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未來(lái)中國(guó)需要的模具設(shè)備與技術(shù)情況分析

Tag：未來(lái)中國(guó)   需要的   模具   設(shè)備與技術(shù)   情況分析  
    估計(jì)目前國(guó)內(nèi)模具年產(chǎn)值約為200億元人民幣。多年來(lái)，我國(guó)進(jìn)口模具逐年大幅上升，最高年份接近10億美元，而年出口不到1億美元。市場(chǎng)的需求和競(jìng)爭(zhēng)發(fā)出了振興我國(guó)模具、提高模具制造水平的呼喚。用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)制造技術(shù)是我國(guó)模具工業(yè)調(diào)整結(jié)構(gòu)、走向現(xiàn)代化的關(guān)鍵，也是機(jī)床行業(yè)開(kāi)拓模具制造設(shè)備市場(chǎng)的重要課題。
    1　模具制造的特點(diǎn)及對(duì)工藝裝備的需求
    沒(méi)有特色的產(chǎn)品是沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)能力的，特色來(lái)自市場(chǎng)的需求和對(duì)用戶(hù)的吸引力。所以探索模具工業(yè)現(xiàn)代化應(yīng)先研究模具制造的特點(diǎn)和要求。
    模具制造屬于單件多品種，要有試制性生產(chǎn)，準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，往復(fù)工序多，工序平衡困難，準(zhǔn)確估價(jià)難。為縮短周期，國(guó)外重視模具結(jié)構(gòu)典型化，零部件標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)件商品化，模具制造(工藝協(xié)作)專(zhuān)業(yè)化。目前國(guó)內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)化不到30%，與發(fā)達(dá)國(guó)家(70%～80%)差距較大。主要是缺乏高效高精度專(zhuān)機(jī)(有的廠目前仍用60年代用戶(hù)自制專(zhuān)機(jī))。生產(chǎn)廠小而多，使產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，效率低，形不成規(guī)模效益。
    模具按合同生產(chǎn)，隨機(jī)性大；影響模具成形因素多，模腔復(fù)雜，造型困難，信息量大；理論聯(lián)系實(shí)際(經(jīng)驗(yàn))要求高，設(shè)計(jì)工作量大。所以對(duì)CAD/CAE/CAM、DNC方式加工等要求迫切。
    模具多用于批量無(wú)屑加工，工作條件差，又要求壽命長(zhǎng)，因此對(duì)模具材料的要求高、熱處理要求嚴(yán)，其型腔尺寸精度、表面粗糙度直接影響制件質(zhì)量，能完成淬火后型面高效精加工的設(shè)備就成為提高模具制造水平的關(guān)鍵。為此，多年來(lái)設(shè)備行業(yè)集中機(jī)器制造冷熱加工技術(shù)和工藝精華，開(kāi)發(fā)模具加工設(shè)備，無(wú)論品種、數(shù)量都發(fā)展很快。其中高精度加工和特種加工設(shè)備應(yīng)用較多。數(shù)控機(jī)床具有高效、精密、柔性、自動(dòng)、集成等優(yōu)點(diǎn)，特別適合單件復(fù)雜零件制造，可加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的復(fù)雜形狀，較傳統(tǒng)機(jī)床提高效率3～7倍，所以數(shù)控機(jī)床的廣泛使用成為模具制造現(xiàn)代化的基礎(chǔ)條件。
    模具制造鉗工勞動(dòng)量占30%～40%，主要是型面拋光、裝配、調(diào)試、試模驗(yàn)收等。國(guó)內(nèi)多采用電動(dòng)、氣動(dòng)機(jī)械拋光、超聲拋光、電解拋光、磨料流拋光，國(guó)外現(xiàn)已發(fā)展自動(dòng)拋光機(jī)。據(jù)資料介紹：德國(guó)66%的模具廠，日本、美國(guó)30%的模具廠使用自動(dòng)拋光機(jī)。國(guó)內(nèi)也有單位在研究，目前效果尚不明顯。由于模具中的許多小孔、窄槽等拋光困難，國(guó)外采用高速銑減少拋光工作量。國(guó)內(nèi)在裝配調(diào)試上也制造翻模機(jī)、研合機(jī)等，但規(guī)格不全。車(chē)間物流設(shè)備也很落后，模具零件在加工周轉(zhuǎn)中常被銹蝕，既影響產(chǎn)品外觀，更不利于精密模具的制造。
    模具制品形狀復(fù)雜，尤其是精密模具采用普通量具滿(mǎn)足不了測(cè)量要求。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具廠普遍采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提出高精度、高速度(測(cè)量尺寸多)、可靠、易操作、具有三維掃描數(shù)字化系統(tǒng)，能高效測(cè)量自由曲面等要求；以減少模具信息轉(zhuǎn)換時(shí)間，縮短模具制造周期。并對(duì)探針提出高精度、小型化、長(zhǎng)控針、低壓接觸和非接觸測(cè)量的要求。利用補(bǔ)償降低對(duì)環(huán)境的要求，使測(cè)量機(jī)能實(shí)現(xiàn)廉價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)高柔性測(cè)量或在高精度數(shù)控機(jī)床上實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量的要求。三坐標(biāo)測(cè)量軟件功能要強(qiáng)，才能真正發(fā)揮出柔性測(cè)量的優(yōu)越性，達(dá)到信息及制造一體化的要求。
    綜上所述，模具制造技術(shù)發(fā)展的需求以信息技術(shù)改造傳統(tǒng)制模技術(shù)，使模具制造信息以數(shù)字傳遞為主，以反向工程模擬量的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息轉(zhuǎn)換、傳遞；以三維造型為先導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM一體化；以機(jī)械制造冷熱加工技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)精密復(fù)雜、淬硬型面加工的高效數(shù)控機(jī)床為核心，組成企業(yè)并行制造系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、高柔性、高自動(dòng)化的模具加工，滿(mǎn)足模具制造對(duì)高質(zhì)量、低成本、長(zhǎng)壽命、短周期、量大、面廣多層次的需求。
    2　模具制造工藝裝備現(xiàn)代化是模具振興的基礎(chǔ)
    工藝裝備是企業(yè)生產(chǎn)力的實(shí)體要素，是物化了的科學(xué)技術(shù)。工藝裝備水平是企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)，是企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志�，F(xiàn)從剖析日本模具工業(yè)發(fā)展來(lái)看工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家是怎樣利用工藝裝備更新提高模具制造水平的。
    50年代日本模具工業(yè)主要用普通機(jī)床，靠人工技能控制，模具尺寸精度在0.1mm左右，加工質(zhì)量波動(dòng)較大，模具水平取決于職工技能，稱(chēng)為技能型模具廠。
    60年代日本模具工業(yè)推廣了仿形銑床和低損耗電火花成形機(jī)，提高了模具制造的自動(dòng)化程度，模具尺寸精度可控制在0.05mm左右。加工質(zhì)量主要取決于設(shè)備和靠模、電極制造精度，使企業(yè)進(jìn)入設(shè)備型模具廠。
    70年代日本模具工業(yè)推廣了數(shù)控銑床、精密數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)。數(shù)控機(jī)床便于補(bǔ)償使模具制造精度達(dá)到0.01mm。具有高效率、高精度、高柔性的數(shù)控機(jī)床更適合單件、多品種具有試制性模具的制造。企業(yè)擺脫了對(duì)工人技能的依賴(lài)，發(fā)展到技術(shù)型模具廠。
    80年代日本模具工業(yè)推廣了連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床和數(shù)控電火花機(jī)床，使淬火后型腔、刃口加工精度達(dá)到3～5μm。模具CAD/CAM技術(shù)隨著圖形系統(tǒng)、工藝軟件的成熟，在微機(jī)上可完成較復(fù)雜的三維曲面編程，形成以數(shù)字傳遞為主、以反向工程模擬量掃描數(shù)字化為輔的模具制造信息系統(tǒng)。為適應(yīng)復(fù)雜模具型腔加工開(kāi)發(fā)了具有NC、TC、NTC、NC/TC多種加工方式的功能型模具加工中心。機(jī)床還設(shè)有ATC、ASC等來(lái)減少輔助工時(shí)，提高了自動(dòng)化程度。多軸數(shù)控仿形銑、電極成形機(jī)進(jìn)一步提高了效率。CAD/CAE/CAM一體化，機(jī)床群控化(DNC)測(cè)量掃描信息傳遞現(xiàn)場(chǎng)化形成DMS(模具制造系統(tǒng))，許多機(jī)床廠推出了先進(jìn)的模具制造系統(tǒng)，使企業(yè)具有高質(zhì)量短周期的技術(shù)保證，進(jìn)入信息型模具廠。
    90年代隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的迅速發(fā)展，模具CAD/CAM水平提高并推廣。在大型模具復(fù)雜型腔銑削中廣泛采用五軸數(shù)控銑床，加工時(shí)可方便地使用銑刀周齒，Z軸采用較大進(jìn)給量，以提高加工質(zhì)量和效率。可接近三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床主軸不易接近的地方，避免銑刀中心切削工件帶來(lái)的弊病。在一次裝夾中，可以完成五面加工的模具加工方式，使多軸聯(lián)動(dòng)成為現(xiàn)代模具加工設(shè)備的特色之一。
隨著高速加工相關(guān)技術(shù)的完善，高速加工銑削迅速發(fā)展。高速銑削采用小直徑銑刀，高轉(zhuǎn)速、周期進(jìn)給量小，能高精度、低表面粗糙度加工60HRC的淬硬鋼件，把電火花加工和人工修正減至最少，特別適合中小模具加工。高速銑削的加工速度是電火花加工速度的4～8倍�？s短制模周期，降低制模成本，在與EDM加工較量中是以集成加工取代了多工序加工。近幾年國(guó)外又開(kāi)發(fā)了第二代數(shù)控高速銑床，集多軸數(shù)控、大功率、高速銑削于一體，更有利于實(shí)現(xiàn)模具型腔高速集成加工。另外，在日本發(fā)展了展成電火花成形加工、電火花數(shù)控銑削加工、混粉電火花大面積精加工、線(xiàn)切割粉末加工、水基工作液電火花成形加工等技術(shù)，在不同方面顯示了各自的優(yōu)越性和工序集成化的色彩，使模具制造進(jìn)入了柔性自動(dòng)化的新階段。與此同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床廉價(jià)化發(fā)展，80年代發(fā)展起來(lái)的功能型設(shè)備向量體裁衣的效益型發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及。日本模具工業(yè)就是在模具標(biāo)準(zhǔn)化、工廠專(zhuān)業(yè)化、設(shè)備現(xiàn)代化中發(fā)展起來(lái)的。日本模具工業(yè)產(chǎn)值、勞動(dòng)生產(chǎn)率、出口皆占世界首位，充分顯示了工藝裝備現(xiàn)代化的巨大威力。
    3　加速模具制造工藝裝備現(xiàn)代化，拓寬機(jī)床工業(yè)市場(chǎng)
    眾所周知，數(shù)控技術(shù)是當(dāng)代省力化、自動(dòng)化方面最偉大的發(fā)明。數(shù)控機(jī)床的柔性成功地解決了模具制造中的五大命題(單件、復(fù)雜、精密、周期、成本)，能對(duì)市場(chǎng)作出敏捷的反應(yīng)，是提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段，所以數(shù)控機(jī)床已成為模具工藝裝備現(xiàn)代化的核心基礎(chǔ)。但長(zhǎng)期以來(lái)受數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性的制約，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床總是徘徊不前。80年代隨著改革開(kāi)放的深化，敞開(kāi)了機(jī)床進(jìn)口的大門(mén)。國(guó)內(nèi)引進(jìn)不少模具設(shè)備，改善了部分模具骨干企業(yè)的設(shè)備狀況，提高了模具制造水平。同時(shí)流失了大量外匯，并使我國(guó)成為世界機(jī)床凈進(jìn)口最多的國(guó)家。國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)大(年產(chǎn)量已超過(guò)機(jī)床行業(yè))，面廣(模具分10類(lèi)46小類(lèi))，層次多，靠引進(jìn)解決1.7萬(wàn)個(gè)模具企業(yè)對(duì)機(jī)床的需求是不現(xiàn)實(shí)的。由于數(shù)控機(jī)床滿(mǎn)足不了發(fā)展需求，造成1984年至1996年12年間模具進(jìn)口約增加38倍，還使國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)失去了部分市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)模具價(jià)格僅為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的1/5～1/3(甚至1/10)，承受大量進(jìn)口設(shè)備折舊和使用中耗費(fèi)有困難。所以只有生產(chǎn)高性能數(shù)控機(jī)床裝備模具制造工業(yè)，才是機(jī)床行業(yè)振興之路，才能為模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
    在重視普及型數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)的同時(shí)，應(yīng)看到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床仍深受用戶(hù)歡迎。如高速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等。因性能價(jià)格比較好，能很快形成經(jīng)濟(jì)效益，故經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在我國(guó)尚有較長(zhǎng)的市場(chǎng)壽命。應(yīng)該重視具有模具制造特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，如：NC數(shù)控鉆床加工模板上的光孔螺孔，NC深孔鉆床加工型腔模的冷卻水道孔，NC拋光機(jī)減輕鉗工體力勞動(dòng)，NC沖床提高柔性。
    90年代開(kāi)發(fā)的虛擬軸五軸數(shù)控機(jī)床，突破了傳統(tǒng)的串聯(lián)床身滑臺(tái)式結(jié)構(gòu)，使機(jī)床受力合理，剛性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，重量輕，且制造成本低(只有傳統(tǒng)五軸機(jī)床1/3～1/5)，可實(shí)現(xiàn)高速加工。利用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，被譽(yù)為本世紀(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的最大變革。虛擬軸機(jī)床具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用化后必將使五軸數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，它尤其適合模具復(fù)雜件銑削、磨削和測(cè)量。
    現(xiàn)代制造技術(shù)向工藝復(fù)合化發(fā)展。如在加工中心上裝高速銑頭進(jìn)行雕刻，裝磨頭進(jìn)行拋光，加水簾或抽真空裝置加工石墨電極，采用隨行夾具準(zhǔn)確定位，加速工序周轉(zhuǎn)。反向工程的掃描數(shù)字化使TC加工復(fù)合于數(shù)控加工……。
    用戶(hù)需求、市場(chǎng)牽動(dòng)是技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力，又是創(chuàng)新的起點(diǎn)，模具行業(yè)工藝個(gè)性強(qiáng)，熟悉用戶(hù)工藝更為重要。如：模具材料硬，強(qiáng)度大，粗銑要求低速大扭矩、功率大、機(jī)床剛性強(qiáng)，精銑刀具要保證不干涉，刀具直徑小，主軸轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速范圍大。采用高速硬銑，可減少電加工和拋光工作量是型腔的加工發(fā)展方向。型腔加工信息量大，CAD/CAE/CAM一體化，三維造型信息共享，可實(shí)現(xiàn)無(wú)圖(二維)加工(要DNC接口)，復(fù)雜型腔造型困難的，可采用逆向工程數(shù)字化掃描，解析曲面的可用宏指令編變量程序……。在工藝方面可開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制和各種數(shù)據(jù)庫(kù)，簡(jiǎn)化操作，向智能化發(fā)展。

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