【正文】 元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。 沖壓工藝介紹沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。10 / 45沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強的特點。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。 沖壓工藝的種類沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。 沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強比低；加工硬化性低。 在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機成形外，一般都采用機械壓力機。以現(xiàn)代高速多工位機械壓力機為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。11 / 45在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破 阻力一：機械化、自動化程度低美國 680 條沖壓線中有 70%為多工位壓力機，日本國內(nèi) 250 條生產(chǎn)線有 32%為多工位壓力機，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的 5~10 倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。突破點：加速技術(shù)改造要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝，提高機械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機連線自動化、機器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時改造國內(nèi)舊設(shè)備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。阻力二：生產(chǎn)集中度低許多汽車集團大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅 %。突破點：走專業(yè)化道路迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團中把沖壓零部件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強，成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應(yīng)商。阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套12 / 45目前，我國汽車薄板只能滿足 60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm 以上)等都依賴進口。突破點：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理，朝著高強、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴大應(yīng)用已勢在必行。阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進工藝推廣慢在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。突破點：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。阻力五：大、精模具依賴進口當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準化程度尚低，大約為 40%~45%，而國際上一般在 70%左右。突破點：提升信息化、標(biāo)準化水平必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點在于大力推廣 CAD/CAM/CAE 一體化技術(shù)，特別是成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準化進程，提高精度和互換率。力爭 2022 年模具標(biāo)準件使用覆蓋率達到 60%，2022 年達到 70%以上基本滿足市場需求。 阻力六：專業(yè)人才缺乏業(yè)內(nèi)掌握先進設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設(shè)計，掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。13 / 45突破點：提高行業(yè)人員素質(zhì)這是一項迫在眉睫的任務(wù)，又是一項長期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家，大批掌握先進技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次地培養(yǎng)。 模具設(shè)計過程與要點 本課題的主要目的是通過對打印機中刮板的設(shè)計和制造過程的分析，完成該零件的沖壓模具設(shè)計。 沖壓模具的功能 沖模的功能是具有制造出一定數(shù)量的沖壓產(chǎn)品的能力，且加工還有高效率、高精度、互換性好及節(jié)約原材料等功效。在此，可以把制造出所需的沖壓產(chǎn)品視之為對沖模的一級功能要求。如圖 所示，被加工材料送至固定在沖壓設(shè)備上的沖模里，經(jīng)過沖壓加工，獲得所需形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品。在實現(xiàn)沖模的一級功能要求中，即在沖模使材料變成產(chǎn)品的加工過程中，由于除了要保證使材料經(jīng)受既定的沖壓加工(塑性成形)以外，前后還必須有正確的導(dǎo)向、定位以及方便的卸料與出件等動作所以，沖模實際上是由具有不同功能的零部件組成的一種裝置。圖 11 沖模的一級功能要求14 / 45由于沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)方式不是單件生產(chǎn)、而是批量生產(chǎn)，因此，為達到所需沖壓產(chǎn)品的數(shù)量，還需具有某些二級功能要求。沖模的二級功能要求是對其一級功能要求的完善、強化或補充。從沖模的使用角度出發(fā)，其二級功能要求主要應(yīng)包括如圖 12 所示的各項內(nèi)容。顯然，沖模的二級功能要求愈完善，則沖模的結(jié)構(gòu)可能會愈復(fù)雜。應(yīng)當(dāng)指出，沖模功能的各項內(nèi)容正是沖模設(shè)計的依據(jù)和條件。 圖 12 沖模的二級功能要求 沖壓模具的一般設(shè)計程序依據(jù)沖壓件的產(chǎn)品圖樣進行沖壓工藝過程設(shè)計并確定工藝方案后，可進行沖模的設(shè)計。在模具設(shè)計時，要收集、準備有關(guān)的設(shè)計參考資料。經(jīng)過充分理解、研究和確定內(nèi)容之后，便可著手繪制模具的草圖；在繪制草圖階段，進行討論，以防發(fā)生設(shè)計上的重大錯誤；然后，再繪正式圖。一般模具設(shè)計圖可按圖 13 之方框圖的步驟完成。由此方框圖可知：在沖模設(shè)計過程中，必定有沖壓工藝方案的分析、確定及工藝計算，從工藝方案分析開始到正式繪制模具圖，中間各種步驟還應(yīng)有反復(fù)分析與交叉進行的過程。15 / 45可加工性分析工藝方案確定工藝計算編寫模具設(shè)計說明書產(chǎn)品圖、實物資料構(gòu)思圖討論模具構(gòu)思圖繪制正式圖完成模具圖研究校對樣品、參考資料圖 13 模具設(shè)計程序 沖壓模具設(shè)計要點模具總體結(jié)構(gòu)形式的確定是設(shè)計時必須首先解決的問題，也是沖模設(shè)計的關(guān)鍵，它直接影響沖壓件的質(zhì)量、成本和沖壓生產(chǎn)的水平。模具類型的選定，應(yīng)以合理的沖壓工藝過程為基礎(chǔ)，根據(jù)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能、生產(chǎn)批量、沖壓設(shè)備、模具加工條件等多方面的因素，做綜合的分析研究并考慮綜合經(jīng)濟效果，在滿足沖壓件質(zhì)量要求的前提下，達到最大限度地降低沖壓件的成本。確定模具結(jié)構(gòu)形式時，必須解決以下幾方面的問題：(1)模具類型：單工序模，級進模，復(fù)合模等；(2)操作方式：手工操作，自動化操作，半自動化操作；(3)進出料方式：根據(jù)原材料的型式確定進料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法； (4)壓料與卸料方式：壓料或不壓料，彈性或剛性卸料等；16 / 45(5)模具精度：根據(jù)沖壓件的特點確定合理的模具加工精度，選取合理的導(dǎo)向方式及模具固定方法等。同時，在制造模具時，除生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、沖壓件的質(zhì)量要求外，在設(shè)計沖模時還必須對其維修性能、操作方便、安全性特別是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。 設(shè)備類型的選擇設(shè)備類型的選擇要依據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量、工藝方法與性質(zhì)及沖壓件的尺寸、形狀與精度要求來進行。壓力機原理圖如圖 14 所示。17 / 45圖 14 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)(1) 根據(jù)沖壓件的大小進行選擇，參照表 。表 按沖壓件大小選擇設(shè)備零件大小 選用類型 特點 適用工序小型或中小型 開式機械壓力機有一定的精度和剛度，操作方便分離及成形（深度淺的成形件）大中型 閉式機械壓力機精度與剛度更高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平分離、成形（深度大的成形件）18 / 45穩(wěn)(2)考慮精度與剛度：在選用設(shè)備類型時，還應(yīng)充分注意到設(shè)備的精度與剛度。壓力機的剛度是由床身剛度、傳動剛度和導(dǎo)向剛度三部分組成，如果剛度較差，負載終了和卸載時模具間隙會發(fā)生很大的變化，影響沖壓件的精度和模具壽命。設(shè)備的精度也有類似的問題。尤其是在進行校正彎曲、校形及整修這類工藝時更應(yīng)選擇剛度與精度較高的壓力機。在這種情況下，板料的規(guī)格應(yīng)該控制更嚴，否則，因設(shè)備過大的剛度和過高的精度反而容易造成模具或設(shè)備的超負載損壞。