機械模具類文獻綜述

1、文獻綜述1 引言 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生 產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計與制造技術(shù)水平的高 低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì) 量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。2005年 2008年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅度的增長。 2009 年在全球高壓 鍋爐管市場總需求量下降的情況下， 國際采購商通過國內(nèi)某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍 逆勢上揚。我國沖壓模具的國際競爭力正在不斷提升。根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計資料顯示， 2005 年 2008年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅 度的增長。 2008 年

2、，即使遭受全球金融危機，我們沖壓模具出口金額達 4.11 億美元， 比 2007 年的 3.26 億美元增長了 26%。另外，2009 年在全球高壓鍋爐管市場總需求量下降的情況下， 國際采購商通過國內(nèi) 某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢上揚。從全年采購情況來看，總體趨于上漲的趨勢。 其中，2009 年下半年回暖明顯， 國際采購商借此網(wǎng)站采購頻次約 616頻次，比上半年的 288 頻次增長了 114。雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國內(nèi)的需要和國際水平還有很大的差 距。差距較大主要表現(xiàn)在：（1）標準化程度低。（2）模具制造精度低、周期長。 解決這些問題主要體現(xiàn)在模具設(shè)計上， 故改善模具設(shè)計的水

3、平成為拉近差距的關(guān)鍵 性問題。若要很好的設(shè)計出一副沖壓模具，就必須去了解沖壓模具的歷史 、現(xiàn)狀以及發(fā) 展趨勢。2 主體2.1 沖壓模具的發(fā)展歷史我國考古發(fā)現(xiàn)，早在 2000 多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中 國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。 1953 年，長春第一汽車制造廠在 中國首次建立了沖模車間， 該廠于 1958年開始制造汽車覆蓋件模具。 我國于 20 世紀 60 年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300 多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。浙江寧波和黃巖地 區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司

4、和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等 集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。2.2 沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復雜零件、適合大 批量生產(chǎn)等優(yōu)點，在某些領(lǐng)域已取代機械加工，并正逐步擴大其應(yīng)用范圍。據(jù)國際生產(chǎn) 技術(shù)協(xié)會預測，到本世紀中，機械零部件中 60%的粗加工、 80%的精加工要由模具來完 成。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。市場競爭劇烈，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，加快了模具制造的發(fā)展。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達 50 多噸的模具。

5、為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達1-2 pm，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到RaK 1.5卩惱勺精沖模，大尺寸（300m）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。（ 1 ）模具 DBD/DBM 技術(shù)狀況我國模具 DBD/DBM 技術(shù)的發(fā)展已有 20多年歷史。由原華中工學院和武漢 733廠 于 1984 年共同完成的精沖模 DBD/DBM 系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具 DBD/DBM 系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于 1 986年共同完成的冷沖模 DBD/DBM 系統(tǒng)是我 國自行開發(fā)的第一個沖載模 DBD/DBM 系統(tǒng)。上海交通大學

6、開發(fā)的冷沖模 DBD/DBM 系 統(tǒng)也于同年完成。 20 世界 90 年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用 DBD/DBM 技術(shù)。國家科委 863計劃將東風汽車公司作為 DIMS 應(yīng)用示范工廠，由華中 理工大學作為技術(shù)依托單位， 開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具 DBD/DBPP/DBM 集成系統(tǒng) 于 1 996年初通過鑒定。 在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和 DBD/DBM 軟件系統(tǒng)， 并在模具設(shè)計制造中實際應(yīng)用， 取得了顯著效益。 1997年一汽引進了板料成 型過程計算機模擬 DBE 軟件并開始用于生產(chǎn)。 21 世紀開始 DBD/DBM 技術(shù)逐漸普及， 現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能

7、力的沖壓模具企業(yè)基本都有了 DBD/DBM 技術(shù)。其中部分骨干重點 企業(yè)還具備各 DBE 能力 。模具 DBD/DBM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制作周期， 降低生產(chǎn)成本， 提高產(chǎn)品質(zhì) 量，已成為人們的共識。在 “八五”、“九五”期間，已有大批模具企業(yè)推廣普及了計算機 繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的 DBD/DBM 系統(tǒng)。 如美國EDS的UG,美國Parametric Techno logy公司的Pro/E ngi neer,美國DV公司的 DBDSS，英國DELDBM 公司的DODT5，日本HZS公司的DRBDE及space-E以色列 公司的Dimatron，還引

8、進了 ButoDBD、DBTIB等軟件及法國 Marta-Daravision公司用于 汽車及覆蓋件模具的 Euclid-IS 等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了 DBD/DBM技術(shù)。DL圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維 DBD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng) 向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具 廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。在沖壓成型 DBE 軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、 吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實 踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益?？焖僭停≧P）與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結(jié)合， 快速制造大型汽

9、車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度 低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維 DBD 模型作為制模依據(jù)的快速模 具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋 件制作的保證，它標志著 RPM 應(yīng)用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍 繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，今年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方 法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用俄無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們 都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點 。（ 2）模具設(shè)計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與

10、制造 能力已達到較高水平， 包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具 企業(yè)得到應(yīng)用。雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進水平相 比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方 面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力反面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計 和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造 方面和手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模 具國產(chǎn)化進程中前進了一大步，但在制造質(zhì)量、進度、制造周期等方面，與國外相比還 存在一定的差距。標志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進

11、模和多功能模具，是我國重點發(fā) 展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基 本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié) 構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精 度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng) 用已越來越多。 ND、DND 技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這 些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。模具表面 強化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認可， 碳化物被覆處理（

12、TD 處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得 到了應(yīng)用。（3）專業(yè)化程度及分布狀況 我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比 例一般為 30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為 60%。這就對專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響。 現(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進 模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能 力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。 但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和 多工位、多功能精密沖模的

13、專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分 布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川 有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江 蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶都不在本地。目前全世界模具總產(chǎn)值約為 680 億美元，中國只占 8%左右，自 2002年以來，貿(mào)易 逆差均在 10 億美元以上，致使我國仍為世界上模具進口量較大的國家。我國目前的模 具產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還需要進一步調(diào)整，增長方式也需要進一步轉(zhuǎn)變。2.3 沖壓模具的發(fā)展趨勢模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品 “交貨期短” 、“精度高” 、“質(zhì)量好” 、“價 格低”的要求服務(wù)。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：（ 1）全面推廣 CAD/CAM/CA

14、E 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的 發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的條件已基本成熟， 各企業(yè)將加大 CAD/CAM 技術(shù)培訓和技術(shù)服務(wù)的力度；進一步擴大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范 圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使 CAD/CAM/CAE 技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個 行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。（ 2）高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并 可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu) 點。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展， 對汽車、家電行業(yè)中大

15、型型腔模具制造注入了新的活力。 目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。（ 3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙?到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃 描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各 種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程” 。4）電火花銑削加工 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種 替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)， 它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或 二維輪廓加工 （像數(shù)控銑一樣 ），因此不再需要制

16、造復雜的成型電極，這顯然是電火花成 形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機床在模具加工中應(yīng)用。預計這一技 術(shù)將得到發(fā)展。（ 5）提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具 標準件使用覆蓋率已達到 30%左右。國外發(fā)達國家一般為 80%左右。（ 6）優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù) 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提 高模具的壽命就顯得十分必要。（ 7）模具研磨拋光 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較 大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面 質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢。（ 8）模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長

17、遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有 多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整 的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 CNC 雕刻機在國內(nèi)的發(fā)展上從最近的一 兩年才有較大的發(fā)展，相關(guān)加工廠和使用單位時刻以敏銳的眼光盯著廠家的動向，這也 是身為雕銑機主機生產(chǎn)廠一點也不敢松懈的真正原因所在。 作為用戶當然要選合適的設(shè) 備，如果選型不當，不但不能賺錢反而令陷入為機器打工的苦澀局面。那么什么樣的機 床才是好機床？我們認為好機床的定義是這樣的： 能夠在短期內(nèi)收回投資的機床才是好 機床。數(shù)控機床的設(shè)計使用壽命一般為 7 年，主要是數(shù)控方面的使用壽命為準，這樣花 錢和掙

18、錢的比例關(guān)系將直接影響您的生意， 所以仔細分析功能進行選型是有效投資的必 要條件。在國外很早就有雕銑機的名詞 （CNC engraving and milling machine）,嚴格地講 雕是銑的一部分，是購買雕刻機還是購買數(shù)控銑式加工中心是經(jīng)常要問自己的問題。另 外,還有目前盛行的高速切削機床 （HSC MACHINE） 。三個機型主要區(qū)別是：數(shù)控銑和 加工中心用于完成較大銑削量的工件的加工設(shè)備；數(shù)控雕銑機用于完成較小銑削量,或 軟金屬的加工設(shè)備；高速切削機床用于完成中等銑削量,并且把銑削后的打磨量降為最 低的加工設(shè)備。模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從

19、設(shè)計 技術(shù)來說,發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用,并持續(xù)提高效率,特 別是板材成型過程的計算機模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAE 技術(shù)應(yīng)向宣人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,并提高模具 CAD 、CAM 系統(tǒng)專用化程度。為了提高 CAD 、 CAE、CAM 技術(shù)的應(yīng)用水平,建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實 用性 十分重要。從加工技術(shù)來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高度加工目 前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電 加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主 要是發(fā)展模具零件精度1ym以下和表面粗糙度Paw0.1卩的各種精密加工。提高模具標 準化程度，

20、搞好模具標準件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點之一。為了提高沖壓模 具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點。對于模具數(shù)字化制造、 系統(tǒng)集成、 逆向工程、 快速原型 /模具制造及計算機輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決 方案，提供模具開發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù) 發(fā)展的重點。3 總結(jié)目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快， 但在整個模具設(shè)計制造水平和標準化程度 上，與德國、美國、日本的發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。存在的問題和差距主要 表現(xiàn)在下列 5個方面：（ 1）總量供不應(yīng)求。 （ 2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu) 和進出口結(jié)構(gòu)都不合理。 （3

21、）模具產(chǎn)品水平低很多，生產(chǎn)周期長。 （4）開發(fā)能力較差， 經(jīng)濟效益較差。（ 5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)學會提供的資料顯示，機械零件粗加工的75%和精加工的 50%都將由模具成形來完成。因此模具被譽為“金屬加工中的帝王”，是“進入富裕社會的原 動力”、“模具就是黃金”。在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓 模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職 工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水 平的差距。 “十一五 ”期間，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、 堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效 益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會更上一層樓。本次參與的墊圈沖壓模具設(shè)計包含了產(chǎn)品的工藝分析、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零部件尺 寸的計算以及大量 CAD 制圖任