【文章內容簡介】 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視，發(fā)達國家有“模具工業(yè)是進入富裕社會的源動力”之說，可見其重視的程度。當今，“模具就是經濟效益”的觀念，已被越來越多的人所接受。模具技術水平在很大程度上決定于人才的整體水平，而模具技術水平的高低 ，又決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力，因此模具技術已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。 武漢生物工程學院本科論文（設計） 3 我國模具技術的現狀與發(fā)展近年來，我國的模具工業(yè)也有較大發(fā)展，全國已有模具生產廠數千個，擁有職工數十萬人，每年能生產上百萬套模具。多工位級進模具和長壽命硬質合金模具的生產及應用有了進一步擴大。為滿足新產品試制和小批量生產的需要，我國模具行業(yè)制造了多種簡單、生產周期短、成本低的簡易沖模，如鋼皮沖沖模、聚氨脂橡膠模、低熔點合金模具、鋅合金模具、組合沖模、通用可調沖孔模等。數控銑床、數控電火花加工機床、 加工中心等加工設備已在模具生產中采用。電火花和線切割加工已成為冷沖模制造的主要手段。為了對硬質合金模具進行精密成型磨削，研制成功了單層電鍍金剛石成形磨輪和電火花成形磨削專用機床，使用效果良好，對型腔的加工正在根據模具的不同類型采用電火花加工、電解加工、電鑄加工、陶瓷型精密鑄造、冷入擠壓。超塑成形以及利用照相腐蝕技術加工型腔皮革紋表面等多種工藝。模具的計算機輔助設計和制造也已進行開發(fā)和應用。 盡管我國的模具工業(yè)這些年來發(fā)展較快，模具制造水平也在逐步提高，但和工業(yè)發(fā)達國家相比，仍存在較大差距，主要表現在模具品種 少、精度差、壽命短、生產周期長等方面。 . 沖壓技術的發(fā)展趨勢 目前，國內五金沖壓模具行業(yè)發(fā)展特征明顯，大型、精密、復雜產品成為行業(yè)主流，技術含量將不斷提高，制造周期不時縮短，沖壓件加工模具生產將繼續(xù)朝著信息化、數字化、精細化、高速化和自動化方向發(fā)展，行業(yè)綜合實力和核心競爭力顯著提升。 據悉，五金國內沖壓模具行業(yè)正在不時追趕世界先進水平，不時縮小與發(fā)達國家的技術差異，不少國產精密沖壓模具在主要性能上已經能夠和進口產品媲美，行業(yè)總體水平顯著提高，不只實現進口替代，還有相當一局部產出口到美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)。 中 國精密沖壓模具正在積極走向國際舞臺，參與國際競爭。雖然和發(fā)達國家還存在一定的差異，但是依照目前國內行業(yè)的發(fā)展提示，今后幾年，國內沖壓模具行業(yè)必將實現趕超，成為推動國內模具行業(yè)發(fā)展的中堅力量，提升行業(yè)整體的技術水平，推動國內模具行業(yè)向著高端化、精密化、大型化、復雜化發(fā)展。 中國憑借豐富且廉價的人力資源、龐大的市場及其它許多有利條件，已成為承接工業(yè)發(fā)達國家模具業(yè)轉移的良好目的地。隨著國際交往的日益增多和外資在中國模具行業(yè)的投入日漸增加，中國模具已經與世界模具密不可分，中國模具在世界模具中的地位和影響越業(yè)越重要。據相關專業(yè)人士分析，未來十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向將主要集中在以下幾個方面： （ 1） 模具結構日趨大型、精密、復雜及壽命日益提高。由于成型零件日趨大型及高效率生產所要求的一模多腔，使模具日趨大型化；隨著零件微型化和模具結構發(fā)展的要求，今后模具加工的精度將更 小，這必將促進超精密加工的發(fā)展。 (2)CAD/CAE/CAM 技術在模具設計制造中的廣泛應用。在模具設計與制造中，開發(fā)并應用計算機輔助設計的制造系統 (CAD/CAE/CAM)，發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具 (軟模、低熔點合金模具等 )制造技術以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應沖壓產品的更新換代和各種生產批量的要求。模具制造是設計的延續(xù)，推行模具設計與制造一體化可達到優(yōu)化設計的要求。實踐證明，模具 CAD/CAE/CAM 技術是當代最合理的模具生產方式，既可用于建模、為數控加工提供 NC 程序，也可 針對不同的模具類型，以相應的基礎理論，通過數值模擬方法達到預測產品成型過程的目的，改善模具結構。從 CAD/CAE/CAM 一體化的角度分析，其發(fā)展趨勢是集成化、三維化、智能化和網絡化，其中心思想是讓用戶在統一的環(huán)境中實現 CAD/CAE/CAM 協同作業(yè)，以充分發(fā)揮各單元的優(yōu)勢和功效。因此，應大力進行高端輔助設計制造軟件的培訓、推廣和應用。 (3)快速經濟模具技術的推廣應用?？焖倌＞咧圃旒翱焖俪尚图夹g是在近兩來迅速發(fā)展起來的，并正向著高精度、更快捷的方向發(fā)展。與傳統的模具技術相比，該技術具有制模周期短、成本特點，是綜合經濟效益較顯著的模具制造技術。近年來快速模具制造商投入了很大的人力和物力，對各種模具的快速制造工藝進行研發(fā)，對傳統的快速模具制造技術進行改造，嫁接了先進的 RP及 NC技術，有效滿足一些高精度、高壽命模具的生產需求。 武漢生物工程學院本科論文（設計） 4 (4)提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質量和降低模具制造成本。模具標準件應進一步增加規(guī)格、品種、發(fā)展和完善銷售網絡，保證供貨速度，為客戶提供交貨期短、精度高、生產工藝性好、使用壽命長、價格低的優(yōu)質模具標準件。 (5)開發(fā)優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術。模具材料是模具工業(yè)的基礎，制造沖壓件用的傳統金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術。當前，國外模具材料系列日趨完善與細化，國內開發(fā)的高級優(yōu)質模具鋼品種雖然不少，但推廣應用不足，每年所需約 70萬噸模具鋼還要有相當一分進口。 模具表面處理技術對模具的制造精度、模具的強度、模具的壽命、模具的制造成本等有著直接的影響。稀土表面工程技術和納米技術表面工程 技術的出現進一步推動模具制造的表面工程技術的發(fā)展。同時處理技術由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。 (6)沖壓成形技術將更加科學化、數字化，可控化?？茖W化主要體現深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理念、失穩(wěn)理論與變形程度等對成形過程、產品質量、成本、效益的預測和可控程序。數字化主要體現在應用有限元、邊界元等技術，對沖壓過程進行數字模擬分析，以預測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應性及可能出現的質量問題，從而優(yōu)化沖壓方案。 (7)成形過程的數值模擬技術將在實用化方向取得很大的發(fā)展，并與化制造系統很好地集成。 人工智能技術、智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復雜開關零件成形，從而真正進入實用階段。 (8)注重產品制造全過程，最大程度地實現多目標全局優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統的單一成形環(huán)節(jié)向產品制造全過程及全生命期的系統整體發(fā)展。 (9)對產品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便宜從產品初步設計甚至構思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。 (10)沖壓技術將具有更大的靈活性或柔性，以適應未來小指量多品種混流生產模式及市場多樣化、修改化需求的發(fā)展趨勢，加強企業(yè)對市場 變化的快速響應能力。推廣應用數控沖壓設備、沖壓柔性加工系統 (FMS)、多工位高速自動沖壓機以及智能機器人送料取件，進行機械化與自動化的流水線沖壓生產。 武漢生物工程學院本科論文（設計） 5 2. 帶凸緣圓筒形件的拉深 模設計樣例 . 零件工藝性分析 工件為圖 21 所示拉深件，材料 08 鋼，材料厚度 1mm，其工藝性分析內容如下： . 材料分析 08 鋼為優(yōu)質碳素結構鋼，屬于深拉深級別鋼，具有良 好的拉深成形性能 。 牌號： 08 標準： GB/T 6991988 ●特性及適用范圍： 為極軟的碳素鋼，強度、硬度很低，而韌性和塑性極高，具有良好的深沖、拉延、彎曲和鐓粗等冷加工性能、焊接性能。但存在時效敏感性，淬硬性及淬透性極低。大多軋制成高精度的薄板或冷軋鋼帶用以制造易加工成形，強度低的深沖壓或深拉延的覆蓋零件和焊接構件。 ●化學成份： 碳 C ： ～ 硅 Si： ～ 錳 Mn： ～ 硫 S ： ≤ 磷 P ： ≤ 鉻 Cr： ≤ 鎳 Ni： ≤ 銅 Cu： ≤ ●力學性能： 抗拉強度 σb (MPa)： ≥325(33) 屈服強度 σs (MPa)： ≥195(20) 伸長率 δ5 (％ )： ≥33 斷面收縮率 ψ (％ )： ≥60 硬度 ：未熱處理 ,≤131HB 試樣尺寸：試樣尺寸為 25mm ●熱處理規(guī)范及金相組織： 熱處理規(guī)范：正火 930℃ ,45min,空冷。 金相組織：鐵素體 +極少量珠光體。 . 結構分析 零件為一 帶凸緣圓筒形件 ，結構簡單，底部圓角半徑為 r，滿足筒形拉深件底部圓角半徑大于一倍料厚的要求，因此，零件具有良好的結構工藝性。 帶凸緣圓筒形件的拉深看上去很簡單，好象是拉深無凸緣圓筒形件的中間狀態(tài)。但當其各部分尺寸關系不同時，拉深中要解決的問題是不同的，拉深方法也不相同。當拉深件凸緣為非圓形時，圖 21 拉深工件圖 武漢生物工程學院本科論文（設計） 6 在拉深過程中仍需拉出圓形的凸緣，最后再用切邊或其他沖壓加工方法完成工件所需的形狀。 寬凸緣圓筒形件的拉深 ,寬凸緣圓筒形件需多次拉深時 ,拉深的原則是 ：第一次拉深就必須使凸緣尺寸等于拉深件的凸緣尺寸（加切邊余量） ,以后各次拉深時凸緣尺寸保持不變 ,僅僅依靠筒形部分的材料轉移來達到拉深件尺寸。因為在以后的拉深工序中，即使凸緣部分產生很小的變形，也會使 筒壁傳力區(qū)產生很大的拉應力，從而使底部危險斷面拉裂。 生產實際中，寬凸緣圓筒形件需多次拉深時的拉深方法有兩種法： a) 通過多次拉深，逐漸縮小筒形部分直徑和增加其高度。這種拉深方法就是直接采用圓筒形件的多次拉深方法，通過各次拉深逐次縮小直徑，增加高度，各次拉深的凸緣圓角半徑和底部圓角半徑不變或逐次減小。用這種方法拉成的零件表面質量不高，其直壁和凸緣上保留著圓角彎曲和局部變薄的痕跡，需要在最后增加整形工序，適用于材料較薄、高度大于直徑的中小型帶凸緣圓筒形件。 b) 采用高度不變法。即首次拉深盡可能取較大的凸緣 圓角半徑和底部圓角半徑，高度基本拉到零件要求的尺寸，以后各次拉深時僅減小圓角半徑和筒形部分直徑，而高度基本不變。這種方法由于拉深過程中變形區(qū)材料所受到的折彎較輕，所以拉成的零件表面較光滑，沒有折痕。但它只適用于坯料相對厚度較大、采用大圓角過渡不易起皺的情況。 拉深特點 與無凸緣圓筒形件相比，帶凸緣圓筒形件的拉深變形具有如下特點： 帶凸緣圓筒形件不能用拉深系數來反映材料實際的變形程度大小，而必須將拉深高度考慮進去。因為，對于同一坯料直徑 D和筒形部分直徑 d，可有不同凸緣直徑 dt和高度 H對應，盡管拉深系數相同 (m=d/D)，若拉深高度 H 不同，其變形程度也不同。生產實際中，通常用相對拉深高度 H/d 來反映其變形程度。 寬凸緣圓筒形件需多次拉深時，第一次拉深必須將凸緣尺寸拉到位，以