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压铸模流分析软件

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模具是工业生产中使用极为广泛的一种工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上。模具按其种类可分为：冷冲模具、注塑模具、压铸模具、橡胶模具等。

目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。压铸市场的活跃及压铸产业的高速增长带来了压铸模具制造工业的一片兴旺。

模具产业不仅是高附加值产业（平均利润率在30%以上），更是工业生产的基础工艺装备产业制造业之母。模具生产技术水平的高低，已成为衡量产品制造水平的重要标志之一。

随着我国铸造业的不断发展壮大，铸造模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。在经济全球化浪潮中，产业发展过程的国际分工正在形成，基于成本的压力，外商大量在我国采购压铸件，甚至还在中国设立压铸生产基地，而我国压铸模制作水平和能力有了很大提高，模具质量与先进工业国的差距逐步缩小，价格低廉驱使国外采购量剧增，海内外模具市场的需求对我国模具产业兴旺起着推动作用，而随着汽车行业的快速发展以及国产化进程的加快，如汽车缸体、仪表盘、自动档变速箱壳体等大型、精密、复杂压铸件的需求会越来越大。

一、压铸模具工业发展阶段

我国压铸模制造业是依附于我国压铸工业的发展而发展的，从时间上划分，大体上经过三个发展阶段。

第一阶段：20世纪60年代-80年代中期。

生产小型压铸模，主要适用于2500KN以下的压铸机。压铸机产品集中在仪表、小家电、锁业等行业上。特别是电风扇零件的压铸模，1台风扇零件一般有10个压铸件：前端盖、中盖、后端盖、外壳、齿轮箱、风叶套、立柱、面板、支承座以及转子灌铝。由于风扇产量大（每年超过1000万台），故此类压铸模在数量上占绝对优势。此段期间，制模工艺差、技术水平能力都较低，耐热钢主要用3Cr2W8V，热处理采用调质后表面氮化处理或油淬整体淬火，无法解决变形问题，模具尺寸控制精度差，表面质量不讲究，铝合金模具寿命一般不足5万模式，制模周期在4-5个月，稍大的压铸模不能生产。此段期间，既没有模具进口，也没模具出口。

第二阶段：20世纪80年代中期-90年代中期。

由于风扇零件材料以塑料取代铝合金，及中国摩托车制造业快速成长（每年已达1000多万辆），生产摩托车零件的压铸模一跃成为主要产品，每辆摩托车上的几大件铝合金铸件：左曲轴箱、右曲轴箱、离合器盖、磁电机盖、气缸体、手柄、刹车零件等的压铸模除少量进口外，绝大部分国内生产，模具以中、小型为主，适用于8000KN以下的压铸机，模具重量一般不超过5T。此段期间，制模水平较前有了很大提高，少部分企业开始引进数控加工设备及初步利用计算机辅助设计，所用耐热钢是3Cr2W8V或4Cr5MoSiVl（H13类），热处理普遍采用油淬整体淬火，铝合金压铸模寿命：中型模具3-8万模次，小型模具5-10万模次，制作周期在3-5个月。压铸模没有出口，有部分引进。

第三阶段：20世纪90年代中期-至今。

我国汽车制造业的崛起，以及世界模具技术的高速发展，我国压铸模制造业有了跳跃式发展。摩托车零件的压铸模制造日趋成熟，大型、复杂的汽车零件模具不断研发、制造出来，模具呈大型化、复杂化、长寿命发展。特别是近两年，普遍注重的外观质量及模具使用寿命有了明显长进。CDA/CAM技术普及应用，个别企业还采用进口模流分析软件比如ANYCASTING等进行流道和热场分析，淬硬后再精加工的工艺路线普遍采用。利用三坐标测量仪检测尺寸，在合模机上装配、修模，真空气体淬火等先进设备及技术的应用。此段期间，耐热钢基本上选用国产或进口的H13类钢种，模具可适用于35000KN以下压铸机上，大型模具可重达20-30T。

目前，家电、摩托车等行业的压铸模完全可以满足需求，汽车行业所用的压铸模国产化比例越来越大，镁合金模具开始量产。此段期间，大型、精密、复杂的压铸模进口不少，但也结束了压铸模未走出国门的局面，部分企业生产的模具远销到工业先进国家。

二、压铸模具发展现状

我国目前生产上所需压铸模基本上可以做到自给，但一些新品种零件的压铸模，尤其是大型、薄壁、精密模具，技术含量高、难度大的模具一般还要引进，随着模具技术引进的同时还要购进大型压铸机。

1汽车行业压铸模具的生产

汽车行业使用的中、大型压铸模（如离合器、变速箱、转向器、齿轮箱等）国内完全有能力自行设计和制造。此类模具多为汽车企业模具分厂或有实力的专业模具厂制造。同一产品的首个模具多随技术合作或技术转让从国外引进，其它补充的模具则在吸收、消化进口模具的基础上研制。上海乾通汽车附件有限公司从美国引进30000KN压铸机上使用的大型模具（连同冲边模），该厂也自行生产部分自用大型压铸模，尤其是镁合金模具，该厂还委托国内厂家制造适用于18000-25000KN压铸机上使用的F15汽车离合器及油底盘模具。东风汽车公司使用的富康轿车的离合器和变速箱大型压铸模，也是国内厂家制造。一汽铸造有限公司铸造模具厂，生产的“中间壳体变速箱”模具，该模具重达335T，铸件重量29KG，32000KN压铸机上成型，制造难度极大。

2008年，由辉旺铸模实业有限公司和吉利汽车联合开发的AT自动档变速箱壳体压铸模具研制成功，并荣获2008年中国汽车工业技术进步一等奖。同年，V6发动机缸体压铸模又开发成功，并夺得2009年中国国际铸件博览会优质铸件金奖；辉旺的另两个高新技术产品大型24汽车缸体压铸模具和汽车仪表盘镁合金模具被中国模具工业协会推荐为“国家级创新模具”。

广州市型腔模具制造有限公司先后为夏利、富康、北吉、长安、大众、通用、标致、本田、庆铃等汽车厂制造大型汽车压铸模。自1965年至今，承担和完成了国家和省、市四期重大技术改造与十几项模具方面的重要攻关项目，其中《大型复杂压铸模具的研制开发》、《提高铝合金压铸模具使用寿命的研究》等项目获得省、市科技进步一等奖，历年来曾多次获得国家、机械部颁发的科技进步和技术创新奖，并在全国模具行业的评比中多次获得金、银奖。

宁波埃利特在镁合金模具制造方面独树一帜，为世界著名汽车公司沃尔沃生产的最新款S80中控支架压铸模具，并成为全球最大的镁合金汽车铸件供应商Meridian的合作伙伴，其具有20多年镁合金压铸的成功经验，在镁合金产品，特别是汽车部件的设计、生产及市场拓展方面遥遥领先于国际同行。其客户包括通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒、宝马等，几乎囊括了所有的汽车知名品牌企业，产品的技术含量高。

宁波臻至机械模具有限公司为国内汽车压铸件厂设计制造的40000KN压铸机用模具达到近40吨。其在合格率、班产量、连续性三方面得到了厂家的好评和认同。

近年来又有一批新崛起的模具制造厂家，这些厂家的特征是年轻、富有活力。对技术创新、管理体制、品牌推广等现代企业制度认识深刻，具有前瞻性和创造性。如宁波赛维达机械有限公司、东莞东升压铸模具有限公司。这些厂家的管理者都拥用极强的模具制造技术背景，对行业发展认识深刻，尤其在汽、摩零部件压铸模具制造方面精益求精。

以上现状集中反映出我国目前在汽车大、中型压铸模开发和制造上已具有一定水平和数量。

2 摩托车行业压铸模具的生产

摩托车行业使用的压铸模已能大量生产。自从我国成为摩托车生产大国以来，每年所需的压铸模越来越多，绝大部分都是国产模具，不少企业提供的模具从性能与寿命上都接近日本同类产品。该类模具制造成熟，周期很短，价格较低，如左、右曲轴箱，大约2-3个月便可制造出来。国内生产的摩托车模具完全可以满足于国内需求。摩托车模具主要来源于行业的模具厂及专业模具厂，特别是浙江宁波一带模具厂。如北仑地区众多的模具厂、共立精机（大连）有限公司、广州市型腔模具制造有限公司、东莞东升压铸模具有限公司每年都提供大量这类模具。

3 电机、电器行业压铸模具的生产

电机行业、电风扇、洗衣机、电视、电熨斗、电热锅等行业所使用的压铸模已完全自给，其制造水平能满足产品需要。

4 特大型模具压铸模具的生产

特大型模具如自动扶梯梯级模具，国内可以自行设计、制造。当前，我国电梯行业中使用的模具进口与国产参半。该类模具往往重达20T，制造精度高，如踏面齿距公差为±005MM，在使用压铸机锁模力大于25000KN，模具结构复杂，加工难度大，制造风险大。广州市型腔模具制造有限公司自1999年开始生产电梯模具以来，每年都为该行业提供数套。模具采用温度控制技术控制模具工作温度，液压抽芯，有时一套模框要安装3种规格的产品型腔（1000MM、800MM、600MM），甚至9种规格产品，模具加工精度高，互换性好，为用户节省制模费用。

5 其他行业压铸模具的生产

热室压铸机所使用的模具，特别是在制锁、燃气具、水暖设备、仪表、玩具等行业大量使用，模具虽不大，但数目大。此类模具多为企业自产自用或本地区协作制造。广东运豪机铸有限公司（香港内迁企业）生产的仿真汽车压铸模，广东小榄镇的制锁模具、燃气具模具及江浙、广东一带的热室机使用的模具都颇具特色和规模。

三、压铸模具技术现状

1我国压铸模制造技术现状

进入21世纪，我国压铸模设计、制造的技术水平有很大提高。当今国外模具先进加工设备，使用的软件、加工工艺及检测设备，我国不少企业已引进和应用，虽然数量还不是很多，但已成为各个模具企业的主要加工设备和手段。但生产形式上，传统作坊加工方式与国外先进国家的加工方法并存。

我国生产的压铸模与国外产品相比，价格低，一般约为国外同类模具的1/2-1/5；周期短，如摩托车曲轴箱压铸模，国外一般在4个月能交付使用，而国内则为2-3个月；模具寿命与国外有差距，不同厂家的水平也参差不齐，中型复杂的模具，国外往往在10-15万模次，国内做得好些的企业普遍在8-12万模次，个别差的还停留在3-5万模次；国产模具主要问题还在于品质稳定性差，外观质量不讲究，尺寸精度不高，使用时故障率高，返修多，制约了压铸生产率的提高。

① CAD/CAE/CAM技术的应用

CAD/CAM/CAE是一种新兴的综合性计算机应用技术。它以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计、分析模拟、评价与制造的各项活动。它的应用，是实现模具“高精度、质量好、周期短”的最好手段之一。目前，在压铸模制造企业中，CAD/CAM应用普遍，CAE的应用属初期阶段，只有个别经济实力较强的企业引进国外CAE软件，但使用得好的不多。一汽铸造有限公司铸造模具厂制造的“中间壳体变速箱”模具，设计过程中利用自有的CAE软件分析流道、热场，广州市型腔模具制造公司研发的电梯梯级模具，与国外专家共同采用CAE技术，优化设计方案，改变以往的流道位置与方向，收到较理想的效果。宁波辉旺机械有限公司应用CAE技术成功开发出六缸发动机缸体。

企业使用的软件主要都是国外软件：如美国PTC公司的PRO/E；美国EDS公司的UG；美国CNC公司的MASTER CAM；以色列的CIMATRON以及德国MAGMA公司的MAGMA SOFT等压铸模专用软件，韩国AnyCasting高级铸造软件。此外国内一些高等院校如清华大学、华中理工大学、华北工业学院、上海交通大学等对压铸模软件进行开发和研究。例如太原机械学院的系统软件，由四部分组成： *** 作系统、图形软件、数据库和应用程序，具有一定的应用性；华南理工大学和东南大学联合开发的“压铸工艺参数及缺陷判断的专家系统”，具有一定的综合优化作用；哈尔滨科学技术大学提出的“压铸模CAD系统”，华中科技大学对压铸模CAD/CAM系统的研究足有十年，取得了较好的效果。

② 企业的装备及数控加工、电加工

全面采用数控加工技术，在模具型腔、型芯加工过程中以数控铣削加工、电加工技术代替传统金属切削手段。加工的高精度、高效率主要体现在铣削加工精度可达±（002-005）mm，加工效率与普通加工相比可提高5-10倍，并可获得小于16的表面粗糙度值。特别是高速加工中心的应用，使精度、表面质量、效率大大提高，而且加工范围也可以扩大，一般数控铣难以加工的小R及小筋也可以加工。电加工应用很普及。多数企业采用粗加工后淬火，淬硬后精加工的工艺路线，从而解决了热处理变形导致尺寸偏差的问题。电极材料除部分企业采用石墨外，普遍还采用紫铜，但石墨电极的推广和应用越来越得到关注，极个别企业还引进专用的高速石墨加工中心，快速、优质制造石墨电极。国外普遍采用的精密快速定位夹具，国内企业还很少使用。

③ 材料热处理及表面处理

真空淬火的优越性越来越明显并逐渐被企业接受，淬火好坏是直接影响压铸模具寿命的主要的因素之一。尤其是采用气淬、高压、真空淬火工艺，热处理过程没有氧化，脱碳、变形量少，辅以计算机控制，工艺稳定，淬火质量可靠。20世纪90年代，真空炉多为引进，目前国内有多家企业生产，质量较好，模具行业多选用国产真空炉。不少国内企业热处理工序走专业化协作道路，由专业的热处理厂负责淬火及表面处理。北仑地区成立了热处理中心（厂），广东佛山市、深圳市，四川，重庆等地也建成多家热处理加工厂，由专业厂负责铸模的型芯和型腔热处理工作。此外，国外钢材供应商则提供钢材及热处理一条龙服务。型芯、型腔、浇口套、分流块（锥）渗氮处理应用普遍。

④ 压铸模选用热模钢方面

压铸模使用的热模钢以4Cr5MoSiVl（H13类）代替3Cr2W8V，钢材的冶炼采用电渣重熔或精炼甚至真空冶炼，要求高纯度，少杂质，机械综合性能好，耐高温，从而延长模具使用寿命。中、大型复杂的模具多采用进口的H13钢。用得较普遍的有8407（瑞典），W302（奥地利），2344（德国）FDAC，DAC55（日本日立）DH2F，DH31S（日本大同）以及国内上海宝钢、大冶钢厂、抚顺钢厂、本溪钢厂、长城钢厂生产的4Cr5MoSiVl（H13）钢等。

⑤ 温控技术的应用

温控技术在压铸行业的应用，从而要求模具制造配合，严格控制好模具工作温度，以提高铸件质量，有利于成型合格铸件，提高压铸生产率及延长模具使用寿命。大型模具、精密模具较多采用此工艺，如：电梯模具、大的电机壳体、大型汽车壳体等。国内应用较多的如奥德机械有限公司的专用于压铸模具的模温机。

⑥ 真空压铸

真空压铸近年进入我国压铸行业，以改善压铸过程中成型条件和铸件内在质量。在家电、仪表、阀体类模具采用此项技术。近年来部分压铸件要求热处理的不断增多，内部致密度成了制约其提升的主要障碍，值得一提的是：宁波天正模具有限公司已花巨资从美国引进真空压铸模制技术。该技术是当今较领先的技术，制造出的模具能保证模具型腔的高真空度，使生产高质量的压铸件成为可能。该公司已成功制造供出口的高真空压铸模10多副，受到国外客户好评。

⑦ 液压抽芯机构

模具抽芯系统普遍采用液压抽芯机构。液压抽芯油缸实现标准化，由东莞市昌本模具科技有限公司设计制造的压铸模具专用油缸已实现标准化系列化，只需提供相应参数即可按标准选用，效率、质量大幅提升。

⑧ 冷却系统的设计

越来越注重模具的热平衡，越来越注重冷却系统的设计，冷却系统的设计在吸收消化进口模具的基础上，在CAE分析的基础上，确定冷却点，冷却形式多样，冷却系统设计更趋于合理和科学性。冷却系统所需原件标准化生产也应运而生。如接头、快换接头、点运水零件已商品化。市场上有日本、台湾地区供应的冷却系统标准供应，东莞市昌本模具科技有限公司生产的点运水标准件多种规格也已标准化商品化。

⑨ 模具表面抛光

国内企业基本以手工 *** 作为主，辅以电动抛光工具及超声波抛光工具等，抛光工作量大、周期长。近两年压铸模制造都重视型腔表面的光亮，铸件外表光亮。但铸件外表轮廓、线条清晰与国外模具有差异，有待提高。

⑩ 压铸模具新领域研究

镁合金模具的研究、半固态压铸的研究刚刚起步。

2 国内外技术对比差距

模具是生产工具，模具的好坏直接影响压铸企业的生产和效益，模具是压铸企业生产之本。这一点已经在逐步得到压铸行业的认可，目前压铸70%靠模具，30%靠压铸机。因此，无论是国内还是在国外，对于压铸企业在选择模具时，特别是选择大型精密压铸模具时，首先考虑的，应该是模具质量。而模具质量应该包括多项内容，如模具的尺寸精度、模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性以及模具寿命。对于模具制造精度，中国压铸模具企业普遍比较重视，随着先进设备的引进，以及先进的设计、制造软件的引进，这方面的差距在缩小。但是对于后几点，我国压铸模具企业与国外差距较大。

从目前国内模具企业的情况来看，目前大部分只关注模具的浇排系统，也就是只是关注能否压铸出产品，而对于模具的可靠性、模具的生产效率以及模具寿命关注不够。可以这样说，由于近几年压铸模具企业的装备水平、检测设备的引进以及加工软件的应用，模具加工精度普遍有所提高，对于浇排系统对压铸产品的质量影响也有所认识。但是，对于例如模具结构、生产效率、模具寿命的因素，大都关注不够，致使模具在使用时问题频出，或效率极低，严重地影响了压铸企业的生产、质量和效益。而德国和日本都在围绕后几点进行不断地研究、改进，在模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性以及模具寿命等方面，中国压铸模具与国外模具差距比较大，使得大部分企业，宁愿花几倍的价格引进国外模具，而不愿采用国产模具。

而在大型精密压铸模具方面，包括能够生产汽车发动机缸体以及自动档变速箱壳体的模具这方面差距更大。由于这类产品由于产品质量直接影响发动机、变速箱的性能，加之后序加工费用非常大，因此对于模具的压铸成品率、压铸的生产效率、模具的可靠性要求更高。因此，国内也就是近两年，才有包括辉旺公司在内的极个别的模具厂家开发成功，并且由于国外模具价格极高，严重制约着汽车行业的发展。

在国外，这类大型精密铸模具主要集中在日本、德国和意大利。德国和日本尽管模具设计水平、研究水平制造水平要超过意大利，但是，由于价格太高，在中国的市场占有率不高，仅供给日系和德系的独资企业。由于意大利此类模具价格较低，因此，国内包括国外意大利生产的此类模具较多。而意大利的模具从目前在中国使用情况来看，其设计水平和制造水平并不高。但是，由于中国压铸模具制造企业起步较晚，技术积淀较少，特别是很多企业由于没有从事过压铸生产，也没有压铸专门人才，加之对大型压铸模具认知较少，在承接此类模具时，模具能够制造出来，但是大部分开发不成功。

主要表现在几个方面：

一是模具使用存在较大问题，故障率高，滑块卡死，型芯断裂等等甚至出现模具开裂；二是压铸生产效率极低，造成压铸成本过高；三是压铸成品率低，并不稳定，产品经过加工后，出现气孔、缩孔以及泄露等，造成大量报废。四是无法适应全自动压铸生产，由于近几年压铸企业装备水平的提高，引进全自动压铸装备的企业越来越多，而能够满足全自动压铸生产要求，在压铸模具方面，对于模具冷却以及模具可靠性等等方面要求更高，致使此类大型精密压铸模具，目前还是以进口为主，国内压铸模具企业很难与国外企业竞争。

因此，加快大型精密压铸模具的开发研究，提高模具设计、制造水平，超过意大利，缩小与日本、德国模具水平的差距，对于占领国内市场，开拓国际市场，以及带动中国压铸模具整体水平的提升，都具有深远的意义。同时，提升中国大型精密压铸模具水平，对增强中国汽车行业的竞争力，提升汽车行业开发能力、制造水平同样具有重大意义。

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