沖壓模的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、沖壓模的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向1 沖壓模的研究現(xiàn)狀模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。 計(jì)算機(jī)技術(shù)、 信息技術(shù)、自動(dòng) 化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、 交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制 造技術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋 光技術(shù)、數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平 1。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為） , 加工精度一般 可達(dá)10微米，最好的表面粗糙度RaK 1微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫 升低（工件只升高 3攝氏度）、切削力小， 因而可加工熱敏材料和剛性差的零件， 合理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬

2、材料（60HRC加工；電火花銑削加工（又 稱電火花創(chuàng)成加工） 是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工 （像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極 2，如日本三菱公司生產(chǎn)的EDSCAN電火花銑削加工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CA集成系 統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)， 體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平； 慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展水平已相當(dāng)高， 功能也相當(dāng)完善， 自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú) 人看管運(yùn)行的程度，目前切割速度已達(dá)到 300mm /min,加工精度可達(dá) 1.5微米,表面粗糙度達(dá)Ra=010.2微米；精度磨削及拋光已開(kāi)始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控 光學(xué)曲線磨床、 數(shù)控

3、連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)； 模具加工 過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā)展 ,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量 復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外 ,其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能 3。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM與樹(shù)脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中得到了成功的應(yīng)用。利用RPM 技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快 速制造各種成形模。如清華大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的“ M-R PMSH型多功能快速原型制造 系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種快速成形工藝 （分層實(shí)體制造 SSM 和熔融擠壓成形7ME

4、M的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造， 具有較好的價(jià)格性能比4。一汽模具制造公司在以CAD/CA加工的主模型為基礎(chǔ),采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹(shù)脂澆注成形的樹(shù)脂沖模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小 批量生產(chǎn)開(kāi)辟了新的途徑 5。2 發(fā)展方向在沖模的設(shè)計(jì)制造上 ,目前正朝著以下兩方面發(fā)展 : 一方面,為了適應(yīng)高速、 自動(dòng)、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命 及多工位、 多功能方向發(fā)展， 與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)， 各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具CAD/CA技術(shù)也 在迅速發(fā)展； 另一方面， 為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批

5、量生產(chǎn)的需要， 鋅 基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模 及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。2.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論 的研究非常重視， 在材料沖壓性能研究、 沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、 板料變形 規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。 特別是 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善， 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始應(yīng)用塑性成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM等有值分析方法模6。擬金屬的塑性成形過(guò)程， 根據(jù)分析結(jié)果， 設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可

6、行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題， 并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)， 可實(shí)現(xiàn)工藝 及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、 降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各 種壓新工藝， 也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。 目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓 工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng) 濟(jì)的沖壓新工藝。 其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法， 它擴(kuò)大了沖壓 加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá) 25mm精度可達(dá)IT1617級(jí); 用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?， 能加工出用普通加 工方法難以加工的

7、材料和復(fù)雜形狀的零件， 在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效 果；采用爆炸等高能效成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實(shí)用意義 8;利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形， 可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序， 這對(duì)于加工形 狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性； 無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸 模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成形的一種先進(jìn)技術(shù)， 我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了 具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備， 解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法， 從而可隨意改 變變形路徑與受力狀態(tài)， 提高了材料的成形極限， 同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除 材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回

8、彈成形9。無(wú)模多點(diǎn)成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CA技術(shù)為 主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng)化成形。2.2 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件， 高效率的沖模需要高精度、 高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。 為了滿足大批量高速生 產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、 單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、 多功能、 高速和數(shù)控方向發(fā)展， 加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用， 使沖壓生產(chǎn)效率得到大 幅度提高， 各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用 10。如在數(shù)控四邊折彎?rùn)C(jī)中送入板料毛坯后， 在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲， 從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率;

9、 在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)， 一分 鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍， 材料利用率高達(dá) 97%;公稱壓力為 250KN 的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá) 2000次/min以上11。在多功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的 2000KN “沖壓中心” 采用CNC控制，只需5min時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作;美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的CNC金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的 數(shù)量為普通壓力機(jī)的410倍，并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作 業(yè)12。近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)， 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高， 且其更新

10、換代的周期大為縮短。 沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求， 開(kāi)發(fā)了多種適合不同批量 生產(chǎn)的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工 位壓力機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)亦開(kāi)始使用的沖壓柔性制造單元（FMC和沖壓柔性制造系統(tǒng)（FMS代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè) 備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn) 過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控制，車間實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用 要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速， 沖壓件精度也高

11、13 。2.3 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)， 已得到模具行業(yè)和廣泛重視。 因?yàn)闆_模屬單件 小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性， 又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化， 才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、 商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期 14 。目前，國(guó)外先14進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá)70%- 80%模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買， 使生產(chǎn)率大幅度提高。 模具制造廠專業(yè)化程 度越不定期越高，分工越來(lái)越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至 某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產(chǎn)品的沖

12、裁?；驈澢＃?這樣更有利于制造水平的 提高和制造周期的縮短 15 。我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展， 除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外， 標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展， 精度亦有 提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求， 主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不 高（一般在 40%以下），標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn)題 16 。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、 服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。3 總結(jié)目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快， 但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn) 化程度上，與德國(guó)、美國(guó)、日本的發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。存在的問(wèn) 題

13、和差距主要表現(xiàn)在下列 5個(gè)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(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不合理。（ 3）模具產(chǎn)品水平低很多，生產(chǎn) 周期長(zhǎng)。（ 4）開(kāi)發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益較差。（ 5）與國(guó)際水平相比，模具企業(yè) 的管理落后。根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)學(xué)會(huì)提供的資料顯示， 機(jī)械零件粗加工的 75%和精加工的 50%都將由模具成形來(lái)完成。因此模具被譽(yù)為“金屬加工中的帝王”，是“進(jìn)入 富裕社會(huì)的原動(dòng)力”、“模具就是黃金”。在信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的今天， 在經(jīng)濟(jì)全球化趨向日漸加速的情況下， 我 國(guó)沖壓模具必須盡快提高水平。 通過(guò)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

14、力奮斗之下， 我國(guó)沖壓模具也一定會(huì)不斷提高水平， 逐 漸縮小與世界先進(jìn)水平的差距。 “十一五”期間，在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，不斷提高自主開(kāi)發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅(jiān)持改革開(kāi)放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長(zhǎng)模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型軌道上來(lái)，我國(guó)的沖壓模具的水平也必然會(huì)更上一層樓。參考文獻(xiàn)1張毅 . 現(xiàn)代沖壓技術(shù) M. 北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社 , 1994， 21-26.2陳炎嗣 , 郭景儀 . 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù) M. 北京 :北京出版社 , 1991 ， 45-50.3陳孝康 , 陳炎嗣 , 周興隆 . 實(shí)用模具技術(shù)手冊(cè) M. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社 ,2001 ，32-36.4許

15、發(fā)樾 . 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè) M. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2001 ，76-80.5模具實(shí)用技術(shù)叢書” 編委會(huì) . 沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 M. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 ,1999 ，46-48.6周大雋 , 等. 沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要領(lǐng)與范例 M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2006 ， 56-58.7趙昌盛 . 實(shí)用模具材料應(yīng)用手冊(cè) M. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2005 ，47-51.8Zone-Ching Lin , Chun-Yao Hsu . An Investigation of an Expert System for Shearing CutProgressive Die Design . Taiwan: National Taiwan Institute of Technology,1996.11 ， 87-92.9李煥芳 . 冷沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀 J. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè) , 2010, 27(9): 26-30.1011余銀柱 , 趙躍文 . 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) M. 北京 : 北京大學(xué)出版社 , 2005 ， 35-41.1