2015年7月13日機密文件不得外傳

鑄造模具概況主講：方建儒博士

模具是現(xiàn)代工業(yè)，特別是汽車、航空、電子電器、儀器儀表、武器、日用品等必不可少的工藝裝備，因此模具質量的高低決定著產品質量的高低，模具行業(yè)也被稱之為“百業(yè)之母”。

依據相關資料統(tǒng)計，模具帶動其相關產業(yè)的比例大約是1:100。模具行業(yè)的地位一、模具行業(yè)宏觀論述

模具行業(yè)屬于專用設備制造業(yè)且品種繁多，共有10大類46小類，包括沖壓、塑料、橡膠、鑄造、鍛壓、擠壓等類型，是一種涵蓋各種用于金屬和非金屬成形的特殊裝備。根據調查與統(tǒng)計，人們常見的工業(yè)產品有60%～90%的零件需要用模具成形。模具行業(yè)產品的分類一、模具行業(yè)宏觀論述多工位級進模具翻邊零件壓筋零件一、模具行業(yè)宏觀論述塑料模具制品模具標準件沖壓模具塑料模具模具生產機床認識模具鑄造是指將液態(tài)合金注入鑄型中使之冷卻、凝固，并進行處理后，最終成為金屬制品的一種生產方式。根據鑄造生產工藝的不同又可分為砂型鑄造、壓力鑄造、重力鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、消失模鑄造等。鑄造方法不同，所用的鑄造模具就有所不同，其中砂型鑄造和壓力鑄造是兩種鑄件產量比較大的鑄造方法。一、模具行業(yè)宏觀論述2015年4月將開始兌現(xiàn)和實施《京都議定書》中關于削減二氧化碳排放的計劃與約定內容，各行各業(yè)都在開始為之準備和布局產業(yè)結構，模具行業(yè)為先導行業(yè)，必將迎來一次大的機遇。2014年中國鑄件連續(xù)15年蟬聯(lián)世界首位，總產量達到了4450萬噸，產值達到了7500億元人民幣。金屬鑄造模具是鑄造生產中最重要的工藝裝備之一，占到中國模具總量的9%左右。一、模具行業(yè)宏觀論述隨著我國汽車制造業(yè)快速發(fā)展和輕量化制造技術進步，鑄造模具（主要是汽車鑄造模具）迎來了快速發(fā)展的大好時機。近年來，隨著國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施，高真空壓鑄、低壓鑄造、差壓鑄造以及擠壓鑄造等輕合金鑄造技術高速發(fā)展，鑄造模具產值以超過25%以上的速度逐年增長。鑄造模具近年來雖然取得了較大的技術進步，但與發(fā)達國家仍然具有很大的差距。隨著汽車輕量化戰(zhàn)略的實施，未來十年甚至二十年越來越多的汽車發(fā)動機系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、甚至車身結構件將逐漸實現(xiàn)由黑色金屬向鑄造有色金屬的轉變，鑄造模具將進入一個高速發(fā)展的黃金時期。同時，也將有力的促進電子、航空、航天、建筑等行業(yè)的發(fā)展。一、模具行業(yè)宏觀論述

模具制造（包括設計和加工）技術大致可分為5個發(fā)展階段：手工操作階段手工操作加機械化（普通通用機床與工具）階段普通通用機床與工具數(shù)字控制階段計算機化階段和CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化階段

我國模具制造企業(yè)眾多，目前技術發(fā)展水平參差不齊，各個階段同時并存。大部分企業(yè)主要以數(shù)字控制階段為主，但同時仍有不少企業(yè)停留在手工操作加機械化階段。純粹手工操作階段已成為歷史，今后的發(fā)展方向是CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化。模具無紙化制造將逐漸替代傳統(tǒng)的設計和加工。模具設計和加工技術一、模具行業(yè)宏觀論述

零件設計澆注模擬模具設計選擇模座裝配調試電極及線切割加工NC加工式模具圖模具設計與加工流程一、模具行業(yè)宏觀論述從零件設計至裝配調試前的流程展開：客戶圖檔修補殘缺及尺寸調整零件檢查澆注模擬決定澆鑄口分析零件拔模斜度及厚度指定縮尺模具設計模具中心及模仁輔料決定分模面位置產生公母模零件設計模具圖組合模芯與模座決定頂針位置制作澆道制作水道NC加工選擇機器選擇刀具設定程序路徑編輯產生GM碼產生加工程序單模具設計與加工流程一、模具行業(yè)宏觀論述模具制造流程一、模具行業(yè)宏觀論述

模具制造屬于機械制造的研究范疇，但一個機械制造能力較強的企業(yè)，未必都能承擔模具制造任務，更難保證制造出高質量的模具。因為模具生產制造難度較大，與一般機械制造相比，有許多特點：

1.模具的生產特點

(1)加工精度高，形狀復雜。模具的工作部分一般都是二維或三維的復雜曲面。一般來說，模具工作部分的制造公差都應控制在±0.01mm以內，模具加工后的表面不僅不允許有任何缺陷，而且工作部分的表面粗糙度Ra都要求小于0.8，需應用各種先進的加工方法才能保證加工質量。復雜模具由數(shù)百上千個零件組成，價格高的模具每套幾百萬元。模具的生產和工藝特點一、模具行業(yè)宏觀論述(2)模具材料優(yōu)異，硬度高。

模具的主要零件多采用優(yōu)質合金鋼制造。這類鋼材從毛坯鍛造、加工到熱處理均有嚴格的要求。熱處理變形也是加工中需認真對待的問題。

(3)單件生產。模具不是直接使用的產品，而是為生產產品而制造的工藝裝備，這就使模具生產具有單件小批生產的特點。通常，每制造一副模具，都必須從設計開始，大約需要一個多月甚至幾個月的時間才能完成，設計、制造周期都比較長。模具的生產和工藝特點一、模具行業(yè)宏觀論述(4)生產周期短。

當前由于新產品更新?lián)Q代的加快和市場的競爭，客觀上要求模具生產周期越來越短。

(5)試模和試修。

由于模具生產的上述特點和模具設計的經驗性，模具在裝配后必須通過試沖或試壓，最后確定是否合格。同時有些部位需要試修才能最后確定。因此在生產進度安排上必須留有一定的試模周期。模具的生產和工藝特點一、模具行業(yè)宏觀論述(6)模具加工向機械化、精密化和自動化發(fā)展。目前產品零件對模具精度的要求越來越高，高精度、高壽命、高效率的模具越來越多。而加工精度主要取決于加工機床精度、加工工藝條件、測量手段和方法。

目前精密CNC高速銑床、五軸加工中心、精密數(shù)控電火花線切割機床、以及三坐標測量機、白光掃描儀等先進設備的應用越來越普遍，使模具加工向高技術密集型發(fā)展。模具的生產和工藝特點一、模具行業(yè)宏觀論述

2.模具的工藝特點由于我國模具加工的技術手段還普遍偏低，同時又有上述生產特點，當前我國模具制造上的工藝特點主要表現(xiàn)如下：

(1)模具加工上盡量采用萬能通用機床、通用刀量具和儀器，盡可能地減少專用二類工具的數(shù)量。

(2)在模具設計和制造上較多的采用“實配法”、“同鏜法”等，使得模具零件的互換性降低，但這是保證加工精度，減小加工難度的有效措施。今后隨著加工技術手段的提高，互換性程度將會提高。

(3)在制造工序安排上，工序相對集中，以保證模具加工質量和進度，簡化管理和減少工序周轉時間。模具的生產和工藝特點一、模具行業(yè)宏觀論述

將模具材料(金屬或非金屬)加工成模具的方法，主要有常規(guī)機械加工、特種加工以及塑性加工、鑄造和焊接加工方法等。

1.常規(guī)機械加工常規(guī)機械加工(即傳統(tǒng)的切削加工)是模具制造中不可缺少的一種重要的加工方法。例如車削加工、銑削加工、磨削加工、鉆削加工等。常規(guī)機械加工的明顯特點是用相同的機床和工具可以加工出各種形狀和尺寸的工件。但是，用常規(guī)機械加工方法加工復雜的形狀時，其加工速度很慢，硬的材料也難于加工；材料的利用率不高；而且還要求有熟練的操作工人。盡管如此，在模具制造過程中常規(guī)機械加工仍然是主要的加工手段。模具的主要加工方法一、模具行業(yè)宏觀論述

2.特種加工

特種加工從廣義上說，是指那些不需要用比工件更硬的工具，也不需要在加工過程中施加明顯的機械力，而是直接利用電能、化學能、聲能、光能等來除去工件上的多余部分，以達到一定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求的加工方法，其中包括電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、電化學拋光、電解磨削、電鑄、化學蝕刻、超聲波加工、激光加工等。模具的主要加工方法一、模具行業(yè)宏觀論述特種加工相對于常規(guī)機械加工，有如下特點：(1)加工情況與工件的硬度無關，可以實現(xiàn)以柔克剛。(2)工具與工件一般不接觸，加工過程不必施加明顯的機械力。(3)可加工各種復雜形狀的零件。(4)易于實現(xiàn)加工過程自動化。模具的主要加工方法

正因為特種加工有上述這些可貴的特點，所以特種加工在模具制造中得到越來越廣泛的應用，并成為模具加工中的一種重要方法。一、模具行業(yè)宏觀論述模具的主要加工方法一、模具行業(yè)宏觀論述特種加工方法的分類模具的主要加工方法一、模具行業(yè)宏觀論述名稱產值主要產品主要用戶人員主要設備設計編程數(shù)控鉗工總人數(shù)數(shù)控深孔鉆三坐標合模機寧波合力模具2.5億壓鑄模具（缸體EA211、變速箱）、重力澆注模(EA211、EA888)、熱沖壓模具皮爾博格、上汽5018466032037233寧波輝旺機械1.0億（出口0.3億）壓鑄模具（缸體、變速器、結構件）吉利、徐航等北美出口2012323011022222廣州型腔模具1.5億（出口0.6億）壓鑄模具（缸體、變速器、電梯級、結構件）重慶長安、廣州鴻圖等、歐洲出口328322018026233共立精機司1.0壓鑄模具（缸體、變速器）本田汽車----99----一汽鑄模1.2億壓鑄模具、金屬模、澆注模、砂箱小車一汽2412604028082142二、鑄造模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鑄造模具設計技術以三維設計為主，模具主要是分散設計，沒有明確的設計分工;壓鑄模具普遍實行充填和凝固模擬;芯盒模具開始進行射砂模擬.經驗積累主要靠設計員之間的傳幫帶，數(shù)據歸檔整理欠佳,設計標準化剛剛起步,。輔助件逐步采用標準件二、鑄造模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鑄造模具數(shù)值化制造技術CAD/CAM/CAE一體化技術已經逐步在中國鑄造模具企業(yè)開始采用；數(shù)控銑已經廣泛應用于模具加工，新工廠高速加工和五軸加工已經開始投入應用,但高速五軸編程技術、編程模擬技術、刀具技術、刀柄技術還有待提高；電火花、線切割、鉆孔技術還廣泛應用于鑄造模具制造業(yè)；3D打印、智能化檢測、逆向工程、企業(yè)生產管理信息化剛剛起步。二、鑄造模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀鑄造模具高壽命技術高性能壓鑄模具和低壓鑄造模具材料幾乎全部為進口；各類鑄造模具基本上無表面處理；模具壽命偏低；砂型鑄造模具以普通廂式爐熱處理為主，壓鑄模具開始采用真空熱處理技術。二、鑄造模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀三、鑄造模具先進制造技術與國際先進水平相比，鑄造模具精度偏低，鑄件廢品率偏高，鑄造模具壽命偏低，導致大量高端模具依賴進口。在汽車結構件高真空壓鑄模具等方面還處于空白階段。對高端發(fā)動機缸體、高檔自動變速器等大型精密壓鑄模具技術缺乏開發(fā)經驗；在無機樹脂鋁合金缸蓋重力鑄造模具和結構件擠壓鑄造模具方面，處于起步階段；鑄件設計模具設計鑄造模擬鑄造生產優(yōu)化鑄造合金材料鑄造工藝選擇與確定鑄件結構設計加工余量收縮率澆注系統(tǒng)溢流系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)加熱系統(tǒng)液壓系統(tǒng)電控系統(tǒng)流動模擬凝固模擬疏松模擬熱節(jié)模擬熱平衡模擬結構分析工藝參數(shù)的設置與調試鑄件檢測及質量控制模具CAD/CAE/CAM/CAPP技術三、鑄造模具先進制造技術壓鑄模具整體優(yōu)化設計壓鑄過程整體有限元模型建立壓鑄動態(tài)過程模具熱平衡模具溫度場模具熱應力模具熱疲勞鑄件應力整體單元710萬熱平衡曲線Gleeble1500D三、鑄造模具先進制造技術模架的拓撲結構優(yōu)化紅色區(qū)域為在不影響剛度和強度情況下可去除的材料實施效果：采用結構拓撲優(yōu)化方法對壓鑄模架進行分析，指出了不影響剛度和強度情況下，可去除材料的區(qū)域，為模架的輕量化設計提供方案。壓鑄前壓鑄中壓鑄前壓鑄中三、鑄造模具先進制造技術

1、模具高真空技術模具的密封是高真空壓鑄的難點，包括分型面、全部桿件、其它活動及漏氣部分。密封方式一般采用密封條或高溫油脂密封。真空壓鑄生產穩(wěn)定性是衡量真空系統(tǒng)及模具密封結構優(yōu)劣的重要條件。三、鑄造模具先進制造技術熱平衡系統(tǒng)智能化、自動化是壓鑄模具熱平衡系統(tǒng)發(fā)展的終極目標。模具的重要部位設置溫度傳感器，通過壓鑄機的智能控制系統(tǒng)自動調整模具的工作溫度，實現(xiàn)壓鑄過程溫度控制自動化的目標。快速冷卻技術，高導熱材料，鎢基粉末冶金材料等。2、模具熱平衡技術三、鑄造模具先進制造技術軸瓦部分較厚，達26mm,模擬分析該處容易產生鑄造缺陷，這個部位又是鑄件的關鍵部位，為了能得到高質量的鑄件，在每個軸瓦處設計了增壓機構，保證了軸瓦的質量，擠壓時間的精確控制是局部擠壓效果的重要因素。3、模具局部增壓技術三、鑄造模具先進制造技術36噴涂控制總成氣體進口液體進口氣液混合出口流量控制閥門由于模具滑塊表面積較大，在進行自動或手工噴涂時存在噴涂死角，特別是滑塊底面！該模具在滑塊增加內噴涂裝置和吹氣清理裝置吹氣清理裝置內噴涂裝置4、內噴涂技術輝旺模具輝旺模具圖片來自輝旺模具三、鑄造模具先進制造技術模具的所有滑塊都采用導柱式結構，導柱式滑塊，滑塊座底部是透空的，滑塊打開時，模具中的鋁渣容易被吹干凈，噴涂液也容易排出模具外。此外導柱式滑塊是后限位，所以不容易出現(xiàn)鋁渣沾在限位面上使滑塊合模時無法到位的問題?；瑝K液壓頂出導柱式滑塊結構輝旺模具三、鑄造模具先進制造技術三、鑄造模具先進制造技術HHD鋼的連續(xù)冷卻曲線(CCT曲線）CCT曲線特點根據NADCA#207-2003對模具鋼熱處理的要求，模具心部在從1030℃冷卻到540℃的冷卻速度應該大于28℃/min,也就是冷卻速度要大于0.47℃/s。據現(xiàn)場測試，厚度為200mm的HHD模具在氮氣壓力為9Bar的條件下淬火，從1040℃冷卻到540℃需要10分鐘，冷卻速度為1.0℃/s左右，從1040℃冷卻到340℃需要30分鐘，冷卻速度為0.388℃/s左右。HHD鋼在真空氮氣淬火的條件下，也可以得到全部馬氏體，甚至沒有碳化物的析出，這是一種最為理想的組織狀態(tài)。高淬透性、高性能模具材料開發(fā)三、鑄造模具先進制造技術磨損時間ASSAB8407(HRC47)ASSABDIEVAR(HRC46)HHD-1(HRC46)HHD-2(HRC46.5)0.5H1024427291H2321106467實驗溫度/℃抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%斷面收縮率/%硬度/HRC26.7180012958.019.548.6200166013705.318.8

400157513405.326

6009838885.524.5

三、鑄造模具先進制造技術編號試樣尺寸及冷卻壓力表面冷卻速率℃/min芯部冷卻速率℃/min1100×100×100，2Bar4941.92200×200×200，4Bar41.3922.33200×200×200，6Bar49.424.14300×300×300，8Bar34.3145300×300×300，10Bar48.115.16400×400×400，10Bar26.112.2大型模具真空等溫熱處理三、鑄造模具先進制造技術HHD鋼退淬火組織QS2昆山萬潤利名稱：SYSTHERMS冷卻壓力：15BAR有效尺寸：1600×1100額定重力：3.5噸三、鑄造模具先進制造技術基體硬度表面硬度氮化層深氧化層深度白亮層HRC44-46HV850-9000.06-0.08mm2-4um0

氮化+氧化

氮化+PVDTD/PCVD三、鑄造模具先進制造技術EA211壓鑄模具國內水平：一汽豐田6缸壓鑄，周期114s,廢品率：0.3%！1轎車發(fā)動機缸體汽車高端壓鑄模具示例三、鑄造模具先進制造技術福特汽車自動擋變速箱殼體(寧波輝旺)2、轎車、卡車變速器殼體H平臺7檔自動變速器殼體（一汽）重卡變速器殼體（一汽）三、鑄造模具先進制造技術AudiA8轎車鋁合金車身，紅色部位系鋁合金壓鑄結構件！3、轎車車身和底盤結構件三、鑄造模具先進制造技術后懸副車架轎車車門減震塔以上產品廣州市型腔模具制造有限公司制造三、鑄造模具先進制造技術路虎汽車鎂合金儀表盤支架模具(50噸),一模兩腔,已經做4套.輝旺模具三、鑄造模具先進制造技術四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢隨著汽車輕量化戰(zhàn)略的實施，未來十年甚至二十年越來越多的汽車發(fā)動機系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、甚至車身結構件將逐漸實現(xiàn)由黑色金屬向鑄造有色金屬的轉變，鑄造模具將進入一個高速發(fā)展的黃金時期。同時，也將有力的促進電子、航空、航天、建筑等行業(yè)的發(fā)展。產品發(fā)展趨勢四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢車身結構件四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢底盤結構件四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢底盤結構件四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢3D打印（快速原型制造）四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢1、智能化模具

四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢2、互聯(lián)網+模具

3、智能化設計、智能化制造、智能化分析、智能化工藝、智能化檢測一體技術

四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢壓鑄過程整體有限元模型建立壓鑄動態(tài)過程模具熱平衡模具溫度場模具熱應力模具熱疲勞鑄件應力整體單元710萬熱平衡曲線Gleeble1500D四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢4、智慧工廠（互聯(lián)網+模具、工業(yè)4.0）鑄造模具技術要通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)低排放、節(jié)能環(huán)保、物資循環(huán)利用、降低成本的目標。汽車生產的高批量與品種多樣化，決定了鑄造模具必然朝著短周期、高品質、柔性化、自動化、智能化的發(fā)展趨勢。四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)展目標四、鑄造模具行業(yè)發(fā)展趨勢并行設計及設計標準化；CAD/CAM/CAE/CAPP一體化技術；模具長壽命及修復技術；智能制造技術；逆向工程及檢測技術；生產管理信息化。技術發(fā)展趨勢發(fā)展思路鑄造模具技術的發(fā)展以支撐汽車輕量化、裝備智能化、精密化為發(fā)展方向，以柔性化生產技術來降低生產成本、以智能化裝備技術提升生產效率和自動化水平、以新材料、新工藝的應用帶動汽車生產技術的升級，依托發(fā)揮重點工程項目的引領作用，產學研用相互配合，推動鑄造模具技術持續(xù)發(fā)展。五、鑄造模具規(guī)劃鑄造模具工藝技術平臺總體規(guī)劃（建議稿）產品壓鑄模具。金屬模具技術CAD/CAM/CAE/CAPP一體化技術，模具長壽命及修復技術；智能制造技術逆向工程及檢測技術；生產管理信息化質量模具產品的質量策劃及研發(fā)制造過程質量控制體系。成本各級各類模具成本核算及報價系統(tǒng)標準《壓鑄模具訂貨技術規(guī)范》、《壓鑄模具技術標準》《鑄造模具術語》VDA6.4各層次文件流程完善鑄模廠質量技術文件及流程資源1.構建國外高端模具產品聯(lián)合設計和新技術、新材料與新工藝合作伙伴平臺2.構建國內模具標準件、工序外委、整套外委供應商平臺平臺構想五、鑄造模具規(guī)劃設計技術初步實現(xiàn)模具設計的專業(yè)化分工，80%以上鑄造模具采用三維設計，實現(xiàn)部分典型結構的設計標準化，80%鑄造模具設計通過數(shù)值模擬進行優(yōu)化。

數(shù)值化制造技術初步建立以CAD/CAM/CAE/CAPP為一體的鑄造模具制造體系，電火花、線切割、坐標鏜、鉆孔等技術的部分工作將由加工中心來完成，高速加工中心廣泛應用于鑄造模具制造企業(yè)，逆向工程、

快速原型制造（3D打印）開始初步應用的鑄造模具行業(yè)。高壽命技術部分大型高壽命壓鑄模具和低壓鑄造模具材料開始國產化，真空等溫熱處理和表面熱處理開始應用于鑄造模具；

五、鑄造模具規(guī)劃十三﹒五期間設計技術

建立專業(yè)化分工的鑄造模具并行設計隊伍，取消二維圖紙，建立三維標準件和典型結構庫，實現(xiàn)設計標準化，數(shù)值模擬貫穿模具設計的始終，建立模具設計和調試的閉環(huán)系統(tǒng)，形成模具設計自我完善的經驗積累。智能制造技術CAD/CAM/CAE/CAPP為一體的體系廣泛應用于鑄造模具制造行業(yè)，高速加工成為鑄造模具型腔加工的主要方式，逆向工程、3D打印制造技術廣泛應用于鑄造模具行業(yè)。

高壽命技術鑄造模具材料基本實現(xiàn)國產化，真空等溫熱處理和表面處理技術廣泛應用于鑄造模具，模具壽命與國外發(fā)達模具相當。

長期規(guī)劃（--2030年）五、鑄造模具規(guī)劃近期-2015—2016

中期-2017—2020

長期-2020—

開發(fā)出轎車用四缸鋁缸體壓鑄模具模具、轎車座椅等鎂合金壓鑄模具、鋁合金無機樹脂澆注模具、轎車轉向節(jié)等擠壓鑄造模具。紅旗H/L平臺和重卡變速器壓鑄模具；大型鎂合金壓鑄模具；自主轎車L4、V6、V8缸體壓鑄或重力鑄造模具；L4、V6、V8缸蓋鑄造模具；擠壓鑄造模具；高真空壓鑄模具開發(fā)。建立完善的產品設計開發(fā)、制造的數(shù)字化體系，形成缸體、缸蓋、變速箱三大鋁鎂鑄造模具平臺，并實現(xiàn)鑄造模具產品智能化開發(fā)、數(shù)字化制造。五、鑄造模具規(guī)劃重