本文在對國內外鑄造模具企業(yè)進(jìn)行對比后，著(zhù)重研討了鑄造模具的設計、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)展空間還相當大，將有更多的模具企業(yè)走上專(zhuān)而精的道路。
“十五”期間*鑄造巿場(chǎng)呈現良好趨勢，2005年*鑄件總量達到1800萬(wàn)噸左右，球墨鑄件在總產(chǎn)量中的比重提高到20%-25%，即320萬(wàn)-400萬(wàn)噸；隨著(zhù)轎車(chē)產(chǎn)量的增加，有色鑄造件產(chǎn)量接近200萬(wàn)噸；今后國際巿場(chǎng)需求也將保持高速增長(cháng)態(tài)勢，全球對*鑄件的年需求量約為4000萬(wàn)噸左右，其中球墨鑄鐵和有色合金鑄件需求量增長(cháng)迅速，鑄造模具產(chǎn)值將超過(guò)百億元人民幣。
一、國內外鑄造模具企業(yè)比較
*鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)，大體可以分成以下幾類(lèi)：*類(lèi)為鑄造模具專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)（包括合資和獨資企業(yè)），這些企業(yè)設備先進(jìn)，技術(shù)優(yōu)良，是鑄造模具行業(yè)的主力；第二類(lèi)是鑄造專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)的模具車(chē)間；第三類(lèi)是近年來(lái)發(fā)展迅速的私營(yíng)和民營(yíng)模具廠(chǎng)，這類(lèi)企業(yè)規模不大，數量眾多，各有分工，協(xié)同作戰，分布在江浙、廣東一帶，其中有些廠(chǎng)已經(jīng)具備了一定的實(shí)力；第四類(lèi)是兼做鑄造模具的其他一些模具廠(chǎng)?？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)濟發(fā)展帶來(lái)的必然趨勢。
國外發(fā)達*的模具廠(chǎng)大體分為獨立的模具廠(chǎng)和隸屬于一些大的集團公司的模具廠(chǎng)，一般規模都不大，但專(zhuān)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(guò)100人，多數在50人以下。在人員結構上，設計、質(zhì)量控制、營(yíng)銷(xiāo)人員超過(guò)30%，管理人員在5%以下。年人均產(chǎn)值超過(guò)100萬(wàn)元人民幣，*能達到200多萬(wàn)元人民幣。國內模具企業(yè)中一些私營(yíng)、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，多數在10~20萬(wàn)元人民幣，少數能達到40萬(wàn)元人民幣。
國外模具企業(yè)對人員素質(zhì)要求較高，技術(shù)人員一專(zhuān)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(yíng)銷(xiāo)人員對模具的了解和掌握很深。國內模具企業(yè)分工較細，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。國內模具企業(yè)中一些骨干廠(chǎng)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(guò)在模具材料方面，隨著(zhù)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)格一般是國內模具的5~10倍，制造周期是2~3倍（一般把模具的調試時(shí)間也算在制造周期之內），在這兩方面應該說(shuō)國內模具企業(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(shù)
*雖然是鑄造大國，但遠非鑄造強國，*鑄造工藝水平、鑄件質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟指標等較之先進(jìn)*還有很大差距。鑄造工藝方法以砂型鑄造為主，其中手工、半機械化造型仍占很大比例，但近年來(lái)*壓鑄工業(yè)發(fā)展迅速，每年保持7%~10%的增長(cháng)速度。*的汽車(chē)工業(yè)也正在成長(cháng)過(guò)程中，為了減輕汽車(chē)重量，轎車(chē)的鋁、鎂輕金屬用量將進(jìn)一步增長(cháng)，這就對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(wàn)能設備為主。進(jìn)入90年代，巨大的巿場(chǎng)需求，特別是汽車(chē)、摩托車(chē)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(zhù)合資和獨資企業(yè)的介入，國外先進(jìn)的模具設備和制造技術(shù)的引進(jìn)，促使國產(chǎn)鑄造模具設計和制造技術(shù)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(chǎng)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(lái)，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(shù)水平提高，高新技術(shù)在模具的設計和制造中的應用，已成為快速制造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證。CAD/CAM/CAE的應用，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(chǎng)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(shù)對裝配干涉進(jìn)行檢查，保證了模具設計質(zhì)量，確保了設計和工藝的合理性。三維數據經(jīng)過(guò)CAM軟件編輯，NC代碼直接傳輸到數控設備上進(jìn)行模具加工。數控機床的普遍應用，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確率和生產(chǎn)效率。CAE技術(shù)也在逐步運用到實(shí)際設計、生產(chǎn)中，運用CAE技術(shù)模擬金屬的充填過(guò)程、分析冷卻過(guò)程、預測成形過(guò)程中可能發(fā)生的缺陷以及產(chǎn)品開(kāi)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(shí)間。一汽鑄造有限公司鑄造模具廠(chǎng)在一些大型復雜模具，如發(fā)動(dòng)機缸體、缸蓋、變速箱殼體模具的設計中已經(jīng)開(kāi)始應用CAE技術(shù)對流場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)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、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，對于一般復雜程度的模具，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(chǎng)競爭力，采用高速切削加工技術(shù)越來(lái)越多。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車(chē)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，節省了大量修磨、拋光時(shí)間。
增加數控高速銑床，是模具企業(yè)設備投資的重點(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(xiàn)電動(dòng)機伺服驅動(dòng)的數控電火花成型機床具有驅動(dòng)反應快、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具有的P-E3自適應控制系統、PCE能量控制系統及自動(dòng)編程專(zhuān)家系統，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(lái)越高?，F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。目前國內廠(chǎng)家使用較多的檢測設備有意大利、美國、德國等具有數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(chǎng)擁有德國生產(chǎn)的1600mm×1200mm三坐標測量機，具有數字化掃描功能，可以實(shí)現從測量實(shí)物到建立數學(xué)模型，輸出NC代碼，最終實(shí)現模具制造的全過(guò)程，成功地實(shí)現逆向工程技術(shù)在模具制造中的開(kāi)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(shí)現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(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等方法應用的可靠性和技術(shù)指標已經(jīng)達到國外同類(lèi)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、負壓實(shí)型鑄造、樹(shù)脂砂實(shí)型鑄造等技術(shù)。
(7)用戶(hù)要求模具交付期越來(lái)越短、模具價(jià)格越來(lái)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，實(shí)現集成化管理，對于模具企業(yè)，特別是規模較大的模具企業(yè)，已是一項極待解決的任務(wù)。如一汽鑄造模具廠(chǎng)基本上實(shí)現了計算機網(wǎng)絡(luò )管理，從生產(chǎn)計劃、工藝制定，到質(zhì)檢、庫存、統計、核算等，普遍使用了計算機管理系統，廠(chǎng)內各*可通過(guò)計算機網(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(zhù)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(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(lái)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(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來(lái)，由于鑄造水平的提高，已有越來(lái)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(zhù)模具加工技術(shù)的提高及對鑄模尺寸穩定性要求的提高，一些模具鋼、鉻鉬合金鋼，如H13鋼，也開(kāi)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(lái)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，對于材料有較高的要求，世界上發(fā)達*都采用優(yōu)質(zhì)H13鋼，國外模具鋼廠(chǎng)直接以?xún)?yōu)質(zhì)H13鋼模塊供應用戶(hù)，不但方便用戶(hù)，縮短用戶(hù)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)格遠遠高于國產(chǎn)鋼材，為了降低模具制造成本，極待開(kāi)發(fā)國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)壓鑄模具用鋼。一汽鑄造模具廠(chǎng)與吉林*合作開(kāi)發(fā)的新型高壽命壓鑄模具用鋼，已初見(jiàn)成效。
四、*鑄造模具的發(fā)展前景
從長(cháng)期發(fā)展來(lái)看，*經(jīng)濟保持持續增長(cháng)，今后鑄造模具總體需求還會(huì )增長(cháng)。*模具近年來(lái)以平均17%的速度增長(cháng)，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(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，增強巿場(chǎng)意識，促進(jìn)鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整。過(guò)去，在計劃經(jīng)濟條件下，大型企業(yè)內部設有模具分廠(chǎng)（車(chē)間），制造能力和技術(shù)力量較強，占了國內模具產(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(chǎng)去完成，致使專(zhuān)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(cháng)，不能適應巿場(chǎng)要求。進(jìn)入WTO后，*鑄造模具業(yè)也在逐步融入世界貿易一體化中。通過(guò)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(yíng)和個(gè)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(huì )化大合作和專(zhuān)業(yè)化將加強，這是抵御加入世界貿易組織沖擊的有效措施。傳統的企業(yè)內的模具車(chē)間將有一部分通過(guò)改制成為獨立核算的新經(jīng)濟實(shí)體，而大部分將被逐步淘汰，更多模具企業(yè)將走上專(zhuān)業(yè)化的道路，在本身專(zhuān)長(cháng)的產(chǎn)品上保持優(yōu)勢，走專(zhuān)而精的道路，這樣才能在競爭中得以生存和發(fā)展。過(guò)去那些沒(méi)有專(zhuān)長(cháng)項目、包括所有類(lèi)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(zhuān)長(cháng)的項目淘汰。模具的標準化也將進(jìn)一步推行，模具的標準零件生產(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(xiāo)配額的問(wèn)題，所以*的模具行業(yè)將會(huì )有更多的中外合資和外方獨資模具企業(yè)。同時(shí)，由于日本、新加坡和*臺灣等*和地區的制造業(yè)生產(chǎn)點(diǎn)外移呈不可逆轉之勢，更加開(kāi)放的*內地自然成為*，模具企業(yè)勢必跟進(jìn)。
由于*模具生產(chǎn)成本大大低于國外，隨著(zhù)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(kāi)拓出口巿場(chǎng)，向國外出口更多的模具。
*加入WTO后，模具進(jìn)口在短期內將繼續保持增長(cháng)勢頭，模具出口將會(huì )有很大發(fā)展。相對東南亞及中東等*，*模具在技術(shù)、質(zhì)量及價(jià)格上占有優(yōu)勢，出口前景看好。而外資企業(yè)進(jìn)入*，其模具的返銷(xiāo)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(shù)；工藝和工裝設計一體化；提高大型、精密、復雜、長(cháng)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(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)；提高鑄造模具標準化水平和擴大標準件的使用范圍。
積極推進(jìn)行業(yè)管理，構筑行業(yè)管理協(xié)調網(wǎng)絡(luò )，建立公平、合理的鑄造模具價(jià)格體系。進(jìn)一步規范模具巿場(chǎng)，規范的巿場(chǎng)經(jīng)濟對質(zhì)量的要求更為嚴格，質(zhì)量就是巿場(chǎng)。
現代制模的質(zhì)量依賴(lài)于物化因素，再現能力強，整體水平容易控制?，F代制模采用并行方式進(jìn)行，設計和制造基于共同的數學(xué)模型，可以在模具總體工藝方案指導下通過(guò)公共數據庫并行通信，相互協(xié)調，共享信息，以減少重復勞動(dòng)，縮短加工周期。
總之，*的鑄造模具企業(yè)要發(fā)展，就必須轉換機制，發(fā)展專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，增強巿場(chǎng)意識，促進(jìn)鑄造模具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構調整；積極推進(jìn)行業(yè)管理，建立行業(yè)管理協(xié)調網(wǎng)絡(luò )；加強技術(shù)人才的培養，強化一專(zhuān)多能；廣泛采用CAD/CAM/CAE/CAPP技術(shù)，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(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(shù)水平和管理能力，才能在國內模具巿場(chǎng)有立足之地，才能逐步開(kāi)拓國外模具巿場(chǎng)。
