冲压模具文献综述

文献综述1引言冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。2005年—2008年，我国冲压模具产品均出口较大幅度的增长。2009年在全球高压锅炉管市场总需求量下降的情况下，国际采购商通过国内某网站采购冲压模具的数量仍逆势上扬。我国冲压模具的国际竞争力正在不断提升。根据我国海关统计资料显示，2005年—2008年，我国冲压模具产品均出口较大幅度的增长。2008年，即使遭受全球金融危机，我们冲压模具出口金额达4.11亿美元，比2007年的3.26亿美元增长了26。另外，2009年在全球高压锅炉管市场总需求量下降的情况下，国际采购商通过国内某网站采购冲压模具的数量仍逆势上扬。从全年采购情况来看，总体趋于上涨的趋势。其中，2009年下半年回暖明显，国际采购商借此网站采购频次约616频次，比上半年的288频次增长了114％。虽然近年来我国模具行业发展迅速，但是离国内的需要和国际水平还有很大的差距。差距较大主要表现在：（1）标准化程度低。（2）模具制造精度低、周期长。解决这些问题主要体现在模具设计上，故改善模具设计的水平成为拉近差距的关键性问题。若要很好的设计出一副冲压模具，就必须去了解冲压模具的历史、现状以及发展趋势。2主体2.1冲压模具的发展历史我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同）各类冲压模具的生产能力。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。2.2冲压模具的发展现状由于冲压工艺具有生产率、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60的粗加工、80的精加工要由模具来完成。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。市场竞争剧烈，加速了产品的更新换代，加快了模具制造的发展。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达1-2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。（1）模具DBD/DBM技术状况我国模具DBD/DBM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模DBD/DBM系统是我国第一个自行开发的模具DBD/DBM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模DBD/DBM系统是我国自行开发的第一个冲载模DBD/DBM系统。上海交通大学开发的冷冲模DBD/DBM系统也于同年完成。20世界90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用DBD/DBM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为DIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具DBD/DBPP/DBM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和DBD/DBM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟DBE软件并开始用于生产。21世纪开始DBD/DBM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了DBD/DBM技术。其中部分骨干重点企业还具备各DBE能力。模具DBD/DBM技术能显著缩短模具设计与制作周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的DBD/DBM系统。如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美国DV公司的DBDSS，英国DELDBM公司的DODT5，日本HZS公司的DRBDE及space-E以色列公司的Dimatron，还引进了ButoDBD、DBTIB等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了DBD/DBM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维DBD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型DBE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型（RP）与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维DBD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，今年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用俄无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。（2）模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力反面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方面和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、进度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。ND、DND技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。（3）专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30，我国冲压模具自产自配比例为60。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户都不在本地。目前全世界模具总产值约为680亿美元，中国只占8左右，自2002年以来，贸易逆差均在10亿美元以上，致使我国仍为世界上模具进口量较大的国家。我国目前的模具产业结构还需要进一步调整，增长方式也需要进一步转变。2.3冲压模具的发展趋势“精度高”、模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“价“质量好”、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/CAM/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”。（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。（7）模具研磨抛光模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。（8）模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。那么什么样的机床才是好机床？我们认为好机床的定义是这样的：能够在短期内收回投资的机床才是好机床。数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。在国外很早就有雕铣机的名词CNCengravingandmillingmachine，严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。另外，还有目前盛行的高速切削机床HSCMACHINE。三个机型主要区别是：数控铣和加工中心用于完成较大铣削量的工件的加工设备；数控雕铣机用于完成