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提升模具技术水平的对策

时间:2021-09-07 15:25人气:编辑:钢铁之家
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  模具技术是一门涉及面广、技术综合性强的精密基础工艺装备技术,包括:各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、专业化生产、四新即:新技术、新工艺、新材料、新设备...

提升模具技术水平的对策

模具技术是一门涉及面广、技术综合性强的精密基础工艺装备技术,包括:各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、专业化生产、“四新”即:新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用……等方方面面,涉及到冶金、材料、理化、计量、摩擦与润滑、机械、电子、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、有削及无削加工、检测等有关工种,是一个要由上述众多学科和工种共同打造的庞大的系统工程。故提升模具技术也是一项需要上述各有关科研、生产、管理各部门大力协同、长抓不懈,共同努力方可见效的工作。
欲较快提升模具技术,除应有个正确认识外,还应摸清家底,找准差距,看准目标,制定得力措施,在国民经济长期稳定迅速发展的良好氛围中,在国家已给出的优惠政策的扶植下,采取得力措施,调动有关方面的积极性,共同奋斗,肯定可以在较短时间内,在模具工业迅速发展中得到较快提升。
国内模具技术的现状
长期以来,企业受计划经济时期的“大而全”、“万事不求人”思想的影响,模具制造则作为各类机电产品主机厂的必备辅助车间,分散在各行业主机厂中,不仅影响模具专业化生产的发展而且也制约着模具技术的提升,至使国内模具技术一直在低水平徘徊,那时国内甚至没有独立的模具工业部门,也制约着国内制造业的发展。
改革开放以来,国内模具制造业从仅有150多个专业厂、六千多个生产厂点(多数为附属于国有大中型企业的辅助生产部门)发展到今天成为拥有2万多个生产厂点,从业人员达60万,2004年产值超过500亿元的独立的工业部门。近年来模具技术得益于技术引进和日益增多的合资与外资企业的拉动,加上国家政策扶持,得到了迅猛的发展。但国内模具技术的发展与进步很不平衡:中西部与东部沿海地区存在着明显的差距;国有与合资及外资企业之间、乡镇集体和私营及中小型企业等与大型企业集团之间、兼业模具生产厂点与专业模具厂之间,在制模工艺上都存在着相当差别。这种不平衡状态与格局,将随着国民经济长期高速稳定的发展和西部大开发的伟大进程,逐步得到改变。
近年来,国家采取了一些优惠政策和扶植措施,模具工业得到了较快发展,模具技术水平也得到一定提高。但至今国内急需的一些大型、高精度、高效率、高寿命及一些特殊专用配套冲模还依赖进口。据统计,近几年,每年进口模具耗汇近10亿美元。如轿国覆盖件等大型模具,除一汽、二汽、天汽可制造少部分外,多数厂家依靠进口;精度在1T7级以上的精密仪表用小模数片齿轮类精冲件用复合精冲模也只有上海、北京、无锡等地少数几个模具厂能够制造;制模精度在μm级,如:要求制模精度为±3μm的15工位塑封器件引进极框架高精度连续模、彩色显像管电子枪膜片22工位高精度连续模等大都靠进口。
用先进制造技术改造并提升传统的模具制造技术,国内还有待普及。制模新技术新设备应用不普遍。在刃口模制造中,虽然大多也采用电火花线切割工艺,但没有完善的后续加工。国外在精密刃口模制造中,特别是微间隙复合冲裁模、高精度多工位连续冲裁模、精冲复合模制造中,不仅采用高精度NC或CNC线切割进行粗加工和半精加工,还用NC或CNC连续轨迹座标磨床进行超精密磨削实施精加工,最后再研磨抛光,不仅精度可达±0.001~±0.0005mm,表面粗糙度Ra≤0.2~0.05μm;电加工(用国产线切割机床)加工表面粗糙度Ra值一般仅为1.25~3.2μm,最高尺寸精度≥±0.005mm,其有害电蚀层有显微裂纹,且硬而脆,极易崩刃,模具寿命必然降低。在模具型腔加工中,国内对中小尺寸型腔虽也用电火花穿孔工艺,但无完善的后续加工。对大尺寸型腔多用普通机床加工,采用数控机床的不多,采用高速铣削就更少了。国外则普遍采用数控机床加工,高速铣削也已普及。
标准化、通用化及典型化程度低、专业模具厂特别是有自己专长特色的专业模具厂少,而钢材价格今日报价表兼业与大企业自备模具厂点多,是目前国内模具行业一大特点。这些特点形成专业化生产的集中度很低,效率不高,效益差。至今不少模具生产厂点的全员劳动生产率仅10~20万元。而国外大多在20万美元以上。当然,国内模具及其标准零部件价格过低也是一个影响因素。
提升模具技术水平的重要性、紧迫性与可行性
模具是成批和大量生产各种机电与家电产品零件必备的基础工艺装备,是进行少无切削加工的主要工具。模具技术水平的高低,直接影响到产品质量、产量、成本、新产品的投产及老产品更新换代的周期以及企业产品结构调整速度与市场竞争力。所以模具技术水平是衡量一个国家制造业技术水平的重要标志。模具工业的发展是国家制造业发展的前提。故模具及其技术水平在国民经济发展中占据十分重要的位置,具有重大的经济意义。
据有关行业近年来统计,包括:汽车、仪器仪表、电器开关、家电、农机等机电产品大量生产用模具,约65%左右为冷冲模,20%左右为塑料模,压铸模与锻模占5%,其他模具如:陶瓷模、橡胶模、玻璃模、粉冶模、精铸用蜡模、硬模等合计约为10%。不同行业、不同产品使用模具的种类、数量各不相同,尤其是一些专业零配件生产厂家使用模具种类少但数量大。纵观国民经济五大支柱产业:机械、电子、汽车、石化、建筑的发展及其对模具的需要趋势来看,注塑模、压铸模需要量在稳步增长,冷冲模则随产品结构轻型化与钢板、带钢产量及品种规格的增长,需求一直长盛不衰。模具工业的发展有力的支承着制造业的发展。而制造业长期稳定的高速发展要求并促使模具工业更快的发展。近年来,模具工业能够以年产值15%左右增长,主要靠增加数量,特别是大量新建厂点的投产和各地迅速掘起的一批“模具城”陆续建设及投产,中低档模具已基本可以满足国内需求。有关方面对模具的质量与模具厂的效益则关注与考核不多。模具质量差、寿命低的问题,一直未能有大的改观。原本一套模具可以完成的产量和达到要求的,现在要2~3套模具才能解决问题,造成人、财、物的巨大浪费。
国内模具行业急待解决的问题
1、各个层次的模具技术人材不足,尤其是高级模具钳工、CNC数控机床操作工、高级模具设计人员等,需求缺口较大。
2、模具标准化程度不高,模具及其零部件的商品率太低。
3、模具制造的专业化程度和集中度有待进一步提高。
4、模具修理机制不健全,因修模拖期影响生产的事时有发生。
5、模具寿命偏低,使模具费占有产品成本比率过高且长期居高不下。
6、模具及零部件市场价偏低,模具修理费用更低,而且没有市场指导价,完全靠购销双方“议价”,地区与厂际之间价差悬殊。
7、模具新技术、新工艺、新设备、新材料推广应用缓慢,特别是国内自行开发的模具新材料大多至今未能推广应用。
8、设备老化严重,新度系数低,设备超期服役的情况很普遍。
9、各类模具的标准及技术指导性文件不齐全,特别是与国际市场接轨的各类模具国家标准(GB)缺口大。
10、模具钢的精炼和模具锻坯的锻造技术推广应用问题,至今未能解决。
以上问题普遍存在于模具制造的企业与国内模具市场中。笔者仅仅是从技术的角度,从提升国内模具技术水平的需要出发,归纳各方面存在的问题而提出的。不同地区、不同企业模具技术水平和发展情况各异,东部地区新建的大型专业模具厂情况会好一些,问题少一些。但制模工艺水平的提升,尤其模具总装与调试技术的提升,要靠高级技师的技能和实践经验,而这些都与模具寿命密切相关。模具技术水平的高低、模具质量的好坏。制模工艺水平如何,最终都反映在模具寿命上。至今各类模具寿命普遍偏低的实际情况已成为令人疾首的老大难和提升模具技术水平的瓶颈。
应该和需要采取的基本对策
1、培养和造就急需的模具技术人才
提升模具技术水平要靠与模具行业有关的、为模具制造各环节服务的各学科、各工种的专门技术人才。模具满足国内市场需求和参与国际市场竞争要凭模具制造质量、交货期、成本、技术实力等各方面……归根到底是人才竞争。与模具有关的专业技术人才,包括:从模具钢研试开发、冶炼、锻造与加工,模具各种标准的制定与宣贯,各类模具的设计与制造及修理,模具新技术、新工艺、新材料、新设备等“四新”的开发与推广应用,各级营销与管理等方方面面,从科研、设计到制造、修理、保管、使用等各个环节的不同层次的高、中、初级专业技术人才,要通过不同途径进行培养。三年可以培养一个普通专业技术工人、熟练的操作工,十年未必能培养出一名优秀的模具钳工。模具制造是单件生产,是技术密集和技能密集要求很高的产业。模具钳工需要有车、铣、铇、磨、镗、钻、铰等专业工种的加工知识和基本操作技能,掌握模具加工零件的装配技术并能解决出现的问题。一个模具制造技师应具有模具零件加工及模具总装与调试技能。这种人才的培养要经过长期实践的磨炼,不是办个培训班,上过什么学校,领个什么证就可以有这种能力的。
2、模具标准化是模具专业化生产的前提,提升模具技术水平,使模具制造获得高速发展,满足国内制造业的需求并迅速挤身国际市场,标准化是一个重要的基础。长期以来国内模具标准化已做了大量的工作,在专业化生产、进入市场流通以及国内外技术交流等方面已发挥了应有的作用。目前需要注意和应着手解决的问题是:
(1)填平补齐行业模具标准,充实现行国家模具标准。
(2)与国际模具协会即ISTA:International Special Tooling Association密切合作,使国内模具标准与ISO/TC29/SC8制定的有关模具标准靠拢或直接采用ISO模具标准,以便于与国际接轨进入国际市场。
(3)冲模标准,量大面广,早在1981年12月发布并于1984年1月开始实施的GB2851~2875-81《冷冲模》国家标准经过1990年以后的多次修改与调整,大部分已调整为机械行业标准JB,目前急需的基础标准、工艺与质量标准、模架及零部件标准等都有较大缺口,如冲模零部件国际GB仅48个,而机械行业标准JB中这类标准已达94个。国家标准不齐全影响到冲模的专业化生产及模具技术的迅速提高。
3、模具新材料的推广应用及模具钢的二次精炼
国内开发的高级优质模具钢品种不少,已纳入国际的如:6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、7Cr7Mo2V2Si(LD)、7CrSiMnMoV(CH-1)、6CrNiMnSiMoV(GD)、8Cr2MnWMoVs(8Cr2S)等,至今在市场上难以寻觅,推广应用则更无从谈起。其他常规用模具钢,国内市场供应多为未经精炼的粗钢轧材或锻材,按国标GB1298、1299碳素工具钢、合金工具钢技术条件以及行业标准JB/T6058-92、8420-96等有关模具钢热处理技术条件,均要求模具锻坯采用足够的锻压比例,用合理的锻造程序与锻打操作,使锻坯不仅达到要求的外形与尺寸,经过合理的锻后处理,内部金相组织与碳化物分布级别要符合不同类型模具的要求。冲模特别是精冲模要求其锻坯是达不到的。迅速组织冶金部门生产供应精炼模具钢已迫在眉捷。建议先从T8、T10、T10A等碳工钢、Cr12、Cr12MoV、GCr15、CrMWn、5CrNiMo、5CrMnMo等合金工具钢以及W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等高速钢做起,逐步拓展,满足需求。
4、抓紧模具技术的“四新”开发、推广应用,促进模具技术水平的迅速提升,以下几项是国内模具技术领域应加速研试开发与推广应用的“四新”项目:
(1)模具CAD/CAE/CAM技术
以三维造型为主的模具设计、模具制造、相关工艺信息的数字化传递及转换所形成的CAD/CAE/CAM一体化技术已在国内汽车大型覆盖件模具上得以推广应用。随着汽车工业,尤其轿车制造的迅速发展,通过技术引进,合资、合作,使国内汽车模具制造有了长足进步,汽车大型覆盖件模具已逐步普及CAD/CAM技术,而在其他行业的模具中推广普及尚待时日。
(2)高精度磨削加工技术
冲模型孔加工主要依靠磨削及数控电火花线切割加工(WEDM)。在磨削加工中,成形磨、坐标磨、光学曲线磨等精密加工工艺及装备在国内已广泛应用。WEDM在冲模型孔加工中已起到不可替代的作用,国内外冲模制造等加工都离不开WEDM。但在高精度冲模制造中,尺寸偏差都以μm计,有些尺寸允差仅0.5~1μm,只能用精密磨削才能达到要求。故高精度弹压卸料导板式多工位连续模、镶拼结构冲模及高精度、高效率、高寿命的“三高”模具等多数要用精密磨削工艺制造。
磨削加工精度高,质量好、表面粗糙度Ra值小,在精密模具加工中得到广泛应用。
数控成形磨床,采用数控成形修整砂轮,缓进给、大切深一次磨削成形,提高了加工效率,并具有±3.0μm较高的成形精度,国内目前使用不够广泛。
CNC数控光学曲线磨床可进行三轴联动磨削合金钢、硬质合金的凸模与凹模、镶块、样板等,磨削精度一般可达±2.0μm。上海第三机床厂开发的MK9020数控光学曲线磨床,除具有一般的数控光学曲线磨床功能外,还可进行坐标磨削加工。
CNC数控连续轨迹坐标磨床,已由二维加工向三维磨削加工的方向发展,扩大了加工功能。美国穆尔特殊工具公司制造的CNC连续轨迹坐标磨床加工精度可达0.5μm,国内目前应用不多
(3)高精度电火花线切割(WEDM)加工技术
WEDM的发展及在模具加工中的应用使冲模制造工艺技术发生了重大变化,由过去主要依靠磨削加工发展为WEDM、磨削加工(或抛光)并存,并以WEDM为主的发展趋势。在普通全钢冲模制造中,电加工制模工艺在国内已得到普及。
WEDM特别是低速走丝数控电火花线切割机床(LWEDM)的发展,功能完善,自动化程度已达到可无人看管运行的程度。其加工工艺水平:生产率达到300mm2/min,加工精度可达到±1.5μm,加工表面粗糙度Ra0.1~0.2μm。直径0.03~0.1mm细丝精密切割技术的开发,可实现凹、凸模一次切割完成,并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行300以上锥度的精密加工,国内在这方面的研究、开发也已取得了进展。目前,与国外先进水平相比,尚有较为明显的差距。
LWEDM用于精度模具加工,重点需要解决的问题是加工表面变质层小于1.0μm,Ra0.1~0.2μm。要解决这个问题,除了优化工件材料及电极丝材料外,主要采取多次切割、防电解作用及放电能量分配等措施,这些在国外已取得了良好的效果,LWEDM加工的模具寿命已接近磨削(研磨)加工的模具寿命。国内在这方面还有较大差距。
(4)镜面抛光技术
薄料高精度冲件的冲裁模刃口、压印模与压花模型腔、凸肚胀型模腔以及异形拉深件、变薄拉深件、体积冲压模腔、压铸模、塑料模、精锻模、橡胶模、玻璃模等模具型腔,都要在完成制造的精加工阶段进行研磨抛光,近年来国外采用镜面抛光加工。
抛光加工是模具制造中提高冲模寿命的重要手段之一。生成轨迹的自动抛光机是抛光加工的发展方向。据有关资料介绍,德国66%的模具,日本、美国30%的模具采用自动抛光机抛光,国内也在研究、开发,也已取得很好的成果。
经抛光加工的精磨金属表面可达到镜面。国内可抛至Ra0.05μm的镜面,抛光设备、磨具磨料等都可满足需要。现在正研究开发抛至Ra0.025μm的设备、工艺及磨具磨料。对于透明度要求高的产品注塑件注塑模,如相机、CD、VCD光盘等注塑模具目前仍需依靠进口。
磨削加工技术可以实现镜面加工,磨削加工最好的表面粗糙度可达Ra0.04μm,已达到了镜面要求。但是,近年来“镜面”概念有扩展的趋势,有人把表面粗糙度Ra0.1~0.2μm的加工也称为镜面加工,故冲模刃口、模腔表面都属于镜面加工范畴。
(5)高速铣削加工技术
近年来,在型腔模制造方面采用高速铣床进行加工、半精加工甚至高精度加工都已取得很好的技术经济效果。高速铣削工艺用于较大尺寸的冲压成形模腔加工,也同样是可行的。高速铣削加工在模具制造中使用具有以下特点:
(a)高效:高速铣削的主轴转速一般为15000~40000r/min,最高可达100000r/min。在切削钢时,其切削速度约为400m/min,比传统的铣削加工高5~10倍;在加工型腔时与传统的加工方法:铣削、电火花成形加工、抛光等这一套老工艺相比,效率提高4~5倍;与完全采用EDM加工相比,其加工速度提高4~8倍。
(b)精度高:一般加工精度为10μm,有的精度还要高。
(c)表面质量高:由于高速铣削的工件温升小,仅约30C,故表面没有变质层及微裂纹,热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm。
(d)可加工高硬材料:可铣削HRC50~54的钢材,铣削的最高硬度可达HRC60以上。这些特点都优于EDM加工,由此可见,高速铣削加工工艺及装备无疑是模具制造技术重要的发展方向。
5、重视模具修理健全模具修理机制
模压零件的成本包括材料费、加工费、模具费三大部分。其中,模具费由模具制造、修理、修模停工损失三部分费用组成。在正常情况下,模具费约占零件成本的15%~25%。随着冲件产量的增大,模具费占其成本的比率逐渐减小。模具制造费是个相对不变的数值,模具修理费按规定修理周期计算也是个定值,而修模停工损失费则是波动范围很大的变数。所以,通过对模具的及时而高质量的修理,提高模具寿命,便可有效地降低模具费占模压零件成本的比率。
模具修理是一项涉及面广、工艺技术含量高且复杂、技术与服务性都很强的修配工作。目前,普遍存在的“重制造、轻修理”甚至“只制造、不修理”的现象,不仅使模具修理不能进入模具市场,而且会影响生产并缩短模具寿命。另外,能承接修模或有条件承接修模的模具专业厂很少。究其原因,除了冲模修理类别划分,工作量与费用计算等无法可依,无标准规范可循之外,修模技术要求高、难度大、工艺复杂,也使一些模具专业厂望而却步。
近年来,激烈的市场竞争促使企业进一步深入与细化成本核算工作,并从中认识到,提高模具寿命是降低产品成本的重要手段。而搞好模具修理,不仅是提高冲模寿命的关键环节,也是减少模具费开支、降低模压零件生产成本的有效途径之一。同时,将模具修理推向模具市场,规范模具修理的商业行为,使其适应生产发展的需要,对提高模具寿命,使模具的制造与修理都步入市场流通的良性循环中,彻底消除模具用户的后顾之忧,为企业降低产品成本起着重大作用

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