了模具设计质量,缩短了模具设计时间,结构上 形成规范化、典型化、标准化。模具制造技术数控化,应用数控铣床、数控加工中心、数控

低速走丝线切割机、数控坐标磨床等精密数控设备,已成为加工凸模、凹模及高精度零件的 主要手段,确保了精度和质量,并加快了制造周期。 (2)精密、复杂、高效、长寿命的多功能模具和高精度多工位级进模,在功能、精度、寿命、 制品质量等方面,已达到国外同类模具水平,完全可以替代进口。 (3)此次参展的电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模,以大中型为主,大型铁芯叠铆双 排转子扭斜、大规格铁芯自扣、定转子双回转叠片、塑封半定子叠铆等模具的展出,其品类 之多、难度之大是历届之最。 (4)模具的制造周期逐步缩短,现代模具制造技术进一步得到推广应用,标准化程度逐步提 高,使高精度多工位级进模的制造周期逐步缩短。大型的制造周期 4 个月,中型的 3 个月, 小型的 2 个月。制造周期已达到国外同类模具的水准。 (5)模具的综合性能已达到较高水平,展出的电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模,具 有自动冲压、叠铆、扭槽、分组、回转等功能。模具主要零件制造精度达 2μ m。步距精度达 3μ m 内, 表面粗糙度达 Ra0.4~0.10μ m。 模具在高速冲床上使用, 总寿命可达 1 亿冲次以上。 铁芯叠铆后的抗拉强度 8kg 以上。如常州日新精密机械有限公司:①参展的交流电机定转子 铁芯硬质合金双排级进模,模具外形尺寸为 1470mm×600mm×415mm,重 2.2 t, 用于 200 t 高速冲床上生产。 这是一副国内最大的双排扭斜自动叠铆级进模,扭斜采用步进电机式的机械 驱动结构,转子铁芯双排扭斜,定子铁芯外径ф 95mm 的大尺寸双排重铆,结构复杂难度大,该 模具达到国际水平。②参展的方形步进电机定转子带双回转叠片硬质合金级进模,转子冲片 旋转 72o、定子冲片旋转 90o 落料叠片,该模具通过大回转叠片,减少带料厚度误差,提高 铁芯精度。回转机构通过高速冲床的曲轴运动,带动机械式驱动装置,同步皮带等传动,使 转子定子落料凹模双回转叠片。结构复杂精度高,制造难度大,该模具填补国内空白,达到 国际水平。③参展的空调塑封电机定转子铁芯硬质合金级进模,转子铁芯扭斜旋转,定子铁 芯由两件半圆组合在一副模具上冲制两种不同形状的半定子铁芯, 经塑封再组合成定子铁芯, 达到高精度内孔要求,设计结构、制造精度达到国外同类模具水平。④参展的串激电机定转 子铁芯硬质合金双排级进模,双排双工位,对自动叠铆级进模来说,难度和精度要求在设计 结构和制造水平又提高了一个层次, 而且无搭边废料, 由于无搭边废料而产生定子落料上跳, 该模具设置了防废料上跳装置。双排提高生产效率和材料利用率,设计、制造达到国外同类 模具水平。南京长江机器集团工模具有限公司参展的自动扣片模,转子铁芯外径φ 160mm 扭 斜叠铆,采用离合器的机械扭转结构,驱动凹模旋转套扭斜,是一副大规格吊扇电机定转子 铁芯硬质合金级进模,也是自动叠铆系列中尺寸规格最大的铁芯零件。模具外形尺寸 1614mm ×600mm×380mm,重 2t,用于 200t 高速冲床上生产。槽型凹模采用拼块结构,技术难度大, 精度高、结构复杂,设计、制造达到国外同类模具水平。上海宝捷丽钢精密机电模具公司展 出的电机自动叠铆双排级进模,设计结构和制造精度与国外同类模具体相当。大连达利精密 模具开发公司,芜湖万通模具有限责任公司展出的自动叠铆级进模,均有一定水平和实力。 (6)其他品类的多工位级进模也达到较高水平。如陕西彩虹彩色显像管总厂彩虹零件厂的 64cm FS 彩色显象管电子枪 C3 帽级进模,24 工位,采用滚动式分级多极精密双导向模架,上 下模板组合式,凸模可快速更换,凹模拼块式等结构,主要件精度达 2μ m,并经深冷处理。 凸、凹模硬质合金材料,关键凸模进行表面氮化钛沉积处理,提高使用寿命和产品尺寸精度 稳定性,确保产品变薄拉深的孔径±0.010mm 和形位公差 0.010mm 内,外观无缺陷的制品要 求。陕西华达工模具制造责任有限公司的汽车电器左右扁平插头级进模,23 工位,一模冲压 左右两种零件,形状为多面体、多部位变薄窄边弯曲成形的复杂接插件,零件尺寸公差 0.03mm,平行度 0.02mm,并要求插头部位无毛刺,该模具设计制造替代了进口模具。深圳生 辉精密模具厂的外壳连续级进模,在更换必要的镶件下,可冲压 4 种温控器的相似壳体,易 损件采用镶件式,可快速更换,制品折弯等采用滑块和斜锲剪切成形结构,提高了制品质量

和使用寿命, 模具替代了进口。 余姚通运重型模具制造有限公司的 E84-钉道级进模, 工位, 13 产品用于名牌出口订书机并标准化,得到外企认可满意,模具体结构合理,凹模拼块可互换, 精度微米级,在高速冲床上使用生产效率高,接近进口模具水平。上海柏斯高模具公司、无 锡国盛精密模具制造有限公司的引线框架级进模,精度高、技术难度大。制品形状复杂,间 距小,要求高,该类模具替代了进口。北京机电研究院模具公司的微电机壳体级进模,采用 氮气缸技术和环切结构。设计制造水平很高,替代了进口模具。湖南钻石硬质合金工具有限 公司、天水长城精密模具厂、上海星火模具总厂、无锡国盛精密模具制造有限公司的空调器 散热片级进模,多排列翘片冲压技术模具结构和制造精度,已接近国外同类模具水平。成都 宏明双新精密模具零件有限责任公司、陕西渭河工模具总厂的接插件级进模,在模具结构、 制造精度、冲件难度等方面已接近国外同类模具水平。 目前,我国设计制造的精密多工位级进模和多功能模具,与国外同类模具水平相比,从模具 结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量,水平相当或接近,完全可以替代进口。 而价格则为进口模具的 1/3 左右,具有很强的市场竞争力。 参展的其他冲压模也达到较高水平,如浙江慈溪市鸿达电机模具制造中心展出的长定子电机 铁芯冲片大型精密冲模,冲片尺寸 1027mm 长度的平行度达到 0.05mm,宽度 89.5mm 两个侧面 冲制 15 处成形槽,其中 12 处槽形尺寸为 44.3mm×40.9mm 深,对称度达 0.03mm。冲片形状 复杂,精度要求高,该大型精密冲模中心在 30 天完成,结构合理、制造精度、使用寿命相当 于德国同类模具水平。长定子电机铁芯冲片是用于国内第一条引进德国先进技术的上海浦东 磁悬浮列车工程的重要部件。经鉴定验收全部达到要求,解决了结尾工程急需,获得用户高 度评价。该中心参展的 Y、Y2 系列的定转子复合式冲模,在国内同类模具中处于领先水平。 并形成系列化、标准化、商品化,很有特色。无锡曙光模具有限公司参展的横梁冲压模具, 模具在结构、制造上有较高水平。 国外参展的精密多工位级进模和多功能模具,主要集中在韩国团的展台,从参展的制品中, 最引人赞赏的是韩国韩科铁芯株式会社的各种类型规格的电机铁芯、变压器和整流器铁芯叠 片多功能级进模和双排叠铆扭斜技术,回转叠片减少材料不均的大回转技术。展品精度、外 观质量均达到国际较高水平。三星电子(株) 、常进工业社和韩国大和金属等展出的空调散热 器、接插件、电子电器零件、壳体拉深件等精密多工位级进模的制品,形状复杂、技术难度 大、外观质量高,反映了韩国模具的先进水平,博得了参观者的较高评价。美国奥伯格工业 公司展示的集成电路芯片、空调散热片、电机铁芯等制品,从制品精度、表面质量和先进的 模具电子监视及控制技术等代表了国际先进水平。 但总体上国内精密硬质合金多工位级进模与国外先进水平相比仍有一定差距,主要反映在几 个方面:①冲压件精度和外观质量低一级;②模具使用寿命约差 30%左右;③模具使用性能 在高速运行生产中不稳定、故障率高,维修时间约多 30%。 3 汽车大型覆盖件模具 3.1 汽车大型覆盖件模具的技术进步 本届模展充分展示了国内汽车覆盖件模具在 CAD/CAM/CAE 技术、现代模具制造技术应用方面 的水平和取得的新进展。 3.1.1 CAD/CAM/CAE 技术应用的新进展 国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术。 图的设计和模具结构图的设计均 DL 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。CAE 技术是外国模具厂家广泛采用的先进 技术,我国的部分汽车覆盖件模具生产厂家也开始采用 CAE 技术。已经能够初步进行板料的 成型分析,计算机模拟,对拉延件的起皱、破裂等问题进行预测,指导 DL 图的设计和工艺模 面的设计。缩短了模具的调试时间和模具的制造周期。一汽模具制造有限公司、东风汽车模

具厂、天津汽车模具有限公司等单位在此领域处于国内领先水平。 3.1.2 现代制造技术应用的新进展 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善。高精度、高效率加工设备的使用越来越广 泛。国有大企业拥有高性能的五轴高速铣床,民营企业中也开始使用三轴的高速铣床。NC、 DNC 技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工和超精加工。大大提高了模具型面加工精度, 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,镀(涂)技术在汽车覆盖件模具应用日益增多。 真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等均日趋成熟。 激光切割技术得到了应用。如东风汽车模具厂拥有意大利生产的激光切割机,工作台面为 2500mm×5000mm。一汽模具制造有限公司拥有济南生产的六轴数控激光切割机,加工范围为 3500mm×2000mm×700mm。激光切割技术的应用,为模具刃口试验提供了方便,缩短了模具的 制造周期。 3.2 汽车覆盖件模具参展概况 3.2.1 参展厂家盛况空前 汽车覆盖件模具生产企业中共 25 家参加了本届展览会, 不仅有国内知名的国有企业: 一汽模 具制造有限公司、东风汽车模具厂、天津汽车模具有限公司、四川成飞集成科技股份有限公 司、南京模具装备有限公司、哈尔滨龙飞模具制造有限公司、北京福田潍坊模具厂、北京吉 普汽车有限公司工具厂等 21 家; 而且还有湖北十堰先锋模具股份有限公司、 上海千缘汽车车 身模具有限公司、河北兴林车身模具制造集团有限公司等民营企业、中外合资企业上海获原 模具制造有限公司也参加了展出,这充分显示了汽车模具企业队伍正在壮大。 参展的汽车大型覆盖件模具中, 既有汽车内外覆盖件的冷冲模, 也有汽车内饰件的热压模具。 同时,新型结构的检验夹具在展台首次亮相。 3.2.2 参展模具水平明显提高 参展的汽车覆盖件模具中,轿车模具的比例在增加,模具质量更接近国际水平。 东风汽车模具厂展出的风神Ⅱ代轿车发动机罩压合模,四周压合,结构新颖。采用了国际先 进的摆块式预压合及杠杆式翻转压合结构,采用了与压床联动的自动化进出料装置,操作方 便。采用先进的 CAD、DNC 技术,加工精度高。压合减质量稳定,精度高。该模具达到了国际 上同类模具的水平。该单位参展的后保险杠拉延模制件形状复杂,成形难度大,需 9 道工序 完成。零件材料为高强度钢板,料厚 2.3mm。拉延件设计采用原坐标旋转 46°,平衡了拉延 深度。工艺型面设计科学合理,采用 CAD/CAE/CAM 技术,成功地解决了制件起皱和回弹问题。 模具精度高, 质量好, 模具加工周期 4 个月, 预计寿命 100 万次以上。 该单位同时展出的 EQ1064 前地板拉延模制件形状复杂,成形难度大,分 5 道工序完成。冲压方向按原坐标旋转 5°, 使前后压料面高度趋于一致, 合理的工艺面设计, 特别是压料圈上的辅助压料条的结构设计, 新颖独特,有效地控制了拉延件的皱纹产生,使拉延件质量达到了日本进口件水平。北汽福 田潍坊模具厂参展的后地板拉延模制件复杂,高度差达 200mm,成形难度大。采用合理的工 艺面设计,凹模预储料,增加工艺预料等措施,改善了压料面进料条件,克服了起皱的难点。 同时采用先进的 CAD/CAM 技术,模具加工精度高,制件质量稳定,其废品率低于 0.3%,以上 展品均接近国际水平。 湖北十堰先锋模具股份有限公司参展的汽车冲压件检具,结构新颖,制作精良。特别是采用 了铝制复合结构材料, 此材料的密度仅为钢材的 1/55, 普通铝板的 1/20。 表面光洁、 耐腐蚀, 刚性好,尺寸稳定。创造性地解决了检具变形的技术难题,提高了检具的精度和稳定性,该 检具基本达到了国际同类检具的水平。 一汽模具制造有限公司展出的轿车前翼子板拉延件,副车架模具和天津汽车模具公司展出的

轿车翼子板拉延件均可与国际水平的拉延件和模具媲美。 3.3 汽车大型覆盖件模具与国外模具的差距 3.3.1 CAD/CAE/CAM 技术 在欧美,CAD/CAE/CAM 已成为模具企业普遍采用的技术。在 CAD 方面,目前 3D 设计也达到了 70%~89%。澳大利亚 3D 设计已达到 60%,而我国只是刚刚起步。CAE 技术在欧美应用逐渐成 熟。在冲模设计中应用 CAE 软件,模拟金属变形过程,分析应力应变的分布,预测破裂、起 皱和回弹等缺陷,我国只有少部分企业开始 CAE 技术的应用。 3.3.2 DL 图的设计水平 DL 图设计的过程中, 在冲压工艺分析、 冲压方向的确定和工序划分方面我国与国外水平接近。 但在工艺补充面的设计和产品数模的工艺处理方面还存在着较大的差距,如过拉延部分的设 计,回弹值的处理等方面国外具有丰富的经验,特别是在高精度轿车零件的工艺设计方面与 国外相比仍存在着很大的差距。 3.3.3 高速切削加工技术 高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术。在国外已是比 较成熟的技术,型面加工精度≤0.05mm,不需要研合间隙。修边模刃口间隙由机加工保证; 钳装不需要研配间隙,加工后可直接装配合模。而国内的模具钳工工作量仍较大。 国内的加工机床性能基本与国外设备相当,但在 NC 技术参数方面,走刀路径、方式及技术的 设计方面仍存在着差距。 当然在模具制造周期、质量方面和标准化程度方面也存在着较大的差距。 4 压铸模具 近年来,依靠科技进步和吸收消化国外压铸模具结构设计,制造加工的先进经验,以及通过 企业技术改造,设备新置,更新升级,使我国压铸模制造有了飞跃发展,主要表现如下; (1)压铸模制作厂家普遍采用 CAD/CAM 技术,应用水平不断提高,个别企业针对部分模具在 设计中采用 CAE 技术,对流道、金属凝固及热成进行计算机辅助分析。CAD/CAM 选用的软件 多为目前技术领先的软件,如:pro/e,UG,cimatron 等。 (2)压铸模制作厂家近年设备更新快,新添设备多,普遍购进数控铣床、加工中心。此外, 不少厂家还新置低速走丝线切割机、校模机、三坐标测量仪、硬度计等。先进设备的应用保 证了加工精度和质量,加快了生产速度。从而大大提高了压铸模生产能力。 (3)现代制模技术进一步推广和应用。淬火后精加工(电加工及铣切削)普遍运用;国外发 达工业国生产的优质热模钢普遍采用, 国产 H13 钢质量水平提高较快; 较多采用真空热处理; 针对压铸生产过程中的热平衡,模具强度及排气系统得到重视;随着我国压铸水平的提高, 生产出能满足于温度控制及真空压铸的模具。模具寿命明显提高,一些制作的较好的大型复 杂模具寿命达 8~10 万模次,接近进口模具水平。 (4)大型复杂压铸模具制作水平提高较快。可生产出适用于 10000~28000kN 压铸机使用的 大型模具,制作周期一般在 5~8 个月间,寿命可达 5~10 万模次。汽车行业使用的大型、复 杂的压铸模具基本可以国内解决。 (5) 在制模技术和能力普遍提高的基础上, 浙江北仑地区的民营企业高速发展令人刮目相看, 在发展态势,企业机制及社会配套协作方面领先其他地区,北仑地区已成为我国压铸模主要 产出基地。 (6)我国压铸模生产在价格上与国外同行有较高竞争力。 本届展览会参展企业,与历届展览会相比,压铸模具参展厂家最多,模具制作的水平提高, 铸件表面质量最好。特别是汽车行业使用的压铸模占的比例也是历届最高。 在参展的 25 家展商中, 来自台湾省的企业两家。展品主要是摩托车零件、家电零件、照明器 具零件、电梯梯级及汽车零件的压铸件。汽车行业使用的大型、复杂的模具,在数量、质量、

水平有很大进步,标志着我国汽车行业压铸模实现基本国产化指日可待。 广州型腔模具厂展出的 F15 家用轿车变速箱壳体压铸模通用汽车零件,铸件质量 8.5 kg,使 用 18000kN 压铸生产,一套模具重量近 20 t,是至今我国自行设计和制造的最大的一套汽车 压铸模具。因产品特征决定,定模型腔只能由四大滑块组成,且其中一个滑块还需要安排不 同抽拔方向的五个滑块,模具采用温控装置控制模温,外表质量也很好。 宁波北仑燎原模铸有限公司生产的汽车变速箱壳体压铸模,属大型复杂的汽车模具,使用在 12000kN 压铸机上,模具结构复杂,抽拔距长,抽拔力大,产品外观质量较好,是一副成功 的大型压铸模。 成都兴光压铸工业有限公司、北京模具厂、福州模具厂生产的摩托车曲轴箱压铸模,制作工 艺成熟,达到一定水平。 宁波经济技术开发区吉业汽配模具有限公司,专长制作的汽车、摩托车化油器的精密模具, 颇具特色。 广州型腔模具厂送展的五十铃车汽车后盖压铸模,是一套在消化、吸收德国技术的基础上加 以改进的大型压铸模,该模具对温度控制,排气系统的设计相当重视,从而铸件的外观质量、 内部质量良好,产品返销国外,生产时产品合格率较高,达到进口模具水平。 台湾竣盟工业股份有限公司、永茂工业股份有限公司,展出的压铸件及图片资料丰富多彩, 两公司加工设备先进、生产能力大,模具做工精细,水平较高,给观众留下深刻的印象。 当前我国压铸模仍存在较为突出的不足之处: (1)在这届展览中,参展的锌铸件、铜合金铸件、镁合金铸件极少,特别是压铸镁合金和铜 合金的模具生产依然是薄弱环节。 (2)国内对压铸模具应用 CAE 技术研究不深。很少厂家通过模拟成型分析,优选最佳设计方 案,以达到确保填充状态最佳,避免模具失败可能或减少调试,修改次数的目的。 (3)相当部分厂家模具制作粗糙,无法做到使铸件尺寸更精确,造型更完美。 (4)高速切削不普及。极少企业采用高速石墨加工中心加工电极,且国产的这类机床还未上 市。 (5)模具运行可靠性及使用寿命仍需下工夫提高。 (6)模具国产化提高了,但模具材料国产化反而成下降趋势,这点应引起模具行业及冶金行 业的关注。 5 铸造模具 铸造模具参展厂家虽不多,但从展品中可以看到我国近年来铸造模具设计、制作水平提高很 快,一些厂家生产的汽车行业使用的铸造模,已接近国外水平。 参展厂商有一汽铸造模具厂,浙江象山地区的民营企业。当今,象山地区已成为我国铸造模 具产出的主要基地。展品主要是缸体和汽车的进、排气管的模具。 象山同家铸造模具厂展出的康明斯 6C 缸体铸模,该缸体结构复杂,尺寸精度要求高,壁厚薄 (仅 5mm) ,模具有十几个坭芯及上下外模组成,总重 18.5t,该模具注重加温均匀,产品废 品率控制在 5%以下,模具的成功研制,替代了进口。该公司还通过图片资料展示了 4JB1 缸 盖水套芯热芯盒模具,该组模具制作水平较高。 宁波合力模具有限公司展出的 4G63、4G64 发动机进气歧管浇注模,产品外型曲面复杂,内砂 芯尺寸要求高,该公司采用 CAD/CAM 手段,建立实体,然后分模,加工出有复杂曲面的模具 分型面和型腔,充分考虑排气系统的设计及模具温度的控制,产品外观清晰,曲面连接顺畅, 尺寸符合图纸,不失为一套水平较高的模具。 6 模具标准件 本届展览会模具标准件参展商是历届最多的一次, 多达近 50 家, 展品的品种、 规格、 档次等, 充分显示出我国模具零部件的标准化、专业化和商品化水平已有较大的提高和长足的进步。

其中具有代表性的主要是冲模和塑料模标准模架、精密导向件、模具弹簧、气动和液压元器 件、推杆、推管等。江苏镇江船山模架厂的精冲模架、四川自贡市大安永力导向件厂的滚珠 导套用铜质钢球圈、 山东烟台平安模具标准件有限责任公司的冲模模架、 陕西西安 1001 强力 弹簧研究所的模具弹簧等展品均具有很高的技术水平,已达到或接近国际水平。江苏昆山精 密模具标准件公司的钢板模架、独立导柱、杭州萧山精密模具标准件厂的 JM 可卸导柱模架、 TUB 滑动导向部件、浙江塑料模架厂的标准模架、天津天贵模具制造有限公司的注塑模架、 镇江船山模架厂钢板四导柱滚珠模架、后侧导柱铸铁模架、浙江诸暨弹簧总厂模具弹簧、江 苏昆山市中大模架有限公司的塑料模模架、 金属压铸模模架、 西安 1001 模具标准件研究所的 球锁式快换凸(凹)模及固定板、固体润滑(含油)导板及导套、预压缩弹簧装置、斜(侧 冲)装置和精密塑料模标准零部件、江苏南通龙腾机械有限公司的注塑模模架等具有较高的 技术含量和质量水平,已达到国内先进水平。此外,广州市启泰模具工业有限公司、上海富 斯特有限公司展出了各种类型 NC 冲床专用冲切零配件; 上海克朗宁有限公司和多家香港、 台 湾公司展出了先进的热流道系统和零部件;上海盘起贸易公司、意大利 BORDIGNON 公司、日 本大石机械株式会社等展出了美国、瑞典、意大利等著名品牌的氮气弹簧(氮缸) 。相信这些 新产品、新技术的推广应用,必将极大地推动我国模具工业的发展。但是也必须清醒地看到, 目前我国模具体的标准化程度和应用水平与国外工业发达国家相比还存在着较大的差距,正 面临着严重的挑战。 7 模具材料 参加本届模展的模具材料研究、 生产和销售企业近 30 个, 其中有上海宝钢模具钢加工配送有 限公司、抚顺特殊钢(集团)有限公司上海分公司、华中理工大学、上海材料研究所、一胜 百模具技术(上海)有限公司、乐嘉文洋行有限公司、大同特殊钢株式会社、日立金属株式 会社等较有影响的企业。本届展览会基本反映了模具材料的现状和发展趋势。 (1) 开发和生产质量高、 性能优良的模具材料, 是模具材料研究、 生产及使用者的共同要求。 这是本届展览会在模具材料方面最值得关注之处,也反映了模具材料的发展趋势。 模具钢是最主要的模具材料。为提高和保证模具钢的质量和性能,使钢材达到高纯净度、高 均匀性、高致密度和高等向性,模具钢的生产工艺和手段得到了不断更新和改造。国外已较 普遍采用电炉加炉外精炼来生产高纯净度的模具钢,还可以选用精料、双真空冶炼、电渣重 熔、钢锭高温均匀化处理、大压下量多向锻造或多向轧制、或大型水压机开坯和精锻机组合 锻造、钢材组织细化处理等设备和工艺方法来进一步提高和保证钢材质量。这些先进的设备 和工艺方法也已成为改良已有钢种、开发新钢种所必不可少的手段。 以奥地利百乐钢厂为例,该厂通过合理的成份配比,通过选精料、真空冶炼及重熔、最优化 扩散退火、组织处理和最终特殊退火处理,开发了 BOHLER W400 VMR 新型热作模具钢。该钢 的气体和杂质含量少,偏析小,组织均匀,等向性优异,抛光性能好,热处理后尺寸变形小, 模具的使用寿命高。百乐钢厂装备了据称是在欧洲首套使用于生产线的加压电渣重熔系统 (Pressurized ESR) 。借助此系统,并通过采用特殊的热加工工艺,百乐钢厂还开发了具有 优异的抛光性能、优异韧性和优良耐蚀性能的 BOHLER M333 ISOPLAST 新型塑料模具钢。该 钢也可用于玻璃成型模具。大同特殊钢株式会社通过采用特殊精炼处理和特殊成份设计,对 原 SKD61(类似于 4Cr5MoV1Si)进行改良,推出了 DH31-S 新型热作模具钢,提高了钢的抗开 裂、抗热疲劳和抗热冲蚀性能。该钢适用于制造大型压铸模、热锻模等热作模具。伍德霍姆 公司(UDDEHOLM)采用最新的生产工艺及精炼技术,开发了 DIEVAR 压铸模具钢,使钢具有 优良的抗热疲劳、抗热冲击和抗磨损性能。 采用粉末冶金工艺方法生产高碳高合金模具钢,可以避免一般工艺方法生产的钢中存在的粗 大碳化物和偏析等缺陷,使钢具有磨削性好、韧性好、等向性好和热处理工艺性好的特点, 而耐磨性介于硬质合金和高合金钢之间。此类材料宜于制造形状较复杂、工作条件苛刻的长

寿命模具。参加本届展览会的国外钢厂(或其代理商)基本都有自己的粉末钢系列,如一胜 百的 VANADIS 和 ASP 系列,百乐的 S-PM 系列,蒂森的 GSP 系列等。尚未见关于国产粉末模具 钢的展示或报道。 (2)不断补充完善模具钢钢种系列和品种规格。 从本届展览会还可看出,有实力的钢材生产和销售企业总是在不断地补充完善自己的钢种系 列,增加产品的品种规格。经过近几年的努力,宝钢集团的模具钢生产和销售已逐步建立了 自己的品牌和塑料模具钢系列,如 B20、B30、B40 等,并有几十种尺寸规格、几种硬度(从 150HB 到 40HRC)供用户选用。配备有 7t 真空自耗炉、30/60t VOD/VHD 炉外精炼炉、5t 电渣 炉、2000t 快锻机、1000t 精锻机和 WF5-40 可逆式方扁钢轧机的抚顺特殊钢(集团)有限责 任公司,已可生产模块、大型锻棒、轧棒、高精度方扁钢等 31 个品种。但总地来看,在国内 生产的模具钢中,扁钢、原板、模块所占的比例仍然较小,精料和制品的比例也仍很小,绝 大部份仍为黑皮园棒;国产模具钢的钢种系列仍不完善,仍缺乏粉末钢、高硬度耐腐蚀塑料 模具钢等具有特殊使用性能的钢种。 从本届展览会还可以看出,国外一些模具钢生产企业的模具钢不仅系列化程度较高,而且有 进一步细化趋势。例如,日立金属株式会社不仅在热作模具、冷作模具和塑料模具上可向用 户分别提供 15 种以上的钢材,而且还建立了塑料模具钢(HPM)系列和压铸模具钢(DAC)系 列。 (3) 国内模具选材用材水平已有很大提高, 观念已有很大变化, 但新钢种的应用量仍然较少。 本届展览会上申请参加评比的约 110 套模具的用材基本合理。从参展和参加评比模具的用材 情况来看,国内模具选材用材水平确有较大提高,尤其是对那些精密、复杂和长寿命模具的 选材,模具材料的质量、性能和可靠性已成为选材时考虑的主要因素,价格已是次要因素。 在随后的热处理中,也注意采用先进、稳定可靠的热处理方法。但从整体上看,国内大量生 产和使用的钢种仍是一些老钢种, 那些具有优良性能的新型模具钢的生产和应用量还是较少。 (4)本届模展反映出的几个值得注意的问题: ① 国外先进模具钢生产企业在利用先进工艺和装备开发新钢种或对已有钢种进行改良方面 的意识似乎更强,成果也多。国内生产企业若不加快步伐,国产模具钢品种质量方面与国外 的差距有进一步扩大的危险。 ② 用户在选择模具材料时, 特别是当选择用于要求较高的模具材料时, 普遍对国产模具材料 的质量、可行性及稳定性有较多疑虑。这是值得国内模具钢生产企业高度重视和进一步采取 措施解决的问题。在有国外同类产品竞争的情况下,更不可掉以轻心。 ③ 在我国加入 WTO 及市场竞争日趋激烈的背景下, 本届展览会的规模及影响超过此前任何一 届,也引起了国外一些知名模具钢生产企业(或代理商)的足够重视。但是,参展的国内大 型特殊钢厂却太少。 中国模协技术委员会模具评定评述专家组名单 组长: 叶 军 副组长:单秉俊 张孝民 陈德忠 组员: 张顺福 蔡紫金 邹云甫 张华禹 安文宝 李德群 马颖生 郑义和 吴玉道 经象山


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