Der aktuelle Stand und Entwicklungstrend der chinesischen Formentechnologie

Die Technologie zur Herstellung von Formen ist zum Indikator für den Fertigungsgrad eines Landes geworden. Formen bestimmen in hohem Maße die Produktqualität, die Effizienz und die Entwicklung neuer Produkte.

Mit dem Beitritt Chinas zur WTO stehen der Formenbauindustrie neue Chancen und Herausforderungen bevor.

Die Entwicklung der chinesischen Formenindustrie hat zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen. Formen gelten allgemein als unverzichtbare Ausrüstung für die industrielle Produktion.

In Branchen wie der Elektronik-, Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie werden 60 bis 80 % der Teile mithilfe von Formen hergestellt. Mit Formen hergestellte Teile bieten eine hohe Präzision, Komplexität, Konsistenz und Produktivität, die mit anderen Methoden nicht erreicht wird.

Formen sind auch „Nutzenverstärker“. Der Wert des Endprodukts ist oft viel höher als die Kosten der Form.

Derzeit erwirtschaftet die globale Formenbauindustrie jährlich etwa 60 Milliarden US-Dollar. In Industrieländern wie Japan und den USA übersteigt die Formenbauproduktion die Produktion der Werkzeugmaschinenindustrie.

Der aktuelle Stand der chinesischen Formentechnologie

1. Stirbt

China hat einige Autoabdeckungsformen hergestellt, wobei großformatige Abdeckungsformen ein repräsentatives Beispiel sind. Das Entwerfen und Herstellen von Autoabdeckungsformen ist aufgrund der hohen Anforderungen an Qualität und Präzision eine Herausforderung. Dies spiegelt das fortgeschrittene Niveau der Abdeckungsformtechnologie wider. Chinas Design- und Herstellungsmethoden entsprechen mittlerweile internationalen Standards, und die Formstruktur und -funktionen sind nahezu auf dem Niveau des globalen Niveaus. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Lokalisierung von Autoformen dar.

Im Vergleich zu anderen Ländern bestehen jedoch weiterhin Lücken in Fertigungsqualität, Präzision, Zykluszeit und Kosten. Mehrpositions-Folgeverbundwerkzeuge und Multifunktionsformen, die eine fortschrittliche Werkzeugtechnologie darstellen, sind wichtige Schwerpunktbereiche für China. Im Vergleich zu ausländischen Mehrpositions-Folgeverbundwerkzeugen und Multifunktionsformen besteht immer noch eine Lücke in Fertigungspräzision, Lebensdauer, Formstruktur und Funktion.

2. Kunststoffformen

Chinas Kunststoffformenindustrie hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht.

Das Land stellt derzeit große Kunststoffformen her, unter anderem für Schalen von 34-Zoll-Farbfernsehern und 6-kg-Waschmaschinen sowie für Autostoßstangen und Instrumententafeln.

Im Bereich der Präzisionskunststoffformen stellt China Mehrkammerformen für Zahnräder mit kleinen Modulen, 600-Kammer-Kunststoffdichtungsformen und 1-Kammer-2-Kammer-Flugzeugbecherformen mit einer Dicke von nur 0.08 mm her. Sie produzieren auch komplexe Extrusionsformen für Kunststofftüren und -fenster.

In vielen Formen werden sowohl interne als auch externe Heißkanalvorrichtungen verwendet. Einige davon sind mit hochmodernen Heißkanalsystemen mit Nadelventilen ausgestattet, die Angussstellen verhindern. Mittlerweile wird auch die gasunterstützte Einspritztechnologie eingesetzt.

In Bezug auf die Präzision erreichen Kunststoffformhohlräume eine Fertigungsgenauigkeit von 0.02 bis 0.05 mm, wobei der Kontaktspalt der Trennflächen 0.02 mm beträgt. Die elastische Verformung der Schablone ist auf 0.05 mm begrenzt und die Rauheit der Formoberfläche beträgt Ra 0.2 bis 0.25 µm.

Die Lebensdauer der Kunststoffformen hat 1 Million Zyklen erreicht (im Vergleich zu 3 Millionen im Ausland), obwohl der Produktionszyklus der Formen immer noch 2 bis 4 Mal länger ist als ausländische Standards. Insgesamt zeigen diese Parameter, dass China in der In-Mold-Technologie immer noch hinter ausländischen Ländern zurückliegt.

3. Druckgussformen.

Das rasante Wachstum der Automobil- und Motorradindustrie hat die Entwicklung von Druckgussformen vorangetrieben . China produziert heute Aluminium-Gussformen für Zylinderkopfdeckel, Abdeckplatten, Getriebegehäuse, Motorradzylinder, Getriebegehäuse, Bremsen, Räder und Rolltreppenstufen. Die Technologie hat sich deutlich verbessert, und die meisten Aluminium-Druckgussformen für diese Branchen werden mittlerweile im Inland hergestellt.

Bei der Gestaltung der Form muss dem Wärmehaushalt, den Gießsystemen und den Kühlsystemen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Je nach spezifischen Anforderungen verwenden die Hersteller auch hydraulische Kernzieh- und Sekundärdruckstrukturen. Dadurch hat sich die Gesamtqualität erheblich verbessert. Druckgussformen erreichen jetzt eine Fertigungsgenauigkeit von 0.02–0.05 mm (im Vergleich zu 0.01–0.03 mm im Ausland). Die Rauheit der Hohlraumoberfläche reicht von Ra 0.4–0.2 μm (Ra 0.02–0.01 μm im Ausland).

Die Produktionszyklen für Formen betragen 3–4 Monate für kleine bis mittelgroße Formen, 4–8 Monate für mittelkomplexe Formen und 8–12 Monate für große Formen, was etwa doppelt so lang ist wie ausländische Standards. Die typische Lebensdauer von Gussformen aus Aluminiumlegierungen beträgt 40,000 bis 80,000 Zyklen, wobei einige Formen 100,000 Zyklen überschreiten. Im Ausland können Formen zwischen 80,000 und 150,000 Zyklen oder mehr überdauern.

4. CAD/CAE/CAM-Technologie für Formen

Die CAD/CAE/CAM-Technologie im Formenbau revolutioniert traditionelle Methoden der Formenherstellung. Sie verkürzt Konstruktions- und Fertigungszyklen, senkt Kosten und verbessert die Produktqualität. Techniker nutzen Computer, um Produkte, Formenstrukturen, Formgebungsprozesse, CNC-Bearbeitung und Kosten zu konstruieren und zu optimieren. Hersteller von Haushaltsgeräten haben zahlreiche CAD/CAM- Systeme eingeführt, CAD/CAM integriert und CAE zur Simulation von Formgebungsprozessen eingesetzt. Der verstärkte Einsatz der CNC-Bearbeitung hat zu wirtschaftlichen Vorteilen geführt und Chinas CAD/CAE/CAM-Technologie im Formenbau vorangebracht.

Vor kurzem wurden in China an der Shanghai Jiaotong University CAD/CAM-Systeme für Stanz- und Schneidwerkzeuge entwickelt, die CAXA-Software von Beijing Beihang Haier Software Co. und ein CAD/CAE/CAM-System für Stanzwerkzeuge am Jilin Jinmesh Die Engineering Research Center. Diese Fortschritte unterstützen die breitere Nutzung der CAD/CAM-Technologie für Stanzwerkzeuge. Die Entwicklung computergestützter Technologien in China befindet sich jedoch noch in der Anfangsphase und erfordert mehr Wissen und Erfahrung.

5. Standardteile von Formen

Standardformteile verkürzen die Fertigungszyklen, verbessern die Qualität und senken die Kosten. Daher wird ihr Einsatz immer häufiger. Zu diesen Teilen gehören Kaltprägeformrahmen, Kunststoffformrahmen, Schubstangen und Federn. Auch neue elastische Komponenten wie Stickstofffedern werden immer häufiger eingesetzt.

6. Formmaterialien und Wärmebehandlung

Entwicklungstrend der Formentechnik

1. Mold CAD/CAE/CAM entwickelt sich in Richtung Integration, Dreidimensionalisierung, Intelligenz und Vernetzung

（1）Integration von Formensoftwarefunktionen

Um Funktionen der Formensoftware zu integrieren, muss die Software über vollständige Funktionsmodule verfügen. Jedes Modul sollte dasselbe Datenmodell verwenden, um eine umfassende Verwaltung und Informationsfreigabe zu ermöglichen. Dies unterstützt alle Phasen des Formendesigns, der Herstellung, Montage, Inspektion, Prüfung und Produktionsverwaltung und trägt dazu bei, optimale Vorteile zu erzielen.

Die Seriensoftware von Delcam umfasst beispielsweise die Modellierung von Oberflächengeometrien, technische Zeichnungen komplexer Formen, erweitertes Rendering für Industriedesign, ein Expertensystem für Kunststoffformendesign, CAM für komplexe Formen, ein automatisches Programmiersystem für künstlerisches Modellieren und Schnitzen, Reverse Engineering und ein Online-Messsystem für komplexe Formen. Weitere hochintegrierte Software umfasst Pro/E, UG und CATIA.

（2）Dreidimensionaler Formenentwurf, Analyse und Herstellung

Der traditionelle 2D-Formenbau kann den modernen Produktions- und Technikanforderungen kaum gerecht werden. Dreidimensionaler, papierloser Formenbau erfordert neue Software, die intuitives Design und Analyse ermöglicht. Diese digitalen 3D-Modelle ermöglichen CAE-Analysen, die Bewertung der Herstellbarkeit von Formen, CNC-Bearbeitung, Formsimulationen und einen effizienten Informationsaustausch. Software wie Pro/E, UG und CATIA unterstützt Parametrisierung, merkmalsbasiertes Design und vollständige Korrelation und ermöglicht so parallele Formenkonstruktion.

Moldexpert von Cimatron, Ps-mold von Delcam und Space-E/mold von Hitachi Zosen sind fortschrittliche 3D-Designtools für die Konstruktion von Formhohlräumen, Kernen, Rahmen und Strukturen. Moldflow Advisers, ein 3D-Flusssimulationstool, wird hochgelobt und häufig verwendet. Die wissensbasierte Intelligenz der Formsoftware ist ein Schlüsselmaß für ihre Wirksamkeit.

Die Software von Cimatron beispielsweise generiert automatisch Trennlinien, Trennflächen, Kerne und Hohlräume. Sie gewährleistet eine vollständige Korrelation der Formteile, generiert NC-Bearbeitungslisten und ermöglicht intelligente Bearbeitungseinstellungen und -überprüfungen.

（3）Netzwerktrend bei der Anwendung von Schimmelpilzsoftware

Mit der Globalisierung und Internationalisierung von Formen im Unternehmenswettbewerb, der Zusammenarbeit, der Produktion und dem Management sowie der rasanten Entwicklung der Computersoftware- und -hardwaretechnologie: Der Entwicklungstrend vernetzter Formensoftwareanwendungen besteht darin, CAD / CAE / zu fördern.

（4）Netzwerktrend bei der Anwendung von Schimmelpilzsoftware

Da Formen globalisiert werden und Branchen mit mehr Wettbewerb, Zusammenarbeit und Managementherausforderungen konfrontiert sind, treibt das schnelle Wachstum von Computersoftware und -hardware den Wandel voran. Die vernetzte Entwicklung von Formensoftware zielt darauf ab, CAD/CAE/CAM-Technologie über Regionen, Unternehmen und Forschungsinstitute hinweg zu integrieren.

Diese Reintegration technischer Ressourcen ermöglicht virtuelles Design und flexible Fertigung. Die USA prognostizierten in ihrer „21st Century Manufacturing Enterprise Strategy“, dass die Automobilindustrie bis 2006 flexible Produktion und virtuelles Engineering erreichen und damit den Fahrzeugentwicklungszyklus von 40 auf nur 4 Monate verkürzen würde.

2. Die Ausrüstung zur Formeninspektion und -verarbeitung entwickelt sich in Richtung Präzision, Effizienz und Multifunktionalität

（1）Schimmelpilze entwickeln sich

Formen entwickeln sich immer präziser, komplexer und größer, und die Anforderungen an die Prüfausrüstung steigen immer höher. Derzeit verwenden inländische Hersteller mehr hochpräzise Drei-Koordinaten-Messgeräte aus Italien, den USA, Japan und anderen Ländern, die über digitale Scanfunktionen verfügen. Der gesamte Prozess vom Messen des physischen Objekts → Erstellen des mathematischen Modells → Ausgeben der technischen Zeichnung → Formenbau wurde realisiert, und die Entwicklung und Anwendung der Reverse-Engineering-Technologie wurde erfolgreich umgesetzt.

（2）CNC-EDM-Werkzeugmaschinen

Sodick aus Japan verwendet Linearmotor-Servoantriebe AO325L und AO550LLS-WEDM, die die Vorteile einer schnellen Antriebsreaktion, hoher Übertragungs- und Positionierungsgenauigkeit und geringer thermischer Verformung bieten. NCEDM von Charmilles aus der Schweiz verfügt über eine adaptive P-E3-Steuerung, eine PCE-Energiesteuerung und ein automatisches Programmierexpertensystem. Darüber hinaus verwenden einige EDMs auch Mischpulververarbeitungstechnologie, Mikropräzisionsverarbeitung, Fuzzy-Steuerung (FC) der Impulsstromversorgung und andere Technologien.

（3）Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschinen (HSM)

Fräsen ist ein wichtiges Mittel zur Bearbeitung von Hohlformen. Hochgeschwindigkeitsfräsen bietet viele Vorteile, wie z. B. einen geringen Temperaturanstieg des Werkstücks, geringe Schnittkraft, stabile Bearbeitung, gute Bearbeitungsqualität, hohe Bearbeitungseffizienz (5- bis 10-mal so hoch wie beim normalen Fräsen) und die Fähigkeit, harte Materialien (<60 HRC) zu bearbeiten. Daher wird es bei der Formenbearbeitung zunehmend geschätzt. HSM wird hauptsächlich für die Bearbeitung großer und mittelgroßer Formen verwendet, wie z. B. Autoabdeckungsformen, Druckgussformen, große Kunststoffformen und andere Bearbeitungen gekrümmter Oberflächen.

（4）Forschung und Entwicklung eines automatischen Formverarbeitungssystems

Mit der rasanten Entwicklung verschiedener neuer Technologien sind im Ausland automatische Formenbearbeitungssysteme aufgetaucht, was auch das langfristige Entwicklungsziel meines Landes ist. Das automatische Formenbearbeitungssystem sollte die folgenden Merkmale aufweisen: eine sinnvolle Kombination mehrerer Werkzeugmaschinen; ausgestattet mit zugehörigen Positionierungsvorrichtungen oder Positionierungsplatten; eine vollständige CNC-Bibliothek mit Maschinen und Werkzeugen; ein vollständiges flexibles CNC-Synchronisierungssystem; und ein Qualitätsüberwachungs- und -kontrollsystem.

3. Breite Anwendung der schnellen und wirtschaftlichen Formtechnologie

4. Forschung zu Formmaterialien und Oberflächenbehandlungstechnologie

Unsachgemäße Materialauswahl und -verwendung führen zu vorzeitigem Versagen von Formen, was über 45 % der Formfehler ausmacht. Materialien machen nur 20–30 % der Gesamtkosten der Formen aus, aber die Auswahl von hochwertigem Stahl und die Anwendung von Oberflächenbehandlungstechnologie sind entscheidend für die Verlängerung der Lebensdauer der Formen. Formenstahl sollte einer Elektroschlacke-Umschmelzung unterzogen werden, um Reinheit, Isotropie, Dichte und Gleichmäßigkeit zu verbessern. Die Entwicklung leistungsstärkerer Stähle, wie pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl, kann die Lebensdauer der Formen ebenfalls verlängern.

Pulverförmiger Schnellarbeitsstahl löst das Problem grober und abgesonderter Primärkarbide in herkömmlichem Stahl. Seine feinen, gleichmäßigen Karbide eliminieren die Richtungsabhängigkeit des Materials und bieten hohe Zähigkeit, ausgezeichnete Schleifbarkeit, überlegene Verschleißfestigkeit und langfristige Dimensionsstabilität. Dies macht ihn besonders vorteilhaft für komplexe Stanzteile und Hochgeschwindigkeits-Stanzformen. Mit der Diversifizierung der Formenstahlsorten werden Produktverfeinerung und kürzere Lieferzeiten zu wichtigen Trends.

Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung sind entscheidend, um die Leistung von Formstahl zu maximieren. Trends in der Wärmebehandlung von Formen verschieben sich von der Infiltration einzelner Elemente zur Co-Infiltration mehrerer Elemente, wie beispielsweise der TD-Methode. Die Beschichtungsoptionen wurden um TiC, TiN, TiCN, TAIN, CrN, Cr7C3 und W2C erweitert. Die Wärmebehandlungsmethoden verschieben sich von atmosphärischen zu Vakuumbehandlungen, und neue Techniken wie Laserhärtung, Glühionennitrierung und Galvanisierung gewinnen für Korrosionsschutz und Härtung an Bedeutung.

5. Das Schleifen und Polieren von Formen wird sich in Richtung Automatisierung und Intelligenz entwickeln

Die Oberflächenbearbeitung von Formen bleibt eine der größten Herausforderungen bei der Formenherstellung. Die Qualität der Formenoberfläche hat erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer und das Erscheinungsbild des Produkts. In China wird der Prozess hauptsächlich von Hand geschliffen und poliert. Diese Methode ist ineffizient und macht etwa ein Drittel des gesamten Formenherstellungszyklus aus. Sie erfordert außerdem einen hohen Arbeitsaufwand und führt zu inkonsistenter Qualität. Diese Probleme behindern die Weiterentwicklung der Formenherstellung in China.

Um dieses Problem zu lösen, ist die Forschung an automatisierten und intelligenten Poliermethoden für die zukünftige Entwicklung von entscheidender Bedeutung.

Japan hat CNC-Schleifmaschinen entwickelt, die das Schleifen und Polieren dreidimensionaler gekrümmter Oberflächen automatisieren. Die komplexe Form der Formhohlräume schränkt jedoch herkömmliche Methoden ein. Um die Oberflächenqualität zu verbessern, müssen neue Techniken wie Extrusionsschleifen, elektrochemisches Polieren, Ultraschallpolieren und Verbundpolieren erforscht und entwickelt werden.

6. Die Anwendung von Formnormteilen wird immer umfangreicher

Formnormalien verkürzen den Herstellungszyklus, verbessern die Qualität und senken die Kosten. Infolgedessen wird ihre Verwendung zunehmen.

Erstens: Schaffen Sie einen einheitlichen nationalen Standard und setzen Sie strenge Produktionsstandards durch.

Zweitens: Bauen Sie eine Großserienproduktion auf, um die Qualität zu verbessern und die Kosten zu senken.

Drittens: Erhöhen Sie die Spezifikationen und Variantenvielfalt und verbessern Sie das gemeinsame Vertriebsnetz für eine schnellere Belieferung.

7. Der Anteil an Druckgussformen, Extrusionsformen und Pulverschmiedeformen wird zunehmen

Mit der Entwicklung von Leichtbauprodukten wie Autos, Fahrzeugen und Motoren wird der Anteil von Druckgussformen weiter zunehmen und die Anforderungen an Lebensdauer und Komplexität der Druckgussformen werden immer höher. Gleichzeitig wird auch der Anteil von Extrusions- und Pulverschmiedeformen in unterschiedlichem Maße zunehmen und auch die Präzisionsanforderungen werden immer höher.

8. Neue Technologien, neue Konzepte und neue Modelle in der Formenindustrie

Hier ist eine umgeschriebene Version mit Aktivform, Segmentierung und kürzeren Phrasen unter Beibehaltung der ursprünglichen Bedeutung:

Der Formungsprozess umfasst mehrere Technologien. Dazu gehören multifunktionale Verbundstanzwerkzeuge, superplastische Formgebung und plastische Präzisionsformung. Er umfasst auch gasunterstützte Spritzguss- und Heißkanaltechnologien für Kunststoffformen. Auch die Hochdruck-Spritzgusstechnologie ist Teil dieses Prozesses.

Mittlerweile haben fortschrittliche Fertigungstechnologien und Verbesserungen in der Formenindustrie neue Konzepte hervorgebracht. Dazu gehört die flexible Fertigung, die sich für die Herstellung von Einzelformteilen eignet. Lean Production und Teamgeist steigern Management und Effizienz.

Neue Produktionsphilosophien wie Parallel Engineering und virtuelle Fertigung verbessern die Reaktionsschnelligkeit. Globale agile Fertigung und vernetzte Fertigung verbessern die Flexibilität. Die Industrie setzt bei Standard- und allgemeinen Teilen weitgehend auf Arbeitsteilung und kooperative Produktion. Schließlich erfüllen umweltfreundliches Design und nachhaltige Fertigung Umwelt- und Entwicklungsziele.

Fazit

Hier ist eine umgeschriebene Version Ihres Abschnitts im Aktiv, mit kürzeren Sätzen, richtiger Segmentierung und unter Beibehaltung der ursprünglichen Bedeutung:

Chinas Formenbauindustrie entwickelt sich rasant. Allerdings hinkt China in puncto Formenbau, -herstellung und -standardisierung noch immer den Industrieländern wie Deutschland, den USA und Japan hinterher. Mit der wirtschaftlichen Globalisierung und der Wiedereingliederung der Kapital-, Technologie- und Arbeitsmärkte dürfte Chinas Gerätebauindustrie nach dem Beitritt zur WTO zum globalen Zentrum werden.

In der modernen Fertigung verlassen sich Industrien zunehmend auf Produkte aus der Formenindustrie. Um die steigende Nachfrage nach hoher Präzision, kurzen Lieferzeiten und niedrigen Kosten zu erfüllen, muss die Formenindustrie fortschrittliche Fertigungstechnologien einsetzen. Dies wird den technologischen Fortschritt beschleunigen und der Formenindustrie helfen, die dringenden Bedürfnisse verschiedener Sektoren zu erfüllen und die sprunghafte Entwicklung der chinesischen Formenindustrie voranzutreiben.