模具工业 模具产业发展现状及趋势

将塑料材料加工成大量形状均匀的零件是现代制造业的基石。事实上，每一种面向市场的商品都至少有一种由模具定义的形状。但是随着制造业的不断发展，模具变得越来越复杂，要求的牢固度也越来越高。技术难度越来越高，但产品的生命周期越来越短。用户对模具产品也提出了更多的要求，如:运行时间长，无需维护，能耗低，耐磨，安装更换方便，灵活性更大。

在市场竞争和用户要求不断提高的压力下，模具制造商不得不选择更实用有效的模具加工方法，采取更有利的市场策略。因此，模具加工行业呈现出以下发展趋势。

1.全球化

模具市场和发展的全球化是当今模具行业最重要的特征之一。模具买家遍布全球，模具厂商也无处不在。模具行业的全球化发展，使得生产工艺简单、精度不高的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的发展中国家迁移。然而，仍然在美国、欧洲和日本的模具制造商定位于生产高质量的模具，这不仅是技术要求，也是竞争的结果。模具制造商必须面对全球市场竞争，这是模具制造商追求高效应用技术的驱动力。

2.缩短了生产周期

众所周知，在同等条件下，用户愿意选择交付时间较短的产品，因为用户可以节省更多的生产时间。因此，模具制造商必须尽一切可能加快生产进度，并努力简化和废除不必要的生产流程。

3.高速加工

近年来，“高速加工”对模具制造业产生了重要影响。“高速加工”是通过非常小的步距和大的进给速度来实现的。通常，高主轴转速可以使刀具获得足够的切屑阻力。在粗加工中，使用斜切刀具进行小宽度切削，即使刀具很小，金属去除率也往往很高。很多情况下，高速粗加工后的工件表面精度非常接近要求的水平，因此可以省略半精加工操作。

高速加工使工件获得了光滑的表面，节省了加工时间。典型的步距只有0.001英寸，而尖点只有0.00005英寸高。高速加工后的工件表面大多非常光滑，不需要装配工进一步加工。

在精加工过程中，提高进给速度可以避免因步距的减小而延长工期，而取消或减少后续的抛光或研磨工艺则有利于对加工表面的保护。

加工刀具一般应达到每分钟至少1200表尺，主轴转速不应低于8000r/min。旧机床精加工后主轴转速可以达到这个水平，但其稳定性受到一定限制。目前，加工工具制造商热衷于生产专门为高速加工设计的加工中心。在美国，采用高速加工技术减少或省略钳工工序是一项效益可观的措施，这种技术在欧洲和日本也很流行。

4.硬铣削

用全硬化材料加工模具型腔是模具加工业发展的另一个重要趋势。这对于锻模特别有价值，因为锻模通常比其他模具需要更高的硬度。粗加工和精加工在一台机床上连续完成。在粗加工过程中，主轴转速高、刀具半径小的轻切削形成足够的扭矩，可用于加工硬度高达64RC的金属材料。在精加工过程中，小的步距保证了工件能够获得优异的表面光洁度。

因为材料本身具有一定的硬度，所以可以减少或者完全省略电火花加工。因为材料足够硬，所以不需要热处理。此外，热处理后的回火和研磨以抵消热处理引起的几何变形也是不必要的。这项技术在日本很受欢迎，现在在美国受到广泛关注，并正在向欧洲传播。

硬化材料的高速加工对加工工具提出了更高的要求。因此，许多机床制造商专门为这种加工设计和开发了专用磨床。在主轴转速和AG率较高的情况下，刀具需要轻切削，但热稳定性和高机械硬度也是非常必要的。在这种加工中，高压冷却液是另一个必要条件，但一些刀具制造商使用干切削来防止对刀具的热冲击。同时，干切削还可以减少环境污染。这些机器大多适用于锻模和中小型模具。

日本ASD公司生产的用于制造操作杆的锻模是由硬化材料通过典型的高速加工制成的。工件尺寸为164mm×106mm×32mm，材料硬度为60RC。使用硬质合金铣刀和油雾冷却剂，铣削模腔需要109分钟。虽然算上硬铣技术，这种机床的价格偏高，但只有一台这样的机床能完成粗加工、精加工和电火花加工的全过程，这对于日本这样的发达国家来说无疑是有吸引力的。值得注意的是，这类机床的加工方向正逐渐趋向于水平而非垂直，这也是一个新的特点。

5.计算机辅助设计/计算机辅助制造趋于快速和智能

计算机辅助设计/计算机辅助制造有三个明显的发展趋势，即混合模型、设计制造系统数据库和车间三维编程。

近年来，工业企业对混动车型的需求尤为显著。采用实体模型有很大的好处，它使复杂的材料实体可以很容易地以独立实体的形式表达和调整，并允许实体之间的加减运算来生成新的实体模型。对于机械工程师来说，实体模型的主要优势是可以使工程师设计的产品由相对标准化的实体元素组成，如标准孔、凸台、套筒、法兰等。

实体模型对工具设计者也很有用。在某些情况下，插入的3D产品模型可以简单地通过单次操作从模具的型腔中减去。混合模型允许用户在单个几何模型中构建实体、曲面和其他图形元素。在一些CAM系统中，用户可以自由分解这些实体模型，或者将所有实体组合在一起，作为一个完整的实体进行处理。

很多美国厂商习惯与用户提供的实体模型打交道，而欧洲和日本在这方面还是比较落后的。但产品的快速更新需要美欧日共同支持实体模型技术的发展。

6.车间现场编程

在过去的20年里，许多制造商已经将编程转移到更容易控制编程的计算机辅助设计/计算机辅助制造设计室。然而，随着刀具复杂性的增加和模具利润的降低，数控编程设计室已经成为制约工业发展的瓶颈。编程后会再次转移到车间现场，这种开发障碍会很快消除，编程工具结合实践会变得非常好用。

在底特律，这种新的现场编程方法使车间编程得到了迅速发展。编程工具的正确使用减少了大量的数控编程时间，因为大多数刀具轨迹是与加工过程同步创建的。它省略了CAD和CAM之间的重复修正过程，使生产零件得到有效的数控程序，并能充分发挥生产线上工人和设备的作用。更重要的是，现在创建刀具路径的人是执行加工的人。这也让机械师有机会实现他们的处理方法，这让他们非常满意。这将有助于他们做出更好的现场决策，选择最佳处理方法，并及时纠正处理方法。

7.自动化

模具加工的另一个重要发展趋势是自动化，这听起来不可思议，因为大多数模具都是单件生产的，似乎应该需要灵活的加工系统，而不是自动化的加工系统。但实际上，模具加工在很多方面都表现出小批量生产的特点。

最近，许多制造商对自动化系统表现出极大的兴趣，该系统可以在制造过程中连续和自动地执行操作步骤，而无需人工干预。使用机器人自动化系统装卸工件和工具是许多模具制造商自动化发展的下一个目标。

美国新泽西州3R系统公司总裁尼克说:“许多公司都在寻找在不增加固定成本的情况下提高生产效率和产量的方法。由于劳动力市场紧张，缺乏熟练的操作人员，企业的固定生产成本大大增加，但自动化可以通过固有的生产流程而不是操作人员来增加生产。”