中國模協(xié)技術(shù)委員會 孫錫紅(執(zhí)筆)

1 我國塑料模具發(fā)展現(xiàn)狀及與國外先進水平的主要差距

近年來,塑料模具工業(yè)迅速發(fā)展,體現(xiàn)在模具產(chǎn)品向著大型、精密、復(fù)雜的方向發(fā)展,綜合技術(shù)含量不斷提高,模具制造周期不斷縮短。但與國外塑料模具的先進水平相比,依然存在一定差距。

1.1 模具材料和標準件

國內(nèi)大多數(shù)冶金廠設(shè)備、工藝較落后,大多采用電爐冶煉,鋼的純度差,表面脫碳層深、碳化物級別高、疏松超標。鋼材的冶金質(zhì)量低、成材率低,一般質(zhì)量的模具鋼多,高質(zhì)量的模具鋼材少。而國外模具鋼生產(chǎn)80%以上采用真空精煉和電渣重熔生產(chǎn),鋼材純度、等向性高。而國內(nèi)通過電渣重熔生產(chǎn)的模具鋼所占的份額很少,大約1/10。國外發(fā)達國家的模具鋼成材率在85%～90%,而國內(nèi)成材率僅為70%。與國外相比存在很大差距。

我國列入國家標準中的塑料模具鋼僅為3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。國外常用的塑料模具鋼已形成較完整的系列,如美國塑料模具鋼有7個鋼號,形成完整的P系列:日本日立金屬公司有15個鋼號:日本大同特殊鋼13個鋼號。我國塑料模用鋼的隨意性較大,80%是用碳鋼和40Cr鋼。對于復(fù)雜、精密模具,為避免熱處理變形,一般在退火態(tài)、正火態(tài)或調(diào)質(zhì)態(tài)加工使用,因此壽命僅為國外同類模具的1/10～1/2。國內(nèi)汽車塑料模具企業(yè)大多愿意選用德國、日本、瑞典三大系列的模具鋼,高光模具材料用 NK80、2738、P20;關(guān)鍵模具材料用進口的2738、NAK80、S136等。但是,在國內(nèi)購買歐洲模具鋼材,價格上揚30%～40%,嚴重影響了國內(nèi)模具的競爭力。

國際上,汽車模具已進入專業(yè)化、標準化階段,汽車模具基本是由專業(yè)的模具制造商提供,模具商品化率在70%以上,還有許多專門生產(chǎn)模具標準件的企業(yè),汽車模具標準件多達幾百種。國外模具的標準化率可達85%(如德國、日本),中小模具的局部結(jié)構(gòu)標準化程度高(如日本的手機模具)。德國的保險杠模具,模架是標準的,熱流道是標準的,和國內(nèi)相比,周期快,成本降低30%。國內(nèi)模具企業(yè)大型模具的標準化程度約為25%～30%。模具的標準化程度已成為制約國內(nèi)模具制造周期的瓶頸之一。也影響了國內(nèi)模具的競爭力。

1.2 模具的精度、壽命和模具制造周期

國外的汽車企業(yè)都在實施“2mm”工程,在國內(nèi),單一零件還能夠做到,幾百個零件裝配到一起就沒有保證了。零件精度低造成修配量大,整模故障率高、穩(wěn)定性差。

日本的汽車模具精度可達0.02mm,塑料模分模面的精度控制在0.01mm。而國內(nèi)汽車模具的品牌企業(yè),汽車模具精度控制在0.03～0.05mm;塑料模分模面配模精度在0.03mm左右。國內(nèi)外的塑料模具壽命差異見表1。

表1 模具壽命的國內(nèi)外差異

德國的模具制造周期在2周～20天,備料4～5天,試模2～3天。日、韓的模具周期要求2周,原因是他們有專門的模具配件城,滑塊、頂桿、澆口套組件等均可以買到,型腔件加工好裝上就行了。國內(nèi)配件標準化做不到;零件加工精度做不到。

國外對發(fā)出去的模具進行可靠性、穩(wěn)定性跟蹤。國內(nèi)是模具出了問題,再派人去。

1.3 模具企業(yè)員工的素質(zhì)

德國、日本模具企業(yè)的員工至少有10年的工作經(jīng)驗,模具企業(yè)技術(shù)人員比例很高,多數(shù)企業(yè)在25%以上,有些在50%以上。有些企業(yè)往往是大多數(shù)職工可在技術(shù)與生產(chǎn)崗位上互換,具有很高的素質(zhì)。模具鉗工的平均年齡要比浙江模具企業(yè)的員工大15歲,絕大多數(shù)員工是大學(xué)畢業(yè)或經(jīng)過專門訓(xùn)練的。

國內(nèi)模具企業(yè)的員工缺乏高新加工技術(shù)的培訓(xùn)和高端數(shù)控機床操作技能的培訓(xùn)。在某種程度上,也影響了高端設(shè)備的利用率。模具企業(yè)技術(shù)人員比例偏低,多數(shù)企業(yè)在15%～20%之間,且只注重模具開發(fā),不重視產(chǎn)品開發(fā),因此綜合開發(fā)能力較低。

1.4 加工設(shè)備、模具制造工藝和測量技術(shù)

德國、日本模具企業(yè)的加工設(shè)備先進,基本都是數(shù)控、高速切削、單向走絲線切割或4軸～5軸聯(lián)動的高速加工機床,能實現(xiàn)模具型面的鏡面加工。而國內(nèi)模具企業(yè)的4軸～5軸聯(lián)動的高速加工機床占的比例有限,高光模具的加工與國外相比差距較大。

德國、日本汽車模具的制造工藝已標準化,制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在線測量,這方面國內(nèi)至少差15～20年。

德國的精密品牌產(chǎn)品,除了加工過程中的在線檢測外,手機類、剃須刀類的產(chǎn)品,全部通過可靠性測試、耐候性測試、壽命測試、剃刀表面和間隙的微觀顯微放大測試、主要零件外形和裝配后外形的激光3D測試等。這些重要數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提供了非常重要的依據(jù)。

1.5 信息化管理和物流管理

德國、日本模具企業(yè)的車間均采用6S管理系統(tǒng),現(xiàn)場有塑料廢料損耗跟蹤、模具損壞跟蹤;全廠物流采用倉儲自動化管理系統(tǒng);車間有中央電腦室,可展示、查詢?nèi)囬g的加工工藝、質(zhì)量、產(chǎn)量、當天、當周、當月的報表等,售出的產(chǎn)品跟蹤和次品跟蹤。

1.6 新工藝、新材料研究和創(chuàng)新能力

塑料加工新工藝的研究,日本、德國、美國、意大利等發(fā)達國家處于領(lǐng)先地位,模內(nèi)貼膜、回轉(zhuǎn)成形、雙料雙色/三色注射、啤酒瓶周轉(zhuǎn)箱注射裝配集成化自動生產(chǎn)線、奶制品/快餐面盒的注射-模內(nèi)貼膜自動生產(chǎn)流水線、一模200腔的瓶蓋疊式-回轉(zhuǎn)成型的自動化注射生產(chǎn)線等,在多年前就已用于批量生產(chǎn)。全塑型轎車/賽車的塑料和整車零部件成型工藝從1995年起一直在孜孜不倦地研發(fā)。戰(zhàn)斗機上的高強、高韌、耐高溫、質(zhì)量輕的新材料、新工藝,美國、德國在80年代初期已應(yīng)用于某些機型,1985年后,某些碳纖維塑料制品已應(yīng)用于民用客機。

超薄型手機PC導(dǎo)光板的材料、注射工藝與設(shè)備的研制,日本處于領(lǐng)先地位。木塑環(huán)保復(fù)合材料注射專機和注塑工藝/制品的研究歐洲處于領(lǐng)先地位。

多層、多功能復(fù)合薄膜擠出專機、薄膜厚度控制、薄膜層數(shù)控制及各種功能薄膜的材料研究,美國處于世界前沿。

一個國家的創(chuàng)新、研發(fā)能力體現(xiàn)了國家的綜合基礎(chǔ)實力。國外企業(yè)對新產(chǎn)品開發(fā)很重視,模具廠經(jīng)常會與材料廠商、產(chǎn)品廠共同開發(fā)新產(chǎn)品和模具;注射機廠會與材料廠商共同研發(fā)新機型;名牌塑料供應(yīng)商會與名牌汽車公司聯(lián)合研制以塑代鋼的新塑料和新產(chǎn)品(如BAYER與寶馬合作開發(fā)全塑賽車、GE與克萊斯勒共同開發(fā)全塑轎車)。這種強強合作,使企業(yè)具有很強的研發(fā)能力。

2 我國塑料模具發(fā)展目標和主要任務(wù)

2.1 發(fā)展目標

對模具需求旺盛的行業(yè)包括航空航天、國防軍工、軌道機車、工程機械等行業(yè),尤其是總投資達2200億元的京滬高鐵項目、超過300億元投資規(guī)模的大飛機項目等,必將會給塑料模具行業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)和機遇。因此,塑料模具的發(fā)展必須依托國家重點建設(shè)工程,面向六大產(chǎn)業(yè)(交通運輸產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、重大裝備產(chǎn)業(yè)、電站及輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè))及其重點行業(yè)。特別是圍繞汽車產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè),大力發(fā)展IT行業(yè)的精密注塑模、汽車業(yè)的覆蓋件模具和大型注塑模。大規(guī)模開展技術(shù)改造,提高基礎(chǔ)配套件和基礎(chǔ)工藝水平;通過加快企業(yè)兼并重組和產(chǎn)品更新?lián)Q代,促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,全面提高產(chǎn)業(yè)競爭力,引導(dǎo)專業(yè)化零部件生產(chǎn)企業(yè)向“專、精、特”方向發(fā)展,形成優(yōu)勢互補、協(xié)調(diào)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。

2.2 主要任務(wù)

依托十大領(lǐng)域的重點工程,振興塑料模具制造業(yè);配合九大產(chǎn)業(yè)的重點項目(鋼鐵、汽車、石化、船舶、輕工、紡織、有色金屬、電子信息、國防軍工),提升大型、精密注塑模、高檔模具標準件的制造能力;實現(xiàn)模具鋼的國產(chǎn)化和優(yōu)質(zhì)化、改善模具材料的供應(yīng)體系、提供較為全面的各種規(guī)格和牌號的材料,大力壓縮模具生產(chǎn)企業(yè)的備料周期;提高模具新材料、新型塑料成形工藝和新型高強、高韌、耐高溫塑料制品的研發(fā)能力;提高企業(yè)的信息化管理和模具集成化制造的總體水平。為使我國的塑料模具行業(yè)趕上國際先進水平打下良好的基礎(chǔ)。

3 塑料工藝、模具等方面的發(fā)展重點和建議

目前,我國的塑料消費費量已居世界首位,但人均消費量僅為工業(yè)發(fā)達國家的1/7,工業(yè)中等發(fā)達國家的1/4,預(yù)計要達到工業(yè)中等發(fā)達國家的水平還需20年。這無疑為我國塑料工藝和塑料模具產(chǎn)業(yè)提供了非常大的發(fā)展空間。

(1)重點研究高強、高韌、耐高溫塑料制品的成型工藝與模具加工技術(shù)。

在國家重大專項的關(guān)鍵功能件項目中,模具專項體現(xiàn)了模具工業(yè)在制造業(yè)中所占的重要地位。因此,必須重點研究與大飛機工程、高速鐵路、城市軌道交通項目配套的高強、高韌、耐高溫、高耐磨性塑料制品的成型工藝與模具加工技術(shù)。

(2)要大力發(fā)展節(jié)能降耗、以塑代鋼的汽車零件的制造工藝和模具制造技術(shù)。

目前為汽車服務(wù)的模具約占到我國全部模具產(chǎn)量的1/3左右,在汽車行業(yè)比較發(fā)達的國家,為汽車服務(wù)的模具往往要占到其全部模具產(chǎn)量的40%以上。隨著人們生活水平的不斷提高,轎車的車型不斷更新,汽車向高速、舒適、風格化發(fā)展,車身結(jié)構(gòu)將日趨復(fù)雜,要求模具向大型化、復(fù)雜化、高精度方向發(fā)展。轎車能源對綠色環(huán)保的要求也越來越高,轎車自重下降10%,可以節(jié)省燃油6%～8%。以塑代鋼是轎車輕量化的必由之路。因此,要大力發(fā)展節(jié)能降耗、以塑代鋼的汽車零件的制造工藝和模具制造技術(shù)。

(3)加速木塑復(fù)合材料注射成形技術(shù)、塑料金屬復(fù)合材料注射成形技術(shù)的研究和塑料異形高速擠出模具技術(shù)的研究。

有關(guān)專家預(yù)計:2010年與車船配套的塑料制品達150萬t;與家用電器配套的各種塑料零部件、絕緣材料、封裝材料所需合成樹脂400萬t;與房地產(chǎn)發(fā)展配套的建材,對 PVC 、PE 、PP、PS、PC、PUR 等塑料的需求將達600萬t。因此,必須加速木塑復(fù)合材料注射成形技術(shù)、塑料金屬復(fù)合材料注射成形技術(shù)的研究和塑料異形高速擠出模具技術(shù)的研究。

(4)超薄成形、超精密成形的工藝和高精密模具制造技術(shù)的研究

隨著全球網(wǎng)絡(luò)化和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,通訊速率提高,手機、手提電腦小型化/輕量化,對接插件封裝技術(shù)、超薄成形技術(shù)、導(dǎo)光塑料的成形技術(shù)和模具的精度要求會越來越高。因此,必須研究超薄成形、超精密成形的工藝和模具制造技術(shù)。

(5)提高模具的標準化水平和模具壽命,縮短模具制造周期

建立模具鋼基地和大型的模具材料供應(yīng)中心(含各類塑料模具標準件),提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),大力縮短模具備料周期;改善國產(chǎn)模具鋼在后續(xù)鍛造、熱處理、表面處理等工藝,生產(chǎn)塑料模特需鋼種——研制開發(fā)強耐蝕、高鏡面塑料模具鋼材,提高模具壽命。

(6)以人為本、強化模具設(shè)計人員培養(yǎng)

未來十年,中國將向模具制造強國的方向發(fā)展,模具設(shè)計人員的設(shè)計能力與國外發(fā)達國家相比亟待提高,應(yīng)該采取“走出去、請進來”的方法,加強交流、取長補短,并強化設(shè)計人員的培訓(xùn)。

(7)加強熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、水輔技術(shù)、蒸汽輔助注射成形技術(shù)的推廣應(yīng)用,研究熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、水輔技術(shù)、蒸汽輔助注射成形技術(shù),是節(jié)材、節(jié)能、提高塑件表面質(zhì)量的新技術(shù),已在美國、德國、日本廣泛用于家電類、汽車類塑料件注射成形中。我國應(yīng)在這方面加強推廣應(yīng)用研究。

(8)建議建立全國性模具檢測中心。

隨著模具工業(yè)的不斷發(fā)展,模具質(zhì)量檢測工作已越來越迫切,但至今我國尚無一個國家級檢測中心,建議建立全國性的檢測中心。

(9)模具智能化、工藝知識集成化和生產(chǎn)工藝過程自動化

國外在汽車零件成形工藝、模具及其零件的制造工藝方面均有專門的知識庫,多年來還在源源不斷地補充新內(nèi)容,開發(fā)新產(chǎn)品。我國在這方面的基礎(chǔ)研究應(yīng)盡早著手。