【文章內容簡介】 成本低廉，沖裁件精度差，需用模具、壓力機和操作人員較多，勞動量較大。連續(xù)模一臺沖床可完成從板料到成品的各種沖壓過程，設有許多工位，模具尺寸比較大，應有足夠的剛性及與模具相適應的精度，從而免去了周轉和每次沖壓的定位過程，提高了勞動生產率和設備利用率。采用復合模，沖壓工件尺寸精度較高，工件平整，同軸度、對稱度及位置度誤差小，在一次行程內可完成兩個以上工序，大大提高了生產率，但對模具制造精度要求 較高，由于復合模要在一副模具中完成幾道沖壓工序，結構一般要比單工序模復雜，同時模具的強度、剛度、可靠性也將隨之下降。而且各零部件在動作時要求相互不干涉，準確可靠。因此模具的制造成本也就提高了，制造周期相對延長，維修也不如單工序模簡便。從總體來看，由于大批量生產，零件的要求比較高，選擇復合模會比較好 。 目前，國內模具工業(yè)發(fā)展很快，其產值已超過機床工業(yè)的產值。我國模具工業(yè)作為一個獨立的新型的工業(yè)，正處于飛速發(fā)展階段，已成為國民經濟的基礎工業(yè)之一，其發(fā)展前景十分廣闊。據預測，未來我國將成為世界的制造中心，這更加 給模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇和空間。但由于我國模具工業(yè)起步較晚，底子薄 “九五 ”期間雖有較快發(fā)展，但與發(fā)達國家相比，差距還相當大。許多模具還需要進口，模具制造高級 人才也供不應求。為進一步加快我國模具工業(yè)的發(fā)展，基本任務之一就是加快人才的培養(yǎng)，普及先進的模具設計與制造技術，培養(yǎng)模具專業(yè)的高級人才。 為滿足模具制造業(yè)對技術工人的需求，很多職業(yè)技能培訓學校都開設了模具制造相關專業(yè)，而目前我國模具制造工還沒有成為獨立的專業(yè)工種，還沒有統(tǒng)一的模具制造專業(yè)教學大綱和教材，也沒有統(tǒng)一的技能鑒定標準，各學校和企業(yè)都只能 在摸索中自行組織安排，這種狀況顯然不利于該專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的規(guī)范性。 我國模具技術的發(fā)展趨勢 當前，我國工業(yè)生產的特點是產品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下， 用戶對模具制造的要求是交貨期短、精度高、質理好、價格低。因此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢是非常明顯的。 3 模具產品將日趨高精度化、大型化、復雜化 模具產品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產要求的一模多腔 (塑封模已達到一模幾百腔 )使模具日趨大型化。 隨著零件微型化，以及模具結構發(fā)展的要求 (如多工位復合模工位數的增加，其步距精度的 提高 )精密模具精度已由原來的 5μm提高到 2～ 3μm，今后有些模具加工精度公差要求在 1μm以下，這就要求發(fā)展超精加工。 多功能復合模具將進一步發(fā)展 新型多功能復合具是在多工位復合?；A上開發(fā)出來的。一套多功能模具除了沖壓成形零件外，還可擔負轉位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務。通過這種多勸能模具生產出來的不再是單個零件，而是成批的組件。如觸頭與支座的組件，各種小型電機、電器及儀表的鐵芯組件等。 熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高 由于采用熱流道技術的模具可提高制作的生產率和質量，并能大幅度 節(jié)省制作的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。國外熱流道模具已有一半用上了熱流道技術，有的廠甚至已達 80%以上，效果十分明顯。國內近幾年已開始推廣應用，但總體 還達不到 10%，個別企業(yè)已達到 20%30%。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高 質量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。 模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質量和降低模具制造成本。 因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產 ；其次要逐步形成規(guī)模生產，提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網，保證供貨迅速。 模具使用優(yōu)質材料及應用先進的表面處理技術將進一步受重視 在整個模具價格構成中，材料所占比重不大，一般在 20%～ 30%之間，因此選用優(yōu)質鋼材和應用的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產 生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質的問題。其碳化物微細，組織均勻，沒有材料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長年使用尺寸穩(wěn)定等特點，是一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對形狀復雜的沖件及高速 4 沖壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強塑料的模具，如型腔、形芯、澆口等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產品精料化、制品化，盡量縮短供貨時間亦是重要方向。 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具 表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴滲如：滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應發(fā)展設備昴貴、工藝先進的氣相沉積 (TiN、 TiC等 )、等離子噴涂等技術。 在模具設計制造中將全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術 模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向?，F在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技術已基本成熟。由于模具 CAD/CAM 技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具 CAD/CAM 技術的硬件與軟件 價格已降低到中 小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機的普及應用，更為廣大模具企業(yè)普 及模具 CAD/CAM 技術創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，技術培訓工作也日趨 簡化。在普及推廣模具 CAD/CAM技術的過程中，應抓住機遇，重點扶持國產模具軟件的開發(fā)和應用。 加大技術培訓和技術服務的力度。應時一步擴大 CAE 技術的應用范圍。對于已普及了模具 CAD/CAM 技術的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應積極做好模具CAD/CAM 技術的深化 應用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從 CAPP,PDM、 CIMS,VR，逐步深化和提高。 快速原型制造 (RPM)技術得到更好的發(fā)展 快速原型制造 (RPM)技術是美國首先推出的。它是伴隨著計算機技術、激光成形技術和 新材料技術的發(fā)展而產生的，是一種全新的制造技術，是基于新穎的離散 /堆積 (即材料累加 )成形思想，根據零件 CAD 模型、快速自動完成復雜的三維實體 (原型 )制造。RPM 技術是集精密機械制造、計算機、 NC 技術、激光成形技術和材料科學最新發(fā)展的高科技技術，被公認為是繼 NC 技術之后的一次技術革命。 RPM 技術可直接或間接用于模具制造。首先是通過立體光固化 (SLA)疊層實體制造(LOM) 激光選 區(qū)燒結 (SLS)、三維打印 (3DP)熔融沉積成形 (FDM)等不同方法得到制件原型。然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄造、粉末冶金、電鑄和熔射 (熱噴涂 )等方法。這種方法制模，具有技術先進、成本較低、設計制造周期短、精度適中等特點。從模具的概念設計到制造完成 5 僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的 1/3 和成本的 1/4 左右。因此，快速制模技術與快速原型制造技術的結合，將是傳統(tǒng)快速制模技術，進一步深入發(fā)展的方向。 RPM 技術還可以解決石墨電極壓力振動 (研磨 )成形法中母模 (電極 研具 )制造困難問題，使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構建了基于 RE(逆向工程技術 )/RPM 的模具并行開發(fā)系統(tǒng)，具有開發(fā)質量高、開發(fā)成本低及開發(fā)周期短等優(yōu)點。 研究設計的目的和任務 1．本論文是以沖壓工藝學基本理論為依據，通過對各種沖壓工藝基本運動的分析，提出了對沖壓模具設計的要求。首先闡述沖壓過程中，機械運動的基本概念，然后逐項分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運動機理，指出模具設計中應著重控制到的內容，并介紹了在模具設計中對機械運動靈活運用的方法和一些實例。最后總結了根據具體情況進行產品工藝 運動分析的方法，并強調在模具設計中，對機械運動的控制和靈活運用對提高設計水平和保證沖壓件品質的重要意義。 彎曲工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動，導致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運動。卸料板及頂桿的運動是非常關鍵的，為了保證彎曲的質量或生產效率，必須首先控制卸料板的運動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應確保頂桿力足夠，以使它順 利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應特別注意一點，最好在彎曲運動中，要有一個運動死點，即所有相關結構件能夠碰死。 2．沖壓過程中機械運動的概述 冷沖壓就是將各種不同規(guī)格的板料或坯料，利用模具和沖壓設備（壓力機，又名沖床）對其施加壓力，使之產生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產都是采用立式沖床，因而決定了沖壓過程的主運動是上下運動，另外，還有模具與板料和模具中各結構件之間的各種相互運動。 機械運動可分為滑動、轉動和滾動等三種基本運動形式，在沖壓過程中都存 在，但是各種運動形式的特點不同，對沖壓的影響也各不相同。 既然沖壓過程存在如此多樣的運動，在沖壓模具設計中就應該對各種運動進行嚴格控 6 制，以達到模具設計的要求；同時，在設計中還應當根據具體情況，靈活運用各種機械運動，以達到產品的要求。 沖壓過程的主運動是上下運動，但是在模具中設計斜楔結構、轉銷結構、滾軸結構和旋切結構等，可以相應把主運動轉化為水平運動、模具中的轉動和模具中的滾動。在模具設計中這些特殊結構是比較復雜和困難，成本也較高，但是為了達到產品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。 3．沖裁模具 中機械運動的控制和運用 沖裁工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續(xù)下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動導致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運動。卸料板的運動是非常關鍵的，為了保證沖裁的質量，必須控制卸料板的運動，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。 按通常的方法設計落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增 加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運動完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。 對于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時先使材料變形達到壓型目的，再繼續(xù)落料沖孔運動，往往可以減少一個工步的模具，降低成本。 有些沖孔模具的沖孔數量很多，需要很大沖壓力，對沖壓生產不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個簡單的方法，是采用不同長度的 2～ 4 批沖頭，在沖壓 時讓沖孔運動分時進行，可以有效地減小沖裁力。 對那些在彎曲面上有位置精度要求高的孔（例如對側彎曲上兩孔的同心度等）的沖壓件，如果先沖孔再彎曲是很難達到孔位要求的，必須設計斜楔結構，在彎曲后再沖孔，利用水平方向的沖孔運動可以達到目的。對那些翻邊、拉深高度要求較嚴需要做修邊工序的，也可以采用類似的結構設計。 4．彎曲模具中機械運動的控制和運用 彎曲工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動，導致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（ 或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運動。卸料板及頂桿的運動 7 是非常關鍵的，為了保證彎曲的質量或生產效率，必須首先控制卸料板的運動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應特別注意一點，最好在彎曲運動中，要有一個運動死點，即所有相關結構件能夠碰死。 有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時，往往需要用到斜楔結構或轉銷結構，例如，采用斜楔結構，可以完 成小于 90 度或回鉤式彎曲，采用轉銷結構可以實現圓筒件一次成型。 值得一提的是，對于有些外殼件，如電腦軟驅外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間的滑動，在彎曲時，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭 R 角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動轉化為滾動，由于滾動比滑動的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。 充分研究設計任務書，了解產品用途，并進行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級分析對于一些沖壓件結構不合理或工藝性不好的，必須征詢指導教師 的意見后進行改進。在初明確設計要求的基礎上，可按以下步驟進行沖壓總體方案的論證。 第一步，醞釀沖壓工序安排的初步方案，并畫出各步的沖壓工序草圖； 第二步，通過工序安排計算及《冷沖壓模具結構圖冊》等技術資料，驗證各步的沖壓成型方案是否可行，構畫該道工序的模具結構草圖。 第三步，構畫其它模具的結構草圖，進一步推敲上述沖壓