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Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
限制我国模具工业发展的因素还有模具钢材等附属因素,目前国内模具钢按其材质及用户使用情况来看,可以分为低、中、高档三个方面。低档市场,主要是一些日用五金、日用塑料生产企业所用的模具。对模具钢没有特别的要求,只求价格低廉。不需要国有大钢厂的产品,更不需要进口产品,通常选择乡办或民营企业的产品。中档市场,以国内中型模具制造企业为主。对模具钢的要求较严,确保材质稳定、价格适中,基本采用国产模具钢。但注重产地,一般以上钢五厂、抚顺特钢、大治特钢、长城钢厂等国企产品为主。其价格为进口模具钢的1/3左右。高档市场,主体是外资(包括港资、台资企业)及出口为主的模具制造厂家。对模具钢质量要求较高,通常采用国际招标的方式组织货源或由母国提供。所以绝大部分为进口产品,少量使用中国的高品质材料。其模具钢进口价格比国产的高2倍左右。
从模具钢市场分布格局来看,高档市场这一占主导地位的模具钢市场,迄今为止国内产品的占有率很少,而这一市场将是国内模具业发展的趋势,潜在市场很大。
据市场调研,国产模具钢与国外相比,确实存在一定的差距。比如国产的通用性模具钢H13、D2、LD、P20、PMS、SKD61等品种内在质量均能达到美国模具钢通用标准ASTMA681,属国际一般水平,基本上能满足国内外一般模具用户的使用。但对高标准模具钢用户提出的高要求,如冲击韧性、碳化物低偏等残余元素控制、高质量长寿命要求等,目前还无法满足。如冷作模具钢要求在低温条件下具备耐磨损、抗塑性交形、抗崩角、抗整件开裂、可机加工性和可磨削性等各种性能。而塑胶模具用钢要求具有高光洁度表面、耐腐蚀、耐磨损、高热传导性、机加工性、抛光性、蚀刻性能等。据国内外塑料模具技术比较显示,国外的淬火钢模具寿命在160-300万次,国内只有50-100万次,非淬火钢模具寿命国内也只有国外的一半。钢材质量是造成这一状况的其中一个原因。如一些特钢厂采用普通废钢加生铁电炉的冶炼方式,缺乏优质铁水,导致生产成本高,在残余元素控制
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上与国外有一定的差距。[4]
另外,国产模具钢新品种少。近年来,国外一些著名模具钢生产企业研制开发了许多模具钢新品,如Q90M热作模具钢、高强韧性模具钢、DH13、DH53、火焰淬火模具钢、粉末冶金冷作模具钢等,这些高性能模具钢成了当前国际模具市场的典型品牌产品。现在国外一些特殊钢生产企业紧跟国际模具制造业发展的趋势,以节能、节材、缩短工模具制造周期为出发点,确立模具钢向品种、规格多样化、精料化和制品化方向发展的战略,开发模具钢的深度加工和经淬火回火处理。采用这种模块、模板,可使模具制造企业的生产效率大幅度提高,模具制造周期进一步缩短,从而降低制造成本。由此,赢得了市场的青睐。相比之下,国产的高性能模具钢新品较少,这大大影响了我国模具工业的健康成长。
年来,国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%-80%相比,仍有很大差距[5]。技术比较见表1
表1: 国内外塑料模具技术比较表
项目 注塑模型腔精度 型腔表面粗糙度 非淬火钢模具寿命 淬火钢模具寿命 热流道模具使用率 标准化程度 中型塑料模生产周
国内 0. 005~0. 01mm Ra0.01~0. 05 um 10-60万次 160~300万次 80%以上 70~80% 一个月左右
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国外 0.02~0.05mm Ra0.20 um 10~30万次 50~100万次 总体不足10% 小于30% 2~4个月
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期
目前,全世界模具的年产值约为650亿美元,我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位,仅次于日本和美国。虽然近几年来,我国模具工业的技术水平己取得了很大的进步,但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。
中国模具产业除了要继续提高生产能力,今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面,主要是企业结构向专业化调整,产品结构向着中高档模具发展,向进出口结构的改进,中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。
近年,模具行业结构调整和体制改革步伐加大,主要表现在,大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品;塑料模和压铸模比例增大;专业模具厂数量及其生产能力增加;“三资”及私营企业发展迅速;股份制改造步伐加快等。从地区分布来看,以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江,江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。[6]
1.3 我国模具工业存在问题和主要差距
虽然我国模具总量目前已达到相当规模,模具水平也有很大提高,但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面:
① 总量供不应求
国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求,中高档模具自配率只有50%左右。
② 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理
我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间(分厂),自产自配比例高达60%左右,而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式,而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例
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不足30%,而国外在50%以上。2004年,模具进出口之比为3.7:1,进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元,为世界模具净进口量最大的国家。
③ 模具产品水平大大低于国际水平,生产周期却高于国际水平
产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。 ④ 开发能力较差,经济效益欠佳
我国模具企业技术人员比例低,水平较低,且不重视产品开发,在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元,国外模具工业发达国家大多是15~20万美元,有的高达25~30万美元,与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理,真正实现现代化企业管理的企业较少。
造成上述差距的原因很多,除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视,以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外,还有下列几个原因:
国家对模具工业的政策支持力度还不够
虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策,但配套政策少,执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家,大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金,影响技术进步,而且民营企业贷款十分困难。
人才严重不足,科研开发及技术攻关投入太少
模具行业是技术、资金、劳动密集的产业,随着时代的进步和技术的发展,掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺,高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够,科研单位和大专院校的眼睛盯着创收,导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少,致使模具技术发展步伐不大,进展不快。
工艺装备水平低,且配套性不好,利用率低
近年来我国机床行业进步较快,已能提供比较成套的高精度加工设备,但与国外装备相比,仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备,但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因,引进设备不配套,设备与附件不配套现象十分普遍,设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。
专业化、标准化、商品化程度低,协作能力差
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由于长期以来受“大而全”“小而全”影响,模具专业化水平低,专业分工不细致,商品化程度低。目前国内每年生产的模具,商品模具只占40﹪左右,其余为自产自用。模具企业之间协作不畅,难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低,模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响,特别是对模具制造周期有很大影响。
模具材料及模具相关技术落后
模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本,国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差,也直接影响模具水平的提高。[7]
1.4 展望我国模具工业发展的发展方向
在信息社会和经济全球化发展的进程中,模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展,技术含量不断提高,模具生产向着专业化、信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;模具业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
针对我国模具工业的现状,通过进一步搞好模具行业的结构调整和创新,抓住我国模具价格较低的竞争优势,大力提高模具的开发效率,增加大型、精密、复杂和长寿命等技术含量高的中高档模具的比例,今后我国模具技术的研究重点和主要发展方向应该是:
(1)高速、高精、复杂和长寿命模具加工技术的研究和应用。例如超精冲压模具制造技术的研究和应用、精密塑料和压铸模具制造技术等;
(2)优质模具材料的研制和正确选用,以及先进表面加工和处理技术的发展和应用; (3)模具专业化、标准化的发展及进一步推广应用; (4)快速成型与快速制模(RP/RT)技术的发展与应用;
(5)CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD/CAE/CAM技术的进一步集成化、一体化、智能化,从而提高模具设计的现代化、信息化和标准化。
1.5 注塑模具CAD发展概况及趋势
计算机辅助设计((Computer Aided Design, CAD)是当代计算机应用的一个重要领域。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高,CAD技术及其应用一直处于日新月异
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