【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具 ,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具 ,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場(chǎng)滿足率低于沖壓模具總 2 體滿足率 ,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn) ,而技術(shù)含量低的中低檔模具市場(chǎng)滿足率要高于沖壓模具市場(chǎng)總體滿足率 。二是由于我國(guó)的模具價(jià)格要比國(guó)際市場(chǎng)低格低許多 ,具有一定的竟?fàn)幜?,因此其在國(guó)際市場(chǎng)前景看好 ,2020 年沖壓模具出口達(dá)到 億美元 ,比 2020 年增長(zhǎng) %就可說(shuō)明這一點(diǎn) 。三是近年來(lái)港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無(wú)確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。 沖壓模具水平狀況 近年來(lái)，我國(guó)沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá) 50 多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到 1~2μm，壽命 2 億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到 Ra≤，大尺寸（ φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的 水平。 模具 CAD/CAM 技術(shù)狀況 我國(guó)模具 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展已有 20 多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢 733 廠于 1984 年共同完成的精神模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國(guó)第一個(gè)自行開發(fā)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于 1986 年共同完成的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國(guó)自行開發(fā)的第一個(gè)沖裁模CAD/CAM 系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)也于同年完成。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用CAD/CAM 技術(shù)。國(guó)家科委 863 計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作 為 CIMS 應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM 集成系統(tǒng)于 1996 年初通過(guò)鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。 1997 年一汽引進(jìn)了板料成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬CAE 軟件并開始用于生產(chǎn)。 3 21 世紀(jì)開始 CAD/CAM 技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了 CAD/CAM 技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各CAE 能力。 模具 CAD/CAM 技術(shù)能顯著 縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。在 “八五 ”、九五 “期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來(lái)越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量 CAD/CAM 系統(tǒng)。如美國(guó) EDS 的 UG，美國(guó) Parametric Technology 公司 Pro/Engineer，美國(guó) CV 公司的 CADSS，英國(guó) DELCAM公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 spaceE, 以色列公司的Cimatron 還引進(jìn)了 AutoCAD CATIA 等軟件及法國(guó) MartaDaravision 公司用于汽車及覆蓋件模具的 EuclidIS 等專用軟件。國(guó)內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了 CAD/CAM 技術(shù) /DL 圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維 CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過(guò)渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 在沖壓成型 CAE 軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型（ RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制 造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來(lái)低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了以三維 CAD 模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標(biāo)志著 RPM 應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來(lái)也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無(wú)模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。 4 模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾十年努力，現(xiàn)在我國(guó) 沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。 雖然如此，我國(guó)的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無(wú)論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方法和手段方面基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的 多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國(guó)際水平。 但總體上和國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來(lái)越多。 NC、 DNC 技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越成熟，可以進(jìn)行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模 具表面強(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無(wú)污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（ TD 處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應(yīng)用。 5 第 2 章 模具設(shè)計(jì)過(guò)程與基本概念 沖壓模具設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)步驟 模具設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是沖件工藝方案的制定和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。一般步驟可歸納為以下幾點(diǎn)： 取得必要的資料 根據(jù)相關(guān)資料分析工件的沖壓工藝性，對(duì)工件進(jìn)行工藝審核及標(biāo)準(zhǔn)化審核。 （ 1） 取得 注明具體技術(shù)要求的產(chǎn)品零件圖樣。了解工件的形狀、尺寸與精度要求。關(guān)鍵孔的尺寸（大小和位置），關(guān)鍵表面，分析并確定工件的基準(zhǔn)面。其實(shí)，沖壓件的各項(xiàng)工藝性要求并不是絕對(duì)的。尤其在當(dāng)前沖壓技術(shù)迅速發(fā)展的情況下，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的需要和可能，綜合應(yīng)用各種沖壓技術(shù)，合理選擇沖壓方法，正確進(jìn)行沖壓工藝的確定和模具結(jié)構(gòu)的選擇使之既滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求，又符合沖壓工藝的條件。 （ 2）收集工件加工的工藝過(guò)程卡片。由此可研究其前后工序的相互關(guān)系和在各工序間必須相互保證的加工工藝要求及裝配關(guān)系等。 （ 3）了解工件的生產(chǎn) 批量。零件的生產(chǎn)對(duì)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用，為此，必須根據(jù)零件的生產(chǎn)批量和零件的質(zhì)量要求，來(lái)決定模具的型式、結(jié)構(gòu)、材料等有關(guān)事項(xiàng)，并由此分析模具加工工藝的經(jīng)濟(jì)性及工件生產(chǎn)的合理性，描繪沖壓工步的輪廓。 （ 4）確認(rèn)工件原材料的規(guī)格及毛胚情況（如板料、條料、卷料、廢料等），了解材料的性質(zhì)和厚度，根據(jù)零件的工藝性確定是否采用無(wú)廢料排樣，并初步確定材料的規(guī)格和精度等級(jí)。在滿足使用性能和沖壓工藝性能要求的前提下，盡量采用低廉的材料。 （ 5）分析設(shè)計(jì)和工藝上對(duì)材料纖維方向的要求、毛刺的方向。 6 （ 6）分析工（模）具車間制造模具的技術(shù)能力和設(shè)備條件以及可以采用的模具標(biāo)準(zhǔn)件的情況。 （ 7）熟悉沖壓車間的設(shè)備資料或情況。 （ 8）研究消化上述資料，初步構(gòu)思模具的結(jié)構(gòu)方案。必要時(shí)可對(duì)既定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝過(guò)程提出修改意見(jiàn)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程和模具設(shè)計(jì)與制造三者之間能更好的結(jié)合，已取得更加完善的效果。 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)型式 工藝方案的確定是沖壓件工藝分析之后應(yīng)進(jìn)行的一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)。它包括： （ 1）根據(jù)工件的形狀特征、尺寸精度及表面的質(zhì)量的要求，進(jìn)行工藝分析，判斷出他 的主要屬性，確定基本工序的性質(zhì)。即落料、沖孔、彎曲、拉深、翻邊和漲形等基本工序。列出沖壓所需的全部單工序，一般情況可從產(chǎn)品圖樣要求直接確定。 （ 2）根據(jù)工藝計(jì)算，確定工序數(shù)目。對(duì)于拉深件，還應(yīng)計(jì)算拉深次數(shù)。而彎曲件、沖裁件等也應(yīng)根據(jù)其形狀、尺寸及精度要求等，確定是一次還是幾次加工。 （ 3）根據(jù)工序的變形特點(diǎn)、尺寸精度要求及操作方便性等要求，確定工序排列的先后順序。如采用先沖孔后彎曲、還是先彎曲后沖孔等。 （ 4）根據(jù)生產(chǎn)批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、設(shè)備能力等多種因素，將已初步依次而排的單工序予以 可能的工序組合。如復(fù)合沖壓工序、連續(xù)沖壓工序等。通常，厚料、低精度、小批量、大尺寸的沖件宜采用單工序生產(chǎn)，選用簡(jiǎn)單模；薄料小尺寸、大批量的沖件宜用級(jí)進(jìn)模連續(xù)生產(chǎn)；而形位精度高的沖件，則宜采用復(fù)合模進(jìn)行沖壓。 在確定工序的性質(zhì)、順序及工序的組合后，即確定了沖壓的工藝方案。也即決定了各工序模具的結(jié)構(gòu)型式。 7 進(jìn)行必要的工藝計(jì)算 （ 1）設(shè)計(jì)材料的排樣和計(jì)算毛胚尺寸。 （ 2）計(jì)算沖壓力（包括沖裁力、彎曲力、拉深力、翻邊力、漲形力、及卸料力、推件力、壓邊力等），必要時(shí)還需計(jì)算沖壓功和功率。 （ 3） 計(jì)算模具的壓力中心。 （ 4）計(jì)算或估算各主要零件的厚度。如凹模、凸模固定板、墊板的厚度以及卸料橡皮或彈簧的自有高度等。 （ 5）決定凸、凹模的間隙，計(jì)算凸、凹模工作部分的的尺寸。 （ 6）對(duì)于拉深工序，需決定拉深的方式（壓邊或不壓邊），計(jì)算拉深次數(shù)及中間工序的半成品的尺寸。 對(duì)于某些工藝，如帶料的料、連續(xù)拉深，則需進(jìn)行專門的工藝計(jì)算。 模具的總體設(shè)計(jì) 在上述分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)并初步計(jì)算出模具的閉合高度，概略地定出模具的外形尺寸。 模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）工 作部分零件。如凸模、凹模、凸凹模等結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)及固定形式的選擇。 （ 2）定位零件。在模具中常用的定位裝置有很多的型式。如可調(diào)定位板、固定擋料銷、活動(dòng)擋料銷及定居側(cè)刀，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行選用及設(shè)計(jì)。 在連續(xù)模中還需要考慮是否采用初始擋料銷。 （ 3）卸料和推件裝置。如選用剛性還是彈性的，彈簧和橡皮的選用和計(jì)算等。 （ 4）導(dǎo)向零件。如選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向還是導(dǎo)板導(dǎo)向，選用中間導(dǎo)柱、后側(cè)導(dǎo)柱還是對(duì)角導(dǎo)柱，是滑動(dòng)導(dǎo)套還是帶鋼球的滾珠導(dǎo)套等。 8 （ 5）支持及夾持零件、緊固零件。如模柄、上下模座的結(jié)構(gòu)形式的選擇等。 選定沖壓設(shè)備 沖壓設(shè)備的選擇是工序設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。合理的選用設(shè)備對(duì)工件質(zhì)量的保證、生產(chǎn)率的提高、操作時(shí)的安全性等都有重要的影響，也為模具的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。沖壓設(shè)備的選擇主要決定 001 其類型和規(guī)格。 沖壓設(shè)備類型的選定，主要取決于工藝要求和生產(chǎn)批量。 沖壓設(shè)備規(guī)格的確定，主要取決于工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)于曲柄壓力機(jī)來(lái)說(shuō)，必須滿足以下要求： （ 1）壓力機(jī)的標(biāo)稱壓力必須大于沖壓的工藝力。即 P 壓 Σ P。 更確切的說(shuō)，應(yīng)該是沖壓過(guò)程的負(fù)荷曲線必須在壓力機(jī)的許用負(fù)荷之下。 對(duì)于拉深件還需計(jì) 算拉深功。 （ 2）壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求。 （ 3）壓力機(jī)的行程要滿足工件成形的要求。如對(duì)拉深工序所用的壓力機(jī)，其行程必須大于該工序中工件高度的 2— 倍，以便放入毛胚和取出工件。 （ 4）壓力機(jī)的臺(tái)面尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并留有固定模具的位置。一般每邊應(yīng)大出 50— 70mm 以上。壓力機(jī)臺(tái)面上的漏料孔尺寸必須大于工件（或廢料）的尺寸。 繪制模具總圖 模 具 總圖 （ 包括 零件 工作 圖 ）的 繪制 應(yīng) 嚴(yán)格 按照 制圖 標(biāo) 準(zhǔn)（ GB/T4457— GB/T4460 和 GB/T131— 1993） 。 同時(shí) 在實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)合模具的工作特點(diǎn)和安裝、調(diào)整的需要，其圖面的布置已形成一定的習(xí)慣。 模具總圖包括： 9 （ 1）主視圖。繪制模具在工作位置的剖面圖。一般情況下，其中一半繪制沖壓開始以前（沖床滑塊在上止點(diǎn)位置時(shí)）毛胚置入的情況；另一半繪制沖壓結(jié)束后、工件已成形（或已分離）、沖床滑塊在下止點(diǎn)位置的狀態(tài)。 （ 2）俯視圖。通常情況下一半繪制下半部分俯視圖，另一半繪制上半部分的俯視圖。 （ 3）列出零件明細(xì)表，注明材質(zhì)及數(shù)量。凡標(biāo)件都要選定規(guī)格。 （ 4）技術(shù)要求及說(shuō)明。技術(shù)要求包括沖壓力、所選用的設(shè)備型號(hào)、模具總體的形位公差 及裝配、安裝、調(diào)試、模具閉合高度、模具間隙以及其他技術(shù)要求。 繪制各非標(biāo)零件的零件圖 零件圖上應(yīng)注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料及熱處理要求，以及其他各項(xiàng)技術(shù)要求。 填寫模具記錄卡和編寫沖壓工藝文件 。 對(duì)于小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)填寫工藝路線明細(xì)表；而在大量生產(chǎn)時(shí)，則需對(duì)每個(gè)零件制定工藝過(guò)程卡和工序卡。 沖壓模具的作用及基本要求 模具的作用一方面是將壓力機(jī)的作用力通過(guò)模具傳遞給金屬板料，在其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，板料毛胚或毛胚的 某個(gè)部分便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的變形，從而獲得滿足一定性能要求及符合所需尺寸及形狀的制品；另一方面，通過(guò)模具