第十四届中国国际模具技术和设备展览会模具水平评述

DMC 2012模具评定评述专家组

第十四届中国国际模具技术和设备展览会(DMC 2012)于 2012年 5月31日至 6月3日在上海新国际博览中心举行。为了配合我国制造业结构转型和向高端制造业发展的要求,本届展会主题是“模具制造与精密机床”,更加突出新技术、新工艺、新结构以及新装备等。本届展会规模与上届相当,但展品的层次与品种却有了很大的提升。展会共设6个展馆,吸引了北京、上海、天津、广东、安徽、香港、台湾等国内23个省、市、自治区及地区的代表团,国外的德国、美国、瑞士、英国、日本、意大利和韩国等13个发达国家的企业展团,囊括了几乎所有国内外模具行业及其精密加工机床的品牌企业,是一届规模继续保持世界领先的高水准、高质量的国际化展览会。

本届展会展出的塑料模具、冲压模具、汽车覆盖件模具、铸造模具、快速经济模具与快速成形技术、模具标准件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE等产品和技术中,有204副模具和17个标准件角逐“精模奖”,总体反映出了我国模具及其相关技术的发展水平。下面就塑料模具、冲压模具、汽车覆盖件模具、铸造模具、快速经济模具与快速成形技术、模具标准件、模具材料、模具CAD/CAM/CAE等技术及其发展水平进行评述。

1 塑料模具

塑料模具企业为本届展会奉献了一场精彩的模具盛宴,不仅参展和参评的模具数量创历史新高,而且模具结构的复杂程度、制品的质量水平、新技术研发应用水平都有了很大的进步。主要表现出两个重要特点:一是“聚焦推动产业发展,以模具创新支持产品创新”;二是“高效、绿色环保、节能减排模具已成为模具技术创新的主要方向”,充分体现出模具对制造业发展的推动作用。

(1)聚焦推动产业发展,以模具创新支持产品创新

四川长虹模塑科技有限公司研制的“大型导光板压缩射出成型模具”,用于注塑成型32寸LED液晶电视核心光学元件导光板。该模具通过注塑后压缩技术,解决了制品内应力导致的变形、平面度低、透光性差等成形质量缺陷,光学表面采用激光雕刻技术,导光板的网点直径为0.05 mm,网点数量多达1 500万个,使制品具有优异的光学性能和参数指标,填补了我国在大型导光板注塑成型方面的空白。

天津津荣天和机电有限公司研制的“64腔扁平滴头模具”较以前产品又有了很大进步,为滴头系列化产品模具。模具寿命300万次,满足大批量生产需求。该模具零件加工尺寸精度高,关键尺寸精度控制在0.015 mm以内,64腔制品性能一致性好,且能满足系列化模具生产,使得滴头制品流量偏差控制在1%～2%,达到国际同类产品先进水平。

余姚市福莱达模塑厂研制的“涡轮风扇模具”,用于注塑成型无叶片安全风扇系列产品的核心零件,要求满足风量、噪音、动平衡等各项质量指标。模具结构复杂,制造精度高,结构上采用9个不同抽芯方向的滑块实现螺旋锥形叶片侧向分型,同时,保障了各叶片形状的高同心度,满足了动平衡要求。

浙江凯华模具有限公司研制的“微发泡仪表板模具”,采用Mucell微发泡成型技术,生产用注塑机配备发泡装置,热流道结构采用16点阀式热流道进胶,并设计有5个斜向喷嘴,保障了微发泡进料量均衡。有效降低了注塑成型压力,解决了产品变形、表面缩痕等注塑缺陷,不仅制品质量明显优于普通注塑工艺生产的制品,而且减少了制品的重量,节约了材料成本。

浙江赛豪实业有限公司研制的“精密汽车双色前大灯模具”,为双色注塑成型精密车灯模具,国内首次采用倒装式旋转结构、胶面隔离结构,实现前大灯制品表面无分型夹线,模具寿命可达100万次。通过收缩控制技术对产品进行预变形处理,解决了制品的变形问题。

宁波远东制模有限公司研制的“SII汽车仪表板本体注塑模具”,采用8点顺序控制针阀热流道系统,有效消除了制品表面的熔接线,制品外观品质大幅度提高。制品前沿除霜风口为整体设计,分型线要求严格,模具采用了长度达1 500 mm的大型滑块并内置小型滑块分型的复杂结构,且通过优化的冷却系统设计对型芯进行加温和冷却,控制整体模温偏差不超过5℃,保障了制品的外观要求。

维科(厦门)精密塑胶模具有限公司研制的“婴儿车底座支架模具”,用于生产高端婴儿车精密核心零件,制品强度、尺寸精度要求很高。该模具运用CAE模流分析技术,准确选择浇口位置,保证填充平衡。通过CAE冷却系统分析技术,设计合理的冷却水路,保证冷却平衡。模具采用可辅助顶压产品的滑块抽芯机构,保证两侧轴承安装孔的高同心度。

(2)高效、绿色环保、节能减排模具已成为模具技术创新的主要方向

青岛海尔模具有限公司研制的“整车地图袋叠层模具”,一副叠层模具生产整车4个地图袋,注塑设备与普通模具相同,双手臂机械手取件自动化生产,实现注塑生产效率翻番。该模具浇注系统创新设计了流道分离对接结构,解决了高效生产的流道对接溢料问题。通过时间控制系统解决了4个不同型腔流动平衡问题。模具中间板组件采用了新型承载导向机构,解决了大型深腔叠层模具的长寿命生产问题。

宁波舜宇模具有限公司研制的“叶片模内组装模具”,通过模具内设计机构两次注塑成型,多个零件注塑成型、组装一步到位,满足转动、间隙等相关装配精度要求。该模具省去了半成品组装环节,节约了产品的生产成本。

宁波贝隆精密模塑有限公司研制的“自动填装陶瓷插芯法兰芯底座模具”,用于光纤快速接头的大批量、高效生产,该模具采用模外震动盘的设计,使陶瓷插芯嵌件定向、自动连续性进入模具装嵌件机构。通过陶瓷插芯自动安装机构,实现自动填装、定位陶瓷插芯嵌件,并满足陶瓷插芯成型后与光纤导入孔、承载光纤V型槽的同心度不超过0.01 mm。

北京东明兴业科技有限公司研制的“手机B壳多种类大面积嵌件注塑模具”,为高端手机B壳精密注塑模具。该模具通过创新的浇注结构,解决了大面积薄壁嵌件的精密注塑变形问题,产品总体变形量小于0.15 mm。该模具还需嵌入6个螺母,模具采用螺母嵌件吸气装置,解决了螺母嵌件掉落的问题,采用嵌件螺母自动放置装置,实现了模具的大规模自动化生产。

四川省宜宾普什模具有限公司研制的“90克PET瓶胚64腔两面旋转模具”,为64腔两面旋转模,一面注塑成型,一面冷却脱模,采用三工位机械手取件,生产周期仅20 s。模具主要零部件采用PVD、涂层等表面处理技术,模具寿命可达1 000万次以上,产品一致性好,质量稳定可靠。

上海超日精密模具有限公司研制的“中控排挡面板模具”,采用两种不同类型的膜片与塑料注塑成型,制品外观亮丽,免喷涂,生产效率高。该模具为包含注塑成型模具、膜片吸塑成型模具、膜片冲切模具多工序模具,采用吸塑工艺解决了常规膜片热压成型形状精度低、膜片在注塑模具定位精度低等问题,提升了制品的注塑成型外观质量。

厦门海盛模具有限公司研制的“42寸平板电视高光拉丝前机壳模具”,采用水、油温控方式的高光模具技术,模具局部采用整体拉丝工艺处理,免喷涂。该模具采用创新的浇口结构,解决了冷料穴造成的高光表面注塑缺陷,提高了制品生产合格率。模具采用水、油为介质的模温加热方法,通过控制模具局部温度,有效地解决了高光制品的变形问题,同时,降低了设备投入,节约了能源。

(3)智能化塑料模具成为亮点

上海戈冉泊精密模塑有限公司研制的“PBF&AK2内置压力传感器的模具”。模具内部装有测压装置,在注塑生产时,压力传感器将型腔的压力信号传输到电脑控制器,这样,电脑通过型腔压力值监控模具注塑生产状态是否稳定。注塑工艺调试时,设定注塑压力范围,在压力范围内为合格品,压力范围之外为不良品。电脑控制器发出信号控制机械手取件,根据制品注塑品质进行自动分拣,实现自动化生产。该模具的研制体现了塑料模具创新已进入智能化的初级阶段。

总之,塑料模具企业不仅关注模具技术的创新,而且更加关注产品市场和产品产业的发展,由“如何制造出复杂塑料模具”向“如何创新出好塑料产品”的方向转型。

2 冲压模具

本届展会的冲压模具不仅展出的数量和品种是历届之最,而且模具水平和技术含量也明显高于历届展会。展品覆盖了电子、通信、汽车、机械、轻工电机电器、仪器仪表、自动化装备、医疗器械、航空航天、轨道交通和家电等产品范畴。其中代表先进水平的大型精密冲压模具和高速精密多工位级进模占居主流产品地位,体现出中国模具工业发展迅速和高端模具技术的显著进步。参展模具的模具结构、制造精度、使用寿命、性能、技术含量、制品质量和加工周期等方面总体水平与国际先进水平相比,差距在缩小,越来越多的精密高档模具的技术和精度水平已达到国际先进水平,出口到工业发达国家和地区的模具增长很快。

(1)大型精密级进模逼近世界先进水平

无锡国盛精密模具有限公司展出的复合型空调翅片大型级进模,制造精度达2 μm,其中冲孔和变薄工序的凸凹模有304套,冲压工作面有千处以上。模具二步进高速冲压,含引伸、冲孔、变薄拉伸、百叶窗成形、翻边、异形切、边切、纵切、拉料、横切等工序,一次可冲出翅片76列产品,突破国内外模具一次冲出翅片72列产品的记录。模具刃磨一次寿命达2 500万次,总寿命达5亿次。该模具的创新点是在传统模具的冲孔工位后增设变薄拉伸工位,冲出的翅片表面变形小、内孔壁质量好,从而提高了空调能效比的热交换律,得到了空调生产厂家的推广应用。该模具无论从技术还是品质上已具备向先进国家模具制造的挑战能力。黄山三佳渲华精密机械有限公司参展的空调翅片高速精密级进模(5.2×72列×2步进),模具设计制造水平与国际先进模具相比毫不逊色,并获得模具结构创新专利。

(2)具有国际先进水平的电机铁芯大型级进模,综合了高精度、高难度、高效率、长寿命和多功能的特点

宁波震浴模具有限公司展出的电机铁芯高速连冲大型级进模,槽形拼块近200件、精度达0.3 μm,可互换,步距精度3 μm以内。该模具有18个工位,含自助冲压,扭斜槽、叠铆、分组、安全保护功能,在300 t高速冲床上使用,冲速达320次/min,模具一次可冲出3列叠片高度达90 mm并带有气隙性能的定转子铁心组合产品。还将复合冲压的结构应用在高速冲级进模上,实现转子和定子的内外径同步冲裁,有效地提高了产品同轴度及表面质量。模具一次刃磨寿命达300万次,总寿命达1.8亿冲次,模具结构获国家专利。宁波鸿达公司的特大型精密级进模,芯片直径500 mm以上,在400 t高速冲使用。以及铁芯片直径大于1.2 m的特大型精密冲模,其设计制造水平可与世界先进水平媲美。参展的汽车零部件大型级进模也显示出相当实力。模具技术进步很快,成形精度迅速提高,具有制品形状复杂、曲面起伏大、材料强度高等特点。其中有代表性的是天津津兆机电开发有限公司生产的汽车后备箱结构件大型精密级进模,重量14 t,长度4 m,模块精度达5 μm,模具寿命300万次,模具设计制造水平达到国外同类产品的技术水平。

(3)高速精密小型级进模精品荟萃

厦门特克模具有限公司展出的引线框架32工位级进模,制造精度1 μm,一模四列。在11 mm×9 mm的面积内冲出24条内外引线腿。产品共面性要求在10 μm内,制品具有引线腿数多、尺寸小、精度高、形状复杂等特点。其高速批量的生产性能和寿命与国际先进水平相当,并获得结构专利3项。其中在模具导料机构上加装了一组侧推滑块,在合模时通过滑块推动料带与导料板吻合,从而达到材料与导板的精确接触,提高了后道封装工序的定位精度,满足客户使用要求。成都宏明双新科技股份有限公司参展的电脑射频连接器38工位级进模,高速冲压含冲裁、凸筋 、倒角、打 V 型、撕口 、圈圆、折弯、整形等工序,冲出的制品尺寸小、曲面多、形状复杂、精度高。该模具关键技术是多步抽芯卷圆整形工序结构巧妙,模具性能和制造水平达到国外同类模具水平。另外,本届展会上还涌现出许多电子连接器、接插件、电刷件、电器端子等高速精密小型级进模,模具总体水平已达到或接近国际先进水平。代表性的模具有江苏华富电子有限公司研制的连接器端子精密多工位级进模,制造精度达1 μm,步距精度达2 μm。该模具设计了润滑和冷却系统,有效克服了磨损和发热变形对高速模具精度和寿命的影响;并针对卸料板运动的振动和高速冲压导致的疲劳,开发了独特的抗震结构和高速送料装置,保证了高速下制品的精密成形,模具寿命达3亿冲次以上,冲速最高可达3 000次/min,并获国家专利。

(4)其他品类冲模各具特色

无锡微研有限公司参展的汽车零件弹簧24工位拉伸级进模,通过结构创新,有效解决设计制造中的带凸缘的高强板拉伸、圆筒直壁三等分均布的小孔侧冲和拉伸大小、外径凸缘相交处的异型孔侧冲,特别是凸模由内向外侧冲的关键技术的解决,实现了筒体内表面无毛刺要求和制品精度高以及模具运行有序等效果。该模具设计制造水平及形状复杂的高拉伸制品达到国外同类模具先进水平。深圳艺峰有限公司展出的锂离子电池铝壳多工位自动成型模,可连续完成从落料拉伸、拉伸成形、侧面打印、水平切边、整形等工序组合,并实行机电模一体化等功能的演示,体现了多工位连续模和自动生产线的一体化特色。

综述本次模展,可以看出相当一部分多工位与多功能模具和国际先进模具水平相比毫不逊色,无论从结构还是可靠性和稳定性上均有明显进步,已具备了走出国门参与国际竞争的能力。

3 汽车覆盖件模具

近年来,随着车身换型节奏的加快,国内众多模具制造企业相继开始生产附加值较高的大型车身覆盖件模具。总体来说,本届展会车身覆盖件模具除了代表业界发展水平的一汽模具、东风模具、天汽模具和成飞集成四大模具厂家的集中展示之外,上海赛科利模具,山东潍坊福田模具及四川宜宾普什模具、河北金环模具等一大批模具制造企业均展示出了较强的竞争实力,部分模具的设计及制造水平已进入国际先进行列。

(1)汽车模具类型齐全,覆盖件模具水平逐步提升

本次展会,大型外覆盖件车身模具成为参展厂商展示自身实力的主要舞台,展会上共计十余款车型的侧围、翼子板的集中亮相,充分显示出国内的汽车模具制造企业生产复杂模具的能力和水平。除此之外,展示产品还有单工序自动化大型覆盖件冲压模、自动化多工位成形模、多车型相似件共用的复合成形模具等,汽车模具的品质精度及产品档次等方面都有了很大的提升。例如一汽模具公司为英国路虎(LandRover)生产的高档轿车铝合金冲压模具,共有23类制件、上百套模具,已在英国利物浦、伯明翰等工厂投入使用,并已先后承接了3个车型的铝合金冲压模具的生产任务,为提高国内企业在国际市场上的竞争力起到了推动作用。参展的Audi A6L高档轿车前翼子板零件以自由状态下合格的尺寸公差及良好表面精度,表明国内模具制造企业已经可以设计及制造全部类型的车身覆盖件模具。另外,泊头市金建模具有限公司参展的高质量车身纵梁模具,具有消除梁类成形件侧壁内凹、扭曲及回弹变形等常见问题的结构,引起了业内人士的关注。其他如河北兴林、京泊、金环等模具企业展示的侧围、翼子板,发动机罩内外板及顶盖,四川宜宾普什的不锈钢新型催化器及湖北十堰先锋的下控制臂、轮罩等众多的模具产品,通过全工序的冲压成形仿真分析,在成形阶段对车身冲压产品本身及工艺补充进行相应的回弹补偿及变间隙加工数据处理,从而在很大程度上缓解了以往车身覆盖件模具调试周期长、回弹变形不易控制等方面的难点问题,保证了模具的产品质量,行业整体水平进步明显。

(2)企业重视专利,新技术层出不穷

新技术的开发、专利技术的申报已经越来越受到企业的重视,无论是机械科学研究总院先进制造技术研究中心一套模具申报的3项国家级专利和一项国际专利,还是山东潍坊福田模具公司一套模具申报的二项发明专利,以及重庆平伟模具关于超高强钢板成形过程中,为消除回弹及扭曲所进行的拉延筋处理技术,东风模具为翼子板侧翻边成形所开发的跷板式摆动斜楔机构,都体现出了在结构、工艺等方面较大的技术创新。北京机械科学研究总院先进制造技术研究中心与烟台泰利汽车模具公司设计及制造的成形与淬火一体化热成形专用模具,是国际先进的热成形模具技术。热成形模具与热成形技术始终被国外几家大公司所垄断,本届展会不仅对热冲压成形专用模具及热成形冲压件进行了展示及说明,还展示了热成形工艺、关键技术、优化方法以及设计、制造完成的车门防撞梁热冲压模具,并制定相关的热冲压模具企业技术标准与设计规范,有力地推动了国内热冲压成形技术规模化产业应用。

(3)模具出口促进企业模具技术水平提升

模具出口从车身内板结构件冲压模具转向有更高的尺寸精度及表面质量要求的大型内外覆盖件模具,如河北金环模具公司为美国通用原厂提供的(GMX352)顶盖整形侧整形模具,通过一套模具实现全景天窗与无天窗版自动切换的大型外覆盖件模具,四川宜宾普什模具为德国IVECO公司制造的深腔厚板不锈钢件拉延模,安徽江淮福臻生产的印尼通用汽车背门外板上部拉延模等,其产品质量均得到用户的肯定,加大了国内模具在国际市场上的影响力与覆盖面。同时,通过模具的出口,使国内模具制造企业在理解国外先进模具制造技术,设计标准及验收方式、方法上有了较大的提高,技术进步明显。

从汽车模具总体技术水平上看,国内车身覆盖件模具与国外先进水平仍有明显的差距,此外,参展的大多数车身覆盖件冲压制品在边、角及形状突变区域的细节处理上仍有较大的不足,在冲压制品的单品检测技术及整车匹配分析上尚有较大差距,高档、豪华的乘用车车身覆盖件冲压模具的生产能力明显不足等等,都需要汽车模具企业的继续努力。

4 铸造模具

本届铸造模具参展厂家近40家,与往届相当,各展台上精密、复杂的汽车压铸模具、重力铸造模具和低压铸造模具依然是主角,宁波北仑和象山地区参展商数目依然数量最多。但从该地区所展示的品种繁多的铸件可看到,无论品种、产品复杂程度及质量、制作水平普遍都大幅度提高,已成为我国铸造模具最重要的制造基地。由于核心技术的创新以及国际化运营的创新,出口及替代进口模具占有较大比例,部分企业出口模具已占总量的30%～50%,折射出近两年来我国铸造模具研制水平跃上了一个新台阶,与国际先进工业国家的差距进一步缩小。

(1)“创新”是本届展品的鲜明特点

不少参展模具已获得了发明专利或实用新型专利的授权,有些模具的技术含量和复杂程度相当高,其代表有:宁波市北仑辉旺铸模实业有限公司参展的“保时捷中控支架镁合金压铸模具”,是用来生产保时捷轿车的中控支架镁合金压铸零件,模具尺寸大,重量32 t,在32 000 kN压铸机上使用,属大型、复杂、精密的镁合金压铸模具。由于中空、大型支架类薄壁镁合金件成型困难,经反复的模流分析,确定采用双面、多路、加辅助进料的设计方案,并针对零件各部位形状及成形难易采用了不同的浇道口厚度和宽度。为了有效控制模具各处温度,除浇注系统冷却外,其余均采用热油加热,保证了铸件成形完整。在模具制作时,采用模拟工作热状态进行分型面的贴合调整,有效防止了生产过程窜料现象发生。宁波合力模具科技股份有限公司参展的大众轿车发动机的“EA211MPI缸盖铸造模”,是由一副外模和六副芯盒模组成的复杂、精密的铸造模具。该模具满足了在自动化铸造线生产时机器人下芯的要求,实现了生产过程中的自动下芯;模具设计时,充分考虑到金属型底模和燃烧室模块的温度对缸盖的燃烧室的形位度和燃烧室区域的晶粒度与枝晶间距等关键参数的影响,从产品特点出发,结合铸造生产现场的可操作性,从冷却管路布置和多点热电偶排布,以及模块结构优化等方面解决问题,底模两处设置热电偶,6路水冷却,4路风冷,3处加热管加热,并与设备上的PC连接进行实时自动温控,实现了每路管路的单独控温、自动冷却和定量冷却,很好地解决了铸件关键功能区域对应的模具部位精确的温度控制;在不易成型的部位采用了局部负压填充(抽真空)的技术,引导铝液先填充薄壁处,从而有效地保证不易成型的薄壁部位的充型;产品工艺出品率达70%,合格率达95%。广州市型腔模具制造有限公司参展的“轿车后桥副车架压铸模”,是用来生产广汽自主品牌“传祺”轿车上的铝镁合金后桥副车架,为保证这件汽车A级安全件的致密性和内部质量,在大型压铸模具上所采用的真空技术、温控技术及浇注系统设计很有特色:压铸采用高真空压铸技术,为确保模具密封性能,采用3层密封方法:第1层在套板上设置氟胶密封条,第2层在镶块设置真空隔离带单独抽气,第3层在型腔抽真空,此外各推杆加设组合密封件确保密封;为确保在压铸过程模具温度理想,采用区域性温控,与周边温控设备配合形成闭环,模具设置了8个利用热电偶的测温点,对应有6组冷却回路,通过电磁阀、比例阀控制每组冷却回路的冷却水的大小或开闭,进行实时自动控制,从而使模具处于较理想的工作温度状态;设计流道时经反复的模流分析,确定采用指形流道设计方案,分两大主流道后再各分叉6个横流道、12处进料,确保了长、薄工件的成形完整。

(2)压铸模具的抽芯机构出现形式的多样化

除常规的斜销抽拔、单油缸或双油缸抽拔外,还出现了像宁波凯利机模具有限公司的“WG222010-803R-1变速器中壳体”模具上的上滑块中另加设小滑块的结构,广州市型腔模具制造有限公司的“日产发动机油底壳”模具上的堆叠式油缸机构。宁波市北仑辉旺铸模实业有限公司的“重卡变速箱壳体”模具上两长轴的抽芯机构,是一种结构新颖、设计巧妙的特殊滑块抽芯转换机构,能有效地解决抽拔距离过长,或因由于位置限制,常规机构无法设置抽芯机构的难题。此外,针对大型滑块重量大、受热后膨胀尺寸差较容易卡死的现象,有些模具在滑块上加设导向条或导柱导套进行运动导向,有的采用铍青铜中加石墨的摩擦副,达到了模具使用的高可靠性。

(3)重力铸造用的缸盖、缸体模具制造技术日趋成熟

象山同家模具制造有限公司、宁波合力模具科技股份有限公司、宁波强盛机模具有限公司等企业制造水平较高,他们制造的缸盖和铸造缸体模具品种规格多,几乎覆盖我国生产的各车型,相当部分还出口。近年来国内才开拓成功的高压铸造的缸体模具制造发展迅猛。缸体压铸模具是适应汽车轻量化要求的新型模具,产品质量要求苛刻、全自动化生产、模具使用稳定性要求甚高,国内各汽车厂向来都是使用进口模具,成功开发缸体压铸模具是业界的职责和目标。回顾以往中国上海国际模具展览会,4年前的十二届展会上首次出现了第一套直排四缸汽车缸体压铸模,2年前十三届展会上第一套V型6缸体压铸模问世,本届展会已有6家企业的展台上摆上已完成的多款复杂的汽车缸体压铸模。据粗略计算,目前我国已有约15家厂家制造过这类模具,当中部分厂家从仿制到制造,从来图加工到自行设计,有的还提前介入产品的早期设计,逐步掌握了这类模具的设计与制造的窍门和核心技术,结束了汽车缸体压铸模完全依赖进口的局面。

(4)CAE的应用日趋成熟。

CAE已成为各铸造模具制造厂家必不可少的一个流程,大部分模具在设计流道前进行多次模流分析,优选出最佳流道方案,同时通过CAE进行模具工作状态时温度场的预测,作为模具温控系统设计和温控措施安排的重要参考依据,使模具一次试模合格率普遍提高。如汽车“凸轮轴支架”压铸模具一般是一模一腔,宁波北仑鸿翔模具机械有限公司展示的模具却是一模二腔。该公司通过引进日本CAE软件进行流道分析,合理设计浇注系统,产品内部质量很好,成品合格率高,大大提高了生产效率。此外,淬火后型腔镶块精加工采用高速切削,低速走丝切割进行推杆孔和型芯固定孔加工,选用镶块热处理、表面处理等先进加工方法,产品外观质量提高。展览会上宁波臻至机械模具有限公司的“通讯件基站腔体”压铸模,宁波星源机械有限公司展出的“暖气片”系列压铸模,散热片高25 mm,厚度只有0.6 mm,宁波鑫达模具制造有限公司的“EG01—下缸体”压铸模以及宁波埃利特模具制造有限公司展出的压铸件,制造精细,外观漂亮。

近几年,汽车行业的飞速发展,零件的轻量化是当前的技术热点和发展趋势,对铝合金的重力金属型铸件和铝合金、镁合金压铸件要求更高,这样给模具行业带来了强劲的推力和压力。随着国内2 000 t以上大吨位压铸机不断增添,大型压铸模具的需求也日益增多,但是目前国产大型压铸模具的使用寿命及稳定性还未尽如人意,如何在模具质量和交货期上做好快速响应,模具如何更好地适应生产的自动化要求,如何开发和合理选用更贴近于生产现场条件的模拟软件,仍有很大的提高空间。

5 快速经济模具与快速成形技术

本次展会参展的快速经济模具技术与快速成形技术的企业、大专院校等近20家,包括了快速原型设备的代理商。快速经济模具正在改变“经济快速、用于小批量生产”的初衷,开始转变为服务于新产品开发的样品试制和新产品工艺认证。目前我国快速经济模具技术的开发研究基本分布在大专院校、科研院所以及科技型高新技术企业。虽然快速模具的技术水平有了很大的提高,但是,在我国自主品牌新产品开发、试制方面还没有形成完善的服务体系,服务能力较低。例如汽车新车型开发中的车身快速试制,虽然我们的快速模具技术已接近国外的先进水平,但在能力上、在系统服务上还有相当大的差距,因此导致国内大多汽车主机厂的新车型快速试制项目仍然还以国外为主。从这一点看,我们不但要重视快速模具技术的创新发展,更应注重快速模具技术的实际应用,建立完善的服务体系和服务能力,才能更好的促进我国快速模具技术的进一步发展。

快速成形模具技术。本次展会展出的冷冲压快速模具技术大多是围绕汽车覆盖件快速试制而研发的快速模具技术。例如:快速制造国家工程研究中心(西安交通大学机械工程学院先进制造技术研究所)展出的金属电弧喷涂快速制模技术及电弧喷涂机,是一种基于电弧喷涂、快速原型、数控加工和材料学技术的经济、快速的模具制造工艺。它通过电弧喷涂工艺制造模具金属型壳,并通过材料累加方法制造出具有材料梯度、功能梯度结构的模具,是一种近净成形的模具制造技术。可用于制作金属冲压模具、热压成形模具以及塑料模具等。目前已在飞机、汽车、拖拉机、家电、塑料等行业成功应用,是极具发展潜力的一种模具制造新途径。该中心首次研发出集运动控制和工艺参数控制于一体的五自由度电弧喷涂机器人。由CAD模型直接驱动实现自动仿形喷涂。喷涂材料主要包括:锌、铝、铅锡合金、铜、碳钢等实芯丝材及常用的粉芯丝材。另外,烟台泰利汽车模具制造有限公司(山东省快速模具工程技术研究中心)展出的低熔点合金(熔点138℃)快速模具技术、中熔点合金(熔点380℃)快速模具技术以及钢、合金复合快速模具技术,是在传统的快速模具技术上利用CNC、RP等技术进行改造,极大地提高了制模精度和快捷性,完全满足了中高级轿车覆盖件的冲压成形,已基本达到了国际先进水准。

快速成形技术及设备。快速成形技术自上世纪90年代发展起来至今,其应用领域广泛,在新产品快速制造和快速模具的制造上更是得到了广泛的应用。本次展会参展的快速成形技术及设备也很多,如材料成形与模具技术国家重点实验室、快速制造国家工程研究中心、北京太尔时代科技有限公司、广州随尔激光快速成形有限公司、上海福斐科技发展有限公司等,纷纷展示了其研究成果和设备,以及围绕着新产品快速开发提出了整体解决方案,有的展示了所代理的国际最先进的技术和设备。快速制造国家工程研究中心展出了SPS系列激光快速成形机,其最大成形面积800 mm×600 mm×400 mm,其特点是能制作出精细的薄壁和空心结构,精度高、成形内表面质量好,适用于汽车、家电航天航空等行业。还展出了SCPS紫外光快速成形机、ZK系列真空浇注成形机等。北京太尔时代公司展出了INSPIRE A系列快速成形系统,全面升级了成形空间,能胜任超大尺寸的模型制作。具备了更高的打印精度,可直接打印出产品级的模型。同时MEM系列3位打印机支持多项性能参数的自主调节,提供多样化的运行方案,满足不同模型制作的特殊要求。上海福斐公司作为致力于将国际先进快速成形技术同步引进国内,在国内建立研发和应用基地,引进并展出了美国彩色zcorp三维打印机、以色列objet三维打印机,并全线代理美国stratasys公司的fortus高端系列设备。

综观本届模展,从展出的快速模具及快速制造技术来看,快速模具的发展已经与国际先进水平接近,但应用上还有差距,从事快速模具研发的企业还不多,应用能力有限。快速成形技术的应用比较广泛,无论是在设备的研发上还是在快速制造上都取得了较好的成果,为我国不同领域的工业产品开发做出了重要贡献。

6 模具标准件

本届参展的模具标准件充分展现了我国模具标准件企业的技术水平和发展创新的实力。同时,展会也为我国整个标准件行业提供了良好的交流沟通平台,促使整个行业朝着更新、更高的世界高端水平迈进。

产品档次提升较快,凸显出整个行业的创新能力。本届展会参展的模具标准件企业超过了90多家,其中不乏美国、德国、意大利、英国、日本、韩国等国家的知名标准件企业,如:IEM、DANLY、DME、Fibro、PUNCH 、DAYTON 、昆山优德、天津鑫茂、北京世茂、北京永茂、河北三达、东风科尔等。参展的各企业都不同程度地展示出了自己近两年来研制、开发的新产品,如北京永茂自主开发的双轴倾斜式旋转斜楔机构,应用于扣合模具中,替代传统的多个单动翻转凸轮机构分别成形,此机构具有翻边行程小,安装空间小,易于安装调试和维修方便的特点。该机构机体采用球墨铸铁QT500,提高了机构的强度和耐磨性,有效地延长了翻转机构的使用寿命,有着较为广阔的市场前景。

盘起工业展示的盒式导板吊装斜楔机构,是对传统紧凑型侧滑板式斜楔机构的改良和创新。整体盒形导向机构替代了传统分体式侧滑板导向形式,提高了导向机构的导向精度,加强了导向机构的强度,而且导向滑动的面积增加了30%左右,驱动部分采用V型自定心结构,有效地平衡了侧向力对导向结构的影响,因此,该机构的侧冲能力和工作寿命都得到了较大幅度的提高,尤其对于有长寿命要求的汽车冲压模具,有着良好的应用空间。武汉东风科尔公司开发生产的125双V导向系列斜楔,在原SANKYO标准125系列斜楔的基础上,滑动面采用双V型导滑面,V型结构大大地提高了斜楔承受侧向力的能力,使整个斜楔的平衡和受力状态更加合理,滑块的强度也得到加强,得到市场的认可。模具标准件的不断开发创新,满足了我国模具工业快速发展的需要,同时,提升企业技术创新的能力才能适应模具标准件市场的要求已成共识。

模具标准件质量水平显著提高,市场竞争进一步加剧。近几年,得益于国内模具工业的快速发展,我国模具标准件制造业的技术水平有了很大的提高,国内的生产企业对于国外的标准(如:MISUMI,PUNCH,DAYTON,DME,SANKYO,KALLER)都得到了很好的消化和吸收及创新和改进,标准件企业对于生产设备的投入和更新也在加快,加之企业对标准件的原材料以及生产工艺的较好掌控,使标准件的质量水平较前些年有较大提升,交货周期也能满足用户的要求。同时,因为标准件生产企业的增多,行业竞争这几年日益激烈,价格战持续不断,产品的利润空间在进一部缩小,模具标准件行业的生产企业也在不断的重新整合。对于我国整个模具工业发展来讲,标准件稳定的产品质量、短的交货周期、持续走低的产品价格,会对模具工业的发展起到很好的促进作用,但是,标准件企业为了争夺市场份额,频繁降价,也会使整个行业的利润水平进一步下降,无序竞争势必导致质量下降和企业开发创新能力弱化,部分模具标准件呈现专业化生产趋势明显。本届模展上,侧冲机构、自润滑导板、导套、导柱、氮气弹簧、冲切元件的专业化生产厂家较多。这些厂家关注生产一种或几种全系列规格的模具标准件,产品的质量能很好地满足用户的要求,生产效率得到了很大提高,在激烈的模具标准件市场中,处于有利的位置。如湖北十堰兴开科技公司和湖南邵阳兴达公司所生产的氮气弹簧,采用进口密封元件,产品质量不亚于进口的氮气弹簧,交货周期和价格方面,优势明显,已占有一定的市场份额。自润滑导板、导套主要集中在浙江嘉善、黄岩和余姚一带,侧冲机构主要分布在京、津、唐一带,完整的生产供应链以及生产方式的专业化、规模化、直接带来低成本、高品质、短周期的优势,这应当是我国模具标准件今后的发展方向。

标准件企业的技术支持和售前服务意识显著增强。模具企业为了实现对用户的快速交模,在模具的设计、制造和标准件的采购周期上,有具体的时间节点和要求。模具标准件企业在为用户提供实体产品的同时,已经开始从纸质产品样本、2D的电子图档逐步转变为提供3D电子图档或基于某一软件的3D数据库。本届展会上,盘起工业开展了基于NX的《PUNCH冲压和汽模参数化、数据化》的首发和推行,DAYTON发布了DAYTON TOOLS独立选参数据库。这些数据库都将促使模具设计人员方便、准确、高效地选用模具标准件。

尽管我国模具标准件这几年的技术水平提高很快,已能满足我国模具工业的要求,但仍有以下问题应引起足够的重视。如模具标准件企业需加强专业协作的问题、模具标准件的标准体系急需修订问题以及自主创新能力需要加强的问题等。只有借助企业专业化的发展、加强彼此间的合作、强化创新,才能使模具标准件行业走上快速发展的高速路。

7 模具材料

本届展览会吸引了国内外近40家模具材料参展商,涵盖了来自瑞典、德国、法国、日本等国的知名企业以及国内多个省市、地区的优质模具钢材料供应商。参展企业纷纷展示了近几年研发出的新材料、新工艺,反映了目前国内外模具钢材料的最新进展。总体来说,各模具钢企业都遵循市场发展需要,不断调整传统模具钢材料的合金成分和热处理工艺,开发出种类繁多、性能特点突出、更具有针对性的模具钢材料。

冷作模具钢方面。日本日立金属株式会社在SLD系列冷作模具钢的基础上开发出了远远超出常用材SKD11特性的下一代冷作模具钢——高性能冷冲压模具钢SLD-MAGIC,通过添加易切削元素等手段,改善其加工性能,同时降低了成本,缩短了供货期。与SKD11改良钢8%Cr钢(日立金属SLD8)相对比,其优势主要体现在以下几方面:①耐磨性:最高硬度在62HRC,其耐磨性约提高35%,使模具寿命大幅提高;②表面处理性:表面处理膜(CVD等方法)的密着性约提高30%,可以防止高强力钢的弯曲、拉伸等成形时产生的刮痕;③热处理特性:热处理寸变约降低40%,形状的偏差也会改善。针对热处理和表面处理的尺寸变形量少,降低修复时间;④切削性:切削性约提高35%,基于提高加工效率,在模具制造上缩短加工时间。日本大同特殊钢株式会社研制出长寿命冷作模具钢“DCMX”,其特点是拥有矩阵形式的组织。矩阵形式是指从金属组织中去除粗大的一次碳化物后的组织。由于粗大的一次碳化物是导致破损的起点,为有害成分,因此在模具钢中尤其需要减少。与SKD11钢相比,DCMX的各向同性提高了50%以上,在热处理时可轻松调整尺寸。最高硬度为62HRC,高于SKD11的60 HRC。韧性提高了1倍,切削性提高了3倍。日本高周波钢业株式会社开发出微细钢KD11S,与SKD11耐磨性能、热处理变形、表面处理性能基本相当,而切削性能、抗疲劳性显著提高,因此,通过延长刀具寿命、提高加工效率达到了降低成本的目的。

热作模具钢方面。日本日立金属株式会社开发出新一代压铸模具用钢DAC-MAGIC,与SKD61钢相比,该钢具有高的高温强度和优秀的耐热疲劳性能,延迟了使用中热疲劳裂纹的产生;由于具有较强的耐应力腐蚀开裂的才能,能够避免模具在冷却孔中开裂。瑞典一胜百公司开发出DIEVAL钢,是一种含铬、钼、钒的高性能热作模具钢,其具有很好的抗热疲劳龟裂、热冲击开裂、热磨损、塑性变形的性能,其成为压铸、热锻、热挤模具钢的优良选择。日本高周波钢业株式会社开发出KDAMAX,具有优质的抗模具R形转角处开裂和抗水冷孔开裂性能,适用于制造复杂形状的模具或壁薄。

塑料模具钢方面。安塞乐米塔尔公司开发出superlast系列模具钢,据称目前为市场上最宽泛的产品(290～420HB),其HP370模块尺寸可达到宽度2 000 mm,厚度500 mm。上海大学模具钢课题组与江阴宏晟重工、浙江通迪重工联合开发了尺寸为1 200 mm×1 300 mm×2 700 mm的718模块,模块单重33 t,截面硬度(34±1)HRC,应用于大型车辆的保险杠模具,第一次实现了特大型718模块国产化。日本大同特殊钢株式会社开发的S-STAR、G-STAR超镜面、高硬度、耐腐蚀塑料模具钢在控制非金属杂质方面取得了很大的进展。此外,德国葛利兹模具钢公司研发的VICTORY ESR系列塑料模具钢产品,德国斯穆-碧根柏公司生产的formadur系列塑料模具钢产品也都达到了相应的水平。

国内模具钢企业有了长足的发展。在一些国内用量较大的通用牌号模具钢生产中,国内企业已逐步占据了市场份额。首先,国产轧制板材成为一大亮点,以宝钢、东北特钢为首的国内大型钢铁企业已能大批量生产 H13、4Cr13 、Cr12MoV 、718、SKD11等牌号的板材,满足了国内用户的需求。宝钢股份目前可生产厚度10～80 mm,宽度1 200 mm或1 800 mm,长度4 000～6 000 mm的系列板材。其次,在大型模块的生产方面,宝钢、东北特钢、江阴宏晟重工、广东金型重工4家企业率先实现了特大型模块的国产化。其中,东北特钢DC53产量为国内最大。另外,大截面不锈、耐蚀、高抛光的塑料模具钢 4Cr16Mo、4Cr13N 、10Ni3MoCuAl开始逐步实现国产化,以代替进口的NAK80等产品,从而满足国内平板液晶电视等电子产品对该类型塑料模具钢的巨大需求。此外,优质H13钢生产面有所拓宽,不再是以往大型国企一家独大的局面。多家中小型民营企业如江阴宏晟重工等开始采用北美压铸协会标准生产优质H13钢。

服务已经成为模具材料企业竞争的重要手段。从本届展会可看出,随着模具材料性能的不断提高,降低成本、缩短供货周期、控制产品质量稳定性、提供个性化生产和服务、生产大型精密模块成为了各企业竞争的关键。因此,许多欧美企业纷纷打出“服务牌”,着重展示其在售后服务方面的特色。如:德国霸士工模具钢公司就采取了小批量供货的服务,可以针对客户的要求提供相应规格的产品,方便用户直接进行后续处理。国内企业也开始探索以用户的需求为主导,加强售后服务的新思路。如上海大学与轩灿模具合作建立了生产、销售、产品跟踪、售后服务一体化的新型模具钢营销平台。

国产模具钢与进口模具钢的差距在缩小,但以国产材料取代进口材料,仍然任重而道远。一方面是国内模具钢企业水平参差不齐,中小型模具钢企业以低价搏市场的不健康竞争现象依然存在,国产材料研发力度不强、产品稳定性不高,都成为了约束国内模具钢发展的瓶颈。反观国外模具钢企业,稳定的“研发—售后服务—反馈”机制已经形成,产品不断推陈出新,从而一直占领高端模具钢的市场。因此,在今后的发展中,国内企业可以针对我国国情,着力从以下几个方面突破:一是向高精度大型化方向发展,研制无变形的预硬化塑料模具钢和大规格、大吨位的模具钢;二是向高纯净度、高等向性、超细化组织、长寿命方向发展,延长模具使用寿命;三是向制品化方向发展,尽可能缩短模具加工周期;四是向模具钢的系列化和个性化方向发展。开发出适用于不同工作温度,具备不同的耐腐蚀性能、切削性能、蚀刻性能、抛光性能的高品质模具钢。

8 模具CAD/CAE/CAM技术

随着我国模具工业的发展和进步,近几年来许多模具企业已从单纯应用CAD/CAM技术到综合应用CAD/CAE/CAM技术,进一步发展到应用集成化专业软件。将计算机辅助设计、分析、制造扩展到模具和产品质量测试以及生产管理的每一个环节,在本届展会中已有一些颇具代表性的系列软件或者集成系统参展。

英国Delcam公司参展的集成化系列软件,能为模具企业提供从设计、制造、测试到管理的全面解决方案,包括 2～5轴高速加工 CAM系统Power SHAPE、车铣复合和线切割 CAM系统 Feature CAM 、质量在线检测系统 Power INSPECT、逆向/正向混合设计系统Power SHAPE Pro、协同合作管理系统PS-Team和CAD数据接口模块Exchange。

上海申模计算机系统集成公司依托上海交通大学模具CAD国家工程研究中心,提供C3P(CAD/CAM/CAE/PDM)技术为主的咨询服务,是美国SFTC公司金属塑性成形仿真软件DEFORM、西门子公司NX软件、美国DP公司ESPRIT CAM 软件中国区的主要代理商。该公司的专业技术服务团队能根据客户需求,提供从CAD、CAM 、CAE、PDM 等单一软件到C3P系统集成的高新技术服务。

广州中望龙腾软件股份公司为全球18万用户提供CAD/CAM 的软件“中望3D”,能够提供从设计到加工一体化的解决方案。目前已有国内外200多家专业二次开发商加盟该公司,使超过近百种专业应用软件移植到中望CAD/CAM的平台,涉及模具、机械、建筑、交通等多个领域。

华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室在铸造液态成形模拟、塑料注射成形模拟和板料冲压成形模拟的理论和方法等方面进行了深入研究,开发出华铸 CAE、华塑CAE和FASTAMP 3个国内知名软件,已在国内300多家单位使用。近年来该团队又取得了新成果。板料冲压成形模拟软件FASTAMP除独立运行的系统外,还集成到CATIA V5、PRO/E 、SOLIDWORKS 和 NX 的环境中,大大扩展了FASTAMP的应用领域和范围。华塑CAE将塑料注射成形模拟技术、人工智能技术应用于塑料注射机的数字化和智能化,成功开发出具有自主知识产权的智能型全电动塑料注射机。

益模软件科技公司是一家专门从事模具、工装、非标等单件小批量生产企业信息化技术与应用的软件公司,可为单件小批量生产企业提供项目管理、生产管理、成本管理、PDM 、以及CAD/CAM/CAE等系统的数字化产品及服务。该公司的模具ERP/APS/MES软件eMan和模具结构设计软件MoldDM已在长春一汽、无锡国盛、麦斯优联和康佳模具等许多企业推广应用。

“十二·五”期间,我国在工业的各个领域将大力推广应用“数控一代”技术并积极研发“智能一代”技术。可以预期,我国模具企业将在CAD/CAM/CAE/PDM和智能技术应用方面取得更大的成绩。

9 我国模具的发展趋势与问题

近年来,随着信息化、智能化的高速发展,服务制造已成为制造业的新热点,而模具行业是服务于制造业的重要工艺装备,因此,必需从一个全新的角度来审视模具行业的发展。第十四届中国国际模展以及模具国家级新产品的评审推荐,我国模具技术的发展显现出以下一些发展的趋势与问题:

(1)模具产业集聚式公共服务平台引领模具技术发展。目前我国已经形成了20多个模具产业集聚区(包括模具城、模具园区等),加上政府的扶持政策以及信息化公共服务平台的建设,使模具企业的市场宣传效果大大提升。这样既提升了模具企业的市场销售,也大大促进了模具企业的专业化技术分工,技术服务内容越来越丰富。本次展会,模具产业园区展位的新技术、新模具星光璀璨,模具产业集聚式公共服务平台已成为我国模具行业的重要支撑和技术发展的领头羊。

(2)服务制造下的模具发展新方向。服务制造是在服务业和制造业不断融合的背景下应运而生,是为了实现制造价值链中各自利益相关者的价值增值,达到一种高效创新的制造模式,也是世界先进制造业发展的新模式和新形态。服务制造就是制造与服务的融合,宗旨就是一揽子解决企业的问题,满足企业的需求。模具是具有明显服务特征的高科技、知识和资金密集型的生产工艺装备。服务制造的出现对模具的结构设计、制造、销售、维护以及管理模式等带来巨大影响,模具企业必需从一个全新的角度考虑与服务企业的关系,专业化、精细化、智能化是模具技术发展的必由之路。

(3)模具向产品产业链的一体化解决方案方向发展。随着市场需求的变化以及竞争的加剧,模具企业单纯的模具设计制造模式已不能满足市场竞争的需要,从对模具品质的单一要求,向企业产品需求的一体化解决方案发展。产品的需求突破了模具产品本身的界限,一大批多领域交叉技术的应用及以模具为核心的系统解决方案将是今后模具发展趋势的主要特征。部分企业已开始主动配合产品生产企业工作,参与产品生产企业的研发、设计和生产服务,提供全过程的模具、工装甚至产品服务,使模具企业由制造业向制造服务型企业转变。

(4)智能化模具成为模具行业发展的弄潮儿。模具制件的精度和质量的控制对智能化模具的需求越来越强烈,特别是塑料模具和压铸模具,模具的温度的智能控制、流量的智能控制、冷却过程的智能控制等技术,以及本届模展新出现的冷冲模成形过程在线智能控制等技术,标志着我国模具正在朝着智能化方向发展,也迎合了我国装备智能化发展的新浪潮。

(5)模具出口带动模具企业技术进步效果明显。我国大陆已有28个省、市和地区的模具出口到176个国家和地区,出口总额达到210多亿元,年增长达30%以上,且出口到欧美等发达国家的模具比例很大。出口模具的高要求和高品质迫使国内模具企业不断提升自身技术水平和能力,关注技术创新和专利申请,使行业内的一大批模具出口企业的核心技术竞争力迅速提升,模具企业技术进步效果明显。

(6)新材料、新工艺促使新型模具孕育而生。在国家和地方政府对新材料的鼓励和支持下,新型材料大批涌现,导致了各种新型工艺的出现(如:直接热冲压成形工艺技术、间接热冲压成形工艺技术、纤维复合材料的成形工艺技术、轻质合金材料的成形等)。这些新型工艺技术,对装备和模具提出了新的要求,新型模具、新型装备和新的成形技术理论将逐渐成为模具技术新的发展方向。

(7)精冲模鲜见与目前我国蓬勃发展的精冲行业不匹配。本届展会上只有瑞士法因图尔公司展示的汽车安全带棘轮零件固定凸模式精冲级进复合模,零件材料Ck45Cr,料厚3.5 mm。该模具紧凑、结构复杂,设计新颖,工艺先进,是目前精冲模具的国际先进水平。然而,国内无一精冲模具参展。实际上,近几年我国的精冲件市场发展迅速,精冲模具和水平进步很快,与国际精冲技术水平的差距正在缩小,是未来模具技术发展的重要方向。

创新能力是模具企业核心竞争力提升的关键,专业化是模具企业技术发展的快速之路。随着我国先进制造业的结构转型和发展,我国模具行业技术水平正在迅速提升,快速与国际接轨。以服务制造为龙头的模具服务化和产业链一体化解决方案的出现,对传统的模具供给方式带来了挑战。模具企业必须认识和充分重视这一发展的新动向,充分准备,蓄势待发,抓住机遇,迅速发展。