铸造模具应用状况 结构形式和发展趋势

【专家解说】：“十五”期间中国铸造市 场呈现良好趋势,2005年全国 铸件总量达到1800万吨左右, 球墨铸件在总产量中的比重 提高到20%-25%,即320万- 400万吨;随着轿车产量的增 加,有色铸造件产量接近200 万吨;今后国际市场需求也将 保持高速增长态势,全球对中 国铸件的年需求量约为4000 万吨左右,其中球墨铸铁和有 色合金铸件需求量增长迅速, 铸造模具产值将超过百亿元 人民币。 一、国内外铸造模具企业 比较 全国铸造模具生产企业, 大体可以分成以下几类:第一 类为铸造模具专业厂(包括合 资和独资企业),这些企业设 备先进,技术优良,是铸造模 具行业的主力;第二类是铸造 专业厂的模具车间;第三类是 近年来发展迅速的私营和民 营模具厂,这类企业规模不 大,数量众多,各有分工,协同 作战,分布在江浙、广东一带, 其中有些厂已经具备了一定 的实力;第四类是兼做铸造模 具的其他一些模具厂。总之, 铸造模具生产企业呈多元化, 并向高水平发展,这也是中国 经济发展带来的必然趋势。 国外发达国家的模具厂 大体分为独立的模具厂和隶 属于一些大的集团公司的模 具厂,一般规模都不大,但专 业化程度高,技术水平高,生 产效率极高。 国外模具企业一般不超 过100人,多数在50人以下。在 人员结构上,设计、质量控制、 营销人员超过30%,管理人员 在5%以下。年人均产值超过 100万元人民币,最高能达到 200多万元人民币。国内模具 企业中一些私营、合资企业人 员结构和国外差不多,但一些 国企的人员结构还不尽合理, 在年人均产值上差距还很大, 多数在10~20万元人民币,少 数能达到40万元人民币。 国外模具企业对人员素 质要求较高,技术人员一专多 能,一般能独立完成从工艺到 工装的设计;操作人员具备多 种操作技能;营销人员对模具 的了解和掌握很深。国内模具 企业分工较细,缺乏综合素质 较高的人员。 国外模具企业CAD/ CAM/CAE技术的应用比较 广泛,逆向工程、快速原型制 造铸造模具使用也比较多。国 内模具企业中一些骨干厂家 在这方面和国外差距已经不 大,有些已经达到国外水平, 但一些中小型模具企业与国 外的差距还是很大。不过在模 具材料方面,随着国外技术的 引进和中国自身研发能力的 提高,差距在逐渐缩小。 在模具的价格和制造周 期上,国外模具价格一般是国 内模具的5~10倍,制造周期是 2~3倍(一般把模具的调试时 间也算在制造周期之内),在 这两方面应该说国内模具企 业还是具有一定竞争优势的。 二、铸造模具的设计与制造技术 中国虽然是铸造大国,但 远非铸造强国,中国铸造工艺 水平、铸件质量、技术经济指 标等较之先进国家还有很大 差距。铸造工艺方法以砂型铸 造为主,其中手工、半机械化 造型仍占很大比例,但近年来 中国压铸工业发展迅速,每年 保持7%~10%的增长速度。中 国的汽车工业也正在成长过 程中,为了减轻汽车重量,轿 车的铝、镁轻金属用量将进一 步增长,这就对压铸件提出了 更高的质量要求。中国铸造工 艺装备同先进国家相比还有 一定差距。20世纪90年代以 前,铸造模具的设计使用计算 机的很少,制造也主要以普通 万能设备为主。进入90年代, 巨大的市场需求,特别是汽 车、摩托车业的快速发展,极 大地推进了中国铸造模具业 的发展。同时随着合资和独资 企业的介入,国外先进的模具 设备和制造技术的引进,促使 国产铸造模具设计和制造技 术水平逐步提高,一些企业已 经具备设计和制造大型精密 模具的能力,如一汽铸造有限 公司铸造模具厂设计制造的 一套3400t压铸机用的压铸模 具,总重达33.5t,是目前国产 压铸模中最大的模具。 20世纪90年代以来,铸造 模具业在设计和制造方面的 主要变化有: (1)模具企业的生产技术 水平提高,高新技术在模具的 设计和制造中的应用,已成为 快速制造优质模具的有力保 证。CAD/CAM/CAE的应用, 显示了用信息技术带动和提 升模具工业的优越性,CAD/CAM/CAE已成为模具企业普遍应用的 技术。CAD/CAM一体化技术已在铸造 模具业中广泛使用,目前二维设计使用 的软件主要是AutoCAD,三维设计使用 的软件比较多,主要有Pro/E、UG、Cima- tron等。 目前一汽铸造模具厂的3D设计已 达到95%以上,在三维设计后使用三维 虚拟装配检测技术对装配干涉进行检 查,保证了模具设计质量,确保了设计和 工艺的合理性。三维数据经过CAM软件 编辑,NC代码直接传输到数控设备上进 行模具加工。数控机床的普遍应用,保证 了模具零件的加工精度和质量,大大提 高了模具的准确率和生产效率。CAE技 术也在逐步运用到实际设计、生产中,运 用CAE技术模拟金属的充填过程、分析 冷却过程、预测成形过程中可能发生的 缺陷以及产品开发前期的凝固模拟,大 大优化了工艺设计,缩短了试验时间。一 汽铸造有限公司铸造模具厂在一些大型 复杂模具,如发动机缸体、缸盖、变速箱 壳体模具的设计中已经开始应用CAE技 术对流场、温度场进行模拟分析,工艺成 品率得到极大提高。 (2)铣削加工是型腔模具加工的重要 手段。高速加工(High Speed Machining, 简称HSM)是以高切削速度、高进给速 度和高加工质量为主要特徵的加工技 术,具有工件温升低、切削力小、加工平 稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣 削加工的5~10倍)及可加工硬材料(可达 60HRC)等诸多优点,因而在模具加工 中日益受到重视。高速加工技术引入模具工业,提高了模具精度,大大缩短了模 具制造时间。研究表明,对于一般复杂程 度的模具,HSM加工时间可减少30%以 上。 目前,模具企业为了缩短制模周期、 提高市场竞争力,采用高速切削加工技 术越来越多。HSM一般主要用于大、中 型模具加工,如汽车覆盖件模具、压铸 模、大型塑料模具等曲面加工,其曲面加 工精度可达0.01mm。在生产中采用数控 高速铣削技术,可大大缩短制模时间。经 高速铣削精加工后的模具型面,仅需略 加抛光便可使用,节省了大量修磨、抛光 时间。 增加数控高速铣床,是模具企业设 备投资的重点之一。 (3)电火花加工在铸造模具制造中是 不可缺少的工艺方法。电火花加工对于 淬火后的深、小型腔的加工仍是有效的 方案。日本沙迪克公司的直线电动机伺 服驱动的数控电火花成型机床具有驱动 反应快、传动及定位精度高、热变形小等 优点。瑞士夏米尔公司的电火花成型机 具有的P-E3自适应控制系统、PCE能量 控制系统及自动编程专家系统,在铸造 模具制造中有其不可替代的作用。 (4)精密、复杂、大型模具的发展,对 检测设备的要求越来越高。现在精密模 具的精度已达2~3μm,铸造模具的精度 要求也达到10~20μm。目前国内厂家使 用较多的检测设备有意大利、美国、德国 等具有数字化扫描功能的三坐标测量 机。如一汽铸造有限公司铸造模具设备 厂拥有德国生产的1600mm×1200mm坐标测量机,具有数字化扫描功能,可以 实现从测量实物到建立数学模型,输出 NC代码,最终实现模具制造的全过程, 成功地实现逆向工程技术在模具制造中 的开发和应用。这方面的设备还包括:英 国雷尼绍公司的高速扫描仪(CYCLON SERIES2),该扫描仪可实现激光测头和 接触式测头优势互补,激光扫描精度为 0.05mm,接触式测头扫描精度达 0.02mm。 利用逆向工程制作模具,具有制作 周期短、精度高、一致性好及价格低等许 多优点。 (5)快速原型制造铸造模具已进入实 用阶段,LOM、SLS等方法应用的可靠性 和技术指标已经达到国外同类产品水 平。 (6)模具毛坯快速制造技术。主要有 干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实 型铸造等技术。 (7)用户要求模具交付期越来越短、 模具价格越来越低。为了保证按期交货, 有效地管理和控制成本已成为模具企业 生存和发展的主要因素。采用先进的管 理信息系统,实现集成化管理,对于模具 企业,特别是规模较大的模具企业,已是 一项极待解决的任务。如一汽铸造模具 厂基本上实现了计算机网络管理,从生 产计划、工艺制定,到质检、库存、统计、 核算等,普遍使了计算机管理系统,厂内 各部门可通过计算机网络共享信息。 利用信息技术等高新技术改造模具 企业的传统生产已成为必然。 三、铸造模具用材料 铸造模具用材料可分别选用木材、 可加工塑料、铝合金、铸铁、钢材等。 木模目前仍广泛应用于手工造型或 单件小批量生产中,但随着环境保护要 求和木材加工性能差的限制,取而代之 的将是实型铸造。实型铸造以泡沫塑料 板材为材料,裁减粘贴成模样,然后浇注 而成铸件,该方法较之用木模,周期短、 费用低。 塑料模的应用呈上升趋势,尤其是 可加工塑料的应用日益广泛。 铝合金模由于重量轻尺寸精度较高, 因此应用较广泛。但近来应用有减少趋 势,部分已被塑料模和铸铁模所取代。