本文在對(duì)國內(nèi)外鑄造模具企業(yè)進(jìn)行對(duì)比后，著重研討了鑄造模具的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)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(dāng)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(shì)，2005年*鑄件總量達(dá)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(shì)，全球?qū)?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(dú)資企業(yè)），這些企業(yè)設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)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(shí)力；第四類是兼做鑄造模具的其他一些模具廠?？傊?，鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)呈多元化，并向高水平發(fā)展，這也是*經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的必然趨勢(shì)。 國外發(fā)達(dá)*的模具廠大體分為獨(dú)立的模具廠和隸屬于一些大的集團(tuán)公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，技術(shù)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(jié)構(gòu)上，設(shè)計(jì)、質(zhì)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(dá)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(jié)構(gòu)和國外差不多，但一些國企的人員結(jié)構(gòu)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(dá)到40萬元人民幣。 國外模具企業(yè)對(duì)人員素質(zhì)要求較高，技術(shù)人員一專多能，一般能獨(dú)立完成從工藝到工裝的設(shè)計(jì)；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對(duì)模具的了解和掌握很深。國內(nèi)模具企業(yè)分工較細(xì)，缺乏綜合素質(zhì)較高的人員。 國外模具企業(yè)CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)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(dá)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(shù)的引進(jìn)和*自身研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。 在模具的價(jià)格和制造周期上，國外模具價(jià)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(diào)試時(shí)間也算在制造周期之內(nèi)），在這兩方面應(yīng)該說國內(nèi)模具企業(yè)還是具有一定競爭優(yōu)勢(shì)的。 二、鑄造模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù) *雖然是鑄造大國，但遠(yuǎn)非鑄造強(qiáng)國，*鑄造工藝水平、鑄件質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等較之先進(jìn)*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(jī)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(jìn)一步增長，這就對(duì)壓鑄件提出了更高的質(zhì)量要求。 *鑄造工藝裝備同先進(jìn)*相比還有一定差距。20世紀(jì)90年代以前，鑄造模具的設(shè)計(jì)使用計(jì)算機(jī)的很少，制造也主要以普通萬能設(shè)備為主。進(jìn)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(jìn)了*鑄造模具業(yè)的發(fā)展。同時(shí)隨著合資和獨(dú)資企業(yè)的介入，國外先進(jìn)的模具設(shè)備和制造技術(shù)的引進(jìn)，促使國產(chǎn)鑄造模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平逐步提高，一些企業(yè)已經(jīng)具備設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)制造的一套3400t壓鑄機(jī)用的壓鑄模具，總重達(dá)33.5t，是目前國產(chǎn)壓鑄模中*的模具。 20世紀(jì)90年代以來，鑄造模具業(yè)在設(shè)計(jì)和制造方面的主要變化有： (1)模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平提高，高新技術(shù)在模具的設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。CAD/CAM/CAE的應(yīng)用，顯示了用信息技術(shù)帶動(dòng)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(yīng)用的技術(shù)。CAD/CAM一體化技術(shù)已在鑄造模具業(yè)中廣泛使用，目前二維設(shè)計(jì)使用的軟件主要是AutoCAD，三維設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)已達(dá)到95%以上，在三維設(shè)計(jì)后使用三維虛擬裝配檢測技術(shù)對(duì)裝配干涉進(jìn)行檢查，保證了模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保了設(shè)計(jì)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(shè)備上進(jìn)行模具加工。數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用，保證了模具零件的加工精度和質(zhì)量，大大提高了模具的準(zhǔn)確率和生產(chǎn)效率。CAE技術(shù)也在逐步運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中，運(yùn)用CAE技術(shù)模擬金屬的充填過程、分析冷卻過程、預(yù)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(shè)計(jì)，縮短了試驗(yàn)時(shí)間。一汽鑄造有限公司鑄造模具廠在一些大型復(fù)雜模具，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼體模具的設(shè)計(jì)中已經(jīng)開始應(yīng)用CAE技術(shù)對(duì)流場、溫度場進(jìn)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(jìn)給速度和高加工質(zhì)量為主要特徵的加工技術(shù)，具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)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(dá)60HRC）等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在模具加工中日益受到重視。高速加工技術(shù)引入模具工業(yè)，提高了模具精度，大大縮短了模具制造時(shí)間。研究表明，對(duì)于一般復(fù)雜程度的模具，HSM加工時(shí)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(shù)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(dá)0.01mm。在生產(chǎn)中采用數(shù)控高速銑削技術(shù)，可大大縮短制模時(shí)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(shí)間。 增加數(shù)控高速銑床，是模具企業(yè)設(shè)備投資的重點(diǎn)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(duì)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(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)控電火花成型機(jī)床具有驅(qū)動(dòng)反應(yīng)快、傳動(dòng)及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的電火花成型機(jī)具有的P-E3自適應(yīng)控制系統(tǒng)、PCE能量控制系統(tǒng)及自動(dòng)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(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對(duì)檢測設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2~3μm，鑄造模具的精度要求也達(dá)到10~20μm。目前國內(nèi)廠家使用較多的檢測設(shè)備有意大利、美國、德國等具有數(shù)字化掃描功能的三坐標(biāo)測量機(jī)。如一汽鑄造有限公司鑄造模具設(shè)備廠擁有德國生產(chǎn)的1600mm×1200mm三坐標(biāo)測量機(jī)，具有數(shù)字化掃描功能，可以實(shí)現(xiàn)從測量實(shí)物到建立數(shù)學(xué)模型，輸出NC代碼，最終實(shí)現(xiàn)模具制造的全過程，成功地實(shí)現(xiàn)逆向工程技術(shù)在模具制造中的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司的高速掃描儀（CYCLONSERIES2），該掃描儀可實(shí)現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達(dá)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(jià)格低等許多優(yōu)點(diǎn)。 (5)快速原型制造鑄造模具已進(jìn)入實(shí)用階段，LOM、SLS等方法應(yīng)用的可靠性和技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。 (6)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí)型鑄造等技術(shù)。 (7)用戶要求模具交付期越來越短、模具價(jià)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(jìn)的管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集成化管理，對(duì)于模具企業(yè)，特別是規(guī)模較大的模具企業(yè)，已是一項(xiàng)極待解決的任務(wù)。如一汽鑄造模具廠基本上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理，從生產(chǎn)計(jì)劃、工藝制定，到質(zhì)檢、庫存、統(tǒng)計(jì)、核算等，普遍使用了計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，廠內(nèi)各*可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享信息。 利用信息技術(shù)等高新技術(shù)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(yīng)用于手工造型或單件小批量生產(chǎn)中，但隨著環(huán)境保護(hù)要求和木材加工性能差的限制，取而代之的將是實(shí)型鑄造。實(shí)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(fèi)用低。 塑料模的應(yīng)用呈上升趨勢(shì)，尤其是可加工塑料的應(yīng)用日益廣泛。 鋁合金模由于重量輕尺寸精度較高，因此應(yīng)用較廣泛。但近來應(yīng)用有減少趨勢(shì)，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(qiáng)度高、硬度高、加工性好、成本低、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。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(qiáng)度和耐磨性更高的球鐵或高強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)件及結(jié)構(gòu)件，較少用于制作鑄造模具本體，因?yàn)樘间撌褂脡勖⒉桓哂谇蜩F或低合金灰鑄鐵，而合金鋼又十分昂貴。隨著模具加工技術(shù)的提高及對(duì)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(jìn)，新的鋼種也會(huì)有所進(jìn)展。壓鑄模具由于其工作狀態(tài)的苛刻性，對(duì)于材料有較高的要求，世界上發(fā)達(dá)*都采用優(yōu)質(zhì)H13鋼，國外模具鋼廠直接以優(yōu)質(zhì)H13鋼模塊供應(yīng)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(zhì)量。由于國產(chǎn)H13模塊材質(zhì)得不到保證，影響了模具企業(yè)的生產(chǎn)，進(jìn)口的H13鋼價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)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(jì)保持持續(xù)增長，今后鑄造模具總體需求還會(huì)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(zhuǎn)換機(jī)制，發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)，增強(qiáng)巿場意識(shí)，促進(jìn)鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。過去，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)條件下，大型企業(yè)內(nèi)部設(shè)有模具分廠（車間），制造能力和技術(shù)力量較強(qiáng)，占了國內(nèi)模具產(chǎn)值的相當(dāng)比例，除少量標(biāo)準(zhǔn)件外購?fù)?，大部分工作量均由模具分廠去完成，致使專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)巿場要求。進(jìn)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(jì)劃經(jīng)濟(jì)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(gè)體企業(yè)的發(fā)展，使模具工業(yè)的企業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。 模具行業(yè)社會(huì)化大合作和專業(yè)化將加強(qiáng)，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(dú)立核算的新經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shì)，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(xiàng)目、包括所有類型的模具企業(yè)，造成設(shè)備、人才、資金等分散，這些企業(yè)將逐步在相對(duì)優(yōu)勢(shì)的項(xiàng)目上做強(qiáng)，得到發(fā)展，而將非專長的項(xiàng)目淘汰。模具的標(biāo)準(zhǔn)化也將進(jìn)一步推行，模具的標(biāo)準(zhǔn)零件生產(chǎn)企業(yè)也將會(huì)得到快速的發(fā)展。 模具是技術(shù)密集型和勞動(dòng)密集型結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，*有優(yōu)秀的人才，模具鉗工技術(shù)水平高，勞動(dòng)力成本低。進(jìn)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(huì)有外匯平衡、外銷配額的問題，所以*的模具行業(yè)將會(huì)有更多的中外合資和外方獨(dú)資模具企業(yè)。同時(shí)，由于日本、新加坡和*臺(tái)灣等*和地區(qū)的制造業(yè)生產(chǎn)點(diǎn)外移呈不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)，更加開放的*內(nèi)地自然成為*，模具企業(yè)勢(shì)必跟進(jìn)。 由于*模具生產(chǎn)成本大大低于國外，隨著模具制造技術(shù)的完善和質(zhì)量的提高，不僅可以減少模具的進(jìn)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(jìn)口在短期內(nèi)將繼續(xù)保持增長勢(shì)頭，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。相對(duì)東南亞及中東等*，*模具在技術(shù)、質(zhì)量及價(jià)格上占有優(yōu)勢(shì)，出口前景看好。而外資企業(yè)進(jìn)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(shè)計(jì)和制造水平，主要包括：廣泛采用CAD/CAM/CAE/CAPP技術(shù)；工藝和工裝設(shè)計(jì)一體化；提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)和制造水平；大力發(fā)展快速制模和快速成形技術(shù)(RPM)；發(fā)展高速加工技術(shù)、發(fā)展高速測量技術(shù)和逆向工程(RP)；采用優(yōu)質(zhì)鑄模材料，提高表面處理技術(shù)；提高鑄造模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)件的使用范圍。 積極推進(jìn)行業(yè)管理，構(gòu)筑行業(yè)管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，建立公平、合理的鑄造模具價(jià)格體系。進(jìn)一步規(guī)范模具巿場，規(guī)范的巿場經(jīng)濟(jì)對(duì)質(zhì)量的要求更為嚴(yán)格，質(zhì)量就是巿場。 現(xiàn)代制模的質(zhì)量依賴于物化因素，再現(xiàn)能力強(qiáng)，整體水平容易控制?，F(xiàn)代制模采用并行方式進(jìn)行，設(shè)計(jì)和制造基于共同的數(shù)學(xué)模型，可以在模具總體工藝方案指導(dǎo)下通過公共數(shù)據(jù)庫并行通信，相互協(xié)調(diào)，共享信息，以減少重復(fù)勞動(dòng)，縮短加工周期。 總之，*的鑄造模具企業(yè)要發(fā)展，就必須轉(zhuǎn)換機(jī)制，發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)，增強(qiáng)巿場意識(shí)，促進(jìn)鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；積極推進(jìn)行業(yè)管理，建立行業(yè)管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)；加強(qiáng)技術(shù)人才的培養(yǎng)，強(qiáng)化一專多能；廣泛采用CAD/CAM/CAE/CAPP技術(shù)，提高鑄造模具設(shè)計(jì)和制造水平；大力發(fā)展快速制模和快速成形技術(shù)、高速加工技術(shù)、高速測量技術(shù)和逆向工程等新技術(shù)、新工藝、新材料；提高鑄造模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)件的使用范圍。模具企業(yè)必須不斷提高自身的技術(shù)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。