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1、1 1 前言1.1 模具发展现状及前景1、国内方面：一、我国模具工业的研究现状80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%，1999 年我国模具工业产值为 245 亿，至 2002 年我国模具总产值约为 360 亿元，其中塑料模约 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模
2、具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星.K 模具有限公司制造多腔 VCD 和 DVD 齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为 0.08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达 0.02mm0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 1030 万次，淬火钢模达 501000 万次，交货期较以前缩短
3、，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 2934 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到 10%，与国外的 50%80%相比
4、，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，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/Emgineer、美国 CV 公司的 CADS5、英国Deltacam 公司的 DOCT5、日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、美国AC-Tech 公司的 C-Mold 及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集
5、成，并能支持 CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAM 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/CAM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中理工大学开发的注塑模 HSC5.0 系统及 CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑
6、料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。二我国模具工业的发展趋势目前，国内市场对中高档模具的需求量很大，但要求国产模具必须在质量、交货期等方面满足用户的需求。另外，随着近年来工业发达国家的人工费用增加，其模具生产正向发展中国家特别是东南亚国家转移。因此，只要国产模具的质量能够有提高，交货期能够保证，模具出口的前景是十分乐观的。 有专家认为，伴随着世界经济的一体化浪潮，全球制造业加速向中国大陆地区转移已是大势所趋，中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地。广东珠江三角地区将在十年之内发展成为世界模具生产中心。上海市模具工业协会秘书长刘德普认为
7、，未来我国的模具将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔“所造成的。二是模具的精度越来越高。10 年前，精密模具的精度一般为 5 微米，现在已达到 23 微米，不久 1 微米精度的模具将上市。这要求超精加工。三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半
8、以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到 80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到 20%30%。五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。六是标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在“十五“期间必将得到较大的发展。七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21 世纪，这种生产方式占工业
9、生产的比例将达到 75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。十是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。. 2、国外方面：我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂） ，自产自配比例高达6
10、0%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全” 、 “小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专” 、 “小而精” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。2004 年，模具进出口之比为3.7：1，进出口相抵后的净进口额达 13.2 亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。1.2 复合模具的特点复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔及拉深等数道工序。在完成这些工序的过程中，冲件材料无需进给移动。复合模具有以下主要特点：1. 冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置各件一致。2. 冲件表面较为平整。3. 适宜冲薄料，也适宜冲
11、脆性或软质材料。4. 可充分利用短料和边角余料。5. 冲模面积较小。复合模也存在一定的问题。凸凹模内、外形间的壁厚，或内形与外形间的厚都不能过薄，以免影响强度。另外冲件不能漏下，需要解决出件问题。冲孔落料复合模，拉深冲孔复合模等的凸凹模，其韧口平面与冲件尺寸相同，这就产生了复合模的“最小壁厚”问题。冲孔落料等的复合模许用的最小壁厚可按下表选取，表值为经验数据。表 11 复合模的最小壁厚材料厚度 t冲件材料不大于 0.50.608不小于 1铝、紫铜0.60.80.81.0（1.01.2）t黄铜、低碳钢0.81.01.01.2（1.21.5）t硅钢、磷铜、中碳钢1.21.51.52.0（2.02.
12、5）t注：表中小的数值用于凸圆弧与凸圆弧之间或凸圆弧与直线之间的最小距离，大的数值用于凸圆弧与凹圆弧之间或平行线之间的最小距离。a ）有效刃口以下增加壁厚 b）废料反向顶出 图 11 增加凸凹模强度的方法 为了增加凸凹模的强度和孔内废了的涨力，可采用对凸凹模有效刃口以下增壁厚和将废料反向顶出的办法。如上图所示。2 零件的工艺分析及方案选择工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质，保量地稳定生产，在经济上是否有效益。因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。良好的工艺性体现在材料消耗少，
13、工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。 2.1 冲裁的结构工艺性（1）冲裁件的外形或内孔应避免尖锐的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无废料冲裁或采用镶拼模结构外，宜有适当的圆角，其半径的最小值如表 1 所示：表 2-1 冲裁件圆角半径的最小值1（2）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其许可值见图 2。 （3）用普通冲裁模冲制的零件，其断面与零件表面并不垂直，并有明显区域性特征。采用合理使用间隙冲裁模冲制的零件，光亮区域约占断面厚度的 30%；凹模侧有明显的塌角，凸模侧有高度不小于 0.05mm 的毛刺；外形有一定程度的拱曲。冲裁件的这些特征是普通冲裁加
14、工条件决定的。选用冲裁工艺时，必须考虑零件的这些特征。（4）凡产品图纸上未注公差的尺寸均属于未注公差尺寸。在计算凸模和凹模时，冲压件未注公差尺寸的极限偏差数值通常按 GB1800-79IT14 级。2.2 拉深的结构工艺性（1）拉深件的形状应尽量简单、对称。轴对称旋转体拉深件，尤其是直径不变的旋转体拉深件，在圆周方向上的变形是均匀的，其工艺性最好，模具加工也方便。所以除非在结构上有特殊要求，一般应尽量避免异常复杂及非对称形状的拉深件设计。此外应尽量避免急剧的轮廓变化。（2）拉深件各部分尺寸比例要合适。尽量避免设计宽凸缘(d凸3d)和深度大(h2d)的拉深件，因为这类工件需要较多工序才能完成。如
15、果空腔不深，但凸缘半径很大，制造也很复杂，且容易出现废品，应尽量避免。工件凸缘的外部轮廓最好与拉深部分的轮廓形状一致或相似；如果凸缘的宽度不一致，不仅增加了拉深难度，还要增加额外工序，放宽切边余量，增加金属消耗。如图所示的零件上下部分的尺寸相差太大，给拉深带来了困难，这是可将上下两部分分别成形，然后连接起来，见下图： 图 2-1 拉深件的形状（3）要充分考虑拉深件厚度的不均匀现象的出现由于拉深过程中拉伸件各处变形不均匀，上下壁厚变化可达 1.2t至 0.75 t（见图 2-2） 。需要经过多次拉深成形的工件的内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面，允许出现拉深过程中所产生的印痕。当工件有其它特殊要求
16、时需采用整形或赶形的方法来消除这些印痕。产品图上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。图 2-2 拉深件壁厚变化情况 （4）拉深件的圆角半径要适当。拉深件的圆角半径，应尽量取大些，以便于拉深成形和减少拉深次数。拉深件底与壁、凸缘与壁、矩形件的四壁间圆角半径如图（2-3）应满足下列关系：R1t，R22t，R33t，否则，应增加整形工序。如增加一次整形工序，其圆角半径可取 R1（0.10.3）t，R2（0.10.3）t。图 2-3 拉深件的圆角半径 （5）拉深件的尺寸精度不宜要求过高拉深件的公差主要包括直径方向的尺寸精度和高度方向的尺寸精度。拉深件的公差与毛坯厚度，拉深模的结构和拉深的方法等有着密切的关系，拉深件直径直径方向的公差等级一般在 T11 级以下。在一般情况下，拉深件的精度不应超过表（2-4）中所列数值。拉深件的尺寸精度一般不高于 IT13 级，如果要求尺寸精度高于IT13 级，则需要
