我国快速经济模具发展现状及发展建议

中国模协技术委员会 张华禹(执笔)

1 我国快速经济模具发展现状

快速经济模具是利用新材料、新技术、新工艺,在较短的时间内完成模具的加工制造,使模具能满足产品单件小批量生产,同时在精度上符合产品设计要求的一种先进的模具制造技术。快速经济模具包括:汽车覆盖件快速模具、冲压快速模具、塑胶快速模具、铸、锻快速模具等。快速经济模具被广泛应用于新产品开发和小批量试制,是各类产品更新换代必不可少的基础装备。

随着各种高新技术的迅猛发展,快速经济模具被赋予了新的使命和全新的内涵,其分类不断增加,快速经济制模材料向着多品种系列化迈进,工艺不断有新的创新和突破,与之配套设备相继问世,服务领域在不断地拓宽,创造的经济效益越来越显著。

我国快速经济模具技术发展迅速,已接近国际先进水平。特别是“十一五”以来,汽车行业的快速发展,极大地促进了快速经济模具技术的发展,使我国的快速经济模具技术由原来服务于低档小批量生产转向服务于高档轿车的新车型开发以及各类新产品开发。快速经济模具技术属于先进制造技术,目前快速经济模具技术的开发研究基本分布在大专院校、科研院所以及科技型高新技术企业,专业研究、生产快速经济模具的企业不是很多,且多为中小型企业。因此,目前亟待膨胀快速经济模具企业的规模,支持其对新型快速经济模具技术的研发。

快速经济模具领域存在的主要问题是:我国专业的快速模具制造企业相对较少,影响了我国自主品牌新产品的开发试制。如汽车新车型开发,主机厂大多选择国外的新车型快速试制企业,或者国内的外资企业,其主要原因是国内的快速经济模具企业较少,或还不够强大,影响了汽车主机厂的选择。其次,我国快速模具企业多为中小企业,自我发展能力较弱,虽然在技术上接近国外先进水平,但在技术改造投入方面能力有限。

2 我国快速经济模具与国际先进水平的主要差距

近年来,我国的快速经济模具技术发展很快,特别是加工设备的普及,模具的设计水平和质量有了很大的提高,完全可替代进口。但是与国外先进的快速模具技术水平相比,仍存在一定的差距。

(1)汽车覆盖件快速模具方面

汽车覆盖件快速模具经多年的技术积淀,以及与新技术、新材料的嫁接,其制造水平和速度都有了明显的提升。与国际先进水平相比其差距主要体现在:国际先进的汽车覆盖件快速模具制造企业是集快速模具技术、汽车车身技术于一身,对汽车主机厂的新产品开发,实施从快速模具制造、冲压、焊接一条龙服务。国内的汽车覆盖件快速模具制造企业,只能承担快速模具的制造及冲压,导致国内的快速模具企业活源匮乏,整体水平提升较慢。再加上汽车覆盖件快速模具制造企业多为中小企业,投资能力较弱,对于先进的高速加工设备以及在线检测设备的引进较少,保证不了高档次产品的快速开发。

(2)快速原型技术应用于快速模具方面

自快速原型技术出现以来,经过20多年的发展,已进入技术成熟稳步发展的阶段,出现了几十种不同工艺。我国的快速原型制造技术水平并不差,与国际先进水平比,主要差距在:研究成果的产品化和商品化转换较慢,目前快速原型作为我国快速制模技术的转换手段,用于大型快速冲压模具超大尺寸的快速原型制作技术和设备还没有出现。

3 我国快速经济模具发展目标和主要任务

在“十二五”期间应着重膨胀快速经济模具企业的规模,支持快速经济模具企业将研究成果尽快产品化、商品化。因此,快速经济模具领域“十二五”的主要目标和任务:

(1)通过产、学、研相结合,提高快速经济模具研究成果的产品化、商品化比例,迅速将产业化的研究成果应用到新产品开发工程上,提高我国产品的自主开发能力。进一步扩大快速经济模具在快速制造中的作用,提高快速模具市场占有率。

(2)普及技术应用,全面实现三维设计。

(3)进一步缩短快速经济模具制造周期,在快速经济的基础上,再缩短20%以上。

(4)根据不断出现的新材料的特点,研究开发与之相适应的快速成型模具。

(5)针对汽车轻量化、节能减排降耗,开发基于快速模具的高强钢汽车构件成形技术,使快速经济模具能压制抗拉强度在750 MPa以上的板材。实现汽车构件高强钢成形产品的国产化。

(6)建设国家级快速经济模具工程技术研究中心,确立快速经济模具制造基地,使新研发的快速经济模具技术成果迅速转化为生产力。

4 产品和技术方面的发展重点和重大课题

随着新产品开发速度越来越快,新材料的种类越来越多,成形工艺不断变化,要求快速经济模具技术能迅速适应新材料的变化。因此,快速经济模具技术发展重点应根据市场需求、技术含量、节能环保以及能否代表快速经济模具技术发展方向来确定。

4.1 产品和技术等方面的发展重点

(1)重点发展汽车覆盖件快速经济模具

汽车覆盖件快速经济模具属大型冲压模具,主要为汽车主机厂新车型开发快速试制配套,以及对大型汽车覆盖件冲压工艺进行验证。是汽车新产品开发中不可缺少的、具有高技术特点的工艺工装。我国汽车覆盖件快速经济模具,具有较好的技术基础,已为中档轿车新车型研发配套,目前生产能力只能满足市场需求的1/3左右。“十二五”期间,应重点瞄准高档轿车新车型的研发试制,着重研究解决基于快速经济模具的高强钢汽车构件成形技术。同时解决高强度板成形中的回弹、扭曲、法兰面不平等技术难题,总结给出合理的解决办法和关键技术,形成汽车高强钢构件成形工艺。争取到2015年,对国内中档以下轿车新车型试制的覆盖件快速模具做到完全自配。到2020年除个别高档轿车外,满足国内所有轿车新车型试制的覆盖件快速模具的配套。

(2)重点发展适用于大型快速经济模具制造的快速原型设备

快速原型技术已逐渐成为现代制造技术的主要发展方向之一,一直保持着迅速发展的势头。它改变了传统的快速经济模具技术,形成了具有我国特色的快速经济模具技术。快速原型技术用于快速经济模具的制造,关键在于快速原型设备,因此,应大力发展各种不同工艺的、适用于大型快速经济模具制造的快速原型设备。

(3)重点发展塑料、复合材料、高分子材料等新型材料的快速经济模具技术

塑料、复合材料、高分子材料等新型材料,以其优异的加工性能、成形性能,被广泛应用于国民经济的各个领域。为了实现新产品的试制、验证成形工艺,快速经济模具将起到不可替代的作用。

国防装备和飞机制造多为单件小批量生产,特别是在研制过程中更是单件生产,快速经济模具是该领域零件成形最好的选择。包括各种新材料的大型零件的冲压成形模具,各类塑料、高分子材料成形模具。

(5)重点研发快速经济模具新工艺、新技术

随着新材料的不断出现,成形特点的变化,要求不断探索新的快速经济模具技术,以适应新材料成形的需要。包括探索新型的制模材料,探索新的制模工艺。

4.2 “十二五”期间快速经济模具的重大课题

(1)基于快速经济模具的高强钢汽车构件成形技术

以CAD/CAE/CAM集成为技术支撑,利用数控铣、三坐标测量机等技术设备,开展对抗拉强度高于700 MPa的高强度钢板进行成形技术研究。研究建立高强度板材成形的快速经济模具设计与制造技术,包括模具材料选择、模具制造工艺的研究等。

(2)基于快速经济模具的不等厚激光焊接板的成形技术

以CAD/CAE/CAM的集成为技术支撑,利用数控铣、三坐标测量机等技术设备,开展不等厚激光焊接板材的成形技术研究。研究开发适应不等厚板材的快速经济模具技术,包括快速模具设计与制造技术,模具材料、制造工艺的研究等。实现快速经济模具对不等厚板材汽车覆盖件的成形。

(3)各种快速原型(RP)技术在快速经济模具中的应用研究

自我国开展快速原型技术研究以来,快速原型技术已逐渐成为现代制造技术的主要发展方向之一,发展势头迅猛。新的快速原型制作工艺方法不断出现,如何将快速原型技术应用于快速经济模具的制造,是我们在“十二五”期间重点研究的课题。其快速原型技术包括:直接金属激光选区烧结(SLS),激光选区熔化(SLM),激光近净成形(LENS),电子束熔化(EBM),电子束自由制造(EBF3),熔融沉积制造(FDM)等。

五是加快标准化建设。着力开展涉及资源环境管理、生态环境保护、保障公共安全、政府社会管理等方面的技术标准制定工作，按照经济社会发展的要求合理确定饮水、灌排、堤防等标准水平，建立与经济社会发展水平相适应的技术标准体系。

(4)铸造砂型数控加工技术研究

为满足市场对单件、小批量金属件快速制造的需求,十二五期间应重点研究铸造砂型数控加工技术及设备。这种新工艺是先进的数控加工技术与传统的精密铸造技术的结合,具有数字化、精确化、绿色化的特点。铸造砂型数控加工快速成形机由三维CAD模型驱动,能完成水玻璃砂、树脂砂、覆膜砂等多种铸造用砂型的快速制造,可应用于发动机缸体、缸盖、排气管、离合器壳体等铸造砂型制造。

(5)无模铸型快速制造(PCM)

无模铸型快速制造(PCM)是具有我国自主知识产权的新技术,特别适合单件、小批量、形状复杂的大中型铸件的生产以及新产品的试制。可广泛应用于装备制造业等行业,尤其适用具有自由曲面的模具毛坯的生产。

5 我国快速经济模具发展建议

自主创新能力的培育与发展是加快经济增长方式根本性转变的核心支撑,是企业竞争优势与经济效益的源泉。长期以来,我国快速经济模具增长方式一直未能实现转变的根本原因在于自主创新能力薄弱,科技竞争力和供给力不足。推动快速经济模具增长方式转变,必须营造良好创新环境,增强自主创新动力。在“十二五”期间,应重点支持快速经济模具领域的自主创新,培养造就一支富有创新精神的人才队伍。同时建立快速模具制造平台,所制造的快速模具涵盖面应更加广泛,平台应当包括下列技术与设备:大型冲压快速模具技术,等离子喷涂、电弧喷涂技术,无焙烧陶瓷型制模技术,硅胶模、电铸模技术,无模铸型制造技术(PCM),电子束(激光)选区熔化技术,早期、多回路反馈的CAD/CAM集成的快速模具制造系统,此系统中除了三维CAD之外,还包括反求工程及其设备。平台易采用市场化操作模式。

模具是制造业的重要基础装备,快速经济模具是现代快速制造技术的重要组成部分,是促使工业产品开发向多品种、小批量、高质量、低成本发展的基础。快速经济模具和快速成形技术的发展,使得产品设计、制造的周期大大缩短,提高了产品设计、制造的一次成品率,降低产品开发成本,从而给制造业带来了根本性的变化。

快速经济模具和快速成形技术应用,已涉及我国不同的工业产品开发,为发展我国自主品牌做出了重要贡献。特别是为我国自主品牌汽车新车型的开发试制提供了有力的支撑。为了使现代快速制造技术更好更全面的服务于工业产品的开发,得到更好的普及,需要调动各方面的积极因素,需要各方面的大力支持。现提出实现规划目标的政策措施建议如下:

(1)重点扶持。通过协会向各级政府争取给予快速经济模具、快速制造企业税收等方面的政策支持。以迅速膨胀快速经济模具企业的规模和能力,提高快速经济模具的市场占有率。

(2)鼓励产、学、研相结合。为提高快速经济模具研究成果的产品化、商品化,鼓励产、学、研相结合,使研究成果迅速转化为生产力,提高我国工业产品的自主开发能力。

(3)重点培育具有专项技术的企业。对我国支柱产业有重要支撑作用的,具有一定专项技术的企业,应进行重点培育。如对中高档轿车新车型开发有支撑作用的汽车覆盖件快速经济模具企业。

(4)建议建设国家级快速经济模具工程技术研究中心。确立快速经济模具制造基地,使新研发的快速经济模具技术成果迅速转化为生产力。