深度解读轻合金挤压工模具产业和技术发展趋势

随着科学技术的进步和国民经济的高速发展以及人民生活水平的提高，对各类产品的需求量越来越大。各式各样的新产品也层出不穷，因此要求以最快的速度生产出更好的各类模具。为了适应这种形式的发展，世界各国从人力、物力和财力方面进行了不懈的努，成立模具学院和研究机构。许多学者、专家和工程技术人员进行了大量的开发和研究工作，并取得了许多新的进展。轻合金挤压工模具生产技术将向以下几个方面发展：

⒈模具需求量增加。模具需求量将继续增长，尤其是机械、动力能源、电子电器、日用五金、民用建筑、交通运输等工业部门的轻合金挤压材用模量将大大增加，电子计算、宇航、通讯等尖端产品所需高精度模具也越来越多。随着产品的大型化、复杂化，大型复杂模具的用量也会不断增多，据初步估计，近几年轻合金挤压材各种模具用量每年平均将以8%左右的速度增长，到2020年我国轻合金挤压材生产耗模量将超过150万套/a。

⒉模具新材料的开发与应用。除了继续以合金成分配置、熔炼铸造、开坯改锻、预先处理、热处理等方面改进现有的H系列和其他系列合金钢的质量以外，采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢、陶瓷材料以及复合材料可用作高级模具材料。粉末高合金钢不但解决了原来钢种在熔炼过程产生一次碳化物粗大和偏析而影响材质的问题，而且由于碳化物细化，组织均匀，材料无异向性，因此具有韧性高，耐磨性好，长时间使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的模具材料。用这种方法制得的陶瓷模具材料，虽然韧性低，但其耐热性与耐磨性极好，价格也比较便宜，是一种制作铝合金模子模芯、拉伸模、芯头等的好材料，也是钛合金、高强铝镁合金及其他复杂断面型材挤压模具的良好材料。目前可应用于轻合金挤压工模具的合金模具钢钢种：QRO 90 Supreme、Dievar、YXR3、YXR33、DH31-S、DH31-EX、DRM2、HD(4Cr3Mo2NiVNb)、Y10(4Cr5Mo2MnVSi)、GR(4Cr3Mo3W4VNb)等。
在提高模具材料质量方面，先进的热处理和表面处理技术起着重要的作用，各国已经应用或正在广泛研究的模具热处理方法有：双重热处理、强韧化处理、等温淬火、多级淬火、多级回火、真空热处理、可控气氛热处理、特种盐浴热处理、悬浮体淬火以及优质预处理和稳定处理等；表面处理技术有：离子氮化、气体软氮化、气体氮化、多元复合共渗处理、低温硼处理、PVD和CVD技术以及各种表面沉淀处理等。这些技术的发展方兴未艾，对提高模具的质量，特别是模具的使用寿命将做出重大贡献。

⒊新型模具结构的开发。为了提高产品的尺寸精度、形位精度，开发形状异常复杂的产品，进一步提高模具的使用寿命，世界各国正在寻求新结构的模具设计。各种标新立异的模具新结构，如新型的组合模、镶嵌模、复合模、预应力模，多型多孔模等以及分瓣扁挤压筒、大型挤压轴的镶拼结构和组合结构、自动装卸和自动调心的穿孔系统、新型固定挤压垫结构、T.A.C反挤压工具等新结构将出现新的突破。了解更多有关轻合金工模具发展动态，敬请关注无锡瀚超合金模具钢网站www.alloy-mould-steel.com。

⒋CAD/CAM/CAE技术及热模拟、虚拟设计等技术的开发。随着电子计算机技术的发展，计算机已应用到模具生产的各国领域，其中包括模具的设计、制造、检测、使用、维修和管理等方面。据初步测算，工业发达国家的模具已100%由计算机自动绘图和由CNC机床自动加工制造，作为设计与制造之间联系纽带的图纸已失去主要作用。CAD/CAM/CAE技术的发展，使软件技术在模具设计和制造中的地位越来越高。二维模具的CAD系统，由于设计软件难度大，三维单元图形软件也比较复杂，尚不能满足实际设计要求。因此，进一步发展软件，提高设计自动化程度仍是今后的主攻方向。CAM用于二维模具的加工，已有较完善的编程系统可供利用，而对于三维自由曲面的编程尚不完善，在许多场合下，CAM的编程还要制作工件的模型。因此应继续研究、开发不需制作模型、包含自由曲面的模具CAD/CAM/CAE系统。应进一步研究基础软件和应用软件，通过模拟挤压、虚拟设计各种复杂组合模在挤压过程中的应力应变场、温度场和金属流变场的真实情况，以提高模具的设计质量和使用寿命，逐渐实现零试模。在此之前，应建立大型数据库和专家库及有效的软件系统。

⒌模具复合加工技术的开发和应用。模具复合加工就是将机械加工-电加工（电化学）-超声波等技术综合在一起进行加工。这种复合加工技术兼有两种或两种以上工艺的特点，可取得比单一工艺更好的效果。例如，电加工后，进行涂覆TIC和WC，可强化模具的工作表面；电加工加超声波振动，可提高工作效率；电加工后进行研磨抛光，可消除硬化层，降低表面粗糙度，模具复合加工技术有广阔的发展前景，是今后主攻课题之一。

⒍模具自动加工系统的研制和开发。由于各种数控和计算机控制机床的迅速发展，模具在制造上出现了自动加工系统，如日本三菱公司建立了计算机设计NC带-加工中心-真空热处理-成形磨床-电加工-坐标磨床-装配试模的自动加工系统，大大缩短了制造周期，减少了制造误差，提高了模具质量，为模具设计制造过程全线自动化打下了基础，特别是为在大型挤压机上生产多腔、多孔复杂型材创造了条件。无锡瀚超特殊钢公司致力于合金模具钢应用研究，专业销售优质合金模具钢，提供模具失效分析及模具寿命解决方案“一站式”服务，详情请登陆www.alloy-mould-steel.com。

⒎激光加工在模具制造中的应用。近年来，激光加工技术发展很快，在模具加工技术上主要用来切割样板和打孔，可望用二维的板片加工代替三维的空间曲面加工，简化模具加工工艺。此外，用激光热处理可强化模具表面，提高模具表面硬度及耐磨性。激光技术在模具上应用刚刚开始，可望获得重大突破。

⒏模具研磨抛光技术的研发与应用。目前模具的研磨抛光工序大部分仍靠手工作业，这不仅花费工时，劳动条件也很恶劣，特别是对一些复杂的空间曲面，手工抛光不能达到良好的效果。因此，模具表面的粗糙度不能大幅度降低。近年来，国外相继出现了自动抛光机、带电子计算机的数控研磨机、挤压珩磨机及自动喷丸机、机械-超声波二合一拋光机、机械-电化学-超声波三合一抛光机等自动研磨抛光设备，使模具的研磨抛光技术向自动化方向迈出了一大步。借助于电子计算机的带有磨损补偿送进装置的数控研磨机可实现三维曲面模具表面的自动研磨抛光工作，这不仅节省了工时，减少了劳动量，改善了劳动条件，而且大大降低了模具表面粗糙度和改善了表面状态，为了消除研磨表面产生的磨痕，可采用弹性模具或带状、线状的模具磨削曲面，以代替手工研磨拋光工序。模具表面的自动研磨拋光技术的发展将大大促进模具技术的发展。

⒐大型工模具的研究与开发。随着挤压机的大型化，各国对工模具的大型化也正在开展广泛的研究，如俄罗斯已能设计和制造内径为Φ800~1100mm、比压为500~600MPa的大型挤压筒，正在研究内径为Φ800mm、比压为700~800MPa和内径为Φ1800mm、比压为400~500MPa的大型挤压筒及300mm×1600mm的大型扁挤压筒。这不仅需要寻求能熔铸和锻造大型钢锭坯并且有高力学性能和高工艺性能的经济耐用的热合金钢，而且还需改进挤压筒的加工工艺和热处理工艺。

⒑简化工模具的装配结构，实现自动化更换与装卸，缩短辅助时间是实现全自动化以及生产自动化、连续化的重要方面，正越来越得到挤压工作者的重视。

⒒改善工模具的使用条件，加强工模具的维护与提高模具的维修技术也是目前提高模具技术的发展趋势之一。如寻求良好的润滑剂和工艺润滑条件，用水和液态氮等降低模温、补焊和机械抛光等技术将获得发展。

⒓挤压工模具标准化和产业化的发展。随着生产技术水平的提高及模具加工方式转向数控化设备，模具的CAD/CAM/CAE技术广泛应用后，模具的设计与制造依靠人工技能的比重逐渐减少，而脑力劳动量增加。轻合金挤压工模具制造已成为一个可大批生产的产业化行业。由于轻合金挤压工业的高速发展，其品种大大增多，产量大大增加，工模具的数量和质量也大大提高。因此，轻合金挤压工模具企业在逐渐向“专业化”和“大型化”方向发展。国际上已建成若干有名的大型专业化模具厂，如日本的高取制作所、韩国的中央精密、德国的M+S公司等，我国近年来也逐渐建成了上百家专业轻合金挤压模具厂，其中年产30000套以上的大型专业厂有十余家，如南海兴顺模具厂、顺德万红模具厂、江阴江顺模具厂、吉林飞跃模具厂、广州华盛模具厂、永利成模具厂、恒威模具厂以及沈阳新鑫专用工模具厂和一胜特专业工模具材料厂等，他们的具体情况见附录4。为了提高生产效率，便于管理，提高模具质量，降低成本，挤压模具的“专业化”、“标准化”和通用性程度将会进一步提高。

⒔开始创立一门独立的模具学科，将形成一套完整的模具技术。目前，许多国家已经成立或正在筹建模具学院、工模具研究所、挤压工模具中心，形成了一支模具设计与制造的专业技术队伍。模具技术是介于压力加工和机械加工之间的一门涉及多学科的综合性技术，目前，这门技术致力于研究挤压设备结构、挤压工艺过程与工艺参数、模具材料、模具结构、模具制作方法与工艺，模具的使用与维修等对模具质量、模具使用寿命和模具成本的影响。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部
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