冲压模具文献综述20164.pdf

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1、 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

2、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

3、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

4、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

5、-2m，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 Ra1.5m 的精冲模，大尺寸（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

6、 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

7、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 Parametric Technology 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-

8、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

9、、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

10、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

11、，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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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 CNC engraving and milling machine，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

18、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 HSC MACHINE。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较小铣削量，或软金属的加工设备；高速切削机床用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广 CAD/CAE/CAM 技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具 CAD、CAE 技术应向宣人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具 CAD、CAM 系统专用化程度。为了提高 CA

19、D、CAE、CAM 技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性 十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高度加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电 加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度 1m 以下和表面粗糙度 Pa0.1m 的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表 面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平

20、和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。3 总结 目前我国模具工业的发展步伐日益加快，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本的发达国家相比还存在相当大的差距。存在的问题和差距主要表现在下列 5 个方面：（1）总量供不应求。（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不合理。（3）模具产品水平低很多，生产周期长。（4）开发能力较差，经济效益较差。（5）与国际水平相比，模具企业的管理落后。根据国际生产技术学会提供的资料显示，机械零件粗加工的 75 和精加工的 50 都将由模具成形来完成。因此模具被誉为“金属加工中的帝王”，是“进入富裕社会的原动力”、“模具就是黄金”。

21、在信息化带动工业化发展的今天，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，我国冲压模具必须尽快提高水平。通过改革与发展，采取各种有效措施，在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下，我国冲压模具也一定会不断提高水平，逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间，在科学发展观指导下，不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。本次参与的垫圈冲压模具设计包含了产品的工艺分析、模具的结构设计、零部件尺寸的计算以及大量 CAD 制图任务等，可以让人更深入的了解整个设计过程。虽然不会给模具业带来什么

22、影响，但对于本人来说是一次不错的体验，希望能有更深的认识和发现。参考文献 1 成虹冲压工艺与模具设计（第 2 版），2006.72 徐政坤冲压模具设计与制造北京：化学工业出版社，2005.7 3 余银柱 冲压工艺与模具设计 北京：北京大学出版社，2005.114 Koric Seid.Journal of Materials Processing Technology.Feb2008 Vol.5 张六玲国内外模具工业的基本现状与市场预测 J 模具制造，2002，01 6 徐政坤 冲压模具与设备 北 京：机械工业出版社，2004.17 Jae Yeo Lee and Kwangsoo Kim.A

23、 feature-based approach to extracting machining featuresJ.Computer-Aided Computer-Aided Design Vol.30No.13 pp.101959-1035 19988 周永泰模具设计和加工技术的发展方向 J制造技术与机床，2003，059 高佩福实用模具制造技术中国轻工业出版社，200010 陈剑鹤，吴云飞模具设计基础北京：机械工业出版社，2009.311 程培源模具寿命与材料北京：机械工业出版社，1999.512 杨棹，陈国香机械制造与模具制造工艺学北京：清华大学出板社，2006.513 吕慧英机械设计基础交通大学出版社，200014 王谟金机械制图北京：机械工业出版社，200515 张春水国内外冷冲模技术现状及发展趋势模具工业出版社，2001