1.2 模具制造技术的历史、现状及发展趋势

1.我国模具制造的历史及现状

我国虽然很早就开始制造和使用模具，但长期以来未形成产业。建国初期，我国的工业基础较差，模具的制造主要依靠钳工手工完成，模具的数量及品种很少，并且多为单工序模、简单复合模、少工序的级进模和机外脱模的塑料压缩模。

1956年，成型磨削开始应用于模具加工中，模具可以在淬火之后进行精加工，初步解决了模具热处理变形的问题，提高了模具寿命、质量及精度，但成型磨削只能加工分体式模具。1959年，电火花成型机床开始应用于模具生产，采用电火花成型加工凹模、卸料板型孔（采用成型磨削方法加工凸模和电极），可以加工整体模具，使模具制造技术得到了较大的提高。1963年，模具开始采用电火花线切割进行加工，可加工出复杂形状、细小的型孔和外表面，大大地减轻了模具钳工的手工作业，从此模具制造技术有了质的飞跃，可以实现更为复杂、精密的模具加工。随着对模具需求的日益增加，通过引进国外模具先进技术和设备，制定模具国家标准、开发模具新材料等一系列措施，使得我国模具制造技术水平不断提高，我国的模具工业开始形成。

20世纪80年代以来，我国的模具工业发展较快，在模具技术的基础理论、模具设计与结构、模具制造加工技术、模具材料以及模具加工设备等方面都取得了实用性成果。目前，全国已有模具生产厂家数千个，职工人数十万，每年能生产上百万套模具。近年来，我国模具技术的发展进步主要表现在以下几个方面。

① 模具标准化工作是代表模具工业和模具技术发展的重要标志。已经制定了冲压模、塑料模、压铸模和模具基础技术等50多项国家标准，300多个标准号，模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展，模具的商品化程度也随之大大提高。

② 研究开发了模具新钢种及硬质合金、钢结硬质合金等新材料，并采用了一些新的热处理工艺，延长了模具的使用寿命。例如，冲模广泛使用合金工具钢代替碳素工具钢，提高了模具寿命，减少了模具热处理变形。

③ 开发了一些多工位级进模和长寿命硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密塑料注射模。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模覆盖面大增，已从电动机、铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。如生产的电动机定子、转子硅钢片硬质合金多工位自动级进模的步距精度可达2μm，寿命达1亿次以上；塑料模具已能设计制造汽车保险杠和整体仪表盘等大型注射模，彩色电视机、洗衣机和电冰箱等精密、大型注射模，塑料模热流道技术日臻成熟，气体辅助注射技术已开始采用；压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模等。

④ 在模具生产中采用了许多新工艺和先进设备，不仅改善了模具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。如电火花加工、电解加工、电铸加工、陶瓷型精密铸造、挤压成型（冷挤压、热挤压、超塑成型）技术以及利用照相腐蚀技术加工皮革纹等加工技术已在型腔加工中被采用。特别是模具成型表面的特种加工工艺的研究和发展，使模具加工的精度和表面粗糙度都有很大的改善；为了满足新产品试制、小批量生产的需要，我国模具行业制造了多种结构简单、生产周期短、成本低廉的简易冲模，如钢皮冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模具、锌合金模具、组合模具、通用可调冲孔模具等。模具加工设备是提高模具制造水平的关键，国内已能批量生产精密坐标磨床、数控铣床、数控电火花线切割机床、高精度电火花成型机床、精密电解加工机床、三坐标测量仪、挤压研磨机等模具加工和测量用的精密高效设备。如为了对硬质合金模具进行精密成型磨削，研制成功了单层电镀金刚石成型磨轮和电火花成型磨削专用机床。数控铣床、加工中心等设备已在模具生产中广泛使用，电火花和线切割加工已成为冷冲模制造的主要手段。

⑤ 模具计算机辅助设计和计算辅助制造（模具CAD/CAM）已在国内得到了广泛的开发应用。三维造型软件和仿真软件的广泛应用，不仅能自动编程，还能进行干涉检查，保证设计和工艺的合理性。

2.存在的问题

尽管我国模具工业发展较快，制造技术水平也在逐步提高，但与工业发达国家相比仍存在较大差距，主要表现在专业化和标准化程度低、模具品种少、制造周期长、精度差、寿命短。

模具是一种生产效率很高的工艺装备，其生产多为单件生产，因此，给模具生产带来了许多困难，为了减少模具设计和制造的工作量，模具零件的标准化工作尤为重要。标准化的模具零件可以组织批量生产，并向市场提供这些模具的标准零件和组件。制造一种新模具只需要制造那些非标准零件，再将它和标准零件装配起来便成为一套完整的模具，从而使模具的生产周期缩短，制造成本降低。

由于我国专业化生产和标准化程度低，大多数模具工厂规模小，先进设备不多，外购的标准件少，几乎全部零件都需自己加工，导致模具生产周期很长，加工精度不高，成本则较高。与进口模具比，国产模具价格低，模具材料较差，新材料使用少，加工精度和加工质量都较低，因此模具寿命短。许多模具（尤其是精密、复杂、大型模具）由于国内不能制造，不得不从国外高价引进。为了尽快改变这种状况，国家已采取了许多措施促进模具工业的发展，使之尽快掌握生产精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，使模具生产基本适应各行业产品发展对模具的需求。

根据我国模具技术发展的现状及存在的问题，今后工作的方向如下：

① 开发和发展精密、复杂、大型、长寿命的模具，以满足国内市场的需要；

② 加速模具的标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具生产周期；

③ 大力开发和推广应用模具CAD/CAM/CAE技术，提高模具制造自动化程度；

④ 积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料；

⑤ 发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。

3.模具制造技术的发展趋势

随着社会经济的不断发展，工业产品的品种增多、产品更新换代加快，市场竞争日益激烈。因此，模具制造质量的提高和生产周期的缩短显得尤为重要，促使模具制造技术的发展出现以下趋势。

（1）模具粗加工技术向高速加工发展

以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具零件外形表面粗加工发展的方向。其主轴速度可达40000～100000r/min，进给速度可达30～40m/min，换刀时间可提高到1～2s，模具硬度可达60HRC，表面粗糙度小于Ra1μm。高速铣削可以大大改善模具表面质量状况，并大大提高加工效率和降低成本。另外，毛坯下料设备出现高速锯床、阳极切割和激光切割等高速、高效率的加工设备。还出现了高速磨削设备和强力磨削设备等。

（2）成型表面的加工向精密、自动化发展

成型表面的精加工向数控、数字显示方向发展，推广应用数控电火花成型机床、慢走丝线切割机床、高精度连续轨迹坐标磨床、光学曲线磨床和数控成型磨床等先进加工设备，是提高模具制造技术水平的关键。

（3）光整加工技术向自动化发展

目前，模具成型表面的研磨、抛光等光整加工仍然以手工作业为主，不仅花费工时多，而且劳动强度大和表面质量低。而工业发达国家正在研制由计算机控制、带有磨料磨损自动补偿装置的数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光，大大提高光整加工的质量和效率。

（4）快速成型加工模具技术

这一领域的高新技术——快速原型制造（RPM）技术由美国首先推出，是伴随着计算机技术、激光成型技术和新材料技术的发展而产生的，被公认为是继数控技术之后的一次技术革命。它是通过计算机控制逐层堆积材料来制造复杂形状的实体样件或模具零件，不用工装和刀具就能实现零件的单件生产，可大幅度缩短制模周期，使模具设计和制造更加快速、经济、实用，对于多品种、小批量产品的生产具有重要的意义。

（5）模具CAD/CAM技术将有更快的发展

模具设计中常用的绘图软件有CAD、CAXA电子图板，常用的三维造型和加工软件有PRO/E、UG、CAXA机械制造工程师、MOSTERCAM等。用于模具设计制造的计算机软件日趋完善，并向智能化、集成化方向发展。运用三维造型和加工软件，可生成刀具轨迹并输出加工程序代码，通过仿真进行加工精度检查和干涉检查，从而保证设计和工艺的合理性。

（6）模具标准化程度将不断提高

我国模具标准化程度正在不断提高。目前，我国模具标准件使用率为30%，而国外发达国家一般为80%，为了适应模具工业的发展，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件生产也必须得到发展。尽量使用模具标准件和标准模坯，将一般模具零件和粗加工等工序由外加工完成，通过社会化协作生产，可大幅度缩短制模周期，降低模具成本。

（7）模具结构向大型化、精密化和多功能复合化方向发展

一模多腔、大型多工位级进模、大型复合模等高效模具的使用越来越广泛。在多工位级进模上开发多功能复合模，如将冲压、叠片、攻螺纹、铆接等工序复合在一副模具中的电动机铁芯组件多功能复合模，一副模就能生产成批的组件。超精加工和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。