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| 提升模具技術水平的對策 |
| 發布日期：2011-02-14 10:00 |
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模具技術是一門涉及面廣、技術綜合性強的精密基礎工藝裝備技術，包括：各類模具設計、制造、保管、修理、調試、標準化、專業化生產、“四新”即：新技術、新工藝、新材料、新設備的開發與推廣應用……等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、計量、摩擦與潤滑、機械、電子、機電一體化、計算機等多門學科以及鑄、鍛、熱處理、有削及無削加工、檢測等有關工種，是一個要由上述眾多學科和工種共同打造的龐大的系統工程。故提升模具技術也是一項需要上述各有關科研、生產、管理各部門大力協同、長抓不懈，共同努力方可見效的工作。
欲較快提升模具技術，除應有個正確認識外，還應摸清家底，找準差距，看準目標，制定得力措施，在國民經濟長期穩定迅速發展的良好氛圍中，在國家已給出的優惠政策的扶植下，采取得力措施，調動有關方面的積極性，共同奮斗，肯定可以在較短時間內，在模具工業迅速發展中得到較快提升。
國內模具技術的現狀
長期以來，企業受計劃經濟時期的“大而全”、“萬事不求人”思想的影響，模具制造則作為各類機電產品主機廠的必備輔助車間，分散在各行業主機廠中，不僅影響模具專業化生產的發展而且也制約著模具技術的提升，至使國內模具技術一直在低水平徘徊，那時國內甚至沒有獨立的模具工業部門，也制約著國內制造業的發展。
改革開放以來，國內模具制造業從僅有150多個專業廠、六千多個生產廠點（多數為附屬于國有大中型企業的輔助生產部門）發展到今天成為擁有2萬多個生產廠點，從業人員達60萬，2004年產值超過500億元的獨立的工業部門。近年來模具技術得益于技術引進和日益增多的合資與外資企業的拉動，加上國家政策扶持，得到了迅猛的發展。但國內模具技術的發展與進步很不平衡：中西部與東部沿海地區存在著明顯的差距；國有與合資及外資企業之間、鄉鎮集體和私營及中小型企業等與大型企業集團之間、兼業模具生產廠點與專業模具廠之間，在制模工藝上都存在著相當差別。這種不平衡狀態與格局，將隨著國民經濟長期高速穩定的發展和西部大開發的偉大進程，逐步得到改變。
近年來，國家采取了一些優惠政策和扶植措施，模具工業得到了較快發展，模具技術水平也得到一定提高。但至今國內急需的一些大型、高精度、高效率、高壽命及一些特殊專用配套沖模還依賴進口。據統計，近幾年，每年進口模具耗匯近10億美元。如轎國覆蓋件等大型模具，除一汽、二汽、天汽可制造少部分外，多數廠家依靠進口；精度在1T7級以上的精密儀表用小模數片齒輪類精沖件用復合精沖模也只有上海、北京、無錫等地少數幾個模具廠能夠制造；制模精度在μm級，如：要求制模精度為±3μm的15工位塑封器件引進極框架高精度連續模、彩色顯像管電子槍膜片22工位高精度連續模等大都靠進口。
用先進制造技術改造并提升傳統的模具制造技術，國內還有待普及。制模新技術新設備應用不普遍。在刃口模制造中，雖然大多也采用電火花線切割工藝，但沒有完善的后續加工。國外在精密刃口模制造中，特別是微間隙復合沖裁模、高精度多工位連續沖裁模、精沖復合模制造中，不僅采用高精度NC或CNC線切割進行粗加工和半精加工，還用NC或CNC連續軌跡座標磨床進行超精密磨削實施精加工，最后再研磨拋光，不僅精度可達±0.001～±0.0005mm，表面粗糙度Ra≤0.2～0.05μm；電加工（用國產線切割機床）加工表面粗糙度Ra值一般僅為1.25～3.2μm，最高尺寸精度≥±0.005mm，其有害電蝕層有顯微裂紋，且硬而脆，極易崩刃，模具壽命必然降低。在模具型腔加工中，國內對中小尺寸型腔雖也用電火花穿孔工藝，但無完善的后續加工。對大尺寸型腔多用普通機床加工，采用數控機床的不多，采用高速銑削就更少了。國外則普遍采用數控機床加工，高速銑削也已普及。
標準化、通用化及典型化程度低、專業模具廠特別是有自己專長特色的專業模具廠少，而兼業與大企業自備模具廠點多，是目前國內模具行業一大特點。這些特點形成專業化生產的集中度很低，效率不高，效益差。至今不少模具生產廠點的全員勞動生產率僅10～20萬元。而國外大多在20萬美元以上。當然，國內模具及其標準零部件價格過低也是一個影響因素。
提升模具技術水平的重要性、緊迫性與可行性
模具是成批和大量生產各種機電與家電產品零件必備的基礎工藝裝備，是進行少無切削加工的主要工具。模具技術水平的高低，直接影響到產品質量、產量、成本、新產品的投產及老產品更新換代的周期以及企業產品結構調整速度與市場競爭力。所以模具技術水平是衡量一個國家制造業技術水平的重要標志。模具工業的發展是國家制造業發展的前提。故模具及其技術水平在國民經濟發展中占據十分重要的位置，具有重大的經濟意義。
據有關行業近年來統計，包括：汽車、儀器儀表、電器開關、家電、農機等機電產品大量生產用模具，約65%左右為冷沖模，20%左右為塑料模，壓鑄模與鍛模占5%，其他模具如：陶瓷模、橡膠模、玻璃模、粉冶模、精鑄用蠟模、硬模等合計約為10%。不同行業、不同產品使用模具的種類、數量各不相同，尤其是一些專業零配件生產廠家使用模具種類少但數量大。縱觀國民經濟五大支柱產業：機械、電子、汽車、石化、建筑的發展及其對模具的需要趨勢來看，注塑模、壓鑄模需要量在穩步增長，冷沖模則隨產品結構輕型化與鋼板、帶鋼產量及品種規格的增長，需求一直長盛不衰。模具工業的發展有力的支承著制造業的發展。而制造業長期穩定的高速發展要求并促使模具工業更快的發展。近年來，模具工業能夠以年產值15%左右增長，主要靠增加數量，特別是大量新建廠點的投產和各地迅速掘起的一批“模具城”陸續建設及投產，中低檔模具已基本可以滿足國內需求。有關方面對模具的質量與模具廠的效益則關注與考核不多。模具質量差、壽命低的問題，一直未能有大的改觀。原本一套模具可以完成的產量和達到要求的，現在要2～3套模具才能解決問題，造成人、財、物的巨大浪費。
國內模具行業急待解決的問題
1、各個層次的模具技術人材不足，尤其是高級模具鉗工、CNC數控機床操作工、高級模具設計人員等，需求缺口較大。
2、模具標準化程度不高，模具及其零部件的商品率太低。
3、模具制造的專業化程度和集中度有待進一步提高。
4、模具修理機制不健全，因修模拖期影響生產的事時有發生。
5、模具壽命偏低，使模具費占有產品成本比率過高且長期居高不下。
6、模具及零部件市場價偏低，模具修理費用更低，而且沒有市場指導價，完全靠購銷雙方“議價”，地區與廠際之間價差懸殊。
7、模具新技術、新工藝、新設備、新材料推廣應用緩慢，特別是國內自行開發的模具新材料大多至今未能推廣應用。
8、設備老化嚴重，新度系數低，設備超期服役的情況很普遍。
9、各類模具的標準及技術指導性文件不齊全，特別是與國際市場接軌的各類模具國家標準（GB）缺口大。
10、模具鋼的精煉和模具鍛坯的鍛造技術推廣應用問題，至今未能解決。
以上問題普遍存在于模具制造的企業與國內模具市場中。筆者僅僅是從技術的角度，從提升國內模具技術水平的需要出發，歸納各方面存在的問題而提出的。不同地區、不同企業模具技術水平和發展情況各異，東部地區新建的大型專業模具廠情況會好一些，問題少一些。但制模工藝水平的提升，尤其模具總裝與調試技術的提升，要靠高級技師的技能和實踐經驗，而這些都與模具壽命密切相關。模具技術水平的高低、模具質量的好壞。制模工藝水平如何，最終都反映在模具壽命上。至今各類模具壽命普遍偏低的實際情況已成為令人疾首的老大難和提升模具技術水平的瓶頸。
應該和需要采取的基本對策
1、培養和造就急需的模具技術人才
提升模具技術水平要靠與模具行業有關的、為模具制造各環節服務的各學科、各工種的專門技術人才。模具滿足國內市場需求和參與國際市場競爭要憑模具制造質量、交貨期、成本、技術實力等各方面……歸根到底是人才競爭。與模具有關的專業技術人才，包括：從模具鋼研試開發、冶煉、鍛造與加工，模具各種標準的制定與宣貫，各類模具的設計與制造及修理，模具新技術、新工藝、新材料、新設備等“四新”的開發與推廣應用，各級營銷與管理等方方面面，從科研、設計到制造、修理、保管、使用等各個環節的不同層次的高、中、初級專業技術人才，要通過不同途徑進行培養。三年可以培養一個普通專業技術工人、熟練的操作工，十年未必能培養出一名優秀的模具鉗工。模具制造是單件生產，是技術密集和技能密集要求很高的產業。模具鉗工需要有車、銑、铇、磨、鏜、鉆、鉸等專業工種的加工知識和基本操作技能，掌握模具加工零件的裝配技術并能解決出現的問題。一個模具制造技師應具有模具零件加工及模具總裝與調試技能。這種人才的培養要經過長期實踐的磨煉，不是辦個培訓班，上過什么學校，領個什么證就可以有這種能力的。
2、模具標準化是模具專業化生產的前提，提升模具技術水平，使模具制造獲得高速發展，滿足國內制造業的需求并迅速擠身國際市場，標準化是一個重要的基礎。長期以來國內模具標準化已做了大量的工作，在專業化生產、進入市場流通以及國內外技術交流等方面已發揮了應有的作用。目前需要注意和應著手解決的問題是：
（1）填平補齊行業模具標準，充實現行國家模具標準。
（2）與國際模具協會即ISTA：International Special Tooling Association密切合作，使國內模具標準與ISO/TC29/SC8制定的有關模具標準靠攏或直接采用ISO模具標準，以便于與國際接軌進入國際市場。
（3）沖模標準，量大面廣，早在1981年12月發布并于1984年1月開始實施的GB2851～2875-81《冷沖模》國家標準經過1990年以后的多次修改與調整，大部分已調整為機械行業標準JB，目前急需的基礎標準、工藝與質量標準、模架及零部件標準等都有較大缺口，如沖模零部件國際GB僅48個，而機械行業標準JB中這類標準已達94個。國家標準不齊全影響到沖模的專業化生產及模具技術的迅速提高。
3、模具新材料的推廣應用及模具鋼的二次精煉
國內開發的高級優質模具鋼品種不少，已納入國際的如：6Cr4W3Mo2VNb（65Nb)、7Cr7Mo2V2Si（LD）、7CrSiMnMoV（CH-1）、6CrNiMnSiMoV（GD）、8Cr2MnWMoVs（8Cr2S）等，至今在市場上難以尋覓，推廣應用則更無從談起。其他常規用模具鋼，國內市場供應多為未經精煉的粗鋼軋材或鍛材，按國標GB1298、1299碳素工具鋼、合金工具鋼技術條件以及行業標準JB/T6058-92、8420-96等有關模具鋼熱處理技術條件，均要求模具鍛坯采用足夠的鍛壓比例，用合理的鍛造程序與鍛打操作，使鍛坯不僅達到要求的外形與尺寸，經過合理的鍛后處理，內部金相組織與碳化物分布級別要符合不同類型模具的要求。沖模特別是精沖模要求其鍛坯是達不到的。迅速組織冶金部門生產供應精煉模具鋼已迫在眉捷。建議先從T8、T10、T10A等碳工鋼、Cr12、Cr12MoV、GCr15、CrMWn、5CrNiMo、5CrMnMo等合金工具鋼以及W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等高速鋼做起，逐步拓展，滿足需求。
4、抓緊模具技術的“四新”開發、推廣應用，促進模具技術水平的迅速提升，以下幾項是國內模具技術領域應加速研試開發與推廣應用的“四新”項目：
（1）模具CAD/CAE/CAM技術
以三維造型為主的模具設計、模具制造、相關工藝信息的數字化傳遞及轉換所形成的CAD/CAE/CAM一體化技術已在國內汽車大型覆蓋件模具上得以推廣應用。隨著汽車工業，尤其轎車制造的迅速發展，通過技術引進，合資、合作，使國內汽車模具制造有了長足進步，汽車大型覆蓋件模具已逐步普及CAD/CAM技術，而在其他行業的模具中推廣普及尚待時日。
（2）高精度磨削加工技術
沖模型孔加工主要依靠磨削及數控電火花線切割加工（WEDM）。在磨削加工中，成形磨、坐標磨、光學曲線磨等精密加工工藝及裝備在國內已廣泛應用。WEDM在沖模型孔加工中已起到不可替代的作用，國內外沖模制造等加工都離不開WEDM。但在高精度沖模制造中，尺寸偏差都以μm計，有些尺寸允差僅0.5～1μm，只能用精密磨削才能達到要求。故高精度彈壓卸料導板式多工位連續模、鑲拼結構沖模及高精度、高效率、高壽命的“三高”模具等多數要用精密磨削工藝制造。
磨削加工精度高，質量好、表面粗糙度Ra值小，在精密模具加工中得到廣泛應用。
數控成形磨床，采用數控成形修整砂輪，緩進給、大切深一次磨削成形，提高了加工效率，并具有±3.0μm較高的成形精度，國內目前使用不夠廣泛。
CNC數控光學曲線磨床可進行三軸聯動磨削合金鋼、硬質合金的凸模與凹模、鑲塊、樣板等，磨削精度一般可達±2.0μm。上海第三機床廠開發的MK9020數控光學曲線磨床，除具有一般的數控光學曲線磨床功能外，還可進行坐標磨削加工。
CNC數控連續軌跡坐標磨床，已由二維加工向三維磨削加工的方向發展，擴大了加工功能。美國穆爾特殊工具公司制造的CNC連續軌跡坐標磨床加工精度可達0.5μm，國內目前應用不多
（3）高精度電火花線切割（WEDM）加工技術
WEDM的發展及在模具加工中的應用使沖模制造工藝技術發生了重大變化，由過去主要依靠磨削加工發展為WEDM、磨削加工（或拋光）并存，并以WEDM為主的發展趨勢。在普通全鋼沖模制造中，電加工制模工藝在國內已得到普及。
WEDM特別是低速走絲數控電火花線切割機床（LWEDM）的發展，功能完善，自動化程度已達到可無人看管運行的程度。其加工工藝水平：生產率達到300mm2/min，加工精度可達到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。直徑0.03～0.1mm細絲精密切割技術的開發，可實現凹、凸模一次切割完成，并可進行0.04mm的窄槽及半徑0.02mm內圓角的切割加工。錐度切割技術已能進行300以上錐度的精密加工，國內在這方面的研究、開發也已取得了進展。目前，與國外先進水平相比，尚有較為明顯的差距。
LWEDM用于精度模具加工，重點需要解決的問題是加工表面變質層小于1.0μm，Ra0.1～0.2μm。要解決這個問題，除了優化工件材料及電極絲材料外，主要采取多次切割、防電解作用及放電能量分配等措施，這些在國外已取得了良好的效果，LWEDM加工的模具壽命已接近磨削（研磨）加工的模具壽命。國內在這方面還有較大差距。
（4）鏡面拋光技術
薄料高精度沖件的沖裁模刃口、壓印模與壓花模型腔、凸肚脹型模腔以及異形拉深件、變薄拉深件、體積沖壓模腔、壓鑄模、塑料模、精鍛模、橡膠模、玻璃模等模具型腔，都要在完成制造的精加工階段進行研磨拋光，近年來國外采用鏡面拋光加工。
拋光加工是模具制造中提高沖模壽命的重要手段之一。生成軌跡的自動拋光機是拋光加工的發展方向。據有關資料介紹，德國66%的模具，日本、美國30%的模具采用自動拋光機拋光，國內也在研究、開發，也已取得很好的成果。
經拋光加工的精磨金屬表面可達到鏡面。國內可拋至Ra0.05μm的鏡面，拋光設備、磨具磨料等都可滿足需要。現在正研究開發拋至Ra0.025μm的設備、工藝及磨具磨料。對于透明度要求高的產品注塑件注塑模，如相機、CD、VCD光盤等注塑模具目前仍需依靠進口。
磨削加工技術可以實現鏡面加工，磨削加工最好的表面粗糙度可達Ra0.04μm，已達到了鏡面要求。但是，近年來“鏡面”概念有擴展的趨勢，有人把表面粗糙度Ra0.1～0.2μm的加工也稱為鏡面加工，故沖模刃口、模腔表面都屬于鏡面加工范疇。
（5）高速銑削加工技術
近年來，在型腔模制造方面采用高速銑床進行加工、半精加工甚至高精度加工都已取得很好的技術經濟效果。高速銑削工藝用于較大尺寸的沖壓成形模腔加工，也同樣是可行的。高速銑削加工在模具制造中使用具有以下特點：
（a）高效：高速銑削的主軸轉速一般為15000～40000r/min，最高可達100000r/min。在切削鋼時，其切削速度約為400m/min，比傳統的銑削加工高5～10倍；在加工型腔時與傳統的加工方法：銑削、電火花成形加工、拋光等這一套老工藝相比，效率提高4～5倍；與完全采用EDM加工相比，其加工速度提高4～8倍。
（b）精度高：一般加工精度為10μm，有的精度還要高。
（c）表面質量高：由于高速銑削的工件溫升小，僅約30C，故表面沒有變質層及微裂紋，熱變形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm。
（d）可加工高硬材料：可銑削HRC50～54的鋼材，銑削的最高硬度可達HRC60以上。這些特點都優于EDM加工，由此可見，高速銑削加工工藝及裝備無疑是模具制造技術重要的發展方向。
5、重視模具修理健全模具修理機制
模壓零件的成本包括材料費、加工費、模具費三大部分。其中，模具費由模具制造、修理、修模停工損失三部分費用組成。在正常情況下，模具費約占零件成本的15%～25%。隨著沖件產量的增大，模具費占其成本的比率逐漸減小。模具制造費是個相對不變的數值，模具修理費按規定修理周期計算也是個定值，而修模停工損失費則是波動范圍很大的變數。所以，通過對模具的及時而高質量的修理，提高模具壽命，便可有效地降低模具費占模壓零件成本的比率。
模具修理是一項涉及面廣、工藝技術含量高且復雜、技術與服務性都很強的修配工作。目前，普遍存在的“重制造、輕修理”甚至“只制造、不修理”的現象，不僅使模具修理不能進入模具市場，而且會影響生產并縮短模具壽命。另外，能承接修模或有條件承接修模的模具專業廠很少。究其原因，除了沖模修理類別劃分，工作量與費用計算等無法可依，無標準規范可循之外，修模技術要求高、難度大、工藝復雜，也使一些模具專業廠望而卻步。
近年來，激烈的市場競爭促使企業進一步深入與細化成本核算工作，并從中認識到，提高模具壽命是降低產品成本的重要手段。而搞好模具修理，不僅是提高沖模壽命的關鍵環節，也是減少模具費開支、降低模壓零件生產成本的有效途徑之一。同時，將模具修理推向模具市場，規范模具修理的商業行為，使其適應生產發展的需要，對提高模具壽命，使模具的制造與修理都步入市場流通的良性循環中，徹底消除模具用戶的后顧之憂，為企業降低產品成本起著重大作用
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