我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题.doc

1、我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题随着我国国民经济的快速发展，带给模具制造行业前所未有的机遇，也让我们的行业面临了新的挑战，如产生了模具制造业自主知识产权的缺乏、高新技术的应用、材料能源消耗高、人才奇缺等一系列亟待解决的问题。 北京模具协会在调研的基础上参照了中国模具协会提出的“十一五”期间发展规划，针对模具行业的特点，发展现状，提出了我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题供行业今后开展工作时参考，希望引起交流，共同促进模具行业的发展。在此基础上，我们还将聘请专家阐述对行业发展的观点，并组织刊登和连载新技术、新装备的应用文章等。 一、我国模具产业及技术发展现状、趋势及问题 1.模具工业在国

2、民经济中的地位与作用： 模具是制造业的重要基础工艺装备，工业产品大批量生产和新产品开发都离不开模具，用模具生产制件所达到的(四高二低 )高精度，高复杂程度，高一致性，高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。模具品种繁多，共有 10 大类，包括冲压、塑料、橡胶、铸造、锻压等，用于制造业中几乎所有产品的生产，可见模具的服务范围已包括国民经济的许多方面，现在模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识。 随着产品更新换代越来越快，新产品不断涌现。新技术日新月异，模具的使用范围已越来越广，对模具的要求也越来越高了。 据调查统

3、计资料，人们常见的工业产品有 6090的零件需要用模具成形，列举如下：产品名称仪器仪表电机电器飞机坦克拖拉机等家用电器视听设备办公机械汽车 摩托车自行车 手表手机 风扇照相机化工建材工程塑料制品橡胶制品用模具成形零件的比例6070 7080 8090 90以上可见模具关系到各行各业各种产品，可以说在机械、电子、轻工、通讯、交通、军工，建材等部门如果没有模具就很难生产和开发产品。模具精度低，则产品质量差，模具寿命低，则产品成本高。现代模具业已成为技术密集型和资金密集型的产业，它与高新技术已成为相互依托的关系，一方面模具直接为高新技术产业化服务的不可缺少的装备，另一方面模具本身又大量采用高新技术，

4、因此模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。通过模具成形零件的快速、优质、低耗、环保体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。 模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络等诸多学科，是一个综合性高学科的系统工程。模具技术的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的方向发展。模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。 目前我国随着科学技术的飞速进步，使模具技术及制造方式发生了根本性的变化，已经从传统的手工设

5、计，从有经验的钳工师傅为主导的技艺型生产方式转变到了以数字化、信息化、自动化生产为特征的现代模具工业生产时代。 1)在模具设计制造中已广泛采用 CAD/CAM 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一个重要的里程碑，实践证明模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计的发展方向，现在全国大多数企业已广泛应用了模具CAD/CAM 技术，少数企业应用了 CAE 技术，应用 CAPP 技术的企业更少一些。目前主要是应用国外软件比较多，国产模具软件的开发应用的比较少，软件的应用还要进一步扩大应用范围，有条件的企业应积极做好 CAD/CAM 技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程软件的

6、应用，还要进一步扩大应用范围，开展企业信息化工程软件向智能化和集成化方向发展。 2)快速原型制造(RPM) 及相关技术得到了更好的发展 RPM 技术是美国首先推出的，是伴随计算机技术，激光成型技术和新材料技术的发展而产生的。这种技术可直接或间接用于模具制造。这种方法制造模具是有技术先进，成本较低、设计制造周期短、精度适中等优点。从模具概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的 1/3 和成本的 1/4 左右，因此适用于低成本的制造小批量的零件，发展前景很好。青岛海尔有限公司还构建了基于 RE(逆向工程技术)。RPM 的模具并行开发系统具有开发质量高、开发成本低、开发周期短的优点。 3)高速铣

7、削加工得到广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达 40000100000/min 快速进给速度可达3040m/min 换刀时间可提高 12S 这样就大幅度提高了加工效率并可获得Ra2m0.002mm 的加工表面粗糙度，另外还可加工硬度达 60HRC 的模块，目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，高速加工技术的发展促进了模具技术的发展。目前我国一些模具制造的骨干企业都已从国外购置这种高速的设备及相关的软件，刀具及卡具装置。如一汽、二汽及海尔等大的模具制造公司相继引进了多台高速加工铣床提高了效率，促进了模具加工技术的发展。 4)热流道技术已逐步广泛应用 由于采用热流道技术

8、的模具，可提高制件的生产率和质量，并能大幅度的节省制件的原材料和节约能源。所以已在一些模具制造企业得到逐步推广。国外这项技术发展很快，许多塑料模具厂生产的模具已有一半用上了热流道技术，有的甚至己达 80，效果十分明显。国内近几年已开始推广应用，但总体还达不到 10，目前应用的热流道主要还是国外进口的，由于价格昂贵，影响了推广应用，使塑料件成型过程中产生了很多废料，有的时候废料料把和流道中的余料比成型另件的重量还大，造成了能源材料的浪费。加快国产化，积极生产价廉高质的元器件，是推广应用热流道技术的关键。 5)优质材料及先进的表面处理技术取得快速的发展 随着模具制造精度要求越来越高，模具材料的应用

9、就显得非常重要。近十多年来一些模具的新钢种应运而生，如调质钢、粉末高速钢、硬质合金、陶瓷材料、复合材料等。现在经常采用的新型模具钢如：D2 、P20 、718、H11 、H13 基本上都是从国外引进的，主要来源于瑞典、日本、德国。国内的新型模具钢，由于稳定性差，所以一般企业都不愿意使用。目前一些精度要求高，制造难度大的大型、精密、复杂模具基本上都采用新型模具钢材。 热处理及表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节，现在一般都采用真空热处理，表面处理主要是采用渗氮，渗硼，渗铬等工艺。少数地区还采用气相沉积 CTiN TiC等及等离子喷涂技术。 目前铝合金在作塑料模具中应用也越来越广泛，由于铝

10、合金材料轻，切削性能好，导热、导电率高，焊接性能优良，所以在国外已较为广泛采用，我国己开始使用预计今后将会得到更快的发展。 除了以上一些先进设计、制造技术还有很多如气体辅助注射技术精加工和复合加工、液压成型技术等就不一一陈述。 2、模具产业发展现状 1)基本情况： 我国目前大约有 25000 多个模具生产厂点，职工约 80 万人，2004 年生产模具总产值530 多亿元，本年度进口模具 18.13 万美元，出口 4.9 万美元，进出口相抵我国目前是世界上最大的模具净进口国。根据统计资料显示“十五”期间前四年模具工业平均每年都以 15以上增长速度发展，高于国民经济增长速度。 在我国模具生产长期以

11、来一直被当作工艺后方，直到 1987 年才作为产品列入机电产品目录。当时全国共有生产模具厂点约 6 千家，总产值约 30 亿。经过近 20 年发展，我国模具已有了长足的进步，不只是国内原有的国有模具企业有了很大发展，而且三资、民营和个体模具企业发展更为迅速，如广东和浙江省，原来模具生产规模不大，在国内未占重要地位，但目前主要依靠三资企业的广东省(全省有 5 千家以上模具生产企业) 和主要依靠民营、乡镇、个体的浙江省(全省有 4 千家以上模具生产企业) ，其模具年产值已分别占全国的四成和四分之一左右，据不完全统计全国模具生产情况统计表：年份 2000 2001 2002 2003 2004产值(

12、亿元人民币) 280 316 360 450 530从表上看出，虽然我国模具工业“十五”期间发展迅速但仍不能满足我国制造发展需要，特别是中高档模具在精密、大型、复杂、长寿命模具方面仍是供不应求，由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，我国与国际水平和工业先进国家相比尚有较大的差距，因此每年尚需大量进口。 2)主要模具制造能力： 围绕着我国国民经济重点发展的行业如：汽车、电子、仪器仪表，我们以制造 IC 产业需要的精度达 2 微米，使用寿命达到上亿次以上的硬质合金多工位级进模具及手机塑料壳模具；家电行业的大型的塑料模、34 英寸大屏幕彩电和 65 英寸背投式电视塑料机壳模具；仪表系统的照相机小齿

13、轮模具，汽车工业需要的部分覆盖件模具、汽车仪表盘、保险杠及发动机壳体铸造模具、汽车轮胎子午线活络模具；建材行业需要的塑料及铝合金的挤出模具等，都达到很高水平。 3)与先进水平比较主要的差距 目前我国模具总量虽然已达到相当的规模可以说是一个模具制造大国，但由于模具制造水平还与先进工业化国家存在较大的差距，所以说不是一个模具制造强国，我们的制造水平比美、日、法、意落后许多也要比加拿大、英国、西班牙、韩国、新加坡等国落后，主要表现在制作模具理念上落后、还有企业管理落后、机制落后、模具企业使用装备落后。模具企业使用的很多都是世界上较低档的台湾数控加工机床，设备都是 10-20 年前引进的，软件使用的型

14、号也比较落后，生产的低档模具多，劳动生产率低(国外一般达到 20 万美元/人年，而国内一般只达到 10 万元人民币/人年)。3、趋势分析：目前一方面是国内模具市场将继续高速发展，另一方面是国际上将模具制造逐渐向我国转移的趋势和跨国集团到我国进行模具的国际采购趋势十分明显，因此展望未来，包括国际国内模具市场总体发展趋势前景美好，良好的市场环境预示着中国模具工业将会有一个继续得到高速发展的机遇期。关键是我们要创造一个良好的、有利于模具发展的环境，特别是国家在政策上的支持，只要各方面政策得当(包括发展环境、财政和税收政策、人员培训等)“十一五 “期间，及其到 2020 年我国模具工业不但会在量和质的

15、方面有一个很大提高，而且会在行业结构、产品水平、开发创新能力、企业体制以及技术进步方面都会取得较大进步。1)世界模具工业发展趋势：以信息技术为代表的现代科学技术的发展对模具工业提出了更高、更新的要求，作为国家经济增长和技术升级的原动力，模具工业将伴随高新技术和新兴产业的发展而共同进步。如前面所介绍的 CAD/CAM/CAE 技术，快速制模技术等将会有更快的发展和提高。市场发展趋势：随着经济全球化步伐的加快，国内市场日趋国际化，世界上很多著名的跨国公司(如福特汽车，BBC 公司等)对我国的模具市场都有很大的兴趣，除商谈购买我们模具，还积极想进行合资合作，目前在国内已有相当一批的模具合资企业，国内

16、很多高档模具都是这些企业制作的，入世以后更加快了外商进入我国模具市场步伐。2)需求分析：(1) 冲压模具：主要是两种：冲压模具一种是以汽车，覆盖件为代表的大型冲压模具；一种是以多工位级进模具为代表的精密冲压模具。A、汽车覆盖件模具：全国每年生产几百万辆汽车覆盖件模具需要量很大。目前全国每年进口 10 多亿美元模具，主要是这种模具占的比重大，当前这类模具我国已有一定基础，可以为中档骄车配套，但水平不高、能力不足，只能满足市场需求的 50。高档骄车覆盖件模具主要依靠进口，今后中高档轿车覆盖件模具是我们要解决的重点模具，争取在 2010年时对这类模具可以基本自配，2020 年除个别高档轿车外，所有汽

17、车覆盖件模具应基本立足国内配套，并可做到适量出口。B、精密冲压模具：多工位级进模具代表了冲压模具的发展方向，精度和寿命都要求很高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等行业配套，这类模具国内已有一定的基础，引进了国外技术设备，少数企业产品已达到世界先进水平。但总体上还有较大差距，总量也供不应求。每年还需要进口这类高精度模具，精度最高要达到 0.002 微米，主要是大规模集成电路中引线框架加工使用这类模具。随着汽车工业发展大型的厚板材多工位级进模，电是发展的重点。(2)大型及精密型塑料模具：塑料模具为模具总量近 40，而且这个比例还不断上升。这类模具主要是两类：一类是大型，一类是精密。大

18、型主要是汽车仪表板，保险杠和为家电产品配备的精密塑料模具，以集成电路塑封模具为代表多层、多腔模具及为农业节水型的喷头精密模具，总量也供不应求，每年进口几亿美元。2010 年要基本做到国内可以全部配套，2020 年除自己酉己套还可以出口，每年可换取外汇上亿美元。(3)其它高技术含量模具：占模具总量 8的压铸模具，大型薄壁压铸模技术含量高，难度大，铝合金压铸模具很有发展前途，虽刚刚起步，但发展前景很好，目前国内加工技术还没有完全过关，还有子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，这是高技术含量模具在 201 O 年在设计制造方面都会有一个大的提高，80模具基本做到可以自给。4、问题分析：“十五”期间模具行业

19、在体制改革，技术创新，结构调整、加强管理等方面做了很多工作，但制约模具行业发展的一些深层次问题还没有从根本上解决，结构性矛盾依然突出，与社会主义市场经济发展需求不相适应：1)企业组织结构、产品结构，都不够合理，我国模具生产厂还有相当一部分是自产自酉己的模具车间(分厂)，专业模具厂也大都是“大而全” 、 “小而全“的组织形式，国外模具企业大多是“小而专”“小而精” ；模具自产自配比例高达 50，国外不超过 30(主要依靠协作)；国内生产的模具属大型、精密、复杂、长寿命等类型国家急需的模具比例只有 30左右，国外在 60以上。2)模具产品的水平和生产工艺水平比国际先进水平差距较大，主要表现在精度、

20、型腔表面粗糙度、寿命上比国外有差距。3)技术创新能力弱，大大制约了行业技术进步和产业升级，企业技术创新能力建设严重滞后，缺乏自主创新的内在动力和物质技术手段，许多模具设计制造技术来源依靠国外，缺少有自主知识产权的产品技术，产品制作周期长，技术成果应用的水平低，国际上知名企业，先进的管理思想、先进制度技术及工艺不能很好的借鉴运用。4)产品技术水平低，结构不合理。一方面中低档模具生产能力严重过剩，企业相互恶性竞争，互相压价，影响企业发展，另一方面市场急需的高档模具、高新技术产品开发和生产水平不高，产品质量和售后服务不能满足用户需求，每年需大量进口。5)管理落后，与国际水平相比模具企业的管理落后更甚

21、于技术落后，技术落后易被发现，管理落后易被忽视，国内很多模具企业还沿用过去作坊式的管理模式，真正实现现代化企业管理还不多。6)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，国外先进国家标准件使用覆盖率达 70以上，国内标准件使用率覆盖率只有 45左右，由于标准化水平低影响到模具制作周期及模具质量和成本等多方面因素。二、模具产业与技术发展思路及目标模具产业与技术发展的基本思路、指导思想：要突出以发展为主题，以市场为导向，以改革和技术创新为动力，以结构调整为主线，在国家产业政策的指导下，大力推进行业组织结构的优化和产业结构升级，加快发展市场急需的重点产品，培育一批有较强国际竞争力的模具企业。目标：1)提

22、高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平，首先是一般企业普及微机级CAD/CAM 技术，预计到 2010 年全行业达 90以上。重点骨干企业使用工作站CAD/CAM 技术，并向企业信息化工程方向发展，模具数控化率一般企业应达 50左右，重点骨干企业达 70以上。模具产品水平到 2010 年达到国际九十年代末水平，2020 年骨干企业达到当代国际水平。2)建成一批模具行业的强有力的科研开发、制造、培训与信息中心。利用产、学、研方式积极开发研制出一批具有国际水平的自主知识产权。3)主要模具制造地区分别建成若干地区性的模具城，模具实验区及模具科研生产联合体。4)对国内急需的进口大量的模具设计制作

23、水平有较大突破：(1)建成以一汽、二汽、成飞等大型汽车覆盖件模具生产企业为主的科研生产中心，对覆盖件模具技术进行攻关，到 2010 年减少此类模具进口量 50，到 2020 年减少 80(2)建成以海尔、海信、科龙等大型模具生产企业为主的大型塑料模具科研生产中心，对此类模具进行攻关，掌握一批具有自主产权的技术，预计到 2010 年此类模具 70依靠国内解决，到 2020 年国产率达 90以上。(3)建成以无锡微严模具公司为主的精密冷冲模具为主的此类模具研发制造中心，预计到2010 年此类模具 50可以国内解决，2020 年达到 70以上。(4)建成以广东型腔模具公司为主的压铸模具研发中心，预计

24、 2010 年此类模具是 60可以国内解决，2020 年 80实现国产化。(5)应用信息化、数字化技术有较大提高：包括高复杂性、高技术含量的先进模具三维设计和制造技术研发，模具结构设计系统，模具集成成型分析等软件的开发。预计到 2010 年可以开发出具有自主知识产权可用于模具设计及复杂模具加工的软件。三、保障措施1、加快体制改革，努力调整产业结构：模具生产企业绝大多数是小型企业， “十五”期间体制和机制改革虽已取得较大成效，但多数企业尚未改革或改革步伐不快，因而机制不够活，管理落后，不能适应社会主义市场的发展。 “十一五” 期间应加快改革步伐，一方面以建立现代化企业制度为核心内容进行多元化投资

25、的股份制改造，另一方面进行机制转换，增强企业的核心竞争力，以适应我国加入WTO 后的新形势。2、积极培育“龙头” 企业，过去我们只强调提高模具厂“小而精”“ 小而专”的道路，现在根据国内外发展情况来看，应该将“规模效益”提到议事日程上的时候了，在国内出现了一批年产值超过上亿元人民币的企业，但世界上还有最大规模的模具企业达到年产值 40 亿美元。所以我们还有很大差距“十一五”期间有选择地重点培养一批“龙头”企业，希望在国家计划中列入几项模具重点项目，成为国家项目，给予支持。3、建议政府有关部门建立模具发展基金：用以对模具行业共性技术的开发，研究和创新项目的支持，在国家科技部门等有关单位支持下加强

26、产、学、研合作，争取早出成果、多出成果，迅速提高行业的技术水平。4、鼓励出口，并对国内能生产的模具实行关税保护。5、加强行业组织协调，建立的反补贴，反倾销保护民族工业的体制。6、继续实行对模具行业的税收等方面的优惠政策。鉴于模具产品净产值税率高，模具行业比其它机械工业行业平均高出一倍多。从 97 年开始国家对全国重点 160 多家模具企业实行增值税先征后返 70的优惠政策，有力的促进了模具工业快速发展，因此建议继续执行这一优惠政策，或降低增值税税率(从 17降为510)或采用其它优惠办法给予支持。7、加强人才培训，提高企业素质人才紧缺现已成为行业发展的很大制约因素，青岛、深圳、议在全国建立高、

27、中、低三级模具技术人才教育培训网。企业要通过民办、自办、民办公助等多种办学形式来对职工进行培训。建议以高校为基地建立一个以培训师资和高级人才为目标的模具技术培训中心，积极进行国外智力引进工作。模具表面处理新技术的应用针对目前我国的模具表面处理技术的应用现状，我刊经过用户抽样问卷调查发现，目前，模具制造企业主要应用的表面处理技术仍是以传统的表面淬火、渗碳/氮技术、电镀与化学镀技术为主，而这些技术都不同程度地存在表面硬度分布不均、热处理变形等难以解决等多方面的问题。对于今后的技改方向，大家的共同关注点在于新技术的应用，如表面涂层技术、TD 覆层处理技术、激光表面强化 技术和电子束强化技术等。以下我

28、们就特别邀请了几位业界的技术专家，分别对用户的这些关注点做深入探讨，希望有益于广大模具企业的技术升级。 CVD 技术 CVD（化学气相沉积）和 PVD（物理气相沉积）技术均被广泛应用于模具表面处理，其中CVD 涂层技术具有更卓越的抗高温氧化性能和强大的涂层结合力，在高速钢切边模、挤压模上应用效果良好。 CVD 技术是一种热化学反应过程，是在特定的温度下，对经过特别处理的基体零件（包括硬质合金和工具钢）所进行的气态化学反应，即利用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸汽，在热基体表面发生气相化学反应，反应产物沉积形成涂层的一种表面处理技术，可适用于各种金属成形模具和挤压模具。一般情况下，经过处理

29、的零件具有很好的耐磨性能、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。该技术也被广泛应用于各种硬质合金刀片和冲头。但是，由于 CVD 是一个高温过程，对于大多数的钢质零件，在 CVD 涂层后要进行再次热处理。 1. 技术特点 一般的 CVD 加工处理温度为：Bernex 高温涂层，9001050；Bernex MT CVD 中温涂层，720900。涂层厚度范围是 512mm，但在有些情况下，涂层厚度可达 20mm，工艺时间范围为 824h。 CVD 技术具有以下特点： （1）涂层材料具有极高的韧性，硬度可高达 HV25003800 ，抗氧化温度可达 900以上。（2）可同时进行技术处理的工件数量大，可大幅提高

30、模具制造效率。 （3）在高温处理反应器内无需旋转零件。 （4）无论是具有复杂几何形状或者有内孔的零件，都可以实现高度均匀的涂层厚度。 （5）具有很好的耐高温氧化性能。 2. 典型的涂层应用 在铝合金的冷锻、成形、挤压模具上的 HSM 涂层、硬质合金模具的 TiN/TiC 涂层等表面处理方面，CVD 涂层技术的性能远远高于 PVD 涂层技术。其原因在于 CVD 涂层温度高，涂层结合力强，涂层可以在 520mm 厚度上进行选择，同时具有很好的抗高温氧化性能，因此在高速钢切边模、挤压模上应用效果良好。 3.经济性分析 CVD 涂层技术在模具的表面改性方面，具有十分可观的经济性能： （1）可以提高模具

31、的使用寿命，提高模具的耐磨性能，降低产品的模具成本、 （2）可以显著提高该模具成形产品零件的表面质量，显著提高生产效率，减低产品报废率，提高工艺稳定性。 （3）减少模具的维护时间和维护成本，减少设备停机时间，提高产能。 爱恩邦德可为客户提供最佳涂层解决方案，涂层大多数是多层沉积，如TiC/TiN、TiCN/Al2O3、TiCN/Al2O3/TiN 复合涂层，可使产品使用寿命提升 220 倍以上。目前，爱恩邦德的 CVD 涂层技术已经被广泛应用到汽车、航空紧固件生产用的各种模具中，如高速钢切边模、冲头、成形模、铝合金冷锻模、挤压成形模、厚板以及高强度板成形模具。 经 Lonbond CVD 涂层

32、处理的汽车紧固件模具表面性能大幅提高 TD 覆层处理技术 TD 覆层处理是一种表面超硬化处理技术，是热扩散法碳化物覆层处理（Thermal Diffision Carbide Coating Process）的简称，英文简称“TD Coating”。 1. 技术原理及特点 TD 覆层处理技术其原理是将预制好的工件放入硼砂熔盐混合物中，在 8501050的温度下通过扩散作用于工件表面形成金属碳化物覆层，该碳化物覆层可以是钒、铌、铬的碳化物，也可以是其复合碳化物，目前应用最广泛的是碳化钒覆层，主要特点是： （1）TD 覆层具有很高的表面硬度，可达 HV28003200，远高于氮化和镀硬铬等表面处理

33、方法，因而具有极高的表面耐磨、抗拉伤和耐腐蚀等性能。 （2）由于表面覆层是通过金属原子的扩散作用形成的，因此覆层与基体具有冶金结合，结合力较镀硬铬、PVD 或 PCVD 的镀层高得多，这一点对于成形类模具的应用极其重要。 （3）TD 覆层厚度可达 420mm，覆层致密光滑。 （4）具有极高的耐腐蚀性能。 （5）可以实现重复处理。 2. TD 覆层处理使用范围及适用材料 TD 覆层处理可广泛应用于解决或改善以下这些问题： （1）由粘着磨损所引起的模具与工件或工件与工件之间的拉伤、粘附问题，如各类钢板或有色金属的拉延、弯曲、翻边、滚压成形和压铸成形等模具或其他相互接触并有相对运动的工件表面，采用

34、TD 覆层处理是目前解决此类问题最好的方法之一，并可以提高其使用寿命数倍至数十倍。 （2）由磨粒磨损、粘着磨损、摩擦氧化或其共同作用而引起的工件尺寸超差等问题，如冲裁、冷镦、粉末冶金等模具或其他零配件，通过 TD 覆层处理后，可提高使用寿命数倍至数十倍。 对于该技术的适用材料，只要材料含有一定量的碳元素，如含碳量大于 0.3%的各类钢铁材料、硬质合金等，都可以在工件表面形成 VC 覆层。但根据使用条件的不同，要获得良好的使用效果和经济性，材料的选择颇有讲究，建议与专业的技术供应商共同开展。 3. 应用实例 （1）汽车冲压件成形模具 在高强度钢板和厚料板的冲压成形过程中，未经过表面处理的工件表面

35、拉伤严重，有些甚至无法正常生产。经 TD 覆层处理后，一方面根本上解决了工件表面的拉伤问题，无须经常停机修磨模具，提高了生产效率，改善了产品的外观。另一方面，模具寿命一般可以达数十万件，并能确保冲压件尺寸的一致性，有效提升产品品质。 （2）粉末冶金模具 被加工材料为磁铁粉，原来模具材料 Cr12，寿命 24 万次，后改用 Cr12MoV 或SKD11，并进行 TD 覆层处理，寿命达到 2040 万次，寿命提高 10 倍以上。 TD 覆层技术最早在 20 世纪 70 年代由日本丰田中央研究所研制成功并申请专利，经过多年的完善和发展，已广泛应用于各类模具和零部件产品上。20 世纪 90 年代初，长

36、沙特耐金属材料科技有限公司开始该项技术的研究工作，经过多年的研究和应用摸索，技术体系成熟，并成功应用于多种模具和零部件上。多年来，我公司已为丰田、本田、大众、现代和江铃等汽车配套企业，以及其他家电、五金、制管等行业的数百家零部件生产企业提供模具和零部件表面处理服务，使用户取得了优异的使用效果。 TD 覆层组织的结构激光表面强化技术 激光表面强化技术目前主要的应用方式有两种：一是模具表面激光淬火硬化，二是模具表面局部损伤部位的激光熔焊修复。该技术非常适用于绝大部分汽车拉延模具，既适用于新制模具，又适用于在役模具。模具材料包括各类灰铸铁、铬钼合金铸铁及空冷钢，对于反复补焊过或火焰淬火模具亦有显著强

37、化效果。 1. 技术亮点 （1）激光淬火层硬度达 HV8001100，具有极好的耐磨性和抗拉伤能力，一次修模后寿命较火焰淬火提高 550 倍。 （2）激光淬火层硬度、层深均匀，与基体有很强的结合力。 （3）激光淬火处理后变形量极小，无须作任何校正和加工处理。 （4）激光熔焊技术可对模具表面局部拉伤等损伤部位进行修复，修复效果明显优于其他焊接方法。 （5）具有很高的处理速度，通常可达 0.5m2/h。 （6）只需对模具磨损部位进行针对性处理，而无须全部处理模具表面。 （7）显著提高拉延件表面质量。 2. 实际应用 我公司目前已批量对国内十多家汽车企业进行了汽车拉延模激光强化处理服务，均取得了十分

38、显著的效果。例如，在对北汽福田欧曼重卡保险杠拉延模进行激光表面处理后，其筋条表面硬度可达 HRC5558，表面寿命也从原来火焰淬火时的 2030 件提升至 2000 件以上。另外，宝马新五系侧围外板、门内板及压边圈、后门顶等模具使用最初表面硬度较低，经激光处理后硬度由 HRC20 左右提高到 HRC55 以上。华晨宝马也已正常使用一年以上，拉延件表面质量良好。 3. 经济性分析、应用价值及市场前景 汽车拉延模激光表面强化的经济性及应用价值主要体现在以下方面： （1）显著提高修模一次后拉延件的数量，减少修模时间，提高拉伸效率和产量。 （2）显著提高模具寿命，降低模具消耗。 （3）显著提高拉延件表

39、面质量。 （4）显著降低修模工人劳动强度及修模费用。 我公司目前已批量对奔驰、一汽轿车、华晨宝马、华晨金杯、北汽福田和上汽通用五菱等十多家汽车企业进行了汽车拉延模激光强化处理服务，均取得了十分显著的效果。例如，在对北汽福田欧曼重卡保险杠拉延模进行激光表面处理后，其筋条表面硬度可达HRC5558，表面寿命也从原来火焰淬火时的 2030 件提升至 2000 件以上。另外，宝马新五系侧围外板、门内板及压边圈、后门顶等模具经激光处理后硬度由 HRC20 左右提高到 HRC55 以上。华晨宝马也已正常使用一年以上，拉延件表面质量良好。 脉冲高能电子束技术 近十几年来，脉冲高能束技术发展迅速，并在表面工程

40、领域显示出特有优势，得到人们的广泛重视和研究。 1. 技术原理及特点 利用脉冲高能束可以实现多种表面处理工艺，究其本质，就是通过瞬时高能量密度作用在材料表层产生一种远离平衡态的极端处理条件，使能量影响区内的材料发生质量分布、化学及力学状态变化，最终获得常规方法难以达到的表面结构和使用性能。目前，脉冲高能束流主要包括激光束、离子束、电子束和等离子体束几种。其中，使用电子束进行表面处理具有以下优势：以加速电子为能量载体，与材料表面相互作用时能量转化效率比激光处理高出 70%80%，并且无元素注入问题，真空中进行处理可避免氧化和污染问题等。 2. 研究及成果 根据大连理工大学三束材料改性国家重点实验

41、室的研究，通过对强流脉冲电子束能量参数及具体处理工艺的调整，可以实现模具材料表面薄层内的能量沉积位置、沉积强度及作用时间的配合，从而控制微观不平整材料和显微裂纹的去除过程，最终得到光滑均匀的处理表面，并可同时改善表面耐蚀、耐磨等使用性能。 从 D2 模具钢表面处理的部分实验结果图示中可以看出，经电子束抛光处理后的模具表面光滑平整，表面粗糙度值降低到 Ra0.2mm 以下，在模具处理表面上形成一层组织细腻，耐磨和耐蚀性能均有显著提高的保护层。整个改性层的深度在几十微米左右，并且强流脉冲电子束表面抛光强化处理没有影响基体组织。 在载荷 100N、位移 150mm 和循环次数 5000 次的条件下经

42、微动磨损实验测试，D2 模具钢处理面的摩擦系数降低：低摩擦系数稳定周期由原始的 70 周增加到 700 周；磨损量明显降低，磨损体积由原始的 10.5105mm3 降低到 6105mm3 左右。处理过程中还可以利用合金化的方法加入适量耐磨成分，如 Cr 和 TiN 等粉末，进一步改善表面性能。 3. 技术优势 （1）使用加速电子作为能量输入载体，不需要其他辅助材料的添加，处理过程在真空环境下完成，所以不会对处理表面产生污染。 （2）高能量密度与表面薄层集中加热模式可胜任高熔点、强韧材料的表面高效抛光。 （3）微秒脉冲式工作方式可以减少基体受热，提高能量利用效率，同时避免材料加工变形。（4）非接

43、触工作方式和操作灵活的电子束源适合机械化、大面积的表面处理。 （5）处理层形成具有高强和耐蚀的显微组织，提高材料的表面性能。 4.应用前景 应用脉冲高能束技术的这种抛光强化复合处理方法符合自动化、高效、节能和环保等现代高技术研究的发展要求。发展这种具有自主知识产权的模具电抛光强化技术，可以提高我国的模具加工和使用水平，以迎接高新材料领域发展的需求和挑战。 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室郝胜智先生 大连理工大学三束材料改性国家重点实验室于 1996 年率先引进俄产强流脉冲电子束设备Nadezhda-2 型，开始在强流脉冲电子束表面改性工艺及机理研究、复合工艺探索、新型装置研制以及合作研究

44、实用技术等方面开展研究工作。通过消化吸收和自主创新，目前已开发出国内首台强流脉冲电子束处理系统，主要参数包括：脉冲电子束能量可调节范围110J/cm2；束斑稳定传输距离 2040cm；具有脉宽稳定的阳极等离子体源；三维电控真空工作台加工范围 30cm30cm20CM。浅谈冷冲头的选材与热处理材料的强度与韧性以及韧性与耐磨性之间往往此消彼长。因此，在冷冲头的选材与热处理过程中，我们应着重考虑钢的强度、韧性和耐磨性。大家都知道影响模具寿命的 8 大基本因素是模具结构设计、模具材料、冷热加工工艺、热处理、研磨、机床的调整与操作、被加工材料的性质与状态、润滑条件及模具的服役环境。盘起工业是一家有着丰富

45、机加工经验的模具标准件生产企业，其模具材料选取的都是进口的优质材料。因此，在考虑冷冲头寿命的问题时，我们只需选对材料、做好热处理即可。冷冲头的受力分析对于冷冲头应主要考虑钢的强度、韧性和耐磨性。强度与韧性以及韧性与耐磨性之间往往此消彼长。当主要失效方式是脆性开裂时，可考虑选择强度较低但韧性更好的材料，或制订合理的热处理工艺以改善钢的韧性。从兼顾韧性和耐磨性的角度来看，除了整体合理选材外，亦可考虑在保证韧性的同时采用合理的表面处理以改善模具的耐磨性。按使用工况，常用的冷冲头可分为三种，即冲裁冲头、冷镦冲头和冷挤压冲头。冲裁冲头主要受到较小的冲击载荷、较重的摩擦，主要的早期失效方式是磨损，因此选材

46、和热处理时应着重考虑提高其强度和耐磨性，其次才是韧性。冷镦冲头主要受到很大的冲击载荷和强烈的摩擦，主要的早期失效方式是断裂，因此选材和热处理时应着重考虑提高其韧性，同时结合表面处理改善其耐磨性。冷挤压冲头主要受到很大的压缩载荷和强烈的摩擦，主要的早期失效方式是压溃和磨损，因此选材和热处理时应着重考虑提高其屈服强度，同时结合表面处理改善其耐磨性。热处理与材料力学的性能分析为准确把握常用冲头材料的材质与热处理的关系，我们做了许多的力学性能试验，上表中列出了部分数据。分析表中数据：1、淬火温度的影响以 No1、2 为例，当淬火温度提高时，抗压强度和抗压屈服强度都得到较大提高，即强度提高了；但同时抗弯

47、强度和挠度降低了，即韧性略有降低。这是因为提高淬火温度，虽然可以在组织中融入更多的合金元素和碳元素，提高了硬化效果，但也使钢的晶粒长大，使韧性降低。2、深冷处理的影响以 No3、4 为例，深冷处理同时提高了 SKH51 的强度和韧性。深冷处理具有改善许多模具钢强度、韧性的现象已得到公认，但其改善机理尚需进一步研究。有文献表明深冷处理过程中，微细碳化物在马氏体的位错线和孪晶面等微观缺陷处析出，并认为这是其改善强韧性的原因。冷冲头选材与热处理实例1. 冲孔翻边冲头某客户生产空调机冷却用铝翅片，原用 HAP40 材料经 1160淬火，560回火，硬度达到 65.5HRC，使用寿命可达 1100 万次

48、，失效方式为磨损。分析铝薄膜厚度也就在 0.15mm 左右，冲击载荷很小，寿命低的主要原因是耐磨性差，应从提高耐磨性着手。遂提高淬火温度为 1180淬火，仍 560回火，硬度达到66.5HRC，使用寿命就提高到 2000 万次以上。2. 冷镦冲头某客户使用冷镦模生产自行车用零件，原用 SKH51 材料经 1180淬火，560回火，硬度达到 63HRC，使用寿命只有几千次，失效方式为断裂。分析这主要是材料韧性不足，便改为韧性更好的 DC53 经 1030淬火，530回火，硬度为 61HRC。考虑到 DC53 不如 SKH51 耐磨，又对表面进行 PVD 镀膜处理，使用寿命就提高到 20 万次。3

49、. 冷挤压冲头某客户使用冷挤压模生产汽车用零件，冲头直径达 38，原用 SKH51 材料经 1180淬火，560回火，硬度达到 62HRC，在试模时仅压了一次，就被压短了 2mm，外径也变粗。经磨细后使用，只用了 1000 次即告断裂。经过计算，理论上该冲头工作时所受的压强高达 2600MPa，接近 SKH51 的抗压屈服强度，加上该冲头较粗，由于材料不均或热处理的体积效应原因，很难做到内外均匀一致，导致冲头的抗压强度低于理论值。后改用强度更高、均匀性更好的 HAP40 材料，用1180淬火， 560回火，硬度达到 66.5HRC，使用寿命就提高到 20000 万次以上。结束语通过上述介绍，大家可以看出冷冲头的寿命与选材和热处理关系十分密切。要做到正确选择，先要准确分析冲头的受力状况，然后据此分析应选用何种材料。可是用什么力学指标来衡量材料是否适用？这是一个复杂的问题，现在学术界还没有给出一个准确的理论依据，这还需要我们继续摸索。该冲头寿命短的原因是什么？是崩口、开裂、还是磨损？Cr12MoV 的材料，硬度才 5760HRC，有点低了。冷作模具，主要是要求耐磨，同时还要具备一定的韧性承受一定的冲击。