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模具產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和對模具鋼的要求
模具是提高機(jī)械產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力的重要工具。模具廣泛用于樹脂、金屬、橡膠、玻璃等各種工業(yè)產(chǎn)品的制造。用于高精度部件制造的模具，其精度要高于部件精度。模具不僅對所加工部件的外觀、性能和精度的提高有很大作用，而且對部件大量制造的穩(wěn)定性也有很大影響。例如新興國家的模具制造部件，由于模具的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的差異，部件制造總時間的差別有20倍之多。
在模具設(shè)計時，要考慮到許多問題。這些問題是新材料·新功能部件的成形性、多個工序單一化、部件輕量化、部件耐蝕性提高、部件強(qiáng)度提高、難加工材料的加工、復(fù)雜形狀部件加工、不同材料的一體化成形以及降低制造成本和提高生產(chǎn)效率。模具是制造具有競爭力機(jī)械產(chǎn)品的不可或缺的工具。一個國家的模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與這個國家的機(jī)械產(chǎn)業(yè)的實際情況和發(fā)展方向有很大關(guān)系。
1模具的分類和各種模具的生產(chǎn)規(guī)模
模具的分類方法很多。按照模具的加工方法可以分為兩大類。一類是成形模具(Mold)，另一類是沖壓模具(Die)。成形模具的代表是塑料成形用模具。沖壓模具的代表是金屬沖壓成形用模具(表1)。模具還可以細(xì)分為沖壓用模具、塑料成形用模具、壓鑄用模具、鍛造用模具、鑄造用模具、粉末冶金成形用模具、橡膠用模具、玻璃用模具。在工業(yè)統(tǒng)計中分為金屬用模具和非金屬用模具。統(tǒng)計結(jié)果表明，日本模具產(chǎn)值最多的是沖壓用模具(2013年39%)其次是塑料成形用模具(34%)(圖1)。這兩種模具產(chǎn)值占日本模具總產(chǎn)值的73%。但近年來這兩種模具產(chǎn)值有所下降，2013年和1997年的產(chǎn)值相比，沖壓用模具產(chǎn)值下降到1997年的58%，塑料成形用模具產(chǎn)值下降到1997年的48%。這兩種模具的產(chǎn)值之和占模具總產(chǎn)值的比例不到70%。近年來產(chǎn)值增加的模具是壓鑄用模具、鍛造用模具。
2模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全球化競爭時代到來
圖2是1967年以來日本模具銷售額的變化、模具制造工藝的發(fā)展和模具市場的變化情況。第二次世界大戰(zhàn)后的日本經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇過程中，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的是高質(zhì)量模具、加工機(jī)械和素型材的缺乏。因此，全國大力發(fā)展模具產(chǎn)業(yè)。當(dāng)時的一個大的機(jī)遇是基于1956年日本頒布的機(jī)械工業(yè)振興臨時措施法(機(jī)振法)的中小企業(yè)專業(yè)化和部件制造產(chǎn)業(yè)的扶植政策。模具產(chǎn)業(yè)于1957年成立了日本模具工業(yè)會，模具產(chǎn)業(yè)成為機(jī)振法規(guī)定的扶植產(chǎn)業(yè)。在機(jī)振法頒布的50年代，模具制造是勞動密集型產(chǎn)業(yè)。設(shè)計和生產(chǎn)沒有明確的分工，在工廠，設(shè)計和制造混在一起完成模具制造。模具一般是依靠經(jīng)驗，利用畫線方法制造出來的。模具制造主要是利用銼刀、鉆床、車床等工具的手工作業(yè)。這個時期的機(jī)械化的時間比例為20%，即模具制造時間的80%是手工作業(yè)。模具制造主要依靠技工的技術(shù)。
上世紀(jì)70年代日本處于經(jīng)濟(jì)高度增長期，模具的主要用戶汽車制造業(yè)、電機(jī)、電子產(chǎn)業(yè)有了很大發(fā)展。相應(yīng)地，模具產(chǎn)業(yè)也順利發(fā)展。1983年模具產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一兆日圓產(chǎn)業(yè)行列。這個時期的模具產(chǎn)業(yè)處于非常景氣的時期，設(shè)備購買資金充足，對設(shè)備進(jìn)行了大量投資。70年代中期到80年代中期迎來了模具生產(chǎn)工藝的大變化時期。由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)導(dǎo)入模具產(chǎn)業(yè)。多工序自動數(shù)字控制機(jī)床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控電火花印花機(jī)、數(shù)控線切割機(jī)等各種數(shù)控設(shè)備導(dǎo)入模具制造業(yè)。由于典型的信息化設(shè)備多工序自動數(shù)字控制機(jī)床等數(shù)控機(jī)床的普遍采用，形成了目前的切削加工技術(shù)的基礎(chǔ)—計算機(jī)技術(shù)用于模具制作。這個時期的模具制作的機(jī)械化時間比例提高到70%。這個時期，在設(shè)計方面，根據(jù)過去的設(shè)計經(jīng)驗，形成了許多技術(shù)訣竅。
80年代中期到90年代中期，數(shù)控化的模具加工機(jī)械與模具設(shè)計相結(jié)合的研究工作十分活躍，引入了模具設(shè)計、生產(chǎn)的CAD/CAM。90年代以后，CAD/CAM得到普遍應(yīng)用，并形成了2維、3維CAD/CAM。由于計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床換成了利用計算機(jī)的CNC機(jī)床(計算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床)。此外，設(shè)計前的模擬技術(shù)精度也得到提高。這個時期的模具制作的機(jī)械化時間比例提高到80%。模具制造業(yè)的生產(chǎn)方式實現(xiàn)了利用高端設(shè)備的生產(chǎn)方式，形成了目前的計算機(jī)技術(shù)與高加工技術(shù)相結(jié)合的日本模具制造業(yè)。
1985年以“廣場協(xié)議(Plaza Agreement)”為契機(jī)，日本制造業(yè)積極向海外拓展。在海外的日本制造業(yè)廠家在當(dāng)?shù)刭徺I不到高質(zhì)量的模具，所以高質(zhì)量模具要從日本購入。1991年日本出現(xiàn)了泡沫經(jīng)濟(jì)。這些因素促進(jìn)了日本模具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，1991年模具業(yè)銷售額達(dá)到歷史峰值1兆9575億日圓。此后泡沫經(jīng)濟(jì)破滅，模具銷售額急劇下降，但由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和海外模具需求的擴(kuò)大，1998年模具業(yè)銷售額達(dá)到歷史第二峰值1兆8954億日圓。此后到2000年代由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)低增長、模具用戶向海外擴(kuò)大，以及亞洲模具質(zhì)量提高，日本模具業(yè)銷售額沒有增長，1997～1998的亞洲經(jīng)濟(jì)危機(jī)和2001年日本IT泡沫經(jīng)濟(jì)破滅，導(dǎo)致模具業(yè)銷售額下降。此后由于經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，2006年模具業(yè)銷售額達(dá)到歷史第三峰值1兆7875億日圓。
2008年的世界金融危機(jī)導(dǎo)致的世界經(jīng)濟(jì)不景氣，對日本模具業(yè)有很大打擊。2009年模具業(yè)銷售額下降到1兆1590億日圓。比2008年減少了32%。不論企業(yè)規(guī)模大小，整個模具業(yè)都受到了沖擊。工業(yè)統(tǒng)計表明，日本2009年的模具業(yè)銷售額僅為歷史峰值的1991年的59%，2006年的65%。
日本模具產(chǎn)業(yè)面臨的外部環(huán)境也發(fā)生種種變化。由于模具用戶向海外轉(zhuǎn)移，國內(nèi)模具需求量減少，這對日本模具產(chǎn)業(yè)有很大打擊。此外，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長停滯和廉價進(jìn)口產(chǎn)品引起的通貨緊縮，以及家庭少子化導(dǎo)致的勞動力市場縮小等等都對模具業(yè)產(chǎn)生很大影響。1990年以后，日本模具業(yè)的市場環(huán)境發(fā)生很大變化，出現(xiàn)了嚴(yán)酷局面。在這種競爭激烈的環(huán)境中，要求日本模具業(yè)在經(jīng)營理念、設(shè)計、質(zhì)量、價格、交貨以及售后服務(wù)等方面提高進(jìn)競爭力。此外，模具用新材料不斷出現(xiàn)，采用這些新材料的模具開發(fā)的要求也很強(qiáng)烈。
3亞洲新興國家模具產(chǎn)業(yè)興起引起模具供應(yīng)鏈變化
近年來韓國、中國、泰國以及臺灣地區(qū)的模具產(chǎn)業(yè)有了很大發(fā)展。這些國家和地區(qū)最初進(jìn)行塑料用模具和壓鑄模具等成形模具的生產(chǎn)，高強(qiáng)鋼沖壓模具和連續(xù)沖壓模具等沖壓模具和精密鍛造用模具的發(fā)展比較遲緩。由于日本等外資企業(yè)的進(jìn)入和技術(shù)協(xié)作，當(dāng)?shù)仄髽I(yè)進(jìn)行技術(shù)吸收和提高、逆向工程(reverse engineering)、加工機(jī)械和數(shù)控機(jī)床等模具制造機(jī)械技術(shù)的飛躍發(fā)展，本地模具市場的迅速擴(kuò)大等因素，90年代以來，新興國家和地區(qū)的模具產(chǎn)業(yè)有了顯著進(jìn)步。最初這些國家和地區(qū)的高端模具從日本和其它先進(jìn)國家進(jìn)口。從90年代開始，本地生產(chǎn)的高端模具不斷增加。2000年代后期，韓國大型汽車制造企業(yè)用的塑料成形模具基本上從中國進(jìn)口，沖壓用模具的本地化比例快速增加。圖3是世界模具銷售額的變化。可以看出中國模具銷售額的增長速度非常快。模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來的韓國、模具業(yè)迅速發(fā)展的中國，在模具出口方面也做了很大努力。過去亞洲的高端模具依賴于日本進(jìn)口，日本是第一模具輸出國。現(xiàn)在情況發(fā)生了很大變化，中國和韓國占據(jù)模具輸出大國地位，已經(jīng)是常態(tài)。最初這些國家只生產(chǎn)成形模具，進(jìn)入2000年代這些國家制造的沖壓模具也到處可見。亞洲的模具供應(yīng)鏈發(fā)生了很大變化。
4對模具用特殊鋼的期望：材料開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化
表2是模具制造企業(yè)和模具相關(guān)企業(yè)對模具用特殊鋼的期望。日本模具競爭力的源泉之一是高質(zhì)量的特殊鋼。對模具用特殊鋼的要求是價格和性價比的應(yīng)對、防銹防裂措施、新材料開發(fā)以及模具材料和價格的標(biāo)準(zhǔn)化等等。在模具行業(yè)激烈競爭的環(huán)境中，高質(zhì)量模具鋼的供給是提高模具行業(yè)競爭力的重要因素。模具特殊鋼制造廠和模具制造廠密切協(xié)作和相互支持，將會使日本模具業(yè)有進(jìn)一步的發(fā)展。
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