本文在對國內(nèi)外鑄造模具企業(yè)進行對比后，著重研討了鑄造模具的設計、制造技術和鑄造模具用材。文章*部分展望了發(fā)展前景，指出*鑄造模具的發(fā)展空間還相當大，將有更多的模具企業(yè)走上專而精的道路。 “十五”期間*鑄造巿場呈現(xiàn)良好趨勢，2005年*鑄件總量達到1800萬噸左右，球墨鑄件在總產(chǎn)量中的比重提高到20%-25%，即320萬-400萬噸；隨著轎車產(chǎn)量的增加，有色鑄造件產(chǎn)量接近200萬噸；今后國際巿場需求也將保持高速增長態(tài)勢，全球對*鑄件的年需求量約為4000萬噸左右，其中球墨鑄鐵和有色合金鑄件需求量增長迅速，鑄造模具產(chǎn)值將超過百億元人民幣。 一、國內(nèi)外鑄造模具企業(yè)比較 *鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)，大體可以分成以下幾類：*類為鑄造模具專業(yè)廠（包括合資和獨資企業(yè)），這些企業(yè)設備先進，技術優(yōu)良，是鑄造模具行業(yè)的主力；第二類是鑄造專業(yè)廠的模具車間；第三類是近年來發(fā)展迅速的私營和民營模具廠，這類企業(yè)規(guī)模不大，數(shù)量眾多，各有分工，協(xié)同作戰(zhàn)，分布在江浙、廣東一帶，其中有些廠已經(jīng)具備了一定的實力；第四類是兼做鑄造模具的其他一些模具廠?？傊T造模具生產(chǎn)企業(yè)呈多元化，并向高水平發(fā)展，這也是*經(jīng)濟發(fā)展帶來的必然趨勢。 國外發(fā)達*的模具廠大體分為獨立的模具廠和隸屬于一些大的集團公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，技術水平高，生產(chǎn)效率極高。 國外模具企業(yè)一般不超過100人，多數(shù)在50人以下。在人員結構上，設計、質量控制、營銷人員超過30%，管理人員在5%以下。年人均產(chǎn)值超過100萬元人民幣，*能達到200多萬元人民幣。國內(nèi)模具企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人員結構和國外差不多，但一些國企的人員結構還不盡合理，在年人均產(chǎn)值上差距還很大，多數(shù)在10~20萬元人民幣，少數(shù)能達到40萬元人民幣。 國外模具企業(yè)對人員素質要求較高，技術人員一專多能，一般能獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和掌握很深。國內(nèi)模具企業(yè)分工較細，缺乏綜合素質較高的人員。 國外模具企業(yè)CAD/CAM/CAE技術的應用比較廣泛，逆向工程、快速原型制造鑄造模具使用也比較多。國內(nèi)模具企業(yè)中一些骨干廠家在這方面和國外差距已經(jīng)不大，有些已經(jīng)達到國外水平，但一些中小型模具企業(yè)與國外的差距還是很大。不過在模具材料方面，隨著國外技術的引進和*自身研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。 在模具的價格和制造周期上，國外模具價格一般是國內(nèi)模具的5~10倍，制造周期是2~3倍（一般把模具的調試時間也算在制造周期之內(nèi)），在這兩方面應該說國內(nèi)模具企業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢的。 二、鑄造模具的設計與制造技術 *雖然是鑄造大國，但遠非鑄造強國，*鑄造工藝水平、鑄件質量、技術經(jīng)濟指標等較之先進*還有很大差距。鑄造工藝方法以砂型鑄造為主，其中手工、半機械化造型仍占很大比例，但近年來*壓鑄工業(yè)發(fā)展迅速，每年保持7%~10%的增長速度。*的汽車工業(yè)也正在成長過程中，為了減輕汽車重量，轎車的鋁、鎂輕金屬用量將進一步增長，這就對壓鑄件提出了更高的質量要求。 *鑄造工藝裝備同先進*相比還有一定差距。20世紀90年代以前，鑄造模具的設計使用計算機的很少，制造也主要以普通萬能設備為主。進入90年代，巨大的巿場需求，特別是汽車、摩托車業(yè)的快速發(fā)展，極大地推進了*鑄造模具業(yè)的發(fā)展。同時隨著合資和獨資企業(yè)的介入，國外先進的模具設備和制造技術的引進，促使國產(chǎn)鑄造模具設計和制造技術水平逐步提高，一些企業(yè)已經(jīng)具備設計和制造大型精密模具的能力，如一汽鑄造有限公司鑄造模具廠設計制造的一套3400t壓鑄機用的壓鑄模具，總重達33.5t，是目前國產(chǎn)壓鑄模中*的模具。 20世紀90年代以來，鑄造模具業(yè)在設計和制造方面的主要變化有： (1)模具企業(yè)的生產(chǎn)技術水平提高，高新技術在模具的設計和制造中的應用，已成為快速制造優(yōu)質模具的有力保證。CAD/CAM/CAE的應用，顯示了用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性，CAD/CAM/CAE已成為模具企業(yè)普遍應用的技術。CAD/CAM一體化技術已在鑄造模具業(yè)中廣泛使用，目前二維設計使用的軟件主要是AutoCAD，三維設計使用的軟件比較多，主要有Pro/E、UG、Cimatron等。 目前一汽鑄造模具廠的3D設計已達到95%以上，在三維設計后使用三維虛擬裝配檢測技術對裝配干涉進行檢查，保證了模具設計質量，確保了設計和工藝的合理性。三維數(shù)據(jù)經(jīng)過CAM軟件編輯，NC代碼直接傳輸?shù)綌?shù)控設備上進行模具加工。數(shù)控機床的普遍應用，保證了模具零件的加工精度和質量，大大提高了模具的準確率和生產(chǎn)效率。CAE技術也在逐步運用到實際設計、生產(chǎn)中，運用CAE技術模擬金屬的充填過程、分析冷卻過程、預測成形過程中可能發(fā)生的缺陷以及產(chǎn)品開發(fā)前期的凝固模擬，大大優(yōu)化了工藝設計，縮短了試驗時間。一汽鑄造有限公司鑄造模具廠在一些大型復雜模具，如發(fā)動機缸體、缸蓋、變速箱殼體模具的設計中已經(jīng)開始應用CAE技術對流場、溫度場進行模擬分析，工藝成品率得到極大提高。 (2)銑削加工是型腔模具加工的重要手段。高速加工（HighSpeedMachining,簡稱HSM）是以高切削速度、高進給速度和高加工質量為主要特徵的加工技術，具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質量好、加工效率高（為普通銑削加工的5~10倍）及可加工硬材料（可達60HRC）等諸多優(yōu)點，因而在模具加工中日益受到重視。高速加工技術引入模具工業(yè)，提高了模具精度，大大縮短了模具制造時間。研究表明，對于一般復雜程度的模具，HSM加工時間可減少30%以上。 目前，模具企業(yè)為了縮短制模周期、提高巿場競爭力，采用高速切削加工技術越來越多。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料模具等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。在生產(chǎn)中采用數(shù)控高速銑削技術，可大大縮短制模時間。經(jīng)高速銑削精加工后的模具型面，僅需略加拋光便可使用，節(jié)省了大量修磨、拋光時間。 增加數(shù)控高速銑床，是模具企業(yè)設備投資的重點之一。 (3)電火花加工在鑄造模具制造中是不可缺少的工藝方法。電火花加工對于淬火后的深、小型腔的加工仍是有效的方案。日本沙迪克公司的直線電動機伺服驅動的數(shù)控電火花成型機床具有驅動反應快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的電火花成型機具有的P-E3自適應控制系統(tǒng)、PCE能量控制系統(tǒng)及自動編程專家系統(tǒng)，在鑄造模具制造中有其不可替代的作用。 (4)精密、復雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設備的要求越來越高。現(xiàn)在精密模具的精度已達2~3μm，鑄造模具的精度要求也達到10~20μm。目前國內(nèi)廠家使用較多的檢測設備有意大利、美國、德國等具有數(shù)字化掃描功能的三坐標測量機。如一汽鑄造有限公司鑄造模具設備廠擁有德國生產(chǎn)的1600mm×1200mm三坐標測量機，具有數(shù)字化掃描功能，可以實現(xiàn)從測量實物到建立數(shù)學模型，輸出NC代碼，最終實現(xiàn)模具制造的全過程，成功地實現(xiàn)逆向工程技術在模具制造中的開發(fā)和應用。這方面的設備還包括：英國雷尼紹公司的高速掃描儀（CYCLONSERIES2），該掃描儀可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。 利用逆向工程制作模具，具有制作周期短、精度高、一致性好及價格低等許多優(yōu)點。 (5)快速原型制造鑄造模具已進入實用階段，LOM、SLS等方法應用的可靠性和技術指標已經(jīng)達到國外同類產(chǎn)品水平。 (6)模具毛坯快速制造技術。主要有干砂實型鑄造、負壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造等技術。 (7)用戶要求模具交付期越來越短、模具價格越來越低。為了保證按期交貨，有效地管理和控制成本已成為模具企業(yè)生存和發(fā)展的主要因素。采用先進的管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)集成化管理，對于模具企業(yè)，特別是規(guī)模較大的模具企業(yè)，已是一項極待解決的任務。如一汽鑄造模具廠基本上實現(xiàn)了計算機網(wǎng)絡管理，從生產(chǎn)計劃、工藝制定，到質檢、庫存、統(tǒng)計、核算等，普遍使用了計算機管理系統(tǒng)，廠內(nèi)各*可通過計算機網(wǎng)絡共享信息。 利用信息技術等高新技術改造模具企業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)已成為必然。 三、鑄造模具用材料 鑄造模具用材料可分別選用木材、可加工塑料、鋁合金、鑄鐵、鋼材等。 木模目前仍廣泛應用于手工造型或單件小批量生產(chǎn)中，但隨著環(huán)境保護要求和木材加工性能差的限制，取而代之的將是實型鑄造。實型鑄造以泡沫塑料板材為材料，裁減粘貼成模樣，然后澆注而成鑄件，該方法較之用木模，周期短、費用低。 塑料模的應用呈上升趨勢，尤其是可加工塑料的應用日益廣泛。 鋁合金模由于重量輕尺寸精度較高，因此應用較廣泛。但近來應用有減少趨勢，部分已被塑料模和鑄鐵模所取代。 鑄鐵模是大批量鑄造生產(chǎn)的*，并被大量使用。它具有強度高、硬度高、加工性好、成本低、使用壽命長等優(yōu)點。近幾年來，由于鑄造水平的提高，已有越來越多的模樣、模底板、型板框等采用強度和耐磨性更高的球鐵或高強度合金灰鑄鐵制作，而耐熱疲勞性能更好的蠕墨鑄鐵也被用于制作熱芯盒材料。 鋼材以往在砂型鑄造模具上主要用于制作標準件及結構件，較少用于制作鑄造模具本體，因為碳鋼使用壽命并不高于球鐵或低合金灰鑄鐵，而合金鋼又十分昂貴。隨著模具加工技術的提高及對鑄模尺寸穩(wěn)定性要求的提高，一些模具鋼、鉻鉬合金鋼，如H13鋼，也開始用于制作熱芯盒和鑄模本體。在壓鑄模具中襯模材料早期主要采用3Cr2W8V，近年來較多地采用H13、瑞典的8407、DIVER等熱作模具鋼。壓鑄模具其他部分材料有碳鋼、工具鋼，也有一些鑄鐵。 模具型腔材料的重大改進，新的鋼種也會有所進展。壓鑄模具由于其工作狀態(tài)的苛刻性，對于材料有較高的要求，世界上發(fā)達*都采用優(yōu)質H13鋼，國外模具鋼廠直接以優(yōu)質H13鋼模塊供應用戶，不但方便用戶，縮短用戶的模塊備料周期，更重要的是能確保模塊的質量。由于國產(chǎn)H13模塊材質得不到保證，影響了模具企業(yè)的生產(chǎn)，進口的H13鋼價格遠遠高于國產(chǎn)鋼材，為了降低模具制造成本，極待開發(fā)國產(chǎn)優(yōu)質壓鑄模具用鋼。一汽鑄造模具廠與吉林*合作開發(fā)的新型高壽命壓鑄模具用鋼，已初見成效。 四、*鑄造模具的發(fā)展前景 從長期發(fā)展來看，*經(jīng)濟保持持續(xù)增長，今后鑄造模具總體需求還會增長。*模具近年來以平均17%的速度增長，高于*GDP的平均增值一倍多。鑄造模具也可以保持同步的發(fā)展，因此鑄造模具還有很大的發(fā)展空間。 鑄造模具企業(yè)要轉換機制，發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)，增強巿場意識，促進鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整。過去，在計劃經(jīng)濟條件下，大型企業(yè)內(nèi)部設有模具分廠（車間），制造能力和技術力量較強，占了國內(nèi)模具產(chǎn)值的相當比例，除少量標準件外購外，大部分工作量均由模具分廠去完成，致使專業(yè)化、標準化程度低。加之受企業(yè)管理體制的約束，模具制造周期長，不能適應巿場要求。進入WTO后，*鑄造模具業(yè)也在逐步融入世界貿(mào)易一體化中。通過徹底的改革將計劃經(jīng)濟的影響消除，為此，模具的商品化程度也將大幅度提高，國企股份制改造的步伐將加快，私營和個體企業(yè)的發(fā)展，使模具工業(yè)的企業(yè)結構發(fā)生較大變化。 模具行業(yè)社會化大合作和專業(yè)化將加強，這是抵御加入世界貿(mào)易組織沖擊的有效措施。傳統(tǒng)的企業(yè)內(nèi)的模具車間將有一部分通過改制成為獨立核算的新經(jīng)濟實體，而大部分將被逐步淘汰，更多模具企業(yè)將走上專業(yè)化的道路，在本身專長的產(chǎn)品上保持優(yōu)勢，走專而精的道路，這樣才能在競爭中得以生存和發(fā)展。過去那些沒有專長項目、包括所有類型的模具企業(yè)，造成設備、人才、資金等分散，這些企業(yè)將逐步在相對優(yōu)勢的項目上做強，得到發(fā)展，而將非專長的項目淘汰。模具的標準化也將進一步推行，模具的標準零件生產(chǎn)企業(yè)也將會得到快速的發(fā)展。 模具是技術密集型和勞動密集型結合的產(chǎn)業(yè)，*有優(yōu)秀的人才，模具鉗工技術水平高，勞動力成本低。進入WTO后，*的投資環(huán)境得到更大的改善，外商投資可以享受到國民待遇，不再會有外匯平衡、外銷配額的問題，所以*的模具行業(yè)將會有更多的中外合資和外方獨資模具企業(yè)。同時，由于日本、新加坡和*臺灣等*和地區(qū)的制造業(yè)生產(chǎn)點外移呈不可逆轉之勢，更加開放的*內(nèi)地自然成為*，模具企業(yè)勢必跟進。 由于*模具生產(chǎn)成本大大低于國外，隨著模具制造技術的完善和質量的提高，不僅可以減少模具的進口，而且有可能逐步開拓出口巿場，向國外出口更多的模具。 *加入WTO后，模具進口在短期內(nèi)將繼續(xù)保持增長勢頭，模具出口將會有很大發(fā)展。相對東南亞及中東等*，*模具在技術、質量及價格上占有優(yōu)勢，出口前景看好。而外資企業(yè)進入*，其模具的返銷及出口也將成為*模具出口的重要組成部分。 提高鑄造模具設計和制造水平，主要包括：廣泛采用CAD/CAM/CAE/CAPP技術；工藝和工裝設計一體化；提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計和制造水平；大力發(fā)展快速制模和快速成形技術(RPM)；發(fā)展高速加工技術、發(fā)展高速測量技術和逆向工程(RP)；采用優(yōu)質鑄模材料，提高表面處理技術；提高鑄造模具標準化水平和擴大標準件的使用范圍。 積極推進行業(yè)管理，構筑行業(yè)管理協(xié)調網(wǎng)絡，建立公平、合理的鑄造模具價格體系。進一步規(guī)范模具巿場，規(guī)范的巿場經(jīng)濟對質量的要求更為嚴格，質量就是巿場。 現(xiàn)代制模的質量依賴于物化因素，再現(xiàn)能力強，整體水平容易控制?，F(xiàn)代制模采用并行方式進行，設計和制造基于共同的數(shù)學模型，可以在模具總體工藝方案指導下通過公共數(shù)據(jù)庫并行通信，相互協(xié)調，共享信息，以減少重復勞動，縮短加工周期。 總之，*的鑄造模具企業(yè)要發(fā)展，就必須轉換機制，發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)，增強巿場意識，促進鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整；積極推進行業(yè)管理，建立行業(yè)管理協(xié)調網(wǎng)絡；加強技術人才的培養(yǎng)，強化一專多能；廣泛采用CAD/CAM/CAE/CAPP技術，提高鑄造模具設計和制造水平；大力發(fā)展快速制模和快速成形技術、高速加工技術、高速測量技術和逆向工程等新技術、新工藝、新材料；提高鑄造模具標準化水平和擴大標準件的使用范圍。模具企業(yè)必須不斷提高自身的技術水平和管理能力，才能在國內(nèi)模具巿場有立足之地，才能逐步開拓國外模具巿場。