绪论

模具是工业生产的基础工艺装备，是制造各种金属和非金属零件的一种重要生产工具。在产品竞争和不断更新的年代，要使产品不断降低成本，并具有价格优势，采用模具成形技术来制造产品是非常重要的途径之一。

模具成形的零件加工方法实质是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。采用模具成形的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率、保证零件质量、节约材料、降低生产成本，从而取得很高的经济效益。

一、模具工业在国民经济中的地位

模具工业是国民经济发展的重要基础工业之一，也是一个国家加工行业发展水平的重要标志。德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”；美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”；日本把模具称为“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具工业视为“整个工业发展的秘密”。我国将模具工业视为整个制造业的“加速器”，称之为“一切工业之母”。

机械、电子、汽车等国民经济的支柱产业需要大量的模具，据统计70%以上的汽车、拖拉机、电动机、电器、仪表零件，80%以上的塑料制品，70%以上的日用五金及耐用消费品零件都是采用模具生产。在工业化国家中，从20世纪70年代起，模具工业总产值就开始超过了机床工业总产值，并开始从机床工业或机械工业中分离出来；到20世纪80年代末，模具工业彻底摆脱从属地位而发展成为独立的国民经济基础产业。在我国，据模具工业协会统计，从1997年开始，我国模具工业总产值已开始超过了机床工业总产值。在现代化工业生产中，60%~90%的工业产品需要使用模具加工，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具等。由此可见，利用模具生产零件的方法已成为现代工业进行成批生产或大量生产的主要技术手段，这对于保证制件质量、缩短试制周期、抢先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义。

模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。

二、模具工业的发展趋势

当前，整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势。

（1）模具日趋大型化。随着模具制造的零件日渐大型化和高生产率要求，模具工业将更多地采用“一模多腔”技术。

（2）模具的精度将越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达到2~3μm，使用超精加工技术后，将使加工精度提高到1μm以内。超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术于一体的复合加工将得到发展，兼备两种以上工艺特点的复合加工技术在今后的模具制造中将具有广阔的发展前景。

（3）多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能模具生产出来的是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小件、电器及仪表的铁芯组件等。

（4）随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此，热流道技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。许多塑料模具厂所生产的塑料模具已有一半以上采用了热流道技术，有的工厂使用率甚至已达80%以上，效果十分明显。目前，热流道模具在我国已有部分企业采用，使用率达到20%~30%。随着热流道技术的进一步推广以及热流道元器件价格的日趋合理，该技术必将得到推广。

（5）随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成形等工艺的模具将随之发展。气体辅助注射成形技术可改善塑件的内在和外观质量，具有注射压力低、制品变形小、易于成形壁厚差异较大的制品等优点，而且可以节约原料及提高制件生产率，从而大幅度降低成本。高压注射成形可减小树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。

（6）模具标准化程度将不断提高。模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。目前，模具标准件的使用覆盖率已达30%以上。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本，因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（7）快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产的时代，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。可见，一方面是制品使用周期短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期越短越好，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。

（8）模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用。高速扫描仪和模具扫描系统可以提供从模型到实物扫描到加工出所需模型的诸多功能，大幅度缩短了模具的研制周期。将快速扫描系统安装在数控铣床或加工中心上，可以实现快速数据采集，并自动生成数控加工程序及不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。目前，模具高速扫描及数字化系统已应用于汽车、摩托车及家电制造业。未来几年，该技术必将在模具生产中发挥越来越重要的作用。

（9）随着以塑代钢、以塑代木的进一步发展，塑料模的比例不断提高，同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模的要求也将越来越高。

（10）模具技术含量不断提高，中、高档模具比例不断增大，产品结构调整将导致模具市场走势不断的变化。

三、中国模具工业的发展情况

近年来，我国模具制造技术不断发展，模具的加工手段从一般的机械加工、精密加工发展到广泛应用数控机床加工。我国模具工业总产值从有资料统计开始，逐年递增。2014年我国模具工业总产值达到1.8万亿元，已居世界之首。但我国模具自主独立技术及模具工业总体技术水平仍与世界发达国家有较大差距。

在我国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，许多模具企业都非常重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展了模具技术的研究和开发。

1.冲模技术

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。这些模具厂家在设计制造方法和技术手段方面不断改善，在轿车模具国产化方面迈出了可喜的步伐。1953年，长春第一汽车制造厂成立了冲压模具车间，并于1958年开始制造汽车覆盖件模具。多工位级进模和多功能模具是我国重点发展的精密模具品种。目前，国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。生产的电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达20μm，寿命达到1亿次以上。其他的多工位级进模，如用于集成电路引线框架的20~30工位的级进模，用于电子枪零件的硬质合金级进模和空调器散热片的级进模，也已达到较高的水平。

2.塑料模具技术

近年来，塑料模具发展很快，在国内模具工业产值中所占的比例不断扩大。电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可在国内生产。质量达10~20t的汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具和多达600腔的塑封模具我国已可自行生产。在精度方面，塑料尺寸精度可达IT6~IT7级，型面的粗糙度达到R_a0.05~0.025μm，塑料模具使用寿命达100万次以上。我国在塑料模具的设计制造中，CAD/CAM技术得到了较快的普及，CAE软件已经在部分厂家应用。热流道技术得到了广泛应用，气辅注射技术和高效多色注射技术也已开始成功应用。

3.CAD/CAE/CAM技术

目前，国内已有相当多的模具企业厂家普及了计算机绘图，并陆续引进了高档CAD/CAE/CAM，UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名软件在中国模具工业中的应用已相当广泛。一些厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。

近年来，我国自主开发的CAD/CAE/CAM系统也有很大发展。例如，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模及精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件，北京机电研究所开发的锻模CAD/CAE/CAM软件，北航华正软件工程研究所开发CAXA软件，吉林汽车覆盖件成形技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成形分析KMAS软件等在国内模具行业中拥有不少的用户。

4.快速成形/快速制模技术

快速成形/快速制模技术在我国得到了重视和发展，许多研究机构致力于这方面的研究开发，并不断取得新成果。清华大学、华中理工大学、西安交通大学和北京隆源自动成形系统有限公司等单位都自主研究开发了快速成形技术与设备，生产出分层物体（LOM）、立体光固化（SLA）、熔融沉积（FDM）和选择性烧结（SLS）等类型的快速成形设备。这些设备已在国内应用于新产品开发、精密铸造和快速制模等方面。

快速制模技术也在国内多家单位开展研究，目前研究较多的有电弧喷涂成形模具技术和等离子喷涂制模技术。中、低熔点合金模和树脂冲压模制造技术已获得成功应用，硅橡胶模也应用于新产品的开发中。

5.其他相关技术

近年来，国内一些钢铁企业相继引进和装备了一些先进的工艺设备，使模具钢的品种规格和质量都有了较大的改善。在模具制造中，较广泛地采用了新的钢材，如冷作模具钢D2、D3、A1、A2、LD、65Nb等；热作模具钢H10、H13、H21、4Cr5MoVSi、45Cr2NiMoVSi等；塑料模具钢P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等。这些模具材料的应用在提高质量和使用寿命方面取得了较好的效果。国内一些单位对多种模具抛光方法进行研究，并开发出专用抛光工具和机械。花纹蚀刻技术和工艺水平提高得较快，在模具饰纹的制作中被广泛应用。

高速铣削加工是近年来发展很快的模具加工技术。国内已有很多公司引进了高速铣床，并开始广泛应用。

四、中国模具工业和技术的发展前景

1.巨大的市场需求将推动中国模具工业的调整和发展

汽车、摩托车行业的模具需求占国内模具市场的一半左右。2016年，我国汽车产量将达到2500万辆，汽车保有量预计达到4亿辆，预计到2020年汽车年产量将达4000万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如，目前我国汽车行业塑料件市场用量在250万吨左右，可见其发展空间十分广阔。

家用电器行业的发展对模具的需求量也很大。其他发展较快的行业，如电子、通信和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

早在1989年，在国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准，从1997年开始对部分模具企业实行了增值税返还70%的优惠政策。国家对模具工业采取的所有这些优惠政策都对其发展提供有力支持。

2.我国模具工业与国外的差距

（1）产需矛盾：工业发展水平的不断提高、工业产品更新速度的加快，对模具的要求越来越高。尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论从数量还是质量上仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右，见表0-1。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求的问题。二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦导致模具生产效率不高、周期长，见表0-2。

（2）产品结构、企业结构：模具按国家标准分为10大类，其中冲压模、塑料模是模具用量的主要部分。按产值统计，我国目前冲压模约占50%，塑料模约占34%。国外先进国家对塑料模的发展很重视，塑料模比例一般占产值的40%左右。国内模具中，大型、精密、复杂、长寿命模具比例低，约占产值的25%，国外为产值的50%以上。我国模具生产企业结构不合理，模具自产自配比例高达模具商品化率的70%~90%。模具生产能力主要集中在各主机厂的模具分厂（或车间），国外70%以上的模具生产是商品化的。即使是专业模具厂，我国也大多数是“大而全”“小而全”，而国外大多数是“小而专”“小而精”，生产效率和经济效益俱佳。

（3）产品水平。衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度、加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。国内与国外模具产品水平仍有很大差距，见表0-3。

（4）工艺装备水平：我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、坐标磨床、光曲磨床、三坐标测量机等，但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、稳定性、可靠性、刀具和附件的配套性方面，我国的模具加工设备和国外相比仍有较大差距。

3.中国模具技术的发展方向

虽然我国的模具工业和技术在过去的10多年中得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。

未来的10年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：

（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；

（2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；

（3）大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；

（4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成形和高压注射成形技术；

（5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；

（6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；

（7）逐步推广高速铣削在模具加工中的应用；

（8）进一步研究开发模具的抛光技术和设备；

（9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；

（10）开发新的成形工艺和模具。

同时我们也应看到，目前我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需求，大部分高档模具仍有一部分依靠进口。2014年我国模具进出口总额达75.08亿美元。2015年上半年我国模具进出口总额达36.4亿美元。同比上年下降0.43%。其中进口总额为12.55亿美元，同比下降6.76%，出口总额为23.85亿美元，同比增长3.25%。这表明我国模具行业发展的潜力仍然巨大。