冲压模具国外发展现状(共10篇)
冲压模具国外发展现状 篇1
据报道,高新技术在欧美模具企业得到广泛应用,欧美许多模具企业的生产技术水平在国际上是一流的。将高新技术应用于模具的设计与制造,已成为快速制造优质模具的有力保证。
一、高新技术应用于模具的设计与制造
(一)CAD/CAE/CAM的广泛应用,显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性
在欧美,CAD/CAE/CAM已成为模具企业普遍应用的技术。在CAD的应用方面,已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段,目前3D设计已达到了70%~89%。PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。应用这些软件不仅可完成2D设计,同时可获得3D模型,为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。应用3D设计,还可以在设计时进行装配干涉的检查,保证设计和工艺的合理性。数控机床的普遍应用,保证了模具零件的加工精度和质量。30~50人的模具企业,一般拥有数控机床十多台。经过数控机床加工的零件可直接进行装配,使装配钳工的人数大大减少。CAE技术在欧美已经逐渐成熟。在注射模设计中应用CAE分析软件,模拟塑料的冲模过程,分析冷却过程,预测成型过程中可能发生的缺陷。在冲模设计中应用CAE软件,模拟金属变形过程,分析应力应变的分布,预测破裂、起皱和回弹等缺陷。CAE技术在模具设计中的作用越来越大,意大利COMAU公司应用CAE技术后,试模时间减少了50%以上。
(二)为了缩短制模周期、提高市场竞争力,普遍采用高速切削加工技术
高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术,其加工效率比传统的切削工艺要高几倍,甚至十几倍。目前,欧美模具企业在生产中广泛应用数控高速铣,三轴联动的比较多,也有一些是五轴联动的,转数一般在1.5万~3万r/min。采用高速铣削技术,可大大缩短制模时间。经高速铣削精加工后的模具型面,仅需略加抛光便可使用,节省了大量修磨、抛光的时间。欧美模具企业十分重视技术进步和设备更新。设备折旧期限一般为4~5年。增加数控高速铣床,是模具企业设备投资的重点之一。
(三)快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用
由于市场竞争日益激烈,产品更新换代不断加快,快速成型和快速制模技术应运而生,并迅速获得普遍应用。在欧洲模具展上,快速成型技术和快速制模技术占据了十分突出的位置,有SLA、SLS、FDM和LOM等各种类型的快速成型设备,也有专门提供原型制造服务的机构和公司。
在所考察的模具企业中,有不少是将快速成型技术和快速制模技术结合起来应用于模具制造,即利用快速原型技术制造产品零件的原型。再基于原型快速地制造出模具。许多塑料模厂家利用快速原型浇制硅橡胶模具,用于少量翻制塑料件,非常适合于产品的试制。
二、欧美模具企业的管理经验值得借鉴
(一)人员精简,“瘦”型管理
欧美模具企业大多数规模不大,员工人数超过百人的较少,所考察的模具企业人数一般都在20~50人。企业各类人员的配置十分精简,一专多能,一人多职,企业内部看不到闲人。精益生产、“瘦”型管理的思想得到了较好的体现。
(二)采用专业化,产品定位准
所考察的模具企业,大多数都是围绕汽车、电子等产业对各类模具的需求,确定自己的产品定位和市场定位。为了在市场竞争中求生存、求发展,每个模具厂家都有自己的优势技术和产品,并都采取专业化的生产方式。欧美大多数模具企业既有一批长期合作的模具用户,在大型模具公司周围又有一批模具生产协作厂家。这种互惠、互利、共赢、共存的合作伙伴关系,有的已持续了30~40年。
(三)采用先进的管理信息系统,实现集成化管理
欧美的模具企业,特别是规模较大的模具企业,基本上实现了计算机管理。从生产计划、工艺制定,到质检、库存、统计等,普遍使用了计算机,公司内各部门可通过计算机网络共享信息。
(四)工艺管理先进,标准化程度高
与国内模具厂大多采取以钳工为主或钳工包干的生产组织模式不同,欧美的模具生产厂家是靠先进的工艺设备和工艺路线确保零件精度和生产进度。每副模具均有详细的设计图,包括每个零件的详细设计,并且都制定了详细的加工工艺。我国模具要走向世界,必须深化改革、扩大出口。
欧美模具企业的先进技术和先进管理,使其生产的大型、精密、复杂模具,对促进汽车、电子、通讯、家电等产业的发展起了极其重要的作用,也给模具企业带来了良好的经济效益。美国的模具企业,人均年销售额在20万美元左右;意大利人均年销售额也在10万美元以上。与国内的模具企业相比,即使扣除价格因素的影响,欧美模具企业的生产效率也比我们高许多倍。要缩小与先进工业国家的差距,必须加快技术进步,提高CAD/CAE/CAM的应用程度,增加数控加工设备的比重,用信息技术进一步提高模具的设计制造水平。同时,要学习和借鉴国外的先进管理经验,进一步深化企业改革。目前,国内有些模具厂冲模、塑料模都做,大型、中型、小型模具都做,这样很难干好,必须走小而专、小而精、小而特的道路。同时要增强参与国际竞争的意识,加强国际经济技术合作与交流,在提高模具国产化程度的同时,进一步扩大出口,走向世界。
冲压模具国外发展现状 篇2
模具行业在制造业中的应用非常之广泛, 其涵盖了众多的行业及领域, 上至航天、航空工程, 下至居家生活, 无一不与模具行业存在着千丝万缕的关系, 所以说模具行业的专业技术人才, 可以称为是制造行业中的基础人才。同时世界的制造业中心正不断向中国转移, 我国的模具行业也即将迎来它的春天, 模具产业也必将得到前所未有的发展机遇。直至今日, 我国模具产业产值已稳居世界之首。但从模具业能力, 科技含量等诸多方面予以衡量, 我国仍不及日本、美国及德国等发达国家。
模具是工业生产中使用较为广泛的基础工艺装备, 模具工业丝国民经济的基础工业。在现代工业生产中, 产品零部件广泛采用冲压、锻压成型、压铸成型、挤压成型、注塑、吸塑等成型工业方法, 与成型模具相配套, 使坯料成型加工成符合产品要求的零部件。许多产业部门 (如机电、汽车、家电轻工、电器仪表、通讯、军械等) 的发展, 离不开模具工业的技术提高和发展。
模具行业在现代工业生产中所起到的重要作用:
(1) 合理利用模具成型工艺, 生产出所需产品的工艺方式的应用及其的广泛。如:通过各种不同的成型形式使金属板料在模具型腔内发生塑性变形, 从而生产出所需的产品。压铸件、粉末冶金件也是在模具中充填加压成型的。塑料、陶瓷等非金属材质的产品, 绝大多数也都是通过模具加工而成的。
(2) 通过模具达到成型目的的工艺加工方法可以实现少切削、甚至可以达到无切削的加工目的。此种加工方法将成为机械制造的一个发展方向。以模具成型工艺为主要加工方法是实现少、无切削加工工艺的有效途径, 而模具制造的工艺水平的提高是其中的关键所在。随着模具工业制造水平的不断提高, 通过模具成型工艺所生产出的产品零件的制造精度也将得到提升, 产品零件的表面粗糙度将得到改善, 继而直接通过模具加工得到最终成品来, 不再需要进行二次加工。
(3) 模具成型制品具有高精度、高复杂性、高一致性、高生产率、低成本和低消耗的特点, 应用领域较广。据不完全统计, 利用模具加工工艺生产出的零部件, 在军工、民生表等领域均占有相当大的比例。冲压模具在生产过程中容易出现的问题及其解决办法。
1 凸、凹模磨损
(1) 凸凹模间隙加工设计不合理, 凸凹模间隙通常设计为材料料厚的20%—25%; (2) 模具温度过高, 通常是由于生产节拍设定较快, 批量生产数量较大, 造成模具温度极具升高; (3) 上下模的对中性不好, 包括冲压设备上下工作台面精度及模具自身导向结构精度不能满足生产需求, 均易造成上下模的对中性不好的问题; (4) 模具刃磨方法不当, 造成模具退火磨损加剧。
2 冲压模具带料问题产生的相关原因
(1) 凸凹模间隙设计加工是否合理, 如果模具间隙不合理, 则极易产生带料现象; (2) 模具刃口的锋利程度, 刃口的圆角越大, 越容易造成废料的反弹; (3) 被加工板材表面是否存在较多的油污; (4) 弹簧是否疲劳损坏; (5) 模具的吃刀量, 模具的凸、凹模的吃刀量是一定的, 模具的吃刀量较小, 则易造成废料的反弹。
防止模具带料的方法:
(1) 采用斜刃口结构替代平刃口结构; (2) 在模具上应用专用带弹顶结构的凸模及防带料凹模; (3) 安装退料装置; (4) 适当调节凸凹模间隙; (5) 模具经常研磨刃口, 保持刃口锋利, 并周期进行退磁处理。
3 冷冲压模具的对中性对模具使用寿命的影响
冷冲压模具在工作过程中极易出现凸模单侧磨损程度相对严重, 有的位置有较大的划痕, 所有冲的孔均出现单侧毛刺严重现象。该问题主要原因如下:
(1) 压机精度不高, 主要是上下工作台面压板槽的对称性不好; (2) 冲压模具在设计生产过程中没能满足生产需求; (3) 模具凸、凹模之间的导正结构精度不达标;
为防止模具磨损程度不一致应做到以下几点:
(1) 对冲压设备定期检测和维护; (2) 采用全导正结构设计模具; (3) 规范操作者的责任心, 发现问题后能后及时反馈, 并找出其中的原因, 避免造成更大的损失; (4) 及时更换模具导套并选用合适间隙的凸凹模。
在冲压模具中碰到的问题, 我们应该及时予以解决, 这样对我们的技术水平的提升也是相当大的帮助, 而对于生产来说, 这是不可避免的问题。
从长远目标分析, 我国经济发展态势将持续保持增长, 模具产业在整体工业生产的大环境中也即将得到持续的发展。
依目前的发展趋势来判断, 我国的模具产业仍存在很大的发展空间, 模具企业必须要及时转换经营与发展理念, 增强专业化生产, 提高市场意识, 促进我国模具产业的结构调整。
我国模具产业的标准化也须进一步推行, 目前我国各种标准盛行, 如台湾标准、日本标准、韩国标准、天汽模标准, 各企业所使用与遵循的标准不统一, 也是桎梏我国模具产业发展的最大一块绊脚石, 只有统一标准, 增强规范意识了, 我国的模具产业才将进入到快速的发展期。
模具行业是技术密集型与劳动密集型相互紧密结合的一门产业, 我国有着优秀的模具方面的专业人才, 老钳工的技艺水平也很高, 同时我国又是发展中国家, 国内的劳动力成本相对较低, 这些都将成为我国模具企业发展的助推剂。
经过改革开放的不断前行, 我国的投资环境得到了明显的改善, 我国已经成为了以日本、中国台湾为首的诸多国家和地区的模具制造企业的首选之地。同时, 由于我国生产制造业的成本远低于其他, 随着先进的模具制造技术的不断引进与自身能力的提升, 我国模具产业成为行业标杆的的时间也将指日可待。
在我国模具产业逐渐的国际化的今天, 我国的模具企业应进一步规范自身, 同意标准, 提神产品质量, 应使我国的模具产业得到良性的发展, 杜绝内部不良竞争现象的发生, 只有这样, 才会迎来属于我国模具产业的春天。
冲压模具国外发展现状 篇3
关键词 冲压工艺;发展现状;冲压模具设计;基本思路
中图分类号 TG386 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0232-02
1 冲压工艺发展的优势及其种类
1.1 冲压工艺的发展优势
冲压工艺是一种成形加工方法,通常依靠外在压力和模具对相关的板料施加外力,使其板料发生分离或塑性变形,从而实现所需形状和尺寸的冲压件的有效获取。与其他的机械、塑性等加工方法比较而言,冲压加工工艺在其技术上和经济上具备了诸多的独特优势,具体表现在以下几个方面。
1)冲压加工工艺的操作便利,易于实现工艺的机械自动化。由于冲压加工工艺的实现是通过冲压模具、冲压设备而完成的,而普通压力机每分钟的行程量可达到几十次,若是高速的压力机每分钟的行程量则可为上百至千次,并且压力机的每次行程都有可能获取一个冲件,从而使其加工工艺的生产效率得到了大大的提高。
2)冲压工艺的质量稳定,具有良好的互换性。这是因为在进行冲压加工时,冲压模具使其冲压件的形状尺寸的精度得到了良好的保证,冲压件的表面质量通常都会受到较好的保护,再加之所使用的冲压模具的使用寿命较长,从而使得同一冲压模具制成的冲压件具有一模一样的特点。
3)小到秒表大到汽车覆盖,冲压加工工艺可加工出形状复杂、尺寸跨度大的零件,再加上板料在冲压加工工艺过程中的冷变形硬化效应,使其所得冲压件的刚强度较高。
4)冲压加工工艺是一种省料、节能的加工方法,在其冲压加工过程中几乎没有碎料的产生,使得材料的利用率较高,并且在此过程中无需外来其他的加热设备,因而所得冲压件的成本也
较低。
由于冲压加工工艺中所用的模具具有一定的专业性,冲压模具是一种制造精度、技术要求都较高的技术密集型产品,而加工成形一个复杂零件时所需要的模具也较多,因此,冲压工艺的优越性只有在冲压件大量生产的情况下也会得到充分的体现,其所获取的经济效益也会随之体现的更为突出。
1.2 冲压工艺的种类
在实际生产中,为了满足冲压件在其形状、精度、尺寸等各方面的相关要求,所采用的冲压加工工艺也各式多样,将其概括起来可将冲压工艺划分为分离工序和成形工序两大类。
其中,分离工序也被称为冲裁,其目的是将冲压件沿着相应的轮廓线从板料上实现有效的分离,与此同时还需满足其分离断面的质量要求(如表1所示);而成型工序则是在不破坏坯的前提下,使其板料发生塑性变形,从而制成所需规格的冲压件(如表2所示)。
2 冲压工艺的发展现状
近年来,随着对先进制造技术发展的重要性共识的形成,将其特征与现代化高新技术相结合,冲压工艺在其深度和广度上都取得了突飞猛进的进展。本文以汽车车身覆盖件的加工为对象,阐述冲压工艺的发展现状。
1)就产品的冲压工艺性及经济性而言,冲压加工工艺的序数是用以衡量其工艺水平的重要标志,是决定冲压件加工制造成本、投资规模的关键因素。
当前我国汽车冲压件是根据其结构来确定冲压加工工艺的序数的,在其产品的开发设计中,由于过度注重汽车的性能和效果,致使在其相关的冲压工艺性和经济性方面欠缺有效的考虑,从而导致其冲压工序数较大(如表3所示)。
由上表可看出,我国的汽车制造在开发设计时,在注重其性能效果的同时,还需要考虑其冲压工艺性和经济性,应使得所采用的冲压工序数尽量的减少。
2)就冲压工艺的原材料而言,目前我国汽车冲压件所用的原材料以牌号为08A1、10、P1等冷轧钢板为主,其中,绝大部分的钢板为板料,只有较少冲压工艺产家使用卷料,而采用卷料的利用率可提高2%~6%,成本价格低,其相应的运输、存储也较方便。因此,对于大型汽车厂来说,可将其发展由生产批量转换为经济批量的发展。
当前国内大部分企业所采用冲压工艺较为传统,使我国冲压工艺水平得到有效提高,需要从行业人员素质的提高和信息化技术的应用两方面着手,在其信息技术的应用上则应将CAD/CAM/CAE一体化技术的推广作为发展的重点。
3 冲压模具设计的基本思路
作为一种技术密集型产品的冲压模具是冲压工艺中的关键要素,其结构和精度直接影响着冲压件的成形和精度,直接关系到冲压件质量的优劣,因此对于冲压模具的设计需要严格的专业控制要求。本文将冲压模具设计的基本思路简介如下。
1)转换图纸。所谓的转换图纸(或图纸转换工序)就是将任何所给定的零件图或产品测绘出来,进而转换成国内企业中所使用的国家标准零件图纸。
2)绘制零件图。对于所给定的零件图绘制,通常运用三维软件来实现,将所绘制的零件图转换为带有展开图的工程图,并将其存储为CAD制图的dwg格式作为相关的参考图进行调用。
3)设计工艺图。根据工程图中的展开图,将其排样图(或单工序图)绘制出来之后,再根据相关的展开排样图将其各步骤的产品零件图即工艺图进行有效的设计。
4)转换工程图。将CAD排样图导入三维软件中画出排样图的实体之后,再转换成相应的工程图并另存为CAD的dwg格式留作参考图进行调用。
5)绘制模具图。根据相关的参考图/工艺图将各零件工艺图的模具图进行有效的设计。
6)设计模具的零件图。根据相关的模具图对每个模具零件的模具零件图进行相应的设计。
4 小结
就冲压工艺的发展现状而言,虽然随着现代化技术的发展取得了较大的进步,但在实际的工艺加工中还是存在不少的问题,因此,在未来的发展中可从其存在的工艺性、经济性等具体问题中着手发展;对于作为冲压工艺关键设备的冲压模具,其相关的设计在遵循相关原则的同时,还需要注重实际的设计经验,其设计的基本思路需要具有一定的灵活性。
参考文献
[1]李忠明.冲压工艺行业发展现状评述[J].内蒙古石油化工,2006,5.
冲压模具国外发展现状 篇4
“十五”期间,我国模具工业年均发展速度约为18%,与机床工业一起,现已共同进入生产总量世界排名第三的位置。我国虽然已经是模具与机床的生产大国,但还远远不是生产强国,这是不争的事实。模具工业的发展,除了种种其他必须具备的条件之外,装备的改善与进步是十分关键的。
模具加工设备的市场前景
经过“十五”的发展,我国模具行业确实已有长足的进步。主要表现在:三资企业蓬勃发展,使我国模具生产规模和产品水平有了一个很快的发展;非国有经济如雨后春笋般地拔地而起,使我国模具生产规模迅速扩大,产品水平也有较快提高。在港资、台资及外资特别集中的珠三角和长三角地区,随着机械、电子、轻工、建材、通讯及办公设备等企业的兴起,用于企业内部配套的自产自用模具生产也随之大量发展。这一部分模具生产规模约有300至500亿元。全国模具生产总规模,2005年已超过600亿元。据罗百辉预测分析,模具行业“十一五”期间的发展速度预计仍将会在高于年均15%以上的速度上高位运行,“十一五”期间模具生产总量每年大约都会有100至200亿元的增量,目前全国(未包括港、澳、台的统计数)模具生产的总规模已达约1000亿元左右。
如果按平均每年150亿元增量,固定资产投入产出比大致为1:1,投入之中约有60%资金用于购买新设备来计算,则平均每年约会有90亿元用于购置各种设备。这就是模具行业中设备市场的一个概算。虽然这一设备市场与机床工业总规模相比只占不大的比例,但也不能说很小了,不应该被忽视。即使把外资企业主要用外国设备这一块去掉,留给国内机床行业的也起码还会有每年60亿元左右的设备市场。如果国内设备水平和服务具有竞争能力,外资企业也是愿意选购价廉物美的国内设备的。因此,如果机床行业能把握好这一块市场,“十一五”期间这300亿元左右的市场用“庞大”两字来形容也不为过。
模具行业对设备的基本要求
与其他机械加工相比,模具加工有其一定的特殊性,这些特殊性主要是:1.大多数模具需要在实芯金属模块上加工出形状复杂的空间曲面,随着模具不断向大型化发展,模块重量也将越来越大,现在有的已达几十吨;2.大多数模具外形为长方体或正方体,很少有窄长形的,主要加工量集中在凹模和凸模上;3.随着模具制品要求越来越精密、复杂,对模具加工精度的要求也越来越高,现在许多模具的加工精度已达±1~2μm,不久将很快发展为小于±1μm;4.随着用户对模具生产周期的要求越来越短,模具加工就要满足高效、快速,且有一定柔性和长时间满负荷不停顿运行等要求。根据上述4条特殊性,就对模具加工设备提出了如下一些基本要求:1.机床要有好的刚性和与模块重量相适应的大承载能力;2.工作台面尺寸要与模具外形尺寸相适应,宜于长方形或正方形及圆形,不宜窄长,而高度方向及其行程却要求有较大空间;3.要有高的精度及精度保持性;4.要能快速高效地去除余量,且有很高的可靠性,以保持连续长久满负荷运行;5.为适应复杂的空间曲面加工,且有大量的加工量,因此要求机床能多轴联动,且配有大信息容量的数控系统。
上面只提出了一些大多数模具加工对设备的基本要求,此外尚有不少特殊要求。例如加工塑料的机床就要求有更高的速度,但由于切削力小,为降低成本,机床可采用轻型结构;试模用的研配压机则不要求其高效快速,但要求有反转动能以便修模;某些简单工序的大量重复加工可用专机等等。同时,复合加工、柔性加工和在线检测也是模具加工的要求。
国产模具设备竞争力分析
目前,国内机床行业所生产的国产设备,除了少数高档设备国内缺乏自主创新能力,一时还难以满足之外,大部分是国内技术和能力能够满足,却因为机床行业未重视模具行业这一块市场和对模具加工一些特殊要求缺乏认真分析研究所致。其主要表现是:1.产品未针对模具行业特殊要求进行开发,主体结构不能很好适应模具加工,包括工作台尺寸及承重、机床的刚性及稳定性、长时间满负荷运转的可靠性、高速高效高精度及大余量空间曲面加工等;2.设备上的许多零部件、配套件质量不过关,尤其是某些电子元器件、某些机械零部件和数控系统等;3.由于企业体制、机制和管理上的原因,包括装配质量和综合服务水平不高在内,特别是售后服务跟不上,致使模具企业轻易不敢选用国产设备。
就模具行业设备市场这一块,与进口设备相比,国产设备在性能、可靠性、精度、质量、交货期和综合服务能力等方面都缺乏竞争力。究其原因,一是自主创新能力薄弱,二是不重视模具行业中的设备市场,三是体制、机制和管理等跟不上。
以数控机床为例来说,2005年我国数控机床产量已突破6万台,数量和产品水平都已有了长足的进步,但其国内市场占有率却不到30%(有资料说2004年是26.9%),在模具行业,恐怕是20%都到不了。为什麽会这样?我认为大致有三方面原因:一是国内市场对数控机床有强劲的需求,尤其是中低档产品量大面广又易于生产,大多数机床厂都任务饱满,这就使许多有关企业不再去追求高、精、尖、难的品种和中高档产品了;二是绝大部分机床企业自主创新能力薄弱,核心技术和关键技术掌握得少,即使有心要去开发中高档产品,却是心有余而力不足;三是模具行业虽然有较为庞大的设备市场,但由于模具加工的特殊性,特别是个性化要求比较突出,模具企业又大都是中小企业,对数控设备的订货难以形成较大批量,因此要满足模具行业需求,确实有较大难度,必须花大力气,而且还会有一些风险,还要有水平才行。鉴于这三方面原因,所以国内机床生产企业对模具行业设备市场至今仍不重视或无暇去顾及,只好听任进口设备去唱主角。
现在模具行业设备市场中,中高档产品基本上已被日本和欧美国家所占领,中低档产品主要从我国台湾进口。现在韩国设备已开始呈现不断扩大其市场占有率的趋势,而多数国内机床企业仍对此无动于衷,还在局外游移。
国产模具设备行业发展建议
鉴于国内机床行业尚不重视模具行业中的设备市场,国产设备在这一市场中的很低的占有率,罗百辉指出,机床行业应该密切关注模具行业的发展,重视模具行业中的设备市场,即使是在目前任务饱满的情况下,也应从长远发展出发,从战略高度去认识,并对这一市场进行充分研究与正确定位。
模具制造技术的现状和发展 篇5
1、现状:
模具的特点决定了模具工业的快速发展,模具制造水平是衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
我国已经具备制造大型、精密、复杂、长寿命模具的能力。如:硬质合金多工位级进模,步距精度<0.005mm,成形表面粗糙度达0.4-0.1μm,镶件的重复定位精度<0.005mm,互换性好,模具寿命达1亿冲次,具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、计数分组和安全保护功能。又如:大型的塑料模,重达10吨以上,尺寸精度为0.01mm,型腔Ra=0.1μm,模具寿命达30万次以上。达到国际同类模具产品的技术水平。
2、发展状况
(1)制造设备水平的提高促进模具制造技术的发展
先进的模具加工设备拓展了机械加工模具的范围,提高了加工精度,降低了表面粗糙度,大大提高了生产效率。如:数控仿形铣床、加工中心、精密坐标磨床、数控坐标磨床、数控电火花成形机、慢走丝线切割、精密电加工机床、三坐标测量机、挤压研磨机、激光快速成形机等。
(2)模具新材料的应用促进模具制造技术的发展
模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素,目前我国模具寿命仅为发达国家的1/5-1/3,而其中材料和热处理原因占60%以上。随着新型优质模具钢的不断开发(如:65Nb、LD1、HM1、GR等)以及热处理工艺和表面强化处理工艺的进一步的完善和发展,(如:组织预处理、高淬低回、低淬低回、低温快速退火等热处理工艺以及化学热处理、气相沉积、渗金属、电火花强化等新工艺、新技术)。都将极大地促进和提高模具制造技术的快速发展。
(3)模具标准化程度的提高促进模具制造技术的发展
模具的标准化程度是模具技术发展的重要标志,目前我国的标准化程度约占30%,(50多项国家标准300多个标准号),而发达国家为70-80%,标准化促进了模具的商品化,商品化推动了模具生产的专业化。从而提高模具制造质量,缩短制造周期,降低制造成本,也促进新材料、新技术的应用。
(4)模具现代设计和制造技术促进了模具制造技术的发展
CAD/CAM/CAE技术的发展,使模具设计与制造向着数字化方向发展,尤其在成形零件方面软件(如UG、Pro/E)的广泛应用,实现了模具设计与制造的一体化,极大的提高了模具制造技术和制造水平,也是未来模具制造技术的主要发展方向。
3、发展趋势
社会快速发展,产品不断增多,更新换代加快,模具质量和生产周期尤为重要,从而决定了模具制造技术的发展趋势:
⑴ 粗加工向高速加工发展
如:VHM超高速加工中心F=76m/min,S=4500r/min.此外,还有高速车削中心、精密坐标镗床、高速锯床、激光切割等等。⑵ 成形表面的加工向精密、自动化方向发展
⑶ 光整加工向自动化方向发展
减少研磨、抛光等光整加工的手工作业,实现计算机控制的自动加工设备,提高光整质量和工效。
⑷ 反向制造工程制模技术的发展
以三坐标测量机和快速成形技术为代表的反向制模技术是以复制为原理的制造技术,是模具制造技术的又一重要发展方向,特别适用于多品种、小批量、形状复杂的模具制造。
⑸ 模具CAD/CAM/CAE技术将有更快的发展
从模具结构设计——模具工作状态的模拟——自动加工程序的生成——自动化加工、自动检测。实现设计到制造的一体化是模具制造业发展的必然趋势。
二、模具制造工艺的内容
制造工艺——设计转化为产品的过程。
制造工艺的内容:研究制造的可能性和如何制造,如何以低成本、短周期制造高精度、高质量、长寿命的模具。
模具制造的主要经济技术指标:成本、周期、质量。三个指标的最佳必须从设计、制造和使用综合考虑:
(1)设计必须满足使用要求,同时制造的可行性;
(2)制造必须保证设计要求,同时制约设计,指导使用;
(3)使用应该了解设计与工艺,合理设计制品简化模具结构以便于制造。
影响制造的主要因素:
⑴ 表面加工有难易:外与内;规则与异型;型孔与型腔。⑵ 精度
⑶ 表面粗糙度和装饰
⑷ 型孔和型腔的数量
⑸ 热处理
三、模具生产和制造工艺的特点
模具是专用工艺装备,模具生产是单件或多品种生产,与一般机械产品生产相比,有如下特点:
⑴ 单件、多品种:采用通用机床和通用工量具,减少专用二级工具,工序相对应集中,简化管理减少周转,保证质量和进度。⑵ 制造质量要求高:尺寸精度和形位公差一般±0.01mm左右,Ra≤0.8μm
⑶ 形状复杂:工作零件多为二维或三维的复杂曲面(尤其是型腔),加工难度大。
⑷ 材料硬度高:淬火合金钢或硬质合金。
⑸ 成套性生产。
⑹ 生产周期短:市场决定产品,更新换代快。
⑺ 必须进行试模与修整:
冲压模具国外发展现状 篇6
摘要:随着模具市场的需求越来越大,各种新兴的模具材料应时而生,合理的选择模具材料和工艺成为我们研究的课题。另外,模具材料的性能、质量对模具的使用寿命也有极大的影响,因此,本文对我国及国外模具材料发展的现状进行阐述,并对其发展趋势进行了分析。关键词:模具材料;现状;发展趋势
The Status and Development Trend of the Mold Material
Abstract:With the growing market demand for mold,a variety of mold material is emerging.We focus our attention on reasonable choice of mold materials and workmanship.In addition, the mold material performance and quality also have a great impact on the life of the mold.Therefore, this paper present situation in home and the development of foreign elaborate mold material, and analyzed its development trend.Key words: mold material;present situation;development trend
1、引言
改革开放以来,我国钢铁工业得到了迅猛的发展,进而模具钢市场面临了更多的机遇与挑战,为了能够开发出质量合格、使用寿命长的模具,对于模具材料的选择和加工工艺要求越来越高。很多模具材料生产企业都在不断的研发新材料、新技术,就是希望能够在模具生产上达到提高模具使用性能,增加模具使用寿命,降低模具生产成本,提高企业经济效益。
中国模具潜在的市场很大,近年来中国已迅速地发展成为模具制造大国,在世界模具制造业产值中,所占的比例逐年上升,模具材料的用量也逐年增长。工业技术不断向前发展,对模具要求在更苛刻、更高速的工况条件下工作。模具材料目前主要以模具钢为主,虽然我国模具钢的产量已经在国际上处于领先位置,但是由于生产技术及加工工艺的不完善,很多精密模具、大型模具、长寿命模具的模具钢还仍需要进口。所以很多模具材料生产或加工企业在新模具材料的研发和生产上投入了大量的精力,目前已经在质量和工艺上得到了很大的提高,缩小了与国外发达国家技术水平的差距。我们相信通过努力,未来我国模具产业将得到更大的进步与发展。
2、国内模具材料现状及发展趋势
2.1国内模具材料现状
近几年,我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展,在世界模具产值中所占
比例
显著提高。经过几次钢种整顿的标准修订,在GB/T1299-2000《合金工具钢》标准中包含了37 个钢种,基本上形成了我国特色的模具钢系列。据中国冶金工业联合会调研,我国模具钢按照使用状态主要分为:塑料模具钢约占60%; 冲压模具钢约占20%;压铸模具钢占6%~8%。目前我国模具用钢广泛,除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外,还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等,钢种达数十种之多,但常用的只有20余种,而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。其中Cr12、Cr12MoV的应用量大面广,但在冶炼、铸造、锻造、热处理等方面存在一系列问题,模具使用寿命较低,特别是产品结构和应用方面还存在一些问题[1,8]。
国内大多数冶金厂设备、工艺较落后,大多采用电炉冶炼,钢的纯度差,表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低,一般质量的模具钢多,高质量的模具钢材少。而国外模具钢生产80 %以上采用真空精炼和电渣重熔生产,钢材纯度、等向性高。而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的份额很少,大约1/10。国外发达国家的模具钢成材率在85 %~90 % ,而国内成材率仅为70 %。与国外相比存在很大差距[3]。2.2塑料模具材料
冲压模具国外发展现状 篇7
2008年在宏观调控、特大自然灾害、股市财富效应消失及国Ⅲ排放标准实施以及2009年国际金融风暴等一系列因素的影响下, 我国的汽车业受到了一定的影响, 但我国汽车产销量仍以较高的速度增长。汽车工业的发展为汽车模具业的发展提供了极大的市场机遇, 据有关资料显示, 在美国、日本等汽车制造业发达的国家, 汽车模具在整个模具产业中占有50%左右的份额。而在我国, 仅有1/3左右的模具产品服务于汽车制造业, 因此, 汽车模具市场有相当大的发展空间, 而汽车覆盖件模具是整个汽车模具的重要组成部分, 也是技术最密集、加工难度最大的部分。
产能结构
由于汽车工业的快速发展, 汽车覆盖件模具市场需求急剧增加, 因此许多企业加大了技术改造力度, 一些新建企业也快速发展, 使汽车覆盖件模具的生产能力大为提高。经过技术改造, 原来行业中公认的四大模具厂 (一汽模具制造有限公司、东风汽车模具有限公司、天津汽车模具有限公司和四川成飞集成科技股份有限公司) 都已有了生产大中型汽车覆盖件模具200万元左右工时的能力, 模具年产值都超过1亿元, 有的还超过了2亿元。这与2000年相比, 能力已增加一倍以上。除此四家外, 近年来新涌现了一批年产模具可以超过或接近1亿元的企业。例如福臻实业公司、普什模具有限公司、北京比亚迪模具有限公司、哈尔滨哈飞汽车模具制造有限公司、跃进汽车集团南京模具装备有限公司、上海千缘汽车车身模具有限公司、河北兴林车身制造集团有限公司和潍坊模具厂等。此外具有年产5000万元左右汽车覆盖件模具能力的企业全国还约有10多家。这20多家的汽车覆盖件模具生产企业是目前市场的主力, 总能力已有20亿元左右。再加上其他一些小企业, 估计我国目前已有30亿元左右的汽车覆盖件模具生产能力。
从近年的发展情况看, 民营企业发展很快, 外资企业也开始进入中国, 其中日资和台资最为活跃。现在生产汽车覆盖件模具的企业越来越多, 仅在2004年5月第十届国际模具技术和设备展览会上参展的厂家就有40多家。估计目前全国已有百家以上了。例如, 被中国机械工业联合会授予“汽车模具之乡”的河北省泊头市已有20家生产汽车覆盖件模具的企业。上海目前也已集中了10家左右的汽车覆盖件模具生产企业, 总能力也有3亿元左右。比亚迪、长城、瑞风、屹丰、华庄和千缘等一大批民营汽车模具生产企业由于投资力度大、起点高、服务对象明确, 已成为异军突起的生力军。
发展现状
1.设计水平
汽车工业比较发达的欧美国家在进行汽车覆盖件模具设计时, 大量采用三维C A D设计, 比例高达70%~90%, P r o/E、U G等软件的应用也很普遍, 利用这些软件创建的自动绘图精确度高, 得出的计算数据可靠, 数据库功能较强, 因而设计效率很高。相对于国外的先进水平, 国内在汽车覆盖件模具的设计上则显得力不从心。国内一批大、中型汽车覆盖件模具生产企业陆续引进了一定数量的C A D系统, 并配置了一些设计、分析的专用软件, 取得了一定的经济效益。但是由于多方面的原因, 仍有不少中小型企业还停留在手工设计模具的阶段, 采用传统的设计方法和二维C A D设计, 导致设计的标准化和开发应用水平低, 效率不高, 并且在设计的理论和实践经验的积累上远远落后于国外。
2.制造水平
在汽车覆盖件模具的制造上, 国内外也有很大差距。当前国内采用C A M技术的普及率还不够高, 应用水平也不平衡, 而在国外普遍采用C A M技术。高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术, 其加工效率比传统的切削工艺要高几倍, 甚至十几倍, 国内这门技术的应用已经有很长一段时间, 但是近几年才真正用到模具加工上, 并且应用水平低, 应用企业少, 很多技术工人还不能熟练掌握高速切削的关键技术, 不熟悉其操作环境, 导致高速切削技术在国内没有发挥应有的作用。特别是在汽车覆盖件模具加工方式上, 少数企业采用了高速切削加工技术, 更多的企业则以数控为主, 大量引进数控设备机床进行分工序加工。由于没有很好地利用高速切削技术, 因而生产效率低, 生产出来的模具精度差、余量大、钳工研修量大。
高速切削技术及高速加工设备在国外得到了长足发展, 高速加工及一次装夹完成多工序加工, 不仅生产效率高, 而且精度高, 钳工研修量小, 大大缩短了模具的生产周期, 实现了从开发、设计到制造、经营一体化的计算机集成工程。
3.标准化程度
当前, 面对国内庞大的汽车模具市场, 国内的汽车模具厂商却显得有些力不从心, 特别是在汽车覆盖件模具的设计、生产和制造上, 汽车模具的标准化工作多停留在初步阶段, 汽车覆盖件模具标准件的生产量少, 产品水平低, 虽然有不少汽车企业采用了标准件, 但是许多依赖进口。汽车车身模具标准未能向国际靠拢, 尚未建立和完善多种典型的模具结构和工艺, 且尚未形成行业标准件计算机销售网, 模具标准件的供货周期长, 商品品种不全。与此相比, 国外的汽车车身模具标准件供货渠道通畅, 商品化程度高、品种齐全且出口到世界各国。
4.管理水平
在企业管理方面, 信息化管理在国外已很普遍, 而国内只有少数企业实施信息化管理。一个企业不管其有多么先进的技术, 管理上的不完善会导致其产品的总体生产水平和企业综合能力落后于管理比较完善的企业。因此, 企业管理是一个系统工程, 信息化是发展方向, 必须充分重视企业管理的信息化。
发展思路
虽然我国的汽车模具具有成本低、价格比较便宜等优势, 而且随着近几年的发展, 汽车模具技术已经有了长足的发展, 但是我国的汽车覆盖件模具在设计、制造、标准、管理等方面与国际先进水平有很大差距。因此, 在发展我国的汽车覆盖件模具的过程中应该做到:
1.调整产业结构
我国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元, 但是我国汽车模具的生产能力只有100亿元左右。目前我国技术含量低的模具已供过于求, 市场利润空间狭小;而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应经济发展的需要, 精密、复杂的冲压模具、轿车覆盖件模具等高档模具仍有很大发展空间。只有调整我国汽车模具的产业结构, 提高高档模具的生产能力, 才能改变我国高档模具主要依靠进口的现状。
2.提高技术创新
积极改进技术, 提高设计、制造水平;借鉴国外先进技术, 引进先进设备;加快汽车覆盖件模具标准化工作, 做好标准的制订和推行工作;加快汽车模具技术的积累和研究开发能力。
3.集群化发展
技术的跨越不仅仅是一个企业的孤立行为, 而是一个行业的整体技术进步, 只有行业整体的技术跨越, 才能推动装备制造业的技术跨越。所以要大力发展我国的汽车模具单单依靠某个汽车模具企业是远远不够的, 汽车模具企业间、汽车模具企业与汽车企业间应该加强沟通、联系, 取长补短, 在合作中发现问题、解决问题, 加快汽车模具发展的步伐。
结语
我国汽车模具工业在大而不强的背景下, 要赶超欧美等发达国家, 还有很长的路要走, 任重而道远。但总体来看, 我国汽车模具的发展势头良好, 今后的发展方向, 应该注重产品结构的调整和定位, 进一步提升模具的制造技术水平, 占领结构复杂、精密度高、技术含量高的高档模具市场。从中国模具工业的发展情况看, 模具这一产品适合专业化、集团化方向发展, 模具企业在条件成熟时走联合之路是必然的发展趋势。为了适应企业发展和市场竞争的需要, 中国的汽车模具公司还应积极寻求国际合作, 尝试由单纯的生产型工厂走向资本运营型企业。
模具材料的现状及展望 篇8
关键词模具材料;冷作模具;热作模具;塑料模具;展望
中图分类号TB31文献标识码A 文章编号1673-9671-(2009)111-0076-01
0前 言
随着工业技术的迅速发展,为了提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率和材料利用率,国内外的机械制造业广泛地采用各种模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。模具材料是模具制造业的基础,随着模具工业生产技术的发展和新材料的不断出现,对模具材料的性能、质量、品种等方面的要求也越来越高,因此,世界各国近年来都积极地开发了具有各种特性、适应不同要求的新型模具材料。
1模具材料钢种的发展
模具材料主要是模具钢,模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类,现从这三类模具钢种来论述模具材料的发展。
1.1 冷作模具材料
冷作模具材料是应用比较广泛的一类模具钢,主要用于制造冲压、辊压、冷挤压等模具,目前通用的代表性钢种有低合金冷作模具钢如:CrWMn和9Mn2V,中合金冷作模具钢如:Cr5Mo1V和高碳、高铬型冷作模具钢如:Cr12和Crl2Mo1V1三类。为了满足冷作模具的特殊要求,各国有针对性地发展了一些新型模具钢,主要有:
1.1.1 高强韧性的冷作模具钢—基体钢
基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体成分大致相同、性能有所改善的一类钢,这类钢具有高的强韧性和良好的耐磨性,其含碳量稍高于高速钢基体的含碳量,淬火后过剩碳化物减少、分布均匀,从而提高了钢的韧性和抗冷热疲劳性,是一类冷热兼用的模具钢。
比较有代表性的钢号有65Cr4W3M02VNb(65Nb)和5Cr4M03SiMnVAl钢(012Al)等,65Cr4W3M02VNb可代替Crl2MoV、W18Cr4V和3Cr2W8V钢,用于制造强韧性要求较高的冷挤压模具及冷镦模具,5Cr4M03SiMnVAl钢是一种可代替Crl2MoV和3Cr2W8V钢的冷热模兼用钢,多用于制造冷冲头[2]。
1.1.2 低合金微变形空淬钢
这类钢的合金含量低,淬透性、淬硬性好,淬火时可用冷却速度缓和的淬火介质使工件达到达到微变形,且工艺性能良好,主要用于制造精密复杂模具。
代表性的钢号有:美国ASTM标准钢号A4、A6,日本大同公司的G04,我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和CrMnMoVS。
1.1.3 高耐磨高强韧性冷作模具钢
以磨损为主要失效形式的模具,应使用高耐磨高强韧性冷作模具钢,如:LD(7Cr7Mo2V2Si)钢、GM(9Cr6W3Mo2V2)钢、ERS(Cr8MoWV3Si)钢等。这些钢中适当降低了C和Cr的含量以改善碳化物分布,增加W、Mo和V的含量,以增加二次硬化的能力和提高耐磨性,同时,碳化物偏析有所改善,提高了韧性,更适合在高速冲床和多工位冲床上使用[2]。
1.2 热作模具材料
热作模具钢主要用于制造金属材料热加工(如:锻压、热挤压等)用的模具钢。目前通用的代表性钢种有低合金热作模具钢如:5CrMnMo和5CrNiMo,中合金热作模具钢如:H13(4Cr5MoSiV1 )、H11(4Cr5MoSiV)和H10 (4Cr3Mo3SiV)和高合金热作模具钢如:3Cr2W8V三类[1]。为了适应热作模具钢的发展需要,国内外研制了具有较高的热强性、高的热疲劳性和良好的韧性的新型热作模具钢,主要包括以下几种类型:
1.2.1 中合金高热强性热作模具钢
如:3Cr3Mo3W2V(HM1)和3Cr3Mo3VNb(HM3)钢,其含碳量较低,热加工性能良好,易锻造及退火,具有较高的热强性、热疲劳性能,良好的耐磨性和耐回火性能,是综合性能优良的高强韧性热作模具钢。适于制造高速、高负荷的压力机成型模、辊锻模、小型锤锻模等热作模具。
12.2.2 沉淀硬化型热作模具钢
如:日本日立金属公司的YHD13,由于加人了V,Nb,Ni,AI等,工作中模具表面由于合金碳化物和金属间化合物的析出,工作表面的硬度可上升到45~48HRC,模具的心部仍保留原有的组织和高韧性,从而提高了模具的寿命。
1.2.3 低碳高速钢
如:我国的6WMo5Cr4V,将高速钢的碳含量降至0.3%~0.6%,在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下,改善其韧性和抗冷热疲劳性能。
1.2.4 奥氏体型热作模具
奥氏体型热作模具钢通常通过固溶处理使合金元素溶入奥氏体基体,为时效硬化处理做组织准备,同时也有改善切削性能的作用。这类钢具有更高的热稳定性和高温强度,如:日本大同公司的5Mnl5Ni5Cr8Mo2Vo。
1.3 塑料模具材料
目前国内塑料模具用钢尚未形成系列,近年来在引进国外塑料模具用钢的同时,我国自行研制和开发了一些新的塑料模具专用钢,国内外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面:
1.3.1 易切削、抛光性好的塑料模具钢
国外易切削预硬钢主要是S系,也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。这类钢的杂质少、组织均匀、无纤维方向性,制模后,型面的表面质量高。
1.3.2 预硬化型塑料模具钢
这类钢的含碳量为0.3%~0.55%,常用合金元素有Cr、Ni、Mn、V等,为了改善其切削性,加入S、Ca等元素。
1.3.3 时效硬化型塑料模具钢
这类钢含碳量低、合金度较高,通过固溶处理、机械成形加工和时效处理,使模具获得使用状态的强度和硬度,有效地保证模具的最终尺寸和形状的精度,适宜于制造形状复杂、精度高、超镜面、大型塑料模具。
1.3.4 无磁性塑料模具钢
为了适用磁性塑料制品的生产,国外发展了一些无磁性塑料钢,将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度、强度和低的导磁率。代表性的钢号有日本大同特殊钢公司的NAK301和日本日立金属公司的HPM75钢等。
2展望
为了提高模具制造业的生产效率和材料利用率,缩短模具制造周期,配合模具工业的标准化、系列化、设计和制造过程中CAD/CAM技术的应用,模具材料技术的发展应重视以下几个方面:改善冶金质量,增加品种规格、产品精品化;研制应用新钢种,挖掘老钢种性能潜力;做好模具材料的系列化工作;建立模具材料服务系统;模具钢的生产从分散化生产向集中生产发展。
参考文献
[1]康俊远.模具材料及表面处理[M].北京:北京理工大学出版社,2008.
[2]于波.我国模具材料的发展概况及其选用[J],热处理技术与装备,[3] 牟红霞.模具材料的发展与动向[J].现代制造技术与装备,2006,4:83-84.
冲压模具国外发展现状 篇9
模具是工业生产的基础工艺装备,被称为“工业之母”。作为国民经济的基础行业,模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业,应用范围十分广泛。随着信息技术的不断发展,智能化的概念开始逐渐渗透到各行各业以及我们生活中的方方面面。
以智能模具为代表产品之一的高端装备制造业及助力模具企业生产的企业,将有力支撑中国高端装备零件制造等领域快速发展。与传统模具相比,智能模具具有技术含量高、产品附加值高、使用寿命长、应用范围广、市场空间大等明显优势。
我国智能模具虽然目前总量还不多,但却代表着模具技术新的发展方向,在行业产品结构调整和发展方式转变方面将会起到越来越重要的作用。智能模具发展好了,必然会对促进整个模具行业水平的快速提升起到有力的带动作用,因而,在行业发展中优先发展智能模具尤为必要。
以目前中国的模具行业发展状况来说,生产智能模具的水平还处在初级阶段,据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国模具制造行业产销需求预测与转型升级分析报告》预测显示:未来将会发展成为具有感知、分析、决策和执行功能且具有高度智能化水平的智能成形装备。在战略性新兴产业内,大型、精密、高效、高性能模具也将不断扩展其用途和功能,提高其附加值和可靠性。五金模具市场壮大,国内各地纷纷建立起模具产业园,我国模具行业发展之路已逐明显。中高端产品基本实现了由“不能做”到“能做”的升级和跨越,经济规模实现“由小到大”的迅猛增长。智能模具也在现代科技力量的推动下应运而生。为实现发展智能化模具来带动高效、精密、高性能模具总体水平的提高,早日实现世界模具强国目标。
国外辐射化工产业现状 篇10
辐射交联技术应用面广,产业规模大。目前,国外辐射化工领域规模化的产业主要有电线电缆、热收缩制品、汽车轮胎、聚烯烃发泡材料、表面涂层固化、高分子PTC器件等。这几类主导型产品约占辐射化工年总产值的95%以上,创造了可观的经济效益。这些产品的共同点都是采用辐射交联技术:即经电离辐射(γ射线或高能电子束)照射高聚物时,生成高分子自由基并互相结合形成交联键的过程。它无须添加交联剂,在室温下即可实现交联反应,通过控制吸收剂量即可控制交联密度。辐射交联后的材料提高了电绝缘性、热稳定性、抗老化性、耐腐蚀性、阻燃性等。辐射交联技术的应用尚存在巨大的发展潜力,一批新的产业增长点正在培育和形成之中,如橡胶硫化制品、SiC纤维以及胶乳硫化等。
辐射聚合、辐射接枝技术产业规模较小,但在新材料合成与材料改性方面发挥着重要作用。水性乳胶、离子交换膜是其中代表性的产品,特别是由辐射乳液聚合获得的水性乳胶,质纯性优,没有残存易挥发有机物,更符合环保要求。用水性乳胶调制的乳胶漆,水性家具漆、地板漆等是名符其实的环保涂料。目前这类产品尚处于产业化前期,对经济社会的贡献率较低,但是,作为一种新技术,用于对新材料的研制与开发具有良好的发展前景。
辐射固化与紫外固化正成为互补性技术,应用范围广,构成表面涂层加工的重要产业。辐射固化是利用低能电子束(EB)或紫外光(UV)照射液体低聚物涂层(膜)使其快速固化的技术。EB固化具有室温固化、节能高效、零污染、涂层不畸变等优点,主要加工大、厚、重的物件,与EB固化相比UV固化有投资少,成本低等竞争优势,适合加工小、薄、轻的物件。两种技术路线构成互补,目前,在日本、北美、欧洲已经形成较大的产业规模。
辐射降解技术,主要用于对天然高聚物和废塑料、橡胶的再利用,由于辐照剂量大,成本高,目前国外有工业化中间实验,但产业化前景尚不明朗。
电离辐射导致的辐射分解及辐射合成反应被用于处理工业三废,例如火力发电厂烟道气辐射脱硫脱硝,同时合成出化肥,非常有利于资源的综合利用。用辐射技术处理工业废水,能去除废水中的有机氯和重金属离子,同时还可杀灭微生物。目前,许多国家已有中试或工业示范工厂处理三废,但大规模工业化应用尚需时日。
主要国家和地区的发展情况 美国的状况:
美国的辐射化工产业起步于20世纪50年代中后期,是在军工技术向民用转移的过程中播下产业的种子;辐射化工产品又以军工为最大用户,通过市场机制与军工装备进行配套,进而逐步扩大到民用市场,如电力、通讯、能源等领域。有代表性的是Raychem公司,从创建期的热缩材料制品主业到发明PTC温控电伴热线缆迎来大发展。1957年美国硅谷兴起不久,在临近斯坦辐大学的门罗园内,Raychem公司在风险基金支持下宣告成立,开创了世界辐射化工产业的历史。Raychem公司初创期仅有33人和一台1MeV、6mA的加速器,主要研制生产热缩材料,1959年申报了第一项聚乙烯热收缩材料专利权。1971年发明PTC温控电伴热线,由于产品新颖、性能优越、市场需求旺盛,迅速发展成为规模产业。到1998年Raychem公司从业人员已达到8000人,拥有227台加速器,产品规格品种达3000多种,年销售额18亿美元。1999年与ASG、AMP、Eleon等多家公司一起被著名的Tyco公司收购,强强联合成立了Tyco International Ltd,成为全球最大的电子元件、配件供货商,2000年销售额已达289亿美元。Raychem的发展,标志着美国的辐射化工主导产品热收缩材料、PTC等材料在世界市场上占有很大的份额;辐射化工由初创期相对独立的产业,进一步通过资产重组,与相关行业融为一体,又为辐射化工开拓了新的发展空间。此外,在辐射硫化方面,1957年Firestone公司首先实现了汽车轮胎的预硫化,并逐渐发展成为辐射加工的大产业,1998年北美辐射硫化轮胎的产值就达到了135亿美元
日本的情况
日本辐射化工产业始于1961年,住友电工开发生产的6kV辐照交联电力电缆,为辐射化工在电线电缆行业中的应用打开了窗口。1966年积水与东丽两家公司生产了聚乙烯发泡材料。LSI工厂利用辐射接枝技术生产了离子交换膜、电池隔膜。辐射化工对日本主导产业贡献最大、最有显示度的是对汽车轮胎的辐射硫化。1997年的产值达到1.02万亿日元,日产的子午轮胎中91%是经过辐射硫化的。子午轮胎采用辐射硫化工艺,可以削减胶的用量,稳定制造工艺,提高轮胎质量。日本辐射化工产业产值排在前三位的是轮胎硫化、电线电缆和发泡材料,热缩材料排在第四位。日本辐射化工产品结构与北美比较存在较大差异,这是因为日本的辐射化工更直接服务于日本主导产业(如电子、电器、汽车等),成为日本经济的重要组成部分。
日本31%的EB装置用于交联线缆(主要是电器装备及汽车用细线),有14%的EB装置用于轮胎硫化。而北美以热缩材料为主,占有47%的EB装置。线缆和轮胎分别只占11%和7%。
亚洲地区,是当今世界经济增长率最高的地区,除日本外,韩国在辐射加工方面发展也很快。耐热线缆、热缩材料、汽车轮胎制造等已形成规模。马来西亚利用日本援建的EP装置,制造热缩材料;用6.8万居里Co-60源辐照交联天然胶乳。
欧洲的情况
欧洲的辐射加工产业具有一定的基础,以瑞士为例,STUDER公司有1~10MeV范围的加速器6台,还有几百万居里的Co-60源,而在1999年之后用于生产电线、电缆、热缩材料以及薄板、包装箱等的辐射固化。到上世纪末,随着产业结构的优化,欧洲地区的辐射加工产业进入了快速发展时期,接连出现许多大公司。IBA在1986年成立时,仅是十几个人的小公司,后来在自身发展的基础上,一举收购了美国的STEAIGENICS、RDI、GQIFIC、SCANDITRONIX等多家公司,成为辐射产业界的跨国公司。另外,英国的ISOTRON,法国的BGS等也都发展成为拥有多家工厂的大公司。
辐射化工产业发展趋势
综合国际发展状况,可以看出其主要发展趋势:
主导产品进一步走向规模化和国际化。以高性能热缩材料、交联线缆、轮胎硫化、发泡材料为代表的主导产品均属技术含量高、附加值大的配套性的基础产业,历经近半个世纪,长盛不衰,生命周期较长。日、美等国通过政府引导及市场推动,进一步将这类产品融入本国的主导产业,成为提高经济核心竞争力的重要因素。随着主导产业(如汽车工业、电子、电器等)的发展,辐射化工产品进一步走向规模化和国际化,预计今后若干年内国际上没有对手能够与日本、美国竞争。
一批新的高性能材料正走向市场。例如天然胶乳的EB辐射硫化在法国、德国、印度、马来西亚已有中试厂;工程塑料和通用塑料辐射改性正走向成熟;德国生产的室内供热聚乙烯管是将耐热70°C的PE管经辐射交联后,提高到110°C,并具有抗腐蚀、使用寿命长等优点,其年产量已达8000万米,正逐步取代传统金属管材。近年日本和美国开展对天然多糖类(海洋系甲壳素、壳聚糖、藻元酸、角叉菜胶等)辐射降解的研究,其辐解产生的生理活性物质,可用作植物生长促进剂,开辟了辐射化工的新领域。日本利用辐射技术进行环境治理和资源再利用已经取得突破。1999年日本与中方合作,在中国成都建造的电子束脱硫脱硝工业性示范装置,标志着辐射化工产业进入了一个新的发展阶段。
政府鼓励企业增加R&D的投入,开拓辐射化工新的应用领域。日本、北美各国政府积极鼓励本国企业与科研机构合作,开展以产业化为目标的辐射化工技术创新,仅日本,专门用于R&D的EB装置就有115台;北美104台。韩国非常重视R&D以及人才培训,大约用了3年时间说服IAEA,同意在韩国设立IAEA/RCA(亚太地区原子能科技研究、开发、培训协作的地区事务所),2003年3月已在大田举行了开所仪式。同时又提出建立国际原子能大学(INU)和国际原子能培训教育中心(INTEC)。韩国原子能研究所(KAERT)计划在2004年建立“尖端放射线应用研究中心”,该计划是将KAERT为中心的区域(内有商用100万居里Co-60源、5MeV EB装置、离子束辐照设施和γ辐照温室实验农场等)作为辐射加工技术的研发中心。马来西亚是以原子能研究所(MINT)为中心进行技术转移,政府、研究机构、企业联手进行广泛的研究开发,MINT经费来源的30%~40%是靠自己的开发收入。