鑄造模具應(yīng)用狀況 結(jié)構(gòu)形式和發(fā)展趨勢

【專家解說】：“十五”期間中國鑄造市 場呈現(xiàn)良好趨勢,2005年全國 鑄件總量達(dá)到1800萬噸左右, 球墨鑄件在總產(chǎn)量中的比重 提高到20%-25%,即320萬- 400萬噸;隨著轎車產(chǎn)量的增 加,有色鑄造件產(chǎn)量接近200 萬噸;今后國際市場需求也將 保持高速增長態(tài)勢,全球?qū)χ?國鑄件的年需求量約為4000 萬噸左右,其中球墨鑄鐵和有 色合金鑄件需求量增長迅速, 鑄造模具產(chǎn)值將超過百億元 人民幣。 一、國內(nèi)外鑄造模具企業(yè) 比較 全國鑄造模具生產(chǎn)企業(yè), 大體可以分成以下幾類:第一 類為鑄造模具專業(yè)廠(包括合 資和獨(dú)資企業(yè)),這些企業(yè)設(shè) 備先進(jìn),技術(shù)優(yōu)良,是鑄造模 具行業(yè)的主力;第二類是鑄造 專業(yè)廠的模具車間;第三類是 近年來發(fā)展迅速的私營和民 營模具廠,這類企業(yè)規(guī)模不 大,數(shù)量眾多,各有分工,協(xié)同 作戰(zhàn),分布在江浙、廣東一帶, 其中有些廠已經(jīng)具備了一定 的實(shí)力;第四類是兼做鑄造模 具的其他一些模具廠?？傊? 鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)呈多元化, 并向高水平發(fā)展,這也是中國 經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的必然趨勢。 國外發(fā)達(dá)國家的模具廠 大體分為獨(dú)立的模具廠和隸 屬于一些大的集團(tuán)公司的模 具廠,一般規(guī)模都不大,但專 業(yè)化程度高,技術(shù)水平高,生 產(chǎn)效率極高。 國外模具企業(yè)一般不超 過100人,多數(shù)在50人以下。在 人員結(jié)構(gòu)上,設(shè)計、質(zhì)量控制、 營銷人員超過30%,管理人員 在5%以下。年人均產(chǎn)值超過 100萬元人民幣,最高能達(dá)到 200多萬元人民幣。國內(nèi)模具 企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人 員結(jié)構(gòu)和國外差不多,但一些 國企的人員結(jié)構(gòu)還不盡合理, 在年人均產(chǎn)值上差距還很大, 多數(shù)在10~20萬元人民幣,少 數(shù)能達(dá)到40萬元人民幣。 國外模具企業(yè)對人員素 質(zhì)要求較高,技術(shù)人員一專多 能,一般能獨(dú)立完成從工藝到 工裝的設(shè)計;操作人員具備多 種操作技能;營銷人員對模具 的了解和掌握很深。國內(nèi)模具 企業(yè)分工較細(xì),缺乏綜合素質(zhì) 較高的人員。 國外模具企業(yè)CAD/ CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用比較 廣泛,逆向工程、快速原型制 造鑄造模具使用也比較多。國 內(nèi)模具企業(yè)中一些骨干廠家 在這方面和國外差距已經(jīng)不 大,有些已經(jīng)達(dá)到國外水平, 但一些中小型模具企業(yè)與國 外的差距還是很大。不過在模 具材料方面,隨著國外技術(shù)的 引進(jìn)和中國自身研發(fā)能力的 提高,差距在逐漸縮小。 在模具的價格和制造周 期上,國外模具價格一般是國 內(nèi)模具的5~10倍,制造周期是 2~3倍(一般把模具的調(diào)試時 間也算在制造周期之內(nèi)),在 這兩方面應(yīng)該說國內(nèi)模具企 業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢的。 二、鑄造模具的設(shè)計與制造技術(shù) 中國雖然是鑄造大國,但 遠(yuǎn)非鑄造強(qiáng)國,中國鑄造工藝 水平、鑄件質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)等較之先進(jìn)國家還有很大 差距。鑄造工藝方法以砂型鑄 造為主,其中手工、半機(jī)械化 造型仍占很大比例,但近年來 中國壓鑄工業(yè)發(fā)展迅速,每年 保持7%~10%的增長速度。中 國的汽車工業(yè)也正在成長過 程中,為了減輕汽車重量,轎 車的鋁、鎂輕金屬用量將進(jìn)一 步增長,這就對壓鑄件提出了 更高的質(zhì)量要求。中國鑄造工 藝裝備同先進(jìn)國家相比還有 一定差距。20世紀(jì)90年代以 前,鑄造模具的設(shè)計使用計算 機(jī)的很少,制造也主要以普通 萬能設(shè)備為主。進(jìn)入90年代, 巨大的市場需求,特別是汽 車、摩托車業(yè)的快速發(fā)展,極 大地推進(jìn)了中國鑄造模具業(yè) 的發(fā)展。同時隨著合資和獨(dú)資 企業(yè)的介入,國外先進(jìn)的模具 設(shè)備和制造技術(shù)的引進(jìn),促使 國產(chǎn)鑄造模具設(shè)計和制造技 術(shù)水平逐步提高,一些企業(yè)已 經(jīng)具備設(shè)計和制造大型精密 模具的能力,如一汽鑄造有限 公司鑄造模具廠設(shè)計制造的 一套3400t壓鑄機(jī)用的壓鑄模 具,總重達(dá)33.5t,是目前國產(chǎn) 壓鑄模中最大的模具。 20世紀(jì)90年代以來,鑄造 模具業(yè)在設(shè)計和制造方面的 主要變化有: (1)模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù) 水平提高,高新技術(shù)在模具的 設(shè)計和制造中的應(yīng)用,已成為 快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保 證。CAD/CAM/CAE的應(yīng)用, 顯示了用信息技術(shù)帶動和提 升模具工業(yè)的優(yōu)越性,CAD/CAM/CAE已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的 技術(shù)。CAD/CAM一體化技術(shù)已在鑄造 模具業(yè)中廣泛使用,目前二維設(shè)計使用 的軟件主要是AutoCAD,三維設(shè)計使用 的軟件比較多,主要有Pro/E、UG、Cima- tron等。 目前一汽鑄造模具廠的3D設(shè)計已 達(dá)到95%以上,在三維設(shè)計后使用三維 虛擬裝配檢測技術(shù)對裝配干涉進(jìn)行檢 查,保證了模具設(shè)計質(zhì)量,確保了設(shè)計和 工藝的合理性。三維數(shù)據(jù)經(jīng)過CAM軟件 編輯,NC代碼直接傳輸?shù)綌?shù)控設(shè)備上進(jìn) 行模具加工。數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用,保證 了模具零件的加工精度和質(zhì)量,大大提 高了模具的準(zhǔn)確率和生產(chǎn)效率。CAE技 術(shù)也在逐步運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計、生產(chǎn)中,運(yùn) 用CAE技術(shù)模擬金屬的充填過程、分析 冷卻過程、預(yù)測成形過程中可能發(fā)生的 缺陷以及產(chǎn)品開發(fā)前期的凝固模擬,大 大優(yōu)化了工藝設(shè)計,縮短了試驗(yàn)時間。一 汽鑄造有限公司鑄造模具廠在一些大型 復(fù)雜模具,如發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、變速箱 殼體模具的設(shè)計中已經(jīng)開始應(yīng)用CAE技 術(shù)對流場、溫度場進(jìn)行模擬分析,工藝成 品率得到極大提高。 (2)銑削加工是型腔模具加工的重要 手段。高速加工(High Speed Machining, 簡稱HSM)是以高切削速度、高進(jìn)給速 度和高加工質(zhì)量為主要特徵的加工技 術(shù),具有工件溫升低、切削力小、加工平 穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑 削加工的5~10倍)及可加工硬材料(可達(dá) 60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn),因而在模具加工 中日益受到重視。高速加工技術(shù)引入模具工業(yè),提高了模具精度,大大縮短了模 具制造時間。研究表明,對于一般復(fù)雜程 度的模具,HSM加工時間可減少30%以 上。 目前,模具企業(yè)為了縮短制模周期、 提高市場競爭力,采用高速切削加工技 術(shù)越來越多。HSM一般主要用于大、中 型模具加工,如汽車覆蓋件模具、壓鑄 模、大型塑料模具等曲面加工,其曲面加 工精度可達(dá)0.01mm。在生產(chǎn)中采用數(shù)控 高速銑削技術(shù),可大大縮短制模時間。經(jīng) 高速銑削精加工后的模具型面,僅需略 加拋光便可使用,節(jié)省了大量修磨、拋光 時間。 增加數(shù)控高速銑床,是模具企業(yè)設(shè) 備投資的重點(diǎn)之一。 (3)電火花加工在鑄造模具制造中是 不可缺少的工藝方法。電火花加工對于 淬火后的深、小型腔的加工仍是有效的 方案。日本沙迪克公司的直線電動機(jī)伺 服驅(qū)動的數(shù)控電火花成型機(jī)床具有驅(qū)動 反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等 優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的電火花成型機(jī) 具有的P-E3自適應(yīng)控制系統(tǒng)、PCE能量 控制系統(tǒng)及自動編程專家系統(tǒng),在鑄造 模具制造中有其不可替代的作用。 (4)精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展,對 檢測設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模 具的精度已達(dá)2~3μm,鑄造模具的精度 要求也達(dá)到10~20μm。目前國內(nèi)廠家使 用較多的檢測設(shè)備有意大利、美國、德國 等具有數(shù)字化掃描功能的三坐標(biāo)測量 機(jī)。如一汽鑄造有限公司鑄造模具設(shè)備 廠擁有德國生產(chǎn)的1600mm×1200mm坐標(biāo)測量機(jī),具有數(shù)字化掃描功能,可以 實(shí)現(xiàn)從測量實(shí)物到建立數(shù)學(xué)模型,輸出 NC代碼,最終實(shí)現(xiàn)模具制造的全過程, 成功地實(shí)現(xiàn)逆向工程技術(shù)在模具制造中 的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括:英 國雷尼紹公司的高速掃描儀(CYCLON SERIES2),該掃描儀可實(shí)現(xiàn)激光測頭和 接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ),激光掃描精度為 0.05mm,接觸式測頭掃描精度達(dá) 0.02mm。 利用逆向工程制作模具,具有制作 周期短、精度高、一致性好及價格低等許 多優(yōu)點(diǎn)。 (5)快速原型制造鑄造模具已進(jìn)入實(shí) 用階段,LOM、SLS等方法應(yīng)用的可靠性 和技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水 平。 (6)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有 干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí) 型鑄造等技術(shù)。 (7)用戶要求模具交付期越來越短、 模具價格越來越低。為了保證按期交貨, 有效地管理和控制成本已成為模具企業(yè) 生存和發(fā)展的主要因素。采用先進(jìn)的管 理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)集成化管理,對于模具 企業(yè),特別是規(guī)模較大的模具企業(yè),已是 一項極待解決的任務(wù)。如一汽鑄造模具 廠基本上實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理,從生 產(chǎn)計劃、工藝制定,到質(zhì)檢、庫存、統(tǒng)計、 核算等,普遍使了計算機(jī)管理系統(tǒng),廠內(nèi) 各部門可通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享信息。 利用信息技術(shù)等高新技術(shù)改造模具 企業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)已成為必然。 三、鑄造模具用材料 鑄造模具用材料可分別選用木材、 可加工塑料、鋁合金、鑄鐵、鋼材等。 木模目前仍廣泛應(yīng)用于手工造型或 單件小批量生產(chǎn)中,但隨著環(huán)境保護(hù)要 求和木材加工性能差的限制,取而代之 的將是實(shí)型鑄造。實(shí)型鑄造以泡沫塑料 板材為材料,裁減粘貼成模樣,然后澆注 而成鑄件,該方法較之用木模,周期短、 費(fèi)用低。 塑料模的應(yīng)用呈上升趨勢,尤其是 可加工塑料的應(yīng)用日益廣泛。 鋁合金模由于重量輕尺寸精度較高, 因此應(yīng)用較廣泛。但近來應(yīng)用有減少趨 勢,部分已被塑料模和鑄鐵模所取代。