模具快速成形技术 李晓燕

第一章 绪论

本章内容 模具和模具工业 模具制造技术的发展趋势 模具先进制造技术 我国模具先进制造技术的发展

模具制造的需求 模具工业兴旺： 新型材料性能的提高，在更多领域替代了金属零件，而且性能毫不逊色。

模具制造的需求 最终用户对产品的要求：使用性能、价格成本、人体工程学要求、视觉美学要求 用户对产品的性能、个性化、美学要求也处进了模具的发展。

CAD/CAM为实现复杂模具的开发奠定技术基础 列出一些商业软件：UG、ProEngineer、Solodwork

1.1 模具和模具工业 模具的重要性： 金属零件粗加工的75%、精加工的50%和塑料零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。模具制造已成为先进制造技术的一个重要组成部分。 模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发都依赖与模具，特别是汽车、电子电器、轻工、航空等行业。 模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础工业。模具被誉为工业之父，其技术集现代工业产品制造技术之大成。

模具在现代工业中的地位 据统计，利用模具制造的零件，在飞机 、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%～70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工业产品中占85%以上。

模具在现代工业中的地位 汽车工业，一个车型的轿车共需4000多套模具，价值2～3亿元。在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。

1.1 模具和模具工业 模具的重要性： 模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。 没有型腔模、压铸模、铸模、拉深模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。 在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。

1.2 模具制造技术的发展趋势 1.2.1 模具制造的基本要求 制造精度高 使用寿命长 制造周期短 模具成本低

典型模具零件的制造工艺

1.2 模具制造技术的发展趋势 1.2.2 传统模具制造向现代模具制造过渡 计算机、自动化、网络通信技术的有机结合极大刺激了现代制造技术的发展 CAD/CAE/CAPP/CAM技术可以有效地提高设计和制造的效率、质量，降低模具制造成本 新的组织管理如并行工程、精益生产、敏捷制造等可以使企业提高效率、节约成本、集中优势、反应敏捷，提高市场竞争能力

1.2.3 现代模具制造的特点 传统制模 现代制模 制模质量 制模流程 制模评价 依赖于人为因素， 再现能力差， 整体不易控制 依赖于物化因素， 再现能力强， 能够整体控制 制模流程 串行方式进行，容易造成设计和制造脱节， 重复劳动多，加工周期长 并行方式进行，共享数学模型和数据库 并行通信，相互协调 重复劳动少，加工周期短 制模评价 通过试模进行评价，返修多，成本高 计算机仿真和模拟来完善模具结构，返修少，成本低

1.4.2 我国模具工业的现状--成就 研发了几十种模具新钢种和硬质合金材料以及相应的热处理工艺 发展了多工位级进模和硬质合金等新产品,以及一批精密塑料注射模具 开发了一些新技术新工艺，如三维曲面数控仿形加、模具表面抛光、模具钢的超塑性加工和各种快速模具制造技术 模具加工设备得到较大发展 模具CAD/CAM技术得到较广泛的应用，模具计算机仿真技术得以应用 各个大中院校培养了一批高级模具技术人才

1.4.2 我国模具工业的现状 中国约有模具生产厂2万余家，从业人员50多万人，2004年我国模具工业总产值超过530亿美元。近10年来，中国模具工业的一直以每年15%左右的增长速度快速发展。  2004年进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长了18%、32.4%和45.9%。进出口相抵后的净进口达13.2亿美元，为净进口量加大的国家。 2001年,中国工程院的调查结论: 1）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的4/5 3）为国家财政提供1/3以上的收入 4）贡献出口总额的90% 5）就业人员8043万 改革开放20年来中国制造业的进步： 1）引进国外先进技术2500多项，占全国的1/3以上。近几年发展的新产品，50%达到80年代中后期的世界水平。 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280万辆以上（其中轿车120万辆以上），大中型发电设备1200万千瓦以上（火电1000万千瓦，水电200万千瓦），大中型拖拉机11万台以上，金切机床10万台以上。 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。 4）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。 5）一些新产品的技术水平已达世界先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人等产品

1.4.2 我国模具工业的现状 450亿，每年10%以上的速度增长。 对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年15%的增幅。 汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。2005年汽车年产量570万辆。 家用电器在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。 其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。 2003年产值达到450亿元，从业人数约50多万。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。 按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后，位居世界第三。 2003年增长25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%以上。 对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年15%的增幅。 汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。预计到2005年汽车年产量将达300万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，到2005年汽车行业将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。  家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。 其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

1.4.2 我国模具工业的现状 国内模具企业规模普遍偏小。 全国模具产值过亿元的企业不过14家 产值在5千万元至1亿元的企业有19家     1.4.2 我国模具工业的现状 国内模具企业规模普遍偏小。 全国模具产值过亿元的企业不过14家 产值在5千万元至1亿元的企业有19家 产值在3千万元至5千万元的模具企业有24家 产值在1千万元至3千万元的企业达到100家 规模最大的一汽模具制造有限公司其全年产值也不到3亿元。 国内模具企业属于典型的中小企业，而且民营企业占据了半壁江山。 与国际模具先进制造水平比较，仍有很大差距

1.4.2 我国模具工业的现状 在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。     1.4.2 我国模具工业的现状  在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。 我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到3-5um。 塑料成形模具设计单型腔，简单型腔的模具达70％以上，仍占主导地位。模具平均寿命约为80万次左右。达到了90年代初的国际先进水平。 有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿 次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国 际先进水平。 我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水 平还较低。一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料 注射模已经能初步设计和制造。主要差距是模具零件变 形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀 严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到 5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超 过100腔，

    1.4.2 我国模具工业的现状 中国的模具生产目前主要集中在华南和华东，大约占了全国模具制造业产值和销售额的2/3，每年平均增长在20%左右。 华南模具生产企业主要集中在广东省。广东全省模具生产企业总数目前已有6000家以上，产值已超过150亿元人民币。华东模具生产企业主要集中在浙江、江苏、上海，其模具产值也超过150亿元人民币，其中浙江省的宁波市和台州市最为集中。 山东省、安徽省和四川省的模具工业也发展很快,在全国占有重要地位。  中国两万多个模具生产厂点，从业人数约50多万。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

中国模具生产企业(模具产值超过2000万元) 1.揭阳市天阳橡胶机械有限公司 2.浙江模具厂 3.青岛海尔模具有限公司 4.东风汽车模具厂 5.联盛(番禺)塑料五金模具有限公司 6.深圳康佳精密模具制造有限公司 7.铜 陵市三佳集团宏光异型材模具厂 8.铜陵市三佳(电子)集团有限责任公司 9.沈阳子午线轮胎模具有限公司 10.上海紫燕模具工业有限公司 11.广东科龙模具有限公司 12.上海龙记金属制品有限公司 13.跃进汽车集团公司模具厂 14.顺德市美的模具制造有限公司 15.上海斯米克金刚石模具有限公司 16.一汽模具制造有限公司 17.黄岩模具二厂 18.浙江赛豪实业有限公司 19.新余市锻压有限责任公司 20.天津汽车模具有限公司 21.柳州微型汽车厂工模具车间 22.大连瓦轴集团模具制造有限公司 23.河南安阳彩色显像管玻壳公司模具厂 24.广东增城市塑料模具标准件厂 25.无锡市模具厂 26.厦门华侨电子企业有限公司模具厂 27.福建晋江光宇电脑模具有限公司 28.上海夏普模具工业控制系统有限公司 29.陕西渭河工模具总厂 30.山东诸城市宏达模具股份有限公司 虽然我国模具生产企业20000多家，但上规模的不多，这是中国模具协会统计的产值超过2000万元的企业。其分布也主要在华东和华南。

人均模具产值超过10万元的企业名单 1.揭阳市天阳橡胶机械有限公司 2.上海紫燕模具工业有限公司 3.深圳市康佳精密模具制造有限公司 4.青岛海尔模具有限公司 5.铜陵市三佳集团宏光异型材模具厂 6.昆山大型塑料模架厂 7.上海龙记金属制品有限公司 8.上海电表厂模具分厂 9.青岛塑料模具实业公司模具厂 10.广东科龙模具有限公司 11.河南安阳彩色显像管玻壳公司模具厂 12.宁海县广达制模有限公司 13.柳州微型汽车厂工模具车间 14.深圳市兴龙机械模具有限公司 15.宁波市北仑区大矸华达塑料模具厂 16.宁海县第一注塑模具厂 17.宁海县跃飞模具有限公司 18.浙江黄岩中亚模具有限公司 19.鄂州鄂丰精密模具有限公司 20.浙江黄岩模具六厂 21.宁海县上达机械模具厂 22.厦门华侨电子企业有限公司模具厂 23.上海斯米克金刚石工模具有限公司 24.宁波市北仑区塔山寺东风模具塑料厂 25.江苏惠中模具制造公司 26.浙江模具厂 27.上海腾飞模具技术开发公司 28.深圳市龙华实业公司 29.慈溪市鸿达电机模具制造中心 30.上海夏普模具工业控制系统有限公司 31.天津汽车模具有限公司 32.湖北普辉模具有限公司 这是我国模具生产企业人均产值超过10万元的企业，可见和20000家企业相比，还是一个很小的比例，也说明大多数企业主要生产简单、附加值不高的模具。

1.4.2 我国模具工业的现状 模具行业结构调整步伐加快 大型、精密、复杂、长寿命模具及标准件的发展； 塑料模和压铸模比例增大；     1.4.2 我国模具工业的现状 模具行业结构调整步伐加快 大型、精密、复杂、长寿命模具及标准件的发展； 塑料模和压铸模比例增大； 面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。 “三资”及民营企业发展很快。  发展不平衡 东南沿海地区发展快于中西部，南方快于北方。 模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的2/3以上。  

    1.4.2 我国模具工业的现状 国家大力扶持。从1997年开始对部分重点专业模具厂家实行部分增值税返还70%的优惠政策。该政策有力地促进了国内模具产业的发展。享受该政策的模具企业共有160家。 模具行业增值税返还的优惠政策于2005年底中止。 从1997年全国模具总产值的200亿元到2004年的530亿美元，发展迅速，增值税返还政策取消，国内模具行业发展速度是否会受到冲击？是否会影响到企业投资发展的积极性？模具行业达到国际先进水平的时间是否将延期？

1.4.2 我国模具工业的现状 模具属于典型的高投入产业，没有高精度、质量好的加工设备也无法生产高水平的模具。     1.4.2 我国模具工业的现状 模具属于典型的高投入产业，没有高精度、质量好的加工设备也无法生产高水平的模具。 国外高质量、高精度的数控加工中心、电火花、线切割等加工的模具设备动辄几百万，上千万，且设备更新、淘汰很快，折旧率高 模具企业民营企业居多，受信贷、投资政策的影响，其追加投资的资金很难筹集。 如果没有国家一定的支持，很难跟上模具快速发展的步伐。投资稍有不慎，就会亏损，甚至倒闭 中国已加入WTO，有义务按照世贸的原则行事，不能违反世贸组织所倡导的“国民待遇”。

    1.4.3 模具先进制造技术的发展对策 三分技术、七分信息、十二分人才 单一化组织与协作团队 模糊的经验与信息的准确表达 全球化与区域经济

1.4.3 模具先进制造技术的发展对策 广泛采用各种先进的制造技术并使之不断发展完善，是促进模具工业兴旺发达的必由之路。     1.4.3 模具先进制造技术的发展对策     广泛采用各种先进的制造技术并使之不断发展完善，是促进模具工业兴旺发达的必由之路。 发展趋势：客户化、小批量和快速交货 总的趋势：高效化、精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、集成化和全球化。 模具产品要达到：功能、交货期、质量、价格、和服务均优良，即FTQCS五要素缺一不可。

    1.4.3 模具先进制造技术的发展对策 高速数控加工 特种加工技术 反求技术 快速成形与快速模具 表面工程技术进展 模具企业的管理模式

本课程重点讲述的内容 绪论 现代材料成形加工方法概述 特种加工技术 高速加工技术 反求工程 快速成形 快速模具 功能材料快速成形技术     本课程重点讲述的内容       绪论 现代材料成形加工方法概述 特种加工技术 高速加工技术 反求工程 快速成形 快速模具 功能材料快速成形技术 模具表面处理