浅谈冲压模具技术的发展

第２８卷第６期　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．６　萍乡高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２０１１年１２月　Ｖｏ１．２０１１　浅谈冲压模具技术的发展　刘　耀，占丽娜，李　立　（萍乡高等专科学校，江西萍乡　３３７０００）　摘要：冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性成形，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工　方法。由于模具加工成型是材料成型的重要方式之一，与其它加工方法相比，不仅材料利用率高、生产效率高、能耗　低，而且制件质量好，这种加工方法已广泛用于各种制造行业。　关键词：冲压模具；工艺；ＣＡＤ／ＣＡＭ　中图分类号：ＴＧ３８５．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９１４９（２０１１）Ｏ６—００１５—０３　冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板　材塑性成形，有时对板料施加剪切力而使板材分离，　从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方　法。冲压加工的原材料一般为板材或带材，故也称板　材冲压。［　１冲压加工的研究内涵　于同年完成。２Ｏ世纪９Ｏ年代以来，国内汽车行业的　模具设计制造中开始采用ＣＡＤ／ＣＡＭ技术。国家科　委８６３计划将东风汽车公司作为ＣＩＭＳ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　车身与覆盖模具ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ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ＣＡＤ／ＣＡＭ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ＣＡＥ软件并开　始用于生产。　３冲压模具的研究现状　冲压加工需研究冲压工艺和模具两个方面的问　题。冲压工艺可以分成分离工序和成形工序两大类。　分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一　定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工　序。成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性　变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。分离工　序包括落料、冲孔、切断、切边和剖切等工序。成形工　序包括弯曲、卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻孔、翻边、　拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压和校形。　２冲压模具技术在我国的应用现状　３．１冲压成形理论及冲压工艺方面　目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，　在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、　板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研　究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技　术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来　国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，　即利用有限元（ＦＥＭ）等数值分析方法模拟金属的塑　性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工　艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过　我国模具ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的发展已有２Ｏ多年　历史。由原华中工学院和武汉７３３厂于１９８４年共同　完成的精神模ＣＡＤ／ＣＡＭ系统是我国第一个自行开　发的模具ＣＡＤ／ＣＡＭ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ＣＡＤ／ＣＡＭ系　统是我国自行开发的第一个冲裁模ＣＡＤ／ＣＡＭ系　统。上海交通大学开发的冷冲模ＣＡＤ／ＣＡＭ系统也　在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的　优化设计。　收稿日期：２０１１一Ｏ９—２９　作者简介：刘耀（１９８５一），男，浙江文成人，硕士，主要从事机械设计及模拟分析方面的研究。　·＿ｌ６·　萍乡高等专科学校学报　２０１１年　研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大　冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的　发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工　艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成　形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密　冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加　工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达２５ｍｍ，　精度可达ＩＴ１６￣１７级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔　性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工　方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产　条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形　方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高　和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意　义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一　次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形　状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点　成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进　行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制　造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了　多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状　态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术　可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点　成形系统以ＣＡＤ／ｃＡＭ／ＣＡＥ技术为主要手段，能快　速经济地实现三维曲面的自动化成形。［４］　３．２冲模是实现冲压生产的基本条件　在冲模的设计制造上，目前正朝着以下两方面发　展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量　现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及　多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具　材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的　模具加工机床和检测设备以及模具ＣＡＤ／ＣＡＭ技术　也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和　试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡　胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲　模及其制造技术也得到了迅速发展。　模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计　算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不　断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具　制造技术　其电高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走　丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表　了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有　加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转　速一一般为１５０００～４００００ｒ／ｒａｉｎ），加工精度一般可达　ｌＯ微米，最好的表面粗糙度Ｒａ≤１微米），而且与传　统切削加工相比具有温升低（工件只升高３摄氏度）、　切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合　理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（６０ＨＲＣ）￣Ｄ　工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速　旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控　铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本　三菱公司生产的ＥＤＳＣＡＮ８Ｅ电火花铣削加工机床，　配置有电极损耗自动补偿系统、ＣＡＤ／ＣＡＭ集成系　统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今　电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发　展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达　到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到　３００ｍｍ／ｍｉｎ，加工精度可达±１．５微米，表面粗糙度　达Ｒａ＝０１～０．２微米；精度磨削及抛光已开始使用　数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐　标磨床及自动抛光等先进设备和技术；模具加工过程　中的检测技术也取得了很大的发展，现在三坐标测量　机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的　温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措　施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。　此外，激光快速成形技术（ＲＰＭ）与树脂浇注技术在　快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用ＲＰＭ　技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、　消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华　大学开发研制的“Ｍ—ＲＰＭＳ一Ⅱ型多功能快速原型　制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种　快速成形工艺（分层实体制造ＳＳＭ和熔融挤压成形　ＭＥＭ）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设　计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公　司在以ＣＡＤ／ＣＡＭ加工的主模型为基础，采用瑞士　汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在　国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。Ｌ６　４冲压模具技术的展望　近年来，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太　地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地，中国　已成为第一制造大国。作为产品制造的重要工艺装　备，国民经济的基础工业之一的模具工业将直面竞争　的第一线　我国模具工业在政府十分重视及关怀下，　并提出相应的优惠政策进行模具技术开发。在模具工　业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和　制造水平，取得显著的经济效益。另外，从资料获悉，　目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已　超过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业　产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产　第６期　５ｔ４耀，占丽娜，李立：浅谈冲压模具技术的发展　的最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至上　社，２００５．　百倍及上千倍。　［２］Ｅ　Ｄｏｅｇｅ，Ｋ　Ｄｒｏｄｅｒ．Ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔａｌ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成　ｗｒｏｕｇｈｔ　ａｌｌｏｙ——ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　金”的“磁力工业”，如今世界模具工业的发展速度超　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ－［．２００１，（１１５）：（１４～１９）．　Ｔｅｔｓｕｏ　Ｎａｋａ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化　［３］　ｓｐｅｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｌｉｍｉｔ　ｄｉａｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｔｙｐｅ　５０８３　和商业化，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业　ａｌｕｍｉｎｕｍ——ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｓｈｅｅｔ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进人富裕社　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．［Ｊ］．２００　１，　会的原动力”，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝　（１１６）：（２Ｏ～２５）．　王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加　［４３　贾润礼等．实用注塑模设计手册［Ｍ］．ｊＥ京：中国轻工业　坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威　出版社，２０００，４．　经理称为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国　Ｅ５＿３　王家庆等．翅料模设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版　经济发展中具有重要的地位。模具技术已成为衡量一　社，２００２．　个国家产品制造水平的重要标志之一。　Ｅ６３邹继强．塑料制品及其成型模设计ＥＭ］．北京：清华大学　出版社，２００２．　参考　文　献　［责任校对：范延琛］　Ｅ１３屈华昌．塑料成型与模具设计ＥＭ］．北京；高等教育出版　Ｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｔａｍｐｉｎｇ　Ｍｏｌｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｌｉｕ　Ｙａｏ，Ｚｈａｎ　Ｌｉ’ｎａ，Ｌｉ　Ｌｉ　（Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　３３７０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｍｐｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｐａｒｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔａｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｏｌｄ。ＳＯ　ｔｈａｔ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔａｌ　ｆｏｒｍｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｏｂｔａｉｎｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｓｉｚｅ，ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ。Ａｓ　ｔｈｅ　ｍｏｌｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｗａｙｓ　ｉｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｆｏｒｍｉｎｇ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｔ：ｉｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ，ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｐａｒｔｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｉｓ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｔａｍｐｉ　ｎｇ　ｍｏｌｄ；Ｐｒｏｃｅｓｓ；ＣＡＤ／ＣＡＭ