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1、1.前言1.1冲压模具行业的研究现状改革开放以来，随着国民经济的 高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业 模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集 团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已
2、成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。 近几年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、 Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、 Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展
3、模具技术的 研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和 级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业 拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩 目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低
4、；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许 多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。在国内，模具工业起步较晚。从总体上看，我国与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中额比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率尚待提高，许多先进技术的模具技术应用还不够广泛等。特别是在大型、精密、复杂和长寿命模具上，一方面技术差距明显，另一方面产能也不能满足国内的需要，因而仍需大量从国外进口。主原因是：专业化和标准化程度低。目前专业化程度不到10%，而
5、标准化也只有20%;模具品种少，效率低，经济效益差;制造周期长，模具精度不高，制造技术落后;模具寿命短，新材料使用量不到10%；力量分散，管理落后等。近10年来，中国模具工业的一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前，中国约有模具生产厂点2万 余家，从业人员有50多万人，全年模具产值达534亿元人民币。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件 发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业 的发展很快。 中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东
6、南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。中国模具制造市场大多被外资企业占据。：。目前大部分模具厂均由外国购买高中档设备，而低档设备则购自台湾，国内机床厂所占的份额很少。国内机床厂亦显示出对模具行业的冷淡，以2006年第十一届中国国际模具技术和设备展览会为例，境外主要机床厂均积极报名参加，相反，国内许多模具设备企业没有参加，即使有，展位面积却很小。近年来，我国模具技术的进步主要表现在：1)研究开发了十几种模具新钢种和硬质合金材料等新材料，并采用了一些热处理新工艺，使模具寿命得到延长。2）发展了一些多工位
7、级进模和硬质合金模等新产品，并根据国内生产需要研制了一批精密模。3）研究开发了一些新技术和新工艺，如模具表面抛光、模具钢的超塑性成形技术和各种快速成模技术等。4）模具设备已得到了叫较大的发展，国内已能批量生产精密坐标磨床、计算机控制仿行铣床、CNC火花切割机以及精度的电火花成形机床等。5）模具计算机辅助设计和制造（模具CAD/CAM）已在国内数十个单位得到开发应用。早在20世纪50年代，美、日等工业发达国家就集中了部分优势人才和资金，结合市场需要，将模具作为一个统一的产业来发展，因而取得了明显的效果。经过多年的开发，不仅在模具精度、模具优化和可靠性设计等方面形成了新的理论和方法，为适应市场环境
8、，进一步实现快速制模，开辟新的效益空间打下了基础。 美国是世界上的超级大国，也是世界模具工业的领先国家。据1989年统计，美国模具行业有12554个企业，从业人员17.28万人，模具总产值达64.47亿美元。日本模具工业是从1957年卡斯发展起来的，当年模具总产值仅有106亿日元，到1991年总产值已超过17900亿日元，在34年间增长了169倍。欧、美、日等发达国家广泛地使用先进的计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机三维造型、计算机辅助系统的数据信息交换及智能化技术和优化技术。一些高集成化、高智能化、高网络化、绿色化的先进技术的飞速发展，给模具工业带了巨大的效益和深刻的变化。随着模具技术的
9、进步，国外模具CAD/CAM领域的新技术主要有以下几个方面：高速加工技术 、逆向工程技术、快速成形技术和虚拟制造技术等等。1.2.冲压模具行业的发展趋势未来冲压模具制造技术发展趋势 ，模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术 是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务 的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/C
10、AM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技 术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加 工技术的发展，对汽车、家电行业中大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、集成化方向发展。(3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已 有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据
11、采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统 已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数 控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到 发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖
12、率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 此外，根据我国模具技术的发展现状和存在的问题，今后应朝以下几个方面发展：1）开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具，以满足国内市场的需求。2）加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。3）大力开发和推广应用模具CAD/CAM/CAE技术，提高模具制
13、造过程的自动化程度。4）积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。5）发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需求。2. 零件的成形工艺性分析2.1. 零件图 零件简图：如图（2.1-1）所示 零件名称：卡箍生产批量：大批量材料：Q235 板厚：2.2mm 图（2.1-1） 零件图2.2. 零件的工艺分析根据零件的结构形状和批量要求，可采用落料冲孔、弯曲两道工序冲压成形。2.2.1冲裁件工艺分析 冲裁件如图（2.2-1） 图（2.1-1）冲裁件图1）. 材料：钢板Q235，具有良好的冲压性能。2）. 结构形状：该零件比较简单，冲裁件外形要尽量避免尖锐清角。3）. 尺寸精度：该零件的尺寸
14、无其他特殊要求，利用普通冲裁方式可以达到零件图样的要求。尺寸精度按IT14级，查标准公差表。尺寸均适宜于冲裁加工根据以上分析，该零件的工艺性能较好，可以用冲裁加工。2.2.2弯曲件工艺分析弯曲件如图（2.2-1）（1）. 结构与尺寸：工件的尺寸精度要求不高，材料强度一般。该零件结构简单，尺寸较小。孔边距离2t。均适宜于弯曲加工。（2）精度:零件尺寸无特殊公差要求，表面粗糙度要求不高，属一般弯曲精度，利用普通弯曲方式可以达到零件图样要求，尺寸公差可选用IT1314级。（3）材料：工件的材料Q235，屈服强度375460Mpa，厚度t2.2mm。2.3.工艺方案的确定2.3.1.工艺方案方案一：采
15、用级进模进行冲孔、落料和弯曲；方案二：先采用落料冲孔复合模、再进行弯曲；方案三：先落料、再弯曲和冲孔。2.3.2.工艺方案的分析及确定现分析比较各个方案的优缺点：第一方案的特点是采用一副模具，各个工步依次进行加工，可以实现自动化与无人化操作，具有很高的生产效率。这个方案的缺点是需要采用自动送料装置，而且模具设备费用高，所需的压力机也较大。第二方案的特点是分化了工序，采用两副模具可以简化模具结构，降低成本，并且可以保证零件精度要求。这个方案的缺点是自动化效率低、劳动强度高。第三方案的特点是落料模结构简单，弯曲冲孔复合模的弯曲角可以得到保证。这个方案的缺点是弯曲冲孔模结构复杂，制造困难。经分析、比
16、较最后确定方案二比较合理。对于弯曲回弹，可以用减少间隙的方法来避免或减少回弹。该冲压件的形状较为简单且对称，弯曲部分有R2 mm的圆角过渡。尺寸精度要求不高。材料为Q235钢，其冲压性能好，孔与外缘的壁厚较大，而复合模中的凸凹模壁厚部分具有足够的强度。因此该冲压件可选用落料、冲孔及弯曲的复合模。3. 冲压模具的设计 3.1.排样冲压件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样的经济性、合理性
