模具快速成形技术 李晓燕.

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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