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1、1 1 绪论绪论1.11.1 冲压模具市场情况冲压模具市场情况 我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。1.21.2 冲压模具水平状况冲压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到 12m，寿命2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到
2、 Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。1.2.11.2.1 模具模具 CAD/CAMCAD/CAM 技术状况技术状况我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 20 多年历史。由原华中工学院和武汉 733 厂于1984 年共同完成的精冲模 CAD/CAM 系统是我国第一个自行开发的模具 CAD/CAM 系统。由华中工学院和北京模具厂等于 1986 年共同完成的冷冲模 CAD/CAM 系统是我国自行开发的第一个冲裁模 CAD/CAM 系统。上海交通大学开发的冷冲模 CAD/CAM 系统也于同年完成。20 世纪 90 年代以来，国内汽车行业的模具设
3、计制造中开始采用 CAD/CAM 技术。国家科委 863 计划将东风汽车公司作为 CIMS 应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具 CAD/CAPP/CAM 集成系统于 1996 年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和 CAD/CAM 软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997 年一汽引进了板料成型过程计算机模拟 CAE 软件并开始用于生产。 21 世纪开始 CAD/CAM 技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了 CAD/CAM 技术。其中部分骨干重点企业还具备各 CAE 能力。 模具 CAD/CA
4、M 技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五” 、 “九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的 CAD/CAM系统。如美国 EDS 的 UG，美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer，美国 CV公司的 CADS5，英国 DELCAM 公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 space-E，以色列公司的 Cimatron，还引进了 AutoCAD、CATIA 等软件及法国 Marta-Daravision 公司用于汽车及覆盖
5、件模具的 Euclid-IS 等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术。DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。1.2.21.2.2 模具设计与制造能力状况模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型
6、汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。模具制造技术
7、正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC 技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。1.2.31.2.3 专业化程度及分布状况专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为 30%，我国冲压模具自产自配比例为 60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例
8、高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。1.31.3 冲压模具的发展重点与展望冲压模具的发展重点与展望 发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。1.3.11.3.1 冲压模具产品发展重点冲压模具产品发展重点冲压模具共有 7 小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是
9、汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。1.3.21.3.2 冲压模具技术发展重点冲压模具技术发展重点模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广 CAD/CAE/CAM 技术的应用，并持续提高效率，特别是板材
10、成型过程的计算机模拟分析技术。模具 CAD、CAM 技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具 CAD、CAM 系统专用化程度。 为了提高 CAD、CAE、CAM 技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度 1m 以下和表面粗糙度 Ra0.1m 的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。 为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也
11、是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。1.3.31.3.3 其他发展重点及展望其他发展重点及展望其他发展重点及展望的内涵十分丰富，这里只就管理、专业化与标准化及行业调整三个方面作一些分析。企业管理是一个系统工程，是一门学问，是科学技术。与工业发达国家模具企业相比，在某种意义上说，我们的管理落后更甚于技术落后。因此改进管理十分重要，且任务繁重，目前模具企业的管理有许多形式，各有其适应对象，但搞好信息化建设，逐步实现信息化管理已成为发展方向
12、，行业也对此有共识。由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模具的专业化比塑料模和压铸模更低。这在一定程度上妨碍了冲压模具的发展，根据国内外模具专业化情况来看，专业化可以有多层意思：1）模具生产独立于其他产品生产，专业生产模具外供；2）按模具种类划分，专门从事某一类模具（如冲压模具）生产；3）在某一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具等等）进行专业化生产；4）专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模具生产企业；5）按工序开展专业化协作。例如目前社会上专门从事模具设计的公
13、司、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。因此，这也是发展重点。在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。 “十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型
14、轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。2 2 成形制品的工艺性分析成形制品的工艺性分析成型制品：成型制品：2.1 冲裁件的结构工艺性冲裁件的结构工艺性此制品的材料为铝 L3。纯铝具有许多优良的物理性能，其中它的密度很小接近2700kg/m3。易加工，铝的塑性好，可轧成薄板和箔，挤压成各种民用的型材，耐腐蚀，铝有良好的耐大气腐蚀和水腐蚀的能力。能抵抗多数酸和有机物的腐蚀，而且它的导电导热性能好，发散性强，有吸音性。此零件的冲裁工艺主要有落料和冲孔两步，由表 18.2-5(1)可知自由凸模冲孔的最小尺寸铝为 d0.8t。此零件 h=20mm,d=50mm，则满足条件，可以一次拉成。此零
15、件成行过程共分为四步，即落料、拉深、冲孔、切边，四个工序需要依次进行，可采用的方案可设计成连续模、单工序模、和复合模。2.22.2 模具结构选择模具结构选择方案对比1.单工序模：单工序模冲裁模是指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。这种模具的制造成本较低，但是制品的误差较大生产效率较低。若采用此种模具则至少需要 3 套模具，分别为落料模，拉深模。和冲孔模。2.复合模：复合模是一种多工序的冲模，是在压力机的一次工作行程中在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。复合模的设计难点是如何在同一工作位置上合理布置几队凸凹模，在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。它的制造
16、成本较高。但是制品的误差较小，生产效率较高能在一套模具上同时进行多道工序，如此零件采用复合模则可大大缩短制件的成形周期，而且制品的质量可以保证。3.连续模：连续模是一种工位多，效率高的冲模，整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的，连续成形是工序集中的工艺方法，可使切边，切口，切槽，冲孔，落料等多种工序在一副模具上完成，它不但可以完成冲裁工序还可以完成成形工序。甚至装配工序。许多需要多工序冲压的复杂冲压件可以在一副模具上完成成形。为高速自动冲压提供了有利条件。就此零件来看需设计成多工位级进模才能完成拉深成形工艺，但是这种模具设计难度较大需要很好的定位 和导向装置，就目前水平来看很难实现，而且制品精度也难以保证。综上所述，对于此零件用复合模来制造比较好。2.32.3 确定工艺方案确定工艺方案此零件毛坯为平板类毛坯，应此就工艺上来说需完成三道工序即落料、拉深和冲孔。工艺方案一先用压力机落料-冲孔-拉深此方法在拉深过程中容易产生起皱和拉裂等问题，因为第二步的冲孔工序将陪料的中间去掉，则在拉深过程中材料的抵抗失稳的能力就大大降低了。工艺
